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第31講
原子結構　核外電子排布規律
1.掌握原子結構中微粒數目的關系。
2.了解原子核外電子的運動狀態、能級分布和排布原理。
3.能正確書寫1～36號元素原子核外電子排布式、價層電子排布式和軌道表示式。
復
習
目
標
內
容
索
引
考點一　　原子結構、核素、同位素
考點二　　核外電子運動狀態與排布原理
練真題　　明考向
課時精練
原子結構、核素、同位素
>
<
考點一
1.原子結構
(1)構成微粒及作用
核素
元素
化學
(2)微粒間的數量關系
中子
質子
①陽離子的核外電子數＝-______－所帶電荷數。
②陰離子的核外電子數＝_______＋所帶電荷數。
質子數
質子數
(3)微粒符號周圍數字代表的信息
質量數
質子數
2.元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及相互關系
質子數
質子
中子
質子
中子
(2)同位素的特征
①同一元素的各種核素的_______不同，_______相同，化學性質______________，物理性質_________。
②同一元素的各種穩定核素在自然界中所占的原子百分數(豐度)不變。
(3)氫元素的三種核素
：名稱為___，不含中子；
：用字母___表示，名稱為___或重氫；
：用字母___表示，名稱為___或超重氫。
中子數
質子數
幾乎完全相同
差異較大
氕
D
氘
T
氚
(4)幾種重要核素的用途
核素
用途 核燃料 用于考古斷代 制氫彈 示蹤原子
兩種相對原子質量辨析
(1)原子(即核素)的相對原子質量：一個原子(即核素)的質量與12C原子質量的 的比值，其近似值可用質量數代替。
(2)元素的相對原子質量：是按該元素各種天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素質量數算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。
1.一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子(　　)
2.所有原子核內一定都有中子(　　)
3.質量數就是元素的相對原子質量(　　)
4.質子數相同的微粒一定屬于同一種元素(　　)
5.核外電子數相同的微粒，其質子數一定相同(　　)
6.氫的三種核素形成的單質有6種，它們物理性質有所不同，但化學性質幾乎完全相同
(　　)
×
×
×
√
√
×
√
核素
同位素
(2)互為同素異形體的微粒是______________。
30
24
(4)上述9種微粒中有____種核素，含有____種元素。
7　
5
√
A.H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液
B.Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2
C.X和氫元素形成離子化合物
D.6Y和7Y互為同素異形體
√
H3BO3為硼酸，NaOH溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時涂抹H3BO3以中和堿液，A正確；
Y為Li，在空氣中燃燒的產物只有Li2O，B錯誤；
X為B，與H元素會形成BH3或B2H4等硼氫化合物，B元素與H元素以共價鍵結合，屬于共價化合物，C錯誤；
6Li和7Li兩者的質子數均為3，中子數不同，所以兩者互為同位素，D錯誤。
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核外電子運動狀態與排布原理
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<
考點二
1.核外電子運動狀態
核外電子按能量不同分成能層，同一能層的電子，還被分成不同能級。量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
回答下列問題：
(1)填寫下表，熟悉原子核外能層、能級、原子軌道之間的關系。
能層(n) 一 二 三 四
能層符號 __ __ __ __
能級符號 ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __
各能級原子軌道數 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __
各能層原子軌道數 __ __ __ ____
最多容納電子數 __ __ ____ ____
K
L
M
N
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
4
9
16
2
8
18
32
(2)常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。s電子云輪廓圖呈___形、p電子云輪廓圖呈_____形。p電子云有__種伸展方向。
(3)預測第五電子層上原子軌道總數是多少？最多能容納的電子數是多少？
球
啞鈴
3
答案　25,50
(4)比較下列基態原子能級或原子軌道的能量高低。
①1s、2s、2p、3s、3p、3d　②2s、2px、2py、2pz
答案　①1s<2s<2p<3s<3p<3d　
②2s<2px＝2py＝2pz
2.基態與激發態　原子光譜
(1)基態原子：處于_____________的原子。
激發態原子：基態原子吸收能量，它的電子會_____到較高能級，變為激發態原子。
(2)原子光譜
不同元素原子的電子發生躍遷時會
_____或_____不同的光，用光譜儀
記錄下來便得到原子光譜。利用原
子光譜上的特征譜線可以鑒定元素，
稱為光譜分析。
最低能量狀態
躍遷
吸收
釋放
吸收
發射
3.原子核外電子排布的規范書寫
(1)排布原則
①_____________：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。
②_________：在一個原子軌道里，最多只能容納___個電子，它們的自旋_____。如
2s軌道上的電子排布為 ，不能表示為 。
能量最低原理
泡利原理
2
相反
③_________：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。
如2p3的電子排布為 ，不能表示為 或 。
洪特規則
注意　當能量相同的原子軌道在全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態時，體系的能量最低，如基態24Cr原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充順序——構造原理
(3)基態原子核外電子排布表示方法(以硫原子為例)
電子排布式 1s22s22p63s23p4
簡化電子排布式 [Ne]3s23p4
價層電子排布式 3s23p4
價層電子軌道表示式(電子排布圖)
1.p能級能量不一定比s能級的能量高(　　)
2.Fe的基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6(　　)
3.22Ti的電子排布式1s22s22p63s23p10違反了能量最低原理(　　)
4. 表示的原子能量處于最低狀態(　　)
5.1s22s12p1表示的是激發態原子的電子排布(　　)
6.某些金屬及其化合物在燃燒時會產生特殊的顏色，是由于電子躍遷時能量以一定頻率的光釋放出來(　　)
×
×
√
×
√
√
一、核外電子的運動狀態及排布式的書寫
1.完成下列各小題：
(1)基態硅原子最外層電子的軌道表示式為__________________。
(2)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，核外電子排布相同的是__________(填離子符號)。
(3)銅或銅鹽的焰色試驗為綠色，該光譜是___________(填“吸收光譜”或“發射光譜”)。
K＋和P3－
發射光譜
2.下列Li原子軌道表示式表示的狀態中，能量最低和最高的分別為___、___(填字母)。
A.
B.
C.
D.
