2021学年高中化学专题一第一单元第1课时原子核外电子排布学案苏教版必修2

　专题一

　微观结构与物质的多样性

　 第一单元 原子核外电子排布与元素周期律

　从门捷列夫发现元素周期表以来，人们一直都在思考这样一个问题：“元素周期表的终点在哪里？”自 1940 年合成 93 号元素镎(Np)和 94 号元素钚(Pu)以来，科学家就开始了“制造”元素的工作。当 100 号元素镄(Fm)之后的元素一个又一个地被合成出来后，科学家发现：随着原子序数的递增，它们的寿命一个比一个短。100 号元素的寿命为 82 天，到 105 号，只能活 34 秒，107 号只存活 2 毫秒。人们不禁要问：“元素周期表快到尽头了吗？” 科学总是极其富有生命力的！109 号元素活了 5 毫秒，114 号元素寿命长达 30 秒以上。好兆头，再往后的元素寿命可能会回升。科学的发展永无止境，人类对元素的认识还将继续下去。今天的成就绝不是元素周期表的终点。让我们拭目以待吧！

　1．掌握简单原子的核外电子排布规律，会画 1～18 号元素的原子结构示意图。

　2．了解元素原子核外电子排布、元素的金属性和非金属性、元素的化合价、原子半径等随元素核电荷数递增而呈周期性变化的规律，认识元素周期律。

　3．了解元素周期表的结构及其应用。

　(1)以第 3 周期为例，掌握同一周期内元素之间性质的递变规律与原子结构的关系。

　(2)以ⅠA 和ⅦA 族为例，掌握同一主族内元素之间性质的递变规律与原子结构的关系。

　4．了解金属、非金属元素在元素周期表中的位置及其性质递变规律。

　5．学习运用实验、查阅资料等多种手段获取信息，运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工，培养问题意识和探究意识，提高逻辑思维能力。能运用化学用语、结构模型描述物质的组成和结构。

　第 1 课时 原子核外电子排布

　1．电子层 根据电子的能量差别和通常运动的区域离核远近不同，把核外电子通常运动的不同区域看成不同的电子层。各电子层的序号、能量见下表：

　2.核外电子排布的一般规律 ①核外电子总是尽可能排布在能量最低的电子层里，然后再排布在能量较高的电子层里。即电子层最先排满 K 层，当 K 层排满时再排布在 L 层中等等。

　②各核外电子层最多容纳的电子数目是 2 n2 个( n为电子层序数)。

　③最外层电子数目不超过 8 个(K 层为最外层时不超过 2 个)。

　④次外层电子数目不超过 18 个，倒数第三层不超过 32 个。

　说明：以上规律是互相联系的，不能孤立地理解。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．画出下列微粒的结构示意图

　探究点一

　原子核外电子的排布规律及表示方法

　1．核外电子排布规律 在含有多个电子的原子里，电子依能量的不同分层排布，其主要规律是：

　(1)核外电子首先排布在能量最低的第一电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。

　(2)原子核外各电子层最多排布 2 n2 个电子。

　(3)原子最外层电子数目不能超过 8 个(K 层为最外层时电子数不能超过 2 个)。

　(4)次外层电子数目不能超过 18 个(K 层为次外层时电子数不能超过 2 个，L 层为次外层时电子数不能超过 8 个)。

　(5)倒数第三层电子数目不能超过 32 个。

　(6)核外电子排布的几条规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求。其具体关系如下：

　 2．核外电子排布的表示方法——结构示意图 (1)原子结构示意图 结构示意图是用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数，弧线表示各电子层，弧线上的数字表示该电子层上的电子数。例如，钠原子的结构示意图为：

　(2)原子结构示意图与离子结构示意图的比较 结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。原子结构示意图中，核内质子数等于核外电子数；离子结构示意图中，二者不相等。例如：

　Mg2＋ Cl－ 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。其差值均为离子所带的电荷数。

　1．核外电子排布的各规律之间有怎样的关系？19 号元素 K 的原子结构为何不能写成？ 提示：核外电子排布的各规律之间是相互联系的，不能孤立地应用某一规律。钾原子核外 K 层和 L 层排满时各有 2 个和 8 个电子，由于最外层不能超过 8 个电子，故 M 层只能排 8个电子，最后一个电子则应排在 N 层上。

　2．在 1～20 号元素中，有哪些离子的核外电子排布分别与稀有气体 He、Ne、Ar 的核外电子排布相同？ 提示：①与 He 原子电子层结构相同的离子：H－ 、Li ＋ 、Be 2＋ 。

