1.1原子结构（原卷版）

1.1原子结构一．能层与能级1．能层(1)含义：根据核外电子的能量不同，将核外电子分为不同的能层(电子层)。(2)序号及符号能层序号一、二、三、四、五、六、七……分别用K、L、M、N、O、P、Q……表示，其中每层所容纳的电子数最多为2n2个。(3)能量关系能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为E(K)＜E(L)＜E(M)＜E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。2．能级(1)含义：根据多电子原子的同一能层的电子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f等表示，如n能层的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、np、nd、nf等。3．能层、能级与最多容纳的电子数能层(n)一二三四五六七……符号KLMNOPQ……能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s……最多电子数22626102610142……281832………………2n2由上表可知：(1)能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3个能级。(2)s、p、d、f各能级可容纳的最多电子数分别为1、3、5、7的2倍。(3)原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数是2n2(n为能层的序数)。二．基态原子与激发态原子1.基态原子：处于最低能量状态的原子。2.激发态原子：基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。3.基态、激发态相互间转化的能量变化4.光谱(1)光谱的成因及分类(2)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析三．构造原理与电子排布式1．构造原理(1)含义：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。(2)示意图2．电子排布式将能级上所容纳的电子数标在该能级符号右上角，并按照能层从左到右的顺序排列的式子。如氮原子的电子排布式为4.能级交错：随核电荷数的递增，电子并不总是填满一个能层后再开始填入下一个能层的。电子是按3p→4s→3d的顺序而不是按3p→3d→4s的顺序填充的，这种现象称为能级交错。一般规律为ns＜(n－2)f＜(n－1)d＜np，在书写基态原子的电子排布式时，仍按能层顺序写。四．电子云与原子轨道1．概率密度1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。量子力学指出，一定空间运动状态的电子在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可用概率密度(ρ)表示，即ρ＝eq\f(P,V)(P表示电子在某处出现的概率；V表示该处的体积)。2．电子云(1)定义：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。(2)含义：用单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外出现概率大小，小黑点越密，表示概率密度越大。(3)形状3．原子轨道(1)概念：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。(2)形状①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。②p电子的原子轨道呈哑铃形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。(3)各能级所含有原子轨道数目能级符号nsnpndnf轨道数目1357五．泡利原理、洪特规则、能量最低原理1．泡利原理在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，它们的自旋相反，常用上下箭头(↑和↓)表示自旋相反的电子。2．电子排布的轨道表示式(电子排布图)8O的轨道表示式如下：(1)简并轨道：能量相同的原子轨道。(2)电子对：同一个原子轨道中，自旋方向相反的一对电子。(3)单电子：一个原子轨道中若只有一个电子，则该电子称为单电子。(4)自旋平行：箭头同向的单电子称为自旋平行。(5)在氧原子中，有3对电子对，有2个单电子。(6)在氧原子中，有5种空间运动状态，有8种运动状态不同的电子。3．洪特规则(1)内容：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。(2)特例在简并轨道上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具有较低的能量和较大的稳定性。相对稳定的状态eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(全充满：p6、d10、f14,全空：p0、d0、f0,半充满：p3、d5、f7))如24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，为半充满状态，易错写为1s22s22p63s23p63d44s2。4．能量最低原理(1)内容：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。(2)因素：整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。5、核外电子的表示方法电子排布式与轨道表示式的比较电子排布式含义用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式意义能直观反映出核外的电子层、能级及各能级上的电子数实例K：1s22s22p63s23p64s1简化电子排布式含义为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体原子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示意义避免书写电子排布式过于繁琐实例K：[Ar]4s1轨道表示式含义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子意义能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态实例Al：6.