第02讲 原子结构与性质（讲义）（学生版） 2025年高考化学一轮复习讲练测（新教材新高考）

第02讲原子结构与性质目录TOC\o"1-3"\h\u01考情透视·目标导航 202知识导图·思维引航 303考点突破·考法探究 4考点一原子结构 4知识点1原子结构 4知识点2元素、核素、同位素 5考向1考查核反应方程的简单分析 6考向2考查“五同”概念辨析 7考点二原子核外电子运动状态 8知识点1电子的运动特征 8知识点2能层和能级 8知识点3原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态 9知识点4泡利原理、洪特规则、能量最低原理 9知识点5原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数” 11考向1电子排布式表达式的规范书写 11考向2电子跃迁与原子光谱 1304真题练习·命题洞见 14

考点要求考题统计考情分析原子结构2024·广东卷第3题，2分2024·湖北卷第12题，3分2024·北京卷第1题，3分2024·上海卷第2题，3分2024·河北卷第8题，3分2023湖南卷第2题，3分2023·江苏卷第5题，3分2022·北京卷第3题，3分2022·天津卷第10题，3分2022浙江1月卷第7题，2分2021卷广东卷第3题，2分分析近三年的高考试题，高考命题在本讲有以下规律：1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题、非选择题呈现，考查内容主要有以下3个方面：（1）元素、核素、同位素、同素异形体概念的辨析。（2）原子中质量数、质子数、中子数、核外电子数之间的相互关系及计算。（3）根据原子核外电子排布判断元素种类、书写电子排布式和电子排布图。2．从命题思路上看，主要以选择题的形式为主。（1）选择题以最新的科技成果、新闻事件为背景，考查原子结构、同位素、核素知识，核外电子排布表达式的正误判断。（2）非选择题直接考查电子排布式和电子排布图的书写，利用核外电子排布推断元素等。3.根据高考命题的特点和规律，复习时要注意以下几个方面：（1）同位素和同素异形体的概念分析、原子构成微粒之间的关系。（2）原子结构及核外电子排布特性(全空、半充满、全充满的稳定性)。（3）规范化学术语的书写，重点掌握第四周期过渡元素的电子排布式和电子排布图。原子核外电子运动状态2024·江苏卷第4题，3分2024·甘肃卷第2题，3分2024·山东卷第3题，3分2023·北京卷第2题，3分2023浙江1月卷第3题，2分2022·海南卷第5题，2分2022浙江六卷第7题，2分2022·北京卷第2题，3分2021天津卷第20题（1），2分复习目标：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1～36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。

