第1 讲 原子结构 核外电子排布
【高考考向预测】
原子结构与核外电子排布围绕原子构成、同位素概念、核素相关计算、核外电子排布规律与
能级排布规则展开，结合微粒半径比较、等电子粒子推导考查，是元素推断的基础；近三年常在
选择题元素推断小问中出现，单独或综合命题频次平稳；预测2027 年趋向结合新型核素、短周期
陌生元素情境命题，联动元素周期律综合设问，侧重利用电子排布特征进行元素快速推断。
考点一 原子结构 核素与同位素
【核心梳理●明考点】
1.原子的构成
(1)构成原子的微粒及作用
(2)微粒之间的数量关系
①原子中:质子数(Z)=核电荷数=核外电子数。
②质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
③阳离子的核外电子数=质子数-阳离子所带的电荷数。
④阴离子的核外电子数=质子数+阴离子所带的电荷数。
(3)微粒符号周围数字代表的信息
2.元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系
(2)元素、核素、同位素的理解
①同位素的特征
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。
②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。
(3)氢元素的三种核素
1
1H:名称为氕,不含中子;
1
2H:用字母D 表示,名称为氘或重氢;
1
3H:用字母T 表示,名称为氚或超重氢。
(4)几种重要核素的用途
核素
92
235U
6
14C
1
2H
1
3H
8
18O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
【考点突破●明方向】
(一)元素、核素、同位素概念辨析
1.据科学家推测,月球的土壤吸附着数百万吨的 2
3He,在地球上氦元素主要以 2
4He 的形式存在,下列
有关 2
3 He和 2
4He 的说法正确的是( )
A.属于同一种核素
B.质量数相同
C.2
3 He与 2
4He 互为同素异形体
D.2
3 He和 2
4He 互为同位素
2.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光学特性,41
93Nb 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
抓住描述对象突破“四同”判断
(1)同位素——原子,如 1
1 H 、1
2H;
(2)同素异形体——单质,如O2、O3;
(3)同系物——化合物,如CH3CH3、CH3CH2CH3;
(4)同分异构体——化合物,如正戊烷、新戊烷。
(二)原子(离子)、分子中各微粒关系
3.我国玉兔二号月球车是采用核能来提供能量的,它的核能电池系统主要包括两个组成部分:一个装
填钚(94
238Pu)二氧化物的热源和一组固体热电偶。该装置使钚238 衰变产生的核能转化为电能,其反
应可以表示为 94
238Pu――→
m
zU +2
4He2++2e-+γ 光子,其中γ 光子是一种电磁波,它具有一定的波长和频率,
静止质量为零。下列说法不正确的是( )
A. z
mU 的中子比钚238 的中子少2 个
B.z
mU 与 94
238Pu 互为同位素
C.z
mU 与 92
235U 含有相同的电子数
D.2
4 He2+与 2
4He 含有相同的质子数
4.(1)1 mol H 2
18O 与1 mol D2
16O 的中子数之比为 。
(2)已知阴离子R2-的原子核内有n 个中子,R 原子的质量数为m,则w g R 原子完全转化为R2-后,含有
电子的物质的量是 。
考点二 原子核外电子排布
【核心梳理●明考点】
1.核外电子运动状态
(1)电子云
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。
(2)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。
2.基态与激发态 原子光谱
(1)基态与激发态
①基态原子:处于最低能量状态的原子。
②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
(1)构造原理——电子填充顺序
(2)基态原子核外电子排布规律
①能量最低原理:在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量
最低。
②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。
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,且自旋平行。
④洪特规则特例
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
1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 3d
5 4s
1 。
(3)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
简化电子排布式
[Ne]3s23p4
轨道表示式
价层电子排布式
3s23p4
【考点突破●明方向】
1.判断电子的运动状态
(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 电子排布式表示为[Ne]3s23px
2违背了 。
2.判断原子中未成对电子数目。
(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 。
3.Fe3+ 比Fe2+ 的稳定性更 ( 填“ 强” 或“ 弱” ), 从结构上分析原因是
。
4.核外电子排布与元素推断(按要求填空)。
(1)A 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 。
(2)B 元素的负一价离子和C 元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B 的元素符号为 ,
C 的元素符号为 。
(3)D 元素的正三价离子的3d 轨道为半充满,D 的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为
。
(4)E 元素基态原子的M 层全充满,N 层没有成对电子,只有一个未成对电子,E 的元素符号为
,其基态原子的电子排布式为
。
【真题再现●明考向】
1.(2025·河南卷)下列化学用语或图示正确的是( )
A.CaO 的电子式:Ca2+[︰O
‥
‥
︰]2-
B. Li+的结构示意图:
C.中子数为38 的镓原子:31
38Ga
D.
