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第22讲
原子结构 原子核外电子
排布
1.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。
2.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。
3.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、泡利不相容原
理和洪特规则等。知道 号元素基态原子核外电子的排布。
01
考点一 原子结构 核素和同位素
02
考点二 原子核外电子的排布
03
经典真题·明考向
04
作业手册
答案速查【听】
答案速查【作】
考点一
原子结构 核素和同位素
1.原子的构成
（1）构成原子的微粒及作用
原子
元素
化学
（2）原子中的数量关系
中子数
质子数
2.元素、核素和同位素
（1）概念及相互关系
质子数
质子
中子
质子
中子
（2）同位素的特征
①同一元素的各种核素的________不同，________相同，化学性质
______________，物理性质__________。
②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。
中子数
质子数
几乎完全相同
差异较大
［微点拨］ 同位素之间的转化是核反应，不是化学变化。
（3）氢元素的三种核素
名称为____，不含中子。
用字母___表示，名称为____或重氢。
用字母___表示，名称为____或超重氢。
氕
D
氘
氚
（4）几种重要核素的用途
核素
用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子
【对点自测】
判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）
（1）[2023·江苏卷] 、、 都属于氢元素( )
√
（2）[2024·甘肃卷] 、和 互为同位素( )
√
（3）通过化学变化可以实现与 间的相互转化 ( )
×
（4）不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、
质量数均不相同( )
√
（5）[2023·广东卷] 创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原
料中的与 互为同位素( )
√
题组一 “三素”“两同”概念辨析
1.在、、、、、 中，下列说法正确的是( )
A.和 的质量数相等，互为同位素
B.和 的质子数相同，互为同位素
C.和 的中子数相等，互为同素异形体
D.和互为同位素， 在考古中常用于文物年代的鉴定
√
[解析] 同种元素的不同核素互为同位素，和 是两种元素形成的
不同核素，A错误；
和是 元素形成的两种核素，互为同位素，B正确；
和 的中子数均为12，二者是不同元素形成的核素，不互为同
素异形体，C错误；
在考古中常用于文物年代鉴定的是 ，D错误。
2.现有下列9种微粒：、、、、、、 、
、 。按要求完成以下各题：
（1）、 分别是氢元素的一种______，它们互称________。
核素
同位素
[解析] 、分别是氢元素的一种核素；、 是质子数相同而中
子数不同的氢元素的不同原子，它们互称同位素。
（2）互为同素异形体的微粒是___________。
、
[解析] 和 是同种元素组成的不同单质，二者互为同素异形体。
（3） 的中子数为____，核外电子数为____。
30
24
[解析] 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。
5
5
[解析] 题述9种微粒中有5种核素：、、、、 ，有5种元
素：、C、、、 。
【易错警示】
1.同位素的“六同、三不同”
2.“同”字概念的区分
区分时抓住概念的关键点——研究对象,同位素——原子（如 、
、） ,同素异形体——单质（如金刚石、石墨与 ;红磷与白
磷）,同分异构体——化合物（如与 ）。
题组二 微粒中粒子数的确定
3.[2024·广东河源中学调研] 铋可改善钢的加工性能。元素周期表中铋
与砷同主族，其最稳定的同位素是 。下列说法不正确的是
( )
A.的核外电子数是83 B. 的中子数是126
C.的原子半径比的小 D.和 互为同位素
√
[解析] 的质子数为83，核外电子数是83，质量数为209，则中子
数是126，A、B正确；
和同主族，在元素周期表中处于 的下方，则的原子半径大
于 ，C错误；
和是 元素的两种核素，互为同位素，D正确。
4.[2024·河南南阳模拟] 为钇元素 是磁悬浮列车中的重
要超导材料，下列关于 的说法不正确的是( )
A.质量数是89
B.核外电子数是39
C.中子数与质子数之差为50
D.和 是两种不同的核素，互为同位素
√
[解析] 的质子数为39，质量数为89，A正确；
核外电子数 质子数，B正确；
中子数为 ，中子数与质子数之差为，C错误；
和 的质子数相同而中子数不同，是两种不同的核素，互为同位
素，D正确。
【规律小结】
微粒中粒子数之间的定量关系
（1）对于原子或离子：质量数质子数中子数。
（2）对于原子：核电荷数质子数核外电子数。
（3）对于离子：核电荷数质子数核外电子数。
考点二
原子核外电子的排布
1.能层与能级
（1）能层 （即电子层）
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。每个能层最多能容纳的电子数为_____。
分层
能量
（2）能级
同一能层的电子,______也可能不同,不同能量的电子分成不同的能级,
通常用能级符号____________等表示,同一能层里,各能级的能量按 、
、、 的顺序升高。
不同能层的能级表示方法是在能级符号前面加能层序号,如第3层的各
能级表示为、、。则第 能层各能级的能量顺序为___________
_______。
能量
、、、
（3）能层与能级的关系
能层 一 二 三 四 五……
符号
能级 ……
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 ……
电子离核远近 近 远
电子能量高低 ____ ____
低
高
2.电子云与原子轨道
（1）电子云
电子云是处于一定______________的电子在原子核外空间的________
___分布的形象化描述。
空间运动状态
概率密度
（2）原子轨道
原子轨道表示电子在原子核外的一个空间运动状态。同一能层中各能级
的电子分别占据各自的原子轨道,它们有不同的形状、个数和伸展方向。
原子轨道 轨道形状 轨道个数
______ ___
________ ___
复杂 5
复杂 7
球形
1
哑铃形
3
（3）各能层、能级电子具有能量的比较
微点拨 ①第一能层,只有能级;第二能层,有、两种能级,
能级上有三个原子轨道、、,它们具有相同的能量;第三能层 ,
有、、三种能级。②一个原子核外电子的空间运动状态种类数 该
原子核外电子占据的原子轨道数。
3.原子核外电子的排布
（1）排布规律（书写原则）
最低
2
相反
平行
微点拨 当能量相同的简并轨道处于全充满、、 、半充满
、、或全空、、 状态时，体系较稳定，能量最低。
例如，基态原子的核外电子排布式为 。
（2）构造原理（填充顺序）
以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能
级的顺序称为__________,如图为构造原理示意图:
构造原理
能层
能级
4.基态与激发态原子光谱
（1）基态与激发态
最低能量
低能级
高能级
（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，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。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
吸收
释放
（3）基态、激发态及形成光谱示意图（电子的跃迁）
吸收光谱
发射光谱
微点拨 ①电子的跃迁是在原子内部进行的,原子组成没有变化。
②电子跃迁一般发生在能量相近的能级间，激发态原子释放能量不一
定变成基态原子。
【对点自测】
判断正误（正确的打“√”,错误的打“×”）
（1）[2023·湖南卷] 基态 原子的价电子排布图： ( )
√
（2）[2024·甘肃卷] 和 的最外层电子排布图均为
( )
√
（3）、和 能级轨道的形状均为球形,其能量随能层序数增大而
升高( )
√
（4）基态镍原子的核外电子 轨道上的未成对电子数为3( )