D
C
根據核外電子排布規律可知Li的基態原子核外電子排布式為1s22s1，則D中能量最低；
選項C中有2個電子處于2p能級上，能量最高。
3.鉀發生焰色試驗的原因是__________________________________________________
______________________。
電子由較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時，以光的形式釋放能量
核外電子排布常見錯誤
(1)在書寫基態原子的軌道表示式時，常出現以下錯誤：
① (違反能量最低原理)；
② (違反泡利原理)；
③ (違反洪特規則)；
④ (違反洪特規則)。
(2)當出現d軌道時，雖然電子按ns、(n－1)d、np的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
二、核外電子排布規律的應用
4.判斷電子的運動狀態
(1)基態F原子核外電子的運動狀態有__種。
9
基態F原子共有9個核外電子，則每個電子都有對應的軌道和自旋狀態，所以核外電子的運動狀態有9種。
(2)基態鈦原子的價層電子排布式為______，其原子核外電子的空間運動狀態有____種，共有____種運動狀態不同的電子。
3d24s2
12
22
基態Ti原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，價層電子排布式為3d24s2；s軌道有一種空間運動狀態，p軌道有三種空間運動狀態，d軌道有五種空間運動狀態，3d軌道只有兩個電子，有兩種空間運動狀態，因此基態Ti原子的核外電子的空間運動狀態有12種；核外有22個電子，就有22種運動狀態。
(3)基態Si原子價層電子的運動狀態有___種，若其電子排布式表示為 違背了_________。
(4)基態Cu原子核外電子的空間運動狀態有____種。
4
洪特規則
15
基態Cu原子核外電子排布式為[Ar]3d104s1，基態Cu原子核外有幾個軌道，其核外電子就有幾種空間運動狀態，則基態Cu原子核外電子的空間運動狀態有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15種。
核外電子運動狀態的判斷
電子的運動狀態與原子核外電子數目相等；空間運動狀態與核外電子填充原子軌道的數目相等。
5.判斷原子中未成對電子數目
(1)基態Ti3＋中未成對電子數有__個；與Ti同族相鄰的元素Zr的基態原子價層電子排布式為______。與鈦同周期元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有__種。
1
4d25s2
3
Ti位于第四周期，Ti的基態原子未成對電子數是2，與鈦同周期的所有元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se。
(2)血紅蛋白中的鐵處于基態時，其最高能級中的單電子數為____。
(3)Cr與Ni的基態原子核外未成對電子數之比為_____。
4
3∶1
基態鉻原子價層電子排布式為3d54s1，核外有6個未成對電子，基態鎳原子價層電子排布式為3d84s2，核外有2個未成對電子，則鉻與鎳的基態原子核外未成對電子數之比為3∶1。
(4)第四周期中未成對電子數最多的基態原子的價層電子軌道表示式為
___________________________。
6.元素推斷
(1)A、B、C、D 4種元素的核電荷數依次增大，它們的離子的電子層數相同且最外層電子數均為8。A原子的L層電子數與K、M層電子數之和相等，D原子的K、L層電子數之和等于核外電子總數的一半。則4種元素的元素符號依次是A__，B___，C__，D___。
(2)①A元素基態原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為
___；其基態原子價層電子的軌道表示式為_________________。
②元素D的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為___，其基態原子的核外電子排布式為_______________________________。
S
Cl
K
Ca
N
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
返回
練真題 明考向
1
2
3
√
1
2
3
Sr位于元素周期表中第五周期第ⅡA族，A錯誤；
質譜法可以測定原子的相對原子質量，87Sr和86Sr的相對原子質量不同，可以用質譜法區分，B正確；
87Sr的中子數為87－38＝49,86Sr的中子數為86－38＝48，C正確。
2.(1)(2023·浙江6月選考，17節選改編)①基態N原子的價層電子排布式是______。
②判斷正誤：能量最低的激發態N原子的電子排布式：1s22s12p33s1 (　　)
1
2
3
能量最低的激發態N原子應該是2p能級上一個電子躍遷到3s能級，其電子排布式：1s22s22p23s1。
2s22p3
×
(2)[2023·北京，15(1)]基態S原子價層電子排布式是______。
(3)[2023·廣東，19(1)①]基態Fe2＋的3d電子軌道表示式為_____________________。
(4)[2023·海南，19(5)①節選]銻和磷同族，銻原子基態的價層電子排布式為______。
1
2
3
3s23p4
5s25p3
3.按要求解答下列問題。
(1)[2019·全國卷Ⅰ，35(1)]下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是___(填字母)。
A.[Ne]　 B.[Ne]　 C.[Ne]　 D.[Ne]
(2)[2020·全國卷Ⅰ，35(1)]基態Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數之比為______。
1
2
3
A
4∶5
返回
課時精練
1.三星堆見證了中華文明起源的多樣性，通過“14C測定法”初步確定其年代區間。下列有關說法正確的是
A.14C與12C互為同位素
B.14C的核外電子數是14
C.14C可由中子轟擊14N產生，14C與14N的化學性質相同
D.青銅器皿、骨頭、紡織品、灰燼等都可作為檢測的樣品
√
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2.(2023·廣東梅州模擬)我國科學家在月壤粉末的部分鐵橄欖石顆粒表面非晶層中發現了單質鐵，產生的原因為鐵橄欖石被撞擊時在高溫與高壓下發生熔融，同時其中的Fe2＋發生歧化反應生成Fe與Fe3＋。下列說法正確的是
A.Fe2＋在生成Fe3＋時失去電子，發生還原反應
B.可用X射線衍射實驗測定鐵橄欖石的晶體結構
√
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Fe2＋在生成 Fe3＋時失去電子，被氧化，發生氧化反應，A錯誤；
X射線衍射實驗可區分晶體與非晶體，可測定鐵橄欖石的晶體結構，B正確；
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基態Fe3＋的核外有23個電子，所以有23種不同的運動狀態，D錯誤。
3.(2023·廣東佛山模擬)下列說法正確的是
A.在多電子原子中，p道電子能量一定高于s軌道電子能量
B.2p和3p軌道形狀均為啞鈴形
C.基態氮原子的軌道表示式為
√
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4.某元素的一種核素X的原子質量數為A，含N個中子，它與1H原子組成HmX分子，a g HmX中所含質子的物質的量是
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5.下列有關構造原理的說法錯誤的是
A.原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d
B.某基態原子部分核外電子的排布式為3d64s2
C.所有基態原子的核外電子排布都遵循構造原理
D.構造原理中的電子排布能級順序，并不代表各能級能量由低到高的順序
√
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絕大多數基態原子的核外電子排布都遵循構造原理，但也有少數例外，如Cu，故C錯誤。
6.下列關于原子結構、原子軌道的說法正確的是
A.N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，共16個軌道，可容納32種運動狀態的電子
B.在K能層中，有自旋相反的兩條軌道
C.s電子繞核運動，其軌道為球面，而p電子在啞鈴形曲面上運動
D.電子云通常是用小黑點來表示電子的多少
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N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，各具有1、3、5、7個軌道，每個軌道最多可容納2個電子，故可容納32個電子，所以有32種運動狀態，A正確；
在K能層中，只有1個軌道，能容納自旋相反的2個電子，B不正確；
電子云通常是用小黑點來表示電子出現的機會多少，但小黑點不表示電子，D不正確。
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7.第四周期元素中基態原子核外有3個未成對電子的共有
A.2種 B.3種 C.4種 D.5種
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第四周期元素中基態原子核外有3個未成對電子的共有3種，分別是V(3d34s2)、Co(3d74s2)、As(4s24p3)，故選B。
8.下列軌道表示式所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態的是
A.
B.
C.
D.
