2023届新高考新教材化学人教版一轮学案-第五章第1讲　原子结构　原子核外电子排布

第1讲原子结构原子核外电子排布复习目标核心素养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。1.宏观辨识与微观探析：能从能层、能级等不同层次认识原子的结构，以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。2．证据推理与模型认知：能运用构造原理和能量最低原理，揭示元素原子核外电子排布的规律。3．变化观念与平衡思想：能多角度、动态地分析核外电子的运动状态及原子结构的变化规律，认识元素性质的变化规律。考点一原子结构核素同位素1．原子结构(1)构成原子的粒子及作用eq\a\vs4\al(原子,（eq\o\al(A,Z)X）)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子（Z个）——决定元素的种类,中子[（A－Z）个]——\o(\s\up7(在质子数确定后),\s\do5(决定原子种类)))),核外电子（Z个）——最外层电子数决定元素,的化学性质))(2)粒子之间的关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数；④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。(3)微粒符号周围数字的含义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同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大；②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。两种相对原子质量辨析①原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C质量的eq\f(1,12)的比值。其近似值可用质量数代替。②元素的相对原子质量：是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。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。其近似值是用各核素质量数算出的平均值，即Ar(Cl)≈35×a%＋37×b%。(3)氢元素的三种核素eq\o\al(1,1)H：名称为氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名称为氘或重氢；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。(4)几种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断代制氢弹示踪原子①有质子的微粒不一定有中子，如1H；有质子的微粒不一定有电子，如H＋。②质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－；核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋。(1)任何原子的原子核均有质子和中子，任何离子均有电子。(×)(2)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(√)(3)核聚变如eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。(×)(4)eq\o\al(35,17)Cl与eq\o\al(37,17)Cl得电子能力几乎相同。(√)(5)一种核素只有一种质量数。(√)(6)H2、D2、HD均为氢元素的不同单质，三者属于同素异形体。(×)题点一核素同位素的概念辨析“玉兔”号月球车用eq\o\al(238,94)Pu作为热源材料。下列关于eq\o\al(238,94)Pu的说法正确的是()A.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U互为同位素B.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu互为同素异形体C.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U具有完全相同的化学性质D.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有相同的最外层电子数【解析】eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，不互为同位素，A错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu均是核素，不是单质，不互为同素异形体，B错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，属于不同的元素，不可能具有完全相同的化学性质，C错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu的质子数相同，具有相同的最外层电子数，D正确。【答案】D[对点训练1]1919年卢瑟福用α粒子(即氦核eq\o\al(4,2)He)轰击非金属原子eq\o\al(A,Z)X，得到核素eq\o\al(17,Z＋1)Y，首次实现了原子核的人工转变，核反应方程式为eq\o\al(A,Z)X＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,Z＋1)Y＋M。M原子的质子数比中子数多1，X与Y的质子数之和等于与X同主族下方紧邻元素的质子数，上述所有元素均为短周期元素。下列说法正确的是()A.eq\o\al(A,Z)X的相对原子质量为14B．第一电离能：X<YC．简单离子的半径：X<YD．简单气态氢化物的还原性：X>Y解析：D由核反应方程式、质子数守恒，可推出M的质子数为1，则M为eq\o\al(1,1)H；再根据质量数守恒，A＋4＝17＋1，则A＝14；与X同主族下方紧邻元素的质子数为Z＋8，根据题意：Z＋Z＋1＝Z＋8，解得Z＝7，推出X为N元素，Y为O元素。eq\o\al(14,7)N的质量数为14，相对原子质量应该与质量数近似，但不等于14，A错误；基态氮原子的2p轨道为半充满，体系能量低，较稳定，第一电离能氮大于氧，B错误；简单离子的半径：N3－>O2－，C错误；因非金属性O>N，故简单气态氢化物的还原性NH3>H2O。故选D。题点二微粒中“粒子数”的确定某元素的一种同位素X原子的质量数为A，它与2H原子组成2HmX分子，此分子含N个中子，在ag2HmX中所含电子的物质的量是()A.eq\f(a,A＋2m)(A－N＋m)molB.eq\f(a,A＋m)(A－N)molC.eq\f(a,A＋m)(A－N＋m)molD.eq\f(a,A＋2m)(A－N＋2m)mol【解析】2HmX分子含N个中子，则同位素X含中子数为(N－m)，由同位素X的原子质量数为A可知，质子数为(A－N＋m)，则每个2HmX分子含有质子数为(A－N＋2m)，ag2HmX的物质的量为eq\f(ag,（2m＋A）g·mol－1)＝eq\f(a,2m＋A)mol，故含有质子物质的量为eq\f(a,2m＋A)(A－N＋2m)mol，因中性分子中质子数等于电子数，则ag2HmX中所含电子的物质的量是eq\f(a,2m＋A)(A－N＋2m)mol，故选D。