第22讲 原子结构 核外电子排布
[目标速览] 1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程,认识核外电子的运动特点。知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发与跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。2.知道原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
微考点 核心突破
考点1 原子结构 核素 同位素
知|识|梳|理
1.原子的构成
(1)主要有______、______和______。
它们的基本属性为
电子 质子 中子
相对质量 一个质子的______ 1.007 1.008
所带电荷 数及电性 ________________ ____________ ______
(2)基本关系。
①对于原子:质量数(A)=______________,
质子数=________=____________。
②对于离子。
阳离子:质子数=核外电子数______电荷数,
阴离子:质子数=核外电子数______电荷数。
2.元素、核素、同位素
(1)元素。
具有相同______________的一类原子的总称。________决定元素的种类。
(2)核素。
具有一定数目________和一定数目________的原子。____________和____________共同决定核素的种类。
(3)同位素。
定义:________相同而________不同的核素互称为同位素。例如,氧元素有O、O、O三种核素,互为同位素。
3.同位素的特征与应用
(1)同位素的特征。
①化学性质____________,物理性质________。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数一般________。
(2)常见的重要核素及其应用。
核素 U ________ H H O
用途 核燃料 用于考古断代 制________ 示踪原子
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.所有的原子中都含有质子和中子。( )
2.一种单质中可能含多种核素,如O2中含16O、17O、18O三种原子。( )
3.14C可用于文物的年代鉴定,14C与12C互为同素异形体。( )
4.质子数相同的微粒不一定都属于同一种元素。( )
5.质量数就是元素的相对原子质量。( )
知|识|拓|展
1.原子的构成及元素、核素、同位素之间的关系
(1)构成原子的粒子。
(2)元素、核素、同位素的关系。
提醒 ①一种元素可以有若干种不同的核素,也可以只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。
②同种元素是质子数相同的所有核素的总称,同位素是同一元素不同核素之间的互称。
2.易忽视相对原子质量和质量数在概念上的区别和在化学计算中的不同之处
(1)相对原子质量分为核素的相对原子质量和元素的相对原子质量。
①核素的相对原子质量:某种核素的一个原子的质量与12C原子质量的的比值。
②元素的相对原子质量:该元素的所有同位素的相对原子质量的平均值,即(A)=M(A1)·α(A1)%+M(A2)α(A·2)%+……。
(2)质量数。
质量数是一个原子中的质子数与中子数的和。由于质子和中子的相对质量都近似为1,所以一种核素的质量数就是该核素的近似相对原子质量。
3.等电子数的粒子汇总
(1)“10电子”的粒子。
分子 离子
一核10电子 Ne N3-、O2-、F-、 Na+、Mg2+、Al3+
二核10电子 HF OH-
三核10电子 H2O N
四核10电子 NH3 H3O+
五核10电子 CH4 N
(2)“18电子”的粒子。
分子 离子
一核18电子 Ar K+、Ca2+、Cl-、S2-
二核18电子 F2、HCl 、HS-
三核18电子 H2S —
四核18电子 PH3、H2O2 —
五核18电子 SiH4、CH3F —
(3)核外电子总数和质子总数均相同的粒子。
①Na+、N、H3O+。
②F-、OH-、N。
③同位素,如HHH。
(4)寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法。
①“10电子”微粒:以Ne为核心,推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。
②“18电子”微粒:以Ar为核心,推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。
CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH、F—F、F—CH3、CH3—OH……
(5)记忆其他等电子微粒。
①“14电子”微粒:Si、N2、CO、C2H2、。
②“16电子”微粒:S、O2、C2H4、HCHO。
知|识|对|练
角度一 以同位素为核心的概念辨析
1.核废水入海会直接对海洋环境和生物造成无法预估的后果。研究表明核废水中含有CsIC和放射性H等物质,下列说法错误的是( )
A.C和C互为同位素
BCs和I都位于周期表的第六周期
CCs原子中含有的中子数与质子数之差为27
DH和H用来制造氢弹
2.汤姆孙(J. J. Thomson)和阿斯通(F. W. Aston)在1913年发现了Ne。下列有关说法正确的是( )
A.Ne和 Ne属于同素异形体
B.Ne和 Ne属于不同的核素
C.Ne和 Ne的中子数相同
D.Ne转变为 Ne为化学变化
角度二 有关计算
3.月球上的每百吨 He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量,地球上氦元素主要以 He的形式存在。已知一个 12C原子的质量为a g,一个 He原子的质量为b g,NA为阿伏加德罗常数。下列说法正确的是( )
AHe比 He多一个中子
B.氦元素的近似相对原子质量为3.5
CHe的相对原子质量为
DHe的摩尔质量为bNA
4.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ω g R原子完全转化为R2-时含有电子的物质的量是( )
A. mol B. mol
C.ω mol D.(m-n+2) mol
角度三 相对原子质量的含义及辨析
5.铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。元素周期表中铟的数据如图,下列说法完全正确的是( )
A.铟元素的质量数是114.8
B.铟元素的相对原子质量是114
C.铟元素是一种副族元素
D.铟原子最外层有3个电子
6.已知硒酸钠中各元素的质量分数为Na—a、Se—b,其余为氧;硫酸钠中各元素的质量分数为Na—c、S—d,其余为氧。用以上数据测定Se元素的相对原子质量时,还需要用到的数据是( )
A.Na元素的相对原子质量
B.S元素的相对原子质量
C.O元素的相对原子质量
D.Se元素各同位素的丰度
角度四 由核反应确定元素及其化合物的性质
7.科学家用钙元素的一种核素反复轰击镅元素的一种核素,得到元素Mc的一种核素,其反应可以表示为AmCa—Mc+n,下列说法正确的是( )
A.n与1H互为同位素
B.上述反应过程为化学变化
CCa与Ca互为同素异形体
D.Mc的最高价氧化物的化学式为Mc2O5
8.海洋中蕴含着极为丰富的氘和氚元素,以重水和超重水的形式存在。氘和氚元素发生热核聚变H+H—→He+X时放出巨大的能量,是正在重点攻克的能源难题。下列说法错误的是( )
A.H和H属于同位素
B.X为中子n
C.核聚变的产物对环境更友好
D.H2与H2的沸点相同
角度五 “10电子”的粒子与“18电子”的粒子
9.下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是( )
A.H3O+和OH- B.CO和N2
C.HNO2和N D.C和N
10.A+、B+、C-、D、E五种粒子(分子或离子)中,每个粒子中均有10个电子,已知:
①A++C-===D+E↑;②B++C-===2D。
回答下列问题:
(1)C-的电子式是___________________________________________________________。
(2)分别写出A+和D反应、B+和E反应的离子方程式:___________________________________________________________、
___________________________________________________________。
(3)除D、E外,请再写出两种含10个电子的分子的分子式:____________________。
(4)除A+、B+外,请再写出两种含10个电子的阳离子:________________。
11.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子,它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去):
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,请写出A、D的电子式:A___________________________________________________________;
D________________。
(2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子,请写出:
①A与B在溶液中反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
②根据上述离子方程式,可以判断C与B结合质子的能力大小是___________________________________________________________
(用化学式或离子符号表示)。
考点2 原子结构与核外电子排布
知|识|梳|理
一、理清2个概念
1.能层
原子核外电子是________排布的,根据电子的________差异,可将核外电子分成不同的能层。
2.能级
在多电子原子中,同一能层的电子,________也可能不同,不同能量的电子分成不同的______。
3.能层与能级的关系
能层 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p…… ……
最多 电子数 2 2 6 2 6 10 261014 2 6…… ……
电子离 核远近 近→远
电子能 量高低 低→高
二、熟记原子轨道的形状、数目和能量关系
三、掌握基态原子核外电子排布
1.排布原则
2.填充顺序——构造原理
绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序,人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。
3.电子排布式和电子排布图(或轨道表达式)
以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子 排布式 [Ne]3s23p4
电子排布图(或轨道表示式)
价层电子 排布式 3s23p4
四、明晰原子的状态和原子光谱
1.原子的状态
(1)基态原子:处于________状态的原子。
(2)激发态原子:基态原子的电子吸收能量后,从______跃迁到________状态的原子。
