《创新方案》2013-2014学年高中化学苏教版必修一同步课堂名师章节精讲：专题1 第三单元　人类对原子结构的认识（共3个课时）


1．原子
2．原子中，质子数＝核电荷数＝核外电子数。
3．元素：具有相同核电荷数(即核内质子数)的一类原子的总称。
一、原子结构模型的演变
1．古希腊原子学说
万物由间断的、不可分的原子构成，原子的结合和分离是万物变化的根本原因。
2．道尔顿原子学说
19世纪初，道尔顿认为，物质由原子组成，原子不能被创造，不能被毁灭，在化学变化中不可再分割。
3．汤姆生原子结构模型
1897年，汤姆生发现原子中存在电子，并提出了一个“葡萄干面包式”的原子结构模型。
4．卢瑟福原子结构模型
原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，电子带负电荷，在原子核周围做高速运动。
5．玻尔原子结构模型
原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都有一个确定的能量值。
6．现代原子结构学说——电子云模型
原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用量子力学方法描述核外电子的运动。
二、原子核外电子排布
(1)原子结构：
(2)表示方法：原子结构示意图。
(3)原子结构与性质关系：在化学反应过程中，原子核不发生变化，但原子的最外层电子数可能会发生变化。金属元素的原子最外层电子数一般<4个，易失去，而非金属元素的原子最外层电子数一般≥4个，易从外界获得电子；稀有气体原子最外层有8个(He 2个)电子，化学性质稳定，不易得失电子。
三、核素
1．定义
具有一定质子数和一定中子数的一种原子。
如：氢元素的三种核素为：H、H、H；碳元素的三种核素为：C、C、C。
2．质量数
(1)定义：将原子核内所有质子和中子的相对质量取整数值加起来所得数值，叫做质量数，质量数用符号A表示。
(2)与质子数(Z)、中子数(N)的关系：A＝Z＋N。
3．同位素
质子数相同，中子数不同的核素之间的互称。
1．所有的原子核都是由质子和中子构成的吗？
答案：不一定，H原子核中只有质子没有中子。
2．判断正误。
(1)元素的化学性质由该元素原子的电子数决定。(　　)
(2)元素的种类由质子数决定。(　　)
(3)原子的种类由质子数和中子数决定。(　　)
(4)具有相同质子数的微粒一定属于同种元素。(　　)
(5)质量数由中子数和电子数决定。(　　)
答案：(1)×　(2)?　(3)?　(4)×　(5)×
3．16O2和18O2互为同位素吗？
答案：不是。16O2和18O2为两种单质分子，而同位素讨论的是同一元素形成的不同原子(或核素)。
4．已知氢元素有3种同位素，则氢分子最多有________种，有________种不同的相对分子质量
解析：由于质量数为连续数(1、2、3)，所以各种氢气分子的相对分子质量也应是一组连续数，最小为2，最大为6。
答案：6　5
原子结构
1．原子的构成
原子X
质子数决定元素的种类；中子数决定元素的同位素。
2．质量关系
质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
3．数量关系
原子：核电荷数(Z)＝核内质子数＝核外电子数。
阳离子：核电荷数(Z)＝核内质子数＞核外电子数；
核电荷数(Z)＝核外电子数＋电荷数。
阴离子：核电荷数(Z)＝核内质子数＜核外电子数；
核电荷数(Z)＝核外电子数－电荷数。
[例1]　已知R元素的某种同位素，能形成化合物AmRn，其中A的化合价为＋n。该化合物中一个R微粒的核外电子数为a，核内中子数为b，则该同位素原子符号是(　　)
A.R　　　　　 　 B.R
C.R D.R
[解析]　由题意可知在离子化合物AmRn中R的化合价为－m，其离子符号为Rm－，已知一个Rm－的核外电子数是a，则其核内质子数为a－m，质量数＝质子数＋中子数＝a－m＋b。即可得出正确答案为D。
[答案]　D
解答本题的关键：一是弄清粒子符号X表示的意义；二是原子得到或失去电子变成离子时，只是最外层电子数变化(一般)，而原子核内的质子数和中子数不变。
元素、核素、同位素辨析
1．元素、核素、同位素的比较
元素
同位素
核素
概念
具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称
质子数相同而中子数不同的核素
具有一定质子数和中子数的一种原子
范围
宏观概念，对同一类原子而言既有游离态又有化合态
微观概念，对某种元素的原子而言，因同位素的存在，所以原子种类多于元素种类
指具体的原子
特性
主要通过形成的单质或化合物来体现
同位素的质量数不同，化学性质相同；天然存在的各种同位素所占原子百分比一般不变；同位素构成的化合物(如H2O、D2O、T2O)是不同的化合物，物理性质不同，化学性质几乎相同
元素不同，核素不同，且核素之间当质子数相同而中子数不同时，互称同位素
2．元素、核素、同位素三者之间的关系
[例2]　我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素Sm与Sm的说法正确的是(　　)
