物質(zhì)結(jié)構、原子核外電子排布（講義）-2025年高考化學一輪復習（新教材新高考）

第16講物質(zhì)結(jié)構原子核外電子排布

目錄

考情分析知識點2能層和能級

網(wǎng)絡構建知識點3電子云與原子軌道

1考點一原子結(jié)構知識點4基態(tài)原子核外電子排布

【夯基?必備基礎知識梳理】【提升?必考題型歸納】

知識點1原子結(jié)構知識點1電子的運動特征

知識點2元素、核素'同位素知識點2能層和能級

【提升?必考題型歸納】知識點3電子云與原子軌道

考向1考查核反應方程的簡單分析知識點4基態(tài)原子核外電子排布

考向2考查“幾同)概念知識點5原子狀態(tài)與原子光譜

知識點6原子核外電子運動狀態(tài)的描述一“四

0考點二原子核外電子排

個量子數(shù)”

【夯基?必備基礎知識梳理】

知識點1電子的運動特征真題感悟

考點要求考題統(tǒng)計考情分析

分析近三年的高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：

2023湖南卷2題，3分

1.從考查題型和內(nèi)容上看，高考命題以選擇題、非選擇題呈現(xiàn)，

原子結(jié)2022浙江1月卷7題，2分

考查內(nèi)容主要有以下3個方面：

構2021卷廣東卷3題，2分

(1)元素、核素、同位素、同素異形體概念的辨析。

原子核2023浙江1月卷3題，2分(2)原子中質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)之間的相互關系

2022浙江六卷7題，2分及計算。

外電子

天津卷題分

202120(1),2(3)根據(jù)原子核外電子排布判斷元素種類、書寫電子排布式和電子

排布排布圖。

2.從命題思路上看，主要以選擇題的形式為主。

(1)選擇題

以最新的科技成果、新聞事件為背景，考查原子結(jié)構、同位素、

核素知識，核外電子排布表達式的正誤判斷。

(2)非選擇題

直接考查電子排布式和電子排布圖的書寫，利用核外電子排布推

斷元素等。

3.根據(jù)高考命題的特點和規(guī)律，復習時要注意以下幾個方面：

(1)同位素和同素異形體的概念分析、原子構成微粒之間的關系。

(2)原子結(jié)構及核外電子排布特性(全空、半充滿、全充滿的穩(wěn)定

性)。

(3)規(guī)范化學術語的書寫，重點掌握第四周期過渡元素的電子排布

式和電子排布圖。

原子、離子結(jié)構示意圖

電子式

分子式

結(jié)構式能層和能級

考點一原子結(jié)構

?夯基?必備基礎知識梳理

知識點1原子結(jié)構

1.原子的構成粒子

'［質(zhì)子Z個—決定元素的種類

目7.J原子核人在質(zhì)子數(shù)確定后L八主

原子9x)j［中子(A—Z)個決定原子種類同位素

、核外電子z個——最外層電子數(shù)決定元素的化學性質(zhì)

2彳散粒之間的等式關系

1）質(zhì)量關系：質(zhì)量數(shù)伍）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）；

2）電性關系：

①原子中：質(zhì)子數(shù)（Z）=核電荷數(shù)=核外電子數(shù);

②陽離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)一陽離子所帶的電荷數(shù),如Mg2+的核外電子數(shù)是10。

③陰離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+陰離子所帶的電荷數(shù),如C廠的核外電子數(shù)是18。

3.微粒符號周圍數(shù)字的含義

元素化合價

質(zhì)量數(shù)、I/離子所帶電荷數(shù)

計里數(shù)-------1取匕

質(zhì)子數(shù)/原子個數(shù)

