配套K12学习版高中化学 第1章 原子结构与元素周期律 第1节 原子结构.docx

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配套K12学习版高中化学第1章原子结构与元素周期律第1节原子结构

第2课时　核外电子排布

一、原子核外电子的排布规律

1．电子能量与电子层的关系

各电子层由内到外

电子层数

1

2

3

4

5

6

7

字母代号

K

L

M

N

O

P

Q

离核远近

由近到远

能量高低

由低到高

2.原子核外电子排布的一般规律

特别提示

核外电子排布规律是相互联系的，不能孤立地、机械地理解和套用。

例如，当M层是最外层时，最多可排8个电子，当M层不是最外层时，最多可排18个电子。

3．核外电子排布的表示方法——原子或离子结构示意图

（1）原子结构示意图

（2）离子结构示意图

如Cl－：

、Na＋：

。

原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中，二者则不相等。

阳离子：

核外电子数小于核电荷数。

阴离子：

核外电子数大于核电荷数。

例1

　下列说法中一定错误的是（　　）

A．某原子K层上只有一个电子

B．某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍

C．某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍

D．某原子的核电荷数与最外层电子数相等

考点　原子核外电子的排布规律

题点　核外电子排布的基本规律

答案　B

解析　K、L、M电子层上最多容纳的电子数分别为2、8、18；K层上可排1个电子，也可排2个电子，所以A项有可能；当M层上排有电子时，L层上一定排满了8个电子，而M层上最多只能排18个电子，又18＜8×4，所以B项一定是错误的；K层上最多只能排2个电子，2×4＝8，即存在M层和L层上都为8个电子的离子

，K＋、Ca2＋等均有可能；H、He的核电荷数分别与它们的最外层电子数相等，所以D项有可能。

例2

　根据下列叙述，写出元素名称并画出原子结构示意图。

信息

元素名称

原子结构示意图

A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半

B元素原子最外层电子数是次外层电子数的1.5倍

C元素＋1价离子C＋的电子层排布与Ne相同

D元素原子次外层电子数是最外层电子数的

答案　（从左到右，从上到下）硅　

　硼　

　钠　

　氧　

解析　L层有8个电子，则M层有4个电子，故A为硅

。

当次外层为K层时，最外层电子数则为3，是硼

；当次外层为L层时，最外层电子数为1.5×8＝12，违背了排布规律，故不可能。

C元素原子的质子数为10＋1＝11，故为钠。

当次外层为K层时，D为氧

；当次外层为L层时，最外层则有24个电子，故不可能。

思维启迪——短周期元素原子结构的特殊性

（1）最外层电子数为1的原子有H、Li、Na；最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg。

（2）最外层电子数与次外层电子数相等的原子有Be、Ar；最外层电子数是次外层电子数2倍、3倍、4倍的原子分别是C、O、Ne。

（3）次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有Li、Si。

（4）内层电子总数是最外层电子数2倍的原子有Li、P。

（5）电子层数与最外层电子数相等的原子有H、Be、Al；电子层数是最外层电子数2倍的原子是Li。

（6）最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S；最外层电子数是电子层数3倍的原子是O。

例3

　下列微粒结构示意图中，不正确的是（　　）

考点　微粒结构示意图

题点　微粒结构示意图的正误判断

答案　B

解析　A中核电荷数和核外电子数都是8，这是氧原子的结构示意图，正确；B中核电荷数为11，这是Na的原子核，钠原子的核外有11个电子，钠元素的最高化合价为＋1价，Na＋的核外应有10个电子，而图中核外只有9个电子，错误；C中核电荷数和核外电子数都是17，这是氯原子的结构示意图，正确；D中核电荷数和核外电子数分别是17和18，这是Cl－的结构示意图，正确。

例4

　与OH－具有相同质子数和电子数的粒子是（　　）

A．H2OB．F－

C．Na＋D．NH3

答案　B

思维启迪——巧推“10电子微粒和18电子微粒”

