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专题02 原子结构与性质
目录
01 知识脑图·学科框架速建
02 考点精析·知识能力全解
【知能解读01】原子结构 核素与同位素
【知能解读02】核外电子运动状态 构造原理
03 攻坚指南·高频考点突破
【重难点突破01】原子结构中微粒的关系及计算
【重难点突破02】核外电子运动状态的表示和判断
04 避坑锦囊·易混易错诊疗
【易混易错01】原子结构易混易错知识点
【易混易错02】核外电子运动状态和电子排布易错点
05 通法提炼·高频思维拆解
【方法技巧01】电子数相等的粒子的判断与应用
1
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01 原子结构 核素与同位素
1．原子结构
(1)原子的构成
(2)原子结构中微粒之间的关系
2
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对于阳离子Xn＋：核外电子数＝______________________________＝____________；
对于阴离子Xm－：核外电子数＝______________________________＝____________。
(3)微粒符号周围数字的含义
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素和同位素的关系：
(2)同位素的特征
①相同存在形态的同位素，化学性质__________________，物理性质______。
②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数一般不变。
③氢元素的三种核素
H：名称为______，不含中子；
H：用符号______表示，名称为______或重氢；
H：用符号______表示，名称为______或超重氢。
④常见的重要核素及其应用
核素
235 92
U
14 6
C
H(D)
H(T)
18 8
O
用途
用于制造______
用于考古断代
(测定文物年代)
制______
示踪原子
【跟踪训练】
1．现有下列9 种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：
(1)H、H 分别是氢元素的一种________，它们互称为_____________。
(2)互为同素异形体的微粒是________。
3
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(3)Fe2＋的中子数为________，核外电子数为_____________。
(4)上述9 种微粒中有________种核素，含有________种元素。
2．易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子( )
(2)所有原子核内一定都有中子( )
(3)质量数就是元素的相对原子质量( )
(4)质子数相同的微粒一定属于同一种元素( )
(5)核外电子数相同的微粒，其质子数一定相同( )
(6)氢的三种核素形成的单质有6 种，它们物理性质有所不同，但化学性质几乎完全相同( )
02 核外电子运动状态 构造原理
1．核外电子运动状态
(1)能层和能级
①核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。量子力学把电子在原子核
外的一个_________状态称为一个原子轨道。
②原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系
能层(n)
一
二
三
四
能层符号
能级符号
各能级原子轨道数
各能层原子轨道数
最多容纳电子数
(2)电子云和原子轨道
①电子云
电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的_________分布的形象化描述。
②原子轨道
a．概念：量子力学把电子在原子核外的一个_________状态称为一个原子轨道。空间运动状态种类
＝_________数目
b．常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。其中，s 电子云轮廓图呈_____形、
有____种伸展方向；p 电子云轮廓图呈_______形、有_____种伸展方向；d 电子云有_____种伸展方向。
(3)能级或原子轨道的能量高低
①1s_____2s_____2p_____3s_____3p_____3d ②2s_____2px_____2py_____2pz
(3)基态和激发态 原子光谱
①基态和激发态
基态原子：处于_________状态的原子。
激发态原子：基态原子吸收能量后，它的电子会跃迁到_______能级，变为激发态原子。
4
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②原子光谱
不同元素原子的_____________时会吸收或释放不同的光，用光谱仪摄取各种元素原子的_________
或_________，总称原子光谱。
利用原子光谱上的_________来鉴定元素，称为光谱分析。
③基态、激发态和原子光谱的关系
2．原子核外电子排布
(1)原子核外电子排布的三大规律
①能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据_________的原子轨道，使整个原子的能
量_________。
②泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳______个电子，它们的自旋_________。如2s 轨道上
的电子排布为
，不能表示为
。
③洪特规则：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋状态_______。 如2p3的电
子排布为
，不能表示为
或
。
当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的
能量_________ ，如基态
24Cr 原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1 ，而不是
