2023届新高考新教材化学人教版一轮学案-第五章第1讲　原子结构　原子核外电子排布.docx

第1讲原子结构原子核外电子排布复习目标核心素养1.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。2能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写136号元素基态原子的核外电子排布式和电子排布图，并说明含义。1.宏观辨识与微观探析：能从能层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。2证据推理与模型认知：能运用构造原理和能量最低原理，揭示元素原子核外电子排布的规律。3变化观念与平衡思想：能多角度、动态地分析核外电子的运动状态及原子结构的变化规律，认识元素性质的变化规律。考点一原子结构核素同位素1原子结构(1)构成原子的粒子及作用(2)粒子之间的关系原子中：质子数(Z)核电荷数核外电子数；质量数(A)质子数(Z)中子数(N)；阳离子的核外电子数质子数阳离子所带的电荷数；阴离子的核外电子数质子数阴离子所带的电荷数。(3)微粒符号周围数字的含义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)同位素的特征同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大；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。两种相对原子质量辨析原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C质量的的比值。其近似值可用质量数代替。元素的相对原子质量：是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。如Ar(Cl)Ar(35Cl)×a%Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)35×a%37×b%。(3)氢元素的三种核素H：名称为氕，不含中子；H：用字母D表示，名称为氘或重氢；H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。(4)几种重要核素的用途核素UCHHO用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子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。质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH；核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3和Na。(1)任何原子的原子核均有质子和中子，任何离子均有电子。(×)(2)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。()(3)核聚变如HHHen，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。(×)(4)Cl与Cl得电子能力几乎相同。()(5)一种核素只有一种质量数。()(6)H2、D2、HD均为氢元素的不同单质，三者属于同素异形体。(×)题点一核素同位素的概念辨析“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料。下列关于Pu的说法正确的是()A.Pu与U互为同位素B.Pu与Pu互为同素异形体C.Pu与U具有完全相同的化学性质D.Pu与Pu具有相同的最外层电子数【解析】Pu与U的质子数不同，不互为同位素，A错误；Pu与Pu均是核素，不是单质，不互为同素异形体，B错误；Pu与U的质子数不同，属于不同的元素，不可能具有完全相同的化学性质，C错误；Pu与Pu的质子数相同，具有相同的最外层电子数，D正确。【答案】D对点训练11919年卢瑟福用粒子(即氦核He)轰击非金属原子X，得到核素Y，首次实现了原子核的人工转变，核反应方程式为XHeYM。M原子的质子数比中子数多1，X与Y的质子数之和等于与X同主族下方紧邻元素的质子数，上述所有元素均为短周期元素。下列说法正确的是()A.X的相对原子质量为14B第一电离能：X<YC简单离子的半径：X<YD简单气态氢化物的还原性：X>Y解析：D由核反应方程式、质子数守恒，可推出M的质子数为1，则M为H；再根据质量数守恒，A4171，则A14；与X同主族下方紧邻元素的质子数为Z8，根据题意：ZZ1Z8，解得Z7，推出X为N元素，Y为O元素。N的质量数为14，相对原子质量应该与质量数近似，但不等于14，A错误；基态氮原子的2p轨道为半充满，体系能量低，较稳定，第一电离能氮大于氧，B错误；简单离子的半径：N3>O2，C错误；因非金属性O>N，故简单气态氢化物的还原性NH3>H2O。故选D。题点二微粒中“粒子数”的确定某元素的一种同位素X原子的质量数为A，它与2H原子组成2HmX分子，此分子含N个中子，在a g2HmX中所含电子的物质的量是()A.(ANm)molB.(AN)molC.(ANm)molD.(AN2m)mol【解析】2HmX分子含N个中子，则同位素X含中子数为(Nm)，由同位素X的原子质量数为A可知，质子数为(ANm)，则每个2HmX分子含有质子数为(AN2m)，a g2HmX的物质的量为 mol，故含有质子物质的量为(AN2m)mol，因中性分子中质子数等于电子数，则a g2HmX中所含电子的物质的量是(AN2m)mol，故选D。【答案】D母题延伸在上题a g2HmX中X原子所含中子的物质的量是_mol。提示：×(Nm)对点训练2(双选)月球上的每百吨He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量，地球上氦元素主要以He的形式存在。已知一个C原子的质量为a g，一个He原子的质量为b g，NA为阿伏加德罗常数。下列说法正确的是()AHe比He少一个中子B氦元素的近似相对原子质量为3.5C.He的相对原子质量为D.He的摩尔质量为bNA解析：AC He比He少一个中子，A正确；不能确定核素的原子百分含量，因此不能计算氦元素的近似相对原子质量，B错误；一个原子的真实质量与一个C原子质量的的比值是该核素的相对原子质量，因此He的相对原子质量为，C正确；He的摩尔质量为bNA g·mol1，D错误。