2023屆新高考新教材化學魯科版一輪學案-第5章第15講　原子結構　基態(tài)原子的核外電子排布

第15講原子結構基態(tài)原子的核外電子排布復習目標核心素養(yǎng)1.認識原子結構。知道元素、核素的含義。2．認識核外電子的運動特點。知道電子運動的能量狀態(tài)具有量子化的特征(能量不連續(xù))，電子可以處于不同的能級，在一定條件下會發(fā)生激發(fā)與躍遷。知道電子的運動狀態(tài)(空間分布及能量)可通過原子軌道和電子云模型來描述。3．知道1～36號元素基態(tài)原子核外電子的排布。1.宏觀辨識與微觀探析：能從能層、能級等不同層次認識原子的結構，以及核外電子的排布規(guī)律，能從宏觀和微觀相結合的視角分析原子結構與元素性質的關系。2．證據推理與模型認知：能運用構造原理和能量最低原理，揭示元素原子核外電子排布的規(guī)律。3．變化觀念與平衡思想：能多角度、動態(tài)地分析核外電子的運動狀態(tài)及原子結構的變化規(guī)律，認識元素性質的變化規(guī)律?？键c一原子結構核素、同位素1．原子結構(1)構成原子的微粒eq\a\vs4\al(原子,\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質子Z個——決定元素的種類,中子[A－Z個]\f(在質子數(shù)確定后,決定核素種類)同位素)),核外電子Z個——最外層電子數(shù)決定元素的,化學性質))(2)微粒之間的數(shù)量關系①原子中：質子數(shù)(Z)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)；②質量數(shù)(A)＝質子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)；③陽離子的核外電子數(shù)＝質子數(shù)－電荷數(shù)；④陰離子的核外電子數(shù)＝質子數(shù)＋電荷數(shù)。(3)符號eq\o\al(b,a)eq\o(X,\s\up6(＋c))eq\o\al(d＋,e)中各數(shù)字的含義2．元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的關系(2)同位素的特征①相同存在形態(tài)的同位素，化學性質幾乎完全相同，物理性質不同。②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分數(shù)一般不變。(3)氫元素的三種核素eq\o\al(1,1)H：名稱為氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名稱為氘或重氫；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名稱為氚或超重氫。(4)幾種重要核素的用途核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子[微思考]所有原子的原子核均同時含有質子和中子，這個結論正確嗎？試舉例說明。提示：并非所有的原子都含有中子，eq\o\al(1,1)H原子核中只有一個質子，沒有中子。3．兩種相對原子質量(1)原子(即核素)的相對原子質量：一個原子(即核素)的質量與12C原子質量的1/12的比值。一種元素有幾種同位素，就有幾種不同核素的相對原子質量。(2)元素的相對原子質量：是按該元素各種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%。(1)一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子。()(2)不同的核素可能具有相同的質子數(shù)，也可能質子數(shù)、中子數(shù)、質量數(shù)均不相同。()(3)核聚變如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，因為有新微粒生成，所以該變化是化學變化。()(4)中子數(shù)不同而質子數(shù)相同的微粒一定互為同位素。()(5)通過化學變化可以實現(xiàn)16O與18O間的相互轉化。()(6)eq\o\al(35,17)Cl與eq\o\al(37,17)Cl得電子能力幾乎相同。()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√題點一與原子結構有關的概念辨析1．下列說法正確的是()①在氮原子中，質子數(shù)為7而中子數(shù)不一定為7②eq\o\al(18,8)O與eq\o\al(19,8)O是不同的核素，因此分別由這兩種原子構成的分子化學性質不同③O2和O3互為同素異形體④eq\o\al(48,22)Ti和eq\o\al(50,22)Ti的質量數(shù)不同，屬于兩種元素⑤實際存在的eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、H＋和H2，是氫的五種核素⑥eq\o\al(1,1)H2、eq\o\al(2,1)H2、eq\o\al(3,1)H2互為同位素⑦稀土元素eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm是同一種核素A．①⑥ B．②④C．⑤⑦ D．①③解析：D②中因為核外電子數(shù)相同，所以化學性質相同，②錯誤；④⑦分別屬于同一種元素的不同核素，④⑦錯誤；同位素研究對象是原子與原子之間，⑥均為分子，⑥錯誤。