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第六章 原子结构与性质 元素周期律
第28 讲 原子结构 核外电子排布规律
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核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 原子核、核素、同位素★★★☆☆
考点2 核外电子运动状态与排布原理★★★☆☆
（星级越高，重要程度越高）
限时训练挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 原子核、核素、同位素
1.原子结构
(1)原子的构成
(2)微粒符号及其意义
(3)微粒间的数目关系
①质量数(A)=中子数(N)＋质子数(Z)
②中性粒子(原子、分子等)：核外电子数=质子数=核电荷数
阳离子：核外电子数=质子数－所带电荷数
阴离子：核外电子数=质子数＋所带电荷数
2.元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的关系
1
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(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。
②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)几种重要核素的用途
核素
U
92
235
C
6
14
H
1
2
H
1
3
O
8
18
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
【小试牛刀】
微考点1 元素、核素、同位素概念辨析
1.(2024·上海，2)下列关于18F 与19F 说法正确的是( )
A.是同种核素
B.是同素异形体
C.19F 比18F 多一个电子
D.19F 比18F 多一个中子
2.(2024·江西宜春模拟预测)科技发展与化学密切相关。下列说法错误的是( )
A.TiO2光催化乙苯脱氢转化为苯乙烯，两种有机物互为同分异构体
B.科研团队合成环状的C10和C14，C10和C14互为同素异形体
C.铌酸锂(LiNbO3)纳米超材料具有独特的光学特性，Nb
41
93
的中子数为52
D.我国首次获得公斤级丰度99%100Mo 产品，100Mo 与98Mo 互为同位素
3.现有下列9 种微粒：H
1
1
、H
1
2
、C
6
13
、C
6
14
、N
7
14
、Fe
2＋
26
56
、Fe
3＋
26
56
、O2
8
16
、O3
8
16
。按要求完成以下各
题：
(1) H
1
1
、H
1
2
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) Fe
2＋
26
56
的中子数为 ，核外电子数为 。
2
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(4)上述9 种微粒中有 种核素，含有 种元素。
微考点2 原子、分子中各微粒之间的数量关系
4.(2024·山西忻州名校联考)我国科学家成功合成出新核素251Lr，熔合反应为Ti
24
50
＋2 n
0
1 + Tl
81
a
—→
Lr
b
251
+ He
2
4
。下列叙述正确的是( )
A.251Lr 和253Lr 的物理性质完全相同
B.上述熔合反应为氧化还原反应
C.上述熔合反应中a=203、b=103
D.251Lr 核内中子数和质子数之差为47
5.(1)1 mol H 2
18O 与1 mol D2
16O 的中子数之比为 。
(2)某元素的一种同位素X 原子的质量数为A，含N 个中子，它与1H 原子构成HmX 分子，在a g
HmX 中所含原子的物质的量为 ，所含中子的物质的量为 ，所含质子数为
，所含电子数为 。
考点2 核外电子运动状态与排布原理
1.核外电子运动状态
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
外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
回答下列问题：
(1)填写下表，熟悉原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
能层(n)
一
二
三
四
能层
符号
K
L
M
N
能级
符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
各能级原
子轨道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
各能层原
子轨道数
1
4
9
16
最多容纳
电子数
2
8
18
32
3
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(2)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。s 电子云轮廓图呈球形、p 电子
云轮廓图呈哑铃形，p 电子云有3 种伸展方向。
(3)预测第五电子层上原子轨道总数是多少？最多能容纳的电子数是多少？
(4)比较下列基态原子能级或原子轨道的能量高低。
①1s、2s、2p、3s、3p、3d ②2s、2px、2py、2pz
2.基态与激发态 原子光谱
(1)基态原子：处于最低能量状态的原子。
激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(2)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，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利
用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
3.基态原子核外电子排布原则
(1)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2 个电子，它们的自旋相反。
(2)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，且自旋平行。