（1）10电子微粒

（2）18电子微粒

二、原子的最外层电子排布与元素化学性质的关系

1．元素的性质与原子最外层电子排布的关系

元素种类

金属元素

非金属元素

稀有气体元素

最外层电子数

一般小于4

一般大于或等于4

8（He为2）

原子得失电子的能力

一般易失电子

一般易得电子

既不易得电子，也不易失电子

单质具有的性质

具有还原性

具有氧化性

一般不与其他物质反应

2.元素的化合价与原子最外层电子数的关系

金属元素

非金属元素

稀有气体元素

只显正价且一般等于最外层电子数，如

、

既有正价又有负价，最高正价＝最外层电子数，最低负价＝最外层电子数－8，如

、

原子结构为稳定结构，常见化合价为零

特别提示

（1）最外层电子数小于4的不一定为金属元素，如H、He等；最外层电子数大于4的不一定为非金属元素，如Po等。

（2）氟没有正价；氧没有最高正价，只有在OF2中表现正价。

（3）活泼金属易形成阳离子，活泼非金属易形成阴离子，但是碳难以形成C4－、C4＋；硅难以形成Si4＋和Si4－；硼难以形成B3＋；氢元素可以形成H＋和H－。

（4）金属元素只有正化合价不能说明金属元素不能形成阴离子，如[Al（OH）4]－等，但在这些离子中，金属元素仍为正价。

例5

　核电荷数为1～18的元素中，下列叙述正确的是（　　）

A．原子最外层只有1个或2个电子的元素一定是金属元素

B．核外电子排布完全相同的两种微粒化学性质一定相同

C．原子核外各层电子数相等的元素不一定是金属元素

D．核电荷数为17的元素容易获得1个电子

答案　D

解析　在核电荷数为1～18的元素中，最外层只有1个电子的元素有H、Li、Na，其中H为非金属元素，最外层只有2个电子的元素有He、Be、Mg，其中He为稀有气体元素，A项错误；核外电子排布完全相同的微粒S2－和K＋化学性质不相同，S2－具有还原性，K＋不具有还原性，B项错误；原子核外各层电子数相等的只有Be，它是金属元素，C项错误；核电荷数为17的元素的原子结构示意图为

，其最外层有7个电子，很容易获得1个电子而成为8个电子的稳定结构，D项正确。

易错警示　

微粒可以是原子、分子或离子。

例6

　X、Y、Z为短周期元素，这些元素原子的最外层电子数分别为1、4、6，则由这三种元素组成的化合物的化学式可能是（　　）

A．XYZB．X3YZ

C．XYZ2D．X2YZ3

答案　D

解析　元素组成的化合物分子中正负化合价的代数和为0。

X最外层电子数为1，则其在化合物中的化合价为＋1价；Y最外层电子数为4，则其在化合物中的化合价为＋4价；Z元素原子的最外层电子数为6，则其在化合物中的化合价为－2价；所以根据化合物中的正负化合价的代数和为0的原则可知这三种元素组成的化学式可能是X2YZ3。

如H2CO3、Na2SiO3等。

思维启迪

在化合物中，一般原子最外层电子数较少的呈现正化合价，原子最外层电子数较多的元素呈现负化合价。

备用题

例6

　下列元素的最高正价为＋5价的是（　　）

A．NaB．AlC．PD．Cl

答案　C

解析　P原子结构示意图为

，根据元素最高化合价＝元素原子的最外层电子数可知，选C。

方法规律　

可根据元素最高化合价＝元素原子的最外层电子数判断元素的最高正价，根据最低化合价＝原子最外层电子数－8（H除外）判断元素的最低负价。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）电子的能量越低，运动区域离核越远（　　）