熟记第四周期未成对电子数规律未成对电子数及其占据的原子轨道元素符号及价电子排布14sK：4s1,Cu：3d104s13dSc：3d14s24pGa：4s24p1，Br：4s24p523dTi：3d24s2，Ni：3d84s24pGe：4s24p2，Se：4s24p433dV：3d34s2，Co：3d74s24pAs：4s24p343dFe：3d64s253dMn：3d54s263d和4sCr：3d54s1题型一能层、能级与原子轨道【例1】（2023春·云南保山·高二云南省昌宁第一中学校考期末）下列叙述正确的是A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道D．各能层含有的原子轨道数为2n2【变式】1．（2023春·福建宁德·高二福建省宁德第一中学校考阶段练习）下列说法中正确的是A．各电子层的能级都是从s能级开始，到f能级结束B．电子仅在激发态跃迁到基态时才会产生原子光谱C．电子云通常是用小黑点来表示电子的多少D．处于最低能量的原子叫基态原子2．（2023秋·江西吉安·高三吉安三中校考开学考试）下列说法正确的是A．同一个电子层中，s能级的能量总是大于p能级的能量B．2s原子轨道半径比1s大，说明2s的电子云中的电子比1s的多C．第二电子层上的电子，不论在哪一个原子轨道上，其能量都相等D．N电子层的原子轨道类型数和原子轨道数分别为4和163．（2023福建）下列有说法中正确的是A．3p2表示3p能级有两个轨道B．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量一定高于s轨道电子的能量C．能层序数越大，s原子轨道的半径越大D．在同一能级上的电子，其能量不同题型二原子轨道能量高低的比较【例21】（2023春·陕西西安·高二统考期末）基于构造原理填充顺序，下列原子轨道的能量大小比较，正确的是A． B．C． D．【例22】（2023春·河南郑州·高二统考期末）下列氟原子激发态的电子排布中能量最高的是A． B． C． D．【变式】1．（2023春·河南郑州·高二统考期末）下列氟原子激发态的电子排布中能量最高的是A． B． C． D．2．（2023秋·河北石家庄·高二石家庄一中校考阶段练习）下列电子排布式中，表示的是激发态原子的是A．1s22s22p5B．C．D．3（2022秋·浙江宁波·高二校联考期中）近日，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A．①=②=③=④ B．②>①>④>③ C．④>③>①=② D．④>③>①>②4．（2023·山东济南）下列电子排布图所表示的元素原子中，其能量处于最低状态的是A． B． C． D．题型三核外电子排布方法【例31】（2023春·甘肃武威·高二统考期中）下列各原子或离子的电子排布式或电子排布图表示正确的是A．Ca2+：1s22s22p63s23p6B．F：1s22s23p6C．P：最外层电子排布图为D．Cr：1s22s22p63s23p63d44s2【例32】（2023秋·高二课时练习）下列给出的基态原子的电子排布式，其中正确的是A．11Na：1s22s22p7 B．47Ag：1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2C．20Ca：1s22s22p63s23p63d2 D．35Br：[Ar]3d104s24p5【变式】1．（2023春·江西萍乡·高二萍乡市安源中学校考期中）回答下列问题。(1)镍元素基态原子的电子排布式为，3d能级上的未成对电子数为。(2)基态Ge原子的核外电子排布式为，有个未成对电子。(3)Zn2＋基态核外电子排布式为。(4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用，形象化描述。在基态14C原子中，核外存在对自旋相反的电子。(5)基态Fe原子有个未成对电子。Fe3＋的电子排布式为。(6)基态硼原子的电子排布式为。2．（2023宁夏）按要求完成：（1）基态O2离子核外电子排布式___________（2）基态P原子核外电子排布式___________（3）基态Al原子核外电子排布式___________（4）基态As原子核外电子排布图___________（5）基态Fe3+核外电子排布图___________（6）基态V原子价电子排布图___________（7）基态Se原子价电子排布图___________3．（2022河北）回答下列问题：(1)基态Mn原子核外未成对电子有_______个。(2)基态镁原子核外M层电子的自旋状态_______(填“相同”或“相反”)。(3)基态Ge原子有_______个未成对电子。(4)镍元素基态原子的电子排布式为_______，3d能级上的未成对的电子数为_______。(5)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_______。(6)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_______，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_______形。(7)基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_______，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_______。(8)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_______、_______(填标号)。A． B．C． D．(9)下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是_______。A．Fe2＋B．CuC．Fe3＋D．Cu＋题型四能量跃迁的应用【例4】（2022秋·湖南长沙·高二雅礼中学校考阶段练习）以下现象与核外电子跃迁有关的是①棱镜分光

