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第02 讲 原子结构与性质
目 录
01 考情透视·目标导航...........................................................................................................................
02 知识导图·思维引航...........................................................................................................................
03 考点突破·考法探究...........................................................................................................................
考点一 原子结构...............................................................................................................................
知识点1 原子结构......................................................................................................................................
知识点2 元素、核素、同位素..................................................................................................................
考向1 考查“五同”概念辨析..................................................................................................................
思维建模 同系物、同分异构体、同位素、同素异形体、同种物质的比较
考点二 原子核外电子运动状态.......................................................................................................
知识点1 电子的运动特征..........................................................................................................................
知识点2 能层和能级..................................................................................................................................
知识点3 原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态..............................................................
知识点4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理......................................................................................
知识点5 原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”..............................................................
考向1 核外电子排布规律..........................................................................................................................
考向2 电子排布式表达式的规范书写.......................................................................................................
思维建模 基态原子（离子）核外电子排布的表示方法、电子排布式书写的易错点
考向3 电子跃迁与原子光谱......................................................................................................................
04 真题练习·命题洞见...........................................................................................................................
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考点要求
考查形式
2025 年
2024 年
2023 年
2022 年
2021 年
同素异形体
选择题
非选择题
T1（B 项）
核外电子的排布
选择题
非选择题
T14（1）
电子排布式表达
式
选择题
非选择题
T12（1）
T10（4）
T14（1）
考情分析：
原子结构及原子核外电子运动状态的内容每年高考必考，主要的考查内容主要有以下3 个方面：（1）元
素、核素、同位素、同素异形体概念的辨析。（2）原子中质量数、质子数、中子数、核外电子数之间的
相互关系及计算。（3）根据原子核外电子排布判断元素种类、书写电子排布式和电子排布图。预计2026
年高考仍会出现“五同”的辨析及（价）电子排布式/图的考题，“五同”辨析多以选择题的形式呈现，
（价）电子排布式/图则多出现在工业流程、实验等题目的小问中。复习过程中除前第四周期元素的电子
排布式和电子排布图需重点掌握外，还需要掌握主族元素价电子排布。
复习目标：
1．能
明微
粒子的运
状
与宏
物体运
特点的差异。
说
观
动
态
观
动
2．能
合能量最低原理、泡利原理、洪特
写
结
规则书
1～36 号元素基
原子的核外
子排布式和
子排布
态
电
电
，并
明含
。
图
说
义
2
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考点一 原子结构
知识点1 原子结构
1.原子的构成粒子
2.微粒之间的等式关系
1）质量关系：质量数(A)＝ (Z)＋ (N)；
2）电性关系：
①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝ ；
②阳离子的核外电子数＝质子数－ ，如Mg2＋的核外电子数是10。
③阴离子的核外电子数＝质子数＋ ，如Cl－的核外电子数是18。
3.微粒符号周围数字的含义
得分速记
①原子中不一定都含有中子，如H 中没有中子。
②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
③易失去1 个电子形成＋1 价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1 个电子形成H＋。
④形成稳定结构的离子最外层不一定是8 个电子，如Li＋为2 个电子稳定结构。
知识点2 元素、核素、同位素
1.元素、核素、同位素的概念及相互关系
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2.同位素的特征
①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全 ，物理性质 。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般 。
3.同位素的“六同三不同”
4.常见的重要核素及其应用
核素
U
C
H(D)
H(T)
O
用途
5.元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118 种，由于同位素的存在，故核素的种数 118 种。
②不同核素可能具有相同的 数，如H、H；也可能具有相同的 数，如C、O；也可能具有相同的
数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是 变化也不是 变化，是 反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、
DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全 。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的
相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全 。
6.相对原子质量
（1）原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个
12C 质量的 的比值。一种元素有几
种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
（2）元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的 按该元素各种天然同位素原子
所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…
=1。
（3）核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
（4）元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的 按该元素各种天然同位素原子所
占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
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考向1 考查“五同”概念辨析
例1 下列说法不正确的是
A．
和
互为同位素
B．石墨烯和丙烯互为同系物
C．氧气和臭氧互为同素异形体
D．乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体
思维建模 同系物、同分异构体、同位素、同素异形体、同种物质的比较
\s\up11(
比较)
定义
比较对象
分子式
结构
性质
同位素
质子数相同、中子
数不同的核素(原
子)互称为同位素
核素(原子)
符号表示不
同，如：H、
H、H
电子排布相
同，原子核结
构不同
物理性质不相
同，化学性质
相同
同素异形体
同一元素组成的不
同单质
单质
元素符号表示
相同，分子式
可不同，如：
金刚石和石
墨、O2和O3
单质的组成或
结构不同
物理性质不
同，化学性质
相似
同分异构体
分子式相同，结构
不同的化合物互称
为同分异构体
化合物
相同
不同
物理性质不
同，化学性质
不一定相同
同种物质
分子式和结构式都
相同的物质
－
相同
相同
相同
同系物
结构相似，分子组
成上相差若干个
CH2原子团的有机
物
化合物
不相同
相似
物理性质不
同，化学性质
相似
【变式训练1·变考法】
、
的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：
；
。下列说法正确的是
A. X 的中子数为2
B. X、Y 互
同位素
C.