的化学名称:2-乙基戊烷
2.(2024·河北卷)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 。
3.按要求填空。
(1)(2024·新课标卷)Ni 基态原子价电子的轨道表示式为 。
(2)(2024·湖北卷)基态Be2+的轨道表示式为 。
(3)(2023·全国乙卷)基态Fe 原子的价电子排布式为 。
(4)(2023·北京卷)基态S 原子价层电子排布式是 。
【限时训练】
（60 分钟）
一、单选题
1．（2025·江苏·高考真题）科学家通过核反应❑0
1n+3
6Li→1
3H+2
4 He发现氚(❑1
3 H)。下列说法正确的
是
A．❑0
1n表示一个质子
B．❑3
6Li的基态原子核外电子排布式为1s
12s
2
C．❑1
3H与❑1
2H互为同位素
D．
❑2
4 He
的原子结构示意图为
2．（2025·甘肃·高考真题）马家窑文化遗址出土了大量新石器时代陶制文物，陶制文物的主要成
分为硅酸盐，下列有关表述错误的是
A．基态Si 原子的价层电子排布图：
B．❑8
16O的同位素❑8
18O可作为有机反应示踪原子
C．
SiCl4
的电子式为：
D．
SiO2
的球棍模型为：
3．（2025·山东·高考真题）第70 号元素镱(Yb)的基态原子价电子排布式为4f
146s
2。下列说法正确
的是
A．❑70
174 Yb的中子数与质子数之差为104B．❑70
174 Yb与❑70
176Yb是同一种核素
C．基态Yb原子核外共有10 个d 电子
D．Yb位于元素周期表中第6 周期
4．（2024·重庆·高考真题）R、X、Y 和Z 为短周期元素，XY3ZR3的分子结构如下所示。R 中电子只
有一种自旋取向，X、Y 和Z 处于同一周期，X 的核外电子数等于Y 的最高能级电子数，且等于Z
的最外层电子数。下列说法正确的是
A．原子半径：Z<X
B．非金属性：Y<Z
C．单质的沸点：X<Y
D．最高正化合价：X<R
5．（2024·贵州·高考真题）我国科学家首次合成了化合物[K(2，2，2-crypt)]5[K@Au12Sb20]。其阴离
子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如图)，具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的
是
A．富勒烯C60是分子晶体
B．图示中的K+位于Au 形成的二十面体笼内
C．全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体
D．锑(Sb)位于第五周期第ⅤA 族，则其基态原子价层电子排布式是5s25p3
6．（2026·山东济宁·三模）合成超铀元素❑93
239Np、❑b
a Pu是核反应堆中的重要反应之一，以下说法
正确的是
A．以上反应均为化学变化
B．❑92
238U与X 互为同素异形体
C．X 的质子数与中子数相差147
D．a=94、b=239
7．（2026·广东湛江·二模）某种+2价钴(Co)的配合物能够高效催化炔烃向酮的转化，其结构如图
所示(L为甲基)。X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的短周期元素，其中X的价电子结构为ns
2np
1
，Z的核外电子数等于R的最外层电子数，Z、W和R的原子序数之和为24。下列说法正确的是
A．第一电离能：Z>W >X
B．XR3为极性分子
C．ZW3
−的空间结构为三角锥形
D．最简单氢化物的沸点：Y>R
8．（2026·天津河东·二模）对下列物质性质的解释错误的是
选项
物质性质
解释
A
K 与Na 的化学性质有差异
最外层电子能量
B
MgCl2晶体熔点714℃、AlCl3晶体熔点192℃
晶体类型
C
金属有良好的延展性
离子键
D
SiH4的沸点高于CH4
分子间作用力
A．A
B．B
C．C
D．D
9．（2026·陕西咸阳·二模）某化合物的晶胞结构(正六棱柱)如图所示。下列说法错误的是
A．基态B 原子含有1 个未成对电子
B．晶胞中含有3 个Mg 原子
C．晶体密度为138×10
21
3 ❑√3a
2b N A
