2014高考化学必备专题——原子结构 核外电子排布
【考纲解读】
【高考预测】《物质结构》可谓中学化学之灵魂，高考重现率几乎为100%，且常考常新，现将近两年全国各地高考试题中有关考点试题分类如下：
一、以等电子微粒结构为基点考查常见微粒的性质
二、以原子构成为切入点考查同素异形体的性质
三、以元素周期表的结构为载体考查简单推理能力
四、以元素周期律为指导考查分析判断能力
五、以分子结构与分子组成考查观察能力
六、借助微粒结构考查审题能力
一、原子的构成
质子 → 决定元素种类
原子核 → 质量数
1．原子A ZX 中子 → 决定同位素
电子数 → 最外层电子数 → 化学性质
核外电子
电子排布 → 电子层数
2．原子结构的表示方法
（1）原子结构示意图：表示原子的核电荷数和核外电子数在各电子层排布的图示（圆圈表示原子核，圆圈里面的数字表示核电荷数，“+”表示质子带正电，半弧表示电子层，半弧上的数字表示该层上的电子数）。如Cl原子：
（2）原子组成表示式：A ZX，其中X为原子符号，A为质量数，Z为质子数，A-Z为中子数。
（3）电子式：在元素符号周围用“· ”或“×”表示最外层电子的图示。
3．构成原子或离子微粒间的数量关系：
（1）质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数
（2）质量数=质子数+中子数
（3）质子数=阳离子的核外电子数+阳离子所带电荷数
（4）质子数=阴离子的核外电子数-阴离子所带电荷数
（5）原子的质量数≈该同位素原子的相对原子量
（6）元素的质量数≈该元素的平均相对原子量
例1.（2013·上海化学·3）230Th和232Th是钍的两种同位素，232Th可以转化成233U。下列有关Th的说法正确的是
A. Th 元素的质量数是232 B. Th 元素的相对原子质量是231
C. 232Th 转换成233U是化学变化 D. 230Th和232Th的化学性质相同
【答案】D
二、元素、核素、同位素
1.元素、核素、同位素的区别与联系
元素是具有 的同一类原子的总称
核素是具有 和 的一种原子
同一元素的不同 之间互称为同位素
元素、核素、同位素间的关系可用右图表示：
2.原子中各粒子的作用
① 数决定元素种类，同种元素的不同 ，其 数相同 数不同， ② 数和 数共同决定了原子(核素)的种类
③元素的化学性质决定于 和 ，其中 是决定元素化学性质的主要因素
3.同位素的性质及表示方法
同位素的 性质几乎完全相同而 性质不同，若某元素的原子核内有6个质子和6个中子，其核素组成符号为 ，说出核素的一个用途 。
思考：为什么同位素的化学性质几乎完全相同而物理性质不同？
4.同位素、同素异形体、同分异构体、同系物的研究对象
同位素
同素异形体
同分异构体
同系物
研究对象
5．元素相对原子质量、元素近似相对原子质量、同位素相对原子质量、同位素近似相对原子质量
（以35Cl、37Cl为例：35Cl的相对原子质量是34.969，在自然界中占75.77%；37Cl的相对原子质量是36.966，在自然界中占24.23%）
同位素饿相对原子量
同位素近似相对原子量
元素相对原子量
元素近似相对原子量
概念
国际上用某种同位素原子的绝对质量与12C原子的绝对质量的1/12比较所得的数值
同位素近似相对原子量即质量数
指某元素的各种同位素相对原子质量与该同位素原子所占的原子个数百分比的乘积之和
指某元素的各种同位素近似相对原子质量（质量数）与该同位素原子所占的原子个数百分比的乘积之和
特点
一个原子的相对原子质量
质量数
平均值
平均值
举例
35Cl=34.969
35Cl=35
氯元素相对原子量5.453
氯元素近似相对原子量35.5
37Cl=36.966
37Cl=37
例2.（2013·上海化学·2）氰酸铵（NH4OCN）与尿素[CO(NH2)2]
A.都是共价化合物 B.都是离子化合物C.互为同分异构体 D.互为同素异形体
【答案】C
三、原子的核外电子排布
1.核外电子排布排布的规律
（1）电子层的划分
电子层数
1
2
3
4
5
6
7
符 号
K
L
M
N
O
P
Q
离核距离
近 远
能量高低
低 高
（2）核外电子的排布规律
①各电子层最多容纳的电子数是2 n2（n表示电子层数）。
②最外层电子数不超过8个（K层是最外层时最多不超过2个）；次外层电子数不超过18个；倒数第三层不超过32个。
③核外电子总是先排布在能量最低的电子层上，然后由里往外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布（即排满K层再排L层，排满L层再排M层）。
2．核外电子排布特点归纳
（1）前18号元素排布的特点
①原子核中无中子的原子1 1H
②最外层有一个电子的元素H、Li、Na
③最外层有两个电子的元素Be、Mg、He
④最外层电子数等于次外层电子数的元素为Be、Ar
⑤最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C；是次外层电子数3倍的元素是O；是次外层电子数4倍的是Ne
⑥电子层数与最外层电子数相等的元素H、Be、Al