2．重水(D2O)是重要的核工業(yè)原料，下列說法錯誤的是()A．氘(D)原子核外有1個電子B．1H與D互稱同位素C．H2O與D2O互稱同素異形體D．1Heq\o\al(18,2)O與Deq\o\al(16,2)O的相對分子質量相同解析：C同素異形體是同元素的不同單質，C錯誤。題點二各種粒子之間的關系3．某元素的一種核素X的原子質量數(shù)為A，含N個中子，它與1H原子組成HmX分子，agHmX中所含質子的物質的量是()A．eq\f(aA－N＋m,A＋m)mol B.eq\f(aA－N,m)molC．eq\f(aA－N,A＋m)mol D.eq\f(aA－N＋m,m)mol解析：AHmX的相對分子質量為A＋m，agHmX分子的物質的量n＝eq\f(ag,A＋mg·mol－1)；X原子的質量數(shù)為A，含N個中子，則質子數(shù)為A－N，所以agHmX分子中含質子的物質的量為eq\f(a,A＋m)mol×(A－N＋m)＝eq\f(aA－N＋m,A＋m)mol，A正確。[練后歸納]求一定質量的某物質中微粒數(shù)的答題模板4．某元素(X)構成的雙原子單質分子有三種，其相對分子質量分別為158、160、162，在天然單質中，這三種單質的物質的量之比為1∶1∶1，由此推斷以下結論正確的是()A．此元素有3種不同的同位素B．其中一種同位素質量數(shù)為80C．其同位素79X占原子總數(shù)的eq\f(1,2)D．單質X2的平均相對分子質量為162解析：C由題意知元素X有兩種同位素，A項錯誤；設X的兩種同位素分別為a、b，則對應單質化學式分別為a2、ab、b2，由a2、b2可求得a、b的質量數(shù)為79和81，B項錯誤；質量數(shù)為79的核素占原子總數(shù)的分數(shù)為eq\f(1×2＋1,6)＝eq\f(1,2)，C項正確；單質X2的平均相對分子質量為158×eq\f(1,3)＋160×eq\f(1,3)＋162×eq\f(1,3)＝160，D項錯誤。考點二基態(tài)原子的核外電子排布1．原子狀態(tài)和原子光譜(1)原子狀態(tài)①基態(tài)原子：處于最低能量的原子。②激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子吸收能量后，從低能級躍遷到較高能級狀態(tài)的原子。(2)原子光譜不同元素的原子發(fā)生電子躍遷時會吸收或釋放不同的光，用光譜儀記錄下來便得到原子光譜。利用原子光譜的特征譜線可以鑒定元素，稱為光譜分析。(3)基態(tài)、激發(fā)態(tài)及光譜示意圖2．電子層與能級電子層(n)一二三四…n電子層符號KLMN……能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f……最多容納電子數(shù)2262610261014……281832…2n23.電子云與原子軌道(1)電子云①定義：形象描述電子在原子核外空間某處單位體積內的概率密度分布的圖形。②電子云輪廓圖a．小黑點越密，表示概率密度越大。b．s電子云圖呈球形，p電子云圖呈啞鈴形。(2)原子軌道①定義：量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。②各能級上的原子軌道數(shù)目能級nsnpndnf…原子軌道數(shù)1357…③能量關系a．相同電子層上原子軌道能量的高低：ns<np<nd<nf…；b．形狀相同的原子軌道能量的高低：1s<2s<3s<4s…；c．同一電子層內形狀相同而伸展方向不同的原子軌道的能量相等，如npx、npy、npz軌道的能量相等。4．基態(tài)原子核外電子排布(1)構造原理如圖為構造原理示意圖，亦即基態(tài)原子核外電子在原子軌道上的排布順序圖：(2)排布規(guī)律①泡利不相容原理1個原子軌道里最多容納2個電子，且自旋方向相反。如2s軌道上的電子排布圖為，不能表示為。②洪特規(guī)則電子排布在同一能級的不同軌道時，將盡可能分占不同的原子軌道，且自旋方向相同。如2p3的電子排布圖為，不能表示為洪特規(guī)則特例：當能量相同的原子軌道在全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)狀態(tài)時，體系的能量最低，如：24Cr的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1。③能量最低原理原子的核外電子排布遵循構造原理，使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。5．基態(tài)原子核外電子排布的表示方法表示方法舉例(以S原子為例)電子排布式1s22s22p63s23p4簡化電子排布式[Ne]3s23p4電子排布圖(軌道表示式)________________________________________________________價電子排布式3s23p4(1)p能級的能量一定比s能級的能量高。()(2)同一原子中，2p、3p、4p能級的軌道數(shù)依次增多。()(3)2p和3p軌道形狀均為啞鈴形，能量也相等。()(4)2px、2py、2pz的能量相等。()(5)鐵元素基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d6。()(6)Cr的基態(tài)原子的簡化電子排布式為[Ar]3d44s2。