高考化学《原子结构与原子核外电子能级分布》考点例析及高分冲刺训练

发布时间：2024-11-06

一、能层与能级对多电子原子的核外电子,按将其分成不同的能层(n);对于同一能层里能量不同的电子,将其分成不同的 ;能级类型的种类数与能层数相对应;同一能层里,能级的能量按的顺序升高,即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

I、考点自查及例析

1．了解原子核外电子的分层排布，掌握能层、能级及其表示。

2．掌握构造原理及核外电子排布规律，掌握1-36号元素的核外电子排布式 3．了解电子云与原子轨道概念，掌握原子轨道数目的判断方法 4．了解能量最低原子、基态、激发态、光谱

一、能层与能级

对多电子原子的核外电子，按将其分成不同的能层(n)；对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。

由表中可知：①各能层最多容纳的电子数为。

②能级类型的种类数与数相对应

③s p d f 能级所含轨道数分别为，与能级所在能层无关。

二、电子云与原子轨道

1．电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述，小黑点的疏密表示。

2．原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈对称， ns能级各有个原子轨道；p电子的原子轨道呈，np能级各有个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有个原子轨道；nf能级各有个原子轨道。各轨道的的形状与所处的能层无关。

三、核外电子排布规律

1．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序： 1s、2s、2p、3s、3p、、4p、5s、4d、5p、6s、4f……

构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有交错现

象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。

构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。

思考：如何快速判断不同能级的能量高低？

2．能量最低原理：能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。当某能级中的原子轨道处于全充满或半充满状态时能量较低。 3．泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳个自旋方向的电子。

4．洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据轨道，且自旋方向。

思考：为什么在同一原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子？

四、基态、激发态、光谱

1．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。

2．激发态：较高能量状态（相对基态而言）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。

3．光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（基态→激发态）能量，产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。

【例1】下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）

A．原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云

B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动 C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多 D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大

解析：电子云是对电子运动的形象化描述，它仅表示电子在某一区域内出现的概率，并非原子核真被电子云雾所包裹，故选项A错误。原子轨道是电子出现的概率约为90%的空间轮廓，它表明电子在这一区域内出现的机会大，在此区域外出现的机会少，故选项B错误。无论能层序数n怎样变化，每个p能级都是3个原子轨道且相互垂直，故选项C错

误。由于按1p、2p、3p……的顺序，电子的能量依次增高，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云越来越向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大。

答案： D

【例2】下列有关认识正确的是（）

A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C．各能层含有的能级数为n—1 D．各能层含有的电子数为2n2

解析：各能层的能级都是从s能级开始，但不是至f能级结束，如L能层只有2s2p两个能级，B错误；各能层含有的能级数与能层一致，以C不对；各能层最多容纳电子数为2n2，而不是必须含有的电子数2n2

答案：A

【例3】以下电子排布式表示基态原子电子排布的是（）

A．1s22s22p63s13p3 B．1s22s22p63s23p63d104s1 4p1

C．1s22s22p63s23p63d24s1 D．1s22s22p63s23p63d104s2 4p1 解析：A B C均不符合能量最低原理，选D 答案：D

【例4】人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是（）

A．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子” B．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子” C．核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子” D．核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”

解析：s p d f 能级所含轨道数分别为1、3、5、7，均为奇数，而电子电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，如两电子占据2p轨道分别占据两个轨道，形成两个未成对电子

答案： B D

【例5】以下是表示铁原子和铁离子的3种不同化学用语。

、

⑴铁原子最外层电子数为，铁在发生化学反应时，参加反应的电子可能是

。

⑵请你通过比较、归纳，分别说出3种不同化学用语所能反映的粒子结构信息。

答案：⑴2 4s上的2个电子或4s上的2个电子和3d上的1个电子

⑵结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。

【例6】下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_____________是原子由基态转化为激发态时的光谱，图____________是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。

答案：

①③⑤ ②④⑥

II、高分冲刺强化训练

1．法国里昂的科学家最近发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法不正确的是

A 该粒子不显电性 B 该粒子质量数为4

C 在周期表中与氢元素占同一位置 D 该粒子质量比氢原子大

2．“原子结构模型”是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹，一种模型代表了人类某一阶段对原子结构的认识。人们对原子结构的描摹，按现代向过去顺序排列为：电子云模型、玻尔原子模型、卢瑟福原子模型、原子模型、原子模型。则横线内两位化学家是

