高考化学一轮复习第6章物质结构与性质元素周期律第27讲原子结构核外电子排布规律学案

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1．认识原子结构，知道元素、核素、同位素的含义。
2．了解原子核外电子的运动状态和排布原理，能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写1～36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式。
考点一 原子结构 核素、同位素
1．原子的构成
(1)构成微粒及作用。
原子( eq \\al(A, Z)X) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原子, 核\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(质子(Z个)——决定\(□,\s\up1(1)) 种类, 中子,[（A－Z）个]\f(与质子数共同,) 决定,\(□,\s\up1(2)) 种类)),核外电子（Z个）——最外层电子数,决定元素的\(□,\s\up1(3)) 性质))
(2)微粒间的数量关系。
①阳离子的核外电子数＝质子数 eq \(□,\s\up1(6)) ________阳离子所带的电荷数。
②阴离子的核外电子数＝质子数 eq \(□,\s\up1(7)) ________阴离子所带的电荷数。
③原子的核外电子数＝质子数＝核电荷数。
2．元素、核素、同位素
(1)元素、核素、同位素的关系。
(2)同位素的特征。
①化学性质 eq \(□,\s\up1(13)) ______________，物理性质 eq \(□,\s\up1(14)) ________。
②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数一般不变。
(3)氢元素的三种核素。
eq \\al(1,1) H：名称为氕，不含中子；
eq \\al(2,1) H：用字母D表示，名称为氘或重氢；
eq \\al(3,1) H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。
(4)常见的重要核素及其用途。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 元素 eq \(□,\s\up1(2)) 核素 eq \(□,\s\up1(3)) 化学 eq \(□,\s\up1(4)) 中子 eq \(□,\s\up1(5)) 质子
eq \(□,\s\up1(6)) － eq \(□,\s\up1(7)) ＋ eq \(□,\s\up1(8)) 质子数(核电荷数) eq \(□,\s\up1(9)) 质子 eq \(□,\s\up1(10)) 中子
eq \(□,\s\up1(11)) 质子数 eq \(□,\s\up1(12)) 中子数 eq \(□,\s\up1(13)) 基本相同 eq \(□,\s\up1(14)) 不同 eq \(□,\s\up1(15)) eq \\al(14, 6) C
eq \(□,\s\up1(16)) 制造氢弹
[易错秒判]
(1)所有的原子中都含有质子和中子 ( )
(2)中子数为20的氯原子可表示为 eq \\al(20,17) Cl( )
(3)质子数相同的原子不一定属于同一种元素( )
(4)一种元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子 ( )
(5)14C可用于文物的年代鉴定，14C与12C互为同素异形体( )
(6)核聚变如 eq \\al(2,1) H＋ eq \\al(3,1) H―→ eq \\al(4,2) He＋ eq \\al(1,0) n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化( )
(7)同位素的不同核素的物理、化学性质完全相同 ( )
(8)一种分子和一种离子的质子数相等，那么二者所含的电子数也一定相等( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)×
1．质量相等的 H eq \\al(18,2) O和 D eq \\al(16,2) O的中子数之比为________。
答案：1∶1
2．某元素的一个原子形成的离子可表示为 eq \\al(b,a) Xn－。若X原子与1H原子构成HnX分子，在m g HnX中所含原子的物质的量为________，所含中子的物质的量为_____________________________，
所含质子数为______，所含电子数为________________________________________________。
解析：X原子的质子数为a，质量数为b，中子数为(b－a)，它与1H原子构成HnX分子的质量数为(n＋b)，中子数为(b－a)，质子数为(n＋a)。m g HnX的物质的量为 eq \f(m,n＋b) ml，所含原子的物质的量为 eq \f(m,n＋b) (n＋1) ml，所含中子的物质的量为 eq \f(m,n＋b) (b－a) ml，所含质子数为 eq \f(m,n＋b) (n＋a)NA，所含电子数与质子数相等，为 eq \f(m,n＋b) (n＋a)NA。
答案： eq \f(m,n＋b) (n＋1) ml eq \f(m,n＋b) (b－a) ml eq \f(m,n＋b) (n＋a)NA
eq \f(m,n＋b) (n＋a)NA
3．现有下列9种微粒： eq \\al(1,1) H、 eq \\al(2,1) H、 eq \\al(13, ) 6C、 eq \\al(14, ) 6C、 eq \\al(14, ) 7N、 eq \\al(56,26) Fe2＋、 eq \\al(56,26) Fe3＋、 eq \\al(16, 8) O2、 eq \\al(16, ) 8O3。按要求完成以下各题：