(3)能量最低原理：在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的
能量最低。
4.构造原理——基态原子电子填入能级的顺序
5.基态原子核外电子排布表示方法(以硫原子为例)
电子排布式
1s22s22p63s23p4
4
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简化电子排布式
[Ne]3s23p4
价层电子排布式
3s23p4
价层电子轨道表示式
(电子排布图)
【易错提醒】洪特规则的特例
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
量最低，如基态24Cr 原子的核外电子排布式不应写为1s22s22p63s23p63d44s2，正确的是
1s22s22p63s23p63d54s1。
【小试牛刀】
微考点1 基态原子、离子的电子排布式、轨道表示式书写
1.按要求书写电子排布式或轨道表示式。
(1)基态铜原子的电子排布式为 。
(2)基态Cr3＋的核外电子排布式为 。
(3)基态Mn2＋的核外电子排布式为 。
(4)基态钒(V)原子的价层电子轨道表示式为 。
(5)基态镓(Ga)原子的核外电子排布式为 。
(6)基态Ni2＋的价层电子轨道表示式为 。
微考点2 基态原子核外电子的运动状态、未成对电子数目的判断
2.(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]3s23px
2违背了
。
3.(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 。
5
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微考点3 核外电子排布与元素推断
4.元素推断
(1)A、B、C、D4 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
总数的一半。则4 种元素的元素符号依次是A ，B ，C ，D
。
(2)①E 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F 的正三价离子的3d 能级为半充满，F 的元素符号为 ，其基态原子的核外电子排
布式为 。
【真题挑战】
1.(2022·山东，3) O
8
13
、O
8
15
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
8
16
+ He
2
3
—→
O
8
13
+ X
b
a
；O
8
16
+ He
2
3
—→O
8
15
+ Y
n
m 。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
8
13
、O
8
15
可用作示踪原子研究化学反应历程
D.自然界不存在O2
8
13
、O2
8
15
分子是因其化学键不稳定
2.[2024·湖南，16(1)]Cu 属于 区元素，其基态原子的价电子排布式为 。
3.[2024·河北，16(1)节选]钒原子的价层电子排布式为 ；焙烧生成的偏钒酸盐中钒的化
合价为 。
4.[2024·湖北，16(1)]基态Be2＋的轨道表示式为 。
5.按要求解答下列问题。
(1)[2019·全国卷Ⅰ，35(1)]下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填字母)。
A.[Ne]
B.[Ne]
C.[Ne]
D.[Ne]
(2)[2020·全国卷Ⅰ，35(1)]基态Fe2＋与Fe3＋离子中未成对的电子数之比为 。
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【限时训练】（限时：60 分钟）
[分值：100 分]
(选择题1~14 题，每小题5 分，共70 分)
1.下列说法不正确的是( )
A.某些花岗石产生氡(
Rn
86
222
)，从而对人体产生伤害，
Rn
86
222
的质量数是222
B.Se 是人体必需的微量元素，Se
34
78
和Se
34
80
互为同位素
C. C
6
13
⁃NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，C
6
13
的中子数为6
D.原子结构示意图
既可以表示16O，也可以表示18O
2.下列能级符号正确且简并轨道数最多的是( )
A.2d
B.3f
C.4d
D.5s
3.下列说法正确的是( )
A.在多电子原子中，p 轨道电子能量一定高于s 轨道电子能量
B.2p 和3p 轨道形状均为哑铃形
C.基态氮原子的轨道表示式为
D.B 原子由1s22s22px
1→1s22s22p y
1时，由基态转化为激发态，形成发射光谱
4.下列化学用语正确的是( )
A.H2、D2、T2互为同素异形体
B.M2＋核外有a 个电子、b 个中子，M 的核素符号：
M
a＋2
a＋b＋2
C.H2O2的电子式：H＋[×
· O
‥
‥
·
·O
‥
‥
·
×]2－H＋
D.用电子式表示Na2S 的形成过程：2Na×＋·S
‥
‥
·—→Na×
· S
‥
‥
×
· Na
5.如图甲是氢原子的1s 电子云图(即概率密度分布图)，图乙、丙分别表示s、p 能级的电子云轮廓图。
下列有关说法正确的是( )
A.电子云图(即概率密度分布图)就是原子轨道图
B.3p2表示3p 能级中有两个原子轨道
7
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C.由图乙可知，s 能级的电子云轮廓图呈圆形，有无数条对称轴
D.由图丙可知，p 能级的原子轨道图呈哑铃形，且有3 个伸展方向
6.下列有关构造原理的说法错误的是( )
A.原子核外电子填充3p、3d、4s 能级的顺序为3p→4s→3d
B.某基态原子部分核外电子的排布式为3d64s2
C.所有基态原子的核外电子排布都遵循构造原理
D.构造原理中的电子排布能级顺序，并不代表各能级能量由低到高的顺序
7.第四周期元素中基态原子核外有3 个未成对电子的共有( )
A.2 种
B.3 种
C.4 种
D.5 种
8.下列轨道表示式所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是( )
A.
