第一节 原子结构与元素周期表
第1课时 原子结构
[核心素养发展目标] 从微观角度认识原子的构成,了解原子核外电子排布规律,能画出1~20号元素的原子结构示意图,能根据原子的结构特征确定元素,促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。
一、原子的构成
1.构成原子的微粒及其性质
原子
2.质量数
(1)概念:将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加,所得的数值叫做质量数,常用A表示。
(2)构成原子的粒子间的两个关系
①质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
②质子数=核电荷数=核外电子数。
3.原子的表示方法
如作为相对原子质量标准的C表示质子数为6、质量数为12的碳原子。
(1)原子呈电中性是因为中子不带电( )
(2)质子数和中子数决定原子的质量( )
(3)原子的质量数就是原子的相对原子质量( )
(4)微粒中的质子数与核外电子数一定相等( )
(5)某种氯原子的中子数是18,则其质量数是35,核外电子数是17( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
用X表示原子:
(1)X原子的中子数N=____________。
(2)AXn+共有x个电子,则该阳离子的中子数为______。
(3)AXn-共有x个电子,则该阴离子的中子数为______。
(4)A2-原子核内有x个中子,其质量数为m,则n g A2-所含电子的物质的量为____________。
(5)与阳离子X+核外电子数相等的原子是__________(填元素符号)。
答案 (1)A-Z (2)A-x-n (3)A-x+n
(4) mol (5)Ne
解析 (1)N=A-Z。(2)AXn+共有x个电子,中性原子X的质子数为x+n,则N=A-x-n。(3)AXn-共有x个电子,中性原子X的质子数为x-n,则N=A-x+n。(4)A2-所含电子数为m-x+2,则n g A2-所含电子的物质的量为 mol。(5)X+的核外电子数为10,含有10个核外电子的原子是Ne。
(1)一个信息丰富的符号解读
X
(2)粒子中的电性关系
①分子或原子:质子数=核外电子数
②阳离子Xn+:质子数=核外电子数+n
③阴离子Xn-:质子数=核外电子数-n
1.在化学变化过程中,原子中的下列粒子数可能发生改变的是( )
A.质子数 B.中子数
C.质量数 D.电子数
答案 D
解析 化学反应中原子的种类不变,质子数、中子数、质量数不变,电子数可能改变。
2.一种中子数为9的氧原子的质量数为______________,核外电子数为____________,其二价氧离子的质量数为____________,核外电子数为______________。
答案 17 8 17 10
二、原子核外电子排布
1.电子层
(1)概念:在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层,也称作电子层。
如图为电子层模型示意图:
(2)不同电子层的表示及能量关系
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.核外电子排布规律
下表是稀有气体元素原子的电子层排布,从中探究核外电子排布规律,回答相应的问题:
核电荷数 元素名称 元素符号 各电子层的电子数
K L M N O P
2 氦 He 2
10 氖 Ne 2 8
18 氩 Ar 2 8 8
36 氪 Kr 2 8 18 8
54 氙 Xe 2 8 18 18 8
86 氡 Rn 2 8 18 32 18 8
(1)电子总是尽可能先从内层排起,当一层充满后再填充下一层,即按K→L→M……顺序排列。
(2)原子核外第n层最多能容纳的电子数为2n2。
(3)K层为最外层时最多能容纳的电子数为2,除K层外,其他各层为最外层时,最多能容纳的电子数为8。
(4)K层为次外层时,所排电子数为2,除K层外,其他各层为次外层时,最多能容纳的电子数为18。
3.核外电子排布的表示方法——原子结构示意图
(1)钠的原子结构示意图:
(2)画出下列原子或离子的结构示意图。
①S:,S2-:;②Ca:,Ca2+:。
4.常见的10e-和18e-微粒
(1)10e-微粒
单核微粒:O2-、F-、Ne、Na+、Mg2+、Al3+
多核微粒:CH4、NH3、H2O、HF、OH-、NH、NH、H3O+
(2)18e-微粒
单核微粒:S2-、Cl-、Ar、K+、Ca2+
多核微粒:SiH4、PH3、H2S、HCl、HS-、H2O2、N2H4、F2
(1)在多电子原子里,电子的能量不完全相同( )