(1) eq \\al(1,1) H、 eq \\al(2,1) H分别是氢元素的一种______________，它们互称为________。
(2)互为同素异形体的微粒是________________________。
(3) eq \\al(56,26) Fe2＋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。
解析：(1) eq \\al(1,1) H、 eq \\al(2,1) H分别是氢元素的一种核素； eq \\al(1,1) H、 eq \\al(2,1) H是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子，它们互称为同位素。(2) eq \\al(16, ) 8O2和 eq \\al(16, ) 8O3是同种元素组成的不同单质，二者互为同素异形体。(3) eq \\al(56,26) Fe2＋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： eq \\al(1,1) H、 eq \\al(2,1) H、 eq \\al(13, 6) C、 eq \\al(14, 6) C、 eq \\al(14, 7) N，有5种元素：H、C、N、Fe、O。
答案：(1)核素 同位素 (2) eq \\al(16, ) 8O2、 eq \\al(16, ) 8O3 (3)30 24
(4)5 5
考点二 核外电子运动状态与排布原理
1．核外电子运动状态
核外电子按能量不同分成能层，同一能层的电子，还被分成不同能级。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。
(1)原子核外能层、能级、原子轨道之间的关系。
(2)原子轨道的形状和能量。
2.基态原子和激发态原子 原子光谱
(1)基态原子：处于 eq \(□,\s\up1(33)) _____________________________的原子。
激发态原子：基态原子 eq \(□,\s\up1(34)) ________能量，它的电子会跃迁到较高能级，变为激发态原子。
(2)原子光谱。
不同元素原子的电子发生跃迁时会 eq \(□,\s\up1(35)) ______或 eq \(□,\s\up1(36)) ________不同的光，用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱便得到原子光谱。利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
3．基态原子的核外电子排布
(1)排布原则。
[特别提醒]
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的基态原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu的基态原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1。
(2)填充顺序——构造原理。
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构造原理。
(3)表示方法。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 1s eq \(□,\s\up1(2)) 2s eq \(□,\s\up1(3)) 2p eq \(□,\s\up1(4)) 3s eq \(□,\s\up1(5)) 3p eq \(□,\s\up1(6)) 3d eq \(□,\s\up1(7)) 4s
eq \(□,\s\up1(8)) 4p eq \(□,\s\up1(9)) 4d eq \(□,\s\up1(10)) 4f eq \(□,\s\up1(11)) 1 eq \(□,\s\up1(12)) 1 eq \(□,\s\up1(13)) 3 eq \(□,\s\up1(14)) 1 eq \(□,\s\up1(15)) 3 eq \(□,\s\up1(16)) 5
eq \(□,\s\up1(17)) 1 eq \(□,\s\up1(18)) 3 eq \(□,\s\up1(19)) 5 eq \(□,\s\up1(20)) 7 eq \(□,\s\up1(21)) 1 eq \(□,\s\up1(22)) 4 eq \(□,\s\up1(23)) 9 eq \(□,\s\up1(24)) 16 eq \(□,\s\up1(25)) 2 eq \(□,\s\up1(26)) 8
eq \(□,\s\up1(27)) 18 eq \(□,\s\up1(28)) 32 eq \(□,\s\up1(29)) 球 eq \(□,\s\up1(30)) 大 eq \(□,\s\up1(31)) 哑铃 eq \(□,\s\up1(32)) 大 eq \(□,\s\up1(33)) 最低能量状态 eq \(□,\s\up1(34)) 吸收 eq \(□,\s\up1(35)) 吸收 eq \(□,\s\up1(36)) 释放 eq \(□,\s\up1(37)) 吸收 eq \(□,\s\up1(38)) 发射
[易错秒判]
(1)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多 ( )
(2)p能级电子的能量一定比s能级电子的能量高( )
(3)硅原子核外电子的空间运动状态有14种( )
(4)磷元素基态原子的轨道表示式为( )
(5)22Ti的电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理( )
(6) 表示的原子能量处于最低状态( )
(7)激光、荧光都与原子核外电子跃迁释放能量有关( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√
1．按要求完成下列小题：
