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第一章 原子结构与性质
必背知识清单01 能层与能级
1.能层
①定义：核外电子按能量不同分成能层。
②电子的能层由内向外排序，其序号、符号以及所能容纳的最多电子数及能层的能量与能层离原子核距离
的关系：
能层 一 二 三 四 五 六 七
符号 K L M N O P Q
最多电子数 2 8 18 32 50 72 98
离核远近 近 远
能量高低 低 高
即能层越高，电子的能量越高，离原子核越远。
2.能级
①定义：同一能层的电子，还被分成不同能级。
②能级的符号和所能容纳的最多电子数如下表：
能层 1 2 3 4 5
能层符号 K L M N O能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p ……
最多电子 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6
数 2 8 18 32 ……2n2
3.能层与能级的有关规律
（1）能级的个数=所在能层的能层序数。
（2）能级的字母代号总是以s、p、d、f排序，字母前的数字是它们所处的能层序数，它们可容纳的最多
电子数依次为自然数中的奇数序列1，3，5，7…的2倍。即s级最多容纳2个电子，p级最多容纳6个电子，
d级最多容纳10个电子，f级最多容纳14个电子。
（3）英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数相同。例如，1s、2s、3s、4s…能级最多都只能容
纳2个电子。
（4）每一能层最多容纳电子数为 2n 2 （n为能层序数）。
（5）f能级的最小能层为4，d能级的最小能层为3。
（6）能级能量大小的比较：先看能层，一般情况下，能层序数越大，能量越高；再看同一能层各能级的
能量顺序为：E(ns)< E(np)r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)
②同主族元素，随着电子层数递增，其原子半径逐渐增大。
例：r(Li)r(Na)，r(Na)>r(Al)，则r(K)>r(Al)
（2）离子半径大小的比较方法
①同种元素的粒子半径，阴离子大于原子，原子大于阳离子，低价阳离子大于高价阳离子。
例：r(Cl－)>r(Cl)，r(Fe)>r(Fe2＋)>r(Fe3＋)
②电子层结构相同的微粒，核电荷数越大，半径越小。
例：r(O2－)>r(F－)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)
③带相同电荷的离子，电子层数越多，半径越大。
例：r(Li＋)r(Na＋)>r(Mg2＋)
二.电离能1.第一电离能
（1）定义：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫做第一电离能。
（2）符号和单位：常用符号I表示，常用单位是kJ·mol-1
（3）意义：衡量元素的原子失去一个电子的难易程度。
第一电离能数值越小，原子越容易失去一个电子；第一电离能数值越大，原子越难失去一个电子。
（4）变化规律
①每个周期的第一种元素(氢和碱金属)第一电离能最小，稀有气体元素原子的第一电离能最大，同周
期中从左到右元素的第一电离能呈增大的趋势。
②同主族元素原子的第一电离能从上到下逐渐减小。
③同一周期中，第ⅡA族元素的第一电离能比第ⅢA族元素的第一电离能要大，第ⅤA族元素的第一
电离能比第ⅥA族元素的第一电离能要大，这是因为第ⅡA族元素的最外层p轨道全空，第ⅤA族元素的
最外层p轨道半满，全空和半满状态相对稳定。
总之，第一电离能的周期性递变是原子半径、核外电子排布周期性变化的结果。
2.逐级电离能
（1）含义：原子的+1价气态基态离子再失去1个电子所需要的最低能量叫做第二电离能，依次类推。可
以表示为 M(g)=M+(g)+e- I (第一电离能)
1
M+(g)=M2+(g)+e- I(第二电离能)
2
M2+(g)=M3+(g)+e- I(第三电离能)
3
（2）变化规律
①同一元素的逐级电离能是逐渐增大的，即I< I< I<…
1 2 3
②当相邻逐级电离能突然变大时，说明失去的电子所在电子层发生了变化
3.电离能的应用
（1）推断元素原子的核外电子排布
例如：Li的逐级电离能I 《 I< I ，表明Li原子核外的三个电子排布在两个能层(K、L能层)上，且最外层
1 2 3
上只有一个电子
（2）判断主族元素的最高正化合价或最外层电子数如果电离能在I 与I 之间发生突变，则元素的原子易形成+n价离子而不易形成+(n+1)价离。如果是主族
n n+1
元素，则其最外层有n个电子，最高正化合价为+n(O、F除外)。
（3）判断元素的金属性、非金属性强弱
I 越大，元素的非金属性越强(稀有气体元素除外); I 越小，元素的金属性越强。
1 1
三.电负性
1.键合电子: 元素相互化合时，原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。
2.电负性
（1）定义：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小
（2）意义：电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。
（3）大小的标准：以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准，得出各元素的电负性。