A. 阿伏加德罗、汤姆生 B. 道尔顿、拉瓦锡 C. 舍勒、普利斯特里 D. 汤姆生、道尔顿

1472

3．电子构型为[Xe]4f5d6s的元素是

A 稀有气体 B 过渡元素 C 主族元素 D 稀土元素 4．下列离子中最外层电子数为8的是

3＋4＋＋＋

A Ga B Ti C Cu D Li 5．以mD、mP、mN分别表示氘核、质子、中子的质量，则

A mD＝mP＋mN B mD＝mP＋2mN C mD＞mP＋mN D mD＜mP＋mN

3537

6．氢元素有三种同位素H、D、T，氯元素有两种同位素Cl、Cl当用一种仪器分别测定20000个氯化氢分子的质量，所得数值有

A 2种 B 3种 C 5种 D 6种

1110

7．硼有两种天然同位素105B、5B，硼元素的原子量为10.80，则对硼元素中的5B质量百

分比含量的判断正确的是

A 20% B 略大于20% C 略小于20% D 80%

xxx+1

8．A、B是短周期元素，最外层电子排布式分别为ms，nsnp。A与B形成的离子化合物加蒸馏水溶解后可使酚酞试液变红，同时有气体逸出，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则该化合物的分子量是

A 38 B 55 C 100 D 135 9．锕系元素钍（Th）原子可蜕变为另一元素的原子，并释放出粒子，23290Th→Z＋2 ，关于Z元素的下列推论正确的是

A Z的硫酸盐难溶于水 B Z是超铀元素，具有放射性 C Z的最高价氧化物对应的水化物呈酸性 D Z单质不能与水反应．1231618

10已知氢元素有H、H、H三种同位素，氧元素也有O、O二种同位素。它们之间形成化合物的种类有

A 30种 B 18种 C 21种 D 33种

11．分子和离子都是微观粒子，1996年，科学家终于在宇宙深处发现了早在30年前就预言应当存在的一种微粒，这种微观粒子由3个氢原子核和2个电子组成，它的化学式是。

12．最近有人用高能Mg核轰击24896Cm核，发生核合成反应，得到新元素X。研究者将X与

氧气一起加热，检出了气态分子XO4，使X成为研究了化学性质的最重元素。已知的X同位素如下表所示，上述核反应得到的核素是其中之一，该核素的衰变性质保证了其化学性质实验获得成功。

（1）X的元素符号是。

（2）用元素符号并在左上角和左下角分别标注其质量数和质子数，写出合成X的核反应方程式（方程式涉及的其他符号请按常规书写）。

1213

13．目然界中，碳除了有2种稳定同位素C和C外，还有一种半衰期很长的放射性同位素14

C，丰度也十分稳定，如下表所示（注：数据后括号里的数字是最后一位或两位的精确度，14

C只提供了大气丰度，地壳中的含量小于表中数据）：

C也加入取平均值？

14．2004年2月2日，俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素X和Y。X是用高能48Ca撞击

24393Am

靶得到的。经过100微秒，X发生α-衰变，得到Y。然后Y连续发生4次

α-衰变，转变为质量数为268的第105号元素Db的同位素。以X和Y的原子序数为新元素的代号（左上角标注该核素的质量数），写出上述合成新元素X和Y的核反应方程式。