×
（5）[2024·贵州卷] 锑 位于第五周期第 ⅤA族，则其基态原子价
层电子排布式是 ( )
√
（6）基态氧原子核外电子的空间运动状态有5种,核外电子的运动状态
有8种( )
√
（7）电子排布式 违反了泡利原理 ( )
√
（8）[2024·山东卷] 激发态 原子的轨道表示式： ( )
×
[解析] 能层只有1个能级即，不存在 能级，错误。
题组一 核外电子运动状态的描述
1.下列说法中正确的是( )
A. 能级的电子云轮廓图呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.电子排布式能全面反映核外电子排布情况
C. 能级的原子轨道可用 表示
D.表示 能级有3个轨道
√
[解析] 能级的电子云轮廓图呈球形,表示电子运动空间主要是以原
子核为中心的球体范围,A项错误;
电子排布式无法反映电子在同一能级上的排布情况,B项错误;
能级的电子云轮廓图是以原子核为中心的球体,所以能级的原子轨
道可用题图表示,C项正确;
表示第三能层的 能级有3个电子,D项错误。
2.[2024·山东临沂调研] 钠离子电池，是一种二次电池，主要依靠钠离
子在正极和负极之间的移动进行工作。下列说法中不正确的是( )
A.钠原子核外有11种不同运动状态的电子
B.基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种
C.原子具有的能量：
D.基态钠原子的内层电子中，两种自旋状态的电子数之比为
√
[解析] 钠原子核外有11个电子，不同电子的运动状态不同，A正确；
基态钠原子的核外电子排布式为，电子占据、、
和 轨道，故基态钠原子核外电子的空间运动状态有6种，B错误；
表示基态原子，表示激发态 原子，故
能量： ，C正确；
基态钠原子的内层电子排布为 ，每个轨道均有1对自旋相反
的电子，故两种自旋状态的电子数之比为 ，D正确。
【易错警示】
判断核外电子的运动状态和空间运动状态的方法
题组二 核外电子排布原则及表示方法
3.下列有关电子排布图的表述正确的是( )
A. 可表示单核10电子粒子基态时的电子排布
B. 违背了泡利原理
C. 表示基态 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
√
[解析] 单核10电子粒子基态时的核外电子排布式为 ，每个
轨道内排布2个自旋相反的电子，A项正确；
此电子排布图违背了洪特规则，B项错误；
基态 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跃迁到能量更高的轨道上，表示基态B原
子的核外电子排布，D项错误。
4.根据题目要求，回答相关问题：
（1）[2024·北京卷] 位于元素周期表的第5周期第 ⅣA族。将 的
基态原子最外层轨道表示式补充完整： 。
[答案]
（2）[2024·湖北卷] 基态 的轨道表示式为_ ____ 。
（3）[2023·全国乙卷] 基态 原子的价电子排布式为________。
（4）[2023· 天津卷] 基态原子的价层电子排布式是________，
与 相比较，离子半径较大的是_____。
规范答题
核外电子排布的规范书写
（以硫原子为例） 表示方法 规范答题
原子结构示意图__________________________ （1）每个电子层最多容纳的电子数
为 个。（2）最外层不超过8个
（若最外层为 层则不超过2个）电子;
次外层不超过18个（若次外层为 层则
不超过8个）电子;倒数第三层不超过32
个电子
（以硫原子为例） 表示方法 规范答题
电子排布式 按电子排入各电子层中各能级的先后
顺序,用能级符号依次写出各能级中的
电子数,一般情况下,能层低的能级要写
在左边,同时注意洪特规则特例
简化电子排布式 用“［稀有气体］ 价层电子”的形式
表示
续表
（以硫原子为例） 表示方法 规范答题
价层电子排布 价层电子排布能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数
轨道表示式（或电子排布图） 用方框（或圆圈）表示原子轨道,用“ ”或“ ”表示自旋状态不同的电子,按排
入各电子层中各能级的先后顺序和在轨
道中的排布情况书写
续表
经典真题·明考向
1.下列说法正确的是( )
A.［2023·浙江卷］ 能量最低的激发态 原子的电子排布式：
B.［2022·山东卷］、 互为同位素
C.［2023·辽宁卷］ 基态原子的价电子排布式为
D.［2023·浙江卷］ 碳的基态原子轨道表示式：
√
[解析] 能量最低的激发态原子应该是能级上1个电子跃迁到 能
级，其电子排布式为 ，A错误；
二者具有相同的质子数而中子数不同，故互为同位素，B正确；
是28号元素，其基态原子的价电子排布式为,C错误；
基态碳原子的 轨道中两个单电子分占两个不同的轨道，且自旋平行：
，D错误。
2.[2022·北京卷] （锶）的、 稳定同位素在同一地域土壤
中值不变。土壤生物中值与土壤中 值有效
相关。测定土壤生物中 值可进行产地溯源。下列说法不正确
的是( )
A. 位于元素周期表中第六周期、第 ⅡA族
B.可用质谱法区分和
C.和 含有的中子数分别为49和48
D.同一地域产出的同种土壤生物中 值相同
√
[解析] 位于元素周期表中第五周期、第ⅡA族，故A错误；
质谱法可以测定原子的相对原子质量，和 的相对原子质量不
同，可以用质谱法区分，故B正确；
的中子数为， 的中子数为，故C正
确；
由题意可知，的、 稳定同位素在同一地域土壤中 值不
变，故D正确。
3.[2023·浙江卷节选] 由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为
、、 ，有关这些微粒的叙
述，正确的是____。
A.微粒半径：
B.电子排布属于基态原子（或离子）的是①②
C.电离一个电子所需最低能量：
D.得电子能力：
√
√
[解析] ①为基态硅原子；②为失去一个电子的基态 ；③为激发态
的硅原子。
三种微粒的核电荷数都是14，根据核外电子数多少及电子所处的能级
可知，微粒半径大小顺序为 ②，A正确；
电子排布属于基态硅原子的是①，属于基态硅离子的是②，B正确；
③为激发态硅原子，电离一个电子所需能量小于基态硅原子 ，
②为基态，电离一个电子所需能量大于基态硅原子 ，C错误；
②基态 得电子能力比基态硅原子强，D错误。
4.根据题中要求，回答相关问题：
（1）[2024·山东卷] 同周期中，基态原子未成对电子数比 多的元素
是___（填元素符号）。
（2）[2023·浙江卷] 基态 原子的价层电子排布式是________。
（3）[2022·广东卷] 与 同族，基态硒原子价电子排布式为________。
（4）[2022·全国甲卷] 基态 原子的价电子排布图（轨道表示式）为
_ _____________。
（5）[2022·全国乙卷] 氟原子激发态的电子排布式有____，其中能量
较高的是___。（填标号）
[解析] 的原子序数为9，其基态原子电子排布式为 。
若基态氟原子能级上的1个电子跃迁到 能级上，其电子排布式为
,属于氟原子的激发态，正确；
若为 ，其核外共10个电子，不是氟原子，错误；
若为 ，其核外共8个电子，不是氟原子，错误；
若为，基态氟原子 能级上的2个电子跃迁到能级上，
属于氟原子的激发态， 正确。
同一原子能级的能量比 能级的能量高，因此能量较高的是
。
1.（1）写出基态 原子的核外电子排布式：
___________________________________________。
（2）基态硅原子最外层的电子排布图为_ ___________。
（3）基态原子的核外电子排布式为 ____________，有___个未
成对电子。
（4）镍元素基态原子的核外电子排布式为_______________________
_____________， 能级上的未成对电子数为___。
或
2
或
2
2.（1）基态中未成对电子数有___个；与同族相邻的元素 的基
态原子价层电子排布为________。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。
1
3
（2）血红蛋白中的铁处于基态时，其最高能级中的单电子数为___。
（3）与 的基态原子核外未成对电子数之比为_____。
（4）第四周期中未成对电子数最多的基态原子的价层电子轨道表示
式为_ ______________。
4
3.（1）基态 原子核外电子的运动状态有___种。
9
（2）基态钛原子的价层电子排布为________，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 原子价层电子的运动状态有___种，若其核外电子排布式
