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大单元三 物质结构与性质
专题二 原子的结构与性质
【真题再现●明考向】
1.按要求填空
(1)(2025·安徽卷)锶位于元素周期表第五周期第ⅡA 族。基态原子价电子排布式
为________________。
(2)(2025·河北卷)基态铬原子的价层电子排布式：________________。
(3)(2025·云南卷)基态Cu 原子的价层电子排布式为______________。
(4)(2025·河南卷)Ca 位于元素周期表中______________区；基态Ni2+的价电子排
布式为______________。
(5)(2025·重庆卷)铝的基态电子排布式为________________。
(6)(2025· 北京卷) 将Mg 的基态原子最外层轨道表示式补充完整：
。
【答案】(1)5s2 (2)3d54s1 (3)3d104s1 (4)s 3d8 (5)1s22s22p63s23p1
(6)
2.(2025·山东卷)Fe 单质及其化合物应用广泛。回答下列问题：
(1)在元素周期表中，Fe 位于第__________周期__________族。基态Fe 原子与
基态Fe3+离子未成对电子数之比为__________。
(2)尿素分子(H2NCONH2)与Fe3+形成配离子的硝酸盐[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3 俗
称尿素铁，既可作铁肥，又可作缓释氮肥。元素C，N，O 中，第一电离能最大
的是__________，电负性最大的是__________。
【答案】(1)四 Ⅷ 4∶5 (2)N O
【解析】(1)Fe 为26 号元素，基态Fe 原子的价层电子排布式为3d64s2，故Fe 位
于第四周期Ⅷ族。基态Fe 原子、基态Fe3+的价层电子排布式分别为3d64s2、
3d5，未成对电子数之比为4∶5。(2)同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋
势，N 由于2p 能级为半充满状态，较稳定，其第一电离能大于O，故元素C、
N、O 中，第一电离能最大的是N；同周期元素从左到右电负性逐渐增大，故元
素C、N、O 中，电负性最大的是O。
3.按要求填空
(1)(2023·北京卷节选)比较S 原子和O 原子的第一电离能大小，从原子结构的角
度
说
明
理
由
：
____________________________________________________________
____________________________________________________________________
。
(2)(2023·浙江1 月选考改编)由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为
①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1，则电离一个电子所需最低能量由
大到小的顺序为________________。
(3)(2022·河北卷节选)①基态S 原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为
________。
②Cu 与Zn 相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是__________，原因是
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
【答案】(1)I1(O)>I1(S)，氧原子半径小，原子核对最外层电子的吸引力大，不易
失去一个电子 (2)②>①>③ (3)①1∶2(或2∶1) ②Cu Cu 的第一电离能比
Zn 的第一电离能小，但Cu 失去1 个电子后形成的Cu＋的价层电子排布为3d10，
较难失去电子，Zn 失去1 个电子后形成的Zn＋的价层电子排布为 3d104s1，较易
失去1 个电子达到稳定状态，Cu 的第二电离能比Zn 的第二电离能大
【核心梳理●明方向】
1.核外电子排布的五种表示方法
表示方法
举例
电子排布式
K：1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式
Cu：[Ar]3d104s1
价层电子排布式
Fe：3d64s2
轨道表示式
(或电子排布图)
价层电子轨道表示式
(或价层电子排布图)
【名师点拨】
(1)考虑是否存在原子轨道在全充满(如s2、p6、d10等)、半充满(如s1、p3、d5等)