B.
C.
D.
9.通常情况下，原子核外p、d 能级等原子轨道上电子排布为“全空”“半充满”“全充满”的时候更
加稳定，称为洪特规则的特例，下列事实能作为这个规则的证据的是( )
①基态He 原子的电子排布式为1s2，基态H 原子的电子排布式为1s1 ②Fe2＋容易失电子转变为Fe3
＋，表现出较强的还原性 ③基态Cu 原子的电子排布式是[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2 ④某种激发态
碳原子的电子排布式是1s22s12p3而不是1s22s22p2
A.①②
B.②③
C.③④
D.①②③④
10.下列电子排布式或轨道表示式正确的是( )
①基态C 原子的轨道表示式：
②基态Cr 原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2
③基态O 原子的轨道表示式：
④基态Br 原子的价层电子排布式：3d104s24p5
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.只有③
8
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11.1934 年约里奥⁃居里夫妇在核反应中用α 粒子(即氦核He
2
4
)轰击金属原子X
Z
W
，得到核素
Y
z＋2
30 ，开创
了人造放射性核素的先河：
X
Z
W
+ He
2
4
—→
Y
z＋2
30 + n
0
1 。
其中元素X、Y 的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是( )
A. X
Z
W
的相对原子质量为26
B.X、Y 均可形成三氯化物
C.X 的质子数大于Y 的
D.Y 仅有一种含氧酸
12.A、B 为两短周期元素，A 元素原子的L 层比B 元素原子的L 层少3 个电子，B 原子核外电子总数
比A 原子核外电子总数多5，则A 和B 形成的化合物的化学式为( )
A.A2B3
B.BA2
C.AB4
D.B3A2
13.X、Y、Z、W、P 五种元素，其核电荷数依次增大。X 基态原子核外只有三个能级，且各能级电子
数相等；Z 原子的核外电子有8 种运动状态；Z 与W 元素位于同一族；P 原子核外有4 个能层，最外
层只有1 个电子，其余各层均排满电子。下列说法正确的是( )
A.基态X 原子最外层有三个未成对电子
B.Y 基态原子的轨道表示式：
C.P 原子的价层电子排布为4s1
D.P 单质分别与Z、W 单质反应，产物中P 的化合价一定相同
14.下列各组表述中，两个微粒一定不属于同种元素原子的是( )
A.3p 能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子
B.M 层全充满而N 层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子
C.最外层电子数是核外电子总数的1
5的原子和价层电子排布为4s24p5的原子
D.2p 能级有一个未成对电子的基态原子和价层电子排布为2s22p5的原子
15.(14 分)(1)以下列出的是原子的2p 能级和3d 能级中电子排布的情况。试判断，哪些违反了泡利原理？
(填序号，下同)哪些违反了洪特规则？ 。
①
②
③
④
⑤
⑥
(2)某元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1。该原子核外共 个电子层，有 种
能量不同的电子。核外电子占有的轨道总数是 个，有 种不同运动状态的电子。
9
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16.(16 分)前四周期元素A、B、C、D、E 的原子序数依次增大，其相关性质如表所示：
A
基态A 原子核外电子占据3 个轨道
B
原子核外有6 种运动状态不同的电子
C
元素原子的核外p 电子数比s 电子数少1 个
D
基态原子核外有6 个原子轨道排有电子，且只有1 个未成对电子
E
基态E＋填充电子的能层中原子轨道均全充满
(1)元素A、E 的元素符号分别是： 。画出元素A 基态原子的轨道表示式： 。
(2)画出C 元素原子的结构示意图： 。
(3)写出D 元素基态原子的电子排布式： ，其核外电子空间运动状态有 种。
(4)元素A、B、C 的最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强，其原因是 。
(5)实验室合成一种由B 和C 两种元素形成的化合物，该化合物具有三维骨架结构。其中每个B 原子
与4 个C 原子形成共价键，每个C 原子与3 个B 原子形成共价键，其化学式为 。
10