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√
原子處于基態時能量最低。A項，Be原子的2s軌道未排滿電子，2p軌道排布1個電子，應為激發態，錯誤；
B項，N原子核外電子排布不符合洪特規則，錯誤；
C項，B原子的2s軌道未排滿電子，2p軌道排布2個電子，應為激發態，錯誤；
D項，碳原子的1s和2s軌道全部排滿電子后，2p軌道排布2個電子，核外電子排布符合能量最低原理，應是基態碳原子，正確。
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9.下列說法正確的是
A.最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素一定位于第ⅡA族
B.d區元素的原子一定都有d軌道電子
C.最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素一定是金屬元素
D.基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素一定是金屬元素
√
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最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素不一定位于第ⅡA族，可能位于副族或0族，如副族的Zn或0族的He，故A錯誤；
d區元素的基態原子都含有d軌道電子，故B正確；
最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素不一定是金屬元素，如H，故C錯誤；
基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素，s能級上最多排列2個電子，則n＝2，所以該原子價層電子排布式為2s22p2，為C元素，是非金屬元素，故D錯誤。
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10.人們通常將在同一原子軌道上運動、自旋相反的2個電子，稱為“電子對”，將在某一原子軌道上運動的單個電子，稱為“未成對電子”。下列基態原子的電子排布式中，未成對電子數最多的是
A.1s22s22p63s23p6
B.1s22s22p63s23p63d54s2
C.1s22s22p63s23p63d54s1
D.1s22s22p63s23p63d104s1
√
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1s22s22p63s23p6中未成對電子數為0；1s22s22p63s23p63d54s2中未成對電子數為5；1s22s22p63s23p63d54s1中未成對電子數為6；1s22s22p63s23p63d104s1中未成對電子數為1。
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由守恒關系可知元素X的質量數為27，X與Y最外層電子數之和為8，質子數相差2，且X為金屬元素，可推知X為Al元素，Y為P元素，二者都有＋3價，都可以形成三氯化物，A項錯誤、B項正確；
Al原子質子數為13，P原子質子數為15，故質子數：XP元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等，D項錯誤。
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12.A、B為兩短周期元素，A元素原子的L層比B元素原子的L層少3個電子，B原子核外電子總數比A原子核外電子總數多5，則A和B形成的化合物的化學式為
A.A2B3 B.BA2 C.AB4 D.B3A2
√
由題意知：A元素原子的L層比B元素原子的L層少3個電子，A原子核外電子總數比B原子核外電子總數少5，那么肯定是B原子M層上多了2個電子，而且A元素原
子的L層未排滿，所以得兩者的原子結構示意圖，A： 、B： ，即A為N，
B為Mg，A、B構成Mg3N2，即B3A2。
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13.(2023·揚州模擬)X、Y、Z、W、P五種元素，其核電荷數依次增大。X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等；Z原子的核外電子有8種運動狀態；Z與W元素位于同一族；P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子。下列說法正確的是
A.基態X原子最外層有三個未成對電子
B.Y基態原子的軌道表示式：
C.P原子的價層電子排布為4s1
D.P單質分別與Z、W單質反應，產物中P的化合價一定相同
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X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等，為1s22s22p2，為C元素，Z原子的核外電子有8種運動狀態，Z為O元素，Y為N元素，Z與W元素位于同一族，W為S元素，P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子，為Cu元素。X為C元素，最外層有2個未成對電子，A錯誤；
Y為N元素，基態原子的軌道表示式： ，B正確；
P為Cu元素，價層電子排布為3d104s1，C錯誤；
Cu和O2反應生成CuO，Cu元素的化合價為＋2價，Cu和S反應生成Cu2S，Cu元素的化合價為＋1價，D錯誤。
15
14.(1)鐵觸媒是普遍使用的以鐵為主體的多成分催化劑，通常還含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的幾種。
①基態Mg原子核外電子的空間運動狀態有___種；基態Al原子核外電子的運動狀態有___種。
②基態K原子核外電子占據最高能層的符號是____；基態K＋最高能級的電子所占據原子軌道為______形。
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N
啞鈴
(2)目前合成氨通常采用的壓強為10～30 MPa，溫度為400～500 ℃，十分耗能。我國科研人員研制出了“Fe-LiH”等催化劑，溫度、壓強分別降到了350 ℃、1 MPa，這是近年來合成氨反應研究中的重要突破。
①基態Li原子的核外電子排布式為______。
②從結構角度比較穩定性：Fe2＋___(填“>”或“<”)Fe3＋，其原因是____________
_________________________________________。
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1s22s1
<
Fe3＋的3d軌道處于半充滿的穩定狀態，其穩定性強于Fe2＋
15.前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數依次增大，其相關性質如表所示：
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A 基態A原子核外電子占據3個軌道
B 原子核外有6種運動狀態不同的電子
C 元素原子的核外p電子數比s電子數少1個
D 基態原子核外有6個原子軌道排有電子，且只有1個未成對電子
E 基態E＋各能級電子全充滿
(1)元素A、E的元素符號分別是：____________。畫出元素A基態原子的軌道表示式：
______________________。
(2)畫出C元素原子的結構示意圖：________。
B、Cu
A 基態A原子核外電子占據3個軌道
B 原子核外有6種運動狀態不同的電子
C 元素原子的核外p電子數比s電子數少1個
D 基態原子核外有6個原子軌道排有電子，且只有1個未成對電子
E 基態E＋各能級電子全充滿
(3)寫出D元素基態原子的電子排布式：_________，其核外電子空間運動狀態有__種。
(4)元素A、B、C的最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強，其原因是___________
___________________________________________________________。
1s22s22p63s1
6
三種元素的
(5)實驗室合成一種由B和C兩種元素形成的化合物，該化合物具有三維骨架結構。其中每個B原子與4個C原子形成共價鍵，每個C原子與3個B原子形成共價鍵，其化學式為______。
C3N4
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非金屬性依次增強，其最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強
由題意，A原子核外電子占據三個軌道，A為B元素；B原子核外有6種運動狀態不同的電子，B為C元素；C元素位于第二周期，又因為其核外p能級電子數比s能級電子數少1個，因此C為N元素；D元素基態原子核外有6個原子軌道排有電子同時僅有1個未成對電子，s能級含1個軌道，p能級含有3個軌道，則D所含有的未成對電子在3s能級，因此D為Na元素；E＋的各能級電子均充滿，因此E為Cu元素。該化合物具有三維骨架結構，其中每個C原子與4個N原子形成共價鍵，所以C的化合價為＋4價，每個N原子與3個C原子形成共價鍵，所以N的化合價為－3價，則該化合物的化學式為C3N4。
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151．三星堆見證了中華文明起源的多樣性，通過“14C測定法”初步確定其年代區間。下列有關說法正確的是(　　)
A．14C與12C互為同位素
B．14C的核外電子數是14
C．14C可由中子轟擊14N產生，14C與14N的化學性質相同
D．青銅器皿、骨頭、紡織品、灰燼等都可作為檢測的樣品
2．(2023·廣東梅州模擬)我國科學家在月壤粉末的部分鐵橄欖石顆粒表面非晶層中發現了單質鐵，產生的原因為鐵橄欖石被撞擊時在高溫與高壓下發生熔融，同時其中的Fe2＋發生歧化反應生成Fe與Fe3＋。下列說法正確的是(　　)
A．Fe2＋在生成Fe3＋時失去電子，發生還原反應
B．可用X射線衍射實驗測定鐵橄欖石的晶體結構
C.Fe2＋和Fe含有的電子數相同
D．基態Fe3＋的核外電子有26種不同的運動狀態
3．(2023·廣東佛山模擬)下列說法正確的是(　　)
A．在多電子原子中，p道電子能量一定高于s軌道電子能量
B．2p和3p軌道形狀均為啞鈴形
C．基態氮原子的軌道表示式為
D．B原子由1s22s22p→1s22s22p時，由基態轉化為激發態，形成發射光譜
4．某元素的一種核素X的原子質量數為A，含N個中子，它與1H原子組成HmX分子，a g HmX中所含質子的物質的量是(　　)
A. mol B. mol
C. mol D. mol
5．下列有關構造原理的說法錯誤的是(　　)
A．原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d
B．某基態原子部分核外電子的排布式為3d64s2
C．所有基態原子的核外電子排布都遵循構造原理
D．構造原理中的電子排布能級順序，并不代表各能級能量由低到高的順序
6．下列關于原子結構、原子軌道的說法正確的是(　　)
A．N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，共16個軌道，可容納32種運動狀態的電子
B．在K能層中，有自旋相反的兩條軌道
C．s電子繞核運動，其軌道為球面，而p電子在啞鈴形曲面上運動
D．電子云通常是用小黑點來表示電子的多少
7．第四周期元素中基態原子核外有3個未成對電子的共有(　　)
A．2種 B．3種 C．4種 D．5種
8．下列軌道表示式所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態的是(　　)
A.
B.
C.
D.