②石油蒸馏

③凸透镜聚光

④日光灯通电发光

⑤冷却结晶A．④ B．④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④【变式】1．（2021·山东·莒县教育局教学研究室高二期中）化学与人类生产、生活密切相关。下列说法错误的是A．烟花燃放、霓虹灯发光等现象均与电子跃迁有关B．热纯碱溶液洗涤油污的能力比冷纯碱溶液强C．可作为造影剂用于X射线检查胃肠道疾病D．将硬水加热或向其中加入均可以降低硬水中、的浓度2.（2023·辽宁沈阳）以下现象与原子核外电子的跃迁有关的是①节日焰火②棱镜分光③激光④LED灯光⑤凹透镜聚光⑥钢铁生锈A．③⑥ B．①③④ C．①③④⑤ D．①②③⑤⑥3．（2023北京）下列有关光谱的说法中不正确的是A．原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化，能量的表现形式之一是光(辐射)，这也是原子光谱产生的原因B．霓虹灯光、激光、焰火、物理成像都与电子跃迁释放能量有关C．通过原子光谱可以发现新的元素，也可以鉴定某些元素D．同一原子的发射光谱和吸收光谱的特征谱线位置相同题型五原子轨道图形的描述和电子云【例5】（2023云南）下列有关叙述中正确的是A．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的B．因为s轨道的形状是球形的，所以s电子做的是圆周运动C．3px、3py、3pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同D．电子云图上的每一个点都代表一个电子【变式】1．（2022秋·山西太原·高二太原五中校考阶段练习）下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是A．原子核外的电子像云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈哑铃形，随着电子层的增加，p能级原子轨道数也在增多D．与s原子轨道的电子相同，p原子轨道电子的平均能量随能层的增大而增加2．（2023·福建南平）下列说法不正确的是A．电子云图中小点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小B．核外电子排布由的变化需要吸收能量C．在基态多电子原子中，p轨道电子的能量不一定高于轨道电子的能量D．在同一电子层上运动的电子，其自旋方向肯定不同3．（2023安徽）下面有关“核外电子的运动状态”的说法，错误的是A．各原子轨道的伸展方向种数按p、d、f的顺序分别为3、5、7B．只有在电子层、原子轨道、原子轨道伸展方向及电子的自旋方向都确定时，才能准确表示电子的运动状态C．p轨道呈纺锤形，随着电子层的增加，p轨道的数量也在增多D．原子轨道伸展方向与能量大小是无关的题型六基态原子核外电子排布原则【例6】（2023福建）下列对电子排布式或轨道表示式书写的评价正确的是选项电子排布式或轨道表示式评价AN原子的轨道表示式：错误；违反洪特规则BO原子的轨道表示式：错误；违反泡利不相容原理CK原子的轨道表示式：错误；违反能量最低原理D的电子排布式：错误；违反能量最低原理【变式】1．（2023·福建）若将14Si的电子排布式写成1s22s22p63s23p，它违背了A．能量守恒原理 B．泡利原理 C．能量最低原理 D．洪特规则2．（2023·河北）原子核外电子排布规律中有“各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是A．泡利不相容原理 B．能量最低原理C．构造原理 D．洪特规则3．（2023·福建）在第4周期元素中，4s轨道半充满的元素有A．2种 B．3种 C．4种 D．5种题型七原子结构综合运用【例7】（2023秋·高二课时练习）有A、B、C、D四种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A元素原子核外电子仅有一种原子轨道，且是宇宙中最丰富的元素，B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，C为金属元素且原子核外p电子数和s电子数相等；D元素的原子核外所有p轨道全充满或半充满。(1)写出四种元素的元素符号：A，B，C，D。(2)写出C、D两种元素基态原子核外电子排布的轨道表示式。C，D。(3)写出B、C两种元素单质在一定条件下反应的化学方程式：。(4)写出B元素单质和氢化物的电子式，单质，氢化物。(5)C元素位于第周期族。A、B、C、D四种元素原子半径由大到小顺序是。B、C离子半径大小是。【变式】1．（2023春·吉林·高二校联考期末）均为36号以前的元素。请完成下列空白：(1)元素基态原子的最外层有2个未成对电子，次外层有2个电子，其在元素周期表中的位置是；该元素位于元素周期表的区。(2)元素的原子最外层电子排布式为，其核外电子有个运动状态。(3)元素基态的正三价离子的轨道为半充满，其基态原子的价电子排布式为。(4)元素基态原子的层全充满；层没有成对电子，只有一个未成对电子。其基态原子的价层电子排布图为。(5)E、F元素的基态原子都只有一个未成对电子；它们相互作用形成的离子的电子层结构相同，并且最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数。E、形成的化合物为(填化学式)。2．（2023秋·北京大兴·高二统考期末）元素周期表与元素周期律在学习、研究和生产实践中有很重要的作用。①~⑥表示元素在周期表中的位置，回答下列问题。(1)①和④形成的化合物的化学式为。(2)②的基态原子的轨道表示式为，其电子占据的最高能级的电子云轮廓是(填字母)。a．球形

