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第26讲 原子结构 核外电子排布原理
复习目标 1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子的构成，了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的关系。3.了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子的排布式和轨道表示式。4.了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。
考点一 原子结构 核素 同位素
1．原子构成
(1)构成微粒及作用
(2)微粒间的数量关系
①阳离子的核外电子数＝质子数－所带电荷数。
②阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数。
(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、同位素的概念及关系
(2)同位素
①天然存在同一元素的各核素所占原子百分数一般不变。
②同位素的“六同”与“三不同”
(3)常见的重要核素及其应用
核素
U
C
H
H
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子
1．中子数为10的氧原子：O( )
2．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( )
3.Cl与Cl得电子能力几乎相同( )
4．一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子( )
5．所有的原子中都含有质子和中子，任何离子都有电子( )
6．质量数就是元素的相对原子质量( )
7．质子数相同的微粒不一定属于同一种元素( )
答案 1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√
一、微粒中粒子数的计算
1．(1)1 mol H218O与1 mol D2O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－时，含有电子的物质的量是____________________________________________________。
答案 (1)1∶1 (2) mol
解析 (2)质量数＝质子数＋中子数，则R的质子数为(m－n)，故R2－的核外电子数为(m－n＋2)，w g R原子的物质的量为＝ mol，所以w g R2－含有电子的物质的量为
mol×(m－n＋2)＝ mol。
二、元素、核素、同位素的概念辨析
2．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)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。
答案 (1)核素 同位素 (2)O2、O3
(3)30 24 (4)5 5
解析 (1)H、H分别是氢元素的一种核素；H、H是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子，它们互称为同位素。
(2)O2和O3是同种元素组成的不同单质，为氧元素的同素异形体。
(3)Fe2＋的中子数为56－26＝30，核外电子数为26－2＝24。
(4)9种微粒中有5种核素：H、H、C、C、N，有5种元素：H、C、N、Fe、O。
三、10e－、18e－微粒判断
3．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。它们之间存在如图转化关系。
(1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒，请写出：
A的化学式：__________；D的化学式：___________________________________________。
(2)如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式：____________________________________________________________。
答案 (1)NH(或HF) H2O (2)H2S＋OH－===HS－＋H2O(或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O)
解析 (1)10电子微粒A、B反应得到两种10电子微粒，应是NH＋OH－NH3↑＋H2O或HF＋OH－===F－＋H2O，可推知A为NH，B为OH－，C为NH3，D为H2O或A为HF，B为OH－，C为F－，D为H2O。
(2)如果A、C均是18电子的粒子，B、D是10电子粒子，结合转化关系，可推知A为H2S，B为OH－，C为HS－或S2－，D为H2O，A与B在溶液中反应的离子方程式：H2S＋OH－===HS－＋H2O或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O。
1．求一定质量的某物质中粒子数的答题模板
物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数。
2．寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法
(1)“10电子”微粒
(2)“18电子”微粒
考点二 构造原理 核外电子排布表示方法
1．能层、能级与原子轨道
(1)能层(n)
核外电子按能量不同分成能层。通常用K、L、M、N……表示，能量依次增大。
(2)能级
同一能层电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f表示。
(3)电子云与原子轨道
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。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。因此，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。
原子轨道
轨道形状
轨道个数
能量关系
s
球形
1
①同一能层各能级能量顺序：E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)
②形状相同的原子轨道能量的高低：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)……
③同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如p能级三个互相垂直的轨道npx、npy、npz的能量相同
p
哑铃形
3
d
5
f
7
2.基态原子的核外电子排布
(1)排布原则
注意 当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(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为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充顺序——构造原理
如图为构造原理示意图，即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图：
3．基态原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
轨道表示式(或电子排布图)
价层电子排布式
3s23p4
4.电子的跃迁与原子光谱
(1)电子的跃迁
(2)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。
1．2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等( )
2．基态原子电子能量的高低顺序为E(1s)＜E(2s)＜E(2px)＜E(2py)＜E(2pz)( )
3．Fe的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6( )
4．22Ti的电子排布式：1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )
5．1s22s12p1表示的是激发态原子的电子排布( )
6．某些金属及其化合物在燃烧时会产生特殊的颜色，是由于电子跃迁时能量以一定频率的光释放出来( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√
一、原子核外电子排布的规范表达
1．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价层电子的轨道表示式、③电子的空间运动状态、④未成对电子数。
(1)N：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(2)Cl：①________________，②__________________，
③____________________，④____________________。
(3)Fe2＋：①____________，②____________________，
③____________________，④____________________。
(4)Cu：①______________，②____________________，
③____________________，④_____________________。
(5)Se：①______________，②_____________________，
③____________________，④_____________________。
(6)Br－：①____________，②______________________，
③____________________，④_____________________。
答案 (1)①1s22s22p3 ② ③5 ④3
(2)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
② ③9 ④1
(3)①1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
② ③14 ④4
(4)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
② ③15 ④1
(5)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
② ③18 ④2
(6)①1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
② ③18 ④0
二、原子核外电子排布规律的应用
2．(1)与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有______(填元素符号)。
(2)基态Fe3＋的M层电子排布式为________，基态铝原子核外自旋平行的电子最多有__________个，与铝同族的第四周期元素原子的价电子排布式为____________，基态磷原子的核外电子运动状态共有________种，其价电子排布式为____________。
(3)基态Ge原子有__________个未成对电子。
答案 (1)K、Cu (2)3s23p63d5 7 4s24p1 15 3s23p3 (3)2
3．F元素的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝__________；基态原子中能量最高的是________电子，核外电子的轨道表示式为________。
答案 2 2p
核外电子排布常见错误
(1)在写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)
(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。
1．(2021·北京，2)下列有关放射性核素氚(H)的表述不正确的是( )
A.H原子核外电子数为1
B.H原子核内中子数为3
C.H2与H2化学性质基本相同
D.H2O具有放射性
答案 B
2．(2021·河北，5)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
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