(1)基态Si原子的价层电子轨道表示式为__________，价层电子的运动状态有______种，若其电子排布式表示为[Ne]3s23p eq \\al(2,x) 违背了________________。
(2)基态Fe原子的核外电子中，运动状态不同的电子有________种，空间运动状态不同的电子有________种；Fe3＋的化学性质比Fe2＋稳定，其原因是_______________________________________
__________________________________________________。
(3)基态Ti原子、Br－的简化电子排布式分别为__________________、_____________________________________________________。
答案：(1) 4 洪特规则
(2)26 15 Fe3＋的3d轨道填充了5个电子，为半充满状态
(3)[Ar]3d24s2 [Ar]3d104s24p6
2．下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为______、______(填字母)。
解析：根据核外电子排布规律可知，基态Li原子的核外电子排布式为1s22s1，故D中能量最低；C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。
答案：D C
3．根据核外电子排布推断元素。
(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，A的元素符号为_________________________________________，
其基态原子的价层电子轨道表示式为__________________________________________________。
(2)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为__________________________________________________。
(3)元素D的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的核外电子排布式为_____________________________________________________。
答案：(1)N
(2)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1{或[Ar]3d104s1}
(3)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2{或[Ar]3d64s2}
1.(1)(2023·新高考北京卷)基态S原子的价层电子排布式为________。
(2)(2023·高考全国乙卷)基态Fe原子的价层电子排布式为________。
(3)(2023·浙江6月选考)基态N原子的价层电子排布式为____________________。
(4)(2023·新高考广东卷)基态Fe2＋的3d电子轨道表示式为____________。
(5)(2022·新高考海南卷)基态O原子的电子排布式为______________，其中未成对电子有________个。
(6)(2022·新高考山东卷)基态Ni原子的价层电子排布式为________。
(7)(2022·高考全国乙卷)氟原子激发态的电子排布式有________(填标号，下同)，其中能量较高的是________。
a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2
c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2
(8)(2022·新高考河北卷)基态S原子的价层电子中，两种自旋状态的电子数之比为________。
答案：(1)3s23p4 (2)3d64s2 (3)2s22p3
(4) (5)1s22s22p4 2 (6)3d84s2
(7)ad d (8)1∶2(或2∶1)
2．(2022·新高考北京卷)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
解析：选A。A.Sr位于元素周期表中第五周期第ⅡA族，故A错误；B.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；C.87Sr的中子数为87－38＝49，86Sr的中子数为86－38＝48，故C正确；D.由题意可知，38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变，故D正确。
3．(2022·新高考山东卷) eq \\al(13, 8) O、 eq \\al(15, 8)O的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下： eq \\al(16, 8 )O＋ eq \\al(3,2) He―→ eq \\al(13, 8)O＋ eq \\al(a,b) X； eq \\al(16, 8 )O＋ eq \\al(3,2) He―→ eq \\al(15, 8)O＋ eq \\al(m,n) Y。下列说法正确的是( )
A．X的中子数为2
B．X、Y互为同位素
C． eq \\al(13, 8) O、 eq \\al(15, 8)O可用作示踪原子研究化学反应历程
D．自然界不存在 eq \\al(13, 8)O2、 eq \\al(15, 8)O2分子是因其化学键不稳定
解析：选B。A.由质量守恒可知，X微粒为 eq \\al(6,2) He，根据质量数等于质子数与中子数之和可知，该微粒的中子数为4，A错误；B.由质量守恒可知，Y微粒为 eq \\al(4,2) He， eq \\al(6,2) He和 eq \\al(4,2) He是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素，故二者互为同位素，B正确；C.由题干信息可知， eq \\al(13, 8)O与 eq \\al(15, 8)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错误；D.自然界中不存在 eq \\al(13, 8)O2与 eq \\al(15, 8)O2分子是因为 eq \\al(13, 8) O与 eq \\al(15, 8)O的半衰期很短，很容易发生核变化，转化为其他原子，D错误。