（4）变化规律：
一般来说，同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐变大；同族元素从上到下，元素的电负性逐渐变小。
金属元素的电负性较小，非金属元素的电负性较大。电负性最大的是氟，最小的是铯。
（5）应用
①判断元素的金属性或非金属性强弱
I、金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大1.8，而位于非金属三角区边界的“类金
属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。
注：不能把电负性1.8作为划分金属元素和非金属元素的绝对标准
II、金属元素的电负性越小，金属元素越活泼；非金属元素的电负性越大，非金属元素越活泼。
②判断化合物的类型
如H的电负性为2.1，Cl的电负性为3.0，Cl的电负性与H的电负性之差为3.0－2.1＝0.9<1.7，故HCl为共
价化合物；如Al的电负性为1.5，Cl的电负性与Al的电负性之差为3.0－1.5＝1.5<1.7，因此AlCl 为共价
3
化合物；同理，BeCl 也是共价化合物。
2
③判断元素的化合价I、电负性小的元素易呈现正价
II、电负性大的元素易呈现负价
④解释对角线规则
利用电负性可以解释对角线规则，如Li-Mg、Be-Al、B-Si，由于它们的电负性分别接近，对键合电子的吸
引力相当，故表现出相似的性质。
（6）电负性与第一电离能的关系
电负性用于衡量原子吸引键合电子的能力，电负性大的原子吸引电子的能力强，所以一般来说，电负性大
的原子对应元素的第一电离能也大。
一、核外电子排布常见错误
(1)在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：
(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在
ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，失电子时，先失4s轨道上的电子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或价电子排布式的区别与联系。如 Cu
的电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s1；简化电子排布式：[Ar]3d104s1；外围电子或价电子排布式：3d104s1。
【典例1】下列基态电子排布式中错误的是
A．Ne、1s22s22p6 B． S2-、1s22s22p63s23p6
C．Ca2+、1s22s22p63s23p6 D．F、1s22s12p6
【答案】D
【详解】A．Ne是10号元素，根据构造原理，可知基态Ne原子核外电子排布式是1s22s22p6，A正确；
B．S2-是S原子获得2个电子形成的，根据构造原理可知基态S2-核外电子排布式是1s22s22p63s23p6，B正确；
C．Ca是20号元素，根据构造原理可知基态Ca原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p64s2，Ca2+是Ca失去
最外层的2个4s电子形成的，则其核外电子排布式是1s22s22p63s23p6，C正确；
D．F是9号元素，根据构造原理可知基态F原子核外电子排布式是1s22s22p5，D错误；
故合理选项是D。
【典例2】下列基态原子的电子排布式或电子排布图，正确的是
A． Mg原子： B．O原子：
12 8C． Cr原子：[Ar]3d44s2 D． Fe2+离子：[Ar]3d6
24 26
【答案】D
【详解】A． Mg原子核外电子排布图为： ，违反了泡利不相容原理，故A错误；
12
B．O原子核外电子排布图为： ，违反了洪特规则，故B错误；
8
C．铬是24号元素，其原子核外有24个电子，根据核外电子排布规律可知其基态核外电子排布式为：
[Ar]3d54s1或者1s22s22p63s23p63d54s1，故C错误；
D．铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以亚铁离子的核外电子排布式为[Ar]3d6，故D正确；
答案选D。
二、原子核外电子排布的几种表示
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是
含义
电子排布式
电子排布式
意义 能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数
实例 K：1s22s22p63s23p64s1
为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体
含义
简化电子排 原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
布式 意义 避免书写电子排布式过于繁琐
实例 K：[Ar]4s1
含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
意义 能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态
轨道表示式
实例
Al：
【典例3】请根据构造原理，按要求写出下列电子排布式或原子结构示意图：
(1) S的电子排布式_______。
16
(2) Na的次外层电子排布式_______。
10