b．哑铃形(3)⑤的基态原子占据的最高能层的符号是，其基态正一价离子占据的最高能级共有个原子轨道。(4)⑥的元素符号是Fe，其基态正三价离子的价层电子排布式为。(5)下列说法不正确的是。a．②的2px、2py、2pz轨道互相垂直，但能量相等b．④的p能级能量一定比s能级的能量高c．⑥的2s、3s、4s能级的轨道数依次增多(6)③和⑤形成的化合物的水溶液，结合离子方程式解释原因。3．（2023·全国·高三专题练习）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。A元素原子的核外p电子数比s电子数少3B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在该周期中未成对电子数最多F能形成红色(或砖红色)的和黑色的FO两种氧化物某同学根据上述信息，完成下列各题。(1)画出A基态原子的核外电子轨道表示式：。(2)B基态原子的核外电子轨道表示式为

，该同学所画的轨道表示式违背了。(3)D基态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：。一、单选题1．（2023秋·高二课前预习）若以E表示某能级的能量，下列能量大小顺序中正确的是A．E(3s)>E(2s)>E(1s) B．E(3s)>E(3p)>E(3d)C．E(4f)>E(4s)>E(4d) D．E(5s)>E(4s)>E(5f)2．（2023秋·高二课时练习）下列氮原子的轨道表示式中，能量由低到高的顺序是A．①③②④ B．①③④② C．④③②① D．②④③①3（2023秋·广西柳州·高二柳铁一中校考开学考试）下列有关叙述中正确的是A．原子轨道和电子云都是用来形象地描述电子运动状态的B．各电子层的能级都是从s能级开始到f能级结束C．3px、3py、3pz的差异之处在于三者中电子(基态)的能量不同D．电子云图上的每一个点都代表一个电子4（2023春·甘肃金昌·高二永昌县第一高级中学校考期中）下列叙述正确的是A．钠的焰色试验呈现黄色，是电子由激发态转化成基态时吸收能量产生的B．卢瑟福的“有核模型”可以准确地描述电子运动状态C．各能层的s电子云轮廓图都是圆形，但圆的半径大小不同D．在同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数相等5．（2023秋·高二课时练习）下列微粒中，未成对电子数最多的是A．O：1s22s22p4B．P：1s22s22p63s23p3C．Fe：1s22s22p63s23p63d64s2D．Mn：1s22s22p63s23p63d54s26．（2023秋·全国·高二随堂练习）气态中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3D．1s22s22p63s23p64s24p2→1s22s22p63s23p64s24p1二、填空题7．（2023秋·高二课前预习）人造卫星所使用的合金的成分之一钛元素被称为“二十一世纪的金属”。(1)钛元素的原子结构示意图是，其核外电子排布式为。(2)钛元素的原子中所含有的未成对电子数为，其中能量最高的原子轨道是。(3)金属钛(Ti)的合金具有耐高温、耐腐蚀、强度高等性能，所以，钛合金广泛用于航空、航天工业及化学工业。工业上冶炼金属钛的过程是以钛铁矿(FeTiO3)、焦炭、氯气为原料，在高温条件下制取TiCl4，其反应的化学方程式为2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO。然后用镁与TiCl4在高温条件下反应生成金属钛和氯化镁。①其中TiCl4中金属钛的化合价为价，该化合物中钛离子核外电子排布式为。②钛原子核外电子在排布时最后一个进入原子轨道的电子是，钛原子在失去电子时，最先失去的电子是。8．（2023秋·河北石家庄·高二石家庄一中校考阶段练习）回答下列问题。(1)Cu+基态核外电子排布式为。(2)基态Fe原子有个未成对电子，Fe+的电子排布式为。(3)S的基态原子核外有个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为。(4)Cu的价层电子轨道示意图为。(5)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为，该能层具有的原子轨道数为。9．（2023春·高二课时练习）在原子结构理论中，有四个原理，分别是①构造原理，②泡利原理，③洪特规则，④能量最低原理。在以下的现象中主要决定的因素是(填序号，各只填一项)。(1)各能级最多容纳的电子数是该能级原子轨道数的2倍。(2)碳原子的核外电子排布基态时是1s22s22p2而不是1s22s12p3。(3)最外层电子数不会超过8个，次外层电子数不会超过18个。(4)铬(24Cr)的电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s1而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(5)在磷原子的基态原子结构中，有3个未成对的单电子。(6)第四周期元素中，4p轨道半充满的是，3d轨道半充满的是，4s轨道半充满的是。(填元素符号)10．（2023·全国·高三专题练习）回答下列问题。(1)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)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为、(填标号)。A．