表示为 ，则违背了__________。
（4）基态 原子核外电子的空间运动状态有____种。
12
22
4
洪特规则
15
4.（1）[2022·山东卷节选] 基态 原子的价电子排布式为________。
（2）[2022·湖南卷节选] 基态原子的核外电子排布式为
____________。
（3）[2022·河北卷节选] 基态 原子的价电子中，两种自旋状态的电
子数之比为__________。
或
Exercise
作业手册
考点一 原子结构 核素和同位素
1.[2024·山东潍坊模拟] 如图是铟元素的相关信息，下列说法中不正确
的是( )
A. 原子核内有66个中子
B.、 的化学性质有很大不同
C.、 互为同位素
D. 原子最外层有3个电子
[解析] 、 核外电子排布相同，化学性质几乎完全相同，B错误。
√
2.[2024·河北保定十校联考] 化学上，将质量数相同、质子数不同的核
素称为同量素。某核聚变方程为 。下列说法错
误的是( )
A.的金属性比的强 B.和 的质量数相同
C.与互为同位素 D.、最外层电子数之比为
√
[解析] 根据质量数守恒，则有，， 的质子数为
13，则为元素；根据质子守恒有，，则为 元素。
为，为 ，同周期主族元素从左到右金属性减弱，金属性：
，A正确；
与的质量数都是24，B正确；
和 的质子数不同、质量数不同，不互为同位素，C错误；
为 ，核外电子排布为2、8、1，为 ，核外电子排布为2、8、3，
最外层电子数之比为 ，D正确。
3.[2024·河北邯郸部分校联考] 在生命科学的研究工作中，氚 标记
化合物是必不可少的研究工具。可通过核素或 衰变得到，其衰
变过程如下：（1）；（2） 。
下列推断错误的是( )
A. 的中子数为3
B.、、 互为同位素
C. 可用于测定相对原子质量
D.基态 原子核外电子的运动状态有4种
√
[解析] 根据得到的质量数为 ，质
子数为，则的中子数为，A正确；
、 、 是质子数相同、中子数不相同的原子，三者互为同位素，
B正确；
，则的质量数为 ，质子数为
，可用于测定相对原子质量，C正确；
基态 原子核外有7个电子，故基态 原子核外电子的运动状态有7种，
D错误。
4.[2025·浙江金华十校联考] 下列说法正确的是( )
A.和 互为同位素
B.和 互为同系物
C.和 互为同素异形体
D.和 是同一种物质
√
[解析] 同种元素的不同种核素互称同位素，和 为C元素的两种
不同单质，不能互称同位素，A错误；
同种元素的不同种单质互称同素异形体，和 为C元素的两种不同
氧化物，二者不是单质，不能互称同素异形体，C错误；
两种物质的结构不同，不是同一种物质，二者互称同分异构体，D错误。
考点二 原子核外电子排布原理
5.[2024·湖南长郡中学模拟] 下面是第二周期部分元素基态原子的轨道
表示式，下列说法错误的是( )
A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B.电子排在同一能级时，总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于能层的序数
D.若一个能级中有2个电子，则其自旋状态一定相反
√
[解析] 由题给的四种元素基态原子的轨道表示式可知，在一个原子轨
道里，最多能容纳2个电子，符合泡利原理，A正确；
电子排在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，符合
洪特规则，B正确；
任意能层的能级总是从 能级开始，而且每个能层所具有的能级数等于
该能层序数，C正确；
若在同一个原子轨道里有2个电子，则它们的自旋相反，若在同一能级
的不同轨道里有2个电子，则自旋平行，D错误。
6.[2025·山东枣庄调研] 过渡元素（如、、、 等）常
用于制造催化剂和耐高温、耐腐蚀合金。下列有关说法中不正确的是
( )
A.基态 原子核外电子的空间运动状态有15种
B.基态 原子核外最外层电子的原子轨道形状为哑铃形
C.基态的简化电子排布式为
D.基态原子的价层电子排布为
√
[解析] 是25号元素，基态 原子核外电子排布式为
，电子占据原子轨道总数为
个，故电子的空间运动状态有15种，A正确；
是28号元素，基态原子简化电子排布式为 ，最外层电子
占据能级，原子轨道呈球形，B错误；
是26号元素，基态原子的简化电子排布式为，则基态
的简化电子排布式为，C正确；
是27号元素，基态 原子的价层电子排布为 ，D正确。
7.[2024·辽宁锦州联考] 由多种元素组成的化合物
是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导
材料。下列说法不正确的是( )
A.基态 原子核外电子的空间运动状态有5种
B.基态原子核外电子排布式为
C.基态原子的简化电子排布式为
D.基态原子的价层电子排布为
√
[解析] 基态原子的核外电子排布式为 ，电子共占据5个原
子轨道，故其核外电子的空间运动状态有5种，A正确；
原子核外有9个电子，其基态原子核外电子排布式为，B正
确；
与 同主族，在的下一周期，则基态 原子的简化电子排布式为
，C错误；
基态原子的简化电子排布式为 ，则其价层电子排布为
，D正确。
8.[2024·广东佛山模拟] 三甲基镓 是应用广泛的一种金属有
机化合物，可通过如下反应制备：
。下列说法错误的是( )
A.基态 原子的核外电子有7种空间运动状态
B.电负性大小：
C.基态的核外电子占据的最高能层为
D.基态 原子有31种不同运动状态的电子
[解析] 基态核外电子占据的最高能层为 层，C错误。
√
9.[2024·辽宁盘锦二模] 已知A、B、C、D、 是原子序数依次增大的
前四周期元素，其元素性质或原子结构如表：
A 基态原子核外电子分占3个不同能级，且每个能级上排布的
电子数相同
B 基态原子最高能级的不同轨道都有电子，且自旋平行
C 基态原子的电子排布式为
D 位于周期表中第4纵列
基态原子层全充满， 层只有一个电子
下列说法错误的是( )
A.B元素基态原子核外有3个未成对电子
B.A、B、C三种元素的原子半径由大到小的顺序：
C.D元素基态原子的价层电子轨道表示式：
D.的基态原子简化电子排布式为
√
[解析] 五种前四周期元素A、B、C、D、 且原子序数依次增大，周
期表中A元素基态原子核外电子分占 3 个不同能级，且每个能级上排
布的电子数相同，则核外电子排布式为 ，故A为碳元素；C
元素基态原子的电子排布式为 ，为9号元素，故C为氟元素；
B元素基态原子最高能级的不同轨道都有电子，且自旋平行，核外电
子排布为 ，故B为氮元素；D位于周期表中第 4 纵列，且处
于第四周期，结合原子序数，则D为钛元素；元素基态原子 层全充
满，层只有一个电子，则价层电子排布为， 为铜元素。
B为元素，其基态原子核外电子排布式为 ，则有3个未成对
电子，A正确；
A、B、C分别为C、、 元素，同周期主族元素从左向右原子半径依
次减小，故原子半径，B正确；
D为 元素，原子序数为22，其基态原子简化电子排布式为 ，
则价层电子轨道表示式为&23& ，C正确；
为元素，基态 原子的简化电子排布式为 ，D错误。
10.[2024·黑吉辽卷改编] 如下反应相关元素中，、、、 为原子序
数依次增大的短周期元素，基态 原子的核外电子有5种空间运动状态，
基态、原子有两个未成对电子，是 区元素，焰色试验呈绿色。
下列说法错误的是( )
溶液 溶液
A.五种元素中，有4种短周期元素
B.基态 原子的价层电子轨道表示式为
C.五种元素中，、、均处于 区
D.基态的稳定性比 的稳定性强
√
[解析] 是区元素，焰色试验呈绿色，则为元素；基态 原子的
核外电子有5种空间运动状态，满足此条件的主族元素有
、、；
、、 原子序数依次增大，基态、原子有两个未成对电子，若、
为第二周期元素，则满足条件的可能为或，
C原子序数小于 ，故不可能为C；
若、 为第三周期元素，则满足条件的可能为或
，、可与形成 ，而、、中只有和
形成的才能形成，则、 分别为、元素，只能为元
素；
能与形成，则为第ⅠA族或第 族元素，但原子序数小于
，为元素。
综上所述，、、 、、分别为、、、、。
、、、、 中前4种元素为短周期元素，A正确；
基态原子的价层电子排布为 ，故其价层电子轨道表示式为
，B正确；
处于区，、、处于 区，处于区，C正确；
基态、 的价层电子排布分别为、，后者轨道处于全
充满的稳定状态，故 更稳定，D错误。
考点三 原子结构综合考查
11.[2024·湖南师大附中模拟] 用 粒子分别轰击和 ，发生
核反应：和，其中基态
原子的能级数与未成对电子数相等。下列说法不正确的是( )
A.用 粒子轰击 发生的是化学变化
B.基态 原子核外有9种运动状态不同的电子