【特別提醒】①原子中不一定都含有中子，如田中沒有中子。

②電子排布完全相同的原子不一定是同一種原子，如互為同位素的各原子。

③易失去1個電子形成+1價陽離子的不一定是金屬原子，如氫原子失去1個電子形成H+。

④形成穩(wěn)定結(jié)構的離子最外層不一定是8個電子，如Li+為2個電子穩(wěn)定結(jié)構。

知識點2元素、核素、同位素

1.元素、核素、同位素的概念及相互關系

具有相同核電荷數(shù)的同一類原子的總

/一稱，同種元素可有多種不同的核素

/元素、\

//I\\

（行4方、具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的

［貽~貽廠生壬的一種原子——

\同位素）質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同的同一元

j素的不同核素的互稱

2.同位素的特征

①相同存在形態(tài)的同位素，化學性質(zhì)幾乎完全相同,物理性質(zhì)不同。

②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分數(shù)（豐度）一般不變。

3.同位素的“六同三不同”

質(zhì)子數(shù)相同、工上同一元素中子數(shù)不同

。-位置相同

核電荷數(shù)相同一質(zhì)量數(shù)不同

少化學性質(zhì)相同

核外電子數(shù)相同/物理性質(zhì)不同

4.常見的重要核素及其應用K

核素鍍U1久忸(D)汨(T)嬖。

用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子

5.元素、核素、同位素的聯(lián)系與區(qū)別

①現(xiàn)行元素周期表已發(fā)現(xiàn)的元素有118種，由于同位素的存在，故核素的種數(shù)遠大于118種。

②不同核素可能具有相同的質(zhì)子數(shù)，如汨、汨；也可能具有相同的中子數(shù)，如犯、嬖0；也可能具有相同的

質(zhì)量數(shù)，如*c、Wo

③同位素之間的轉(zhuǎn)化，既不是物理變化也不是化學變化，是核反應。

④同位素之間可形成不同的同位素單質(zhì)。如氫的三種同位素形成的單質(zhì)有六種：H2、D2、T2、HD、HT、

DT,他們的物理性質(zhì)（如密度）有所不同，但化學性質(zhì)幾乎完全相同。

⑤同位素之間可形成不同的同位素化合物。如水分子有H20（普通水）、D20（重水）、T2。（超重水）等。他們的

相對分子質(zhì)量不同，物理性質(zhì)（如密度）有所不同，但化學性質(zhì)幾乎完全相同。

6.相對原子質(zhì)量

（1）原子（即核素）的相對原子質(zhì)量：一個原子（即核素）的質(zhì)量與一個12c質(zhì)量的e的比值。一種元素有幾種同

位素，就有幾種不同核素的相對原子質(zhì)量。

（2）元素的相對原子質(zhì)量：是根據(jù)該元素各種天然同位素的相對原子質(zhì)量按該元素各種天然同位素原子所占

的原子百分比算出的平均值。即：Ar（E）=Anxa%+Ar2x6%+Ar3Xc%+…，其中a%+6%+c%+…=1。

（3）核素的近似相對原子質(zhì)量=該核素的質(zhì)量數(shù)。

（4）元素的近似相對原子質(zhì)量：是根據(jù)該元素各種天然同位素的質(zhì)量數(shù)按該元素各種天然同位素原子所占的

原子百分比算出的平均值。即：Ar（E）=4xa%+A2x6%+A3Xc%+…，其中。％+6%+c%+…=1。

7.核反應方程

①盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：夕N+jHe-YO+tH

②查德威克發(fā)現(xiàn)中子：？Be+iH-XC+血

③鈾核裂變反應：贊U+血一然Kr+第Ba+38n

④笊核與旅核聚變反應：田+：HTHe+H

一提升?必考題型歸納

考向1核反應方程的簡單分析

例1.（2023.全國.模擬預測）科學家利用a粒子（即氫核;He）進行多種核反應：；He+；Hf；He+；H、

i；N+；He-1X+；H。己知；H和；H都具有放射性，下列說法錯誤的是

A.X元素位于元素周期表的第二周期第VIA族