1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)核外电子的填充顺序——构造原理
以光谱学事实为基础，从氢开始，随_________增，新增电子填入_________的顺序称为构造原理，
如图所示：
由构造原理可知，从第三能层开始，不同能层的能级出现“交错现象”，如E(3d)>E(4s)、
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E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等，即E(ns)<E[(n－2)f]<E[(n－1)d]<E(np)，其中n 表示能层序数。
3．基态原子核外电子排布的表示方法
(1)电子排布式(书写时，能层低的能级写在左侧，不能完全按构造原理顺序书写)
电子排布式是表示原子核外电子排布的一种式子。根据_____________按能级进行排序，进而在ns、
np、nd 等符号的右上角用数字表示出该能级的______的数目。例如，基态Cu 原子：__________________，
其简化电子排布式：___________。
(2)价层电子排布式
为突出化合价与电子排布的关系，将在化学反应中可能发生_______的能级称为价电子层(简称价层)。
Fe 的简化电子排布式为____________，价层电子排布式为_________。
(3)电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)
用方框(或圆圈)表示_________；能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态
的电子，“↑↓”称_________，“↑”或“↓”称_________ (或未成对电子)。箭头同向的单电子称自
旋________。
【跟踪训练】
1．写出下列原子(或离子)核外电子排布的表示方法。
(1)Mn 的电子排布式：___________________________；
(2)Cu 的简化电子排布式：__________________；
(3) 基态硅原子最外层电子的轨道表示式：___________________________；
(4)Fe 的原子结构示意图： __________________。
2．(1)铜或铜盐的焰色试验为绿色，该光谱是__________(填“吸收光谱”或“发射光谱”)。
(2)下列Li 原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填字母)。
A．
B．
C．
D．
(3)钾发生焰色试验的原因是______________________________________________________。
3．(1)基态F 原子核外电子的运动状态有______种。
(2)基态钛原子的价层电子排布式为____________，其原子核外电子的空间运动状态有____种，共有
________种运动状态不同的电子。
(3)基态Si 原子价层电子的运动状态有________种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p 违背了________。
(4)基态Cu 原子核外电子的空间运动状态有________种。
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01 原子结构中微粒的关系及计算
(1)原子结构中微粒的关系
对于阳离子Xn＋：核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数＝Z－n；
对于阴离子Xm－：核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数＝Z＋m。
(2)“三点”提醒
①核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH 与OH－等。
②一种元素可有若干种不同的核素，也可只有一种核素，因此，核素的种类大于元素的种类。
③HD、HT、DT、2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同位素之间形成的不同单质，
它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
(3)同位素、同素异形体、同分异构体的比较
同位素
同素异形体
同分异构体
研究对象
核素
单质
化合物
“同”含
义
质子数相同
元素相同
分子式相同
“异”含
义
中子数不同
性质不同
结构不同
【跟踪训练】
1．氘(H)和氚(H)是氢的两种同位素，其中仅H 具有放射性。下列说法正确的是( )
A．H2O 的相对分子质量为18
B．H 的中子数为1
C．H2O 具有放射性
D．可用质谱法区分H2和H2
2．O、O 的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：O＋He―→O＋X；O＋
He―→O＋Y。下列说法正确的是( )
A．X 的中子数为2
B．X、Y 互为同位素
C．O、O 可用作示踪原子研究化学反应历程
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D．自然界不存在O2、O2分子是因其化学键不稳定
3．某元素R 的阴离子R2－核外有a 个电子，核内有b 个中子，则R 原子的正确表示是( )
A．R
B．R
C．R
D．R
4．用中子轰击X 原子产生α 粒子(即氦核He)的核反应为X＋n―→Y＋He。已知元素Y 在化合物中
呈＋1 价。下列说法正确的是( )
A．H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH 溶液
B．Y 单质在空气中燃烧的产物是Y2O2
C．X 和氢元素形成离子化合物
D．6Y 和7Y 互为同素异形体
02 核外电子运动状态的表示和判断
(1)书写电子排布式的常见错误
①违反能量最低原理，如
。
②违反泡利原理，如
或
。
③违反洪特规则，如
。
④不按能层排序书写，如1s22s22p63s23p64s23d6。
(2)书写电子排布式的书写技巧
①同能级空轨道不能省略，如
不能写成
。