、
可用作示踪原子研究化学反应历程
D. 自然界不存在
、
分子是因其化学键不稳定
【变式训练2·变考法】（22·湖北）
在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。
下列关于该碳玻璃的说法错误的是
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A. 具有自范性
B. 与
互为同素异形体
C. 结构与金刚石相似
D. 化学性质与金刚石有差异
考点二 原子核外电子运动状态
知识点1 电子的运动特征
电子是 、带 的微观粒子，并具有 。电子可以在原子内部进行 ，运动速度很
，接近 ，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定 ，不能描绘 。
知识点2 能层和能级
1.能层：根据多电子原子的核外电子的 ，将核外电子分成不同的能层，能层用 表示。n 值越
，能量越 。
2.能级
（1）根据多电子原子中同一能层电子 的不同，将它们分成不同能级。
（2）能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f 组合在一起来表示，如n 能层的能级按能量由低到高的顺
序排列为
、
、
、
等。
（3）能层序数 该能层所包含的能级数，如第三能层有 能级。
（4）s、p、d、f 能级可容纳的电子数为1、3、5、7 的 倍。
3.能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
能层(n)
一
二
三
四
五
六
七
…
符号
K
L
M
N
O
P
Q
…
能级
…
…
…
…
容纳最
多电子
数
…
…
…
…
……
…
…
知识点3 原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态
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
度
分布的形象化描述。小黑点
越密，表示概率密度越大。由于核外电子的 分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
2.电子轮廓图：
电子云图，s 电子云轮廓图是 形；p 电子云轮廓图是 形，p 电子云有三种伸展方
向（px，py，pz，它们相互垂直），即p 能级电子有 个伸展方向；d 能级电子有 个伸展方向；f 能级电子
有 个伸展方向。
3.原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个 称为一个原子轨道，即电子云的伸展方向。
能级符号
电子云形状
空间延伸方向
s
形
种
p
形
种(相互垂直，分别相对
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于x、y、z 轴对称)
d
/
/
f
/
/
4.轨道能量
①同能层的不同能级能量s<p<d<f。
②不同能层相同能级的能量1s<2s<3s……，2p<3p<4p……，半径随能层增大而 。
③同能层同能级不同轨道能量 ，如2px＝2py＝2pz。
知识点4 泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.构造原理：随着原子核电荷数的 ，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大
多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。
【特别提醒】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循构造
原理。顺序如图。构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有
现象。构造原理是书写基态原子电子核外排布式的依据，也是绘制基态原子核外电子排布图（即轨道表示
式）的主要依据之一。
2.核外电子排布的三个规律
能量最
低原理
原子的电子排布遵循 能使整个原子的能量处于 状态
泡利原理
每个原子轨道里最多只能容纳 自旋状态 的电子
洪特规则
当电子排布在同一能级的不同 轨道时，基态原子中的电子总是
占据一个轨道，而且自旋状态
3.核外电子排布表示方法
表示方法
以硫原子为例
原子结构示意图
电子排布式
简化电子排布式
电子排布图(轨道表示式)
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价电子排布式
4.原子状态与原子光谱
（1）基态原子：处于 的原子。
（2）激发态原子：基态原子的电子 能量后，电子跃迁到 能级，变成激发态原子。
（3）原子光谱
①当电子从较高能量的激发态跃迁到 能量的激发态乃至基态时， 一定频率的光子，这是产生原子
光谱的原因；当电子从较低能量的激发态乃至基态跃迁到 能量的激发态时，需 一定频率的光子，
这是产生原子 光谱的原因。
②不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发
射光谱，总称 光谱。利用原子光谱的特征谱线来 元素的分析方法，称为光谱分析。
③光谱分析的应用： 。
考向1 核外电子的排布规律
例1 请回答下列问题：
（1）A 元素能量最高的电子所在能层有16 个轨道，A 是第 周期；
（2）B 原子的s 能级与p 能级的电子数相等，B 是 ；（填主族元素元素符号，下同）
（3）C 的外层电子数是其内层电子数的2 倍，C 是 ；
（4）D 的最外层电子数与其K 层电子数相等，D 是 ；
（5）E 的核外电子数等于其周期数，E 是 。
考向2 电子排布式表达式的规范书写
例2 下列化学用语或图示表达正确的是
A．氯分子中的化学键可以表示为
B．
的价层电子轨道表示式为
C．KCN 的电子式可以表示为
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D．Cu 的原子结构示意图为
思维建模 1.基态原子（离子）核外电子排布的表示方法
表示方法
以硫原子为例
电子排布式
1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
电子排布图（或轨道表示式）
价电子排布式或轨道表示式
3s23p4
离子（S2-）的电子、价电子排布式
1s22s22p63s23p6 3s23p6
2.电子排布式书写的易错点