B.：H和汨互為同位素，化學性質(zhì)相同

C.：H、都可作為示蹤原子

D.核反應產(chǎn)生的能量可用于發(fā)電，屬于化學能轉(zhuǎn)化為電能

【答案】D

【解析】A.因為核反應過程中電子數(shù)不變，由題意可推出Z=8,所以X是0,位于元素周期表中第二周

期第VIA族，A正確；B.同位素的化學性質(zhì)幾乎相同，B正確；C.由于；H、：H都具有放射性，所以均

可作為示蹤原子，C正確；D.核反應不屬于化學反應的范疇，利用核反應產(chǎn)生的能量發(fā)電是將核能轉(zhuǎn)化為

電能，D錯誤；故選D。

【變式訓練】（2023?全國?統(tǒng)考模擬預測）已知核反應1：Mg+瞪Cm-THs+5^no下列說法正確的是

26

A.,Hs與舞Cm的中子數(shù)之差為21B.12Mg的原子結(jié)構示意圖為

C.^Cm和町Cm互為同素異形體D.Cm位于元素周期表f區(qū)

【答案】D

【解析】A.根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知Z=12+96-5x0=108,則魯Hs的中子數(shù)為269-108=161,望Cm的

中子數(shù)為248-96=152,二者中子數(shù)之差為9,A項錯誤；B.Mg的原子序數(shù)為12,；；Mg的原子結(jié)構示

意圖為B項錯誤；C.瞪Cm和案Cm互為同位素［提示：同一元素的不同核素互稱為同位素］,C

項錯誤；D.Cm為96號元素，基態(tài)Cm原子的核外電子排布式為［Rn］5f76dl7s,Cm位于元素周期表f區(qū)，

D項正確；故選D。

【思維建?！亢朔磻匠谭治鏊悸?/p>

（1）質(zhì)量數(shù)守恒：各微粒左上角數(shù)字之和在核反應前后相等；

（2）電荷數(shù)守恒：各微粒左下角數(shù)字之和（正電荷數(shù)）在核反應前后相等

例：碳14的p衰變：VC^VN+-?e

質(zhì)量數(shù)守恒表達式：14=14+0；電荷數(shù)守恒表達式：6=7—1。

考向2“幾同”概念辨析

例2.（2023?天津河東?統(tǒng)考二模）下列敘述錯誤的是

A.—OH和20H互為同系物B.黑。和;6O互為同位素

C.S?與S$互為同素異形體D.丙酸和甲酸乙酯互為同分異構體

【解析】A.—OH含有酚羥基，而CH20H含有醇羥基，二者結(jié)構不相似，故不

互為同系物，A錯誤；B.黑。和是質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子，故互為同位素，B正確；C.S?與

Sg均為硫元素形成的不同單質(zhì)，故互為同素異形體，C正確；D.丙酸即CH3cH2coOH和甲酸乙酯即

HCOOCH2cH3,二者分子式相同而結(jié)構不同，故互為同分異構體，D正確；故答案為：Ao

【答案】A

【變式訓練】（2023?上海崇明?統(tǒng)考二模）科學家通過測定地球巖石和球粒隕石中"Mg、24Mg比例差異，為月

球起源“大撞擊”假說提供了重要證據(jù)。25Mg與24Mg的說法正確的是

A.互為同素異形體B.具有相同質(zhì)量數(shù)

C.具有相似的化學性質(zhì)D.具有相同的中子數(shù)

【答案】C

【解析】A.25Mg與24Mg是質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，兩者互為同位素，故A錯誤；B.25Mg與24Mg兩

者的質(zhì)量數(shù)分別為25、24,故B錯誤；C.金屬性的化學性質(zhì)主要取決于最外層電子數(shù)，兩者最外層電子

數(shù)相同，因此25Mg與24Mg兩者具有相似的化學性質(zhì)，故C正確；D.25Mg與24Mg兩者的中子數(shù)分別為

13、12,故D錯誤。綜上所述，答案為C。

考點二原子核外電子排布

—夯基?必備基礎知識梳理

知識點1電子的運動特征

運動速度很快，與宏觀物體的運動有極大不同：不能同時確定速度和位置，不能描繪動軌跡。

知識點2能層和能級

(1)能層：根據(jù)多電子原子的核外電子的能量差異，將核外電子分成不同的能層，能層用〃表示。"值越大,

能量越高。

(2)能級:

①根據(jù)多電子原子中同一能層電子能量的不同，將它們分成不同能級。

②能級用相應能層的序數(shù)和字母s、p、d、f組合在一起來表示，如〃能層的能級按能量由低到高的順序排

列為遇、迎、nd>nf等。

③能層序數(shù)等壬該能層所包含的能級數(shù)，如第三能層有3s、3p、3d能級。

④s、p、d、f能級可容納的電子數(shù)為1、3、5、7的二倍。

(3)能層、能級與其容納的最多電子數(shù)之間的關系

能層(〃)一二三四五六七

符號KLMNoPQ

能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s

容納最多22626102610142

電子數(shù)281832......2n2

知識點3電子云與原子軌道

(1)電子云：電子云是處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外空間的概率密度分布的形象化描述。小黑點

越密，表示概率密度越大。由于核外電子的概率密度分布看起來像一片云霧，因而被形象地稱作電子云。

(2)原子軌道：量子力學把電子在原子核外的一個空間運動狀態(tài)稱為一個原子軌道。

能級符號電子云形狀空間延伸方向

s球形二種

三種(相互垂直，分別相對

P啞鈴形

于x、y、z軸對稱)

d//

f//

(3)軌道能量

①同能層的不同能級能量s<p<d<fo

②不同能層相同能級的能量ls<2s<3s……，2p<3p<4p……，半徑隨能層增大而增大。

③同能層同能級不同軌道能量相同2Px=2py=2pz。

知識點4基態(tài)原子核外電子排布

1.能量最低原理：即電子盡可能地先占有能量低的軌道，然后進入能量高的軌道，使整個原子的能量處于最

低狀態(tài)。即原子的核外電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。

2.構造原理：隨著原子核電荷數(shù)的遞增，原子核每增加一個質(zhì)子，原子核外便增加一個電子，

這個電子大多是按如圖所示的能級順序填充的，填滿一個能級再填一個新能級。

OOOOQ

o每一行對應一個能層

每T小圖表示一個陋

wS各同陽向連接線的方向表示隨

祟p核電荷數(shù)遞增而增加的電子填

姒人能級的順序

【特別提醒】所有電子排布規(guī)則都需要滿足能量最低原理。

3.核外電子排布的三個規(guī)律

能量最

原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)

低原理

泡利原理每個原子軌道里最多只能容納2個自旋狀態(tài)相反的電子

當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)

洪特規(guī)則

一個軌道，而且自旋狀態(tài)相同

(3)表示方法

表示方法以硫原子為例

原子結(jié)構示意圖(+16)286

力

電子排布式Is22s22P63s23P4

簡化電子排布式「Nel3s23P4

Is2s2P

電子排布圖（軌道表示式）

3s3P

INI11|十|十|

價電子排布式3s23P4

知識點5原子狀態(tài)與原子光譜

1.基態(tài)原子：處于最低能量的原子。

2.激發(fā)態(tài)原子：基態(tài)原子的電子蛆能量后，電子躍遷到較高能級,變成激發(fā)態(tài)原子。

3.原子光譜

還態(tài)原力

吸收光譜一^-吸收能量釋放能量上四發(fā)射光譜

①當電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時,釋放一定頻率的光子，這是產(chǎn)生原子發(fā)

射光譜的原因；當電子從較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)躍遷到較高能量的激發(fā)態(tài)時，需吸收一定頻率的光子，這

是產(chǎn)生原子吸收光譜的原因。

②不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射

光譜，總稱原子光譜。利用原子光譜的特征譜線來鑒定元素的分析方法，稱為光譜分析。

③光譜分析的應用：鑒定元素。

知識點6原子核外電子運動狀態(tài)的描述——“四個量子數(shù)”