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 ，而失电子时，却先失4s 轨道上的电子，如Fe3 ＋：
1s22s22p63s23p63d5。
(3)核外电子运动状态的判断
电子的运动状态与原子核外电子数目相等；空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等。
【跟踪训练】
1．(1)基态Ti3＋中未成对电子数有_____个；与Ti 同族相邻的元素Zr 的基态原子价层电子排布式为
____________。与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元素有______种。
(2)血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为________。
(3)Cr 与Ni 的基态原子核外未成对电子数之比为________。
(4)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为________。
2．(1)A、B、C、D 4 种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为
8。A 原子的L 层电子数与K、M 层电子数之和相等，D 原子的K、L 层电子数之和等于核外电子总数的
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一半。则4 种元素的元素符号依次是A________，B________，C________，D________。
(2)①A 元素基态原子的最外层有3 个未成对电子，次外层有2 个电子，其元素符号为________；其
基态原子价层电子的轨道表示式为______________________________________。
②元素D 的正三价离子的3d 能级为半充满，D 的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布
式为________。
3．(1)新型半导体材料如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等在国防技术、航空航天及5G 技术等领域扮演着
重要的角色。回答下列问题。
(1)基态Si 原子中，核外电子占据的最高能层的符号为_______，占据最高能级的电子的电子云轮廓图
形状为____________。
(2)基态Ga 原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1，其转化为下列激发态时，吸收能量最少的是
_______(填字母)。
(3)碘元素在元素周期表中的位置为_____________________，碘基态原子价电子的电子排布式为
___________。价电子共占据______个轨道。
4．(1)基态Ti3＋中未成对电子数有_______个；与Ti 同族相邻的元素Zr 的基态原子价层电子排布式为
__________________。与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元素有________种。
(2)血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为________。
(3)Cr 与Ni 的基态原子核外未成对电子数之比为________。
(4)第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示式为________________________。
(5)2020 年12 月17 日，“嫦娥五号”首次成功实现地外天体采样返回，标志着我国航天向前迈出了
一大步。其制作材料中包含了Al、Cr、Cu、C、N、O、Si 等多种元素。上述元素中基态原子未成对电子
数与Al 相同的有________。
(6)氨硼烷(NH3BH3)的制备是当今科学研究的重要课题，可用反应B(OCH3)3＋NH4Cl＋
LiAlH4===NH3BH3＋Al (OCH3)3＋LiCl＋H2↑进行制备。反应中涉及元素的基态原子中含1 个未成对电子的
有____种。
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01 原子结构易混易错知识点
(1)由于同位素的存在，核素的种数远大于元素的种类。
(2)同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大；
同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。
(3)原子不一定都有中子，如H。
(4)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F 与OH－。
(5)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。
(6)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
(7)同位素是指同一元素的不同核素之间的关系，同素异形体是指同一元素的不同单质之间的关系，
同分异构体是具有同分异构现象的化合物之间的关系。
区分时抓住概念的关键点——研究对象：同位素——原子，同素异形体——单质，同分异构体——
化合物。
(8)只有核素才有质量数，质量数不适用于元素。质量数可以视为核素的近似相对原子质量。
(9)HD、HT、DT、2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同位素之间形成的不同单质，
它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
【跟踪训练】
易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)中子数为10 的氧原子：O。( )
(2)两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同。( )
(3)同温、同压、同体积的CO 和NO 含有的质子数相等。( )