9．下列說法正確的是(　　)
A．最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素一定位于第 Ⅱ A族
B．d區元素的原子一定都有d軌道電子
C．最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素一定是金屬元素
D．基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素一定是金屬元素
10．人們通常將在同一原子軌道上運動、自旋相反的2個電子，稱為“電子對”，將在某一原子軌道上運動的單個電子，稱為“未成對電子”。下列基態原子的電子排布式中，未成對電子數最多的是(　　)
A．1s22s22p63s23p6
B．1s22s22p63s23p63d54s2
C．1s22s22p63s23p63d54s1
D．1s22s22p63s23p63d104s1
11．1934年約里奧-居里夫婦在核反應中用α粒子(即氦核He)轟擊金屬原子X，得到核素Y，開創了人造放射性核素的先河：
X＋He―→Y＋n。
其中元素X、Y的最外層電子數之和為8。下列敘述正確的是(　　)
A.X的相對原子質量為26
B．X、Y均可形成三氯化物
C．X的質子數大于Y的
D．Y僅有一種含氧酸
12．A、B為兩短周期元素，A元素原子的L層比B元素原子的L層少3個電子，B原子核外電子總數比A原子核外電子總數多5，則A和B形成的化合物的化學式為(　　)
A．A2B3 B．BA2 C．AB4 D．B3A2
13．(2023·揚州模擬)X、Y、Z、W、P五種元素，其核電荷數依次增大。X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等；Z原子的核外電子有8種運動狀態；Z與W元素位于同一族；P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子。下列說法正確的是(　　)
A．基態X原子最外層有三個未成對電子
B．Y基態原子的軌道表示式：
C．P原子的價層電子排布為4s1
D．P單質分別與Z、W單質反應，產物中P的化合價一定相同
14．(1)鐵觸媒是普遍使用的以鐵為主體的多成分催化劑，通常還含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的幾種。
①基態Mg原子核外電子的空間運動狀態有______種；基態Al原子核外電子的運動狀態有________種。
②基態K原子核外電子占據最高能層的符號是____；基態K＋最高能級的電子所占據原子軌道為________形。
(2)目前合成氨通常采用的壓強為10～30 MPa，溫度為400～500 ℃，十分耗能。我國科研人員研制出了“Fe-LiH”等催化劑，溫度、壓強分別降到了350 ℃、1 MPa，這是近年來合成氨反應研究中的重要突破。
①基態Li原子的核外電子排布式為_________________________________________。
②從結構角度比較穩定性：Fe2＋____________(填“>”或“<”)Fe3＋，其原因是_______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
15．前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數依次增大，其相關性質如表所示：
A 基態A原子核外電子占據3個軌道
B 原子核外有6種運動狀態不同的電子
C 元素原子的核外p電子數比s電子數少1個
D 基態原子核外有6個原子軌道排有電子，且只有1個未成對電子
E 基態E＋各能級電子全充滿
(1)元素A、E的元素符號分別是：__________。畫出元素A基態原子的軌道表示式：____________________。
(2)畫出C元素原子的結構示意圖：_________________________________________________。
(3)寫出D元素基態原子的電子排布式：____________，其核外電子空間運動狀態有______種。
(4)元素A、B、C的最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強，其原因是________________
______________________________________________________________________________。
(5)實驗室合成一種由B和C兩種元素形成的化合物，該化合物具有三維骨架結構。其中每個B原子與4個C原子形成共價鍵，每個C原子與3個B原子形成共價鍵，其化學式為________。
1．A　2.B　3.B
4．A　[HmX的摩爾質量為(A＋m) g·mol－1，a g HmX的物質的量為 mol；X原子的質量數為A，含N個中子，則質子數為A－N，所以a g HmX中含質子的物質的量為 mol×(A－N＋m)＝ mol，A正確。]
5．C　[絕大多數基態原子的核外電子排布都遵循構造原理，但也有少數例外，如Cu，故C錯誤。]
6．A　[N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，各具有1、3、5、7個軌道，每個軌道最多可容納2個電子，故可容納32個電子，所以有32種運動狀態，A正確；在K能層中，只有1個軌道，能容納自旋相反的2個電子，B不正確；電子云通常是用小黑點來表示電子出現的機會多少，但小黑點不表示電子，D不正確。]
7．B　8.D　
9．B　[最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素不一定位于第ⅡA族，可能位于副族或0族，如副族的Zn或0族的He，故A錯誤；d區元素的基態原子都含有d軌道電子，故B正確；最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素不一定是金屬元素，如H，故C錯誤；基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素，s能級上最多排列2個電子，則n＝2，所以該原子價層電子排布式為2s22p2，為C元素，是非金屬元素，故D錯誤。]
10．C　11.B　12.D　
13．B　[X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等，為1s22s22p2，為C元素，Z原子的核外電子有8種運動狀態，Z為O元素，Y為N元素，Z與W元素位于同一族，W為S元素，P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子，為Cu元素。X為C元素，最外層有2個未成對電子，A錯誤；Y為N元素，基態原子的軌道表示式：，B正確；P為Cu元素，價層電子排布為3d104s1，C錯誤；Cu和O2反應生成CuO，Cu元素的化合價為＋2價，Cu和S反應生成Cu2S，Cu元素的化合價為＋1價，D錯誤。]
14．(1)①6　13　②N　啞鈴　(2)①1s22s1　②<　Fe3＋的3d軌道處于半充滿的穩定狀態，其穩定性強于Fe2＋
15．(1)B、Cu　　(2)
(3)1s22s22p63s1　6　(4)三種元素的非金屬性依次增強，其最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強　(5)C3N4
解析　由題意，A原子核外電子占據三個軌道，A為B元素；B原子核外有6種運動狀態不同的電子，B為C元素；C元素位于第二周期，又因為其核外p能級電子數比s能級電子數少1個，因此C為N元素； D元素基態原子核外有6個原子軌道排有電子同時僅有1個未成對電子，s能級含1個軌道，p能級含有3個軌道，則D所含有的未成對電子在3s能級，因此D為Na元素；E＋的各能級電子均充滿，因此E為Cu元素。(5)該化合物具有三維骨架結構，其中每個C原子與4個N原子形成共價鍵，所以C的化合價為＋4價，每個N原子與3個C原子形成共價鍵，所以N的化合價為－3價，則該化合物的化學式為C3N4。第31講　原子結構　核外電子排布規律
[復習目標]　1.掌握原子結構中微粒數目的關系。2.了解原子核外電子的運動狀態、能級分布和排布原理。3.能正確書寫1～36號元素原子核外電子排布式、價層電子排布式和軌道表示式。
考點一　原子結構、核素、同位素
1．原子結構
(1)構成微粒及作用
(2)微粒間的數量關系
①陽離子的核外電子數＝質子數－所帶電荷數。
②陰離子的核外電子數＝質子數＋所帶電荷數。
(3)微粒符號周圍數字代表的信息
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及相互關系
(2)同位素的特征
①同一元素的各種核素的中子數不同，質子數相同，化學性質幾乎完全相同，物理性質差異較大。
②同一元素的各種穩定核素在自然界中所占的原子百分數(豐度)不變。
(3)氫元素的三種核素
H：名稱為氕，不含中子；
H：用字母D表示，名稱為氘或重氫；
H：用字母T表示，名稱為氚或超重氫。
(4)幾種重要核素的用途
核素 U C H H O
用途 核燃料 用于考古斷代 制氫彈 示蹤原子
兩種相對原子質量辨析
(1)原子(即核素)的相對原子質量：一個原子(即核素)的質量與12C原子質量的的比值，其近似值可用質量數代替。
