高考化学一轮复习：原子结构与性质

知识清单15原子结构与性质

知识点01能层、能级与原子轨道

回回

i.能层（«）：（又称：电子层）

（1）分层依据：按照电子的能量差异

（2）表示符号：K、L、M、N、O、P、Q

2.原子轨道（又称：能级、电子亚层）

符号SPd

球形纺锤形或哑铃形花瓣形

电子云形状**n

34»

1

01浦川"1

轨道个数

135

3.1〜36号元素的能层和能级

(1)K层：有坨一个电子亚层

(2)L层：有空、2P两个电子亚层

(3)M层：有生、迎、组三个电子亚层

(4)N层：有欠、血、4d＞组四个电子亚层

4.原子核外电子排布的原理

(1)能量最低原理：电子尽先排布在能量最低的轨道中。

(2)泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向枢反的电子。如：叵]＜错误)正确)

(3)洪特规则：电子在能量相同原子轨道上排布时，应尽可能分占不同的轨道而且自旋方向相同。

错误正确

2px物独独药物纵药物

原子的轨道

N2PIt111111t111t111口口1

(4)洪特规则特例：能量相同的原子轨道在下列情况时，体系能量最低

①全满;即s2、p6、d10

②半满;即s\p3、d5

③全空；即s°、p°、d°

注意：(1)能层数=电子层数。(2)第一能层(K),只有s能级；第二能层(L),有s、p两种能级，p能级上有

三个原子轨道口、丹、p二，它们具有相同的能量；第三能层(M),有s、p、d三种能级。

【典例01】硫的下列4种微粒，若失去一个电子所需要能量最多的是

A.[Ne]3s23P4B.[Ne]3s23P，C.[Ne]3s23Pl4slD.[Ne]3s23P34sl

【答案】B

【解析】A、B、C、D四项中的微粒分别对应基态S、S2+＞激发态S?+、激发态S,激发态上电子能量高，

不稳定，易失去，故需要能量最多的是基态的＜+;

答案选B。

【典例02】下列说法正确的是

A.3s2表示3s能级有2个轨道

B.p能级的能量一定比s能级的能量高

C.在离核越近区域内运动的电子，能量越低

D.1个原子轨道里，最少要容纳2个电子

2

【答案】c

【解析】A.s能级只有1个轨道，3s2表示3s能级容纳2个电子，A不正确；

B.p能级的能量不一定比s能级的能量高，如2P能级的能量低于3s能级的能量，B不正确；

C.能量较低的电子，在离核较近的区域运动，在离核越近区域内运动的电子，能量越低，C正确;

D.1个原子轨道里，最多能容纳2个电子，也可以容纳1个电子或不容纳电子，D不正确；

故选C。

知识点02原子核外电子排布

i.基态原子核外电子排布

(1)21〜30号：[Ar：13dx4s2

①一般最后1位数是几，x就等于几

②24Cr：[Ar]3d44s2f[Ar]3d54sl

③29C11：[Ar]3d94s2f[Ar]3d]。4sl

(2)31〜36号：[Ar]3d104s24pv

①最后1位数是几，x就等于几

②32Ge：[Ar]3d]。4s24M

③34Se：[Ar]4s24.4

2.价电子(外围电子、特征电子)

(1)21〜30号：3d和4s上的电子数之和

(2)其他：最外层电子数

(3)过渡金属原子：除Cu和Cr原子最外层有L个电子外，其余的元素的原子最外层都有1个电子

(4)过渡金属离子的价电子构型：优先失去最外层电子数

原子FeCoCu

价电子构型3d64s23d74s23d104sl

离子Fe2+Fe3+Co2+Co3+Cu+Cu2+

价电子构型3d63d$3d73d63d103d9

(5)元素的最高价：等于价电子数

元素CrFeMnAs

价电子构型3d54sl3d44s23d54s?4S24I)3

最高价+6+8+7+5

(6)过渡金属原子或离子的结构示意图

3

微粒VCr3+Cu+

结构^24)^811

6-23)281120-29)2818

5))

示意图

（7）第四周期主族元素原子或离子的结构示意图：次外层都有运个电子

微粒GaAsBr-

结构

(+31)28183(+33)28185h-35)28188

示意图5))