2.原子光谱
不同元素原子的电子发生跃迁时会________或________不同的光,用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素,称为光谱分析。
3.基态、激发态及光谱示意图
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.p能级的能量一定比s能级的能量高。( )
2.钾元素的基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d1。( )
3.铁元素基态原子的电子排布式为
1s22s22p63s23p64s23d6。( )
4.磷元素基态原子的电子排布图为。( )
知|识|拓|展
1.在写基态原子的电子排布图时,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.防范两类常见的有关核外电子排布的错误
(1)3d、4s书写顺序混乱: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,应把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p64s23d6(×),1s22s22p63s23p63d64s2(√)。在失去电子时,先失去4s轨道上的电子,如Fe2+:1s22s22p63s23p63d6。
(2)不符合洪特规则特例,如Cu:1s22s22p63s23p63d94s2(×),1s22s22p63s23p63d104s1(√)。
知|识|对|练
角度六 原子核外电子的排布
12.下列说法正确的是( )
A.同一原子中,2s、3p、4p能级的轨道数依次增多
B.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理
C.表示的原子能量处于最低状态
D.正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第Ⅷ族
13.下列电子排布图所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是________(填序号)。
①
②
③
④
⑤
14.写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。
原子 电子排布式 简化电子排布式
N __________________ __________________
Cl __________________ __________________
Ca __________________ __________________
Fe __________________ __________________
Cu __________________ __________________
As __________________ __________________
角度七 元素的推断
15.元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1。回答下列问题:
(1)元素X的原子最外层电子排布式中的n=______;原子中能量最高的是______电子,其电子云在空间有____________方向,原子轨道呈________形。
(2)元素X的名称是________;它的氢化物的电子式是________;该氢化物分子结构呈________形。
16.A、B、C、D、E代表5种元素。回答下列问题:
(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-1价离子和C元素的+1价离子的电子层结构都与氩元素相同,B的元素符号为________,C的元素符号为________。
(3)D元素的+3价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为________,其基态原子的电子排布式为__________________。
(4)E元素的基态原子的M层全充满,N层上没有成对电子,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____________________。
微充电 素养提升
关键题型——基态原子核外电子排布式的书写模型与应用创新题
【模型构建】
价电子排布式的书写:对于主族元素和0族元素,写出最外层电子排布式即可;对于过渡金属元素,其价电子排布式一般符合(n-1)d1~10ns1~2(n≥4)。如Cr元素的价电子排布式为3d54s1。
离子核外电子排布式的书写方法:先写出基态原子的核外电子排布式,再由外向内失去电子或补充电子(基态原子失去电子时总是优先失去最外层电子),即得到相应阳离子或阴离子的核外电子排布式。如Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3。
【母题】 镍铜合金是由镍、铜、铁三种金属组成的合金材料,有较好的耐腐蚀性、耐磨性等,且易加工,可作为航空发动机的结构材料。基态镍原子的价电子排布式为______________,同周期且基态原子的单电子数与Ni相同的元素有________种。
【衍生1】 (拓宽高于教材)基态磷原子核外电子共有________种空间运动状态。磷原子在成键时能将一个3s电子激发进入3d能级而参与成键,写出该激发态磷原子的核外电子排布式:______________________________。
【衍生2】 (贴近生活实践)基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为________,下列现象与原子核外电子跃迁有关的是________(填字母)。
a.焰火 b.LED灯光 c.金属导电
【衍生3】 (体现学科融合)光电材料[氟代硼铍酸钾晶体(KBe2BO3F2)等]是目前科学家特别关注的材料。基态B原子中有________种能量不同的电子,存在未成对电子的能级电子云有________种取向。
【衍生4】 (创新学科情境)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。
(1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价层电子轨道表示式为________________________。电负性大小顺序为H________B(填“>”或“<”)。
(2)基态铁原子核外电子运动状态有______种。Fe成为阳离子时首先失去________轨道上的电子。
微真题 把握方向
考向一 同位素
1.(2024·北京卷)我国科研人员利用激光操控方法,从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子,实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年,是14C的17倍,可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是( )
A.41Ca的原子核内有21个中子
B.41Ca的半衰期长,说明41Ca难以失去电子
C.41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间
D.从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化
考向二 核反应
2.(2022·河北卷)中子轰击X原子的核反应为X+n—→Y+H,其中Y可用于测定文物年代。下列说法错误的是( )
A.原子半径:Y>X
B.Y的电子式为
C.最高价含氧酸的酸性:Y>X
D.X与Y均能形成多种氢化物
3.(2022·山东卷OO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+He—OXOHe—OY。下列说法正确的是( )
A.X的中子数为2
B.X、Y互为同位素
COO可用作示踪原子研究化学反应历程
D.自然界不存在O2O2分子是因其化学键不稳定
4.(2021·河北卷)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单质在空气中燃烧的产物是Y2O2
C.X和氢元素形成离子化合物
D.6Y和7Y互为同素异形体
考向三 核外电子排布
5.(2024·浙江卷6月)下列有关单核微粒的描述正确的是________。
A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种
B.Na的第二电离能>Ne的第一电离能
C.Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
D.Fe原子变成Fe+,优先失去3d轨道上的电子
6.(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整:
。
7.(2024·湖南卷)Cu属于________区元素,其基态原子的价电子排布式为________。
8.(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为________。
9.(2023·全国乙卷)基态Fe原子的价电子排布式为__________________。橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为________,铁元素的化合价为______价。
10.(2023·北京卷)基态S原子的价层电子排布式是____________。
第22讲 原子结构 核外电子排布
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
1.(1)质子 中子 电子 一个单位负电荷 一个单位正电荷
不带电 (2)①质子数+中子数 核电荷数 核外电子数 ②+ -
2.(1)核电荷数(即质子数) 质子数 (2)质子 中子 质子数 中子数 (3)质子数 中子数
3.(1)①几乎完全相同 不同 ②不变 (2)C 氢弹
思维辨析
1.× 提示H原子中不含中子。
2.√ 提示:一个O2分子由两个原子构成,这两个原子可能是同一种核素,也可能是不同种核素,16O2、17O2、18O2、16O17O、17O18O、16O18O 都属于氧气单质。
3.× 提示:同素异形体指的是单质,14C与12C是碳元素的两种不同的核素,它们互称为同位素。
4.√ 提示:质子数相同的原子才属于同一种元素,如Na+与N虽然质子数相同,但不属于同一种元素。
5.× 提示:质量数=质子数+中子数,是一个整数,元素有几种核素就有几种质量数。而元素的相对原子质量是元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比,它不是整数,两者不同。
知识对练
1.B 解析 两个核素质子数均为6,中子数分别为8、6,因此两者互为同位素,A项正确;Cs位于第六周期,I位于第五周期,B项错误;质子数为55,中子数为137-55=82,因此中子数与质子数的差值为82-55=27,C项正确;2H、3H具有放射性,可用于制造氢弹,D项正确。
2.B 解析 Ne和 Ne的质子数相同,中子数不同,互为同位素,不是同素异形体,A、C两项错误;Ne和 Ne的质子数相同,中子数不同,属于不同的核素,B项正确;Ne转变为 Ne是核反应,不是化学变化,D项错误。
