高考化学一轮复习-原子结构与性质（复习讲义）（全国通用）（解析版）

这是一份高考化学一轮复习-原子结构与性质（复习讲义）（全国通用）（解析版），共23页。学案主要包含了原子核外电子运动状态等内容，欢迎下载使用。
01 TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc15422" \l "_Tc26714" 考情解码·命题预警
02 \l "_Tc7022" 体系构建·思维可视
03 \l "_Tc306" 核心突破·靶向攻坚
\l "_Tc23645" 考点一 原子结构
\l "_Tc8741" 知识点1 原子结构
\l "_Tc5345" 知识点2 元素、核素、同位素
\l "_Tc21155" 考向1 考查原子结构
\l "_Tc21155" 考向2 考查核反应方程的简单分析
【思维建模】核反应方程分析思路
\l "_Tc28902" 考向3 考查“五同”概念辨析
【思维建模】“五同”概念的比较
\l "_Tc818" 考点二 原子核外电子运动状态
\l "_Tc27137" 知识点1 电子的运动特征
\l "_Tc28076" 知识点2 能层与能级
\l "_Tc27137" 知识点3 原子轨道
\l "_Tc28076" 知识点4 能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则
\l "_Tc27137" 知识点5 原子核外电子运动状态的描述—四个量子数
\l "_Tc27137" 知识点6 原子状态与原子光谱
\l "_Tc10653" 考向1 能层、能级、原子轨道
\l "_Tc18130" 考向2 核外电子排布的规范书写
【思维建模】核外电子排布表示的书写策略
\l "_Tc10653" 考向3 电子跃迁与原子光谱
\l "_Tc22970" 04 \l "_Tc24080" 真题溯源·考向感知

考点一 原子结构
\l "_Tc25045" 知识点1 原子结构
1．原子结构——核素的表示方法

2．微粒之间的等式关系
(1)质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；
(2)电性关系：
①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；
②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。
③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。
3．微粒符号周围数字的含义
得分速记
(1)原子中不一定都含有中子，如eq \\al(1,1)H中没有中子。
(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
(3)易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。
(4)形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。
\l "_Tc16775" 知识点2 元素、核素、同位素
1．元素、核素、同位素的概念及相互关系
2．同位素的特征
①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。
②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。
3．同位素的“六同三不同”
4．常见的重要核素及其应用
5．元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如eq \\al(2,1)H、eq \\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq \\al(14, 6)C、eq \\al(16, 8)O；也可能具有相同的质量数，如eq \\al(14, 6)C、eq \\al(14, 7)N。
③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
6．相对原子质量
(1)原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的eq \f(1,12)的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
(2)元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
(3)核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
(4)元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
7．核反应方程
①卢瑟福发现质子：eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
②查德威克发现中子：eq \\al(9,4)Be＋eq \\al(4,2)H→eq \\al(12, 6)C＋eq \\al(1,0)n
③铀核裂变反应：eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(89,36)Kr＋eq \\al(144, 56)Ba＋3eq \\al(1,0)n
④氘核与氚核聚变反应：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n
\l "_Tc17630" 考向1 考查原子结构
例1(2025·北京丰台二模)我国首次制备出丰度超过99%的64Ni。64Ni经质子束流轰击可获得具有放射性的医用核素64Cu。下列说法不正确的是( )