(2)能量高的电子在离核近的区域内运动( )
(3)M层为最外层时,最多容纳18个电子( )
(4)原子的次外层电子数都是8( )
(5)Mg的原子结构示意图是( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
在练习本上依次画出1~18号元素的原子结构示意图,分析总结它们的核外电子排布特点(填元素符号):
(1)最外层电子数为1的原子有____________;最外层电子数为2的原子有________________。
(2)最外层电子数与次外层电子数相等的原子有________________。
(3)最外层电子数是次外层电子数2倍的原子有_____________,3倍的原子有_____________。
(4)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有________________。
(5)电子层数与最外层电子数相等的原子有________________。
(6)最外层电子数是电子层数2倍的原子有________________。
答案 (1)H、Li、Na He、Be、Mg (2)Be、Ar (3)C O (4)Li、Si (5)H、Be、Al
(6)He、C、S
(1)从两个角度看核外电子排布规律
(2)核外电子排布的规律是互相联系的,不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制,其原子结构示意图为而不是。
(3)通常把最外层有8个电子(最外层为K层时,只有2个电子)的结构,称为相对稳定结构。
1.某粒子的结构示意图为,下列关于该粒子的说法正确的是( )
A.该粒子为阳离子 B.最外层电子数为2
C.核外电子数为8 D.核外有3个电子层
答案 D
2.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.14 B.15 C.16 D.17
答案 A
3.某元素原子的最外层电子数是次外层的m倍(m为大于1的整数),则该原子的核外电子总数为( )
A.2m B.2m+10
C.2m+2 D.m+2
答案 C
解析 按照原子核外电子排布的一般规律,最外层电子数不超过8。最外层电子数是次外层的m倍(m为大于1的整数),所以次外层电子数小于8,即次外层只能为K层,电子数为2,最外层电子数是2m,则该原子的核外电子总数为2m+2,C正确。
4.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作出自己的判断。
(1)该微粒是中性微粒,这种微粒的符号是___________________________________________。
(2)该微粒对应的单质是一种能与水剧烈反应的金属,这种微粒的符号是______________。
(3)该微粒带两个单位的负电荷,画出其中性原子的结构示意图:______________。
(4)该微粒的还原性很弱,失去1个电子后变为原子,这种微粒的符号是______________。
答案 (1)Ne (2)Na+ (3) (4)F-
题组一 原子结构
1.下列粒子中,与OH-具有相同质子数和电子数的是( )
A.Cl- B.F-
C.NH3 D.NH
答案 B
解析 OH-中氧原子的质子数为8,氢原子的质子数为1,所以OH-的质子数为9,电子数为9+1=10;Cl-中质子数为17,电子数为18,故A错误;F-中质子数为9,电子数为9+1=10,故B正确;NH3中质子数为10,电子数为10,故C错误;NH中质子数为11,电子数为11-1=10,故D错误。
2.某元素阳离子(X+)的质量数为23,原子核内有12个中子,该阳离子的核外电子数为( )
A.13 B.12 C.11 D.10
答案 D
解析 阳离子X+带1个正电荷,含有的质子数=质量数-中子数=23-12=11,X+核外电子数=质子数-所带电荷数=11-1=10。
3.原子的质量主要由原子核决定。已知质量数为A的某阳离子Rn+,核外有X个电子,则核内中子数为( )
A.A-X B.A-X-n
C.A-X+n D.A+X-n
答案 B
4.科学家已发现一种新型氢分子(H3),在相同条件下,等质量的H3和H2相同的是( )
A.分子数 B.原子数
C.体积 D.物质的量
答案 B
题组二 核外电子排布
5.下列说法不正确的是( )
A.在含有多个电子的原子里,电子是分层排布的
B.在原子核外的各电子层中,能量高的电子离核近,能量低的电子离核远
C.在原子核外的各电子层中,层数大的电子能量高,层数小的电子能量低
D.在原子核外的各电子层中,层数大的电子离核远,层数小的电子离核近
答案 B
6.不符合原子核外电子排布基本规律的是( )
A.核外电子总是优先排在能量最低的电子层上