C.基态和原子核外未成对电子数之比为
D.、简单氢化物的还原性：
√
[解析] 用 粒子分别轰击和 ，发生核反应：
和， 原子质量数为
，且基态原子的能级数与未成对电子数相等，则
为，，,则为B， 的质量数为
，质子数为，则为。
用 粒子轰击，原子核发生变化，不属于化学变化，A错误；
为 ，原子核外有9个电子，各电子的运动状态均不同，B正确；
为B，为，基态 和原子核外未成对电子数之比为 ，C正确；
非金属性越强，其简单氢化物还原性越弱，则、简单氢化物的还
原性： ，D正确。
12.[2025·湖北黄石调研] 、、、、 五种元素，其核电荷数依次
增大。基态原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等； 原子的
核外电子有8种运动状态；与元素位于同一族； 原子核外有4个能
层，最外层只有1个电子，其余各层均排满电子。下列说法正确的是
( )
A.基态 原子最外层有三个未成对电子
B.基态 原子的轨道表示式：
C.基态原子的价层电子排布为
D.单质分别与、单质反应，产物中 的化合价一定相同
√
[解析] 基态原子核外只有三个能级，且各能级电子数相等，核外电
子排布式为，则为C元素， 原子的核外电子有8种运动状
态，则为元素，由核电荷数可知，为元素， 原子核外有4个能
层，最外层只有1个电子，其余各层均排满电子，则为元素， 与
元素位于同一族并结合核电荷数，为元素。
为C元素，其基态原子最外层有2个未成对电子，A错误；
为 元素，其基态原子的轨道表示式为 ，B正确；
为 元素，其基态原子的价层电子排布为，C错误；
和反应生成，元素的化合价为 价，和反应生成，
元素的化合价为 价，D错误。
13.合成氨 是人类科学技术发展史上的一
项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问
题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。
（1）基态氢原子中，核外电子占据原子轨道的形状为______。
球形
[解析] 基态氢原子的核外电子排布式为， 原子轨道为球形。
（2）自然界中的氮元素主要以分子的形式存在于空气中，是人工固
氮的主要来源。基态氮原子的核外电子轨道表示式为
_ ________________。
[解析] 基态氮原子的核外电子排布式为 ，轨道表示式
为 。
（3）铁触媒是普遍使用的以铁为主体的多成分催化剂，通常还含有
、、、、 等氧化物中的几种。
①基态原子核外电子的空间运动状态有___种；基态 原子核外电
子的运动状态有____种。
6
13
[解析] 基态原子的核外电子排布式为 ，故核外电子
的空间运动状态有6种。基态 原子核外有13个电子，各电子的运动状
态均不同，故其核外电子的运动状态有13种。
②基态原子核外电子占据最高能层的符号是___；基态 最高能级的
电子所占据的原子轨道为______形。
哑铃
[解析] 基态原子的核外电子排布式为 ，电子占
据的最高能层为层；基态的最高能级为能级，、、
原子轨道为哑铃形。
（4）目前合成氨通常采用的压强为 ，温度为
，十分耗能。我国科研人员研制出了“ ”等催化剂，
温度、压强分别降到了、 ，这是近年来合成氨反应研究中
的重要突破。
①基态 原子的核外电子排布式为_______。
[解析] 基态原子的核外电子排布式为 。
②从结构角度比较稳定性：___（填“ ”或“ ”） ，其原因
是____________________________________________________。
的轨道处于半充满的稳定状态，其稳定性强于
[解析] 基态、的价层电子排布分别为、，的
轨道处于半充满的稳定状态，其稳定性强于 。
14.[2025·湖南雅礼中学质检] 前四周期元素A、B、C、D、 的原子序
数依次增大，其相关性质如表所示：
A 基态A原子核外电子占据3个轨道
B 原子核外有6种运动状态不同的电子
C 基态原子的核外电子数比 电子数少1个
D 基态原子核外有6个原子轨道排有电子，且只有1个未成对
电子
基态 各能级电子全充满
（1）元素A、 的元素符号分别是_______。画出元素A基态原子的轨
道表示式：_ ____________。
（2）画出C元素原子的结构示意图：_ ______。
（3）写出D元素基态原子的电子排布式：_____________，其核外电
子空间运动状态有___种。
B、
6
（4）元素A、B、C的最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强，其
原因是______________________________________________________
_______________。
三种元素的非金属性依次增强，其最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强
（5）实验室合成一种由B和C两种元素形成的化合物，该化合物具有
三维骨架结构。其中每个B原子与4个C原子形成共价键，每个C原子
与3个B原子形成共价键，其化学式为______。
[解析] 该化合物具有三维骨架结构，其中每个C原子与4个 原子形成
共价键，每个原子与3个C原子形成共价键，所以C的化合价为
价，的化合价为价，则该化合物的化学式为 。
[解析] 由题意，基态A原子核外电子占据3个轨道，A为B元素；
B基态原子核外有6种运动状态不同的电子，B为C元素；
C核外 能级电子数比能级电子数少1个，因此C为 元素；
D基态原子核外有6个原子轨道排有电子，且只有1个未成对电子，能
级含1个轨道， 能级含有3个轨道，则D所含有的未成对电子在能级，
因此D为 元素；
基态的各能级电子均充满，因此为 元素。
快速核答案
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第22讲 原子结构 原子核外电子排布
考点一 原子结构 核素和同位素
夯实必备知识
1.（1）原子 元素 化学 （2）中子数 质子数
2.（1）质子数 质子 中子 质子 中子 （2）①中子数 质子数
几乎完全相同 差异较大 （3）氕 D 氘 氚
【对点自测】
（1）√ （2）√ （3）× （4）√ （5）√
提升关键能力
题组一 “三素”“两同”概念辨析
1.B
2.（1）核素 同位素 （2）、 （3）30 24 （4）5 5
题组二 微粒中粒子数的确定
3.C 4.C
考点二 原子核外电子的排布
夯实必备知识
1.（1）分层 能量
（2）能量 、、、 （3）低 高
2.（1）空间运动状态 概率密度 （2）球形 1 哑铃形 3
3.（1）最低 2 相反 平行 （2）构造原理 能层 能级
4.（1）最低能量 低能级 高能级 （2）吸收 释放
（3）吸收光谱 发射光谱
【对点自测】
（1）√ （2）√ （3）√ （4）× （5）√ （6）√ （7）√
（8）×
提升关键能力
题组一 核外电子运动状态的描述
1.C 2.B
题组二 核外电子排布原则及表示方法
3.A
4.（1） （2） （3） （4）
经典真题·明考向
1.B 2.A 3.AB
4.（1） （2） （3） （4） （5）
教师备用习题
1.（1）或
（2） （3） 2
（4）或 2
2.（1）1 3 （2）4 （3） （4）
3.（1）9 （2） 12 22 （3）4 洪特规则 （4）15
4.（1） （2） （3）或
作业手册
考点一 原子结构 核素和同位素
1.B 2.C 3.D 4.B
考点二 原子核外电子排布原理
5.D 6.B 7.C 8.C 9.D 10.D
考点三 原子结构综合考查
11.A 12.B
13.（1）球形 （2） （3）①6 13 ② 哑铃
（4）① ② 的轨道处于半充满的稳定状态，其稳定
性强于
14.（1）B、 （2） （3） 6
（4）三种元素的非金属性依次增强，其最高价氧化物对应水化物的酸
性依次增强 （5）第22讲 原子结构 原子核外电子排布
考点一
● 夯实必备知识
1.(1)原子 元素 化学
(2)中子数 质子数
2.(1)质子数 质子 中子 质子 中子
(2)①中子数 质子数 几乎完全相同 差异较大
(3)氕 D 氘 T 氚
【对点自测】
(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)√
● 提升关键能力
题组一
1.B [解析] 同种元素的不同核素互为同位素C和 N是两种元素形成的不同核素,A错误Li和 Li是Li元素形成的两种核素,互为同位素,B正确Na和 Mg的中子数均为12,二者是不同元素形成的核素,不互为同素异形体,C错误;在考古中常用于文物年代鉴定的是 C,D错误。
2.(1)核素 同位素