4．(2021·新高考河北卷)用中子轰击 eq \\al(N,Z) X原子产生α粒子(即氦核 eq \\al(4,2) He)的核反应为 eq \\al(N,Z) X＋ eq \\al(1,0) n―→ eq \\al(7,P) Y＋ eq \\al(4,2) 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
解析：选A。根据元素Y在化合物中呈＋1价及 eq \\al(N,Z) X＋ eq \\al(1,0) n―→ eq \\al(7,P) Y＋ eq \\al(4,2) He可知，X为B元素、Y为Li元素。H3BO3为弱酸，可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液，A正确；Li单质在空气中燃烧的产物是Li2O，B错误；B元素与H元素可形成多种共价化合物，如B2H6、B4H10等，C错误；同素异形体是由同一种元素组成的不同形态的单质，故6Y和7Y不互为同素异形体，而互为同位素，D错误。
课时跟踪练
[基础巩固]
1．(2024·珠海实验中学测试)我国“奋斗者”号载人潜水器下潜深度达10 909米。其载人舱球壳材料Ti62A是一种新型钛合金。下列说法错误的是( )
A． eq \\al(46,22) Ti、 eq \\al(47,22) Ti、 eq \\al(48,22) Ti、 eq \\al(49,22) Ti、 eq \\al(50,22) Ti互为同位素
B． eq \\al(48,22) Ti的中子数为22
C．该钛合金的耐压性能好
D． eq \\al(48,22) Ti的L层有8个电子
解析：选B。A.质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素， eq \\al(46,22) Ti、 eq \\al(47,22) Ti、 eq \\al(48,22) Ti、 eq \\al(49,22) Ti、 eq \\al(50,22) Ti均为Ti的原子，互为同位素，故A正确；B. eq \\al(48,22) Ti的质子数为22，中子数为48－22＝26，故B错误；C.根据题意可知，该钛合金的耐压性能好，故C正确；D. eq \\al(48,22) Ti的L层为第二层，Ti原子有四个电子层，故第二层有8个电子，故D正确。
2．(2024·湛江模拟)“钚-239”是氢弹的重要原料。下列说法正确的是( )
A． eq \\al(239, 94) Pu原子核中含有239个质子
B．238Pu、239Pu与241Pu属于不同的核素
C．238Pu与238U互为同位素
D． eq \\al(239, 94) Pu与 eq \\al(241, 94) Pu含有不同的电子数
解析：选B。A. eq \\al(239, 94) Pu原子的质量数为239，质子数为94，故A错误；B.238Pu、239Pu与241Pu是中子数不同、质子数相同的原子，属于不同的核素，故B正确；C.238Pu与238U是不同元素的原子，不互为同位素，故C错误；D. eq \\al(239, 94) Pu与 eq \\al(241, 94) Pu具有相同的质子数，二者的核外电子数相同，故D错误。
3．科学家利用α粒子(即氦核 eq \\al(4,2) He)进行多种核反应： eq \\al(3,2) He＋ eq \\al(2,1) H―→ eq \\al(4,2) He＋ eq \\al(1,1) H、 eq \\al(14, 7) N＋ eq \\al(4,2) He―→ eq \\al(17, Z) X＋ eq \\al(1,1) H。已知 eq \\al(2,1) H和 eq \\al(3,1) H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． eq \\al(1,1) H和 eq \\al(2,1) H互为同位素，化学性质几乎相同
C． eq \\al(2,1) H、 eq \\al(3,1) H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
解析：选D。A.由质量守恒可推出，Z＝8，所以X是O元素，位于元素周期表中第二周期第ⅥA族，A正确；B.同位素的化学性质几乎相同，B正确；C.由于 eq \\al(2,1) H、 eq \\al(3,1) H都具有放射性，所以均可作为示踪原子，C正确；D.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。
4．已知某原子结构示意图为。下列有关说法不正确的是( )
A．结构示意图中x＝2
B．该原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2
C．该原子的轨道表示式为
D．该原子结构中共有5个能级上填充有电子
解析：选C。由原子结构示意图可知，K层电子排满时为2个电子，故x＝2，该元素为硅，故A正确；硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，故B正确；硅原子的轨道表示式为，故C错误；该原子结构中共有1s、2s、2p、3s、3p这5个能级上填充有电子，故D正确。
5．下列说法错误的是( )
A．电子排布式(23V)1s22s22p63s23p63d5违反了洪特规则
B．违反了泡利不相容原理
C．原子核外电子排布遵循“使整个原子处于能量最低的状态”为总原则
D．同一原子中，2p、3d、4f能级的轨道数依次增多
答案：A