A．Ni属于d区元素
B．64Ni原子核内中子数是36
C．64Ni与互为同位素
D．64Ni经质子束流轰击获得64Cu的过程不属于化学变化
【答案】C
【解析】A项，Ni元素价层电子排布式为：3d84s2，所以Ni属于d区元素，A不符合题意；B项，原子中满足：质子数＋中子数＝质量数，64Ni的原子序数为28，64Ni原子的质量数为64，原子中满足：原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数，64Ni中中子数为64-28＝36，所以64Ni的中子数为36，B不符合题意；C项，同位素的定义是质子数相同，中子数不同的原子间互称同位素，同位素一定是同种元素，而64Ni与64Cu不是同一元素，所以不是同位素，C符合题意；D项，化学变化的最小粒子是原子，而64Ni经质子束流轰击获得64Cu是在原子核层面上发生的变化，其不属于化学变化，正确，D不符合题意；故选C。
【变式训练1·变考法】4019X、4018Z、4019Q、4020R+、4120M 5种微粒，所属元素的种类有( )
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
【答案】B
【解析】4019X、4019Q的质子数相同，所以是同一元素；4020R2+、4120M的质子数相同，所以是同一元素， 4120M是原子， 4020R2+是离子；4018Z是质子数为18的元素；所以共有3种元素，质子数分别为18、19、20，故选B。
【变式训练1·变题型】(2025·北京高三模拟预测)99Tc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)长达年。下列说法正确的是( )
A．99Tc的原子核内有43个中子
B．99Tc的半衰期长，说明在化学反应中99Tc难以失去电子
C．基态99Tc原子中有7个单电子
D．Tc位于第五周期Ⅶ族
【答案】D
【解析】A项，99Tc的原子核内有43个质子，中子数=99-43=56个，A错误；B项，99Tc的半衰期长是原子核内的变化，不能说明在化学反应中99Tc难以失去电子，B错误；C项，基态99Tc原子价电子排布式为4d55s2，基态99Tc原子中有5个单电子，C错误；D项，基态Tc原子价电子排布式为4d55s2，位于第五周期ⅦB族，D正确；故选D。
【变式训练3·变题型】(2025·北京朝阳高三模拟)钪(21Sc)是极为稀有的战略性关键金属。翟钪闪石是在我国境内发现的第一个含钪新矿物，理想化学式为。下列说法不正确的是( )
A．电负性： B．位于元素周期表区
C．原子半径： D．位于元素周期表第三周期第ⅣA族
【答案】B
【解析】A项，同周期从左到右，电负性依次增大，所以电负性：F>O，故A正确；B项，Sc是21号元素，基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d14s2，位于元素周期表d区，故B错误；C项，同周期自左而右，原子半径依次减小，所以原子半径：Na＞Mg，故C正确；D项，Si是14号元素，基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p2，位于元素周期表第三周期第ⅣA族，故D正确；故选B。
\l "_Tc17630" 考向2 考查核反应方程的简单分析
例2核反应和为研究原子结构和发现新原子做出了重要贡献。下列说法错误的是( )
A．c=13b
B．X、Y、Z形成的单质分子均为非极性分子
C．Q、R 为质量数相同的不同核素
D．基态 W 与Z原子核外电子的空间运动状态种类相等
【答案】B
【解析】由信息推知：W、X、Y、Z分别为He、N、O、H，核素R的质子数为91、质量数为234；
【解析】A项，根据分析可知，，A项正确；B项，X可以形成O2、O3两种单质分子，O3为极性分子，B项错误；C项，Q、R为质量数相同、质子数不同的不同核素，C项正确；D项，电子的空间运动状态数等于原子轨道数，基态He和H原子均只有1s轨道，故空间运动状态种类相等，D项正确；故选B。
思维建模 核反应方程分析思路
(1)质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核反应前后相等；
(2)电荷数守恒：各微粒左下角数字之和(正电荷数)在核反应前后相等
例：碳14的β衰变：eq \\al(14, 6)C→eq \\al(14, 7)N＋eq \\al( 0,－1)e
质量数守恒表达式：14＝14＋0；电荷数守恒表达式：6＝7－1。
【海洋与学科知识结合】【变式训练1】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．和属于同位素性 B．X为中子
C．核聚变的产物对环境更友好 D．与的沸点相同
【答案】D
【解析】A项，和均为氢元素，质子数相同，中子数不同，属于同位素，A正确；B项，根据守恒关系，X为中子，B正确； C项，相比于核裂变产物，核聚变的产物为，无放射性，对环境更友好，C正确；D项，与的相对分子质量不同，分子间的范德华力更大，沸点更高，D错误。故选D。
【变式训练2·变载体】科学家利用粒子(即氦核)进行多种核反应：、。已知和都具有放射性，下列说法错误的是
A．X元素位于元素周期表的第二周期第ⅥA族
B．和互为同位素，化学性质相同
C．、都可作为示踪原子
D．核反应产生的能量可用于发电，属于化学能转化为电能
【答案】D
【解析】A项，因为核反应过程中电子数不变，由题意可推出Z=8，所以X是O，位于元素周期表中第二周期第ⅥA族，A正确；B项，同位素的化学性质几乎相同，B正确；C项，由于、都具有放射性，所以均可作为示踪原子，C正确；D项，核反应不属于化学反应的范畴，利用核反应产生的能量发电是将核能转化为电能，D错误；故选D。