(2)元素的相對原子質量：是按該元素各種天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素質量數算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。
1．一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子(　　)
2．所有原子核內一定都有中子(　　)
3．質量數就是元素的相對原子質量(　　)
4．質子數相同的微粒一定屬于同一種元素(　　)
5．核外電子數相同的微粒，其質子數一定相同(　　)
6．氫的三種核素形成的單質有6種，它們物理性質有所不同，但化學性質幾乎完全相同(　　)
答案　1.√　2.×　3.×　4.×　5.×　6.√
一、元素、核素、同位素
1．(2021·天津，3)核聚變發電有望成為解決人類能源問題的重要手段之一。氘(H)是核聚變反應的主要原料，下列有關敘述正確的是(　　)
A.H的中子數為2
B.H的核電荷數為1
C.H是自然界中最輕的原子
D.H是氫元素的一種同素異形體
答案　B
解析　H的中子數為2－1＝1，故A錯誤；H的質子數為1，則核電荷數為1，故B正確；自然界中最輕的原子是H，不是H，故C錯誤；H是氫元素的一種同位素，故D錯誤。
2．現有下列9種微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各題：
(1)H、H分別是氫元素的一種________，它們互稱為________。
(2)互為同素異形體的微粒是________。
(3)Fe2＋的中子數為____________，核外電子數為________。
(4)上述9種微粒中有____________種核素，含有________種元素。
答案　(1)核素　同位素　(2)O2、O3
(3)30　24　(4)7　5
解析　(1)H、H分別是氫元素的一種核素；H、H是質子數相同而中子數不同的氫元素的不同原子，它們互稱為同位素。
(2)O2和O3是同種元素組成的不同單質，互為同素異形體。
(3)Fe2＋的中子數為56－26＝30，核外電子數為26－2＝24。
二、核反應方程式
3．(2022·山東，3)O、O的半衰期很短，自然界中不能穩定存在。人工合成反應如下：O＋He―→O＋X；O＋He―→O＋Y。下列說法正確的是(　　)
A．X的中子數為2
B．X、Y互為同位素
C.O、O可用作示蹤原子研究化學反應歷程
D．自然界不存在O2、O2分子是因其化學鍵不穩定
答案　B
解析　根據質量守恒可知，X微粒為He，Y微粒為He，據此分析解題。X微粒為He，中子數為4，A錯誤；X微粒為He，Y微粒為He，二者為具有相同的質子數和不同的中子數的原子，互為同位素，B正確；由題干信息可知，O與O的半衰期很短，故不適宜用作示蹤原子研究化學反應歷程，C錯誤；自然界中不存在O2與O2分子并不是因其化學鍵不穩定，而是由于O與O的半衰期很短，很容易發生核變化，轉化為其他原子，D錯誤。
4．(2021·河北，5)用中子轟擊X原子產生α粒子(即氦核He)的核反應為X＋n―→Y＋He。已知元素Y在化合物中呈＋1價。下列說法正確的是(　　)
A．H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液
B．Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2
C．X和氫元素形成離子化合物
D．6Y和7Y互為同素異形體
答案　A
解析　H3BO3為硼酸，NaOH溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時涂抹H3BO3以中和堿液，A正確；Y為Li，在空氣中燃燒的產物只有Li2O，B錯誤；X為B，與H元素會形成BH3或B2H4等硼氫化合物，B元素與H元素以共價鍵結合，屬于共價化合物，C錯誤；6Li和7Li兩者的質子數均為3，中子數不同，所以兩者互為同位素，D錯誤。
考點二　核外電子運動狀態與排布原理
1．核外電子運動狀態
核外電子按能量不同分成能層，同一能層的電子，還被分成不同能級。量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
回答下列問題：
(1)填寫下表，熟悉原子核外能層、能級、原子軌道之間的關系。
能層(n) 一 二 三 四
能層符號 K L M N
能級符號 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
各能級原子軌道數 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
各能層原子軌道數 1 4 9 16
最多容納電子數 2 8 18 32
(2)常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。s電子云輪廓圖呈球形、p電子云輪廓圖呈啞鈴形。p電子云有3種伸展方向。
(3)預測第五電子層上原子軌道總數是多少？最多能容納的電子數是多少？
答案　25,50
(4)比較下列基態原子能級或原子軌道的能量高低。
①1s、2s、2p、3s、3p、3d　②2s、2px、2py、2pz
答案　①1s<2s<2p<3s<3p<3d　②2s<2px＝2py＝2pz
2．基態與激發態　原子光譜
(1)基態原子：處于最低能量狀態的原子。
激發態原子：基態原子吸收能量，它的電子會躍遷到較高能級，變為激發態原子。
(2)原子光譜
不同元素原子的電子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，用光譜儀記錄下來便得到原子光譜。利用原子光譜上的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。
3．原子核外電子排布的規范書寫
(1)排布原則
①能量最低原理：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。
②泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋相反。如2s軌道上的電子排布為，不能表示為。
③洪特規則：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。 如2p3的電子排布為，不能表示為或。
注意　當能量相同的原子軌道在全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態時，體系的能量最低，如基態24Cr原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充順序——構造原理
(3)基態原子核外電子排布表示方法(以硫原子為例)
電子排布式 1s22s22p63s23p4
簡化電子排布式 [Ne]3s23p4
價層電子排布式 3s23p4
價層電子軌道表示式(電子排布圖)
1．p能級能量不一定比s能級的能量高(　　)
2．Fe的基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6(　　)
3．22Ti的電子排布式1s22s22p63s23p10違反了能量最低原理(　　)
4.表示的原子能量處于最低狀態(　　)
5.1s22s12p1表示的是激發態原子的電子排布(　　)
6.某些金屬及其化合物在燃燒時會產生特殊的顏色，是由于電子躍遷時能量以一定頻率的光釋放出來(　　)
答案　1.√　2.×　3.×　4.×　5.√　6.√
一、核外電子的運動狀態及排布式的書寫
1.完成下列各小題：
(1)基態硅原子最外層電子的軌道表示式為___________________________________________
________________________。
(2)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，核外電子排布相同的是________(填離子符號)。
(3)銅或銅鹽的焰色試驗為綠色，該光譜是________________(填“吸收光譜”或“發射光譜”)。
答案　(1)　 (2)K＋和P3－　(3)發射光譜
2.下列Li原子軌道表示式表示的狀態中，能量最低和最高的分別為________、________(填字母)。
A．
B．
C．
D．
答案　D　C
解析　根據核外電子排布規律可知Li的基態原子核外電子排布式為1s22s1，則D中能量最低；選項C中有2個電子處于2p能級上，能量最高。
3.鉀發生焰色試驗的原因是______________________________________________________。
答案　電子由較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態或基態時，以光的形式釋放能量
核外電子排布常見錯誤
(1)在書寫基態原子的軌道表示式時，常出現以下錯誤：
①(違反能量最低原理)；
②(違反泡利原理)；
③(違反洪特規則)；
④(違反洪特規則)。
(2)當出現d軌道時，雖然電子按ns、(n－1)d、np的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n－1)d放在ns前，
如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
二、核外電子排布規律的應用
4.判斷電子的運動狀態