()(7)基態(tài)原子電子能量的高低順序為E(1s)<E(2s)<E(2px)<E(2py)<E(2pz)。()(8)電子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10違反了能量最低原則。()(9)磷元素基態(tài)原子的電子排布圖為。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)×(9)×[典例]M、R、X、Y為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，Z是一種過渡元素。M基態(tài)原子L層中p軌道電子數(shù)是s軌道電子數(shù)的2倍，R是同周期元素中最活潑的金屬元素，X和M形成的一種化合物是引起酸雨的主要大氣污染物，Z的基態(tài)原子4s和3d軌道半充滿。請回答下列問題：(1)寫出M、R的價電子排布式：M、R。(2)寫出X、Y的價電子排布圖：X、Y。(3)寫出Z的核外電子排布式：，Z的核外未成對電子數(shù)為。[解析]根據題目給出的M、R和X的信息確定，M是氧元素，R是鈉元素，X是硫元素。根據M、R、X、Y為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素確定Y是氯元素。根據Z的基態(tài)原子4s和3d軌道半充滿，則Z元素原子的核外有24個電子，是鉻元素。[答案](1)2s22p43s1(2)(3)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s16[延伸探究](1)電子排布式的書寫順序與電子排布順序相同嗎？為什么？(2)價電子排布式與最外層電子排布式相同嗎？試舉例說明。提示：(1)不相同；電子排布式的書寫順序≠電子排布順序。電子進入能級的順序是按照構造原理中能級的能量遞增的順序，而電子排布式的書寫規(guī)則是按照電子層的順序，電子層中的能級按s、p、d、f的順序排布。(2)價電子是原子在參與化學反應時能夠用于成鍵的電子，是原子核外跟元素化合價有關的電子。在主族元素中，價電子數(shù)就是最外層電子數(shù)；副族元素原子的價電子，除最外層電子外，還可包括次外層電子。例如，Mn的電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，價電子排布式為3d54s2。[對點練1](基態(tài)原子核外電子排布規(guī)律)下列電子排布圖所表示的元素原子中，其能量處于最低狀態(tài)的是。解析：①不符合能量最低原理；②不符合洪特規(guī)則；④不符合能量最低原理。答案：③⑤[對點練2](表示核外電子排布的方法)寫出下列基態(tài)原子或離子的①電子排布式、②價電子排布圖、③電子占的原子軌道數(shù)、④未成對電子數(shù)。(1)N：①，②，③，④。(2)Cl：①，②，③，④。(3)Fe2＋：①，②，③，④。(4)Cu：①，②，③，④。(5)Se：①，②，③，④。(6)Br－：①，②，③，④。答案：(1)①1s22s22p3[對點練3](元素的推斷)A、B、C、D、E、F代表6種元素。請?zhí)羁眨?1)A元素基態(tài)原子的最外層有2個未成對電子，次外層有2個電子，其元素符號為；(2)B元素的負一價離子和C元素的正一價離子的電子層結構都與氬相同，B的元素符號為，C的元素符號為；(3)D元素的正三價離子的3d能級為半充滿，D的元素符號為，其基態(tài)原子的電子排布式為；(4)E元素基態(tài)原子的M層全充滿，N層沒有成對電子，只有一個未成對電子，E的元素符號為，其基態(tài)原子的電子排布式為；(5)F元素的原子最外層電子排布式為nsnnpn＋1，則n＝；原子中能量最高的是電子。答案：(1)C或O(2)ClK(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(5)22p1．尋找“10電子”微粒和“18電子”微粒的方法(1)“10電子”微粒：(2)“18電子”微粒：2．記憶其他等電子微粒(1)“14電子”微粒：Si、N2、CO、C2H2、Ceq\o\al(2－,2)。(2)“16電子”微粒：S、O2、C2H4、HCHO。3．質子數(shù)和核外電子數(shù)分別相等的兩種微粒關系(1)可以是兩種原子，如同位素原子。(2)可以是兩種分子，如CH4、NH3等。(3)可以是兩種帶電荷數(shù)相同的陽離子，如NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(4)可以是兩種帶電荷數(shù)相同的陰離子，如OH－、F－。1．下列各組中兩種微粒所含電子數(shù)不相等的是()A．H3O＋和OH－ B．CO和N2C．HNO2和NOeq\o\al(－,2) D．CHeq\o\al(＋,3)和NHeq\o\al(＋,4)解析：DA．H3O＋和OH－均含有10個電子；B.CO和N2均含有14個電子；C．HNO2和NOeq\o\al(－,2)均含有24個電子；D.CHeq\o\al(＋,3)中含有8個電子，而NHeq\o\al(＋,4)含有10個電子。2．A＋、B＋、C－、D、E五種粒子(分子或離子)中，每個粒子均有10個電子，已知：①A＋＋C－=D＋E↑；②B＋＋C－=2D。請回答：(1)C－的電子式是。(2)分別寫出A＋和D反應、B＋和E反應的離子方程式、。(3)除D、E外，請再寫出兩種含10個電子的分子的分子式。