（2）最外层电子数小于4的原子必定是金属元素的原子（　　）

（3）稀有气体元素原子最外层都排有8个电子（　　）

（4）原子核外各电子层容纳的电子数为2n2个（　　）

（5）19号元素K的原子结构示意图为

（　　）

（6）S2－、Cl－、K＋、Ca2＋具有相同的核外电子排布（　　）

考点　原子核外电子排布

题点　核外电子排布与表示方法的综合

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√

2．下列结构示意图所代表的微粒中，最难发生化学反应的是（　　）

答案　A

解析　A、B、C、D分别为Ne、Al3＋、Cl－、S2－，则较难发生反应的是Ne。

3．某元素原子的原子核外有三个电子层，最外层电子数是4。

该原子核内的质子数是（　　）

A．14B．15

C．16D．17

答案　A

解析　根据核外电子排布规律可知该原子结构示意图为

，则x＝14。

4．某短周期元素的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，那么该原子（　　）

A．有3个电子层B．有2个电子层

C．最外层电子数是8D．核电荷数是10

答案　B

解析　第一层排满为2个电子，第二层排满为8个电子，第三层为最外层时，最多排8个电子，若该原子有3个电子层，最外层（第3层）有24个电子，违背核外电子排布规律，则该原子只有2个电子层，第一层为2个电子，第二层为6个电子。

5．下列是几种粒子的结构示意图，有关说法正确的是（　　）

A．①和②两种粒子的化学性质相似

B．③和④均属于离子结构示意图

C．粒子②在化学反应中容易失去电子

D．①②③④共表示四种元素的粒子

考点　微粒结构示意图

题点　由微粒结构推测其性质

答案　C

解析　①是He原子结构示意图，是稀有气体元素，原子达到稳定结构，而②是Mg原子结构示意图，最外层有2个电子，容易失去电子，化学性质活泼，故两种粒子的化学性质不相似，A错误，C正确；③是Mg2＋结构示意图，④是Ne原子结构示意图，不都属于离子结构示意图，B错误；①表示He元素的原子，②③表示Mg元素的粒子，④表示Ne元素的原子，共表示三种元素的粒子，D错误。

6.某同学在画某种元素的一种单核微粒的结构示意图时，忘记在圆圈内标出其质子数，请你根据下面的提示做出自己的判断。

（1）该微粒是中性微粒，这种微粒的符号是________。

（2）该微粒的盐溶液能使溴水退色，并出现浑浊，这种微粒的符号是________。

（3）该微粒的氧化性很弱，得到1个电子后变为原子，原子的还原性很强，这种微粒的符号是________。

（4）该微粒的还原性很弱，失去1个电子后变为原子，原子的氧化性很强，这种微粒的符号是________。

答案　

（1）Ar　

（2）S2－　（3）K＋　（4）Cl－

解析　由微粒结构示意图可知该微粒共有3个电子层，18个电子。

由组成原子各微粒之间的关系可判断该微粒为中性时或分别带正负电荷时，原子核内的质子数。

（1）原子的核电荷数＝核外电子数，此微粒为核电荷数18的氩原子。

（2）具有还原性能被溴水氧化的是硫离子。

（3）氧化性很弱的＋1价的是钾离子。

（4）还原性很弱的－1价的是氯离子。

[对点训练]

题组一　原子核外电子排布规律及应用

1．下列关于原子核外电子排布规律的说法错误的是（　　）

A．K层是能量最低的电子层

B．原子失电子时先失去能量低的电子

C．核外电子总是优先排布在能量较低的电子层上

D．N层为次外层时，最多可容纳的电子数为18

考点　核外电子排布规律

题点　电子层及其电子能量

答案　B

解析　距原子核由近到远，电子的能量由低到高，即离原子核近的电子能量低，离原子核远的电子能量高，则K层是能量最低的电子层，A正确；原子最先失去最外层电子，最外层电子的能量最高，所以原子失电子时先失去能量高的电子，B错误；核外电子总是优先排布在能量较低的电子层上，C正确；电子层的次外层最多容纳18个电子，所以N层为次外层时，最多可容纳的电子数为18，D正确。

2．（2017·邯郸高一检测）核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子相比较，前者下列数据是后者4倍的是（　　）

①电子数　②最外层电子数　③电子层数　④次外层电子数

A．①④B．①③④

C．①②④D．①②③④

考点　核外电子排布规律

题点　核外电子排布基本规律

答案　A

解析　核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子的电子数分别是16和4，最外层电子数分别是6和2，电子层数分别是3和2，次外层电子数分别为8和2，A项正确。