B.K层是能量最低的电子层
C.N电子层为次外层时,最多可容纳的电子数为18
D.各电子层(n)最多可容纳的电子数为n2
答案 D
解析 K层离核最近,能量最低,B正确;次外层电子数不超过18,C正确;各电子层(n)最多可容纳的电子数为2n2,D错误。
7.粒子结构示意图是表示原子核电荷数和电子层排布的图示形式。根据粒子结构示意图:、、,下列判断正确的是( )
A.它们都带有电荷
B.它们原子的核外电子数相同
C.它们都具有稳定结构
D.它们表示同一种元素
答案 C
8.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.B3A2 B.BA2
C.A3B2 D.AB2
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元素,B为Si元素。
9.下列说法中正确的是( )
A.某微粒核外电子排布为2、8、8结构,则该微粒一定是氩原子
B.最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子
C.F-、Na+、Al3+是与氖原子具有相同电子层结构的离子
D.某元素原子的最外层只有2个电子,则该元素一定是金属元素
答案 C
解析 某微粒核外电子排布为2、8、8结构,不一定是氩原子,可能是氯离子、钾离子等,故A错误;最外层电子达到稳定结构的微粒不一定是稀有气体的原子,也可能是处于稳定结构的阴离子或阳离子,故B错误;F-、 Na+、Al3+都有2个电子层,第一层上有2个电子, 第二层上有8个电子,与氖原子电子层结构相同,故C正确;原子的最外层只有2个电子,该元素不一定是金属元素,也可能是He,故D错误。
10.阳离子X2+含N个中子,X的质量数为A,则a g X的同价氧化物中含质子的物质的量是( )
A.(N-a) mol
B.(A-N+10) mol
C.(N+A) mol
D.(A-N+8) mol
答案 D
解析 阳离子X2+的中子数为N,X的质量数为A,则X的质子数是A-N。氧化物是XO,则a g X的同价氧化物中含质子的物质的量是(A-N+8) mol。
11.(2021·福建省福州高级中学高一期中)下列说法正确的是( )
A.某单核微粒的核外电子排布如图所示,则该微粒一定是氩原子
B.最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
C.NH与H3O+具有相同的质子数和电子数
D.最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的原子容易失去电子成为阳离子
答案 C
解析 该微粒不一定是氩原子,如x=17时为氯离子,x=19时为钾离子,A错误;H原子的最外层只有1个电子,但H元素不是金属元素,B错误;NH与H3O+所含质子数均为11,电子数均为10,C正确;最外层电子数是次外层电子数2倍的元素为C元素,C原子既不容易失电子也不容易得电子,D错误。
12.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元素原子最外层电子数是次外层电子数的1.5倍
B元素+1价离子B+的电子层排布与Ne相同
C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)硼 钠 氧
解析 当次外层为K层时,A元素原子最外层电子数则为3,是硼;当次外层为L层时,A元素原子最外层电子数为1.5×8=12,违背了电子排布规律,故不可能。B元素原子的质子数为10+1=11,故为钠。当次外层为K层时,C为氧;当次外层为L层时,最外层则有24个电子,故不可能。
13.有几种元素的微粒的电子层结构为,试回答下列问题:
(1)若该微粒代表一种原子,则这种微粒的符号是________________________________。
(2)向该微粒(带负电荷)的盐溶液中加入AgNO3溶液时会出现白色沉淀,则这种微粒的符号是________________________________________________________________________。
(3)某原子失去一个电子形成该微粒,则这种微粒的符号是______________。
(4)某原子得到两个电子形成该微粒,则这种微粒的符号是______________。
答案 (1)Ar (2)Cl- (3)K+ (4)S2-
解析 (1)由该原子的核外电子总数可知,该原子的质子数为18,故该原子为Ar。(2)该微粒(带负电荷)的盐溶液与AgNO3溶液反应时会出现白色沉淀,再结合微粒的结构示意图可知该微粒是Cl-。(3)该元素原子核外有19个电子,即钾原子,则这种微粒为K+。(4)该元素原子核外有16个电子,即硫原子,则这种微粒为S2-。