1.主量子數(shù)小〃=1,2,3,4,……（只能取正整數(shù)），描述原子中電子出現(xiàn)概率最大區(qū)域離核的遠近（對應

不同的能層），用K、L、M、N等符號表示，決定電子能量高低。

2.角量子數(shù)/,/=0,1,2,3......“一1（取值受"的限制），描述原子軌道或電子云的形狀（對應不同的能級），

用s、p、d、f等符號表示，與主量子數(shù)〃共同決定電子的能量。

3.磁量子數(shù)3m=0,+1,±2,……±/（取值受/的限制），描述原子軌道或電子云在空間的伸展方向（對應不

同的原子軌道）。

4.自旋磁量子數(shù)相，加=±攝表示同一原子軌道中電子的兩種自旋狀態(tài)。

如對于基態(tài)的氟原子，其價電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為+；或一支

例如：F原子核外電子數(shù)為9,基態(tài)氟原子核外電子排布式為Is22s22P5,其價電子排布式為2s22P5,若一種

自旋狀態(tài)用+T表示，與之相反的用一3表示，則價電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為（+，義4+（—；）x3=+；,

也可以是（+,x3+（一畀4=得。

一提升?必考題型歸納

考向1電子排布式軌道表達式的規(guī)范書寫

例1.（2023?天津河北?統(tǒng)考二模）下列化學用語或圖示表達正確的是

A.順-2-丁烯的球棍模型：

B.CO?的空間填充模型:

2+2-

c.Cac2的電子式：Ca［：c：：c：］

lx2s

D.基態(tài)氮原子的軌道表示式：質(zhì)不卜（［口

【答案】C

【解析】A.由于碳碳雙鍵兩端的甲基分別位于雙鍵平面的兩側(cè)，則是反-2-丁烯的球棍模

型，A錯誤；B.已知CO2是直線形分子，故CO2的空間填充模型為:B錯誤；C.CaC?是離

2+［：C：：C：］2故C正確；D.基態(tài)氮原子的電子排布式為Is22s22P3,

子化合物，cac?的電子式：Ca

軌道表示式為:,D錯誤；故選C。

2p

【變式訓練】（2023?廣東?統(tǒng)考一模）高鐵酸鈉（NazFeCU）是一種新型凈水劑，可用于飲用水處理。濕法制高

鐵酸鈉的反應原理為2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H20。下列有關說法不正確的是

A.H2O的球棍模型為B.基態(tài)Fe3+的簡化電子排布式為［Ar］3d34s2

C.NaClO的電子式為Na+［：0：。：］D.37C1原子結(jié)構示意圖為?

【答案】B

【解析】A.H2O是角形分子，球棍模型為A正確；B.鐵原子失去3個電子形成鐵離子，基

態(tài)Fe3+的簡化電子排布式為［Ar］3d5,B錯誤；C.NaClO是由次氯酸根離子和鈉離子構成的離子化合物，電

子式為Na+［：0：@：］,C正確；D.氯為17號元素，原子結(jié)構示意圖為由）287,D正確；故選B。

【易錯提醒】書寫電子排布式的常見錯誤與技巧

|常見［J②違反泡利原理，如H或叵叵H

I錯誤口③違反洪特規(guī)則，如||||

④不按能層排序書寫，如Is22s22P63s23P64s23d6

①同能級空軌道不能省略，如

tf不能寫成tt

②出現(xiàn)d（f）軌道時，電子按能級〃s、（”-l）d順

序填充，但書寫排列仍按能層順序，如

Fe：Is22s22P63s23P63d64s2

考向2電子躍遷與原子光譜

例2.（2022?全國?高三專題練習）原子光譜是線狀光譜，是由不連續(xù)的譜線組成的，這表明

A.在原子中只有某些電子能夠躍遷產(chǎn)生光譜

B.原子中的電子可以處于某些特定的能量狀態(tài)，即電子的能量是量子化的

C.原子發(fā)射的光是單色光

D.白光可以由多種單色光組成

【解析】A.在原子中所有電子均可發(fā)生躍遷，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)吸收能量，為吸收光譜；電子由激