(1)基態F原子核外電子的運動狀態有______種。
(2)基態鈦原子的價層電子排布式為________，其原子核外電子的空間運動狀態有________種，共有________種運動狀態不同的電子。
(3)基態Si原子價層電子的運動狀態有________種，若其電子排布式表示為[Ne]3s23p違背了________。
(4)基態Cu原子核外電子的空間運動狀態有________種。
答案　(1) 9　(2)3d24s2　12　22　(3)4　洪特規則　(4)15
解析　(1)基態F原子共有9個核外電子，則每個電子都有對應的軌道和自旋狀態，所以核外電子的運動狀態有9種。
(2)基態Ti原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2，價層電子排布式為3d24s2；s軌道有一種空間運動狀態，p軌道有三種空間運動狀態，d軌道有五種空間運動狀態，3d軌道只有兩個電子，有兩種空間運動狀態，因此基態Ti原子的核外電子的空間運動狀態有12種；核外有22個電子，就有22種運動狀態。
(4)基態Cu原子核外電子排布式為[Ar]3d104s1，基態Cu原子核外有幾個軌道，其核外電子就有幾種空間運動狀態，則基態Cu原子核外電子的空間運動狀態有1＋1＋3＋1＋3＋5＋1＝15種。
核外電子運動狀態的判斷
電子的運動狀態與原子核外電子數目相等；空間運動狀態與核外電子填充原子軌道的數目相等。
5.判斷原子中未成對電子數目
(1)基態Ti3＋中未成對電子數有________個；與Ti同族相鄰的元素Zr的基態原子價層電子排布式為________。與鈦同周期元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有________種。
(2)血紅蛋白中的鐵處于基態時，其最高能級中的單電子數為________。
(3)Cr與Ni的基態原子核外未成對電子數之比為________。
(4)第四周期中未成對電子數最多的基態原子的價層電子軌道表示式為________。
答案　(1)1　4d25s2　3　(2)4　(3)3∶1
(4)
解析　(1)Ti位于第四周期，Ti的基態原子未成對電子數是2，與鈦同周期的所有元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有Ni、Ge、Se。
(3)基態鉻原子價層電子排布式為3d54s1，核外有6個未成對電子，基態鎳原子價層電子排布式為3d84s2，核外有2個未成對電子，則鉻與鎳的基態原子核外未成對電子數之比為3∶1。
6.元素推斷
(1)A、B、C、D 4種元素的核電荷數依次增大，它們的離子的電子層數相同且最外層電子數均為8。A原子的L層電子數與K、M層電子數之和相等，D原子的K、L層電子數之和等于核外電子總數的一半。則4種元素的元素符號依次是A________，B________，C________，D________。
(2)①A元素基態原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為________；其基態原子價層電子的軌道表示式為______________________________________。
②元素D的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為________，其基態原子的核外電子排布式為________。
答案　(1)S　Cl　K　Ca
(2)①N　　②Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
1.(2022·北京，3)38Sr(鍶)的87Sr、86Sr穩定同位素在同一地域土壤中值不變。土壤生物中值與土壤中值有效相關。測定土壤生物中值可進行產地溯源。下列說法不正確的是(　　)
A．Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B．可用質譜法區分87Sr和86Sr
C．87Sr和86Sr含有的中子數分別為49和48
D．同一地域產出的同種土壤生物中值相同
答案　A
解析　Sr位于元素周期表中第五周期第ⅡA族，A錯誤；質譜法可以測定原子的相對原子質量，87Sr和86Sr的相對原子質量不同，可以用質譜法區分，B正確；87Sr的中子數為87－38＝49,86Sr的中子數為86－38＝48，C正確。
2．(1)(2023·浙江6月選考，17節選改編)①基態N原子的價層電子排布式是_______________。
②判斷正誤：能量最低的激發態N原子的電子排布式：1s22s12p33s1 (　　)
(2)[2023·北京，15(1)]基態S原子價層電子排布式是________。
(3)[2023·廣東，19(1)①]基態Fe2＋的3d電子軌道表示式為______________________________。
(4)[2023·海南，19(5)①節選]銻和磷同族，銻原子基態的價層電子排布式為________________。
答案　(1)①2s22p3 　②×　(2)3s23p4　(3)　 (4)5s25p3
解析　(1)②能量最低的激發態N原子應該是2p能級上一個電子躍遷到3s能級，其電子排布式：1s22s22p23s1。
3．按要求解答下列問題。
(1)[2019·全國卷 Ⅰ，35(1)]下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是_____(填字母)。
A．[Ne]　B．[Ne]　C．[Ne]　D．[Ne]
(2)[2020·全國卷Ⅰ，35(1)]基態Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數之比為________。
答案　(1)A　(2)4∶5
課時精練
1.三星堆見證了中華文明起源的多樣性，通過“14C測定法”初步確定其年代區間。下列有關說法正確的是(　　)
A.14C與12C互為同位素
B.14C的核外電子數是14
C.14C可由中子轟擊14N產生，14C與14N的化學性質相同
D.青銅器皿、骨頭、紡織品、灰燼等都可作為檢測的樣品
答案　A
2.(2023·廣東梅州模擬)我國科學家在月壤粉末的部分鐵橄欖石顆粒表面非晶層中發現了單質鐵，產生的原因為鐵橄欖石被撞擊時在高溫與高壓下發生熔融，同時其中的Fe2＋發生歧化反應生成Fe與Fe3＋。下列說法正確的是(　　)
A.Fe2＋在生成Fe3＋時失去電子，發生還原反應
B.可用X射線衍射實驗測定鐵橄欖石的晶體結構
C.Fe2＋和Fe含有的電子數相同
D.基態Fe3＋的核外電子有26種不同的運動狀態
答案　B
解析　Fe2＋ 在生成 Fe3＋ 時失去電子，被氧化，發生氧化反應，A錯誤；X射線衍射實驗可區分晶體與非晶體，可測定鐵橄欖石的晶體結構，B正確；Fe2＋ 含有的電子數為26－2＝24，Fe 含有的電子數＝質子數＝26，兩者電子數不相同，C錯誤；基態Fe3＋ 的核外有23個電子，所以有23種不同的運動狀態，D錯誤。
3．(2023·廣東佛山模擬)下列說法正確的是(　　)
A．在多電子原子中，p道電子能量一定高于s軌道電子能量
B．2p和3p軌道形狀均為啞鈴形
C．基態氮原子的軌道表示式為
D．B原子由1s22s22p→1s22s22p時，由基態轉化為激發態，形成發射光譜
答案　B
4．某元素的一種核素X的原子質量數為A，含N個中子，它與1H原子組成HmX分子，a g HmX中所含質子的物質的量是(　　)
A. mol B. mol
C. mol D. mol
答案　A
解析　HmX的摩爾質量為(A＋m) g·mol－1，a g HmX的物質的量為 mol；X原子的質量數為A，含N個中子，則質子數為A－N，所以a g HmX中含質子的物質的量為 mol×(A－N＋m)＝ mol，A正確。
5．下列有關構造原理的說法錯誤的是(　　)
A．原子核外電子填充3p、3d、4s能級的順序為3p→4s→3d
B．某基態原子部分核外電子的排布式為3d64s2
C．所有基態原子的核外電子排布都遵循構造原理
D．構造原理中的電子排布能級順序，并不代表各能級能量由低到高的順序
答案　C
解析　絕大多數基態原子的核外電子排布都遵循構造原理，但也有少數例外，如Cu，故C錯誤。
6．下列關于原子結構、原子軌道的說法正確的是(　　)
A．N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，共16個軌道，可容納32種運動狀態的電子
B．在K能層中，有自旋相反的兩條軌道
C．s電子繞核運動，其軌道為球面，而p電子在啞鈴形曲面上運動
D．電子云通常是用小黑點來表示電子的多少
答案　A
解析　N能層中有4s、4p、4d、4f四個能級，各具有1、3、5、7個軌道，每個軌道最多可容納2個電子，故可容納32個電子，所以有32種運動狀態，A正確；在K能層中，只有1個軌道，能容納自旋相反的2個電子，B不正確；電子云通常是用小黑點來表示電子出現的機會多少，但小黑點不表示電子，D不正確。
7．第四周期元素中基態原子核外有3個未成對電子的共有(　　)
A．2種 B．3種 C．4種 D．5種
答案　B
解析　第四周期元素中基態原子核外有3個未成對電子的共有3種，分別是V(3d34s2)、Co(3d74s2)、As(4s24p3)，故選B。
8．下列軌道表示式所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態的是(　　)
A.
B.
C.
D.