对点训练3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()A molB molC mol D(mn2) mol解析：DR原子的质子数为(mn)个，其核外电子数也为(mn)个，所以R2的核外电子数为(mn2)个，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(mn2) mol，故选D。名师点拨 求一定质量的某物质中粒子数的答题模板物质的质量物质的量指定粒子的物质的量粒子数考点二原子核外电子排布1能层和能级(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：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。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。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。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2.电子云与原子轨道(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)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。能级符号电子云形状空间延伸方向s球形一种p哑铃形三种(相互垂直，分别相对于x、y、z轴对称)d/f/(3)轨道能量同能层的不同能级能量s<p<d<f。不同能层相同能级的能量1s<2s<3s，2p<3p<4p，半径随能层增大而增大。同能层同能级不同轨道能量相同2px2py2pz。3基态原子核外电子排布(1)构造原理：随着原子核电荷数的递增，原子核每增加一个质子，原子核外便增加一个电子，这个电子大多是按如图所示的能级顺序填充的，填满一个能级再填一个新能级。(2)排布原则泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理。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，而且自旋状态相同。能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理，能使整个原子的能量处于最低状态。(3)表示方法表示方法以硫原子为例原子结构示意图电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式Ne3s23p4电子排布图（轨道表示式）价电子排布式3s23p44原子状态与原子光谱(1)基态原子：处于最低能量的原子。(2)激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁到较高能级，变成激发态原子。(3)原子光谱光谱的成因与分类。光谱分析：在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。光谱分析的应用：鉴定元素。(1)p能级能量一定比s能级的能量高。(×)(2)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(×)(3)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(×)(4)磷元素基态原子的轨道表示式为 (×)(5)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。(×)题点一电子排布式轨道表达式的规范书写(2021·青岛月考)已知A原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；B原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；C原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。(1)A原子的结构示意图：_；(2)B原子的轨道表示式：_；(3)C原子的核外电子排布式：_；(4)A离子的电子式：_。【解析】由题意可知，A原子的3p轨道上有5个电子，则A为Cl；B原子的2p轨道上有4个电子，则B为O；C原子的外围电子排布式为4s1，则C为K。【答案】(3)1s22s22p63s23p64s1(或Ar4s1)母题变式(1)电子排布式的书写顺序与电子排布顺序相同吗？为什么？(2)价电子排布式与最外层电子排布式相同吗？试举例说明。提示：(1)电子排布式的书写顺序电子排布顺序。电子进入能级的顺序是按照构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写规则是按照能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f的顺序排布。(2)价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子，是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素中，价电子数就是最外层电子数；副族元素原子的价电子，除最外层电子外，还可包括次外层电子。例如，Mn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为3d54s2。对点训练1(2021·成都模拟)下列各项叙述错误的是()A如果硫原子核外电子排布图为 ，则违反了泡利原理B如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理C氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理D泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求答案：A规律总结“两原理，一规则”的正确理解(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则原子能量不处于最低状态。在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，即ns2、np3、np6等是相对稳定结构状态。如Cr：Ar3d54s1、Mn：Ar3d54s2、Cu：Ar3d104s1、Zn：Ar3d104s2。(3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n1)d放在ns前。对点训练2(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，其元素符号为_；其价电子轨道表示式为_。