(3) Ca的最高能层的电子排布式_______。
20
(4) Fe的简化电子排布式_______。
26
(5) Co的原子结构示意图_______。
27
(6) Fe3+的电子排布式_______。
26
(7) As的简化电子排布式为_______。
33
【答案】(1)1s22s22p63s23p4
(2)2s22p6
(3)4s2
(4)[Ar]3d64s2(5)
(6)1s22s22p63s23p63d5或[Ar] 3d5
(7)[Ar]3d104s24p3
【解析】（1） S核外有16个电子，排布式为1s22s22p63s23p4；
16
（2） Na的核外电子排布式为1s22s22p63s1，则此外层为2s22p6；
10
（3） Ca的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，最高能层为第4层，电子排布式为4s2；
20
（4） Fe核外有26个电子，简化电子排布式为[Ar]3d64s2；
26
（5） Co核外有27个电子，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，所以原子结构示意图为 ；
27
（6） Fe的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，失去最外层中3个电子后形成 Fe3+，所以 Fe3+的电子排布式为
26 26 26
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；
（7） As核外有33个电子，简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3。
33
【点睛】根据原子核外电子的排布规律和构造原理书写原子的电子排布式，应注意从3d能级开始出现“能
级交错”现象。而且要看清题目的要求“最外层”还是“M层”“简化”等要求，其中阳离子的电子式是
在原子的基础上先失去最外层电子。而不是完全按照填充顺序逆向进行。在书写原子结构示意图时，注意
非主族元素，应该先写出电子排布式，再根据电子排布式写出原子结构示意图。
三、周期表的分区与原子的价电子排布的关系
分区 元素位置 价层电子排布式 特点
s区 IA族、ⅡA族 ns1-2 族序数=最外层电子数=价层电子数
p区 ⅢA~ⅦA族及0族 ns2np1-6(He除外)
价层电子数=族序数，
ⅢB~ⅦB族(镧系、锕系除 Ⅷ族第1列元素的价电子数=族序数
d区 (n-1)d1-9ns1-2(Pd除外)
外) 以及Ⅷ族 Ⅷ族第2列元素的价电子数为9
Ⅷ族第3列元素的价电子数为10
ds （n-1）d轨道为全充满状态，
IB族、ⅡB族 (n-1)d10ns1-2
区 族序数=最外层ns轨道上的电子数
镧系元素化学性质相似；
f区 镧系和锕系 (n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2
锕系元素化学性质相似
总结：对于主族和0族元素而言，价层电子数=ns能级上的电子数或ns+np能级上的电子总数
对于副族（镧系和锕系除外）和第VIII族而言，价层电子数=(n-1)d+ns能级上的电子总数
【典例4】下列各组中的X和Y两种元素，在周期表中一定位于同一族的是A．X原子的核外电子排布式为1s1，Y原子的外围电子排布式为
B．X原子的核外电子排布式为 ，Y原子的核外电子排布式为
C．X原子2p能级上有三个电子，Y原子的3p能级上有三个电子
D．X原子核外M层上仅有两个电子，Y原子核外N层上也仅有两个电子
【答案】C
【详解】A．X原子的核外电子排布式为1s1，则X为H，为IA族元素，Y原子的外围电子排布式为
，则Y为Cu，为IB族元素，故A错误；
B．X为He，Y为Be，分别为0族、IIA族元素，故B错误；
C．2p轨道上只有三个电子的X为N，3p轨道上只有三个电子的Y为P，二者位于周期表同一主族，故C
正确；
D．原子核外M层上仅有两个电子的X为Mg元素，原子核外N层上仅有两个电子的Y可能为Ca、Sc、
Ti、V、Fe、Co、Ni、Zn等元素，不一定同族，故D错误；
故选C。
【典例5】已知某元素+3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，该元素在周期表中的位置正确的是
A．第三周期第IIIB族，d区 B．第三周期第IVB族，d区
C．第四周期第VB族，d区 D．第四周期第VIB族，d区
【答案】D
【详解】某元素+3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d3，则该元素原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d54s1，该元素的最高能层为第四能层，所以是第四周期元素，价电子排布为3d54s1，所以是
VIB族元素，位于d区，选D。
四、微粒半径大小的比较方法
一看电子层数：最外层电子数相同时，电子层数越多，半径越大。
二看核电荷数：当电子层结构相同时，核电荷数越大，半径越小。
三看核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。
【典例6】下列性质的比较正确的是
A．单质的熔点：Li>Na>K> Rb B．电负性： P>N>O>C
C．第一电离能： NaN>P>C，故B错误；
C．同周期元素第一电离能呈增大趋势，但IIA和VA族为全满和半满稳定状态，第一电离能反常的比相邻
下一主族大，故第一电离能Na
