原子结构与元素的性质2022年高考化学一轮复习过考点(解析版)

考点54原子结构与元素的性质

知识整合

一、能层与能级

1920年，丹麦科学家玻尔在氢原子模型基础上，提出构造原理，开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。

1925年以后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠

释。1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。

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2层个。

(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)<£(M)<£(N)<E(O)<E(P)<E(Q)o

2.能级

⑴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“能层的能级按能量由低到高的排列顺

序为"s、，?p、“d、〃f等。

3.能层、能级与最多容纳的电子数

能层

——二三四五六七...

⑺

符号KLMNoPQ.......

能级1s2s2p3s3P3d4s4p4d4f5s............................

最多

22626102610142............................

电子

数281832.....................2/

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2〃2(〃为能层的序数)。

二、基态与激发态原子光谱

1.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

吸收能量、

基态原子释放能量，主要形式为光激发态原子

2.光谱

(1)光谱的成因及分类

|形成吸艾光谱|

|形成发射光谱I

(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

⑴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。

⑵小意图

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

能级上容纳

的电子数

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S)

p

表示，即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。

⑶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。

P,P,P：

(3)各能级所含有原子轨道数目

能级符号nsrvpndnf

轨道数目1357

五、原子核外电子的排布规则

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(T和1)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)

8。的轨道表示式如下:

o叵叵N」山

Is2s2p

根据上面回答下列问题：

(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。

⑶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。

⑵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。

'全充满:p6、d】。、f14

相对稳定的状态(全空：P°、d°、f0

、半充满：p\d\f7

如24Cr的电子排布式为Is22s22P63s23P63d54SL为半充满状态，易错写为Is22s22P63s23P63d44s鼠

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。

六、核外电子的表示方法

电子排布式与轨道表示式的比较

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

含义

电子排布式

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：Is22s22P63s23P64sl

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

含义

简化电子排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

布式意义避免书写电子排布式过于繁琐

实例K：[Ar14sl

含义每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子

轨道表示式

意义能直观反映出电子的排布情况及电子的自旋状态

Is2s2p3s3p

实例Ah出国不

七、原子结构与元素性质

1.原子结构与周期表的关系

(1)原子结构与周期的关系

每周期第一种元素每周期最后一种元素

电子最大

周期能层数原子基态原子的原子

基态原子的电子排布式容量

序数电子排布式序数

一111s121s22

二23[He]2sl10Is22s22P68

三311[Ne]3sl18Is22s22P63s23P68

四419[Ar]4sl361S22s22P63s23P63dI。4s24P618

Is22s22P63s23P63d104s24P64

五537[Kr]5s>5418

d105s25p6

1s22s22P63s23P63d104s24P6

六655[Xe]6s*8632

4d104fl45s25p65d1°6s26p6

每周期第一种元素的最外层电子的排布式为"s'每周期结尾元素的最外层电子排布式除He为Is?外，其余

为成2叩6。氯原子核外只有2个电子，只有1个s轨道，还未出现p轨道，所以第一周期结尾元素的电子排

布跟其他周期不同。

(2)每族元素的价电子排布特点

①主族

主族IAIIAIIIAIVA

排布特点ns1ns2后九pins2np2

主族VAVIAVIIA...........

排布特点ns2np3ns2np4ns2np5..........

②0族：He：Is2；其他：必2硬6。

③过渡元素(副族和第VDI族)：(〃-1川1-1。小1~2。

(3)元素周期表的分区与价电子排布的关系

①周期表的分区

②各区元素化学性质及原子最外层电子排布特点

分区元素分布价电子排布元素性质特点

除氢外都是活泼金属元素;通常

S区第IA族、第IIA族

是最外层电子参与反应

第IIIA族~第皿人族、

P区届叩1~6（除He外）通常是最外层电子参与反应

0族

第niB族~第¥1®族、d轨道可以不同程度地参与化

d区(〃-1)心9.1~2(除杷外)