3．在第n电子层中，当它作为原子的最外电子层时，最多容纳的电子数与（n－1）层相同，当它作为原子的次外层时，其电子数比（n＋1）层最多能多10个，则此电子层是（　　）

A．K层B．L层C．M层D．N层

考点　核外电子排布规律

题点　核外电子排布基本规律

答案　C

解析　n作为最外层时，最多只能容纳8个电子，所以（n－1）层应为8个电子，为L层，则n应为M层；若n为次外层，则（n＋1）为最外层，则次外层电子数最多为10＋8＝18，则进一步证明n为M层。

4．下列各微粒中，各个电子层上的电子数都达到2n2个的是（　　）

A．Ne、ArB．Al3＋、S2－

C．F－、Na＋D．He、Cl－

答案　C

解析　A项，Ne核外只有2个电子层，都达到了2n2；Ar核外有三个电子层，第一层、第二层都达到了2n2，而第三电子层只有8个电子，未达到2n2；B项，Al3＋核外有两个电子层，K、L两个电子层达到2n2；S2－核外有三个电子层，K、L两个电子层达到2n2，而M层只有8个电子，未达到2n2；C项，F－和Na＋核外有两个电子层，都达到了2n2；D项，He核外只有1个电子层，达到2n2；而Cl－核外有三个电子层，K、L两个电子层达到2n2，而M层只有8个电子，未达到2n2。

5．在1～18号元素中，最外层电子数等于电子层数的元素有（　　）

A．1种B．2种

C．3种D．4种

答案　C

解析　在1～18号元素中，电子层数可以为一层、二层、三层，所以最外层电子数为1、2、3，最外层电子数和电子层数相等的元素有H、Be、Al三种。

6．某元素原子的最外层电子数为次外层电子数的3倍，则该元素原子核内质子数为（　　）

A．3B．7C．8D．10

考点　核外电子排布的规律及应用

题点　由核外电子排布确定质子数

答案　C

解析　根据原子核外电子排布规律可知，该元素的原子结构示意图为

，在原子中，质子数＝核外电子数＝8。

题组二　核外电子排布表示方法

7．下列微粒的结构示意图，正确的是（　　）

A．Mg2＋：

B．Cl：

C．Ar：

D．K：

考点　微粒结构示意图

题点　微粒结构示意图的正误判断

答案　A

解析　Mg2＋是镁原子失去最外层两个电子后生成的，A选项正确；Cl原子的最外层应该只有7个电子，B选项错误；Ar原子的次外层与最外层应该有8个电子，C选项错误；K原子的结构示意图应该是

，故D选项错误。

8．根据下列微粒结构示意图的共同特征，可把

、

、

三种微粒归为一类，下列微粒可以归为此类的是（　　）

A.

B.

C.

D.