【答案】D[母题延伸]在上题ag2HmX中X原子所含中子的物质的量是________mol。提示：eq\f(a,A＋2m)×(N－m)[对点训练2](双选)月球上的每百吨eq\o\al(3,2)He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量，地球上氦元素主要以eq\o\al(4,2)He的形式存在。已知一个eq\o\al(12,6)C原子的质量为ag，一个eq\o\al(3,2)He原子的质量为bg，NA为阿伏加德罗常数。下列说法正确的是()A．eq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He少一个中子B．氦元素的近似相对原子质量为3.5C.eq\o\al(3,2)He的相对原子质量为eq\f(12b,a)D.eq\o\al(3,2)He的摩尔质量为bNA解析：ACeq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He少一个中子，A正确；不能确定核素的原子百分含量，因此不能计算氦元素的近似相对原子质量，B错误；一个原子的真实质量与一个eq\o\al(12,6)C原子质量的eq\f(1,12)的比值是该核素的相对原子质量，因此eq\o\al(3,2)He的相对原子质量为eq\f(12b,a)，C正确；eq\o\al(3,2)He的摩尔质量为bNAg·mol－1，D错误。[对点训练3]已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则wgR原子完全转化为R2－时，含有电子的物质的量是()A．eq\f(m－n－2,w·m)mol B．eq\f(w（m－n）,n)molC．eq\f(w（m－n－2）,m)mol D．eq\f(w,m)(m－n＋2)mol解析：DR原子的质子数为(m－n)个，其核外电子数也为(m－n)个，所以R2－的核外电子数为(m－n＋2)个，而wgR原子的物质的量为eq\f(w,m)mol，所以形成的R2－含有的电子的物质的量为eq\f(w,m)(m－n＋2)mol，故选D。[名师点拨]求一定质量的某物质中粒子数的答题模板物质的质量eq\o(→,\s\up7(÷摩尔质量（来自质量数）))物质的量eq\o(→,\s\up7(×一个分子或离子中含某粒子个数))指定粒子的物质的量eq\o(→,\s\up7(×NA))粒子数考点二原子核外电子排布1．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。④s、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2.电子云与原子轨道(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)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。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//(3)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2px＝2py＝2pz。3．基态原子核外电子排布(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。(2)排布原则①泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子，而且它们的自旋状态相反，这个原理称为泡利原理。②洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，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。(3)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光谱的成因与分类。②光谱分析：在现代化学中，利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素的分析方法。③光谱分析的应用：鉴定元素。(1)p能级能量一定比s能级的能量高。(×)(2)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(×)(3)铁元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(×)(4)磷元素基态原子的轨道表示式为(×)(5)电子排布式1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(×)(6)表示的原子能量处于最低状态。(×)题点一电子排布式轨道表达式的规范书写(2021·青岛月考)已知A原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子；B原子的2p轨道上有1个电子的自旋状态与其他电子的自旋状态相反；C原子的第三电子层上有8个电子，第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。(1)A原子的结构示意图：____________________________________________；(2)B原子的轨道表示式：____________________________________________；(3)C原子的核外电子排布式：________________________________________；(4)A离子的电子式：_________________________________________________。【解析】由题意可知，A原子的3p轨道上有5个电子，则A为Cl；B原子的2p轨道上有4个电子，则B为O；C原子的外围电子排布式为4s1，则C为K。【答案】(3)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)[母题变式](1)电子排布式的书写顺序与电子排布顺序相同吗？为什么？(2)价电子排布式与最外层电子排布式相同吗？试举例说明。提示：(1)电子排布式的书写顺序≠电子排布顺序。电子进入能级的顺序是按照构造原理中能级的能量递增的顺序，而电子排布式的书写规则是按照能层的顺序，能层中的能级按s、p、d、f的顺序排布。(2)价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子，是原子核外跟元素化合价有关的电子。在主族元素中，价电子数就是最外层电子数；副族元素原子的价电子，除最外层电子外，还可包括次外层电子。例如，Mn的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排布式为3d54s2。[对点训练1](2021·成都模拟)下列各项叙述错误的是()A．如果硫原子核外电子排布图为，则违反了泡利原理B．