2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第五章第1课时　原子结构及核外电子排布

[课时设计]

本章内容抽象,理论性较强,是宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知学科素养落实主阵地。必修、选修内容整合后按知识体系共设计5个课时突破。

第1课时　原子结构及核外电子排布

[课型标签:知识课　基础课]

知识点一　原子构成微粒及相互关系

1.原子的构成

(1)原子的构成微粒

(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系

①质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N);

②质子数=原子序数=核电荷数=核外电子数;

③阳离子:质子数=核外电子数+电荷数;

④阴离子:质子数=核外电子数-电荷数。

(3)一个信息丰富的符号

[名师点拨] 构成原子微粒之间关系的几个易错点

(1)任何微粒中,质量数=质子数+中子数,但质子数与电子数不一定相等,如阴、阳离子中。

(2)有质子的微粒不一定有中子,如1H;有质子的微粒不一定有电子,如H+。

(3)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素,如F与OH-。

(4)核外电子数相同的微粒,其质子数不一定相同,如Al3+、Na+、F-、N、OH-等。

2.元素、核素、同位素

(1)三素概念辨析

(2)同位素的特征与应用

①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一般不变。

(3)常见的重要核素及其应用

[名师点拨] (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,同素异形体——单质,同分异构体——化合物。

1.下列说法正确的是(　C　)

A.中子数为8的氮原子:N

BU中中子数与核外电子数之差为146

C.某元素的一个原子可表示为X,则一个X原子的质量约为 g

DLv的相对原子质量为293

解析:中子数为8的氮原子,其质量数为15,应写成N,故A项错误;中子数=质量数-质子数=238-92=146,则中子数与核外电子数之差=146-92=54,故B项错误;X中a表示质子数,b表示质量数,1 mol X的质量约为b g,则一个X原子的质量约为 g,故C项正确;293是Lv的质量数而不是相对原子质量,质量数是相对原子质量的近似值,故D项错误。

2.下列有关叙述错误的是(　B　)

A.1H与D互为同位素

B.14C可用于文物年代的鉴定,14C与12C互为同素异形体

C.Cl与Cl得电子能力相同

D.Fe与Fe的核外电子数相同,属于同一种元素

解析:D的原子符号又可以表示为H,与H的质子数均为1而中子数不同,互为同位素,故A项正确;14C与12C互为同位素而不是同素异形体,故B项错误;Cl与Cl互为同位素,由于Cl与Cl的核外电子数相等,所以化学性质相似,即得电子能力相同,故C项正确;Fe与Fe的质子数相同但中子数不同,是同种元素的两种不同的核素且核外电子数相同,故D项正确。

3.I是常规核裂变产物之一,可以通过测定大气或水中I的含量变化来监测核电站是否发生放射性物质泄漏。下列有关I的叙述中错误的是(　C　)

A.I的化学性质与I相同

B.I的质子数为53

C.I的原子核外电子数为78

D.I的原子核内中子数多于质子数

解析:I与I质子数相同,中子数不同,互为同位素,化学性质几乎完全相同,物理性质有差别,故A正确;原子符号X左下角数字代表质子数,故B正确;I是电中性原子,质子数等于原子核外电子数为53,故C错误;I的质子数为53,中子数=131-53=78,中子数多于质子数,故D正确。

4.某元素的一种同位素X的原子质量数为A,含N个中子,它与H原子组成HmX分子。在a g HmX中所含质子的个数为(　A　)

A. (A-N+m) B. (A-N)

C.(A-N) D.(A-N+m)

解析:同位素X的质量数为A,中子数为N,因此其质子数为A-N。又由于HmX中H为H,故HmX分子中的质子数为A-N+m,a g HmX分子中所含质子的物质的量为×(A-N+m)mol,故a g HmX中所含质子的个数为(A-N+m),故A项正确。

5.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w g R原子完全转化为R2-时,含有电子的物质的量是(　D　)

A. mol B. mol

C.w()mol D.(m-n+2)mol

解析:R原子的质子数为m-n,其核外电子数也为m-n,所以R2-的核外电子数为m-n+2,而w g R原子的物质的量为 mol,所以形成的R2-含有的电子的物质的量为(m-n+2)mol。