解析：本題中五種粒子均有10個電子是解題的突破口。依據已有的元素與化合物知識可知，10個電子的粒子中，原子有Ne；陰離子有N3－、O2－、F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)；陽離子有Na＋、Mg2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋；分子有CH4、NH3、H2O、HF。根據題意有①A＋＋C－=D＋E↑，推知A＋應為NHeq\o\al(＋,4)，C－為OH－、D為H2O、E為NH3，將其結果代入②B＋＋C－=2D，推知B＋應為H3O＋。答案：(1)(2)NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋H3O＋＋NH3=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(3)CH4、Ne、HF(任選兩種)3．用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分別表示含有18個電子的八種微粒(離子或分子)，請回答：(1)A元素是，B元素是，C元素是。(用元素符號表示)(2)D是由兩種元素組成的雙原子分子，其分子式是。(3)E是所有含18個電子的微粒中氧化能力最強的分子，其分子式是。(4)F是由兩種元素組成的三原子分子，其分子式為。(5)G分子中含有4個原子，其分子式是。(6)H分子中含有8個原子，其分子式是。答案：(1)KClS(2)HCl(3)F2(4)H2S(5)H2O2(或PH3)(6)C2H61．(2021·浙江1月選考，7)下列說法正確的是()A．14N2和15N2互為同位素B．間二甲苯和苯互為同系物C．Fe2C和Fe3C互為同素異形體D．乙醚和乙醇互為同分異構體解析：BA．14N2和15N2均為氮氣分子，不能互稱同位素，同位素指的是同一種元素的不同原子，A不正確；B.間二甲苯和苯結構相似，分子中均含有1個苯環(huán)，兩者在分子組成上相差2個“CH2”原子團，因此兩者互為同系物，B正確；C．Fe2C和Fe3C均為化合物，不能互稱同素異形體，同素異形體的研究對象是單質，C不正確；D.乙醚的分子式為C4H10O，乙醇的分子式為C2H6O，兩者分子式不同，因此，兩者不能互稱同分異構體，D不正確。2．(2021·廣東卷，3)“天問一號”著陸火星，“嫦娥五號”采回月壤。騰飛中國離不開化學，長征系列運載火箭使用的燃料有液氫和煤油等化學品。下列有關說法正確的是()A．煤油是可再生能源B．H2燃燒過程中熱能轉化為化學能C．火星隕石中的20Ne質量數(shù)為20D．月壤中的3He與地球上的3H互為同位素解析：CA．煤油來源于石油，屬于不可再生能源，故A錯誤；B.氫氣的燃燒過程放出熱量，將化學能變?yōu)闊崮埽蔅錯誤；C．元素符號左上角數(shù)字為質量數(shù)，所以火星隕石中的20Ne質量數(shù)為20，故C正確；D.同位素須為同種元素，3He和3H的質子數(shù)不同，不可能為同位素關系，故D錯誤。3．(2021·河北卷，5)用中子轟擊eq\o\al(N,Z)X原子產生α粒子(即氦核eq\o\al(4,2)He)的核反應為：eq\o\al(N,Z)X＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,p)Y＋eq\o\al(4,2)He。已知元素Y在化合物中呈＋1價。下列說法正確的是()A．H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液B．Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2C．X和氫元素形成離子化合物D．6Y和7Y互為同素異形體解析：A根據核反應為：eq\o\al(N,Z)X＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,p)Y＋eq\o\al(4,2)He可知，X的質量數(shù)N為4＋7－1＝10，又因為Y在化合物中呈＋1價，則推知Y位于ⅠA族，質量數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)，Y的質量數(shù)為7，所以得出Y為Li，其質子數(shù)p＝3，所以X的質子數(shù)Z＝3＋2－0＝5，核電荷數(shù)＝原子序數(shù)＝核內質子數(shù)＝5，則推知X屬于B元素。A．H3BO3為硼酸，氫氧化鈉溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時涂抹H3BO3溶液，以中和堿液，A正確；B.Y為Li，在空氣中燃燒的產物只有Li2O，B錯誤；C．X為B，與氫元素會形成BH3或B2H4等硼氫化合物，B元素與H元素以共價鍵結合，屬于共價化合物，C錯誤；D.6Li和7Li兩者的質子數(shù)均為3，中子數(shù)不同，所以兩者互為同位素，D錯誤。4．[2021·河北卷，17(1)(2)](1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，核外電子排布相同的是(填離子符號)。(2)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài)，若一種自旋狀態(tài)用＋eq\f(1,2)表示，與之相反的用－eq\f(1,2)表示，稱為電子