⑦电子总数为最外层电子数2倍的是Be
⑧次外层是最外层电子数2倍的元素是Li、Si
⑨内层电子总数是最外层电子数的2倍的是Li、P
（2）核外电子数相同的微粒
核外电子总数为10个电子的微粒
核外电子总数为18个电子的微粒
核外电子总数及质子总数都相同的离子
分子
Ne、HF、H2O、NH3、CH4
Ar、F2、HCl、H2S、PH3、SiH4、CH3CH3、CH3OH、N2H4 、H2O2
阳离子
Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+
K+、Ca2+
Na+、NH4+、H3O+
阴离子
N3—、O2—、F—、
OH—、NH2—
P3—、S2—、Cl—、HS—
F—、OH—、NH2—
或Cl—、HS—
3． 判断分子中原子的最外层电子是否满足8电子稳定结构的方法
（1）常见的单质X2（卤素单质）、O2、N2等双原子单质分子满足原子最外层电子8电子结构。
（2）分子中含有氢元素，则氢原子不满足最外层8电子稳定结构。
（3）依据某元素的化合价的绝对值与其最外层电子数之和是否等于8进行判断。
4、能层与能级 对多电子原子的核外电子，按 将其分成不同的能层(n)；对于同一能层里能量不同的电子，将其分成不同的 ；能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按 的顺序升高，即E(s)＜E(p)＜E(d)＜E(f)。
完成下表：各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数
能 层(n)
一
二
三
四
五
六
七
符 号
K
L
N
O
P
Q
能 级(l)
1s
2s
2p
3s
3p
3d
5s
…
……
最 多
电 子 数
2
2
6
2
…
……
2
18
32
……
2n2
由表中可知：①各能层最多容纳的电子数为 。
②能级类型的种类数与 数相对应
③s p d f 能级所含轨道数分别为 ，与能级所在能层无关。
5、电子云与原子轨道
1．电子云：电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述，小黑点的疏密表示 。
2．原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为 %的电子云空间轮廓图。s电子的原子轨道呈 对称， ns能级各有 个原子轨道；p电子的原子轨道呈 ，np能级各有 个原子轨道，相互垂直（用px、py、pz表示）；nd能级各有 个原子轨道；nf能级各有 个原子轨道。各轨道的的形状与所处的能层无关。
6、核外电子排布规律
1）．构造原理：绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序：
1s、2s、2p、3s、3p、 、 、4p、5s、4d、5p、6s、4f……
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出，不同能层的能级有交错现象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)、E(4f)＞E(6s)等。
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据，也是绘制基态原子电子排布图（即轨道表示式）的主要依据之一。
思考：如何快速判断不同能级的能量高低？
2）．能量最低原理：能量最低原理：原子核外电子遵循构造原理排布时，原子的能量处于最低状态。即在基态原子里，电子优先排布在 的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里。当某能级中的原子轨道处于全充满或半充满状态时能量较低。
3）．泡利原理：每个原子轨道里最多只能容纳 个自旋方向 的电子。
4）．洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据 轨道，且自旋方向 。
思考：为什么在同一原子中不可能出现运动状态完全相同的两个电子？
7、基态、激发态、光谱
1）．基态：最低能量状态。如处于最低能量状态的原子称为基态原子。
2）．激发态：较高能量状态（相对基态而言）。如基态原子的电子吸收能量后，电子跃迁至较高能级成为激发态原子。
3）．光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收（基态→激发态）和放出（基态→激发态）能量，产生不同的光谱——原子光谱（吸收光谱和发射光谱）。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。
例3.（2013·安徽理综·25）X、Y、Z、W是元素周期表中原子序数依次增大的四种短周期元素，其相关信息如下表：
（1）W位于元素周期表第 周期第 族；W的原子半径比X的 （填“大”或“小”）。
（2）Z的第一电离能比W的 （填“大”或“小”）； 油固态变为气态所需克服的微粒间作用力是 ；氢元素、、的原子可共同形成多种分子，写出其中一种能形成同种分子间氢键的物质名称 。