和全空(如s0、p0、d0)等状态时能量最低的特例情况。
(2)基态原子核外电子运动状态数与核外电子数相等；基态原子核外电子空间运
动状态数即核外电子所占据的轨道数。
2.电离能大小比较规律
(1)总体上金属元素第一电离能较小，非金属元素第一电离能较大。
(2)同一周期内元素的第一电离能从左到右有增大的趋势；同一主族元素从上到
下，第一电离能由大变小。
(3)第ⅡA 族和第ⅤA 族元素第一电离能大于其相邻元素。
3.电负性大小比较规律
(1)根据在元素周期表中的位置判断
在同一周期中，原子序数越大，电负性一般也随之增加。同一主族元素从上到
下，电负性逐渐减小。
(2)根据化合价及物质类别判断
如O 与Cl 的电负性比较：①HClO 中Cl 为＋1 价、O 为－2 价，可知O 的电负
性大于Cl；②Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物，可知O 的电负性大于
Cl。
【考点突破●提能力】
1.按要求填空
(1)(2025·贵州普通高中选择性考试模拟)基态Mn 原子的价层电子排布式为
__________。
(2) (2025·黑龙江教育学会一模)B 价层电子的轨道表达式为__________________。
(3) (2025· 辽宁名校联盟一模联考)Fe 在元素周期表中的位置为
____________________。
(4) (2025· 陕西西安市一模)组成Li3PO4 的各元素中，原子半径最大的是
________( 填元素符号) ，电负性最大的元素的价层电子排布图为
______________________。
【答案】(1)3d54s2 (2)
(3) 第四周期Ⅷ族 (4)P
2.(2025·山东菏泽一模)钴和锂在电池材料、超级合金等高科技领域中发挥着关
键作用。回答下列问题：
(1)Co 在元素周期表中位于第________周期________族。下列状态的钴中，电离
最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。
A.[Ar]3d74s2
B.[Ar]3d74s1
C.[Ar]3d74s14p1
D.[Ar]3d74p1
(2)N、F、P 三种元素电负性由大到小的顺序为______________。
【答案】(1)四 Ⅷ B (2)F>N>P
【解析】(1)钴在元素周期表中的位置：钴的原子序数为27，电子排布为
[Ar]3d74s2，因此位于第四周期Ⅷ族。钴元素的第二电离能大于第一电离能，由
题给简化电子排布式可知，[Ar]3d74s2和[Ar]3d74s14p1电离最外层一个电子所需
能量为第一电离能，[Ar]3d74s1和[Ar]3d74p1电离最外层一个电子所需能量为第
二电离能，[Ar]3d74p1为离子的激发态，能量高，所以电离最外层一个电子所需
能量最大的是[Ar]3d74s1，故选B。(2)电负性问题：非金属性越强，电负性越大，
F、N、P 的电负性依次减小，因此顺序为F>N>P。
3.(2025·山东聊城一模节选)(1)H3NBH3分子中与B 原子相连的H 呈负电性，H、
N、B 的电负性由大到小的顺序是____________。
(2)Fe2+价层电子轨道表示式为__________，同周期基态原子未成对电子数比
Fe2+多的元素是____________(填元素符号)。
【答案】(1)N>H>B (2)
Cr、Mn
【解析】(1)电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力，N 的非金属性大
于B，H3NBH3 分子中与B 原子相连的H 呈负电性，则H 的电负性大于B，所
以电负性由大到小的顺序是N>H>B；(2)Fe 是26 号元素，Fe2+的价层电子排布
式为3d6，价层电子轨道表示式为
；Fe2+的未成对电子数是
4，同周期基态原子未成对电子数比Fe2+多的元素是Cr、Mn(Cr 的价层电子排布
式为3d54s1，未成对电子数是6、Mn 的价层电子排布式为3d54s2，未成对电子
数是5)。
【限时训练】（限时：60 分钟）
原子的结构与性质 (满分：53 分)
1.(8 分)(2024·湛江模拟节选)我国科研工作者研究的金属—氮—碳电催化CO2还
原催化剂取得新进展。回答下列问题：
(1)14C 可用于考古，该基态原子价层电子排布式为________________。
(2)金属钴的核外电子排布式为__________；Fe3+的电子排布式为____________。
(3)基态N 原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨
道数为________，电子数为________。
(4)基态铝原子核外共有________种不同能级的电子，有________种不同运动状
态的电子。
【答案】(1)2s22p2 (2)[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2) [Ar]3d5(或
1s22s22p63s23p63d5) (3)L 4 5 (4)5 13
【解析】(1)C 为6 号元素，其基态原子价层电子排布式为2s22p2。(2)Co 为27 号
元素，金属钴的核外电子排布式为[Ar]3d74s2(或1s22s22p63s23p63d74s2)；铁原子的
电子排布式为[Ar]3d64s2，失去3 个电子得到Fe3+的电子排布式为[Ar]3d5(或
1s22s22p63s23p63d5)。(3)基态N 原子核外电子占据的最高能层为第二层，能层符
号为L；该能层有1 个s 轨道和3 个p 轨道，轨道总数为4；基态N 原子该能层
电子数为5。(4)基态铝原子核外电子排布式：1s22s22p63s23p1，共5 种不同能级
的电子，核外每个电子的运动状态均不相同，则Al 有13 种不同运动状态的电
子。
2.(6 分)(2025·山东青岛一模节选)双核铜物种存在于色素细胞中，某大环双核铜
配合物的配离子结构如图。
(1)基态Cu 原子价层电子排布式为________。
(2)该配离子中所含第二周期元素的基态原子第一电离能由大到小的顺序为
____________。
(3)Cu 的化合价为__________。
【答案】(1)3d104s1 (2)N>O>C (3)＋1、＋2
【解析】(1)基态Cu 原子核外29 个电子，电子排布式为[Ar]3d104s1，价层电子排
布式为3d104s1；(2)该配离子中所含第二周期元素有N、O、C，同一周期从左到
右第一电离能有增大的趋势，其中第ⅡA，ⅤA 元素第一电离能大于同周期相
邻元素的第一电离能，故基态原子第一电离能：N>O>C；(3)配离子中心原子
Cu 与4 个N 形成的配位键中的电子均来自N 原子的孤电子对和RO－的O 的孤
电子对，离子带一个正电荷，故两个Cu 原子1 个为＋1 价，1 个为＋2 价。
3.(10 分)(2024·东营模拟节选)光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。
可作太阳能电池材料的有单晶硅、GaAs、InP、CdS、CuInSe 等。
(1)已知Se 在元素周期表中的位置为____________________，硅的基态原子的电
子排布式为________，基态Ga 原子核外电子占据的最高能级为________，其轨
道呈________形。
(2)P、S、Ga 电负性从大到小的顺序为__________。
(3)As 元素的第一电离能__________(填“大于”“小于”或“等于”)Se 元素的
第
一
电
离
能
，
原
因
是
____________________________________________________
_____________________________________________________________________
。
(4)太阳能电池材料中的很多金属或金属化合物在灼烧时会产生特殊的火焰颜色，
请用原子结构的知识阐述产生此现象的原因：
______________________________
_____________________________________________________________________
_。
【答案】(1) 第四周期第ⅥA 族 1s22s22p63s23p2( 或[Ar]3s23p2) 4p 哑铃
(2)S>P>Ga (3)大于 砷元素基态原子4p 能级是半充满稳定状态，能量较低，
第一电离能大于同周期相邻元素 (4)基态原子的电子吸收能量后，电子从较低
的能级跃迁到较高能级，原子从基态变成激发态，激发态原子中的电子从能量
较高的轨道回到能量较低的轨道时，将以光的形式释放能量，产生特殊的火焰
颜色
【解析】(1)Se 原子序数为34，原子核外有4 个电子层，最外层有6 个电子，在
第四周期第ⅥA 族；硅原子核外有14 个电子，其电子排布式是1s22s22p63s23p2
或[Ar]3s23p2 ；Ga 的原子序数为31 ，基态原子的核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s24p1，最高能级为4p，其轨道呈哑铃形。(2)同周期主族元素
从左到右电负性逐渐增大，同主族元素从上到下电负性逐渐减小，则电负性：