考点一原子结构知识点1原子结构1.原子的构成粒子eq原子\o\al（(A,Z)Xeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子个——决定元素的,中子(A－Z)个\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(在质子数确定后,决定原子种类)))——同位素)),核外电子个——最外层电子数决定元素的性质))2.微粒之间的等式关系1）质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；2）电性关系：①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。3.微粒符号周围数字的含义【特别提醒】①原子中不一定都含有中子，如eq\o\al(1,1)H中没有中子。②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。③易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。④形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。知识点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①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。3.同位素的“六同三不同”4.常见的重要核素及其应用核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)H(D)eq\o\al(3,1)H(T)eq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子5.元素、核素、同位素的联系与区别①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。②不同核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N。③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。6.相对原子质量（1）原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的_____的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。（2）元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量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。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。（3）核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。（4）元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数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。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。7.核反应方程①卢瑟福发现质子：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H②查德威克发现中子：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)H→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n③铀核裂变反应：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n④氘核与氚核聚变反应：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n考向1考查核反应方程的简单分析例1科学家利用粒子(即氦核)进行多种核反应：、。已知和都具有放射性，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．和互为同位素，化学性质相同C．、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【思维建模】核反应方程分析思路（1）质量数守恒：各微粒左上角数字之和在核反应前后相等；（2）电荷数守恒：各微粒左下角数字之和(正电荷数)在核反应前后相等例：碳14的β衰变：eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e质量数守恒表达式：14＝14＋0；电荷数守恒表达式：6＝7－1。【变式训练1】（2024·山东泰安·三模）核反应和为研究原子结构和发现新原子做出了重要贡献。下列说法错误的是A．c=13bB．X、Y、Z形成的单质分子均为非极性分子C．Q、R为质量数相同的不同核素D．基态W与Z原子核外电子的空间运动状态种类相等【变式训练2】（23-24高三下·河北石家庄·阶段考试）卢瑟福发现质子的核反应为；卢瑟福的学生查德威克发现中子的核反应为。下列说法错误的是A．Y元素的第一电离能高于同周期相邻元素的B．元素的电负性：C．和的简单氢化物中中心原子的价层电子对数目相同D．的空间结构为直线形考向2考查“五同”概念辨析例2（2024·浙江杭州·模拟预测）下列说法不正确的是A．和互为同位素 B．石墨烯和丙烯互为同系物C．氧气和臭氧互为同素异形体 D．乙酸甲酯和甲酸乙酯互为同分异构体【思维建模】同系物、同分异构体、同位素、同素异形体、同种物质的比较eq\o(\s\up11(比较),\s\do4(概念))定义比较对象分子式结构性质同位素质子数相同、中子数不同的核素(原子)互称为同位素核素(原子)符号表示不同，如：eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H电子排布相同，原子核结构不同物理性质不相同，化学性质相同同素异形体同一元素组成的不同单质单质元素符号表示相同，分子式可不同，如：金刚石和石墨、O2和O3单质的组成或结构不同物理性质不同，化学性质相似同分异构体分子式相同，结构不同的化合物互称为同分异构体化合物相同不同物理性质不同，化学性质不一定相同同种物质分子式和结构式都相同的物质－相同相同相同同系物结构相似，分子组成上相差若干个CH2原子团的有机物化合物不相同相似物理性质不同，化学性质相似【变式训练1】（2024·江西宜春·模拟预测）科技发展与化学密切相关。下列说法错误的是A．TiO2光催化乙苯脱氢转化为苯乙烯，两种有机物互为同分异构体B．科研团队合成环状的C10和C14，C10和C14互为同素异形体C．铌酸锂(LiNbO3)纳米超材料具有独特光学特性，的中子数为52D．通过原电池原理将氮气和氢气转化为NH3同时放出电能，该过程属于人工固氮的过程【变式训练2】（2024·广东东莞·模拟预测）科学技术是第一生产力，下列说法正确的是A．“海基一号”成功从深海开采石油和天然气水合物，天然气属于新能源B．我国首次获得公斤级丰度99%100Mo产品，100Mo与98Mo互为同位素C．“煤制烯现代化成套技术开发及应用”中煤的气化属于物理变化D．“歼-35”战斗机机翼所使用的“碳纤维布”(聚丙烯腈经碳化而成)与金刚石互为同素异形体考点二原子核外电子运动状态知识点1电子的运动特征电子是质量轻、带负电的微观粒子，并具有波粒二象性。电子可以在原子内部进行圆周运动，运动速度很快，接近光速，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘运动轨迹。知识点2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（1）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。（2）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。（3）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。（4）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能层(n)一二三四五六七…符号KLMNOPQ…能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s…………容纳最多电子数22626102610142…………281832…………2n2知识点3原子轨道——电子在原子核外的一个空间运动状态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.