（3）震荡下，向Z单质与盐酸反应后的无色溶液中滴加溶液直至过量，能观察到的现象是；的单质与氢氟酸反应生成两种无色气体，该反应的化学方程式是 。
（4）在25°、101下，已知13.5g的固体单质在气体中完全燃烧后恢复至原状态，放热419,该反应的热化学方程式是 。
【答案】
（1）三 NA 小
（2）小 分子间作用力（范德华力） 甲醛（甲酸）
（3）先产生白色沉淀，后沉淀溶解 Si + 4HF = SiF4 + 2H2
（4）2Al + 3 O2 =Al2O3 △H= -1675KJmol
【考点精析】
考点1 原子结构
[例1] （2013·江苏化学·2）下列有关化学用语表示正确的是
A.丙烯的结构简式：C3H6
B.氢氧根离子的电子式：
C.氯原子的结构示意图：
D.中子数为146、质子数为92的铀(U)原子14692U
【参考答案】B
考点2 原子核外电子排布规律
[例2] （2013·四川理综化学·4）同周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外电子层电子数之比为4︰3，Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是
A. W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z>Y>W
B. W、X、Y、Z的原子半径大小顺序可能是W>X>Y>Z
C.Y、Z形成的分子的空间构型可能是正四面体
D.WY2分子中σ键与π键的数目之比是2︰1
【答案】.B
考点3 5同
[例3] 2013·海南化学·3重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法错误的是
A．氘(D)原子核外有1个电子 B．1H与D互称同位素
C．H2O与D2O互称同素异形体 D．1H18O与D216O的相对分子质量相同
[答案]C
考点4 微粒半径的大小比较和10电子、18电子微粒
[例4] 已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去)：
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的电子式：A____________；D____________。
(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，请写出：
①A与B在溶液中反应的离子方程式为__________________________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)________________________________________________________________________。
【答案】 (1)A.[H N H]＋ D．HO,
(2)①HS－＋OH－===S2－＋H2O
②OH－>S2－
规律方法：寻找10电子微粒和18电子微粒的方法
1．10电子微粒
2．18电子微粒
CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH、F—F、F—CH3、CH3—OH……
【课后精练】一、选择题(本题包括12小题，每小题4分，共48分)
1．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )
2．下列电子排布图所表示的元素原子中，正确的是( )
3．下列各项中的两个分子核外电子总数不同的是( )
A．H2O2和CH3OH B．HNO2和HClO C．H2O和CH4 D．HCl和F2
4．近20年来，同位素分析法在植物生理学、生态学和环境科学研究中获得广泛应用。如在陆地生态研究中，2H、13C、15N、18O、34S等被视作环境分析指示原子。下列说法中正确的是( )
A．34S原子核内的中子数为16 B．1HO的摩尔质量为20 g/mol
C．13C和15N核内的质子数相差2 D．2H＋核外电子数为2
5．下列关于指定粒子构成的几种描述中不正确的是( )
A．37Cl与39K具有相同的中子数
B．第114号元素的一种核素X与 82Pb具有相同的最外层电子数
C．H3O＋与OH－具有相同的质子数和电子数
D．O与S2－具有相同的质子数和电子数
6．(2012·山东济南高三一模)下列说法中，正确的是( )
A．34S原子核内的中子数为16
B．1H和2H的化学性质相同
C．HO与HO互为同素异形体
D．Na和Na＋属于同种元素，且性质相同
7．简单原子的原子结构可用下图形象地表示：
其中?表示质子或电子，表示中子，则下列有关的叙述正确的是( )
A．①②③互为同位素
B．①②③为同素异形体
C．①②③是三种化学性质不同的粒子
D．①②③具有相同的质量数
8．下列有关认识正确的是( )
A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7