S>P>Ga。(3)砷、硒都是第四周期非金属元素，同一周期元素自左而右第一电离
能呈增大趋势，但砷元素基态原子4p 能级是半充满稳定状态，第一电离能高于
同周期相邻元素。(4)当基态原子的电子吸收能量后，电子从较低的能级跃迁到
较高能级，原子从基态变成激发态，激发态原子中的电子从能量较高的轨道回
到能量较低的轨道时，将以光的形式释放能量，产生特殊的火焰颜色。
4.(8 分)(2024·亳州模拟)某抗失眠药物的结构简式为
，其分子式为
C17H14O2N2Br2。请回答下列问题：
(1)该药物的组成元素中，电负性最大的元素是__________(填元素符号)。
(2)基态N 原子的价层电子轨道表示式为__________________，从原子结构角度
解
释
O
的
电
负
性
大
于
N
的
原
因
：
_____________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)该药物的组成元素中，属于第二周期元素的第一电离能由大到小的顺序为
__________(用元素符号表示)；基态Br 原子的价层电子排布式为____________，
其第一电离能比Cl 的第一电离能________(填“大”或“小”)。
(4)若某元素的核电荷数是N 元素的4 倍，其基态＋2 价阳离子的电子排布式为
______________________。
【答案】(1)O (2)
原子半径：r(O)<r(N)，核电荷数氧元素大
于氮元素，氧原子对电子的吸引能力更强，更容易得到电子，电负性更大
(3)N>O>C 4s24p5 小 (4)1s22s22p63s23p63d8
【解析】(1)元素周期表中同周期主族元素从左到右电负性依次增强，同主族元
素从上往下依次减弱，该药物组成元素中电负性最强的是O。(2)基态N 原子的
价层电子轨道表示式为
；原子半径：r(O)<r(N)，核电荷数氧元
素大于氮元素，氧原子对电子的吸引能力更强，更容易得到电子，电负性更大。
(3)该药物的组成元素中，属于第二周期元素的是C、O、N，N 原子2p 轨道处
于半充满状态，比较稳定，第一电离能较高，第一电离能由大到小的顺序为
N>O>C；基态Br 原子的价层电子排布式为4s24p5，其第一电离能比Cl 的第一
电离能小，因为Br 更容易失去电子。(4)若某元素的核电荷数是N 元素的4 倍，
则其核电荷数为28 ，为Ni ，其基态＋2 价阳离子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d8。
5.(4 分)(2025·陕西西安期末)黄铁矿(主要成分为FeS2)的利用对资源和环境具有
重要意义，一种酸性条件下催化氧化黄铁矿的物质转化关系如图所示，回答下
列问题：
(1)基态氧原子的核外电子有________种空间运动状态，其电子占据的最高能级
的电子云轮廓图为________形。
(2)第一电离能：N________ (填“>”“<”或“＝”)O。
(3)Fe3+的半径比Fe2+________ (填“大”或“小”)。
【答案】(1)5 哑铃 (2)> (3)小
【解析】(1)氧元素的原子序数为8，基态O 原子的电子排布式为1s22s22p4，原
子轨道数目为5，则原子的核外电子有5 种空间运动状态，占据的最高能级是电
子云轮廓图为哑铃形的2p 能级。(2)同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋
势，氮原子的2p 轨道为稳定的半充满结构，元素的第一电离能大于相邻元素，
则氮元素的第一电离能大于氧元素。(3)同种元素的不同种离子的电荷数越大，
离子半径越小，则铁离子的离子半径小于亚铁离子。
6.(6 分)(2024·辽宁营口期中)在元素周期表中除了同族元素的性质相似外，还有
一些处于对角线上的元素的性质也呈现相似性。例如Li 和Mg、Be 和Al、B 和
Si，这种相似关系称为对角线关系，也称对角线规则。回答下列问题：
(1)Ge 与Si 同主族，二者属于周期表中______区元素；Ge 能与NaOH 溶液反应
生
成
Na2GeO3
，
其
中
发
生
反
应
的
化
学
方
程
式
为
________________________________
_____________________________________________________________________
_。
(2)基态Mg 原子和基态Al 原子中第一电离能较大的是__________，原因为
_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
【答案】(1)p Ge＋2NaOH＋H2O===Na2GeO3＋2H2↑ (2)Mg Mg 的电子排布