第皿族学键的形成

ds区第IB族、第IIB族(〃一1)甲°侬1~2金属元素

例系元素化学性质相近,钢系元

f区镯系、钢系(n-2)f0~14(n-l)d°-2ns2

素化学性质相近

③根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区（如下图），处于金属与非金属

交界线（又称梯形线）附近的非金属元素具有一定的金属性，又称为半金属或准金属，但不能叫两性非金属。

2.元素周期律

（1）原子半径

①影响因素

'能层数：能层数越多，原子半径越大

［核电荷数：核电荷数越大，原子半径越小

②变化规律

元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。

⑵电离能

①第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，符号：单

位：kJmol1o

②规律

a.同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左到右逐渐增大

的变化趋势。第二、三、四周期的同周期主族元素，第IIA族（侬2叩。）和第VA族（成2硬3）,因p轨道处于全

空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的niA和VIA族元素，如第一电离能Mg>Al,

P>S„

b.同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。

c.同种原子：随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越多，再失去电子需克服的电性引力越来

越大，消耗的能量越来越大，逐级电离能越来越大（即……）。

③电离能的四个应用

a.判断元素金属性的强弱

电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。

b.判断元素的化合价

如果某元素的则该元素的常见化合价为+〃，如钠元素/2>>/1,所以钠元素的化合价为+1。

C.判断核外电子的分层排布情况

多电子原子中，元素的各级电离能逐渐增大，有一定的规律性。当电离能的变化出现突跃时，电子层数就

可能发生变化。

d.反映元素原子的核外电子排布特点

同周期元素从左向右，元素的第一电离能并不是逐渐增大的，当元素的核外电子排布是全空、半充满和全

充满状态时，第一电离能就会反常的大。

（3）电负性

①含义

用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。

②标准

以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为标准，得出了各元素的电负性。

③规律

同一周期，从左至右，电负性逐渐增大，同一主族，从上至下，电负性逐渐减小。

④电负性四个方面的应用

a.确定元素类型（电负性＞1.8,为非金属元素；电负性＜1.8,为金属元素）。

b.确定化学键类型（两成键元素电负性差值＞1.7,为离子键；两成键元素电负性差值＜1.7,为共价键）。

c.判断元素价态正、负（电负性大的元素呈现负价，电负性小的元素呈现正价）。

d.电负性是判断元素金属性和非金属性强弱的重要参数之一（表征原子得电子能力强弱）。

⑷对角线规则

在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的有些性质是相似的，如：

高嬲寿向

「一..」..一

考向一核外电子分布及运动

画典例精析

1.（2021•山东临沂市•高三二模）一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂，其结构简式如图所示。下列说

法正确的是

A.第一电离能：O＞N＞C＞H

B.分子中C和N的杂化方式相同

C.基态Zn原子的核外电子有15种空间运动状态

D.该物质中，Zn的配位数为4,配位原子为0、N

【答案】C

【详解】

A.同周期元素从左到右，第一电离能逐渐增大，但第VA族元素的第一电离能大于第VIA族的，氢对核外

电子的束缚力很弱，容易失去一个电子，其第一电离能较小，所以第一电离能：N>O>C>H,故A错误;

B.分子中连双键的C的杂化方式为sp2,连单键的碳原子为sp3杂化，N都是sp3杂化，故B错误；

C.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，基态Zn原子的核外电子排布式为:

Is22s22P63s23P635。4s2,有15种空间运动状态，故C正确；

D.该物质中，Zn提供空轨道，。和N提供孤电子对，配位原子是O、N,但Zn的配位数是5,故D错误;

故选C。

)考向二基态原子核外电子排布的表示

止］典例精析

2.(2021.天津南开区.南开中学)元素周期表中第四周期某些过渡元素(如Ti、Mn等)在生产生活中有着广泛

的应用。如钛的应用越来越受到人们的关注，铢及其化合物的应用研究是前沿科学之一，下列有关说法错

误的是

A.钛比钢轻、比铝硬，是一种新的结构材料。钛硬度比铝大的原因是Ti的相对原子质量大，分子间作用

更强

B.第四周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有Ni、Ge、Se

C.已知三醋酸镒［(CH3coO)3Mn］是一种很好的有机反应氧化剂。三醋酸锦［(CH3coe))3Mn］中阳离子的价层

电子排布式中电子的自旋状态相同

D.比较Fe和Mn的第三电离能，可得IQFe)小于I3(Mn),原因是MrP+的3d能级是半充满的相对稳定结构，

较难失去电子

【答案】A

【详解】

A.钛硬度比铝大的原因是Ti原子的价电子数比A1多，金属键更强，A错误；

B.Ti是22号元素，有2个未成对电子，在第四周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有28号

