原子結構與核外電子排布1．(2021·河北選擇考)用中子轟擊NZX原子產生α粒子(即氦核eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)的核反應為eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He。已知元素Y在化合物中呈＋1價。下列說法正確的是()A．H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液B．Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2C．X和氫元素形成離子化合物D．6Y和7Y互為同素異形體【命題意圖】本題主要考查原子結構的相關知識，意在考查學生對元素鋰、硼及其化合物性質的應用。【解析】選A。根據核反應為eq\o\al(\s\up1(N),\s\do1(Z))X＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n→eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(P))Y＋eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He可知，X的質量數N為4＋7－1＝10，又因為Y在化合物中呈＋1價，則Y位于ⅠA族，Y的質量數為7，得出Y為Li，其質子數P＝3，所以X的質子數Z＝3＋2－0＝5，X是硼元素。H3BO3為弱酸，氫氧化鈉溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時涂抹H3BO3，以中和堿液，A正確；Y為Li，在空氣中燃燒的產物只有Li2O，B錯誤；B與氫元素會形成BH3或B2H4等硼氫化合物以共價鍵結合，屬于共價化合物，C錯誤；6Li和7Li互為同位素，D錯誤。2．(2021·河北選擇考節選)KH2PO4晶體具有優異的非線性光學性能。我國科學工作者制備的超大KH2PO4晶體已應用于大功率固體激光器，填補了國家戰略空白。回答下列問題：(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，核外電子排布相同的是______(填離子符號)。(2)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態，若一種自旋狀態用＋eq\f(1,2)表示，與之相反的用－eq\f(1,2)表示，稱為電子的自旋磁量子數。對于基態的磷原子，其價電子自旋磁量子數的代數和為_______________________________。【解析】(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中，其中核外電子排布相同的是K＋和P3－。(2)基態磷原子的價電子排布式為3s23p3，其中3s軌道的2個電子自旋狀態相反，自旋磁量子數的代數和為0；3p軌道3個電子的自旋狀態相同，基態磷原子的價電子自旋磁量子數的代數和為＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)。答案：(1)K＋、P3－(2)＋eq\f(3,2)或－eq\f(3,2)3．(1)(2020·全國Ⅰ卷)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻而獲得2019年諾貝爾化學獎。基態Fe2＋與Fe3＋離子中未成對的電子數之比為____________。(2)(2020·全國Ⅱ卷)鈣鈦礦(CaTiO3)型化合物是一類可用于生產太陽能電池、傳感器、固體電阻器等的功能材料。基態Ti原子的核外電子排布式為__________________。(3)(2020·天津等級考)Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素。Fe、Co、Ni在周期表中的位置為__________________，基態Fe原子的電子排布式為___________。【解析】(1)基態鐵原子的價電子排布式為3d64s2，失去外層電子轉化為Fe2＋和Fe3＋，這兩種基態離子的價電子排布式分別為3d6和3d5，根據洪特規則可知，基態Fe2＋有4個未成對電子，基態Fe3＋有5個未成對電子，所以未成對電子個數比為4∶5。(2)Ti是22號元素，位于元素周期表第4周期第ⅣB族，其基態原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。