考点　微粒结构示意图

题点　原子或离子结构示意图的判断

答案　C

解析　题干中的三种粒子均为阳离子。

A项是Ne原子，B项是S2－，C项是Mg2＋，D项是F－。

题组三　原子核外电子排布与元素的性质

9．已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。

氟元素原子的核外电子排布示意图为

。

下列原子中，与氟元素原子的化学性质相似的是（　　）

考点　微粒结构示意图

题点　由微粒结构推测其性质

答案　D

解析　氟元素原子核外最外层电子数为7个，D元素原子核外最外层电子数也为7个，故二者原子的化学性质相似。

10．元素X的最高正价和负价的绝对值之差为6，元素Y原子次外层与元素X原子次外层均为8个电子，X、Y的离子具有相同的电子排布，X、Y形成的化合物是（　　）

A．MgF2B．MgCl2C．CaCl2D．CaBr2

答案　C

解析　根据题意知X元素最高化合价与最低化合价的关系有

，得最高化合价为＋7，X是最外层为7个电子，次外层为8个电子的元素，即氯元素。

题中与Cl－具有相同电子层排布的Y元素的离子可能为Ca2＋、K＋，结合选项可知X、Y形成的化合物是CaCl2。

11．元素A原子的L电子层比元素B原子的L电子层少3个电子，B元素原子核外电子总数比A元素原子核外电子总数多5个，则A、B形成的化合物的化学式可能为（　　）

A．B2A3B．B3A2C．A2B3D．BA2

答案　B

解析　A原子L层比B原子L层少3个电子，所以A原子核外只有2层，L层未满；B原子电子总数比A原子多5个，所以B原子核外有3层，且M层电子数为2，L层电子数为8，B为Mg元素，所以A原子L层电子数为8－3＝5，A为N元素，N原子最外层有5个电子，其最高正价与最低负价为＋5和－3，A、B形成的化合物化学式为Mg3N2。

12．A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是（a－b），L层电子数是（a＋b），则A、B两元素形成化合物的化学式最可能表示为（　　）

A．B3A2B．BA2C．A3B2D．AB2

考点　核外电子排布与元素化合价的关系

题点　由核外电子排布确定化合物的化学式

答案　B

解析　因为B的L层电子数为（a＋b）且有M层，所以a＋b＝8，又因A原子最外层电子数为a，次外层电子数为b，且满足a＋b＝8，所以A原子有两个电子层，且K层为2个电子，L层为6个电子，所以a＝6，b＝2。

进而推知B的各电子层上的电子数分别为2、8、4。

即A为O，B为Si。

[综合强化]

13．画出下列元素的原子结构示意图：

（1）质量数为23，中子数为12的原子：

________。

（2）某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数：

__________________。

（3）某元素的原子L层电子数是M层电子数的2倍：

__________________。

（4）某原子核内没有中子的元素：

________。

（5）电子总数是最外层电子数3倍的原子________。

（6）某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数的2倍：

________。

（7）某元素原子L层上的电子数为K层的3倍：

__________________。

答案　

（1）

（2）

、

　（3）

（4）

　（5）

、

　（6）

（7）

14．用A＋、B－、C2－、D、E、F和G分别表示含有18个电子的七种微粒（离子或分子），请回答：

（1）A元素是________，B元素是________，C元素是________（用元素符号表示）。

（2）D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是________。

（3）E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是________。

（4）F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是________，将其通入足量的NaOH溶液，反应的离子方程式为___________________________________________________________。

（5）G分子中含有4个原子，其分子式是________。

题点　核外电子排布规律的综合应用

题点　10e－、18e－微粒的相关综合

答案　

（1）K　Cl　S　

（2）HCl　（3）F2　（4）H2S　H2S＋2OH－===S2－＋2H2O　（5）H2O2（或PH3）

解析　常见的18e－微粒有：

阳离子：

K＋、Ca2＋；阴离子：

P3－、S2－、HS－、Cl－；分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2等。

结合题目所给条件，不难确定答案。

15．有V、W、X、Y、Z五种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20。

其中只有X、Z是金属元素；V元素的一种核素原子核内无中子，Z元素原子的最外层只有一个电子；W和Y元素原子的最外层电子数相同，且W元素原子L层电子数是K层电子数的3倍；X元素原子的最外层电子数是Y元素原子最外层电子数的一半。

回答下列问题：

（1）V的一种核素中质子数为中子数的

，则该核素的名称为________，是制造________的原料。

（2）W元素的原子结构示意图为________。

（3）X元素的离子结构示意图为________。

（4）Y的单质在加热条件下与铁反应的化学方程式为

________________________________________________________________________。

（5）Z的元素符号为________。

答案　

（1）氚　氢弹　

（2）

　（3）

（4）Fe＋S

FeS　（5）K

解析　V元素原子核内无中子，是

H；质子数为中子数的

的核素是

H（氚），是制造氢弹的原料；W元素原子的L层电子数为2×3＝6，则W是氧元素，Y元素原子最外层电子数也是6，故Y为硫元素。

X最外层电子数为3，且核电荷数在8～16之间，故为铝元素。

核电荷数在16～20之间，最外层只有1个电子的是钾原子，则Z为钾元素。