的Ni,32号Ge,34号Se元素三种元素，B正确；

C.在Mn是25号元素，三醋酸镐［(CH3coO)3Mn］中阳离子Mn3+的价层电子排布式是3d、3d轨道有5个,

原子核外电子总是尽可能成单排列，而且自旋方向相同，这种排布使原子的能量低，比较稳定，故M2+的

4个价电子的自旋状态相同，C正确；

D.Fe3+的价电子排布式是3d5,处于轨道的半充满的稳定状态；而MM+的3d能级是半充满的相对稳定结构，

再失去1个电子变为M7+时是3d4的不稳定状态，因此MM+较难失去电子，故第三电离能：IGFe）小于b（Mn）,

D正确；

故合理选项是A。

।-----1考向三电离能电负性

阳典例精析

3.（2021•江苏高三其他模拟）W、X、Y、Z均为短周期元素，原子序数依次增加，W原子的最外层电子数

是次外层的3倍，X、Y+具有相同的电子层结构，Z的阴离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是

A.简单离子半径：Z>W>X>Y

B.简单氢化物的沸点：W>X>Z

C.最高价氧化物对应的水化物的酸性：X>Z

D.元素第一电离能：X>W

【答案】C

【分析】

W、X、Y、Z均为短周期元素，原子序数依次增加，W原子的最外层电子数是次外层的3倍，则W的电子

排布为2、6,从而得出W为8号元素氧；X-、Y+具有相同的电子层结构，则X为F,Y为Na；Z的阴离

子不能发生水解反应，则Z为C1元素。

【详解】

A.W、X、Y、Z分别为O、F、Na、Cl元素，O'、F、Na+的电子层结构相同，电子层结构相同的离子，

核电荷数越大，离子半径越小，。一的电子层数比。2-、F\Na+多一层，电子层数多，通常离子半径大，所

以简单离子半径：Cl>O2>F>Na+,A正确；

B.W、X、Z分别为O、F、Cl,H2O、HF分子间都能形成氢键，且Hz。常温下呈液态，所以简单氢化物

的沸点：H2O>HF>HCLB正确；

C.X、Z分别为F、CL虽然F的非金属性比C1强，但F不能形成最高价氧化物的水化物，而HC1O4是最

强的含氧酸，所以最高价氧化物对应的水化物的酸性关系F>C1不成立，C不正确；

D.X、W分别为F和O,非金属性F>O,它们原子的最外层既不是半满、全满，也不是全空，所以元素

第一电离能与非金属性关系相同，即F>O,D正确；

故选C。

骞点冲关

1.（2021•广西北海市.高三月考）下列是某些元素的最外层电子排布，各组指定的元素中能形成AB2型离子

化合物的是

A.2s22P2和2s22P4B.3s23P4和2s22P4c.3s?和2s22P§D.3sl和3s23P，

【答案】C

【详解】

A.元素分别为C和O,能形成CO2,但不属于离子型化合物，A项不符合题意；

B.元素分别为S和O,能形成SO2,但不属于离子型化合物，B项不符合题意；

C.元素分别为Mg和F,能形成MgF2,为离子型化合物，C项符合题意；

D.元素分别为Na和C1,不能形成AB2离子型化合物，D项不符合题意；

答案选C。

2.（2021.陕西宝鸡市.高三二模）下列说法错误的是

A.ns电子的能量不一定高于（n-l）p电子的能量

B.基态C原子的电子排布式Is22s22P2