3.C 解析He比 He少一个中子,A项错误;不能确定核素的原子百分含量,因此不能计算氦元素的近似相对原子质量,B项错误;一个原子的真实质量与一个C原子质量的的比值是该核素的相对原子质量,因此He的相对原子质量为,C项正确He的摩尔质量为bNAg·mol-1,D项错误。
4.D 解析 R原子的质子数为(m-n)个,其核外电子数也为(m-n)个,所以R2-的核外电子数为(m-n+2)个,而ω g R原子的物质的量为 mol,所以形成R2-时含有的电子的物质的量为(m-n+2) mol。故选D。
5.D 解析 该元素的原子序数为49,位于第五周期第ⅢA族,故选D。
6.B 解析 M(Na2SeO4)=,M(Na2SO4)=,-=M(Se)-M(S),所以M(Se)=-+M(S),所以只要知道 S元素的相对原子质量,就可以求得Se元素的相对原子质量。
7.D 解析n与1H的质量数相同,质子数不同,中子数不同,不属于同位素,A项错误;该反应前后原子种类发生了变化,属于核变化,B项错误;Ca与Ca互为同位素,同素异形体是指同种元素组成的性质不同的单质,C项错误;Mc位于第ⅤA族,最高正价为+5价,故最高价氧化物的化学式为Mc2O5,D项正确。
8.D 解析 H和H均为氢元素,质子数相同,中子数不同,属于同位素,A项正确;根据守恒关系,X为中子n,B项正确;相比于核裂变产物,核聚变的产物为He,无放射性,对环境更友好,C项正确;H2与H2的相对分子质量不同,H2分子间的范德华力更大,H2沸点更高,D项错误。
9.D 解析 中性微粒的核外电子数等于核内质子数;阳离子的电子数等于质子数减去所带的电荷数;阴离子的电子数等于质子数加上所带的电荷数。C中的电子数为8,N中的电子数为10,二者不相等。
10.答案 (1)
(2)N+H2ONH3·H2O+H+ H3O++NH3===N+H2O
(3)CH4、HF(答案合理即可) (4)Na+、Mg2+、Al3+(答任意两个即可)
解析 本题五种粒子中均有10个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物知识可知,10电子的粒子:原子有Ne;阴离子有N3-、O2-、F-、OH-、N,阳离子有Na+、Mg2+、Al3+、N、H3O+;分子有CH4、NH3、H2O、HF。根据题意有①A++C-===D+E↑,推知A+应为N、C-为OH-、D为H2O、E为NH3,将其结果代入②B++C-===2D,推知B+应为H3O+。
11.答案 (1)
(2)①HS-+OH-===S2-+H2O或H2S+OH-===HS-+H2O
②OH->S2-或OH->HS-
考点2
知识梳理
一、1.分层 能量 2.能量 能级
二、球形 哑铃 1 3 相等
三、1.最低 2 相反 相同
四、1.(1)最低能量 (2)低能级 较高能级 2.吸收 释放
思维辨析
1.× 提示:决定电子能量高低的首先是能层,如2p能级的能量比3s能级的能量低。
2.× 提示:基态原子的电子排布要遵守能量最低原理,3d能级的能量高于4s能级,所以钾元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。
3.× 提示:基态原子的核外电子填充原子轨道时,是按构造原理的顺序,但书写电子排布式时应按能层顺序而不按填充顺序。
4.× 提示:由洪特规则可知,磷元素基态原子的电子排布图为。
知识对练
12.D 解析 A项,不同能层中p能级的轨道数相同,错误;B项,能级的能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d…s、p、d能级最多可容纳的电子数分别为2、6、10,所以22Ti的电子排布式为1s22s22p63s23p10违反了泡利原理,错误;C项,由洪特规则可知,2p能级的3个电子应分占不同的轨道,而且自旋平行,错误;D项,正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素是26号元素铁,在周期表中位于第Ⅷ族,正确。
13.答案 ③⑤
解析 ①④不符合能量最低原理;②不符合洪特规则。
14.答案 1s22s22p3 [He]2s22p3
1s22s22p63s23p5 [Ne]3s23p5
1s22s22p63s23p64s2 [Ar]4s2
1s22s22p63s23p63d64s2 [Ar]3d64s2
1s22s22p63s23p63d104s1 [Ar]3d104s1
1s22s22p63s23p63d104s24p3 [Ar]3d104s24p3
15.答案 (1)2 2p(写成np也可以) 三种互相垂直的伸展 哑铃
(2)氮 三角锥
解析 (1)根据构造原理,先填满ns能级,而s能级只有1个原子轨道,故最多只能容纳2个电子,即n=2,所以元素X的原子最外层电子排布式为2s22p3,由此可知X是N元素;根据核外电子排布的能量最低原理,可知氮原子的核外电子中2p能级能量最高,p电子的原子轨道呈哑铃形,在空间有三种互相垂直的伸展方向。(2)X是氮元素,则其氢化物的分子式为NH3,中心氮原子上有4对电子,所以其电子式是HH;分子的空间结构呈三角锥形。
16.答案 (1)N (2)Cl K
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
解析 (1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成,可见该元素原子核外有7个电子,为氮元素,其元素符号为N。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar元素相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即26号元素铁。(4)根据题意要求,首先写出电子排布式1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu。
微充电·素养提升
母题 答案 3d84s2 3
解析 Ni的原子序数为28,价电子排布式为3d84s2,基态Ni原子的单电子数为2,第四周期中Ti([Ar]3d24s2)、Ge([Ar]3d104s24p2)、Se([Ar]3d104s24p4)的单电子数均为2。
衍生1 答案 9 1s22s22p63s13p33d1
解析 基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,原子核外电子占据的每一个原子轨道都是一种电子空间运动状态,s能级上有1个轨道,p能级上有3个轨道,所以一共有9个轨道,即9种空间运动状态。磷原子在成键时将一个3s电子激发进入3d能级,则该激发态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s13p33d1。
衍生2 答案 3∶1 ab
解析 已知Ni是28号元素,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2,故基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为6∶2=3∶1;焰火和LED灯光是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关,金属导电是由于金属内部自由电子在通电后作定向移动而形成电流,与电子跃迁无关。
衍生3 答案 3 3
解析 基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1,1s、2s、2p中电子的能量不同,则有3种能量不同的电子。2p能级存在未成对电子,p能级电子云有3种取向,为px、py、pz。
衍生4 答案 (1)
> (2)26 4s
解析 (1)Ti原子的价层电子排布式为3d24s2,价层电子排布图为。电负性表示原子对键合电子吸引力的大小,B中B元素显+3价,H元素显-1价,因此电负性H>B。(2)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;Fe原子的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子。
微真题·把握方向
1.A 解析 41Ca的质量数为41,质子数为20,所以中子数为41-20=21,A项正确;41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系,B项错误;根据题意,41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间,C项错误;从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生,不属于化学变化,D项错误。
2.C 解析 由已知核反应可得Z+0=M+1、A+1=R+1Y可用于测定文物年代,则Y是C,R=14、M=6、A=14、Z=7,X是N。同周期元素从左到右原子半径依次减小,则碳原子的原子半径大于氮原子,A项正确;C为质子数大于电子数的阳离子,电子式为,B项正确;元素的非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,氮元素的非金属性强于碳元素,则硝酸的酸性强于碳酸,C项错误;碳元素与氢元素形成的氢化物为烃类化合物,氮元素与氢元素形成的氢化物可能为氨气、联氨,则碳元素和氮元素均能形成多种氢化物,D项正确。
3.B 解析 根据质量守恒可知,X微粒为He,Y微粒为He,据此分析解题。X微粒为He,根据质量数等于质子数加中子数可知,该微粒的中子数为4,A项错误;X微粒为He,Y微粒为He,二者具有相同的质子数而中子数不同,故互为同位素,B项正确;由题干信息可知O与O的半衰期很短,故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程,C项错误;自然界中不存在O2与O2并不是其化学键不稳定,而是由于O与O的半衰期很短,很容易发生核变化,转化为其他原子,O==O的键能与形成该键的核素无关,D项错误。
4.A 解析 根据核反应X+n—→Y+He可知,X的质量数N为4+7-1=10,又因为Y在化合物中呈+1价,则推知Y位于第ⅠA族,质量数=质子数+中子数,Y的质量数为7,所以得出Y为Li,其质子数P=3,所以X的质子数Z=3+2-0=5,核电荷数=原子序数=核内质子数=5,则推知X为B元素,据此分析解答。H3BO3为硼酸,氢氧化钠溶液具有腐蚀性,若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上,则需用大量水冲洗,同时涂抹H3BO3溶液,以中和碱液,A项正确;Y为Li元素,在空气中燃烧的产物只有Li2O,B项错误;X为B元素,与氢元素通过共价键结合,形成共价化合物,C项错误;6Li和7Li两者的质子数均为3,中子数不同,所以两者互为同位素,D项错误。
5.答案 AB
解析 根据原子核外电子排布规律,基态Ar原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,A项正确;Na的第二电离能指气态基态Na+失去一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量,Na+和Ne具有相同的电子层结构,Na+的核电荷数大于Ne,Na+的原子核对外层电子的引力大于Ne的,故Na的第二电离能>Ne的第一电离能,B项正确;Ge的原子序数为32,基态Ge原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C项错误;基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,Fe原子变成Fe+,优先失去4s轨道上的电子,D项错误。