(3)Fe、Co、Ni的價電子排布式分別為3d64s2、3d74s2、3d84s2，價電子數分別為8、9、10，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基態Fe原子核外有26個電子，電子排布式為[Ar]3d64s2。答案：(1)4∶5(2)1s22s22p63s23p63d24s2(3)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s21．試題特點原子結構試題在高考中出現的頻率很高，幾乎每年都有相關的試題，這一類題總體來說規律性很強，重點考查原子的構成，特別是原子核外電子排布規律是重點考查的方向。2．命題角度這一類試題命題主要有兩個角度，一個是根據原子核外電子排布規律推導出原子的種類，進而考查與此原子相關物質的結構和性質規律，如2021全國甲卷第11題；二是考查表示原子的核外電子排布式、軌道表示式，包括價電子排布式，這是非選擇題考查的主要形式，如2020全國Ⅰ卷第35題(1)。原子結構相關的“數”和“素”1．原子結構中的“數”①原子中：質子數(Z)＝核電荷數＝核外電子數；②質量數(A)＝質子數(Z)＋中子數(N)；③陽離子的核外電子數＝質子數－陽離子所帶電荷數；④陰離子的核外電子數＝質子數＋陰離子所帶電荷數。2．原子結構中的“素”下列說法正確的是()A．由H、D、T與16O、17O、18O構成的過氧化氫分子的相對分子質量有36種B．H2、D2、T2互為同素異形體C．H2、D2、T2在相同條件下的密度比為1∶2∶3D．氕、氘發生核聚變生成其他元素，屬于化學變化【解析】選C。H、D、T組合H2、D2、T2、HD、HT、DT共6種；16O、17O、18O組合16O2、17O2、18O2、16O17O、16O18O、17O18O共6種，所以構成的過氧化氫分子共有6×6＝36種，但其中有相對分子質量相同的分子，故構成的過氧化氫分子的相對分子質量種數小于36種，故A錯誤；H2、D2、T2均為氫氣單質，屬于一種物質，故B錯誤；H2、D2、T2在相同條件下的密度比等于氣體相對分子質量之比，為2∶4∶6＝1∶2∶3，故C正確；氕、氘發生核聚變生成其他元素，屬于核反應，不是化學變化，故D錯誤。原子結構相關的“圖”和“式”1．描述原子結構的“圖”(1)結構示意圖：能直觀地反映核內的質子數和核外的電子層數及各層上的電子數。(2)電子排布圖：能反應各軌道的能量的高低，各軌道上的電子分布情況及自旋方向。2．描述原子結構的“式”(1)核組成式：如eq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(8))O，側重于表示原子核的結構，它能告訴我們該原子核內的質子數和核外電子數以及質量數，但不能反映核外電子的排布情況。(2)電子排布式：能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數，但不能表示原子核的情況，也不能表示各個電子的運動狀態。(3)價電子排布式：如Fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，價電子排布式為3d64s2。價電子排布式能反映基態原子的能層數和參與成鍵的電子數以及最外層電子數。(1)(2018·全國卷Ⅰ)下列Li原子電子排布圖表示的狀態中，能量最低和最高的分別為________、________(填標號)。(2)(2017·全國卷Ⅰ)鉀和碘的相關化合物在化工、醫藥、材料等領域有著廣泛的應用。回答下列問題：基態K原子中，核外電子占據最高能層的符號是________，占據該能層電子的電子云輪廓圖形狀為______________。(3)(2017·全國卷Ⅱ)氮原子價層電子的軌道表達式(電子排布圖)為________________。(4)(2017·全國卷Ⅲ)Co基態原子核外電子排布式為________________。(5)(2016·全國卷Ⅱ)鎳元素基態原子的電子排布式為______________________，3d能級上的未成對電子數為________。(6)(2016·江蘇卷)Zn2＋基態核外電子排布式為__________________。【解析】(1)①D選項表示基態，為能量最低狀態；A、B、C選項均表示激發態，但C選項被激發的電子處于高能級的電子數多，為能量最高狀態。(2)基態K原子核外有4個能層：K、L、M、N，能量依次增高，處于N層上的1個電子位于s軌道，s電子云輪廓圖形狀為球形。(3)根據構造原理可知氮原子價電子排布式為2s22p3，根據洪特規則和泡利不相容原理可知其價電子的軌道表示式為。(4)根據構造原理可寫出Co基態原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(5)Ni是28號元素，根據核外電子的排布規律可知，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。