C.电子排布式（2iSc）ls22s22P63s23P63d3违反了能量最低原理

D.电子排布式（22Ti）ls22s22P63s23pio违反了泡利原理

【答案】A

【详解】

A.电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量：一定高于（n-l）p电子的能量，故A错误；

B.根据洪特规则知，2P轨道上的两个电子应排在不同轨道上，故B正确；

C.根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，故C正确；

D.根据泡利不相容原理知，3P轨道最多排6个电子，故D正确；

答案选A。

3.（2021.湖北高三月考）下面关于四种微粒的比较正确的是

①基态原子的电子排布式：Is22s22P63s23P%②价电子排布式：3s23P3；③2P轨道为半充满的原子；④原子

的2P轨道上只有两对成对电子

A.原子半径：②>①>③>④

B.最高正化合价：④〉①，③二②

C.电负性：④>③>②>①

D.第一电离能：④〉③，①〉②

【答案】A

【详解】

由核外电子排布特点可知①为S，②为P,③为N,④为F。

A.一般而言，电子层越多，原子半径越大，同周期从左向右，原子半径逐渐减小，则原子半径：②〉①，③〉④,

A正确；

B.N、P最外层电子数相同，最高正化合价相同，都为+5价，S最外层电子数为6,最高正化合价为+6,F

没有正价，最高正化合价：①，③=②，B错误；

C.非金属性越强，元素的电负性越大，则电负性：④〉③，①〉②，C错误；

D.同一周期，从左到右，元素的第一电离能逐渐增大，但第nA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻

元素，P的3P电子为半满稳定结构，第一电离能大于S,同一主族，从上到下，第一电离能逐渐减小，因

此第一电离能：④>③>②>①，D错误；

故选：Ao

4.（2021.山东德州市.高三一模）一种矿物类饲料添加剂的结构简式如图所示。下列说法不正确的是

oH2O

0/0|/明

\ZnLH2

112c~血0,

A.第一电离能：Cu>Zn

B.分子中C的杂化方式为sp?、sp3

C.基态Zn原子的核外电子有30种运动状态

D.该物质中，Zn的配位数为5,配位原子为O、N

【答案】A

【详解】

A.Zn与Cu相比，Zn的3d和4s轨道处于全满状态,能量低，稳定，失电子更难，故第一电离能：Zn>

Cu,故A错误;

B.C原子的价层电子对数为3和4,杂化方式分别为:sp2,sp3,故B正确;

C.Zn是30号元素，电子排布式为：Is22s22P63s23P63不。4s2,核外的电子运动状态都是不同的，即有多少电

子，就有多少种运动状态，则基态Zn原子中有30种不同运动状态的电子，故C正确；

D.如图所示，具有空轨道的Zn原子分别与3个O原子和2个N原子形成配位键，Zn的配位数为5,故D

正确；

故选：Ao

5.（2021・湖北高三月考）X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的短周期元素。X是宇宙中含量最高的元