　②与 Ne 原子电子层结构相同的离子：F－ 、O 2－ 、N 3－ 、Na ＋ 、Mg 2＋ 、Al 3＋ 。

　③与 Ar 原子电子层结构相同的离子：Cl－ 、S 2－ 、P 3－ 、K ＋ 、Ca 2＋ 。

　规律：稀有气体元素原子的电子层结构与同周期非金属元素的阴离子的电子层结构相同，与下一周期金属元素的阳离子的电子层结构相同。

　【例 1】

　下列说法中肯定错误的是(

　) 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 层电子数的 4 倍 D．某离子的核电荷数与最外层电子数相等 【思路分析】

　本题主要考查核外电子排布规律。注意区别离子和原子的核外电子排布的不同之处。

　【解析】

　K、L、M 层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 层最多只能排 18 个电子，所以 B 项一定错误；K 层上最多只排 2 个电子，2×4＝8，即 L 层和 M 层均为 8 个电子的离子结构示意图为 ，K＋ 、Ca 2＋ 、Cl － 等均有可能；对 D 项而言，最外层电子数可为 2 或 8，核电荷数与最外层电子数相等，可能有 2 种情况，一种是均为 2，但这种情况只能是原子，另一种情况均为 8，核电荷数为 8 的元素为氧，O2－ 最外层电子数也为 8，故D 项可能。

　【答案】

　B

　在下列结构示意图表示的微粒中，属于原子的有②⑤⑥(填序号，下同)；属于阳离子的有①④；属于阴离子的有③；属于同种元素的有④⑤。

　 分析以上各图，请总结出原子和离子的区别：

　(1)原子整体上不显电性，离子显电性； (2)原子质子数等于核外电子数，离子质子数不等于核外电子数； (3)离子的最外层一般是 8e－ (只有一个电子层时为 2e － )的相对稳定结构。

　解析：同种元素的微粒，质子数一定相同，原子呈电中性，对于阳离子而言，核电荷数必大于核外电子数，对于阴离子而言，核电荷数必小于核外电子数。原子和离子的区别可以从质子数与核外电子数大小关系、微粒电性等方面考虑。

　探究点二 原子核外电子排布与元素性质的关系

　1．最外层电子数排满 8 个(He 为 2 个)形成稳定结构，不易得失电子，化学性质稳定。

　元素的原子最外层电子较少的(<4)易失去电子达到稳定结构，表现出金属性；元素的原子最外层电子较多的(>4)易得电子或形成共用电子对，从而形成稳定结构，表现出非金属性。通常，我们把元素的原子最外层 8 个电子(只有 K 层时为 2 个电子)的结构，称为相对稳定结构，一般不与其他物质发生化学反应。当元素原子的最外层电子数小于 8(K 层小于 2)时，是不稳定结构。在化学反应中，具有不稳定结构的原子，总是“想方设法”通过各种方式使自己的结构趋向于稳定结构。

　原子的核外电子排布，特别是最外层电子数决定着元素的主要化学性质。从初中所学知识我们知道，金属元素的原子最外层电子数一般少于 4 个，在化学反应中比较容易失去电子，达到相对稳定结构；而非金属元素的最外层一般多于 4 个电子，在化学反应中易得到电子而达到 8 个电子的相对稳定结构。原子得到或失去电子后的阴、阳离子也可用结构示意图来表示。

　2．化合价指的是一定数目的一种元素的原子与一定数目的其他元素的原子化合的性质，元素化合价的数值与原子的电子层结构，特别是最外层电子数有关。例如，稀有气体原子核外电子排布已达稳定结构，既不易得到电子也不易失去电子，所以稀有气体元素的常见化合价为 0。镁原子最外层只有 2 个电子，容易失去这 2 个电子而达到稳定结构，因此镁元素在化

　合物中通常显＋2 价；氯原子最外层有 7 个电子，只需得到 1 个电子便可达到稳定结构，因此氯元素在化合物中可显－1 价。

　1．原子最外层电子数相等的元素化学性质一定相似吗？ 提示：不一定。原子结构相似的元素化学性质相似。但原子的最外层电子数相等不一定原子结构相似。例如 He 和 Mg 原子的最外电子层上都是 2 个电子，但它们的原子结构差别很大，He 只有一个电子层，已达 2 电子稳定结构，而 Mg 有 3 个电子层，最外层未达稳定结构，故氦元素和镁元素的化学性质差别很大，没有相似性，而同主族元素的最外层电子数相等，结构相似，化学性质相似。