3.元素在周期表中的位置

（1）主族：主族序数=原子的最外层电子数,周期序数=原子的电子层数

（2）21〜30号：根据3d和4s上的电子数之和确定

ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

3dl4s23d24s23d34s23d54sl3d54s23d64s23d74s23d84s23d104s13d104s2

345678910H12

IHBWBVBWBVHBwIBIIB

（3）元素的分区

4.各种特征的电子（以Mn为例，Is22s22P63s23P63d54s2）

（1）不同运动状态的电子数：25

（2）不同空间运动状态的电子数：15

（3）形状不同的电子云种类：3

（4）不同能级（能量）的电子种类：7

（5）最高能级的电子数：5

（6）最高能层的电子数：2

5.1〜36号元素原子的空轨道数目

空轨道数价电子构型元素种类

1«s2«p2(3)3

2店几pi(3)、3d34s2(1)4

33d24s2(1)2

43dl4s2⑴1

6.1〜36号元素原子的未成对电子数（〃）

4

(1)n=l：ns1(4)、ns2npl(3)>ns2wp5(3)、3dl4s2(1)、3d1°4sl(1),共12种

(2)«=2：ns2np2(3)>ns2wp4(3)s3d24s2(1)、3d84s2(1),共也种

(3)n=3：ns2«p3(3)、3d34s2(1)、3d74s2(1),共&种

(4)M=4：3d64s2(1),共L种

(5)n=5：3d54s2(1),共］_种

(6)n=6：3d54sl(1),共L种

7.基态原子核外电子排布的表示方法（以铁原子为例）

（1）各类要求的电子排布式

①电子排布式：Is22s22P63s23P63d64s2

②简化电子排布式:[Ar]3d64s2

③价电子（外围电子、特征电子）排布式：3d64s2

④最外层电子排布式：4s2

⑤M层电子排布式：3s231163d6

⑥最高能级电子排布式：3d^

（2）各类要求的电子排布图

Is2s2P3s_3p.________3d4s

①电子排布图：印印丽而i画师而阡mTEmi

Is2s2P3s3P3d4s

②轨道表示式：而同而而而而而MWTFTI而

3d4s

③价电子排布图：一⑴山⑴两

c、\\\

（26）28142

④原子结构示意图：'''）

B®®®

核外电子排布常见错误

（1）在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：

①上11，I，II违反能量最低原理）

②m（违反泡利原理）

③上叮________1（违反洪特规则）

@LLLU____1（违反洪特规则）

（2）当出现d轨道时，虽然电子按〃s、（〃一l）d、叩的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把（〃一l）d放在

前,如Fe：Is22s22P如s23P63d64s2,而失电子时，却先失4s轨道上的电子，如Fe?+：Is22s22P63s23P63d5。

5

(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子或价电子排布式的区别与联系。如Cu

的电子排布式:Is22s22P63s23P63di°4s%简化电至排布式：及中于咏、外围电子或价电子排布式：3d104s1o

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【典例03】短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。下列关于基态R原子的描述正确

的是

A.基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形

B.基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n=2或3)

C.基态R原子的原子轨道总数为9

D.基态R原子的轨道表示式为血血||口

【答案】A

【分析】由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知，可能有两种情况：p能级上

只有2个电子，R为第IVA族元素，C或Si；p能级上有4个电子，R为第VIA族元素，O或S,由此可知:

【解析】A.基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形，A正确；

B.基态R原子的价层电子排布式还可能为ns2np、B错误；

C.R元素一共有4种可能，C错误；

D.R元素还有可能为C,D错误；

故选Ao

【典例04】M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L能层

中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物

是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：

(1)写出M、R的价层电子排布式：M、Ro

(2)写出X、Y的价层电子轨道表示式：X、Y=

(3)写出Z的核外电子排布式：-Z的核外未成对电子数为0

【答案】⑴2s22P43s1

3s3p

⑵NFvrn*

(3)Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d54si)6

【分析】M基态原子L能层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则M的价电子排布式为2s22P4则M

为氧元素；R是同周期元素中最活泼的金属元素，M、R原子序数依次增大，则R为钠元素；X和M形成

的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，则X为硫元素，推知Y为氯元素；Z的基态原子4s和3d轨