g⋅cm
−3
D．Mg 位于元素周期表中的s 区
10．（2026·江苏镇江·一模）2026 年1 月13 号，我国研制的遥感五十号卫星发射成功。卫星由钛
合金、铝合金和碳化硅等材料构成。下列元素基态原子最外层电子数最少的是
A．C
B．Al
C．Si
D．Ti
11．（2026·河北·一模）烟酸铬（III）可促进动物生长发育和蛋白质合成，在工业上主要用作饲料
添加剂、医药保健品、食品添加剂等，其结构如图所示。下列说法正确的是
A．基态原子的未成对电子数：C<O<N <Cr
B．基态原子的第一电离能：C<N <O
C．烟酸铬（III）中的配位键是N 和O 原子提供孤电子对
D．烟酸铬（III）配位体为
，配位体数为6
12．（2026·江苏盐城·模拟预测）反应Na2CO3+SiO2
高温
¿ Na2SiO3+CO2↑
¿
可用于生产玻璃。下列说法正
确的是
A．中子数为10 的氧原子：O
8
10
B．Na
+
的结构示意图：
C．1 mol SiO2晶体含有4 mol Si−O键
D．CO2的空间构型为V 形
13．（2026·浙江·模拟预测）“千篇一律”中往往可能蕴含着“万里挑一”。高中化学中存在着
许多组“同与不同”。下列关于“不同”产生的原因的推测中，合理的是
选
项
“同与不同”
“不同”产生的原因
A
将SO2气体与H2S混合，可得到淡黄色的硫；而将硫代硫酸钠溶
液与稀硫酸混合，反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊
两种反应得到的硫单质
是同分异构体
B
六方氮化硼被称为“白石墨”，与石墨的结构相似。石墨具有
良好的导电性，但六方氮化硼不能导电
六方氮化硼层内不存在
相互平行的p轨道
C
O3和SO2结构相似。O3在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解
度，但SO2恰好相反
O3是非极性分子，SO2极
性强且可与水反应
D
C 和Si是同主族元素。在常温常压下，CO2以小分子形式存在，
而SiO2以坚实的共价晶体的形式存在
Si 的原子半径大于C，与
O形成的π键强度低
A．A
B．B
C．C
D．D
14．（2025·河北·模拟预测）我国科学家用重离子加速器研究装置提供的束流轰击金属钍(Th)靶，
成功制得医用同位素锕−225(❑89
225 Ac)。下列说法正确的是
A．钍有多种同位素，如❑
232Th和❑
230Th，它们的质子数不同但电子数相同
B．❑89
225 Ac的质子数为89，中子数为136
C．钍元素主要用于制造烟花，因为其燃烧时能产生绚丽的色彩
D．金属钍靶发生衰变生成锕，这种变化属于化学变化
15．（2026·河南新乡·模拟预测）下列化学用语表示正确的是
A．用电子式表示HCl 的形成过程：
B．H2O2的球棍模型：
C．中子数为4 的锂离子：L
3
7 i
+
D．
NH3
和
H2O
之间最强烈的氢键作用：
B．H2O2分子的结构式为H-O-O-H，但由于中心O 原子存在孤电子对，所以H2O2分子结构不呈直线
形，而呈书页形(或二面角形)，所以
H2O2
分子的球棍模型：
，B 错误；C．中子数为4
的锂离子其质量数为3+4=7，带1 个单位正电荷，则可表示为：L
3
7 i
+，C 正确；
D．NH3和H2O之间最强烈的氢键是H2O 中O-H 的H 与NH3中N 形成的作用：O-H⋅⋅⋅N，D 错误；
故选C。
16．（2026·河北唐山·二模）下列化学用语表述正确的是
A．中子数为8 的碳原子：❑8
14C
B．甲醛分子的空间填充模型：
C．四氯化碳的电子式：
D．
Cl2分子中共价键的电子云图：
17．（2026·河南驻马店·模拟预测）下列化学用语表述错误的是
A．
SO3
2−
的VSEPR 模型：
B．基态溴原子的核外电子排布式：[Ar]4s24p5
C．质量数为32 的磷原子：❑15
32P
D．CaH2的电子式：
18．（2026·湖南邵阳·三模）下列化学用语表述正确的是
A．❑
16O2和❑
18O2互为同位素
B．反-2-丁烯的结构简式：
C．P4(白磷)为正四面体结构的分子，其键角：109°28
′
D．H2S的球棍模型：
二、填空题