　2．金属元素、非金属元素的划分与元素原子的核外电子排布有怎样的关系？ 提示：①元素原子的最外层有8个电子的结构(He最外层有2个电子)是相对稳定的结构，形成的原子为稀有气体原子，元素为非金属元素。

　②元素原子的最外层电子数小于 4，或最外层电子数小于电子层数，则一般为金属元素。

　③元素原子的最外层电子数大于 4，或最外层电子数大于电子层数，一般为非金属元素。

　④最外层电子数与电子层数相等，元素的属性往往不明确，在性质上既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性。如 H、Al、Be 等。

　【例 2】

　下列叙述中正确的是

　(

　) A．两种微粒，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同 B．凡单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布 C．两原子，如果核外电子排布相同，则一定属于同一种元素 D．阴离子的核外电子排布一定与上一周期稀有气体元素原子的核外电子排布相同 【思路分析】

　解此题时注意微粒、离子、原子等关键词。

　【解析】

　核外电子排布相同，可以是阴离子、阳离子还可以是原子，所以它们的化学性质不一定相同；H 原子形成的 H＋ 没有这样的稀有气体元素。单核阴离子的核外电子排布与同一周期的稀有气体原子的电子层排布相同。

　【答案】

　C

　 X、Y 均为元素周期表中前 20 号元素，其简单离子的电子层结构相同，下列说法正确的是( B ) A．由 m Xa ＋ 与n Yb － ，得m ＋ a ＝ n － b

　B．X2－ 的还原性一定大于 Y －

　C．X、Y 一定不是同周期元素 D．若 X 的原子半径大于 Y，则气态氢化物的稳定性 H m X 一定大于 H n Y 解析：本题可根据前 20 号短周期元素例证法解答，易错选 C。X、Y 没有说明是什么离子，有两种可能：一种可能全是阴离子或全是阳离子，另一种可能是一种是阳离子一种是阴离子，两种情况得出的结论相悖。

　探究点三

　依据原子核外电子排布规律推断元素

　(1)此类题目的出题模式：

　原子或离子的结构特征――→推断元素――→作答元素单质及其化合物的有关性质。

　(2)常见的特殊结构的原子(前 20 号元素)：

　①最外层电子数为 1 的原子有：H、Li、Na、K； ②最外层电子数为 2 的原子有：He、Be、Mg、Ca； ③最外层电子数跟次外层电子数相等的原子有：Be、Ar； ④最外层电子数是次外层电子数 2 倍的原子是 C； ⑤最外层电子数是次外层电子数 3 倍的原子是 O； ⑥最外层电子数是次外层电子数 4 倍的原子是 Ne； ⑦次外层电子数是最外层电子数 2 倍的原子有：Li、Si； ⑧内层电子总数是最外层电子数 2 倍的原子有：Li、P； ⑨电子层数与最外层电子数相等的原子有：H、Be、Al； ⑩电子层数是最外层电子数 2 倍的原子是 Li、Ca。

　【例 3】

　1～18 号元素中，A 元素原子最外层电子数是次外层电子数的 2 倍；B 元素原子最外层电子数是其内层电子总数的 3 倍；C 元素原子 M 层电子数等于其 L 层电子数的一半；D 元素原子最外层有 1 个电子，D 的阳离子与 B 的阴离子电子层结构相同，则 4 种元素原子序

　数关系中正确的是(

　) A．C>D>B>A

　B．D>B>A>C C．A>D>C>B

　D．B>A>C>D 【思路分析】

　本题主要考查短周期元素的核外电子排布，依据核外电子排布规律判断出 A、B、C、D 4 种元素的原子序数。

　【解析】

　A 元素原子的次外层电子数只能是 2，最外层电子数是 4，A 的原子序数为 6；B 元素的内层电子总数只能是 2，最外层电子数为 6，B 的原子序数为 8；C 元素原子有 3 个电子层，L 层必有 8 个电子，M 层有 4 个电子，C 的原子序数为 14；D 的阳离子与 B 的阴离子(即O2－ )电子层结构相同，D 为 Na，原子序数为 11，故原子序数：C>D>B>A。

　【答案】

　A

　元素 X、Y 原子序数依次递增，元素 X 的最外层电子数等于其次外层电子数，Y 的原子核外有三个电子层，其最外层电子数是次外层电子数的一半，则 X、Y 元素分别是( B ) A．H、Mg

　B．Be、Si C．Ar、Si

　D．Ar、Al 解析：Y 有三个电子层，次外层有 8 个电子，则最外层电子数为 4。若 X 有三个电子层，则为氩元素，不符合已知条件 X 的原子序数小于 Y，则 X 有两个电子层，K 层为次外层时容纳2 个电子，最外层也为 2 个电子，为铍元素。