道半充满，即为3d54sl则Z为Cr；

【解析】(1)结合上述分析可知，M、R分别为氧、钠，价层电子排布式分别为2s22P入3sJ

答案为：2s22Pt3s1

6

3s3p3s3p

(2)上述分析可知X、Y分别为硫、氯，价层电子轨道表示式分别为:

3s3p3s3p

答案为:

(3)Z为铭元素，核外电子排布式：Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d54s%核外未成对电子数为6。

答案为：Is22s22P63s23P63d54sl(或[Ar]3d，4si)；6。

知识点03原子光谱

i.电子的跃迁

(1)基态电子：处于最低能量的电子

(2)激发态电子：能量比基态电子高的电子

(3)电子跃迁

3.原子光谱：电子跃迁时会吸收或释放不同的光形成的谱线

(1)测量光谱仪器：光谱仪

(2)光谱图上数据：波长

(3)光谱类型：线状光谱

①发射光谱:1S22s22P63s23P34sIf1S22s22P63s23P4

②吸收光谱：1S22s22P3—1S22s22Pl3s2

(4)解释原子发光现象

①在XX条件，基态电子吸收能量跃迁到激发态

②由激发态跃迁回基态过程中，释放能量

③释放的能量以XX可见光的形式呈现

(5)可见光的波长(x)和能量(E)

①公式：E=hv,c(光速)

②颜色和波长的关系

|红|橙|黄|绿|蓝靛|紫|:

770622597577492455390Mim

7

注意：①可见光中，红光的波长最长，紫色的波长最短。②焰色反应是电子跃迁的结果，故金属的焰色反

应是物理变化过程，不属于化学变化。

【典例05】吸收光谱和发射光谱统称为原子光谱。下列说法错误的是

A.同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同

B.霓虹灯光与原子核外电子发生跃迁释放能量有关

C.光谱仪可以摄取元素的吸收光谱和发射光谱

D.目前发现的元素都是通过原子光谱发现的

【答案】D

【解析】A.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，同一种元素原子的吸收光谱和发射光谱的特征谱线相同，故A正确；

B.电子跃迁本质上是组成物质的粒子中电子的一种能量变化，霓虹灯广告与原子核外电子发生跃迁释放能

量有关，故B正确；

C.吸收光谱和发射光谱都是线谱，区别在于前者显示黑色线条，而发射光谱显示光谱中的彩色线条，可以

用光谱仪摄取各种元素电子的吸收光谱或发射光谱，故c正确；

D.每种元素都有自己的特征谱线，在历史上许多元素是通过原子光谱发现的，如锥和锄，但目前发现的元

素并非都是通过原子光谱发现的，故D错误；

故选D。

【典例06】对充有氛气的霓虹灯管通电，灯管发出红光，产生这一现象的主要原因是

A.电子由激发态向基态跃迁时吸收除红光以外的光

B.电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量

C.电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光

D.通电后在电场作用下，定原子与构成灯管的物质发生反应

【答案】B

【解析】霓虹灯发红光是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道，能量较高轨道上的电子会跃迁回能

量较低的轨道而以光的形式释放能量。综上所述故选B。

8

知识点04电离能大小的比较及应用

回里

1.概念：气态原子或离子失去L个电子所需要的最小能量

(1)第一电离能(II)：M(g)—「=M+(g)

+-2+

(2)第二电离能(I2)：M(g)-e=M(g)

(3)第"电离能(I„)：M—(g)-e-=M«+(g)

2.同一原子各级电离能

(1)变化规律：LWLWLW…

(2)变化原因

①电子分层排布

②各能层能量丕回

3.第一电离能变化规律

(1)根据递变规律判断

①基本规律：周期表右上角位置的氏原子的L最大

①基本规律：I1越小，金属性越强，注意IIA和VA族元素的特殊性

②金属元素和非金属元素的II：Ii(金属)WL份金属)

(3)根据微粒结构判断

①稳定结构微粒的I大：全满、半满和全空状态稳定

②I1全满>之！(半满)

③判断：Il(Cu)<.11(Ni>>h<Cu)(Zn>

4.各级电离能数据的应用

(1)判断元素价态：最高正价为+〃

钠、镁、铝的电离能1)