答案　D
解析　原子處于基態時能量最低。A項，Be原子的2s軌道未排滿電子，2p軌道排布1個電子，應為激發態，錯誤；B項，N原子核外電子排布不符合洪特規則，錯誤；C項，B原子的2s軌道未排滿電子，2p軌道排布2個電子，應為激發態，錯誤；D項，碳原子的1s和2s軌道全部排滿電子后，2p軌道排布2個電子，核外電子排布符合能量最低原理，應是基態碳原子，正確。
9．下列說法正確的是(　　)
A．最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素一定位于第ⅡA族
B．d區元素的原子一定都有d軌道電子
C．最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素一定是金屬元素
D．基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素一定是金屬元素
答案　B
解析　最外層電子排布式為ns2的基態原子所對應元素不一定位于第ⅡA族，可能位于副族或0族，如副族的Zn或0族的He，故A錯誤；d區元素的基態原子都含有d軌道電子，故B正確；最外層電子排布式為ns1的基態原子所對應元素不一定是金屬元素，如H，故C錯誤；基態原子價層電子排布式為nsnnpn的元素，s能級上最多排列2個電子，則n＝2，所以該原子價層電子排布式為2s22p2，為C元素，是非金屬元素，故D錯誤。
10．人們通常將在同一原子軌道上運動、自旋相反的2個電子，稱為“電子對”，將在某一原子軌道上運動的單個電子，稱為“未成對電子”。下列基態原子的電子排布式中，未成對電子數最多的是(　　)
A．1s22s22p63s23p6
B．1s22s22p63s23p63d54s2
C．1s22s22p63s23p63d54s1
D．1s22s22p63s23p63d104s1
答案　C
解析　1s22s22p63s23p6中未成對電子數為0；1s22s22p63s23p63d54s2中未成對電子數為5；1s22s22p63s23p63d54s1中未成對電子數為6；1s22s22p63s23p63d104s1中未成對電子數為1。
11．1934年約里奧-居里夫婦在核反應中用α粒子(即氦核He)轟擊金屬原子X，得到核素Y，開創了人造放射性核素的先河：
X＋He―→Y＋n。
其中元素X、Y的最外層電子數之和為8。下列敘述正確的是(　　)
A.X的相對原子質量為26
B．X、Y均可形成三氯化物
C．X的質子數大于Y的
D．Y僅有一種含氧酸
答案　B
解析　由守恒關系可知元素X的質量數為27，X與Y最外層電子數之和為8，質子數相差2，且X為金屬元素，可推知X為Al元素，Y為P元素，二者都有＋3價，都可以形成三氯化物，A項錯誤、B項正確；Al原子質子數為13，P原子質子數為15，故質子數：X12．A、B為兩短周期元素，A元素原子的L層比B元素原子的L層少3個電子，B原子核外電子總數比A原子核外電子總數多5，則A和B形成的化合物的化學式為(　　)
A．A2B3 B．BA2 C．AB4 D．B3A2
答案　D
解析　由題意知：A元素原子的L層比B元素原子的L層少3個電子，A原子核外電子總數比B原子核外電子總數少5，那么肯定是B原子M層上多了2個電子，而且A元素原子的L層未排滿，所以得兩者的原子結構示意圖，A：、B：，即A為N，B為Mg，A、B構成Mg3N2，即B3A2。
13．(2023·揚州模擬)X、Y、Z、W、P五種元素，其核電荷數依次增大。X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等；Z原子的核外電子有8種運動狀態；Z與W元素位于同一族；P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子。下列說法正確的是(　　)
A．基態X原子最外層有三個未成對電子
B．Y基態原子的軌道表示式：
C．P原子的價層電子排布為4s1
D．P單質分別與Z、W單質反應，產物中P的化合價一定相同
答案　B
解析　X基態原子核外只有三個能級，且各能級電子數相等，為1s22s22p2，為C元素，Z原子的核外電子有8種運動狀態，Z為O元素，Y為N元素，Z與W元素位于同一族，W為S元素，P原子核外有4個能層，最外層只有1個電子，其余各層均排滿電子，為Cu元素。X為C元素，最外層有2個未成對電子，A錯誤；Y為N元素，基態原子的軌道表示式：，B正確；P為Cu元素，價層電子排布為3d104s1，C錯誤；Cu和O2反應生成CuO，Cu元素的化合價為＋2價，Cu和S反應生成Cu2S，Cu元素的化合價為＋1價，D錯誤。
14．(1)鐵觸媒是普遍使用的以鐵為主體的多成分催化劑，通常還含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的幾種。
①基態Mg原子核外電子的空間運動狀態有______種；基態Al原子核外電子的運動狀態有________種。
②基態K原子核外電子占據最高能層的符號是________；基態K＋最高能級的電子所占據原子軌道為________形。
(2)目前合成氨通常采用的壓強為10～30 MPa，溫度為400～500 ℃，十分耗能。我國科研人員研制出了“Fe-LiH”等催化劑，溫度、壓強分別降到了350 ℃、1 MPa，這是近年來合成氨反應研究中的重要突破。
①基態Li原子的核外電子排布式為_______________________________________________。
②從結構角度比較穩定性：Fe2＋________(填“>”或“<”)Fe3＋，其原因是_______________
_______________________________________________________________________________。
答案　(1)①6　13　②N　啞鈴　(2)①1s22s1　②<　Fe3＋的3d軌道處于半充滿的穩定狀態，其穩定性強于Fe2＋
15．前四周期元素A、B、C、D、E的原子序數依次增大，其相關性質如表所示：
A 基態A原子核外電子占據3個軌道
B 原子核外有6種運動狀態不同的電子
C 元素原子的核外p電子數比s電子數少1個
D 基態原子核外有6個原子軌道排有電子，且只有1個未成對電子
E 基態E＋各能級電子全充滿
(1)元素A、E的元素符號分別是：________。畫出元素A基態原子的軌道表示式：_________。
(2)畫出C元素原子的結構示意圖：________。
(3)寫出D元素基態原子的電子排布式：________，其核外電子空間運動狀態有______種。
(4)元素A、B、C的最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強，其原因是____________。
(5)實驗室合成一種由B和C兩種元素形成的化合物，該化合物具有三維骨架結構。其中每個B原子與4個C原子形成共價鍵，每個C原子與3個B原子形成共價鍵，其化學式為________。
答案　(1)B、Cu　　(2)　(3)1s22s22p63s1　6　(4)三種元素的非金屬性依次增強，其最高價氧化物對應水化物的酸性依次增強　(5)C3N4
解析　由題意，A原子核外電子占據三個軌道，A為B元素；B原子核外有6種運動狀態不同的電子，B為C元素；C元素位于第二周期，又因為其核外p能級電子數比s能級電子數少1個，因此C為N元素； D元素基態原子核外有6個原子軌道排有電子同時僅有1個未成對電子，s能級含1個軌道，p能級含有3個軌道，則D所含有的未成對電子在3s能級，因此D為Na元素；E＋的各能級電子均充滿，因此E為Cu元素。(5)該化合物具有三維骨架結構，其中每個C原子與4個N原子形成共價鍵，所以C的化合價為＋4價，每個N原子與3個C原子形成共價鍵，所以N的化合價為－3價，則該化合物的化學式為C3N4。第31講　原子結構　核外電子排布規律
[復習目標]　1.掌握原子結構中微粒數目的關系。2.了解原子核外電子的運動狀態、能級分布和排布原理。3.能正確書寫1～36號元素原子核外電子排布式、價層電子排布式和軌道表示式。
考點一　原子結構、核素、同位素
1．原子結構
(1)構成微粒及作用
(2)微粒間的數量關系
①陽離子的核外電子數＝________－所帶電荷數。
②陰離子的核外電子數＝________＋所帶電荷數。
(3)微粒符號周圍數字代表的信息
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的概念及相互關系
(2)同位素的特征
①同一元素的各種核素的____________不同，________相同，化學性質__________________，物理性質____________。
②同一元素的各種穩定核素在自然界中所占的原子百分數(豐度)不變。
(3)氫元素的三種核素
H：名稱為____，不含中子；
H：用字母____表示，名稱為____或重氫；
H：用字母____表示，名稱為____或超重氫。
(4)幾種重要核素的用途
核素 U C H H O
用途 核燃料 用于考古斷代 制氫彈 示蹤原子
兩種相對原子質量辨析
(1)原子(即核素)的相對原子質量：一個原子(即核素)的質量與12C原子質量的的比值，其近似值可用質量數代替。
(2)元素的相對原子質量：是按該元素各種天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素質量數算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。
1．一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子(　　)
2．所有原子核內一定都有中子(　　)
3．質量數就是元素的相對原子質量(　　)
4．質子數相同的微粒一定屬于同一種元素(　　)
5．核外電子數相同的微粒，其質子數一定相同(　　)
6．氫的三種核素形成的單質有6種，它們物理性質有所不同，但化學性質幾乎完全相同(　　)
一、元素、核素、同位素
1．(2021·天津，3)核聚變發電有望成為解決人類能源問題的重要手段之一。氘(H)是核聚變反應的主要原料，下列有關敘述正確的是(　　)
A.H的中子數為2
B.H的核電荷數為1
C.H是自然界中最輕的原子
D.H是氫元素的一種同素異形體
2．現有下列9種微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各題：
(1)H、H分別是氫元素的一種________，它們互稱為________。