(2O2O3
(3)30 24 (4)5 5
[解析] (1) HH分别是氢元素的一种核素HH是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子,它们互称同位素。(2O2和O3是同种元素组成的不同单质,二者互为同素异形体。(3Fe2+的中子数为56-26=30,核外电子数为26-2=24。(4)题述9种微粒中有5种核素HHC、CN,有5种元素:H、C、N、Fe、O。
题组二
3.C [解析] Bi的质子数为83,核外电子数是83,质量数为209,则中子数是126,A、B正确;Bi和As同主族,在元素周期表中Bi处于As的下方,则Bi的原子半径大于As,C错误;Bi和Bi是Bi元素的两种核素,互为同位素,D正确。
4.C [解析] Y的质子数为39,质量数为89,A正确;核外电子数=质子数=39,B正确;中子数为89-39=50,中子数与质子数之差为50-39=11,C错误Y和Y的质子数相同而中子数不同,是两种不同的核素,互为同位素,D正确。
考点二
● 夯实必备知识
1.(1)分层 能量 2n2
(2)能量 s、p、d、f ns(3)低 高
2.(1)空间运动状态 概率密度
(2)球形 1 哑铃形 3
3.(1)最低 2 相反 平行
(2)构造原理 能层 能级
4.(1)最低能量 低能级 高能级
(2)吸收 释放
(3)吸收光谱 发射光谱
【对点自测】
(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)√ (8)×
[解析] (8)K能层只有1个能级即1s,不存在1p能级,错误。
● 提升关键能力
题组一
1.C [解析] 1s能级的电子云轮廓图呈球形,表示电子运动空间主要是以原子核为中心的球体范围,A项错误;电子排布式无法反映电子在同一能级上的排布情况,B项错误;s能级的电子云轮廓图是以原子核为中心的球体,所以ns能级的原子轨道可用题图表示,C项正确;3d3表示第三能层的d能级有3个电子,D项错误。
2.B [解析] 钠原子核外有11个电子,不同电子的运动状态不同,A正确;基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1,电子占据1s、2s、2p和3s轨道,故基态钠原子核外电子的空间运动状态有6种,B错误;1s22s22p63s1表示基态Na原子,1s22s22p53s2表示激发态Na原子,故能量:1s22s22p63s1<1s22s22p53s2,C正确;基态钠原子的内层电子排布为1s22s22p6,每个轨道均有1对自旋相反的电子,故两种自旋状态的电子数之比为1∶1,D正确。
题组二
3.A [解析] 单核10电子粒子基态时的核外电子排布式为1s22s22p6,每个轨道内排布2个自旋相反的电子,A项正确;此电子排布图违背了洪特规则,B项错误;基态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跃迁到能量更高的轨道上,表示基态B原子的核外电子排布,D项错误。
4.(1)
(2)
(3)3d64s2
(4)3d104s1 Cu+
经典真题·明考向
1.B [解析] 能量最低的激发态N原子应该是2s能级上1个电子跃迁到2p能级,其电子排布式为1s22s12p4,A错误;二者具有相同的质子数而中子数不同,故互为同位素,B正确;Ni是28号元素,其基态原子的价电子排布式为3d84s2,C错误;基态碳原子的2p轨道中两个单电子分占两个不同的轨道,且自旋平行:D错误。
2.A [解析] Sr位于元素周期表中第五周期、第ⅡA族,故A错误;质谱法可以测定原子的相对原子质量,87Sr和86Sr的相对原子质量不同,可以用质谱法区分,故B正确;87Sr的中子数为87-38=49,86Sr的中子数为86-38=48,故C正确;由题意可知,38Sr的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中值不变,故D正确。
3.AB [解析] ①为基态硅原子;②为失去一个电子的基态Si+;③为激发态的硅原子。三种微粒的核电荷数都是14,根据核外电子数多少及电子所处的能级可知,微粒半径大小顺序为③>①>②,A正确;电子排布属于基态硅原子的是①,属于基态硅离子的是②,B正确;③为激发态硅原子,电离一个电子所需能量小于基态硅原子(①),②为基态Si+,电离一个电子所需能量大于基态硅原子(①),C错误;②基态Si+得电子能力比基态硅原子强,D错误。
4.(1)Cr (2)2s22p3
(3)4s24p4 (4)
(5)ad d
[解析] (5)F的原子序数为9,其基态原子电子排布式为1s22s22p5。若基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上,其电子排布式为1s22s22p43s1,属于氟原子的激发态,a正确;若为1s22s22p43d2,其核外共10个电子,不是氟原子,b错误;若为1s22s12p5,其核外共8个电子,不是氟原子,c错误;若为1s22s22p33p2,基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上,属于氟原子的激发态,d正确。同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高,因此能量较高的是1s22s22p33p2。第22讲 原子结构 原子核外电子排布
1.B [解析] 115In、113In核外电子排布相同,化学性质几乎完全相同,B错误。
2.C [解析] 根据质量数守恒,则有24+4=b+4,b=24,Y的质子数为13,则Y为Al元素;根据质子守恒有a+2=13,a=11,则X为Na元素。X为Na,Y为Al,同周期主族元素从左到右金属性减弱,金属性:Na>Al,A正确Na与Al的质量数都是24,B正确Na和Mg的质子数不同、质量数不同,不互为同位素,C错误;X为Na,核外电子排布为2、8、1,Y为Al,核外电子排布为2、8、3,最外层电子数之比为1∶3,D正确。
3.D [解析] 根据XnHHe得到X的质量数为3+4-1=6,质子数为2+1-0=3,则X的中子数为6-3=3,A正确HHH是质子数相同、中子数不相同的原子,三者互为同位素,B正确NnHY,则Y的质量数为1+14-3=12,质子数为7+0-1=6C可用于测定相对原子质量,C正确;基态N原子核外有7个电子,故基态N原子核外电子的运动状态有7种,D错误。
4.B [解析] 同种元素的不同种核素互称同位素,C60和C70为C元素的两种不同单质,不能互称同位素,A错误;同种元素的不同种单质互称同素异形体,CO和CO2为C元素的两种不同氧化物,二者不是单质,不能互称同素异形体,C错误;两种物质的结构不同,不是同一种物质,二者互称同分异构体,D错误。
5.D [解析] 由题给的四种元素基态原子的轨道表示式可知,在一个原子轨道里,最多能容纳2个电子,符合泡利原理,A正确;电子排在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,符合洪特规则,B正确;任意能层的能级总是从s能级开始,而且每个能层所具有的能级数等于该能层序数,C正确;若在同一个原子轨道里有2个电子,则它们的自旋相反,若在同一能级的不同轨道里有2个电子,则自旋平行,D错误。
6.B [解析] Mn是25号元素,基态Mn原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,电子占据原子轨道总数为1+1+3+1+3+5+1=15个,故电子的空间运动状态有15种,A正确;Ni是28号元素,基态Ni原子简化电子排布式为[Ar]3d84s2,最外层电子占据4s能级,原子轨道呈球形,B错误;Fe是26号元素,基态Fe原子的简化电子排布式为[Ar]3d64s2,则基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d5,C正确;Co是27号元素,基态Co原子的价层电子排布为3d74s2,D正确。
7.C [解析] 基态O原子的核外电子排布式为1s22s22p4,电子共占据5个原子轨道,故其核外电子的空间运动状态有5种,A正确;F原子核外有9个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p5,B正确;As与P同主族,在P的下一周期,则基态As原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p3,C错误;基态Fe原子的简化电子排布式为[Ar]3d64s2,则其价层电子排布为3d64s2,D正确。