素，Y是形成有机物的主要元素，W的s能级和p能级上的电子总数相等，Q是短周期元素中第一电离能

最小的元素。下列说法中正确的是

A.Y、W分别与X形成的化合物中，W和X形成的化合物沸点高

B.YW,是由极性键构成的极性分子

C.第一电离能：Q<Y<W<Z

D.上述五种元素中电负性最大的是Z

【答案】C

【分析】

X是宇宙中含量最高的元素，则X为H；Y是形成有机物的主要元素，Y为C；W的s能级和p能级上的

电子总数相等，则W为O；Q是短周期元素中第一电离能最小的元素，则Q为Na；X、Y、Z、W、Q是

原子序数依次增大的短周期元素，则Z为N。

【详解】

A.C与H元素之间可以形成很多高分子化合物，沸点也很高，故A错误；

B.CO2是由极性键形成的非极性分子，故B错误；

C.C、N、0、Na的第一电离能由大到小顺序：N>O>C>Na,故C正确；

D.电负性最大的是氧原子，故D错误；

故选C。

6.（2021•山东枣庄市•高三二模）某药物主要成分的结构简式如图所示，其中X、Y、W三种元素的原子序

数依次增大，基态W原子的电子分布于3个能级。下列说法错误的是

Y

A.该分子中有2个X原子的杂化方式相同

B.X、Y、W的第一电离能大小顺序为W>X>Y

C.Y的氢化物分子中只含极性键

D.元素W可以形成非极性分子

【答案】C

【分析】

基态W原子的电子分布于3个能级，根据药物的结构简式，W以单键和其他原子结合，则W为F；根据药

物的结构可以看出，X连有3个共价键，Y连有2个共价键，且X、Y、W三种元素的原子序数依次增大，

所以X为N,Y为O。

【详解】

A.该分子中的以单键连接的2个N的杂化方式均为sp3,故A正确；

B.同一周期元素，从左到右，第一电离能增大，但由于N的2P上有3个电子，是半充满结构，第一电离

能大于0,故第一电离能大小顺序为F>N>0,故B正确；

C.Y的氢化物H2O2中含非极性共价键，故C错误；

D.F可以形成F2,是非极性分子，故D正确；

故选C。

7.（2021•山东枣庄市•高三一模）物质结构决定了物质的性质，下列说法错误的是

A.苯甲酸的酸性比乙酸强

B.基态碑原子的价电子排布式为4s24P3

C.NaCl晶胞与CsCl晶胞中阳离子的配位数相同

D.共价键的方向性和饱和性导致金刚石中的原子松散排列

【答案】C

【详解】

A.-C6H5属于吸电子基团，-CH3属于斥电子基团，C6H5coOH的酸性比CH3coOH的酸性强，故A正确；

B.主族元素基态原子的价层电子排布就是最外层电子排布，所以基态碑原子的价层电子排布式为4s24P3,

故B正确；

C.氯化钠为立方面心结构，钠离子在体心和棱心，氯离子在面心，阳离子的配位数为6；氯化葩为立方体

心结构，钠离子在体心，氯离子在顶点，阳离子的配位数为8,故C错误；

D.因为共价键有饱和性和方向性，所以原子晶体不能紧密堆积，不遵循“紧密堆积”原理，导致原子晶体堆

积的紧密程度大大降低，金刚石属于原子晶体，因此金刚石中的原子松散排列，故D正确；

故选C。

8.（2021•河南洛阳市•高三月考）下列说法正确的是

A.单晶硅和石英互为同素异形体

B.某化合物熔融状态能导电，则一定不含共价键

C.同一原子中，在离核较远的区域运动的电子能量较低

D.在元素周期表中，从OB族到HB族10个纵列的元素都是金属元素

【答案】D

【详解】

A.石英是二氧化硅，属于化合物，故A错误；

B.某化合物熔融状态能导电，说明是离子化合物，一定含有离子键，可能含有共价键，如氢氧化钠，熔融

状态能导电，含有离子键、共价键，故B错误；

C.同一原子中，在离核较远的区域运动的电子能量较高，离核较近的区域运动的电子能量较低，故C错误;

D.在元素周期表中，从IIIB族到HB族10个纵列为过渡元素，过渡元素都是金属元素，故D正确；

选D。

9.（2021.湖北鄂州市.高三月考）五种前四周期的元素X、Y、Z、Q、T。己知X元素基态原子的M层有6

种运动状态不同的电子；Y原子的特征电子构型为3d84s2,基态Z原子的L层p能级有一个空轨道；Q原

子的L电子层的p能级只有一对成对电子；基态T原子的M电子层上p轨道半充满。下列说法埼误的是

A.Y、Q及氢三种元素形成的某化合物，能用于制作可充电电池的电极材料

B.若X、T、Z的最高价的氧化物对应的水化物分别为u、v、w,则酸性为：u>v>w,理由是非羟基氧原

子数越多，酸性越强

C.X、Y、T三种元素第一电离能的大小次序是：X>T>Y

D.化合物ZQ2、ZX2均是由极性键构成的非极性分子

【答案】C

【详解】

根据题给信息，X的电子排布式为Is22s22P63s23P4,为S元素；Y的电子排布式为Is22s22P63s23P63d84s2,为

Ni元素；Z的电子排布式为Is22s22P2,为C元素；Q