6．量子力学原子结构模型中的原子轨道是用来描述核外电子空间运动状态的。下列关于原子轨道的叙述正确的是( )
A．原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同
B．第n电子层上共有2n2个原子轨道
C．任意电子层上的p能级都有3个伸展方向相互垂直的原子轨道
D．处于同一原子轨道上的电子，运动状态完全相同
解析：选C。原子轨道与宏观物体的运动轨道不同，它是指电子出现的主要区域，而不是电子运动的实际轨迹，A项错误；第n电子层上共有n2个原子轨道，B项错误；原子核外每个电子的运动状态都不同，D项错误。
7．下列说法正确的是( )
A．金属钠的焰色是黄色，它的产生与电子的跃迁吸收能量有关
B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C．氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱中只有一根或明或暗的线
D．光谱分析就是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素
解析：选D。光的产生与电子的跃迁释放能量有关，A错误；能层和能级只是表明电子在该处出现的概率大小，与电子运动的位置无关，B错误；氢原子核外只有一个电子，但它的激发态存在多种情况，当电子跃迁到较低状态时释放能量，发出多种不同波长的光，故它产生的原子光谱中不会只有一根或明或暗的线，C错误；光谱分析就是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，D正确。
8．工业上通常利用反应2Al2O3(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解)) 4Al＋3O2↑来获得单质铝，该反应还需要添加Na3AlF6(冰晶石)以降低氧化铝的熔点。下列表示相关微粒的化学用语错误的是( )
A．质子数与中子数相等的氟原子： eq \\al(18, 9)F
B．AlF eq \\al(3－,6) 的中心离子的结构示意图：
C．基态钠原子的价层电子排布式：3s1
D．基态氟原子的轨道表示式：
解析：选D。氟原子的质子数为9，质子数与中子数相等的氟原子的质量数为18，原子符号表示为 eq \\al(18, 9) F，故A项正确；铝离子的结构示意图为，故B项正确；基态钠原子的电子排布式为1s22s22p63s1，价层电子排布式为3s1，故C项正确；基态氟原子的轨道表示式为，故D项错误。
9．前四周期元素X、Y、Z、M、R的原子序数依次增大，X、Z位于第二周期，基态原子的未成对电子数都是2；基态M原子的核外电子占据10个原子轨道，且全充满；R3＋的价层电子排布式为3d5。回答下列问题：
(1)基态Z原子的轨道表示式为________________________________________________________________________。
(2)X形成的单质中能导电的物质名称是________________________________________________________________________。
(3)Y的基态原子中未成对电子数与成对电子数之比为________。
(4)在X、Y、Z的简单氢化物中，稳定性最强的氢化物是__________(填化学式)。
(5)MZ2常用于长途运输海鲜产品，它与水反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(6)R的含氧酸钾盐的化学式为K2RO4，具有强氧化性。在它的溶液中滴加稀硫酸，溶液变黄色，并产生无色气泡，写出该反应的离子方程式：________________________________________________
______________________________________________________。
答案：(1) (2)石墨(或石墨烯) (3)3∶4
(4)H2O (5)2CaO2＋2H2O===2Ca(OH)2＋O2↑
(6)4FeO eq \\al(2－,4) ＋20H＋===4Fe3＋＋3O2↑＋10H2O
10．现有六种元素，其中A、B、C、D为短周期主族元素，E、F为第四周期元素，它们的原子序数依次增大。
续上表
根据上述信息，完成下列各题。
(1)画出基态A原子的核外电子轨道表示式：_________________________________________________________。
(2)某同学画的基态B原子的核外电子轨道表示式为，该轨道表示式违背了________________________________________。
(3)基态D原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个伸展方向，呈________形。
(4)写出C原子的电子排布式：______________；写出E原子的简化电子排布式：_________________________________________。
(5)写出F元素原子的价层电子排布式：____________________________________________________________。