8.C [解析] 基态Cl-核外电子占据的最高能层为M层,C错误。
9.D [解析] 五种前四周期元素A、B、C、D、E且原子序数依次增大,周期表中A元素基态原子核外电子分占 3 个不同能级,且每个能级上排布的电子数相同,则核外电子排布式为1s22s22p2,故A为碳元素;C元素基态原子的电子排布式为1s22s22p5,为9号元素,故C为氟元素;B元素基态原子最高能级的不同轨道都有电子,且自旋平行,核外电子排布为1s22s22p3,故B为氮元素;D位于周期表中第 4 纵列,且处于第四周期,结合原子序数,则D为钛元素;E元素基态原子 M 层全充满,N 层只有一个电子,则价层电子排布为3d104s1,E为铜元素。B为N元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p3,则有3个未成对电子,A正确;A、B、C分别为C、N、F元素,同周期主族元素从左向右原子半径依次减小,故原子半径A>B>C,B正确;D为Ti元素,原子序数为22,其基态原子简化电子排布式为[Ar]3d24s2,则价层电子轨道表示式为,C正确;E为Cu元素,基态Cu原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s1,D错误。
10.D [解析] Q是ds区元素,焰色试验呈绿色,则Q为Cu元素;基态X原子的核外电子有5种空间运动状态,满足此条件的主族元素有N(1s22s22p3)、O(1s22s22p4)、F(1s22s22p5);X、Y、Z原子序数依次增大,基态Y、Z原子有两个未成对电子,若Y、Z为第二周期元素,则满足条件的可能为C(1s22s22p2)或O(1s22s22p4),C原子序数小于N,故Y不可能为C;若Y、Z为第三周期元素,则满足条件的可能为Si(1s22s22p63s23p2)或S(1s22s22p63s23p4),Y、Z可与Cu形成CuZY4,而O、Si、S中只有O和S形成的S才能形成CuZY4,则Y、Z分别为O、S元素,X只能为N元素;W能与X形成XW3,则W为第ⅠA族或第ⅦA族元素,但W原子序数小于N,W为H元素。综上所述,W、X、Y、Z、Q分别为H、N、O、S、Cu。H、N、O、S、Cu中前4种元素为短周期元素,A正确;基态X(N)原子的价层电子排布为2s22p3,故其价层电子轨道表示式为,B正确;H处于s区,N、O、S处于p区,Cu处于ds区,C正确;基态Cu2+、Cu+的价层电子排布分别为3d9、3d10,后者3d轨道处于全充满的稳定状态,故Cu+更稳定,D错误。
11.A [解析] 用α粒子He)分别轰击X和Y,发生核反应XHenZ和YHeHNeZ原子质量数为11+4-1=14,且基态Z原子的能级数与未成对电子数相等,则Z为N,u=7,a=7+0-2=5,则X为BY的质量数为22+1-4=19,质子数为10+1-2=9,则Y为F。用α粒子轰击X,原子核发生变化,不属于化学变化,A错误;Y为F,原子核外有9个电子,各电子的运动状态均不同,B正确;X为B,Y为F,基态X和Y原子核外未成对电子数之比为1∶1,C正确;非金属性越强,其简单氢化物还原性越弱,则Y、Z简单氢化物的还原性:Z>Y,D正确。
12.B [解析] X基态原子核外只有三个能级,且各能级电子数相等,核外电子排布式为1s22s22p2,则X为C元素,Z原子的核外电子有8种运动状态,则Z为O元素,由核电荷数可知,Y为N元素,P原子核外有4个能层,最外层只有1个电子,其余各层均排满电子,则P为Cu元素,Z与W元素位于同一族并结合核电荷数,W为S元素。X为C元素,其基态原子最外层有2个未成对电子,A错误;Z为O元素,其基态原子的轨道表示式为,B正确;P为Cu元素,其基态原子的价层电子排布为3d104s1,C错误;Cu和O2反应生成CuO,Cu元素的化合价为+2价,Cu和S反应生成Cu2S,Cu元素的化合价为+1价,D错误。
13.(1)球形 (2)
(3)①6 13 ②N 哑铃
(4)①1s22s1 ②< Fe3+的3d轨道处于半充满的稳定状态,其稳定性强于Fe2+
[解析] (1)基态氢原子的核外电子排布式为1s1,1s原子轨道为球形。(2)基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3,轨道表示式为。(3)①基态Mg原子的核外电子排布式为1s22s22p63s2,故核外电子的空间运动状态有6种。基态Al原子核外有13个电子,各电子的运动状态均不同,故其核外电子的运动状态有13种。②基态K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,电子占据的最高能层为N层;基态K+的最高能级为3p能级,3px、3py、3pz原子轨道为哑铃形。(4)①基态Li原子的核外电子排布式为1s22s1。②基态Fe2+、Fe3+的价层电子排布分别为3d6、3d5,Fe3+的3d轨道处于半充满的稳定状态,其稳定性强于Fe2+。
14.(1)B、Cu
(2)
(3)1s22s22p63s1 6
(4)三种元素的非金属性依次增强,其最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强
(5)C3N4
[解析] 由题意,基态A原子核外电子占据3个轨道,A为B元素;B基态原子核外有6种运动状态不同的电子,B为C元素;C核外p能级电子数比s能级电子数少1个,因此C为N元素;D基态原子核外有6个原子轨道排有电子,且只有1个未成对电子,s能级含1个轨道,p能级含有3个轨道,则D所含有的未成对电子在3s能级,因此D为Na元素;基态E+的各能级电子均充满,因此E为Cu元素。(5)该化合物具有三维骨架结构,其中每个C原子与4个N原子形成共价键,每个N原子与3个C原子形成共价键,所以C的化合价为+4价,N的化合价为-3价,则该化合物的化学式为C3N4。第22讲 原子结构 原子核外电子排布
1.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。
2.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。
3.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、泡利不相容原理和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
考点一 原子结构 核素和同位素
1.原子的构成
(1)构成原子的微粒及作用
(2)原子中的数量关系
2.元素、核素和同位素
(1)概念及相互关系
(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素的 不同, 相同,化学性质 ,物理性质 。
②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。
[微点拨] 同位素之间的转化是核反应,不是化学变化。
(3)氢元素的三种核素
H:名称为 ,不含中子。
H:用字母 表示,名称为 或重氢。
H:用字母 表示,名称为 或超重氢。
(4)几种重要核素的用途
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
【对点自测】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)[2023·江苏卷] HHH都属于氢元素 ( )
(2)[2024·甘肃卷] CC和C互为同位素 ( )
(3)通过化学变化可以实现 16O与 18O间的相互转化 ( )
(4)不同的核素可能具有相同的质子数,也可能质子数、中子数、质量数均不相同 ( )
(5)[2023·广东卷] 创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”,其原料中的2H与3H互为同位素 ( )
题组一 “三素”“两同”概念辨析
1.在 LiLiNaMgCN中,下列说法正确的是 ( )
A.C和 N的质量数相等,互为同位素
B. 6 3Li和 Li的质子数相同,互为同位素
C. Na和 Mg的中子数相等,互为同素异形体
D. C和C互为同位素C在考古中常用于文物年代的鉴定
2.现有下列9种微粒HHCCNFe2+、Fe3+O2O3。按要求完成以下各题:
(1HH分别是氢元素的一种 ,它们互称 。
(2)互为同素异形体的微粒是 。
(3Fe2+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。
易错警示
1.同位素的“六同、三不同”
2.“同”字概念的区分