B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束
C．各能层含有的能级数为n－1
D．各能层含有的电子数为2n2
9．最近医学界通过用14C标记的C60发现一种C60的羟酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病毒的繁殖，则有关14C的正确叙述是( )
A．与12C60的碳原子化学性质不同
B．与14N含的中子数相同
C．是12C60的同素异形体
D．与12C、13C互为同位素
10．在正规化学试卷的开始处总有“可能用到的相对原子质量”一项，如H：1 C：12 Cl：35.5 S：32 Cu：64等。请问这些数值准确的说应该是( )
A．某种核素的相对原子质量
B．某种核素的近似相对原子质量
C．某种元素的平均相对原子质量
D．某种元素的平均相对原子质量的近似值
11．从宏观方面看物质是由元素组成的，从微观方面看物质是由粒子构成的，下列有关说法不正确的是( )
A．元素原子的多样性是由构成原子的质子和中子数目引起的
B．元素的化学性质主要取决于元素原子的最外层电子数
C．只由一种分子构成的物质一定是纯净物
D．质子数等于电子数的微粒，可能是一种分子和一种离子
12．核电荷数小于18的某元素X，其原子核外电子层数为a，最外层电子数为(2a＋1)。下列有关元素X的说法中，不正确的是( )
A．元素X的原子核内质子数为(2a2－1)
B．元素X的原子半径一定小于钠的原子半径
C．由元素X形成的某些化合物，可能具有杀菌消毒的作用
D．元素X形成的简单离子，各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层数)
二、非选择题(本题包括5小题，共52分)
13．(8分)用A.质子数，B.中子数，C.核外电子数，D.最外层电子数，E.电子层数填写下列各空格。
(1)原子种类由________决定。
(2)元素种类由________决定。
(3)元素有无同位素由________决定。
(4)同位素相对原子质量由________决定。
(5)元素的原子半径由________决定。
14．(9分)原子结构与元素周期表存在着内在联系。根据已学知识，请你回答下列问题：
(1)指出31号元素镓(Ga)在元素周期表中的位置：
________周期________族。
(2)写出原子序数最小的Ⅷ族元素原子的核外电子排布式：________________________。
(3)写出3p轨道上只有2个未成对电子的元素的符号：__________、________。
15．(9分)已知某微粒的结构示意图为＋x (y≠0)。请回答：
(1)当x－y＝10时，该微粒为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。
(2)当y＝8时，微粒可能为(不少于5种)_________________________________。
(3)写出x＋y＝12与x＋y＝16的元素最高价氧化物对应水化物相互反应的离子方程式________________________________________________________________。
16．(12分)已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如下关系(反应条件已经略去)：
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的电子式：A________；D________。
(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，请写出：
①A与B在溶液中反应的离子方程式为____________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)：________________。
17．(14分)元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4，M元素原子的最外层电子数与次外层电子数之比为3∶4，且M原子的质子数是Y原子的2倍；N－、Z＋、X＋的半径逐渐减小；化合物XN在常温下为气体，据此回答下列问题：
(1)写出Z与N形成的化合物的电子式__________。
(2)X与Y可分别形成10电子和18电子的分子，写出该18电子分子转化成10电子分子的化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(分解反应)。
(3)下表表示由上述元素组成的两种气体分子在一定条件下的密闭容器中充分反应前后的转化关系，请写出该转化过程的化学方程式：________________________________________________________________________。
(4)A、B均为由上述五种元素中的三种元素组成的强电解质，且组成元素的原子个数之比为1∶1∶1。若在各自的水溶液中，A能抑制水的电离，B能促进水的电离，则A的化学式为______________，B的化学式为______________。