(4)所有的原子中都含有质子和中子。( )
(5)质子数相同的原子不一定属于同一种元素。( )
(6)2.0 g HO 与D2O 的混合物中所含中子数为NA。( )
(7)核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。( )
(8)一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。( )
(9)质量数就是元素的相对原子质量。( )
(10)同位素的不同核素物理、化学性质完全相同。( )
(11)235 g 核素U 发生裂变反应：U＋n――→Sr＋Xe＋10n，净产生的中子(n)数为10NA。( )
(12)Cl 与Cl 得电子能力几乎相同。( )
(13)H2、D2、HD 三者互为同素异形体。( )
02 核外电子运动状态和电子排布易错点
(1)电子云为处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。
(2)电子云图中的一个小点并不代表一个电子，也不表示电子在此位置出现过一次，电子云图中小点
的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率大小。
(3)不同能层相同能级的原子轨道数目相同，如2p、3p、4p 能级的轨道数均为3。
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(4)能层相同时，各能级的能量高低顺序是：ns<np<nd<nf；若是不同能层，p 能级的能量不一定比s
能级的能量高，如2p<3s。
(5)书写轨道表示式时，同能级空轨道不能省略，如
不能写成
。
(6)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 ，而失电子时，却先失4s 轨道上的电子，如Fe3 ＋：
1s22s22p63s23p63d5。
(7)电子的运动状态与原子核外电子数目相等；空间运动状态与核外电子填充原子轨道的数目相等。
【跟踪训练】
易错辨析：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)某原子M 层上的电子数一定比L 层上的电子数多。( )
(2)2p 和3p 轨道形状均为哑铃形，能量也相等。( )
(3)电子发生跃迁可形成吸收光谱或发射光谱。( )
(4)基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)。( )
(5)N 的价层电子轨道表示式
违反了泡利不相容原理。( )
(6)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( )
(7)p 能级能量一定比s 能级的能量高。( )
(8)同一原子中，2p、3p、4p 能级的轨道数依次增多。( )
(9)原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称为电子云。( )
(10)电子云图中的一个小点就是一个电子。( )
(11)6C 的电子排布式1s22s22p 违反了洪特规则。( )
(12)基态磷原子的电子排布图为
。( )
(13)1～36 号元素中，基态原子未成对电子数最多的是Cr 元素。( )
(14)基态Zn 原子的电子排布式为[Ar]4s23d10。( )
(15)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。( )
(16)基态砷原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p3。( )
(17)
表示的原子能量处于最低状态。( )
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01 电子数相等的粒子的判断与应用
(1)常见10 电子微粒
10 电子微粒间的转化：若A、B、C、D 均为10 电子微粒，且它们之间存在如图转化：
图中的常见转化是NH＋OH－――→NH3↑＋H2O，即A 为NH、B 为OH－、C 为NH3、D 为H2O。
(2)常见18 电子微粒
(3)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系
①可以是两种原子，如同位素原子。
②可以是两种分子，如CH4、NH3等。
③可以是两种带电荷数相同的阳离子，如NH、H3O＋。
④可以是两种带电荷数相同的阴离子，如OH－、F－。
【跟踪训练】
1．短周期主族元素R、X、Y、Z 的原子序数依次增大，由这些元素组成的物质之间的转化关系如图
所示，其中c、d 为单质，a、b、g 为二元化合物。b 是10 电子分子，g 是18 电子分子。下列说法正确的
是( )
A．同温同浓度的e 和f 溶液，后者pH 较大
B．含X、R、Z 三种元素的化合物只有一种
C．0.1 mol 的d 与足量的e 溶液反应转移电子数约为1.204×1023
D．e 和f 所含化学键类型相同
2．已知A、B、C、D 是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应
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条件已略去)：
(1)如果A、B、C、D 均是10 电子的粒子，且C 的水溶液呈碱性，请写出A、D 的电子式：
_____________、_______________。
(2)如果A 和C 是18 电子的粒子，B 和D 是10 电子的粒子。
①A 与B 在溶液中反应的离子方程式为________________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C 与B 结合质子的能力大小是______________________(用化学式
或离子符号表示)。
3．如图所示，a、b、c 均为非金属单质，d、e 均为含有10 个电子的共价化合物，且分子中所含原子
个数：d>e，f 为离子化合物。则下列说法错误的是( )
A．常温下，单质a 呈气态
B．单质c 具有强氧化性
C．稳定性：d>e
D．f 受热易分解为d 和e
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