發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)釋放能量，為發(fā)射光譜，A不符合題意；B.光譜分為連續(xù)光譜和線狀光譜，無論是單色光

還是白光，都是連續(xù)光譜，原子光譜是線狀光譜，也就是由具有特定頻率的光形成的譜線。原子光譜之所

以產(chǎn)生這種特定的譜線，是由于電子的能量是量子化的，電子躍遷的始態(tài)和終態(tài)的能量差也是量子化的，B

符合題意；C.某種元素原子只能產(chǎn)生某些波長的譜線，但都并非一條，根據(jù)電子躍遷后所處的能級，可能

有許多條，每條譜線其波長不同，表現(xiàn)出的顏色也不同，C不符合題意；D.白光可以由多種單色光組成，

與題干無直接關系，D不符合題意；故選B。

【答案】B

【變式訓練】（2023?海南海口?海南中學?？级＃┫铝姓f法錯誤的是

A.基態(tài)氯原子核外電子的運動狀態(tài)有17種

B.“風干日曝咸味加，始灌潮波塔成鹵”，該過程涉及的操作方法是蒸發(fā)結(jié)晶

C.霧有丁達爾現(xiàn)象是因為膠體粒子對光有散射作用

D.鈉鹽焰色原因是電子由較低能量向較高能量的軌道躍遷時吸收除黃色光以外的光

【解析】A.電子運動狀態(tài)由能層、能級、軌道、自旋方向決定，原子核外沒有運狀態(tài)相同的電子，基態(tài)氯

原子核外電子的運動狀態(tài)有17種，故A正確；B.“風干日曝咸味加，始灌潮波增成鹵”指將水蒸發(fā)得到鹽,

該過程涉及的操作方法是蒸發(fā)結(jié)晶，故B正確；C.膠粒直徑介于1?lOOrnn之間，小于可見光波長，對光

散射形成丁達爾效應，霧是膠體，有丁達爾效應，對光有散射作用，故C正確；D.金屬的焰色是由于激發(fā)

態(tài)電子從能量較高的軌道躍遷到能量較低軌道時，能量以可見光的形式釋放，則鈉鹽焰色以黃色的形式釋

放，故D錯誤；故選：D。

【答案】D

1.（2022」月浙江選考，7）下列說法不正確的是（）

A.32s和34s互為同位素

B.C70和納米碳管互為同素異形體

C.CH2cleH2cl和CH3cHeb互為同分異構體

D.C3H6和C4H8一定互為同系物

【答案】D

【解析】A.32s和34s是質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子，互為同位素，故A正確；B.C70和納米碳管是

由碳元素組成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，故B正確；C.CH2cleH2cl和CH3cHe12的分子式相同、結(jié)

構不同，互為同分異構體，故C正確；D.C3H6和C4H8可能為烯妙或環(huán)烷燒，所以不一定是同系物，故D

錯誤；選D。

2.（2022?北京卷，3）38Sr（錮）的87Sr>86$r穩(wěn)定同位素在同一地域土壤中87s/6sr值不變。土壤生物中87Sr/86Sr

值與土壤中87Sr/86班值有效相關。測定土壤生物中87Sr/86Sr值可進行產(chǎn)地溯源。下列說法不正確的是（）

A.Sr位于元素周期表中第六周期、第HA族

B.可用質(zhì)譜法區(qū)分87Sr和86Sr

C.87sr和86加含有的中子數(shù)分別為49和48

D.同一地域產(chǎn)出的同種土壤生物中87Sr/86Sr值相同

【答案】A

【解析】A.Sr位于元素周期表中第五周期、