答案
1．D A项只能表示最外层电子数，B项只表示核外的电子分层排布情况，C项具体到能级上的电子数，而D项包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子的自旋方向，故该项正确。
2．D A、C项违背了能量最低原理，B项违背了洪特规则，所以A、B、C均不正确，D项正确。
3．B A项、D项中分子核外电子总数都为18个，C项中分子核外电子总数均为10个。
4．B A项中S为16号元素，质量数为34，中子数为34－16＝18，错误；B项中1HO的摩尔质量＝(1×2＋18) g/mol＝20 g/mol，正确；C项中C为6号元素，N为7号元素，质子数相差1，错误；D项中2H＋核外电子数为0，错误。
5．C 37Cl的中子数为20,39K的中子数为20；原子序数为114的元素位于第七周期第ⅣA族，与Pb处于同一主族，最外层电子数相等。H3O＋的质子数和电子数分别为11、10，OH－的质子数和电子数分别为9、10；O的质子数为16、电子数为18，S2－的质子数为16，电子数为18。
6．B 34S原子核内中子数为18，A错；同素异形体应为单质，C错；Na和Na＋性质不同，D错，故选B。
7．A 由题图可知三个原子中均只有一个质子，一个电子，中子数不同，所以应为同位素，同位素的化学性质相同。
8．A 各能层的能级之间存在着交错现象，B错；各能层含有的能级数为n，C错；各能层最多含有的电子数为2n2，价电子层含有的电子数不一定为2n2，D错。
9．D 14C是碳元素的一种核素，原子核内有14－6＝8个中子。12C60是碳元素原子组成的单质，与金刚石、石墨等互为同素异形体。同位素原子的中子数不同，但最外层电子数相同，故化学性质几乎完全相同。
10．D 同种元素可以有几种不同核素，这种元素的相对原子质量是这几种不同核素相对原子质量的平均值。
11．D 解答该题需注意以下两点：
(1)原子中各微粒的作用不同，质子数决定元素种类，质子数与中子数决定同位素种类，最外层电子数决定元素的化学性质。
(2)质子数等于电子数的微粒可以是：原子与原子、原子与分子、分子与分子或离子与离子。
12．D 若a＝2，则X为N，若a＝3，则X为Cl。由原子结构、相关元素及化合物的性质推知A、B、C项正确；D项氯离子最外层电子数未达到2n2个。
13．解析： (1)原子的种类由质子数和中子数共同决定。
(2)元素是核电荷数相同的一类原子的总称，因此元素种类只与质子数有关。
(3)对一确定的元素其同位素中子数不同。
(4)原子的质量主要集中在原子核上，即相对原子质量取决于原子的质量数。
(5)元素的原子半径与电子层数和核电荷数有关。
答案： (1)AB (2)A (3)B (4)AB (5)AE
14．解析： (1)根据原子序数为31，写出电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，n＝4，所以为第4周期，价电子排布为4s24p1，价电子数为3，所以是ⅢA族。
(2)原子序数最小的Ⅷ族元素在第4周期，价电子数为8，为3d64s2，原子的电子排布为[Ar]3d64s2。
(3)3p轨道上有2个未成对电子，为3p2或3p4，排布为1s22s22p63s23p2或1s22s22p63s23p4,3p2、3p4时电子排布图为，均为2个未成对电子，电子数为14或16。元素符号为Si、S。
答案： (1)第4 ⅢA
(2)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 (3)Si S
15．解析： (1)由x－y＝10得x＝10＋y，即核内质子数等于核外电子数，该微粒为原子。
(2)y＝8时，核外电子数为18，即为18电子微粒。
(3)根据题意有
解得即该元素为Na。
解得即该元素为Al。
答案： (1)原子 (2)K＋、Ca2＋、Ar、S2－、Cl－等
(3)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
16．答案：
(2)①HS－＋OH－===S2－＋H2O ②OH－>S2－
17．解析： 由题意知Y是O元素，M是S元素，N是Cl元素，X是H元素，Z是Na元素。
(1)Na与Cl形成的化合物是NaCl，其电子式为Na＋[]－。
(2)H与O形成的10电子分子是H2O，形成的18电子分子是H2O2，二者之间的转化为：2H2O22H2O＋O2↑。
(3)由图示可知图中表示的是SO2与O2反应生成SO3即
2SO2＋O22SO3。
(4)A能抑制水的电离，且三种元素的原子个数比为1∶1∶1，则A是NaOH；B能促进水的电离，则是能水解的盐，且组成元素的原子个数比也为1∶1∶1，则是NaClO或NaHS。
答案： (1)Na＋[]－
(2)2H2O22H2O＋O2↑
(3)2SO2＋O22SO3
(4)NaOH NaClO或NaHS
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