6.答案
解析 Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族,基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2,Sn的基态原子最外层轨道表示式为
。
7.答案 ds 3d104s1
解析 Cu的原子序数为29,位于第四周期第ⅠB族,位于ds区,其基态原子的价电子排布式为3d104s1。
8.答案 3d34s2
解析 钒是23号元素,其价层电子排布式为3d34s2。
9.答案 3d64s2 O>Si>Fe>Mg +2
解析 Fe为26号元素,基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2。元素的金属性越强,其电负性越小,元素的非金属性越强则其电负性越大,因此,橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg;因为MgxFe2-xSiO4中Mg、Si、O元素的化合价分别为+2、+4和-2,设铁元素的化合价为y,根据化合物中各元素的化合价代数和为0,可得2x+(2-x)y+4=8,讨论y=+2和y=+3,可知y=+2符合题意,可以确定铁元素的化合价为+2。
10.答案 3s23p4(共90张PPT)
第22讲
大单元四 物质结构与性质 元素周期律
原子结构
核外电子排布
目
标
速
览
1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续)，电子可以处于不同的能级，在一定条件下会发生激发与跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。2.知道原子核外电子的能级高低顺序，了解原子核外电子排布的构造原理，认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
考点1 原子结构 核素 同位素
微考点/核心突破
第一部分
1.原子的构成
(1)主要有 、 和 。
它们的基本属性为
电子 质子 中子
相对质量 一个质子的 1.007 1.008
所带电荷数及电性 __________________ ___________________ ________
质子
中子
电子
一个单位负电荷
一个单位正电荷
不带电
(2)基本关系。
①对于原子：质量数(A)=________________，质子数=___________= ____________。
②对于离子。
阳离子：质子数=核外电子数_____电荷数，
阴离子：质子数=核外电子数_____电荷数。
质子数+中子数
核电荷数
核外电子数
+
-
2.元素、核素、同位素
(1)元素。
具有相同 的一类原子的总称。________决定元素的种类。
(2)核素。
具有一定数目 和一定数目 的原子。________和________共同决定核素的种类。
(3)同位素。
定义：_________相同而_________不同的核素互称为同位素。例 如，氧元素有O、O、O三种核素，互为同位素。
核电荷数(即质子数)
质子数
质子
中子
质子数
中子数
质子数
中子数
3.同位素的特征与应用
(1)同位素的特征。
①化学性质 ，物理性质 。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数一般 。
(2)常见的重要核素及其应用。
核素 U ______ H H O
用途 核燃料 用于考古断代 制______ 示踪原子
几乎完全相同
不同
不变
C
氢弹
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.所有的原子中都含有质子和中子。( )
2.一种单质中可能含多种核素，如O2中含16O、17O、18O三种原子。
( )
提示：H原子中不含中子。
提示：一个O2分子由两个原子构成，这两个原子可能是同一种核 素，也可能是不同种核素，16O2、17O2、18O2、16O17O、17O18O、16O18O 都属于氧气单质。
3.14C可用于文物的年代鉴定，14C与12C互为同素异形体。( )
4.质子数相同的微粒不一定都属于同一种元素。( )
提示：同素异形体指的是单质，14C与12C是碳元素的两种不同的核 素，它们互称为同位素。
提示：质子数相同的原子才属于同一种元素，如Na+与N虽然质子数相同，但不属于同一种元素。
5.质量数就是元素的相对原子质量。( )
提示：质量数=质子数+中子数，是一个整数，元素有几种核素就有几种质量数。而元素的相对原子质量是元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比，它不是整数，两者不同。
1.原子的构成及元素、核素、同位素之间的关系
(1)构成原子的粒子。
(2)元素、核素、同位素的关系。
提醒 ①一种元素可以有若干种不同的核素，也可以只有一种核 素，有多少种核素就有多少种原子。
②同种元素是质子数相同的所有核素的总称，同位素是同一元素不同核素之间的互称。
2.易忽视相对原子质量和质量数在概念上的区别和在化学计算中的不同之处
(1)相对原子质量分为核素的相对原子质量和元素的相对原子质量。
①核素的相对原子质量：某种核素的一个原子的质量与12C原子质量的的比值。
②元素的相对原子质量：该元素的所有同位素的相对原子质量的平均值，即(A)=M(A1)·α(A1)%+M(A2)α(A·2)%+……。
(2)质量数。
质量数是一个原子中的质子数与中子数的和。由于质子和中子的相对质量都近似为1，所以一种核素的质量数就是该核素的近似相对原子质量。
3.等电子数的粒子汇总
(1)“10电子”的粒子。
分子 离子
一核10电子 Ne N3-、O2-、F-、Na+、Mg2+、Al3+
二核10电子 HF OH-
三核10电子 H2O N
四核10电子 NH3 H3O+
五核10电子 CH4 N
(2)“18电子”的粒子。
分子 离子
一核18电子 Ar K+、Ca2+、Cl-、S2-
二核18电子 F2、HCl 、HS-
三核18电子 H2S —
四核18电子 PH3、H2O2 —
五核18电子 SiH4、CH3F —
(3)核外电子总数和质子总数均相同的粒子。
①Na+、N、H3O+。
②F-、OH-、N。
③同位素，如HHH。
(4)寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法。
①“10电子”微粒：以Ne为核心，推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。
②“18电子”微粒：以Ar为核心，推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。
CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH、F—F、F—CH3、CH3—OH……
(5)记忆其他等电子微粒。
①“14电子”微粒：Si、N2、CO、C2H2、。
②“16电子”微粒：S、O2、C2H4、HCHO。
角度一 以同位素为核心的概念辨析
1.核废水入海会直接对海洋环境和生物造成无法预估的后果。研究表明核废水中含有CsIC和放射性H等物质，下列说法错误的是( )
A.C和C互为同位素
BCs和I都位于周期表的第六周期
CCs原子中含有的中子数与质子数之差为27
DH和H用来制造氢弹
两个核素质子数均为6，中子数分别为8、6，因此两者互为同位 素，A项正确；Cs位于第六周期，I位于第五周期，B项错误；质子数为55，中子数为137-55=82，因此中子数与质子数的差值为82-55=27，C项正确；2H、3H具有放射性，可用于制造氢弹，D项正确。
解析
2.汤姆孙(J.J.Thomson)和阿斯通(F.W.Aston)在1913年发现了Ne。下列有关说法正确的是( )
A.Ne和 Ne属于同素异形体
B.Ne和 Ne属于不同的核素
C.Ne和 Ne的中子数相同
D.Ne转变为 Ne为化学变化
Ne和 Ne的质子数相同，中子数不同，互为同位素，不是同素异形体，A、C两项错误；Ne和 Ne的质子数相同，中子数不同，属于不同的核素，B项正确；Ne转变为 Ne是核反应，不是化学变化，D项错误。
解析
角度二 有关计算
3.月球上的每百吨 He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量，地球上氦元素主要以 He的形式存在。已知一个 12C原子的质量为a g，一个 He原子的质量为b g，NA为阿伏加德罗常数。下列说法正确的是( )
AHe比 He多一个中子
B.氦元素的近似相对原子质量为3.5
CHe的相对原子质量为
DHe的摩尔质量为bNA
解析
4.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ω g R原子完全转化为R2-时含有电子的物质的量是( )
A. mol B. mol
C.ω mol D.(m-n+2) mol
R原子的质子数为(m-n)个，其核外电子数也为(m-n)个，所以R2-的核外电子数为(m-n+2)个，而ω g R原子的物质的量为 mol，所以形成R2-时含有的电子的物质的量为(m-n+2) mol。故选D。
解析
角度三 相对原子质量的含义及辨析
5.铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。元素周期表中铟的数据如图，下列说法完全正确的是( )
A.铟元素的质量数是114.8
B.铟元素的相对原子质量是114
C.铟元素是一种副族元素
D.铟原子最外层有3个电子
该元素的原子序数为49，位于第五周期第ⅢA族，故选D。
解析
6.已知硒酸钠中各元素的质量分数为Na—a、Se—b，其余为氧；硫酸钠中各元素的质量分数为Na—c、S—d，其余为氧。用以上数据测定Se元素的相对原子质量时，还需要用到的数据是( )
A.Na元素的相对原子质量
B.S元素的相对原子质量
C.O元素的相对原子质量
D.Se元素各同位素的丰度
解析
角度四 由核反应确定元素及其化合物的性质
7.科学家用钙元素的一种核素反复轰击镅元素的一种核素，得到元素Mc的一种核素，其反应可以表示为AmCa—Mc+n，下列说法正确的是( )
A.n与1H互为同位素
B.上述反应过程为化学变化
CCa与Ca互为同素异形体
D.Mc的最高价氧化物的化学式为Mc2O5
n与1H的质量数相同，质子数不同，中子数不同，不属于同位素，A项错误；该反应前后原子种类发生了变化，属于核变化，B项错误；Ca与Ca互为同位素，同素异形体是指同种元素组 成的性质不同的单质，C项错误；Mc位于第ⅤA族，最高正价为+5价，故最高价氧化物的化学式为Mc2O5，D项正确。
解析
8.海洋中蕴含着极为丰富的氘和氚元素，以重水和超重水的形式存 在。氘和氚元素发生热核聚变H+H—→He+X时放出巨大的能 量，是正在重点攻克的能源难题。下列说法错误的是( )
A.H和H属于同位素
B.X为中子n
C.核聚变的产物对环境更友好
D.H2与H2的沸点相同
H和H均为氢元素，质子数相同，中子数不同，属于同位素，A项正确；根据守恒关系，X为中子n，B项正确；相比于核裂变产物，核聚变的产物为He，无放射性，对环境更友好，C项正确；H2与H2的相对分子质量不同，H2分子间的范德华力更大，H2沸点更高，D项错误。
解析
角度五 “10电子”的粒子与“18电子”的粒子
9.下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是( )