(2)互為同素異形體的微粒是______________________________________________________。
(3)Fe2＋的中子數為____________，核外電子數為________。
(4)上述9種微粒中有____________種核素，含有________種元素。
二、核反應方程式
3．(2022·山東，3)O、O的半衰期很短，自然界中不能穩定存在。人工合成反應如下：O＋He―→O＋X；O＋He―→O＋Y。下列說法正確的是(　　)
A．X的中子數為2
B．X、Y互為同位素
C.O、O可用作示蹤原子研究化學反應歷程
D．自然界不存在O2、O2分子是因其化學鍵不穩定
4．(2021·河北，5)用中子轟擊X原子產生α粒子(即氦核He)的核反應為X＋n―→Y＋He。已知元素Y在化合物中呈＋1價。下列說法正確的是(　　)
A．H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液
B．Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2
C．X和氫元素形成離子化合物
D．6Y和7Y互為同素異形體
考點二　核外電子運動狀態與排布原理
1．核外電子運動狀態
核外電子按能量不同分成能層，同一能層的電子，還被分成不同能級。量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態稱為一個原子軌道。
回答下列問題：
(1)填寫下表，熟悉原子核外能層、能級、原子軌道之間的關系。
能層(n) 一 二 三 四
能層符號
能級符號
各能級原 子軌道數
各能層原 子軌道數
最多容納
電子數
(2)常用電子云輪廓圖的形狀和取向來表示原子軌道的形狀和取向。s電子云輪廓圖呈____形、p電子云輪廓圖呈______形。p電子云有____種伸展方向。
(3)預測第五電子層上原子軌道總數是多少？最多能容納的電子數是多少？
_______________________________________________________________________________
(4)比較下列基態原子能級或原子軌道的能量高低。
①1s、2s、2p、3s、3p、3d　②2s、2px、2py、2pz
_______________________________________________________________________________
2．基態與激發態　原子光譜
(1)基態原子：處于________________的原子。
激發態原子：基態原子吸收能量，它的電子會________到較高能級，變為激發態原子。
(2)原子光譜
不同元素原子的電子發生躍遷時會________或________不同的光，用光譜儀記錄下來便得到原子光譜。利用原子光譜上的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。
3．原子核外電子排布的規范書寫
(1)排布原則
①________________：在構建基態原子時，電子將盡可能地占據能量最低的原子軌道，使整個原子的能量最低。
②____________：在一個原子軌道里，最多只能容納____個電子，它們的自旋________。如2s軌道上的電子排布為，不能表示為。
③____________：基態原子中，填入簡并軌道的電子總是先單獨分占，且自旋平行。 如2p3的電子排布為，不能表示為或。
注意　當能量相同的原子軌道在全充滿(p6、d10、f14)、半充滿(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)狀態時，體系的能量最低，如基態24Cr原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
(2)填充順序——構造原理
(3)基態原子核外電子排布表示方法(以硫原子為例)
電子排布式 1s22s22p63s23p4
簡化電子排布式 [Ne]3s23p4
價層電子排布式 3s23p4
價層電子軌道表示式(電子排布圖)
1．p能級能量不一定比s能級的能量高(　　)
2．Fe的基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6(　　)
3．22Ti的電子排布式1s22s22p63s23p10違反了能量最低原理(　　)
4.表示的原子能量處于最低狀態(　　)
5.1s22s12p1表示的是激發態原子的電子排布(　　)
6.某些金屬及其化合物在燃燒時會產生特殊的顏色，是由于電子躍遷時能量以一定頻率的光釋放出來(　　)
一、核外電子的運動狀態及排布式的書寫
1.完成下列各小題：
(1)基態硅原子最外層電子的軌道表示式為________________________。
(2)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，核外電子排布相同的是______(填離子符號)。
(3)銅或銅鹽的焰色試驗為綠色，該光譜是________________(填“吸收光譜”或“發射光譜”)。
2.下列Li原子軌道表示式表示的狀態中，能量最低和最高的分別為______、______(填字母)。
A．
B．
C．
D．
3．鉀發生焰色試驗的原因是_____________________________________________________
______________________________________________________________________________。
核外電子排布常見錯誤
(1)在書寫基態原子的軌道表示式時，常出現以下錯誤：
①(違反能量最低原理)；
②(違反泡利原理)；
③(違反洪特規則)；
④(違反洪特規則)。
(2)當出現d軌道時，雖然電子按ns、(n－1)d、np的順序填充，但在書寫電子排布式時，仍把(n－1)d放在ns前，
如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，而失電子時，卻先失4s軌道上的電子，如Fe3＋：1s22s22p63s23p63d5。
二、核外電子排布規律的應用
4．判斷電子的運動狀態
(1)基態F原子核外電子的運動狀態有______種。
(2)基態鈦原子的價層電子排布式為________，其原子核外電子的空間運動狀態有________種，共有________種運動狀態不同的電子。
(3)基態Si原子價層電子的運動狀態有______種，若其電子排布式表示為[Ne]3s23p違背了________________。
(4)基態Cu原子核外電子的空間運動狀態有________種。
核外電子運動狀態的判斷
電子的運動狀態與原子核外電子數目相等；空間運動狀態與核外電子填充原子軌道的數目相等。
5．判斷原子中未成對電子數目
(1)基態Ti3＋中未成對電子數有________個；與Ti同族相鄰的元素Zr的基態原子價層電子排布式為________。與鈦同周期元素的基態原子中，未成對電子數與鈦相同的元素有______種。
(2)血紅蛋白中的鐵處于基態時，其最高能級中的單電子數為________。
(3)Cr與Ni的基態原子核外未成對電子數之比為________。
(4)第四周期中未成對電子數最多的基態原子的價層電子軌道表示式為______________________________________________________________________________。
6．元素推斷
(1)A、B、C、D 4種元素的核電荷數依次增大，它們的離子的電子層數相同且最外層電子數均為8。A原子的L層電子數與K、M層電子數之和相等，D原子的K、L層電子數之和等于核外電子總數的一半。則4種元素的元素符號依次是A______，B______，C______，D______。
(2)①A元素基態原子的最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為________；其基態原子價層電子的軌道表示式為________________。
②元素D的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為________，其基態原子的核外電子排布式為________________。
1．(2022·北京，3)38Sr(鍶)的87Sr、86Sr穩定同位素在同一地域土壤中值不變。土壤生物中值與土壤中值有效相關。測定土壤生物中值可進行產地溯源。下列說法不正確的是(　　)
A．Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B．可用質譜法區分87Sr和86Sr
C．87Sr和86Sr含有的中子數分別為49和48
D．同一地域產出的同種土壤生物中值相同
2．(1)(2023·浙江6月選考，17節選改編)①基態N原子的價層電子排布式是________________________________________________________________________。
②判斷正誤：能量最低的激發態N原子的電子排布式：1s22s12p33s1 (　　)
(2)[2023·北京，15(1)]基態S原子價層電子排布式是________。
(3)[2023·廣東，19(1)①]基態Fe2＋的3d電子軌道表示式為______________________________。
(4)[2023·海南，19(5)①節選]銻和磷同族，銻原子基態的價層電子排布式為______________________________________________________________________________。
3．按要求解答下列問題。
(1)[2019·全國卷 Ⅰ，35(1)]下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是_______________________________________________________________________(填字母)。
A．[Ne]　B．[Ne]　C．[Ne]　D．[Ne]
(2)[2020·全國卷Ⅰ，35(1)]基態Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數之比為________。

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