（2025·上海闵行·一模）嫦娥六号探测器成功完成人类首次月球背面采样返回任务，其搭载的新
型材料和推进系统蕴含丰富的化学知识。请从微观角度结合原子结构及核外电子排布相关知识回
答下列问题。
19．探测器返回器外壁的高温结构陶瓷含硅元素，硅常与氧元素结合形成二氧化硅(SiO2)。请写出
硅原子的结构示意图_______；氧离子的电子式_______。
20．关于核外电子排布的说法中不正确的是_______。
A．第二层最多可容纳的电子数为8
B．次外层最多可容纳的电子数为18
C．最多可容纳2 个电子的电子层一定是第一电子层
D．最多可容纳8 个电子的电子层一定是第二电子层
21．科学家通过核反应n
0
1 + L
3
6 i→
❑
❑
H
1
3 + H
2
4 e发现氚( H
1
3 )。下列说法正确的是_______。
A．n
0
1 表示一个质子
B．该反应属于化学变化
C．
H
1
3
与
H
1
2
互为同位素
D．
H
2
4 e
的原子结构示意图为
22．在月壤样本中发现一种非金属元素R，其最外层电子数为n，其气态氢化物的核外电子总数为
a，R 的某种核素核内中子数为b，则该核素的符号是_______。
A．
R
n
a+n
B．
R
a+n
a+b+n
C．
R
a−n+8
a+b−n+8
D．
R
a+n−8
a+b+n−8
23．已知在自然界中铱(Ir)有两种质量数分别为191 和193 的核素，而铱元素的近似相对原子质量
为192.22，则这两种核素的原子个数比为_______。
24．X 元素组成的三种气态单质都是双原子分子，它们的相对分子质量分别是32、34、36。现有
这三种单质的混合气体，分子数之比为15:4:1，下列说法正确的是_______。
A．若该容器中的X2全部转化为同素异形体X3，则X3的分子有21 种
B．质量数为16 的核素的丰度为85%
C．该元素的近似相对原子质量为17
D．该元素所含三种核素的原子数之比为15:4:1
三、解答题
25．（2026·广西百色·二模）钴酸锂(LiCoO2)电池是一种应用广泛的新型电源，电池中含有少量的
铝、铁、碳等单质，对废旧钴酸锂电池回收再利用的处理流程如下：
已知：①还原性：Cl
−>Co
2+；
②Fe
3+和C2O4
2−结合生成较稳定的[Fe(C2O4)3)
3−，在强酸性条件下分解重新生成Fe
3+；
③Li2CO3的溶度积常数K sp=8.64×10
−4，溶液中某离子浓度≤10
−5 mol⋅L
−1，认为该离子沉淀完
全。
回答下列问题：
(1)Co 的简化电子排布式为_______。
(2)碱浸泡铝单质发生反应的离子方程式为_______。
(3)滤液A 中主要的阳离子有H
+、Li
+、_______，写出LiCoO2和盐酸反应的化学方程式：_______。
(4)从滤液C 中分离出FeCl3⋅6 H2O的系列操作方法为_______。
(5)将浓度为0.02mol⋅L
−1的Li2SO4和浓度为0.02mol⋅L
−1的Na2CO3溶液等体积混合，_______(填
“是”或“否”)有沉淀生成，请通过计算说明原因：_______。
(6)LiN3在军事和汽车安全气囊上有重要的应用，LiN3晶胞结构如下图所示，该晶体的密度为
ρg⋅cm
−3，N A为阿伏加德罗常数的值，则晶体中Li
+与N3
−最短的距离为_______pm。
26．（2026·山东德州·三模）镍的化合物应用广泛。回答下列问题：
(1)在元素周期表中，镍位于第______周期______族。基态Ni
2+的价电子轨道表示式为______。
(2)[Ni(PH3)2CO2)是一种配合物。
①该配合物所含元素中，电负性最大的是______。
②PH3中P 原子采取______杂化。
③[Ni(PH3)2CO2)中Ni的配位数为4，碳氧键键长不同，该配合物的结构示意图为______。
(3)Nix Cu y Nz晶体的立方晶胞中原子所处位置如图。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近
距离之比，dCu−N∶dCu−Ni= ❑√3∶❑√2，则晶体化学式为______；晶体中与Ni原子最近且等距离的Ni
原子的数目为______。