A.H3O+和OH- B.CO和N2
C.HNO2和N D.C和N
中性微粒的核外电子数等于核内质子数；阳离子的电子数等于质子数减去所带的电荷数; 阴离子的电子数等于质子数加上所带的电荷数。C中的电子数为8，N中的电子数为10，二者不相等。
解析
10.A+、B+、C-、D、E五种粒子(分子或离子)中，每个粒子中均有10个电子，已知：
①A++C-===D+E↑；②B++C-===2D。
回答下列问题：
(1)C-的电子式是 。
(2)分别写出A+和D反应、B+和E反应的离子方程式：
____________________________、___________________________。
H3O++NH3===N+H2O
(3)除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子的分子式：
______________________________。
(4)除A+、B+外，请再写出两种含10个电子的阳离子：
______________________________________。
CH4、HF(答案合理即可)
Na+、Mg2+、Al3+(答任意两个即可)
本题五种粒子中均有10个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物知识可知，10电子的粒子：原子有Ne；阴离子有N3-、O2-、F-、OH-、N，阳离子有Na+、Mg2+、Al3+、N、H3O+；分子有CH4、NH3、H2O、HF。根据题意有①A++C-===D+E↑，推知A+应为N、C-为OH-、D为H2O、E为NH3，将其结果代入②B++C-===2D，推知B+应为H3O+。
解析
11.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去)：
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的电子式：
A_________________；D _________。
(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，请写出：
①A与B在溶液中反应的离子方程式为___________________________
______________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小___________________ (用化学式或离子符号表示)。
HS-+OH-===S2-+H2O或
H2S+OH-===HS-+H2O
OH->S2-或OH->HS-
考点2 原子结构与核外电子排布
微考点/核心突破
第一部分
一、理清2个概念
1.能层
原子核外电子是 排布的，根据电子的 差异，可将核外电子分成不同的能层。
2.能级
在多电子原子中，同一能层的电子， 也可能不同，不同能量的电子分成不同的 。
分层
能量
能量
能级
3.能层与能级的关系
能层 一 二 三 四 五 ……
符号 K L M N O ……
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p…… ……
最多电子数 2 2 6 2 6 10 261014 2 6…… ……
电子离核远近 近→远
电子能量高低 低→高
二、熟记原子轨道的形状、数目和能量关系
球形
哑铃
1
3
相等
三、掌握基态原子核外电子排布
1.排布原则
最低
2
相反
相同
2.填充顺序——构造原理
绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序，人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。
3.电子排布式和电子排布图(或轨道表达式)
以硫原子为例
电子排布式 1s22s22p63s23p4
简化电子排布式 [Ne]3s23p4
电子排布图(或轨道表示式)
价层电子排布式 3s23p4
四、明晰原子的状态和原子光谱
1.原子的状态
(1)基态原子：处于 状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从 跃迁到___________状态的原子。
2.原子光谱
不同元素原子的电子发生跃迁时会 或 不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
最低能量
低能级
较高能级
吸收
释放
3.基态、激发态及光谱示意图
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.p能级的能量一定比s能级的能量高。( )
2.钾元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。( )
提示：决定电子能量高低的首先是能层，如2p能级的能量比3s能级的能量低。
提示：基态原子的电子排布要遵守能量最低原理，3d能级的能量高于4s能级,所以钾元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。
3.铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。( )
4.磷元素基态原子的电子排布图为 。
( )
提示：基态原子的核外电子填充原子轨道时，是按构造原理的顺序，但书写电子排布式时应按能层顺序而不按填充顺序。
提示：由洪特规则可知，磷元素基态原子的电子排布图为
。
1.在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误
2.防范两类常见的有关核外电子排布的错误
(1)3d、4s书写顺序混乱：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，应把(n-1)d放在ns前，如
Fe：1s22s22p63s23p64s23d6(×)，1s22s22p63s23p63d64s2(√)。在失去电子时，先失去4s轨道上的电子，如Fe2+：1s22s22p63s23p63d6。
(2)不符合洪特规则特例，如Cu：1s22s22p63s23p63d94s2(×)，1s22s22p63s23p63d104s1(√)。
角度六 原子核外电子的排布
12.下列说法正确的是( )
A.同一原子中，2s、3p、4p能级的轨道数依次增多
B.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理
C. 表示的原子能量处于最低状态
D.正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第Ⅷ族
A项，不同能层中p能级的轨道数相同，错误；B项，能级的能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d…s、p、d能级最多可容纳的电子数分别为2、6、10，所以22Ti的电子排布式为1s22s22p63s23p10违反了泡利原理，错误；C项，由洪特规则可知，2p能级的3个电子应分占不同的轨道，而且自旋平行，错误；D 项，正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素是26号元素铁，在周期表中位于第Ⅷ族，正确。
解析
13.下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是 ________(填序号)。
③⑤
①④不符合能量最低原理；②不符合洪特规则。
解析
14.写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。
原子 电子排布式 简化电子排布式
N ____________________________ ___________________
Cl ____________________________ ___________________
Ca ____________________________ ___________________
Fe ____________________________ ___________________
Cu ____________________________ ___________________
As ____________________________ ___________________
1s22s22p3
[He]2s22p3
1s22s22p63s23p5
[Ne]3s23p5
1s22s22p63s23p64s2
[Ar]4s2
1s22s22p63s23p63d64s2
[Ar]3d64s2
1s22s22p63s23p63d104s1
[Ar]3d104s1
1s22s22p63s23p63d104s24p3
[Ar]3d104s24p3
角度七 元素的推断
15.元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1。回答下列问题：
(1)元素X的原子最外层电子排布式中的n= ；原子中能量最高的是 ________________电子，其电子云在空间有_____________________方向，原子轨道呈 形。
(2)元素X的名称是 ；它的氢化物的电子式是 ；该氢化物分子结构呈 形。
2
2p(写成np也可以)
三种互相垂直的伸展
哑铃
氮
三角锥
解析
16.A、B、C、D、E代表5种元素。回答下列问题：
(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-1价离子和C元素的+1价离子的电子层结构都与氩元素相同，B的元素符号为 ，C的元素符号为 。
(3)D元素的+3价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为 ，其基态原子的电子排布式为 。
(4)E元素的基态原子的M层全充满，N层上没有成对电子，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___________________________________。
N
Cl
K
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
解析 (1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成
，可见该元素原子核外有7个电子，为氮元 素，其元素符号为N。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar元素相同，即核外都有18个电子，则B为17号元素Cl，C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。(4)根据题意要求，首先写出电子排布式1s22s22p63s23p63d104s1，该元素为29号元素Cu。
解析
关键题型——基态原子核外电子
排布式的书写模型与应用创新题
微充电/素养提升
第二部分
【模型构建】
价电子排布式的书写：对于主族元素和0族元素，写出最外层电子排布式即可；对于过渡金属元素，其价电子排布式一般符合(n-1)d1~10ns1~2(n≥4)。如Cr元素的价电子排布式为3d54s1。
离子核外电子排布式的书写方法：先写出基态原子的核外电子排布式，再由外向内失去电子或补充电子(基态原子失去电子时总是优先失去最外层电子)，即得到相应阳离子或阴离子的核外电子排布式。如Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3。