式为[Ne]3s2，Al 的电子排布式为[Ne]3s23p1，镁的3s 处于全充满状态，较稳定，
不易失去一个电子，铝的最外层为3p1，易失去一个电子形成稳定结构，所以
Mg 的第一电离能较大
【解析】(1)Ge 与Si 同主族，均位于第ⅣA 族，Ge 与Si 均属于周期表中p 区元
素；Ge 能与NaOH 溶液反应生成Na2GeO3，发生反应的化学方程式为Ge＋
2NaOH＋H2O===Na2GeO3＋2H2↑。(2)Mg 的电子排布式为[Ne]3s2，Al 的电子排
布式为[Ne]3s23p1，镁的3s 处于全充满状态，较稳定，不易失去一个电子，铝的
最外层为3p1，易失去一个电子形成稳定结构，所以Mg 的第一电离能较大。
7.(4 分)某些过渡金属(如钛、铜)及其化合物，以其高导电性和丰富的物理、化
学性质在材料领域大放异彩。
(1)钛比钢轻、比铝硬。基态钛原子的价层电子排布式为________，钛原子核外
电子占据的轨道数为________。
(2)铜的下列状态中，失去最外层一个电子所需能量最小的是________(填字母)。
A.[Ar]3d104p1
B.[Ar]3d10
C.[Ar]3d94s1
D.[Ar]3d104s1
【答案】(1)3d24s2 12 (2)A
【解析】(1)Ti 是22 号元素，基态Ti 原子的价层电子排布式为3d24s2；基态Ti
原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，电子占据12 个轨道。(2)A 为激发
态铜原子，B 为失去一个电子的＋1 价铜离子，C 为失去一个电子且是激发态的
＋1 价铜离子，D 为基态铜原子，则失去最外层一个电子所需能量最小的是A。
8.(7 分)A、B、C、D、E、F、G、W 是原子序数依次增大的8 种元素，A 元素
原子的2p 轨道上有2 个未成对电子；B 元素在同周期中原子半径最大，与A 可
形成原子个数比为1∶1 和2∶1 的两种化合物；C 的单质是一种常见的半导体
材料；F 有9 个原子轨道，且只有一个未成对电子，没有空轨道；G 的单质是一
种常见金属，其＋2 价离子G2+有4 个未成对电子；W 能形成红色(或砖红色)的
W2A 和黑色的WA 两种化合物。请回答下列问题：
(1)C 原子最高能级的电子云轮廓图是______形，W 位于元素周期表________区，
W 的简化电子排布式为____________。
(2)D、E、F 三种元素第一电离能从大到小的顺序是________(用元素符号与“>”
表示)。
(3)A、B、C、D 四种元素电负性由大到小的顺序是________(用元素符号与“>”
表示)。
(4)G3+比G2+稳定，原因是______________________________________________
____________________________________________________________________
。
【答案】(1)哑铃 ds [Ar]3d104s1 (2)Cl>P>S (3)O>P>Si>Na (4)Fe3+的3d 能
级处于半充满状态
【解析】A 元素2p 轨道上有2 个未成对电子，电子排布式为1s22s22p2 或
1s22s22p4，A 可能为C 元素或O 元素；B 在同周期中原子半径最大，是Na 元素，
Na 可以与A 形成原子个数比为1∶1 和2∶1 的化合物，则A 为O 元素；C 是一
种常见的半导体材料，为Si 元素；F 有9 个原子轨道，且只有一个未成对电子，
没有空轨道，电子排布式为1s22s22p63s23p5，为Cl 元素，A 到W 原子序数依次
增大，则D 为P 元素，E 为S 元素；G2+中有4 个未成对电子，则G 的电子排布
式为1s22s22p63s23p63d54s1或1s22s22p63s23p63d64s2，G 可能为Cr 或Fe，但Cr 并不
是一种常见的金属，则G 为Fe 元素；W 能形成红色(或砖红色)的W2A 和黑色
的WA 两种化合物，为Cu 元素。(1)Si 元素电子排布式为1s22s22p63s23p2，最高
能级电子云轮廓图是哑铃形；Cu 位于元素周期表的ds 区；Cu 的简化电子排布
式为[Ar]3d104s1。(2)第ⅤA 族元素的第一电离能较相邻两个族的电离能大，第
一电离能：Cl>P>S。(3)同一周期主族元素原子的电负性从左向右依次增大，同
一主族元素原子的电负性从上到下依次减小，电负性：O>P>Si>Na。(4)Fe3+的
电子排布式为[Ar]3d5，Fe2+的电子排布式为[Ar]3d6，Fe3+的3d 能层处于半充满
状态，因此Fe3+比Fe2+稳定。