A.Sm与Sm互为同位素
B.Sm与Sm的质量数相同
C.Sm与Sm是同一种核素
D.Sm与Sm的核外电子数和中子数均为62
[解析]　由稀土元素Sm、Sm可知，二者是含有相同质子数、不同中子数的同种元素；其中Sm的质量数为144，中子数为82；Sm的质量数为150，中子数为88；故B、D项错；根据核素的定义“含有一定数目的质子和一定数目的中子”可知Sm、Sm为两种核素，故C错。
[答案]　A
1．(对应考点一)C—NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，C表示的碳原子
(　　)
A．核外有13个电子，核内有13个质子
B．核内有6个质子，核外有7个电子
C．质量数为13，原子序数为6，核内有7个质子
D．质量数为13，原子序数为6，核内有7个中子
解析：C表示质子数为6，质量数为13的碳原子，且核外电子数＝质子数＝6，中子数＝质量数－质子数＝13－6＝7。
答案：D
2．(对应考点一)核磁共振(NMR)技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数或中子数为奇数的原子核才有NMR现象，试判断下列哪组原子均可产生NMR现象(　　)
A．18O、31P、119Sn
B．27Al、19F、12C
C．7N、15P、33As、51Sb、83Bi
D．只有1个电子层的原子
解析：A中18O，B中12C，质子数、中子数均为偶数，D中He不符合题意。
答案：C
3．(对应考点二)下列关于78Pt和78Pt的说法正确的是(　　)
A.78Pt和78Pt的质子数相同，互称为同位素
B.78Pt和78Pt的中子数相同，互称为同位素
C.78Pt和78Pt的核外电子数相同，是同一种核素
D.78Pt和78Pt的质量数不同，不能互称为同位素
解析：本题主要考查核素、同位素的概念，以及构成原子的各微粒数目的关系。二者质子数相同，但质量数不同，故核外电子数相同，中子数不同，二者互称为同位素，A项正确。
答案：A
4．(对应考点二)下列关于Bi和Bi的说法正确的是(　　)
A.Bi和Bi都含有83个中子
B.Bi和Bi是同一种元素
C.Bi和Bi的核外电子数不同
D.Bi和Bi分别含有126和127个质子
解析：Bi原子中核外电子数＝质子数＝83，中子数＝209－83＝126。Bi原子中核外电子数＝质子数＝83，中子数＝210－83＝127。它们的质子数相同，电子数相同，中子数不同，所以Bi和Bi互为同位素，属于同一种元素。
答案：B
5．(探究题)用下面的原子或离子结构示意图的编号(A、B、C、D)填空：

(1)电子层排布相同的是___________________________________________________；
(2)属于同种元素的是____________________________________________________；　
(3)属于金属元素的是____________________________________________________；
(4)属于稀有气体元素的是________，稀有气体一般不参加化学反应的原因是_____________________________________________________；
(5)写出D参加化学反应后所得离子的结构示意图________。
解析：电子层排布相同是指电子层数和各电子层上的电子数均相同；决定元素种类的是核内质子数，即核电荷数；金属元素原子的最外电子层上的电子数一般较少；稀有气体原子最外电子层上一般为8个电子，He最外层为2个电子，已达稳定结构。
答案：(1)BC　(2)AB　(3)D　(4)C　原子的最外层电子已达到8(或2)个电子稳定结构，既不易得电子也不易失电子，所以一般不参加化学反应
(5)
1．原子结构模型先后经历了道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等多位科学家的研究。
2．在化学反应中原子核不发生变化，原子的最外层电子数可能发生变化。
3.X表示一个质量数为A，质子数为Z的原子，其中子数为A－Z。
4．同种元素(质子数相同)的不同原子(中子数不同)互称同位素。核素的种类与原子种类相同。
一、选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分)
1．提出原子结构模型的科学家，从时间的先后顺序来看，下列排列正确的是(　　)
A．汤姆生、玻尔、卢瑟福、道尔顿
B．汤姆生、玻尔、道尔顿、卢瑟福
C．卢瑟福、道尔顿、汤姆生、玻尔
D．道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔
解析：19世纪初，道尔顿提出了原子学说；1904年汤姆生提出了一个被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型；1911年卢瑟福提出了带核的原子结构模型；1913年玻尔提出了新的原子结构模型。