NaMgAl

11496738577

12456214511817

13691277332745

1495401054011578

(2)判断某一级电离能最大：第〃级电离能最大，说明其最高正价为+能一大价

(3)判断电离能的突增点：形成相应电子层最稳定状态后再失去1个电子

9

元素突增点的电离能级数

原子第一次第二次第三次

Pkiu

Cab111112

注意：a.金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序判断电离能

的大小。

b.第二、三、四周期的同周期主族元素，第IIA族（溜2硬。）和第VA族（成2叩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第IIIA族和第VIA族元素的，如第一电离能：Mg>Al,

P>So

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【典例07】某短周期金属原子X的逐级电离能如图所示，下列说法正确的是

电离能/（kJ-mo「）

A.X在化合物中可能为+3价

B.X可能在周期表第二周期

C.X在周期表第VA族

D.X的最高价氧化物是碱性氧化物

【答案】A

【解析】A.从图分析，该元素的电离能第四电离能突然变大，故说明该元素的最外层有3个电子，X在化

合物中可能为+3价，A正确；

B.第二周期最外层有3个电子的为硼，不是金属元素，B错误；

C.最外层有3个电子，为第IIIA族，C错误；

D.最高价氧化物若为铝，则为两性氢氧化物，D错误；

故选Ao

【典例08］下表列出了某短周期金属元素R的各级电离能数据（用1、12……表示），有关R元素的说法中,

正确的是

元素电离能/(kJ・moH)

10

I.14.........

R5781817274511577.........

A.R元素的最高正化合价为+2价

B.R元素的第一电离能高于同周期相邻元素的

C.R的氧化物为两性氧化物

D.R元素形成的单质熔点远高于其氧化物

【答案】C

【解析】A.从数据看，R的第三电离能和第四电离能差距很大，即R易失去三个电子，所以它的化合价为

+3价，A项错误；

B.R的价电子排布为ns2npi,失去一个电子后s全满稳定，而R前面的相邻元素为ns?稳定难失电子，所

以R的第一电离能不是全部高于同周期相邻元素，B项错误；

C.R为Al,AI2O3为两性氧化物，C项正确；

D.R的单质为金属晶体，而氧化铝为混合晶体，其熔点高达2000多度，远高于铝的，D项错误；

故选C。

知识点05电负性

1.意义：衡量元素的原子在化合物中得电子能力

2.递变规律

电负任城大

1A

电

负

性

类

(1)周期表右上角氟元素的最大

(2)电负性大小

①电负性最大的前三种元素：F>O>N

②氢元素的电负：C>H>B；P>H>Si

3.其他判断方法

(1)根据共用电子对的偏向判断：偏向一方元素的电负性大

11

(2)化合物中化合价的正负判断：显负价元素的电负性太

(3)根据元素的非金属性判断

①最高价氧化物对应水化物的酸性越强，电负性越大

②单质与氢气越容易化合，电负性越大

③气态氢化物越稳定，电负性越大

4.判断化合物的类型

(1)差值：|AX|>1.7,离子化合物

(2)差值：|AX|<1.7,共价化合物

5.根据电负性写水解方程式

(1)水解原理

①电负性大的原子显负价,结合水中的里

②电负性小的原子显正价,结合水中的OIF

(2)实例

®BrI：IBr+H2O=HIO+HBr

②NCb：NCI3+3H2O=NH3+3HCIO

注意：a.共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。

b.两元素电负性差值大于1.7时，一般形成离子键，小于1.7时，一般形成共价键，如AlCb中两元素的电负

性之差为1.5,因此AlCb含有共价键，属于共价化合物。

c.位于非金属三角区边界的“类金属”(如错、睇等)的电负性则在1.8左右。

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【典例09】四种元素基态原子的电子排布式如下：

①Is22s22P63s23P4②Is22s22P63s23P3③Is22s22P5④Is22s22P3

则下列有关比较中正确的是

A.第一电离能：④>③>②>①B.电负性：③〉④②

C.简单离子半径：②>①>③>④D.最高正化合价：③>④=②>①

【答案】B

【分析】根据四种元素基态原子的电子排布式，①