B．

C．

D．

(3)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。11．（2023秋·高二课前预习）写出下列微粒的电子排布式和外围电子排布式：(1)Fe、。(2)Fe2+、。(3)As、。(4)Cu2+、。12（2023秋·江苏）按要求填空：(1)Cu的原子结构示意图为。(2)P的外围电子排布式为。(3)Ni的电子排布式为。(4)N的轨道表示式为。(5)X元素的外围电子排布式是4s24p5，X的元素符号是。13．（2023春·广东广州·高二广东华侨中学校考阶段练习）按要求填空序号基态原子基态电子排布式如：价层电子轨道排布式用

代表轨道，如C：

（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）14．（2023春·四川成都·高二四川省成都市新都一中校联考期中）Ⅰ.铝合金和钢铁是国家重要的金属材料。回答下列问题：(1)下列是气态铝原子或离子的电子排布式，其中处于激发态的有(填序号)。A变为D所需的能量为E1，D变为E所需的能量为E2，则E1E2(填“>”“<”或“=”)，理由是。A．1s22s22p63s23p1

B．1s22s22p63s13px13py1

C．1s22s22p63s13px13pz1D．1s22s22p63s2

E．1s22s22p63s1

F．1s22s22p63s13p1(2)利用电解法可在铝制品表面形成致密的氧化物保护膜，不仅可以增加美观，而且可以延长铝制品使用时间。制取氧化物保护膜的装置如下图所示，阳极的电极反应方程式为。Ⅱ.钢铁在潮湿空气中容易生锈，某兴趣小组查阅资料可知，钢铁腐蚀的快慢与温度、电解质溶液的pH值、氧气浓度以及钢铁中的含碳量有关，为此设计了下列实验。编号①②③④A100mL饱和NaCl溶液100mL饱和NaCl溶液100mLpH=2CH3COOH100mLpH=5H2SO4Bmg铁粉mg铁粉和ng碳粉混合物mg铁粉和ng碳粉混合物mg铁粉和ng碳粉混合物锥形瓶中压强随时间变化通过上述实验分析回答：(3)上述实验①、②探究对铁的腐蚀快慢的影响，写出实验②碳电极上的电极反应式；(4)上述四个实验中(用编号表示)发生吸氧腐蚀，上述四个实验铁腐蚀由快到慢的顺序为(用编号表示)。15．（2023春·湖南永州·高二校考阶段练习）回答下列问题：(1)基态Mn原子核外有种运动状态不同的电子。(2)基态镁原子核外M层电子的自旋状态(填“相同”或“相反”)。(3)基态Ge原子有个未成对电子。(4)镍元素基态原子的电子排布式为