解析：A、B、C、D为短周期主族元素，原子序数依次增大，A元素原子的核外p电子数比s电子数少3，电子排布式为1s22s22p1，即A为硼元素；B元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具，即B为碳元素；C元素基态原子p轨道有3个未成对电子，价层电子排布式为ns2np3，由D原子核外所有p轨道全充满或半充满可知，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，即D为磷元素，结合原子序数可知，C元素原子的价层电子排布式为2s22p3，即C为氮元素；E是所在周期中未成对电子数最多的，又因为E为第四周期元素，第四周期元素中未成对电子数最多的原子应该是3d能级容纳5个电子、4s能级容纳1个电子，其价层电子排布式为3d54s1，即E为铬元素；F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物，即F为铜元素。(1)A为硼元素，基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1，其核外电子轨道表示式为。(2)B为碳元素，基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，由洪特规则可知，基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，故该同学所画的核外电子轨道表示式违反了洪特规则。(3)D为磷元素，基态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，3p能级上电子能量最高，3p电子云在空间有3个伸展方向，呈哑铃形。(4)C为氮元素，氮原子的电子排布式为1s22s22p3；E为铬元素，铬原子的简化电子排布式为[Ar]3d54s1。(5)F为铜元素，铜原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s1，其价层电子排布式为3d104s1。
答案：(1) (2)洪特规则 (3)3 哑铃
(4)1s22s22p3 [Ar]3d54s1 (5)3d104s1
[素养提升]
11．核外电子的能量不仅与电子所处的能层、能级有关，还与核外电子的数目及核电荷数有关。氩原子与硫离子的核外电子排布相同，都是1s22s22p63s23p6。下列说法正确的是( )
A．两粒子的1s能级上电子的能量相同
B．两粒子的3p能级上的电子离核的距离相同
C．两粒子的电子发生跃迁时，产生的光谱不同
D．两粒子都达8电子稳定结构，化学性质相同
答案：C
12．短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。下列关于基态R原子的描述正确的是 ( )
A．基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形
B．基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n＝2或3)
C．基态R原子的原子轨道总数为9
D．基态R原子的轨道表示式为
解析：选A。由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知，可能有两种情况：p能级上只有2个电子，R为第ⅣA族元素，为C或Si；p能级上有4个电子，R为第ⅥA族元素，为O或S，故只有A正确。
13．(2024·茂名高三质检)钼元素为人体及动植物必需的微量元素，也在钢铁工业中有着重要的作用，钼作为钢的合金化元素，可以提高钢的强度，特别是高温强度和韧性。我国钼元素的储量丰富，在世界上占第二位。如图所示是钼元素的相关信息，下列有关钼的说法错误的是( )
A．1个95M18O eq \\al(2－,4) (钼酸根离子)中含有76个电子
B．M元素是第五周期的主族元素
C．92M、95M、98M互为同位素，化学性质几乎相同
D．98M的原子核内中子数比质子数多14
解析：选B。由题图可知，M原子的核外电子数为42，O原子的核外电子数为8，故1个95M18O eq \\al(2－,4) (钼酸根离子)中含有的电子数为42＋8×4＋2＝76，故A正确；M元素位于元素周期表中第五周期第ⅥB族，属于副族元素，故B错误；92M、95M、98M的质子数相同、中子数不同，三者互为同位素，由于原子最外层电子数相同，因此化学性质几乎相同，故C正确；98M的质子数为42，中子数为98－42＝56，原子核内中子数比质子数多56－42＝14，故D正确。
14．地表水和地下水都来源于大气降水，但重水(D2O)和轻水(H2O)中同位素含量是不同的，有时差别还相当大，氧常见的核素有16O、17O和 18O。下列有关说法正确的是( )
A．H2和D2互为同分异构体，二者的化学性质几乎相同
B．H eq \\al(16,2) O、H eq \\al(17,2) O、H eq \\al(18,2) O互为同位素，都能与金属钠发生反应
C．18O2和18O3互为同素异形体，二者的密度之比为2∶3
D．电解一定量的D eq \\al(18,2) O时，阴、阳两极所得气体的质量之比约为2∶9
解析：选D。H2和D2为同一种物质，A错误；16O、17O、18O互为同位素，H eq \\al(16,2) O、H eq \\al(17,2) O、H eq \\al(18,2) O既不互为同位素，也不互为同素异形体，B错误；相同状况下密度之比等于摩尔质量之比，题中未说明相同状况，无法计算，C错误；电解一定量的D eq \\al(18,2) O时，阴、阳两极会收集到物质的量之比约为2∶1的D2和18O2，质量之比约为2∶9，D正确。
15．元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素，A元素原子的最外层电子排布式为ns1；B元素原子的价层电子排布式为ns2np2；C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等；D元素原子的M层的p能级中有3个未成对电子；E元素原子有5个未成对电子。
(1)写出元素名称：C________；D________；E________。
(2)基态C原子的轨道表示式为___________________________________________________。
(3)当n＝2时，B的最简单气态氢化物的电子式为____________________，BC2分子的结构式是__________；当n＝3时，B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是_____________________________________________________。