【母题】 镍铜合金是由镍、铜、铁三种金属组成的合金材料，有较好的耐腐蚀性、耐磨性等，且易加工，可作为航空发动机的结构材料。基态镍原子的价电子排布式为 ，同周期且基态原子的单电子数与Ni相同的元素有 种。
Ni的原子序数为28，价电子排布式为3d84s2，基态Ni原子的单电子数为2，第四周期中Ti([Ar]3d24s2)、Ge([Ar]3d104s24p2)、Se([Ar]3d104s24p4)的单电子数均为2。
解析
3d84s2
3
【衍生1】 (拓宽高于教材)基态磷原子核外电子共有 种空间运动状态。磷原子在成键时能将一个3s电子激发进入3d能级而参与成键，写出该激发态磷原子的核外电子排布式： 。
基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，原子核外电子占据的每一个原子轨道都是一种电子空间运动状态，s能级上有1个轨道，p能级上有3个轨道，所以一共有9个轨道，即9种空间运动状态。磷原子在成键时将一个3s电子激发进入3d能级，则该激发态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s13p33d1。
解析
9
1s22s22p63s13p33d1
【衍生2】 (贴近生活实践)基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为 ，下列现象与原子核外电子跃迁有关的是_____ (填字母)。
a.焰火 b.LED灯光 c.金属导电
已知Ni是28号元素，其基态原子的价层电子排布式为3d84s2，故基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为6∶2=3∶1；焰火和LED灯光是原子的发射光谱，与原子核外电子发生跃迁有 关，金属导电是由于金属内部自由电子在通电后作定向移动而形成电流，与电子跃迁无关。
解析
3∶1
ab
【衍生3】 (体现学科融合)光电材料[氟代硼铍酸钾晶体(KBe2BO3F2)等]是目前科学家特别关注的材料。基态B原子中有 种能量不同的电子，存在未成对电子的能级电子云有 种取向。
基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1，1s、2s、2p中电子的能量不同，则有3种能量不同的电子。2p能级存在未成对电子，p能级电子云有3种取向，为px、py、pz。
解析
3
3
【衍生4】 (创新学科情境)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。
(1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价
层电子轨道表示式为________________________。电负性大小顺序为H B(填“>”或“<”)。
(2)基态铁原子核外电子运动状态有 种。Fe成为阳离子时首先失去 轨道上的电子。
>
26
4s
(1)Ti原子的价层电子排布式为3d24s2，价层电子排布图为
。电负性表示原子对键合电子吸引力的大小，B中B元素显+3价，H元素显-1价，因此电负性H>B。(2)铁原子核外有26个电子，每个电子的运动状态都不相同，所以铁原子核外电子运动状态有26种；Fe原子的价层电子排布式为3d64s2，Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子。
解析
微真题/把握方向
第三部分
考向一 同位素
1.(2024·北京卷)我国科研人员利用激光操控方法，从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子，实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年，是14C的17倍，可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是( )
A.41Ca的原子核内有21个中子
B.41Ca的半衰期长，说明41Ca难以失去电子
C.41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间
D.从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化
41Ca的质量数为41，质子数为20，所以中子数为41-20=21，A项正确；41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系，B项错误；根据题意，41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间，C项错误；从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生，不属于化学变化，D项错误。
解析
考向二 核反应
2.(2022·河北卷)中子轰击X原子的核反应为X+n—→Y+
H，其中Y可用于测定文物年代。下列说法错误的是( )
A.原子半径：Y>X
B.Y的电子式为
C.最高价含氧酸的酸性：Y>X
D.X与Y均能形成多种氢化物
解析
素的非金属性强于碳元素，则硝酸的酸性强于碳酸，C项错误；碳元素与氢元素形成的氢化物为烃类化合物，氮元素与氢元素形成的氢化物可能为氨气、联氨，则碳元素和氮元素均能形成多种氢化物，D项正确。
解析
3.(2022·山东卷OO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+He—O+XOHe—OY。下列说法正确的是( )
A.X的中子数为2
B.X、Y互为同位素
COO可用作示踪原子研究化学反应历程
D.自然界不存在O2O2分子是因其化学键不稳定
根据质量守恒可知，X微粒为He，Y微粒为He，据此分析解题。X微粒为He，根据质量数等于质子数加中子数可知，该微粒的中子数为4，A项错误；X微粒为He，Y微粒为He，二者具有相同的质子数而中子数不同,故互为同位素，B项正确；由题干信息可知O与O的半衰期很短，故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程，C项错误；自然界中不存在O2与O2并不是其化学键不稳定，而是由于O与O的半衰期很短,很容易发生核变化,转化为其他原子，O==O的键能与形成该键的核素无关，D项错误。
解析
4.(2021·河北卷)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单质在空气中燃烧的产物是Y2O2
C.X和氢元素形成离子化合物
D.6Y和7Y互为同素异形体
根据核反应X+n—→Y+He可知,X的质量数N为4+7-1=10，又因为Y在化合物中呈+1价，则推知Y位于第ⅠA族，质量数=质子数+中子数，Y的质量数为7，所以得出Y为Li，其质子数P=3，所以X的质子数Z=3+2-0=5，核电荷数=原子序数=核内质子数=5，则推知X为B元素，据此分析解答。H3BO3为硼酸，氢氧化钠溶液具有腐蚀性，若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上，则需用大量水冲洗，同时涂抹H3BO3溶液，以中和碱液，A项正确；Y为Li元素，在空
解析
气中燃烧的产物只有Li2O，B项错误；X为B元素，与氢元素通过共价键结合，形成共价化合物，C项错误；6Li和7Li两者的质子数均为3，中子数不同，所以两者互为同位素，D项错误。
解析
考向三 核外电子排布
5.(2024·浙江卷6月)下列有关单核微粒的描述正确的是 。
A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种
B.Na的第二电离能>Ne的第一电离能
C.Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2
D.Fe原子变成Fe+，优先失去3d轨道上的电子
AB
根据原子核外电子排布规律，基态Ar原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种，A项正确；Na的第二电离能指气态基态Na+失去一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量，Na+和Ne具有相同的电子层结构，Na+的核电荷数大于Ne，Na+的原子核对外层电子的引力大于Ne的，故Na的第二电离能>Ne的第一电离 能，B项正确；Ge的原子序数为32，基态Ge原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2，C项错误；基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2，Fe原子变成Fe+，优先失去4s轨道上的电子，D项错误。
解析
6.(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的基态
原子最外层轨道表示式补充完整： 。
解析
7.(2024·湖南卷)Cu属于 区元素，其基态原子的价电子排布式为___________。
Cu的原子序数为29，位于第四周期第ⅠB族，位于ds区，其基态原子的价电子排布式为3d104s1。
解析
ds
3d104s1
8.(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为 。
钒是23号元素，其价层电子排布式为3d34s2。
解析
3d34s2
9.(2023·全国乙卷)基态Fe原子的价电子排布式为 。橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中，各元素电负性大小顺序为 ，铁元素的化合价为 价。
3d64s2
O>Si>Fe>Mg
+2
Fe为26号元素，基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2。元素的金属性越强，其电负性越小，元素的非金属性越强则其电负性越大，因此，橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中，各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg；因为MgxFe2-xSiO4中Mg、Si、O元素的化合价分别为+2、+4和-2，设铁元素的化合价为y，根据化合物中各元素的化合价代数和为0，可得2x+(2-x)y+4=8，讨论y=+2和y=+3，可知y=+2符合题意，可以确定铁元素的化合价为+2。
解析
10.(2023·北京卷)基态S原子的价层电子排布式是 。
3s23p4课时微练(二十二) 原子结构 核外电子排布
基础训练
1.铅同位素的研究最初为模式年龄定年和探讨成矿物质来源的示踪。自然界中82Pb有204Pb、206Pb、207Pb、208Pb 4种同位素,其中206Pb、208Pb为放射性成因同位素,由UTh放射性衰变产生。下列说法错误的是( )
A.元素发生放射性衰变会有新的粒子产生
B.可用质谱法区分238U和232Th
C.206Pb中含有的中子数和质子数之差为124
D.铅的4种同位素属于铅的4种不同核素
2.某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn-,下列说法正确的是( )
AXn-中含有的中子数为a+b
BXn-中含有的电子数为a-n
C.X原子的质量数为a+b+n
D.X原子的质量约为 g