如果25号Mn元素的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d7，则违反了构造原理C．氮原子的核外电子排布图为，符合洪特规则和泡利原理D．泡利原理、洪特规则、构造原理都是对核外电子排布满足能量最低的要求答案：A[规律总结]“两原理，一规则”的正确理解(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则原子能量不处于最低状态。在写基态原子的轨道表示式时，常出现以下错误：(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，即ns2、np3、np6等是相对稳定结构状态。如Cr：[Ar]3d54s1、Mn：[Ar]3d54s2、Cu：[Ar]3d104s1、Zn：[Ar]3d104s2。(3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n－1)d放在ns前。[对点训练2](1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；其价电子轨道表示式为____________________________。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C离子的结构示意图为___________________________________。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为__________________________________，其原子的结构示意图为________________________________________________________________________。(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为______________________________。(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，核外电子轨道表示式为______________________________________。答案：(1)N(2)Cl(3)Fe1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)(5)22p题点二电子跃迁与原子光谱下列原子的电子跃迁能释放光能形成发射光谱的是()A．1s22s22p63s2→1s22s22p63p2B．1s22s22p33s1→1s22s22p4C．1s22s2→1s22s12p1D．1s22s22peq\o\al(1,x)→1s22s22peq\o\al(1,y)【解析】A项，吸收光能，形成吸收光谱；B项，由激发态→基态，释放光能，形成发射光谱；C项，形成吸收光谱；D项，2px与2py能量相同，不属于电子跃迁。【答案】B[母题变式]从电子跃迁的角度指出焰色试验呈现不同颜色光的原理是________________________________________________________________________。提示：吸收能量后，电子从激发态向基态发生跃迁，跃迁时以不同颜色光的形式释放出不同能量[对点训练3](2021·西安模拟)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．③>④>①>②C．②>①>④>③ D．④>③>①＝②解析：C电子能量为1s<2s<2p，则2p轨道上电子越多，1s、2s轨道上电子越少，其能量越高，则能量由高到低的顺序是②>①>④>③。1．(2021·河北卷，5)用中子轰击eq\o\al(N,Z)X原子产生α粒子(即氦核eq\o\al(4,2)He)的核反应为：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价。下列说法正确的是()A．H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B．Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C．X和氢元素形成离子化合物D．6Y和7Y互为同素异形体解析：A根据元素Y在化合物中呈＋1价及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为B元素、Y为Li元素。H3BO3为弱酸，可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液，A正确；Li单质在空气中燃烧的产物是Li2O，B错误；B元素与H元素可形成多种共价化合物，如B2H6、B4H10等，C错误；同素异形体是指由同一种元素组成的不同形态的单质，故6Y和7Y不互为同素异形体，二者互为同位素，D错误。2．(2021·湖南卷，7)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Y的原子序数等于W与X的原子序数之和，Z的最外层电子数为K层的一半，W与X可形成原子个数比为2∶1的18e－分子。下列说法正确的是()A．简单离子半径：Z>X>YB．W与Y能形成含有非极性键的化合物C．X和Y的最简单氢化物的沸点：X>YD．由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性解析：BZ的最外层电子数为K层的一半，则Z的最外层电子数为1，又W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，则Z不可能为氢、锂元素，故Z为第三周期的Na元素。Y的原子序数等于W与X的原子序数之和，且Y的原子序数小于11，又W与X可形成原子个数比为2∶1的18e－分子，分析可知N2H4符合题意，故W为氢元素、X为氮元素，则Y为氧元素。Z、X、Y的简单离子核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小，即简单离子半径：X>Y>Z，A错误；W与Y能形成H2O2，既含有极性键又含有非极性键，B正确；X和Y形成的最简单氢化物分别为NH3和H2O，常温下，NH3为气态，H2O为液态，故H2O的沸点更高，C错误；由氢、氮、氧三种元素所组成的化合物NH3·H2O的水溶液呈碱性，D错误。3．(2020·江苏卷，2)反应8NH3＋3Cl2=6NH4Cl＋N2可用于氯气管道的检漏。下列表示相关微粒的化学用语正确的是()A．中子数为9的氮原子：eq\o\al(9,7)NB．N2分子的电子式：N⋮⋮NC．Cl2分子的结构式：Cl—ClD．Cl－的结构示意图：解析：CA项，中子数为9的氮原子表示为eq\o\al(16,7)N，错误；B项，N2分子的电子式为，错误；C项，1个Cl2分子中只存在一对共用电子对，其结构式为Cl—Cl，正确；D项，Cl－的结构示意图为，错误。4．(2020·全国Ⅰ卷，11)1934年约里奥居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核eq\o\al(4,2)He)轰击金属原子eq\o\al(W,Z)X，得到核素eq