（1）电子排布式的书写:
①要依据构造原理来完成；
②对于副族元素要注意能级交错；
③要注意“价电子排布”“核外电子排布”的区别；④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。
（2）并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr 原子和Cu 原子具有特殊性Cr:[Ar]3d54s1，Cu:
[Ar]3d104s1。
（3）与化合价有关的电子叫价层电子，价层电子并不都是指原子的最外层电子，主族元素的价层电子就
是最外层电子，但过渡元素的价层电子包括最外层s 电子，次外层d 电子，有的还包括倒数第三层f 电子。
（4）书写电子排布式时，同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态Fe 原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。
（5）在原子失去价电子时，并不都是按照填充的相反顺序失去，而是按电子排布式顺序从外层向内层失
去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，即Fe→Fe3+是失去4s 能级上的两个电子和3d 能级上的
一个电子。
（6）在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误:
①
(违反能量最低原理)；
②
(违反泡利原理)；
③
(违反洪特规则)；
④
(违反洪特规则)；
⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C 的轨道表示式应为
，而不是
。
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【变式训练1】下列电子排布式正确的是
A. 基态Ni 原子价电子排布式：3d10
B. Ge 的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
C. 基态Cr 原子的核外电子排布应为[Ar]3d44s2
D. 基态硫原子价电子排布式为3s23p4
【变式训练2】下列轨道表示式正确的是
A. 基态N 原子的价层电子排布图：
B. 碳的基态原子轨道表示式：
C. 基态24Cr 原子的价层电子轨道表示式为
D. 基态
原子的价层电子的轨道表示式：
考向3 电子跃迁与原子光谱
例3 下列说法正确的是
A．LED 灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关
B．霓虹灯发光是由于电子从基态跃迁到激发态产生
C．“天宫”空间站存储器使用的材料石墨烯与金刚石互为同分异构体
D．“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时发生化学变化
思维建模 （1）原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取
各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
（2）原子光谱形成原因：
（3）原子光谱分类及其特征：
吸收光谱：明亮背景的暗色谱线
发射光谱：暗色背景的明亮谱线
（4）原子光谱的应用——光谱分析
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①在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与
核外电子跃迁释放能量有关。
1．（2025·江苏卷）科学家通过核反应
发现氚
。下列说法正确的是
A.
表示一个质子
B.
的基态原子核外电子排布式为
C.
与
互为同位素
D.
的原子结构示意图为
2．（2024·北京卷）我国科研人员利用激光操控方法，从
原子束流中直接俘获
原子，实现了对同
位素
的灵敏检测。
的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10 万年，是
的17 倍，可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是
A．
的原子核内有21 个中子
B．
的半衰期长，说明
难以失去电子
C．
衰变一半所需的时间小于
衰变一半所需的时间
D．从
原子束流中直接俘获
原子的过程属于化学变化
3．（2025·浙江1 月）下列化学用语表示不正确的是
A. 基态S 原子的电子排布式：
B. 质量数为14 的碳原子：
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C. 乙烯的结构简式：
D.
的电子式：
4．(高考题重组)（多选）下列有关原子结构说法错误的是
A. (2025·广东卷) 钾和钠的原子结构不同，电子跃迁时能量变化不同，所以钾和钠的焰色不同
B. (2024·湖北卷) 泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子
C. (2024·浙江)
的基态原子电子排布方式只有一种
D. (2024·浙江)
原子变成
，优先失去
轨道上
电子
5．请按要求回答下列问题：
(
①2025·河北卷)
位于元素周期表中_______区；基态
的价电子排布式为_______。
(
②2025·山东卷)在元素周期表中，
位于第_______周期_______族。基态
原子与基态
离子未成对
电子数之比为_______。
③(2024·山东)
在元素周期表中位于第_______周期；同周期中，基态原子未成对电子数比
多的元素
是_______(填元素符号)。
(2023
④
·浙江6 月)能量最低的激发态N 原子的电子排布式为_______；(2024·海南)基态
离子的核外电
子排式为______
(2022
⑤
·海南)基态O 原子的电子排布式_______，其中未成对电子有_______个；(2022·重庆)基态O 原子占
据最高能级的电子云轮廓图为______形。
(2022
⑥
·甲卷)基态F 原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______；(2022·乙卷)氟原子激发态的电子排布式
有_______，其中能量较高的是_______。(填标号)
a.
b.
c.
d.
13