答案：D
2．(2011·海南高考，有改动)I是常规核裂变产物之一，可以通过测定大气或水中的I含量变化来检测核电站是否发生放射性物质泄漏。下列有关I的叙述中错误的是(　　)
A.I的化学性质与I相同
B.I的核电荷数为53
C.I的原子核外电子数为78
D.I的原子核内中子数多于质子数
解析：本题是相关同位素、核素考查。A选项中考查同位素化学性质的相同点，B选项落在考查X上，C中电子数为53，因而错，D是中子数的计算。
答案：C
3．[双选题]关于H＋、H－、H、H、H五种微粒，下列说法中正确的是(　　)
A．五种氢元素　　　　　　 　B．氢元素的五种同位素
C．氢元素的五种不同微粒 D．它们的质子数均相同
解析：氢元素只有一种，A项不正确；五种微粒都属于氢元素，质子数均为1，C、D项正确；H＋和H－是氢元素的两种不同离子，H、H、H是氢元素的三种同位素，B项不正确。
答案：CD
4．科学家对中国第二次探月卫星发回的数据进行了分析，月球的土壤中吸附着数百万吨的3He，每百吨3He核聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量。下列说法中正确的是(　　)
A．3He原子中的质子在原子核外空间内一定轨道上绕核做高速运动
B．3He原子不是微小的实心球体
C．3He原子是不能再分的微粒
D．3He的最外层电子数为2，故3He具有较强的金属性
解析：电子在原子核外空间内一定轨道上绕核做高速运动，A不正确。原子中原子核的体积只占原子体积的几千亿分之一，所以原子不是微小的实心球体，B正确。原子可分为原子核和核外电子，原子核又可分为质子和中子，所以C不正确。3He是非金属，没有较强的金属性，所以D不正确。
答案：B
5．核内中子数为N的R2＋，质量数为A，则n g它的氧化物中所含质子的物质的量是(　　)
A.(A－N＋8) mol
B.(A－N＋10) mol
C．(A－N＋2) mol
D.(A－N＋6) mol
解析：首先应运用质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，求出R原子所含质子数。把电子的质量忽略不计，R2＋的质量数为A，则R原子的质量数也是A，所以在R原子中Z＝A－N。
由R2＋所带的电荷数可知，R显＋2价，其氧化物为RO，摩尔质量为(A＋16)g·mol－1，n g RO物质的量为 mol。1 mol RO中所含质子的物质的量为(A－N＋8) mol，则 mol RO中所含质子的物质的量为(A－N＋8) mol。
答案：A
二、非选择题(本题包括3小题，共30分)
6．(13分)用A表示质子数、B表示中子数、C表示核外电子数、D表示最外层电子数、E表示电子层数，填写下列空格。
(1)同位素种类由________决定；
(2)元素种类由________决定；
(3)某元素有无同位素由________决定；
(4)质量数由________决定；
(5)元素的化学性质主要由________决定；
(6)核电荷数由________决定。
解析：(1)同位素指质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子的互称，故同位素由质子数、中子数决定。
(2)元素指具有一定核电荷数(质子数)的一类原子。
(3)中子数决定了元素有无同位素。
(4)由于电子的质量很小，原子的质量主要集中在原子核上，故质量数由质子数和中子数决定。
(5)由于电子的得失难易程度直接决定元素的化学性质，因此，元素的化学性质与原子核外最外层电子数有密切关系。
(6)核电荷数＝质子数。
答案：(1)A、B　(2)A　(3)B　(4)A、B　(5)D　(6)A
7．(8分)填表。
符号
质子数
中子数
质量数
电子数
核电荷数
K
Al3＋
27
10
S2－
16
16
12
6
6
解析：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)
原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数
阳离子：质子数＝核外电子数＋电荷数
阴离子：质子数＝核外电子数－电荷数
答案：
符号
质子数
中子数
质量数
电子数
核电荷数
19
20
39
19
19
13
14
13
16
32
18
C
6
6
8．(9分)下列单核粒子中(其中p表示质子，n表示中子，e－表示电子)
A．12p,12n,10e－ B．14p,14n,14e－
C．17p,18n,17e－ D．17p,20n,17e－
E．17p,18n,18e－ F．17p,20n,18e－
属于原子的是________(填编号，下同)；属于阳离子的是________；属于阴离子的是________；属于同一种元素的微粒是________。
解析：质子数＝电子数的是原子，故B、C、D是原子。质子数 ＞电子数的是阳离子，则A是阳离子，质子数＜电子数为阴离子，则E、F为阴离子。质子数相同的属同一种元素的微粒，C、D、E、F为同一种元素的微粒。
答案：B、C、D　A　E、F　C、D、E、F