根據洪特規則可知，Ni原子3d能級上8個電子盡可能分占5個不同的軌道，其未成對電子數為2。(6)Zn為30號元素，其基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2，失去最外層的2個電子即可得到Zn2＋，Zn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。答案：(1)DC(2)N球形(3)(4)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2(5)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s22(6)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10【典例】已知eq\a\vs4\al(X、Y和Z三種元素的原子序數之和等)eq\a\vs4\al(于42)③，X元素原子的eq\a\vs4\al(4p軌道上有3個未成對)eq\a\vs4\al(電子)①，Y元素原子的最外層eq\a\vs4\al(2p軌道上有2個)eq\a\vs4\al(未成對電子)②。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成負一價離子，下列說法正確的是()A．X元素的基態原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p3B．X元素是第四周期ⅤA族元素C．Y元素原子的電子排布圖為D．Z元素的氧化物具有兩性【解析】選A、B。X元素原子的4p軌道上有3個未成對電子，即X為As，Y元素原子最外層2p軌道上有2個未成對電子，Y可能為C，也可能是O，X和Y可形成化合物是X2Y3，則Y為O，Z元素可以形成負一價離子，且三種元素的原子序數為42，則Z為H。A項，X為As，基態As原子核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，正確；B項，As位于第四周期ⅤA族，正確；C項，Y為氧元素，電子排布圖為，錯誤；D項，Z為H，其氧化物H2O或H2O2不具有兩性，錯誤。信息獲取理解掌握知識整合①4p軌道上有3個未成對電子4p是最高能級，1s～4s全充滿最高能級電子填充的規律是判斷原子種類的一個重要依據②2p軌道上有2個未成對電子2p是最高能級，1s～2s全充滿③X、Y和Z三種元素的原子序數之和等于42X和Y元素種類確定，分別是As和O，得出Z是H鈷基合金是以鈷作為主要成分，含有相當數量的鎳、鉻、鐵等金屬的一類合金。Co在周期表中的位置是__________，Cr的未成對電子數為____________。【解析】Co的原子序數是27，所以Co在元素周期表的位置是第四周期第Ⅷ族；Cr是24號元素，其核外電子排布式是[Ar]3d54s1，所以Cr的未成對電子數為6。答案：第四周期第Ⅷ族6原子結構與元素的性質密切相關，這也決定了元素在周期表中的位置，所以與原子結構相關的考題往往與“性質”和“位置”密切關聯在一起，通過題意中的信息找出“位”、“構”、“性”中的任何一點都可以作為解決問題的突破口。由“數”定“性”1．(2021·山東師范大學附屬中學模擬)第三周期元素R，它的原子最外電子層達到穩定結構所需的電子數少于次外層與最內層電子數之差，且等于最內層電子數的整數倍，下列敘述中正確的是()A．常溫下，能穩定存在的R的氧化物都是酸性氧化物B.R的氣態氫化物的水溶液具有強酸性C．R是金屬元素D．R的氣態氧化物不能在氧氣中燃燒【解析】選A。第三周期元素R，有3個電子層，次外層和最內層的電子數之差為8－2＝6，它的原子核外最外層實現8電子穩定結構所需的電子數小于6，且等于最內層電子數的整數倍，則R元素原子核外最外層實現8電子穩定結構所需的電子數為2或4，若為2，則R為硫元素，符合題意；若為4，則R為硅元素，符合題意。S、Si的氧化物為SO2、SO3、SiO2，三種氧化物都是酸性氧化物，A正確；Si元素的氫化物的化學式為SiH4，SiH4難溶于水，沒有強酸性，S元素的氫化物為H2S，H2S的水溶液呈弱酸性，B錯誤；R為S或Si元素，二者都屬于非金屬元素，C錯誤；若R為Si元素，則Si沒有氣態氧化物，若R是S，SO2、SO3都不能在氧氣中燃燒，D錯誤。“數”、“性”結合作推斷2．(2021·德州模擬)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的原子序數是Z的原子序數的一半，W、X、Y三種元素形成的化合物M結構如圖所示。下列敘述正確的是()A．離子半徑：Z>X>WB．氣態氫化物的穩定性：Z>W>YC．試管中殘留的Z的單質可以用熱的氫氧化鈉溶液洗滌D．化合物M中所有