3.食品安全国家标准规定,K4[Fe(CN)6]允许作为食盐的抗结剂。下列化学用语表示不正确的是( )
A.氮原子核外能量最高电子的电子云的形状:
B.K原子的简化电子排布式:[Ar]4s1
C.碳原子核外电子的轨道表示式:
D.Fe原子的价层电子排布:3d64s2
4.硫的下列4种微粒,若失去一个电子所需要能量最多的是( )
A.[Ne]3s23p4 B.[Ne]3s23p2
C.[Ne]3s23p14s1 D.[Ne]3s23p34s1
5.(2025·贺州模拟)Pu和Po均是放射性元素,下列有关同位素热源:Pu和Po的说法错误的是( )
A.Po的中子数为126
B.Pu的质量数为238
C.Po的核外电子数为210
D.Pu与Pu互为同位素
6.下列有关电子排布图的表述正确的是( )
A.可表示单核10电子微粒基态时的电子排布
B.违背了能量最低原理
C.表示基态N原子的价层电子排布
D.表示处于激发态的B原子的电子排布图
7.下列各微粒的电子排布式或电子排布图不符合能量最低原理的是( )
A.Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6
B.Cu 1s22s22p63s23p63d94s2
C.F
D.Na+
8.新疆克孜尔石窟壁画上使用的矿物颜料群青主要由Na、Al、Si、S、O组成。下列说法正确的是( )
A.5种元素都属于p区元素
B.5种元素中,电负性最大的是S元素
C.基态氧原子核外电子的空间运动状态数为5
D.基态钠离子最高能级的轨道形状为球形
9.(2025·武汉模拟)I常用于放射性治疗和放射性示踪技术,下列关于I的说法正确的是( )
A.中子数为78
B.核外电子排布式为[Kr]5s25p5
C.常温下为紫黑色固体
D.I和I互为同素异形体
10.核反应产生的能量可作为未来新能源,现有两个核反应:①He+XY+H;②He+Ben+M,其中Y的核外电子数等于(m+2)。下列说法错误的是( )
A.b=d+1
B.原子半径:M>X>Y
C.最高价含氧酸的酸性:X>M
D.M、X都可与Y形成多种化合物
能力训练
11.人造卫星所使用的合金的成分之一钛元素被称为“二十一世纪的金属”。
(1)钛元素的原子结构示意图是__________,其核外电子排布式为____________________________________。
(2)钛元素的原子中所含有的未成对电子数为______,其中能量最高的原子轨道是________ 。
(3)金属钛(Ti)的合金具有耐高温、耐腐蚀、强度高等性能,所以,钛合金广泛用于航空、航天工业及化学工业。工业上冶炼金属钛的过程是以钛铁矿(FeTiO3)、焦炭、氯气为原料,在高温条件下制取TiCl4,其反应的化学方程式为2FeTiO3+6C+7Cl22TiCl4+2FeCl3+6CO。然后用镁与TiCl4在高温条件下反应生成金属钛和氯化镁。
①其中TiCl4中钛元素的化合价为________价,该化合物中钛离子核外电子排布式为________________________。
②钛原子核外电子在排布时最后一个进入原子轨道的电子是________,钛原子在失去电子时,最先失去的电子是________。
12.(1)基态Fe2+的核外电子排布式为________________,Fe3+有________种能量不同的电子。
(2)以下属于硅原子激发态的电子排布式的有______(填字母,下同),其中能量较高的是________。
A.1s22s22p63s23p2
B.1s22s22p63s13p3
C.1s22s22p63s13p2
D.1s22s22p63s13p24s1
(3)①经测定滕氏蓝与普鲁士蓝晶体结构相同,测定晶体结构的手段是________;深蓝色是Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)之间价电子转移的结果,这些电子是__________能级电子。
②将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,称其为顺磁性物质,下列物质中,属于顺磁性物质的是________。
A.[Cu(NH3)2]Cl
B.[Cu(NH3)4]SO4
C.[Zn(NH3)4]SO4
D.[Cr(H2O)5Cl]Cl2
13.(1)基态N原子的最高能级原子轨道的形状是______,价层电子排布图是________。
(2)写出基态Zn2+的电子排布式:________________。Sn与C均为第ⅣA族元素,基态Sn原子的价电子中,两种自旋状态相反的电子数之比为________。
(3)基态铜原子的核外电子有________种空间运动状态。与Cu元素同周期且基态原子有2个未成对电子的金属元素有________种。
课时微练(二十二) 原子结构 核外电子排布
1.C 解析 由题干信息可知,206Pb、208Pb为放射性成因同位素,由U、Th放射性衰变产生,根据质量守恒可知,元素发生放射性衰变会有新的粒子产生,A项正确;238U和232Th的相对原子质量不同,故可用质谱法区分238U和232Th,B项正确;206Pb中含有的中子数和质子数之差为(206-82)-82=42,C项错误;具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子即为一种核素,故铅的4种同位素属于铅的4种不同核素,D项正确。
2.D 解析 中子数等于质量数减去质子数,为b-a,A项错误;该离子中含有的电子数为a+n,B项错误;原子变成离子时,质量数不会改变,所以X原子的质量数仍为b,C项错误;该原子的质量数为b,摩尔质量约为b g·mol-1,1 mol X原子中含有6.02×1023个原子,因此一个原子的质量约为 g,D项正确。
3.C 解析 氮原子核外能量最高的电子为2p3轨道电子,其电子云的形状为,A项正确;K元素为19号元素,简化电子排布式为[Ar]4s1,B项正确;碳为6号元素,其轨道表示式为,C项错误;Fe元素为26号元素,价层电子排布为3d64s2,D项正确。
4.B 解析 A、B、C、D四项中的微粒分别对应基态S、S2+、激发态S2+、激发态S,激发态上电子能量高,不稳定,易失去,故需要能量最多的是基态的S2+,故选B。
5.C 解析 Po的中子数=210-84=126,A项正确;Pu的质量数为238,B项正确;Po核外电子数为84,C项错误;Pu与Pu的质子数相同、质量数不同,互为同位素,D项正确。
6.A 解析 单核10电子粒子基态时的电子排布式为1s22s22p6,每个轨道内排布2个电子,自旋相反,A项正确;题图违背了洪特规则,B项错误;N原子的价层电子排布图为,C项错误;该电子排布图中的电子没有激发跃迁到能量更高的轨道上,D项错误。
7.B 解析 基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失去4s轨道上的2个电子变成Fe2+,故基态Fe2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,A项不符合题意;根据洪特规则,Cu原子的3d轨道处于全充满状态时具有最低能量,则基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p6 3s23p63d104s1,B项符合题意;基态F原子的价层电子排布为2s22p5,电子排布图为,C项不符合题意;基态Na+的最外层电子排布式为2s22p6,电子排布图为,D项不符合题意。
易错提醒 当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低,如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1,29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。
8.C 解析 Na原子的价电子排布式为3s1,是s区元素,A项错误;元素的非金属性越强电负性越大,5种元素中非金属性最强的是O元素,则电负性最大的是O元素,B项错误;基态氧原子核外电子排布式为1s22s22p4,电子占据轨道数为5,则电子的空间运动状态数为5,C项正确;基态钠离子电子排布式为1s22s22p6,最高能级2p的轨道形状为哑铃形,D项错误。
9.A 解析 核素 I的质子数是53,质量数是131,则中子数=131-53=78,A项正确;I的核外电子排布式为[Kr]4d105s25p5,B项错误;由该核素组成的碘单质常温下是紫黑色固体,而不是核素本身为紫黑色固体,C项错误;由同种元素组成的不同单质互为同素异形体,I和I是中子数不同、质子数相同的两种核素,二者互为同位素,D项错误。
10.A 解析 根据质量守恒可知,m=6,n=12,则M微粒为C,依据Y的核外电子数等于(m+2),得Y微粒为O,X微粒为N,据此分析解题。依据质量守恒,4+b=d+1,即b=d-3,A项错误;C、N、O为同周期主族元素,随着原子序数递增,原子半径逐渐减小,B项正确;HNO3为强酸,H2CO3为弱酸,C项正确;C、N与O可形成CO、CO2、NO、NO2等多种化合物,D项正确。
11.答案 (1) 1s22s22p63s23p63d24s2
(2)2 3d (3)①+4 1s22s22p63s23p6 ②3d 4s
解析 (3)①TiCl4中Cl元素为-1价,则钛元素的化合价为+4价;钛离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。②钛原子核外电子在排布时最后一个进入原子轨道的电子是能级能量最高的3d,钛原子在失去电子时,最先失去最外层电子即4s。
12.答案 (1)1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6) 6
(2)BD D (3)①X射线衍射实验 3d ②BD
解析 (2)Si为14号元素,基态硅原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,A项不符合题意;C项电子排布式中共有13个电子,不是硅原子,不符合题意;B、D两项电子排布式中均有14个电子,是硅原子的激发态,符合题意,其中电子所占能级越高,能量越高,则能量较高的是D。(3)①可以通过X射线衍射实验测定晶体结构。Fe(Ⅱ)的价层电子排布式为3d6;Fe(Ⅲ)的价层电子排布为3d5。Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)之间转移的是3d能级电子。②[Cu(NH3)2]Cl中Cu+的价层电子排布为3d10,没有未成对电子,A项不符合题意;[Cu(NH3)4]SO4中Cu2+的价层电子排布式为3d9,有未成对电子,B项符合题意;[Zn(NH3)4]SO4中Zn2+的价层电子排布式为3d10,没有未成对电子,C项不符合题意;[Cr(H2O)5Cl]Cl2中Cr3+的价层电子排布为3d3,有未成对电子,D项符合题意。
13.答案 (1)哑铃形
(2)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) 1∶3(或3∶1) (3)15 3
解析 (2)基态Zn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2),失去最外层电子变为Zn2+,Zn2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。基态Sn原子的价层电子排布为5s25p2,其中两种自旋相反的电子数之比为1∶3或3∶1。(3)基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,共占据15个轨道,有15种空间运动状态。与Cu同周期且基态原子有2个未成对电子的金属元素有Ti([Ar]3d24s2)、Ni([Ar]3d84s2)、Ge([Ar]3d104s24p2)3种元素。(共30张PPT)