区分时抓住概念的关键点——研究对象,同位素——原子(如HHH),同素异形体——单质(如金刚石、石墨与C60;
红磷与白磷),同分异构体——化合物(如CH3COOH与HCOOCH3)。
题组二 微粒中粒子数的确定
3.[2024·广东河源中学调研] 铋可改善钢的加工性能。元素周期表中铋与砷(As)同主族,其最稳定的同位素是Bi。下列说法不正确的是 ( )
A. Bi的核外电子数是83
B. 的中子数是126
C.Bi的原子半径比As的小
D. Bi和Bi互为同位素
4.[2024·河南南阳模拟] YBa2Cu8Ox(Y为钇元素)是磁悬浮列车中的重要超导材料,下列关于Y的说法不正确的是 ( )
A.质量数是89
B.核外电子数是39
C.中子数与质子数之差为50
D. Y和 Y是两种不同的核素,互为同位素
规律小结
微粒中粒子数之间的定量关系
(1)对于原子或离子:质量数=质子数+中子数。
(2)对于原子:核电荷数=质子数=核外电子数。
(3)对于离子:核电荷数=质子数≠核外电子数。
考点二 原子核外电子的排布
1.能层与能级
(1)能层(n)(即电子层)
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。每个能层最多能容纳的电子数为 。
(2)能级
同一能层的电子, 也可能不同,不同能量的电子分成不同的能级,通常用能级符号 等表示,同一能层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序升高。
不同能层的能级表示方法是在能级符号前面加能层序号,如第3层的各能级表示为3s、3p、3d。则第n能层各能级的能量顺序为 。
(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 2 6 10 14 2 6 ……
电子离核远近 近→远
电子能量高低 →
2.电子云与原子轨道
(1)电子云
电子云是处于一定 的电子在原子核外空间的 分布的形象化描述。
(2)原子轨道
原子轨道表示电子在原子核外的一个空间运动状态。同一能层中各能级的电子分别占据各自的原子轨道,它们有不同的形状、个数和伸展方向。
原子轨道 轨道形状 轨道个数
s
p
d 复杂 5
f 复杂 7
(3)各能层、能级电子具有能量的比较
能量关系
[微点拨1] ①第一能层(K),只有s能级;第二能层(L),有s、p两种能级,p能级上有三个原子轨道px、py、pz,它们具有相同的能量;第三能层(M),有s、p、d三种能级。②一个原子核外电子的空间运动状态种类数=该原子核外电子占据的原子轨道数。
3.原子核外电子的排布
(1)排布规律(书写原则)
[微点拨2] 当能量相同的简并轨道处于全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时,体系较稳定,能量最低。例如,基态24Cr原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
(2)构造原理(填充顺序)
以光谱学事实为基础,从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为 ,如图为构造原理示意图:
4.基态与激发态原子光谱
(1)基态与激发态
(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,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。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、激发态及形成光谱示意图(电子的跃迁)
[微点拨3] ①电子的跃迁是在原子内部进行的,原子组成没有变化。
②电子跃迁一般发生在能量相近的能级间,激发态原子释放能量不一定变成基态原子。
【对点自测】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)[2023·湖南卷] 基态N原子的价电子排布图: ( )
(2)[2024·甘肃卷] Ca2+和Cl-的最外层电子排布图均为 ( )
(3)1s、2s和3s能级轨道的形状均为球形,其能量随能层序数增大而升高 ( )
(4)基态镍原子的核外电子3d轨道上的未成对电子数为3 ( )
(5)[2024·贵州卷] 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)基态氧原子核外电子的空间运动状态有5种,核外电子的运动状态有8种 ( )
(7)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了泡利原理 ( )
(8)[2024·山东卷] 激发态H原子的轨道表示式: ( )
题组一 核外电子运动状态的描述
1.下列说法中正确的是 ( )
A.1s能级的电子云轮廓图呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动
B.电子排布式能全面反映核外电子排布情况
C.ns能级的原子轨道可用表示
D.3d3表示3d能级有3个轨道
2.[2024·山东临沂调研] 钠离子电池,是一种二次电池,主要依靠钠离子在正极和负极之间的移动进行工作。下列说法中不正确的是 ( )
A.钠原子核外有11种不同运动状态的电子
B.基态钠原子核外电子的空间运动状态有11种
C.原子具有的能量:1s22s22p63s1<1s22s22p53s2
D.基态钠原子的内层电子中,两种自旋状态的电子数之比为1∶1
易错警示
判断核外电子的运动状态和空间运动状态的方法
题组二 核外电子排布原则及表示方法
3.下列有关电子排布图的表述正确的是 ( )
A.可表示单核10电子粒子基态时的电子排布
B.违背了泡利原理
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
4.根据题目要求,回答相关问题:
(1)[2024·北京卷] Sn位于元素周期表的第5周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整:。
(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· 天津卷] 基态Cu原子的价层电子排布式是 ,Cu+与Cu2+相比较,离子半径较大的是 。
规范答题
核外电子排布的规范书写
(以硫原子为例) 表示方法 规范答题
原子结构示意图 (1)每个电子层最多容纳的电子数为2n2个。(2)最外层不超过8个(若最外层为K层则不超过2个)电子;次外层不超过18个(若次外层为L层则不超过8个)电子;倒数第三层不超过32个电子
电子排布式 1s22s22p63s23p4 按电子排入各电子层中各能级的先后顺序,用能级符号依次写出各能级中的电子数,一般情况下,能层低的能级要写在左边,同时注意洪特规则特例
简化电子排布式 [Ne]3s23p4 用“[稀有气体]+价层电子”的形式表示
价层电子排布 3s23p4 价层电子排布能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数
轨道表示式 (或电子排布图) 用方框(或圆圈)表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋状态不同的电子,按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写
经典真题·明考向
1.下列说法正确的是 ( )
A.[2023·浙江卷] 能量最低的激发态N原子的电子排布式:1s22s12p33s1
B.[2022·山东卷] XHe)、YHe)互为同位素
C.[2023·辽宁卷] 基态Ni原子的价电子排布式为3d10
D.[2023·浙江卷] 碳的基态原子轨道表示式:
2.[2022·北京卷] 38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是 ( )
A.Sr位于元素周期表中第六周期、第ⅡA族
B.可用质谱法区分87Sr和86Sr
C. 87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48
D.同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同
3.[2023·浙江卷节选] 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,有关这些微粒的叙述,正确的是 。
A.微粒半径:③>①>②
B.电子排布属于基态原子(或离子)的是①②