　1．同种元素的原子和离子，具有相同的( A ) A．质子数

　 B．电子数 C．电子层数

　 D．最外层电子数 解析：同种元素质子数一定相同，A 正确；同种元素的原子和离子的电子数一定不相等，B 错误；原子变成阳离子时要失去最外层电子，所以阳离子的电子层数一般少于同种元素原子的电子层数，C 错误；形成离子时原子最外层电子数发生变化，D 错误。

　2．下列各微粒中，各个电子层电子数都达到 2 n2 个的是( C ) A．Ne、Ar

　 B．Al3＋ 、S 2－

　C．F－ 、Na ＋

　D．Ne、Cl－

　解析：A 选项中 Ar、B 选项中 S2－ 、D 选项中 Cl － 最外层电子数都没有达到 2 n 2 个。

　3. 表示某微粒的结构示意图，下列说法不．正确的是( C ) A．表示的原子只能为 Ne B．表示的金属阳离子有 3 种 C．表示的微粒一定为非金属元素 D．表示的微粒有 2 个电子层 解析：对于原子，质子数＝核外电子数＝10，故只能为 Ne，A 正确；若为金属阳离子，可能为 Na＋ 、Mg 2＋ 、Al 3＋ 3 种，B 正确；该微粒还可能为非金属阴离子 N 3－ 、O 2－ 、F － ，因此对应元素可为金属元素，可为非金属元素，C 错误；微粒结构示意图中，弧线表示电子层，D 正确。

　4．下列叙述正确的是( B ) A．电子的能量越低，运动区域离核越远 B．核外电子的分层排布即是核外电子的分层运动 C．稀有气体元素原子的最外层都排有 8 个电子 D．当 M 层是最外层时，最多可排布 18 个电子 解析：电子能量越低，运动区域离核越近，A 错；电子的分层排布即是核外电子的分层运动，B 正确；稀有气体元素中 He 的原子最外层只有 2 个 e－ ，C 错；M 层为最外层时，最多只能排 8 个电子，D 错。

　5．下列是几种粒子的结构示意图，有关说法正确的是( C )

　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 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。

　6．两种元素的原子 X 和 Y，X 原子的 M 层比 Y 原子的 M 层少 3 个电子，Y 原子的 L 层电子数恰为 X 原子的 L 层电子数的 2 倍。则 X、Y 分别是

　( D ) A．硅原子和钠原子

　B．硼原子和氦原子

　C．氯原子和碳原子

　D．碳原子和铝原子 解析：本题考查核外电子排布规律知识的运用。由于 Y 原子的 M 层比 X 原子的 M 层多 3个电子，说明 Y 原子的 M 层的电子至少有 3 个，那么 Y 原子的 L 层必为 8 个电子，则 X 原子的 L 层有 4 个电子，M 层无电子。由此推出 Y 原子的核外电子总数为 13，X 原子核外电子总数为 6，即 X、Y 元素的核电荷数依次为 6 和 13。

　7．根据下列叙述，写出元素名称并画出原子结构示意图：

　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。

　8．(1)某元素原子的核电荷数是电子层数的 5 倍，其质子数是最外层电子数的 3 倍，该元素的原子结构示意图是 。

　(2)已知某粒子的结构示意图为 。

　试回答：

　①当 x － y ＝10 时，该粒子为原子(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)； ②当 y ＝8 时，粒子可能为氩原子、氯离子、硫离子、钾离子、钙离子(填名称)； ③写出 y ＝3 与 y ＝7 的元素最高价氧化物对应的水化物发生反应的离子方程式 Al(OH) 3＋3H＋ ===Al 3＋ ＋3H2 O。

　解析：(1)设：核电荷数＝质子数＝ a ，元素原子的电子层数为 x ，最外层电子数为 y ，依题意：

　a ＝5 x ， a ＝3 y ，则 5 x ＝3 y ， x ＝ 3 y5。因原子的最外层电子数不超过 8，即 y 为 1～8的正整数，故仅当 y ＝5， x ＝3 时合理，该元素的核电荷数为 15。

　(2)①当 x － y ＝10 时， x ＝10＋ y ，说明核电荷数等于核外电子数，所以该粒子应为原子；③ y ＝3 时为铝原子， y ＝7 时为氯原子，其最高价氧化物对应的水化物分别为氢氧化铝和高氯酸，反应的离子方程式为 Al(OH) 3 ＋3H＋ ===Al 3＋ ＋3H2 O。