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为_，C离子的结构示意图为_。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为_，其基态原子的电子排布式为_，其原子的结构示意图为_。(4)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_，其基态原子的电子排布式为_。(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn2，则n_；原子中能量最高的是_电子，核外电子轨道表示式为_。答案：(1)N(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)(5)22p 题点二电子跃迁与原子光谱下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A1s22s22p63s21s22s22p63p2B1s22s22p33s11s22s22p4C1s22s21s22s12p1D1s22s22p1s22s22p【解析】A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。【答案】B母题变式从电子跃迁的角度指出焰色试验呈现不同颜色光的原理是_。提示：吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量对点训练3(2021·西安模拟)温州大学王舜教授课题组与美国北德克萨斯大学ZhenhaiXia教授合作在杂原子掺杂碳的超级电容领域取得了新突破。下列C原子电子排布图表示的状态中能量关系正确的是()AB>>>C>>> D>>解析：C电子能量为1s<2s<2p，则2p轨道上电子越多，1s、2s轨道上电子越少，其能量越高，则能量由高到低的顺序是>>>。1(2021·河北卷，5)用中子轰击X原子产生粒子(即氦核He)的核反应为：X nYHe。已知元素Y在化合物中呈1价。下列说法正确的是()AH3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液BY单质在空气中燃烧的产物是Y2O2CX和氢元素形成离子化合物D6Y和7Y互为同素异形体解析：A根据元素Y在化合物中呈1价及XnYHe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；同素异形体是指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，二者互为同位素，D错误。2(2021·湖南卷，7)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Y的原子序数等于W与X的原子序数之和，Z的最外层电子数为K层的一半，W与X可形成原子个数比为21的18e分子。下列说法正确的是()A简单离子半径：Z>X>YBW与Y能形成含有非极性键的化合物CX和Y的最简单氢化物的沸点：X>YD由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性解析：BZ的最外层电子数为K层的一半，则Z的最外层电子数为1，又W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，则Z不可能为氢、锂元素，故Z为第三周期的Na元素。Y的原子序数等于W与X的原子序数之和，且Y的原子序数小于11，又W与X可形成原子个数比为21的18e分子，分析可知N2H4符合题意，故W为氢元素、X为氮元素，则Y为氧元素。Z、X、Y的简单离子核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小，即简单离子半径：X>Y>Z，A错误；W与Y能形成H2O2，既含有极性键又含有非极性键，B正确；X和Y形成的最简单氢化物分别为NH3和H2O，常温下，NH3为气态，H2O为液态，故H2O的沸点更高，C错误；由氢、氮、氧三种元素所组成的化合物NH3·H2O的水溶液呈碱性，D错误。3(2020·江苏卷，2)反应8NH33Cl2=6NH4ClN2可用于氯气管道的检漏。下列表示相关微粒的化学用语正确的是()A中子数为9的氮原子：NBN2分子的电子式：NNCCl2分子的结构式：ClClDCl的结构示意图：解析：CA项，中子数为9的氮原子表示为N，错误；B项，N2分子的电子式为，错误；C项，1个Cl2分子中只存在一对共用电子对，其结构式为ClCl，正确；D项，Cl的结构示意图为，错误。4(2020·全国卷，11)1934年约里奥居里夫妇在核反应中用粒子(即氦核He)轰击金属原子X，得到核素Y，开创了人造放射性核素的先河：XHeYn其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是()A.X的相对原子质量为26BX、Y均可形成三氯化物CX的原子半径小于Y的DY仅有一种含氧酸解析：B由守恒关系可知元素X的质量数为27，X的相对原子质量近似等于该原子的质量数，A项错误；X与Y最外层电子数之和为8，质子数相差2，且X为金属元素，可推知X为Al元素，Y为P元素，二者都有3价，都可以形成三氯化物，B项正确；同一周期主族元素自左向右，原子半径逐渐减小，故Al的原子半径大于P，C项错误；P元素的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等，D项错误。5(经典高考组合题)电子排布式和轨道表示式的书写。(1)(2020·全国卷)基态Ti原子的核外电子排布式为_。(2)(2020·天津卷)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为_，基态Fe原子的电子排布式为_。(3)(2019·全国卷)Fe成为阳离子时首先失去_轨道电子，Sm的价层电子排布式4f66s2，Sm3价层电子排布式为_。(4)(2019·全国卷)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是_(填标号)。(5)(经典高考题)基态Fe原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_。答案：(1)1s22s22p63s23p63d24s2或Ar3d24s2(2)第四周期第族1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2(3)4s4f5(4)A