课时微练(二十二)
原子结构 核外电子排布
1.铅同位素的研究最初为模式年龄定年和探讨成矿物质来源的示踪。自然界中82Pb有204Pb、206Pb、207Pb、208Pb 4种同位素，其中206Pb、208Pb为放射性成因同位素，由UTh放射性衰变产生。下列说法错误的是( )
A.元素发生放射性衰变会有新的粒子产生
B.可用质谱法区分238U和232Th
C.206Pb中含有的中子数和质子数之差为124
D.铅的4种同位素属于铅的4种不同核素
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由题干信息可知，206Pb、208Pb为放射性成因同位素，由U、Th放射性衰变产生，根据质量守恒可知，元素发生放射性衰变会有新的粒子产生，A项正确；238U和232Th的相对原子质量不 同，故可用质谱法区分238U和232Th，B项正确；206Pb中含有的中子数和质子数之差为(206-82)-82=42，C项错误；具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子即为一种核素，故铅的4种同位素属于铅的4种不同核素，D项正确。
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4.硫的下列4种微粒，若失去一个电子所需要能量最多的是( )
A.[Ne]3s23p4 B.[Ne]3s23p2
C.[Ne]3s23p14s1 D.[Ne]3s23p34s1
A、B、C、D四项中的微粒分别对应基态S、S2+、激发态S2+、激发态S，激发态上电子能量高，不稳定，易失去，故需要能量最多的是基态的S2+；故选B。
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5.(2025·贺州模拟)Pu和Po均是放射性元素，下列有关同位素热源：Pu和Po的说法错误的是( )
A.Po的中子数为126
B.Pu的质量数为238
C.Po的核外电子数为210
D.Pu与Pu互为同位素
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Po的中子数=210-84=126，A项正确；Pu的质量数为238，B项正确；Po核外电子数为84，C项错误；Pu与Pu的质子数相同、质量数不同，互为同位素，D项正确。
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当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时原子的能量最低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的电子排布式为[Ar]3d104s1。
易错提醒
8.新疆克孜尔石窟壁画上使用的矿物颜料群青主要由Na、Al、Si、 S、O组成。下列说法正确的是( )
A.5种元素都属于p区元素
B.5种元素中，电负性最大的是S元素
C.基态氧原子核外电子的空间运动状态数为5
D.基态钠离子最高能级的轨道形状为球形
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Na原子的价电子排布式为3s1，是s区元素，A项错误；元素的非金属性越强电负性越大，5种元素中非金属性最强的是O元素，则电负性最大的是O元素，B项错误；基态氧原子核外电子排布式为1s22s22p4，电子占据轨道数为5，则电子的空间运动状态数为5，C项正确；基态钠离子电子排布式为1s22s22p6，最高能级2p的轨道形状为哑铃形，D项错误。
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9.(2025·武汉模拟)I常用于放射性治疗和放射性示踪技术，下列关于I的说法正确的是( )
A.中子数为78
B.核外电子排布式为[Kr]5s25p5
C.常温下为紫黑色固体
D.I和I互为同素异形体
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核素 I的质子数是53，质量数是131，则中子数=131-53=78，A项正确；I的核外电子排布式为[Kr]4d105s25p5，B项错误；由该核素组成的碘单质常温下是紫黑色固体，而不是核素本身为紫黑色固体, C项错误；由同种元素组成的不同单质互为同素异形体，I和I是中子数不同、质子数相同的两种核素，二者互为同位素，D项错误。
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10.核反应产生的能量可作为未来新能源，现有两个核反应：
①He+X—→Y +H；②He+Be—→n+M，其中Y的核外电子数等于(m+2)。下列说法错误的是( )
A.b=d+1
B.原子半径：M>X>Y
C.最高价含氧酸的酸性：X>M
D.M、X都可与Y形成多种化合物
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根据质量守恒可知，m=6，n=12，则M微粒为C，依据Y的核外电子数等于(m+2)，得Y微粒为O，X微粒为N，据此分析解题。依据质量守恒，4+b=d+1，即b=d-3，A项错误；C、N、O为同周期主族元素，随着原子序数递增，原子半径逐渐减小，B项正确；HNO3为强酸，H2CO3为弱酸，C项正确；C、N与O可形成CO、CO2、NO、NO2等多种化合物，D项正确。
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11.人造卫星所使用的合金的成分之一钛元素被称为“二十一世纪的金属”。
(1)钛元素的原子结构示意图是 ，其核外电子排布式为____________________。
(2)钛元素的原子中所含有的未成对电子数为 ，其中能量最高的原子轨道是 。
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能力训练
1s22s22p63s23p63d24s2
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+4
1s22s22p63s23p6
3d
4s
(3)①TiCl4中Cl元素为-1价，则钛元素的化合价为+4价；钛离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p6。②钛原子核外电子在排布时最后一个进入原子轨道的电子是能级能量最高的3d，钛原子在失去电子时，最先失去最外层电子即4s。
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12.(1)基态Fe2+的核外电子排布式为 ，Fe3+有 种能量不同的电子。
(2)以下属于硅原子激发态的电子排布式的有 (填字母，下同)，其中能量较高的是 。
A.1s22s22p63s23p2 B.1s22s22p63s13p3
C.1s22s22p63s13p2 D.1s22s22p63s13p24s1
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1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)
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D
(3)①经测定滕氏蓝与普鲁士蓝晶体结构相同，测定晶体结构的手段是 ；深蓝色是Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)之间价电子转移的结果，这些电子是 能级电子。
②将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，称其为顺磁性物质，下列物质中，属于顺磁性物质的是 。
A.[Cu(NH3)2]Cl B.[Cu(NH3)4]SO4
C.[Zn(NH3)4]SO4 D.[Cr(H2O)5Cl]Cl2
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X射线衍射实验
3d
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(2)Si为14号元素，基态硅原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，A项不符合题意；C项电子排布式中共有13个电子，不是硅原子，不符合题意；B、D两项电子排布式中均有14个电子，是硅原子的激发态，符合题意，其中电子所占能级越高，能量越高，则能量较高的是D。(3)①可以通过X射线衍射实验测定晶体结构。Fe(Ⅱ)的价层电子排布式为3d6；Fe(Ⅲ)的价层电子排布为3d5。Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)之间转移的是3d能级电子。②[Cu(NH3)2]Cl中Cu+的价层电
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子排布为3d10，没有未成对电子，A项不符合题意；[Cu(NH3)4]SO4中Cu2+的价层电子排布式为3d9，有未成对电子，B项符合题意；[Zn(NH3)4]SO4中Zn2+的价层电子排布式为3d10, 没有未成对电子，C项不符合题意；[Cr(H2O)5Cl]Cl2中Cr3+的价层电子排布为3d3，有未成对电子，D项符合题意。
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13.(1)基态N原子的最高能级原子轨道的形状是 ，价层电子
排布图是 。
(2)写出基态Zn2+的电子排布式： 。Sn与C均为第ⅣA族元素，基态Sn原子的价电子中，两种自旋状态相反的电子数之比为 。
(3)基态铜原子的核外电子有 种空间运动状态。与Cu元素同周期且基态原子有2个未成对电子的金属元素有 种。
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哑铃形
1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
1∶3(或3∶1)
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(2)基态Zn原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2(或[Ar]3d104s2),失去最外层电子变为Zn2+，Zn2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。基态Sn原子的价层电子排布为5s25p2，其中两种自旋相反的电子数之比为1∶3或3∶1。(3)基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，共占据15个轨道，有15种空间运动状态。与Cu同周期且基态原子有2个未成对电子的金属元素有Ti([Ar]3d24s2)、Ni([Ar]3d84s2)、Ge([Ar]3d104s24p2)3种元素。
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