电子轮廓图：概率密度为90%的电子云图，s电子云轮廓图是球形；p电子云轮廓图是哑铃形，p电子云有三种伸展方向（px，py，pz，它们相互垂直），即p能级电子有3个伸展方向；d能级电子有5个伸展方向；f能级电子有7个伸展方向。3.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，即电子云的伸展方向。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//4.轨道能量①同能层的不同能级能量s<p<d<f。②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。③同能层同能级不同轨道能量相同，如2px＝2py＝2pz。知识点4泡利原理、洪特规则、能量最低原理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。【特别提醒】所有电子排布规则都需要满足能量最低原理。绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循构造原理。顺序如图。构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有能级交错现象。构造原理是书写基态原子电子核外排布式的依据，也是绘制基态原子核外电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。2.核外电子排布的三个规律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泡利原理每个原子轨道里最多只能容纳2个自旋状态相反的电子洪特规则当电子排布在同一能级的不同简并轨道时，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3.核外电子排布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[Ne]3s23p4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①当电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，释放一定频率的光子，这是产生原子发射光谱的原因；当电子从较低能量的激发态乃至基态跃迁到较高能量的激发态时，需吸收一定频率的光子，这是产生原子吸收光谱的原因。②不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素的分析方法，称为光谱分析。③光谱分析的应用：鉴定元素。知识点5原子核外电子运动状态的描述——“四个量子数”1.主量子数n，n＝1，2，3，4，……(只能取正整数)，描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近(对应不同的能层)，用K、L、M、N等符号表示，决定电子能量高低。2.角量子数l，l＝0，1，2，3……n－1(取值受n的限制)，描述原子轨道或电子云的形状(对应不同的能级)，用s、p、d、f等符号表示，与主量子数n共同决定电子的能量。3.磁量子数m，m＝0，±1，±2，……±l(取值受l的限制)，描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向(对应不同的原子轨道)。4.自旋磁量子数ms，ms＝±eq\f(1,2)，表示同一原子轨道中电子的两种自旋状态。如对于基态的氟原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为＋eq\f(1,2)或－eq\f(1,2)，即：F原子核外电子数为9，基态氟原子核外电子排布式为1s22s22p5，其价电子排布式为2s22p5，若一种自旋状态用＋eq\f(1,2)表示，与之相反的用－eq\f(1,2)表示，则价电子自旋磁量子数的代数和为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(＋\f(1,2)))×4＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,2)))×3＝＋eq\f(1,2)，也可以是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(＋\f(1,2)))×3＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(1,2)))×4＝－eq\f(1,2)。考向1电子排布式表达式的规范书写例1（2024·北京·模拟预测）下列化学用语或图示表达正确的是A．氯分子中的化学键可以表示为B．的价层电子轨道表示式为C．KCN的电子式可以表示为D．Cu的原子结构示意图为【思维建模】1.基态原子（离子）核外电子排布的表示方法表示方法以硫原子为例电子排布式1s22s22p63s23p4简化电子排布式[Ne]3s23p4电子排布图（或轨道表示式）价电子排布式或轨道表示式3s23p4离子（S2-）的电子、价电子排布式1s22s22p63s23p63s23p62.电子排布式书写的易错点（1）电子排布式的书写:①要依据构造原理来完成；②对于副族元素要注意能级交错；③要注意“价电子排布”“核外电子排布”的区别；④关注原子电子排布式与离子电子排布式的区别。（2）并不是所有的原子核外电子的排布都遵循构造原理。Cr原子和Cu原子具有特殊性Cr:[Ar]3d54s1，Cu:[Ar]3d104s1。（3）与化合价有关的电子叫价层电子，价层电子并不都是指原子的最外层电子，主族元素的价层电子就是最外层电子，但过渡元素的价层电子包括最外层s电子，次外层d电子，有的还包括倒数第三层f电子。（4）书写电子排布式时，同一能层按能级由低到高顺序连在一起。如基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，而不能写成1s22s22p63s23p64s23d6。（5）在原子失去价电子时，并不都是按照填充的相反顺序失去，而是按电子排布式顺序从外层向内层失去。如基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，即Fe→Fe3+是失去4s能级上的两个电子和3d能级上的一个电子。（6）在画基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误:①(违反能量最低原理)；②(违反泡利原理)；③(违反洪特规则)；④(违反洪特规则)；⑤画轨道表示式时，不能省略空轨道。如C的轨道表示式应为，而不是。【变式训练1】（2024·贵州·模拟预测）下列化学用语错误的是A．基态镓原子的电子排布式为B．基态砷原子价层电子排布图为C．新戊烷的结构简式为D．氢化铵的电子式为【变式训练2】（2024·湖南长沙·三模）化学用语是学习化学的工具。下列化学用语表述错误的是A．和核内中子数之比为1∶2B．可表示原子、阳离子以及阴离子C．可表示乙烷D．基态铬原子的简化电子排布式：[Ar]3d44s2考向2电子跃迁与原子光谱例2（2024·广东江门·三模）化学之美，美在结构，美在变化，下列说法不正确的是A．天然钻石在打磨过程中，共价键断裂B．霓虹灯发光是由于电子从基态跃迁到激发态产生C．红墙灰瓦是中国传统建筑，墙的红色来源于氧化铁D．清晨山顶光束如瀑布般倾泻而下，是丁达尔效应带了的美景【思维建模】（1）原子光谱：不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。（2）原子光谱形成原因：（3）原子光谱分类及其特征：吸收光谱：明亮背景的暗色谱线发射光谱：暗色背景的明亮谱线（4）原子光谱的应用——光谱分析①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。②生产生活：光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。【变式训练1】（2024·广东江门·三模）百年变局，科技创新是“关键变量”，下列科技成果中所蕴含的化学知识叙述不正确的是A．“北斗卫星”使用的氮化镓芯片属于新型无机非金属材料B．量子计算机“悟空”传导信号用的光纤主要成分是C．“天宫”空间站存储器使用的材料石墨烯与金刚石互为同素异形体D．“梦天实验舱”原子钟利用电子跃迁计时，工作时发生化学变化【变式训练2】（2024·黑龙江牡丹江·一模）化学与生活息息相关。下列说法错误的是A．LED灯光与原子核外电子跃迁释放能量有关B．乙二醇可用于生产汽车防冻液C．氯化镁和硫酸钙都是制作豆腐常用的凝固剂D．硬铝因密度大、强度小可用于制造飞机外壳1．（2022·天津卷）下列叙述错误的是A．是极性分子B．原子的中子数为10C．与互为同素异形体D．

和

互为同系物2．（2023·江苏卷）氢元素及其化合