【变式训练3·变载体】卢瑟福发现质子的核反应为；卢瑟福的学生查德威克发现中子的核反应为。下列说法错误的是
A．Y元素的第一电离能高于同周期相邻元素的
B．元素的电负性：
C．和的简单氢化物中中心原子的价层电子对数目相同
D．的空间结构为直线形
【答案】B
【解析】由和结合质子守恒、质量守恒可知X为氧元素、Y为铍元素、Z为碳元素，据此回答。
【解析】A项，同周期第一电离能从左向右递增，铍在第ⅡA族，处于全充满结构，第一电离能大于相邻元素，铍大于硼，故A项正确；B项，同周期电负性从左向右递增，且氢元素大于铍元素，所以元素电负性X>H>Y，故B项错误；C项，X和Z的简单氢化物分别为H2O和CH4，其中心原子的价层电子对数均是4，故C项正确；D项，ZX2即为CO2，其中心原子杂化方式为sp，所以空间结构为直线形，故D项正确；故本题选B。
\l "_Tc16322" 考向3 考查“五同”概念辨析
例3下列说法正确的是( )
A．蔗糖和麦芽糖互为同分异构体
B．甲醇和乙二醇均含有羟基，互为同系物
C．金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石转化为石墨是物理变化
D．、互为同位素，它们的质量数、中子数、电子数均不同
【答案】A
【解析】A项，蔗糖和麦芽糖的分子式都为C12H22O11，但两者结构不同，互为同分异构体，A正确；B项，甲醇分子中只有一个羟基，而乙二醇分子是含有两个羟基，二者的分子式通式不同，因此二者不能互为同系物，B错误；C项，金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的不同的单质，三者互为同素异形体，金刚石与石墨是不同的物质，所以金刚石转化为石墨的变化属于化学变化，C错误；D项， 12C、14C质子数相同，而中子数不同，所以互为同位素，由于原子核外电子数等于原子核内质子数，所以两种原子的电子数相同，D错误；故选A。
思维建模 “五同”概念的比较
【变式训练1·变载体】下列说法正确的是( )
A．油酸与丙烯酸互为同系物 B．H2与T2互为同素异形体
C．14N和14C互为同位素 D．CH3OCHO与HCOOCH3互为同分异构体
【答案】A
【解析】A项，油酸与丙烯酸均各含1个碳碳双键、1个羧基，结构相似、组成上差15个CH2，互为同系物，A正确；B项，H2与T2均是氢分子、不互为同素异形体，B错误；C项，14N和14C的质子数不相同，不是同种元素，不互为同位素，C错误；D项，CH3OCHO与HCOOCH3均为甲酸甲酯，不互为同分异构体，D错误；故选A。
【变式训练2·变载体】下列说法正确的是( )
A．1H-、2H、3H+具有相同质子数，互为同位素 B．乙酸、硬脂酸互为同系物
C．乙醇和乙醚互为同分异构体 D．碘和碘蒸气互为同素异形体
【答案】B
【解析】A项，1H-、3H+均不是原子，故不是同位素，A错误；B项，乙酸、硬脂酸均为饱和脂肪酸，互为同系物，B正确；C项，乙醇分子式为C2H6O，乙醚分子式为C4H10O，不是同分异构体，C错误；D项，碘和碘蒸气的分子式均为I2，是同一物质的不同状态，D错误；故选B。
【变式训练3·变载体】下列说法正确的是( )
A．18O2和16O3互为同位素 B．S6和S8互为同素异形体
C．CH3COOCH3 与CH3OCHO不互为同系物 D．与互为同分异构体
【答案】B
【解析】A项，18O2和16O3是由同位素原子构成的分子，而不是原子，因此二者不能互为同位素，A错误；B项，S6和S8属于不同的单质，且都是由硫元素组成的构成，故互为同素异形体，故B正确；D项，CH3COOCH3 与CH3OCHO均为酯类，组成上相差1个CH2，互为同系物，C错误；D项，同分异构体是分子式相同结构不同的有机物的互称，与的碳原子个数不同，分子式不同，不可能互为同分异构体，故D错误；故选B。

考点二 原子核外电子运动状态
知识点1 电子的运动特征
电子是质量轻、带负电的微观粒子，并具有波粒二象性。电子可以在原子内部进行圆周运动，运动速度很快，接近光速，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘运动轨迹。
知识点2 能层与能级
1．能层：根据多电子原子的核外电子的能量差异，将核外电子分成不同的能层，能层用n表示。n值越大，能量越高。
2．能级
(1)根据多电子原子中同一能层电子能量的不同，将它们分成不同能级。
(2)能级用相应能层的序数和字母s、p、d、f组合在一起来表示，如n能层的能级按能量由低到高的顺序排列为ns、np、nd、nf等。
(3)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3s、3p、3d能级。
(4)s、p、d、f能级可容纳的电子数为1、3、5、7的二倍。
3．能层、能级与其容纳的最多电子数之间的关系
得分速记
(1)能层数＝电子层数。
(2)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。
知识点3 原子轨道
1．电子云：电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。小黑点越密，表示概率密度越大。由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称作电子云。
2．电子轮廓图：
概率密度为90%的电子云图，s电子云轮廓图是球形；p电子云轮廓图是哑铃形，p电子云有三种伸展方向(px，py，pz，它们相互垂直)，即p能级电子有3个伸展方向；d能级电子有5个伸展方向；f能级电子有7个伸展方向。
3．原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道，即电子云的伸展方向。
4．轨道能量
①同能层的不同能级能量s