知识点二　原子核外电子排布

1.电子层(能层)、能级与原子轨道

(1)电子层(能层)(n):在多电子原子中,核外电子的能量是不同的,按照电子的能量差异将其分成不同能层。通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。

(2)能级:同一能层里电子的能量也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示,同一能层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高,即:E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。

(3)原子轨道:电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。

[特别提醒] 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。

(4)能层、能级的符号和最多所能容纳的电子数

2.基态原子的核外电子排布原理

(1)能量最低原理:电子尽可能地先占有能量低的轨道,然后进入能量高的轨道,使整个原子的能量处于最低状态。

如图为构造原理示意图,即基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序图:

注意:所有电子排布都需要满足能量最低原理。

(2)泡利不相容原理

每个原子轨道上最多只能容纳2个电子,且自旋状态相反。

如2s轨道上的电子排布为,不能表示为。

(3)洪特规则

当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。如2p3的电子排布为,不能表示为或。

洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低,如:24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。

3.核外电子排布的表示方法

[名师点拨] 核外电子排布常见错误

(1)在写基态原子的轨道表示式(电子排布图)时,常出现以下错误:

①(违反能量最低原理)

②(违反泡利不相容原理)

③(违反洪特规则)

④(违反洪特规则)

(2)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,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2,而失电子时,却先失4s轨道上的电子,如Fe3+:1s22s22p63s23p63d5。

(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式:[Ar]3d104s1;价电子排布式:3d104s1。

4.基态、激发态及光谱示意图

1.(2019·河南洛阳期末)下面说法中正确的是(　D　)

A.电子云图中的小黑点密度越大,说明该原子核外空间电子数目越多

B.某基态原子外围电子排布中最高能级的符号为3f

C.3d3表示3d能级上有3个轨道

D.ns能级的原子轨道图可表示为

解析:电子云图中的小黑点密度大,说明该原子核外空间电子出现的机会多,A错误;第三能层具有的能级只有s、p、d三种,B错误;3d3表示3d能级上有3个电子,C错误;ns能级的电子云是球形对称的,原子轨道图可表示为,D正确。

2.下列几种元素的表达式错误的是(　D　)

A.F-的轨道表示式:

B.次氯酸的电子式:

C.Mg2+的电子排布式:1s22s22p6

D.Cr的简化电子排布式:[Ar]3d44s2

解析:氟离子的核电荷数为9,核外电子数为9+1=10,核外电子排布式为1s22s22p6,则轨道表示式为,故A项正确;次氯酸中氧元素是-2价,氯元素是+1价,次氯酸的中心原子是氧原子,正确的电子式为,故B项正确;Mg2+含有的电子数为12-2=10,核外电子排布式为1s22s22p6,故C项正确;Cr的3d能级上有5个原子轨道,达到半满时能量较低,因此简化电子排布式为[Ar]3d54s1,故D项错误。

3.(2019·河南鹤壁模拟)第4周期的元素基态原子中,4s能级只有1个电子的元素共有(　C　)

A.1种 B.2种 C.3种 D.4种

解析:该元素最外层仅有的1个电子位于4s能级,即4s1,该原子4s能级未填充满,情况之一是按照能级顺序正常填充的结果:1s22s22p63s23p64s1,为K元素;情况之二是按照洪特规则的特例,即原子轨道处于全充满、半充满或全空时能量最低填充的结果,有1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1,为Cr元素和Cu元素,所以第4周期元素的基态原子中,4s能级只有1个电子的元素共有3种,故选C。

4.完成下列各题。

(1)(2019·全国Ⅱ卷)Fe成为阳离子时首先失去　　　　轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+价层电子排布式为　　　　　　　　。 

(2)(2018·江苏卷)Fe2+基态核外电子排布式为　　　　　　　　。 

(3)(2018·全国Ⅲ卷)Zn原子核外电子排布式为　　　　　　　　。 

(4)(2017·全国Ⅱ卷)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为　　　　　　　　　　。 

(5)(2017·全国Ⅰ卷)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是　　　　。 

(6)(2016·全国Ⅰ卷)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]　　　　　　　　。 

答案:(1)4s　4f5

(2)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6

(3)[Ar]3d104s2或1s22s22p63s23p63d104s2

(4)(或)

(5)N　(6)3d104s24p2