C.电离一个电子所需最低能量:①>②>③
D.得电子能力:①>②
4.根据题中要求,回答相关问题:
(1)[2024·山东卷] 同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是 (填元素符号)。
(2)[2023·浙江卷] 基态N原子的价层电子排布式是 。
(3)[2022·广东卷] Se与S同族,基态硒原子价电子排布式为 。
(4)[2022·全国甲卷] 基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为 。
(5)[2022·全国乙卷] 氟原子激发态的电子排布式有 ,其中能量较高的是 。(填标号)
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2第22讲 原子结构 原子核外电子排布
考点一 原子结构 核素和同位素
1.[2024·山东潍坊模拟] 如图是铟元素的相关信息,下列说法中不正确的是 ( )
A. 115In原子核内有66个中子 B. 115In、113In的化学性质有很大不同
C. 115In 、113In互为同位素 D. 115In原子最外层有3个电子
2.[2024·河北保定十校联考] 化学上,将质量数相同、质子数不同的核素称为同量素。某核聚变方程为XHeY+n。下列说法错误的是 ( )
A.X的金属性比Y的强 B. X和Y的质量数相同
C. X与Mg互为同位素 D.X、Y最外层电子数之比为1∶3
3.[2024·河北邯郸部分校联考] 在生命科学的研究工作中,氚H)标记化合物是必不可少的研究工具。可通过核素X或N衰变得到,其衰变过程如下:(1XnHHe;(2NnH+Y。下列推断错误的是 ( )
A. X的中子数为3 B. HHH互为同位素
C. Y可用于测定相对原子质量 D.基态N原子核外电子的运动状态有4种
4.[2025·浙江金华十校联考] 下列说法正确的是 ( )
A.C60和C70互为同位素 B.C2H6和C6H14互为同系物
C.CO和CO2互为同素异形体 D.CH3COOH和CH3OOCH是同一种物质
考点二 原子核外电子排布原理
5.[2024·湖南长郡中学模拟] 下面是第二周期部分元素基态原子的轨道表示式,下列说法错误的是 ( )
A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子
B.电子排在同一能级时,总是优先单独占据一个轨道
C.每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n)
D.若一个能级中有2个电子,则其自旋状态一定相反
6.[2025·山东枣庄调研] 过渡元素(如25Mn、26Fe、27Co、28Ni等)常用于制造催化剂和耐高温、耐腐蚀合金。下列有关说法中不正确的是 ( )
A.基态Mn原子核外电子的空间运动状态有15种
B.基态Ni原子核外最外层电子的原子轨道形状为哑铃形
C.基态Fe3+的简化电子排布式为[Ar]3d5
D.基态Co原子的价层电子排布为3d74s2
7.[2024·辽宁锦州联考] 由多种元素组成的化合物Fe-Sm-As-F-O是我国科学家近年来发现的一种重要的铁系超导材料。下列说法不正确的是 ( )
A.基态O原子核外电子的空间运动状态有5种
B.基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5
C.基态As原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p3
D.基态Fe原子的价层电子排布为3d64s2
8.[2024·广东佛山模拟] 三甲基镓[(CH3)3Ga]是应用广泛的一种金属有机化合物,可通过如下反应制备:GaCl3+(CH3)3Al(CH3)3Ga+AlCl3。下列说法错误的是 ( )
A.基态Al原子的核外电子有7种空间运动状态 B.电负性大小:χ(Al)<χ(Cl)
C.基态Cl-的核外电子占据的最高能层为3p D.基态Ga原子有31种不同运动状态的电子
9.[2024·辽宁盘锦二模] 已知A、B、C、D、E是原子序数依次增大的前四周期元素,其元素性质或原子结构如表:
A 基态原子核外电子分占3个不同能级,且每个能级上排布的电子数相同
B 基态原子最高能级的不同轨道都有电子,且自旋平行
C 基态原子的电子排布式为1s22s22p5
D 位于周期表中第4纵列
E 基态原子M层全充满,N层只有一个电子
下列说法错误的是 ( )
A.B元素基态原子核外有3个未成对电子
B.A、B、C三种元素的原子半径由大到小的顺序:A>B>C
C.D元素基态原子的价层电子轨道表示式:
D.E的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s2
10.[2024·黑吉辽卷改编] 如下反应相关元素中,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,基态X原子的核外电子有5种空间运动状态,基态Y、Z原子有两个未成对电子,Q是ds区元素,焰色试验呈绿色。下列说法错误的是 ( )
QZY4溶液QZX4Y4W12溶液
A.五种元素中,有4种短周期元素
B.基态X原子的价层电子轨道表示式为
C.五种元素中,X、Y、Z均处于p区
D.基态Q2+的稳定性比Q+的稳定性强
考点三 原子结构综合考查
11.[2024·湖南师大附中模拟] 用α粒子He)分别轰击 X和 Y,发生核反应XHenZ和YHeHNe,其中基态 Z原子的能级数与未成对电子数相等。下列说法不正确的是 ( )
A.用α粒子轰击X发生的是化学变化
B.基态Y原子核外有9种运动状态不同的电子
C.基态X和Y原子核外未成对电子数之比为1∶1
D.Y、Z简单氢化物的还原性:Z>Y
12.[2025·湖北黄石调研] X、Y、Z、W、P五种元素,其核电荷数依次增大。X基态原子核外只有三个能级,且各能级电子数相等;Z原子的核外电子有8种运动状态;Z与W元素位于同一族;P原子核外有4个能层,最外层只有1个电子,其余各层均排满电子。下列说法正确的是 ( )
A.基态X原子最外层有三个未成对电子
B.基态Z原子的轨道表示式:
C.基态P原子的价层电子排布为4s1
D.P单质分别与Z、W单质反应,产物中P的化合价一定相同
13.合成氨(N2+3H22NH3)是人类科学技术发展史上的一项重大成就,在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题,是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。
(1)基态氢原子中,核外电子占据原子轨道的形状为 。
(2)自然界中的氮元素主要以分子的形式存在于空气中,是人工固氮的主要来源。基态氮原子的核外电子轨道表示式为 。
(3)铁触媒是普遍使用的以铁为主体的多成分催化剂,通常还含有Al2O3、K2O、CaO、MgO、Cr2O3等氧化物中的几种。
①基态Mg原子核外电子的空间运动状态有 种;基态Al原子核外电子的运动状态有 种。
②基态K原子核外电子占据最高能层的符号是 ;基态K+最高能级的电子所占据的原子轨道为 形。
(4)目前合成氨通常采用的压强为10 MPa~30 MPa,温度为400~500 ℃,十分耗能。我国科研人员研制出了“Fe-LiH”等催化剂,温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa,这是近年来合成氨反应研究中的重要突破。
①基态Li原子的核外电子排布式为 。
②从结构角度比较稳定性:Fe2+ (填“>”或“<”)Fe3+,其原因是 。
14.[2025·湖南雅礼中学质检] 前四周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大,其相关性质如表所示:
A 基态A原子核外电子占据3个轨道
B 原子核外有6种运动状态不同的电子
C 基态原子的核外p电子数比s电子数少1个
D 基态原子核外有6个原子轨道排有电子,且只有1个未成对电子
E 基态E+各能级电子全充满
(1)元素A、E的元素符号分别是 。画出元素A基态原子的轨道表示式: 。
(2)画出C元素原子的结构示意图: 。
(3)写出D元素基态原子的电子排布式: ,其核外电子空间运动状态有 种。
(4)元素A、B、C的最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强,其原因是 。
(5)实验室合成一种由B和C两种元素形成的化合物,该化合物具有三维骨架结构。其中每个B原子与4个C原子形成共价键,每个C原子与3个B原子形成共价键,其化学式为 。