15．无机化合物甲、乙分别由三种元素组成。组成甲、乙化合物的元素的特征电子排布都可

abbc2c

表示如下：as、bsbp、cscp。甲是一种溶解度较小的化合物，却可溶于乙的水溶液。由

此可知甲、乙的化学式分别是、；甲溶于乙的水溶液化学方程式为

16．现代原子结构理论认为，在同一电子层上，可有s、p、d、f、g、h 等亚层，各亚层分别有1、3、5、个轨道。试根据电子填入轨道的顺序预测：

（1）第8周期共有种元素；

（2）原子核外出现第一个6f电子的元素的原子序数是；

（3）根据“稳定岛”假说，第114号元素是一种稳定同位素，半衰期很长，可能在自然界都可以找到。试推测第114号元素属于周期，族元素，原子的外围电子构型是

17．假定在下列电子的各组量子数中n正确，请指出哪几种不能存在，为什么？

（1）n＝1，l＝1，m＝1，ms＝－1。（2）n＝3，l＝1，m＝2，ms＝＋1/2。

（3）n＝3，l＝2，m＝1，ms＝－1/2。（4）n＝2，l＝0，m＝0，ms＝0。

（5）n＝2，l＝－1，m＝1，ms＝＋1/2。（6）n＝4，l＝3，m＝2，ms＝2。

18．五种元素的原子电子层结构如下：

22626522262226

A 1s2s2p3s3p3d4s B 1s2s2p3s C 1s2s2p

2262221

D 1s2s2p3s3p E 1s2s 试问其中

（1）哪种元素是稀有气体？

（2）哪种元素最可能生成具有催化性质的氧化物？（3）哪种元素的原子的第一电离能最大？

19．若在现代原子结构理论中，假定每个原子轨道只能容纳一个电子，则原子序数为42的元素的核外电子排布式将是怎样的？按这种假设而设计出的元素周期表，该元素将属于第几周期、第几族？该元素的中性原子在化学反应中得失电子情况又将怎样？

20．写出Eu（63号）、Te（52号）元素原子的电子排布式。若原子核外出现5g和6h五层，请预测第九、十周期最后一个元素原子序数和它们的电子排布。

参考答案

第三讲原子结构

C D B B D C C C A D H 12

（1）Hs

（2）2612Mg＋

2345678910113＋

248

96Cm＝269108Hs＋5n

14C不加权不会影响计算结果的有效数字，因其丰度太低了。

14243） 95Am＋20Ca＝288115＋3n（2分，不写3n不得分。答291115不得分。

288115＝284113＋4He（2分，质量数错误不得分。4He也可用符号α。（答下式不计分：284113－44He＝268105或268105Db）

15 16

BeCO3 H2CO3 BeCO3＋H2CO3＝Be(HCO3)2 （1）50 （2）139 （3）七 ⅣA 7s27p2 17

（1）、（2）、（4）、（5）、（6）组不能存在。因为：（1）n＝l时，l只能为0，m也只能为0，ms能为＋1/2或－1/2；（2）n＝3，l＝l时，m只能为0或＋1，或－1；（4）n＝2，l只能为0或1，ms只能为1/2或－1/2。n＝2，l只能为0或1；（6）ms只能为1/2或－1/2 18

（1）稀有气体元素原子的外层电子构型为ns2np6，即s和p能级是全满的，因此上述C是稀有气体元素，它是Ne。（2）过渡元素在化合物中具有可变的化合价，因此它们的氧化物往往具催化性质。在上述五种元素中，A是过渡元素，它的氧化物MnO2是KClO3热分解反应的催化剂。（3）由第一电离能在同一周期和同一族内的递变规律。可以推想到，第一电高能较大的元素应集中在p区元素的右上角区域，而上述五种元素中，C正处于这一区域，因此C是这五种元素中第一电离能最大的元素。 19 电子排布式：1s12s12p33s13p33d54s14p34d54f75s15p35d56s16p2 周期表中的位置：第

六周期，第ⅢA族该元素的中性原子在化学反应中可得到1个电子显－1价；可失去3个电子显＋3价，也可失去2个p电子而显＋2价。 20

由于第一层仅有s亚层，第二层出现2p，第三层出现3d，第四层出现4f，可推知第五层新增5g，第六层新增6h，各亚层排布的电子数为s2、p6、d10、f14、g18、h22 电子的排布遵循，ns→(n－4)h→(n－3)g→(n－2)f→(n－1)d→ 的顺序 Eu（63）号 Te（52号）为周期在中元素排布分别为Eu：[Xe]5f76s2 Te：[Kr]4d105s25p4 第九周期最后一个元素应从9s开始排布，以118号稀有气体为原子核：

[118]9s26h226g187f148d109p6。原子序数为：118＋2＋18＋14＋10＋6＝168 第十周期最后一个元素从10s开始排布，以168号稀有气体为原子核：

[168]10s26h227g188f149d1010p6，原子序数为：168＋2＋22＋18＋14＋10＋6＝240

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