(4)若A元素原子的最外层电子排布式为2s1，B元素原子的价层电子排布式为3s23p2，A、B、C、D四种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________________(用元素符号表示)。
(5)E元素原子的价层电子排布式是________，在元素周期表中的位置是________________，其最高价氧化物的化学式是________。
解析：元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素，A元素原子的最外层电子排布式为ns1，A位于第ⅠA族；B元素原子的价层电子排布式为ns2np2，B位于第ⅣA族；C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等，电子排布式为1s22s22p4，C为O元素；D元素原子的M层的p能级中有3个未成对电子，电子排布式为1s22s22p63s23p3，D为P元素；E元素原子有5个未成对电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，E为Mn元素。
(1)由上述分析可知，C、D、E的名称分别为氧、磷、锰。(2)C为O元素，基态O原子的轨道表示式为。(3)当n＝2时，B是C元素，最简单气态氢化物(甲烷)的电子式为分子的结构式是OCO；当n＝3时，B为Si元素，O、Si形成的化合物为二氧化硅，二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO eq \\al(2－,3) ＋H2O。(4)若A元素原子的最外层电子排布式为2s1，A为Li元素，B元素原子的价层电子排布式为3s23p2，B为Si元素，C为O元素，D为P元素，第一电离能由大到小的顺序是O＞P＞Si＞Li。(5)Mn元素原子的价层电子排布式是3d54s2，在元素周期表中的位置是第四周期第ⅦB 族，最高正化合价为＋7价，其最高价氧化物的化学式为Mn2O7。
答案：(1)氧 磷 锰 (2)
(3) O===C===O SiO2＋2OH－===SiO eq \\al(2－,3) ＋H2O (4)O＞P＞Si＞Li (5)3d54s2 第四周期第ⅦB族 Mn2O7
核素
eq \\al(235, 92) U
eq \(□,\s\up1(15)) ________
eq \\al(2,1) H
eq \\al(3,1) H
eq \\al(18, 8) O
用途
核燃料
考古断代
eq \(□,\s\up1(16)) ________
示踪原子
能层(n)
一
二
三
四
能层符号
K
L
M
N
能级符号
eq \(□,\s\up1(1)) ______
eq \(□,\s\up1(2)) ______
eq \(□,\s\up1(3)) ______
eq \(□,\s\up1(4)) ______
eq \(□,\s\up1(5)) ______
eq \(□,\s\up1(6)) ______
eq \(□,\s\up1(7)) ______
eq \(□,\s\up1(8)) ______
eq \(□,\s\up1(9)) ______
eq \(□,\s\up1(10)) ______
各能级原
子轨道数
eq \(□,\s\up1(11)) ______
eq \(□,\s\up1(12)) ______
eq \(□,\s\up1(13)) ______
eq \(□,\s\up1(14)) ______
eq \(□,\s\up1(15)) ______
eq \(□,\s\up1(16)) ______
eq \(□,\s\up1(17)) ______
eq \(□,\s\up1(18)) ______
eq \(□,\s\up1(19)) ______
eq \(□,\s\up1(20)) ______
各能层原
子轨道数
eq \(□,\s\up1(21)) ______
eq \(□,\s\up1(22)) ______
eq \(□,\s\up1(23)) ______
eq \(□,\s\up1(24)) ______
最多容纳
电子数
eq \(□,\s\up1(25)) ______
eq \(□,\s\up1(26)) ______
eq \(□,\s\up1(27)) ______
eq \(□,\s\up1(28)) ______
轨道形状
能量比较
s轨道呈 eq \(□,\s\up1(29)) ____形，能层序数越大，原子轨道的半径越 eq \(□,\s\up1(30)) ___________________
形状相同的原子轨道能量的高低：1s<2s<3s<4s……
p轨道呈 eq \(□,\s\up1(31)) ________形，能层序数越大，原子轨道的半径越 eq \(□,\s\up1(32)) ________
同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，即npx＝npy＝npz
能量最
低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低
泡利(不相
容)原理
在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，且它们的自旋相反
洪特规则
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行
表示方法
举例
原子结构示意图
电子排布式
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
简化电子排布式
Cu：[Ar]3d104s1
价层电子排布式
Fe：3d64s2
轨道表示式(又称电子排布图)
A元素原子的核外p电子数比s电子数少3
B元素形成的物质种类繁多，其形成的一种固体单质工业上常用作切割工具
C元素基态原子p轨道有3个未成对电子
D原子核外所有p轨道全充满或半充满
E是所在周期中未成对电子数最多的
F能形成红色(或砖红色)的F2O和黑色的FO两种氧化物