第三单元 人类对原子结构的认识
学习目标定位：1.知道常见的原子核外电子排布规律。2.会画1～18号元素的原子结构示意图。3.记住元素化合价与原子核外电子排布的关系。
知识点一 原子结构模型的演变
【活动设计】
【学以致用】
1．下列四位科学家对原子结构的认识都起到过重要的推动作用。其中，首先提出原子核外的电子在一定轨道上运动的是( )
A．汤姆生 B．道尔顿 C．玻尔 D．卢瑟福
2．道尔顿的原子学说曾经起了很大作用。他 ( http: / / www.21cnjy.com )的学说中包含下述三个论点：①原子是不能再分的粒子；②同种元素原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代观点看，你认为三个论点中不确切的是( )
A．只有③ B．只有①③
C．只有②③ D．①②③
知识点二 原子核外电子排布
【活动设计】
1．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
如O: ________________；Mg：________________。
2．元素的化学性质与原子核外电子排布的关系
(1)化学反应的特点：________不发生变化，但____________可能发生变化。
(2)化合价和核外电子排布的关系：
①活泼金属在反应中，一般______电子，表现______化合价。
②活泼非金属在反应中，一般______电子，表现______化合价。
3．核外电子分层排布规则：(1)在含有多个 ( http: / / www.21cnjy.com )电子的原子中，电子能量不同，能量低的电子通常在离核较近的区域运动，能量高的电子通常在离核较远的区域运动；(2)根据电子的能量差别和通常运动的区域离核远近不同，把电子通常运动的不同区域看成不同的电子层，由里向外，依次为K、L、M、N、O、P、Q等；(3)核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外，依次进入能量较高的电子层中；(4)最外层电子数不超过8(K层为最外层不超过2)，次外层不超过18，倒数第三层不超过32。
【学以致用】
3．下图为某单核粒子结构示意图，请按要求填空：
(1)若该粒子为原子，则x____5，其符号为______；
(2)若x＞5，则该粒子属于________。
4．活泼金属钠、镁、铝可与活泼非金属氟、氧 ( http: / / www.21cnjy.com )形成氟化物NaF、MgF2、AlF3和氧化物Na2O、MgO、Al2O3。钠、镁、氟、氧的原子核外电子分层排布的示意图如图所示：
请说明下述过程中原子核外最外层电子的变化情况。
Na＋F―→NaF Mg＋2F―→MgF2
Al＋3F―→AlF3 2Na＋O―→Na2O
Mg＋O―→MgO 2Al＋3O―→Al2O3
知识点三 认识原子核
【活动设计】
1．原子的构成
原子
构成原子的微粒 电子 原子核
质子 中子
电性和电量 带____电荷1.6×10－19C 带____电荷1.6×10－19C ____电
质量/kg 9.109×10－31 1.673×10－27 1.675×10－27
相对质量 1/1 836
2.质量数：将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得的数值。
3．原子的表示符号及意义
(1)表示符号：X表示质子数是Z、________为A的一种X原子。
(2)质量数(A)＝__________＋____________
4．核素和同位素
(1)核素：具有一定数目______和一定数目________的一种原子。
(2)同位素：________相同，________(或________)不同的核素互称为同位素。
5．氢元素的三种核素及其应用
名称 符号 核素表示试 俗名 质子数 中子数 应用
氕 H H 1 0
氘 D H 重氢 1 1 制造______的原料
氚 T H 超重氢 1 2
6.碳元素的三种核素及其应用
核素表示式 质子数 中子数 应用
C 6 6 相对原子量的标准和阿伏加德罗常数的基准
C 6 7
C 6 8 考古断代
7.问题讨论
(1)是否所有的核素都含有质子、电子和中子？
(2)所有的元素都有同位素吗？
【学以致用】
5．某微粒用Rn＋表示，下列关于该微粒的叙述正确的是( )
A．所含质子数为A－n B．所含中子数为A＋n
C．所含电子数为Z－n D．质量数为A＋Z
6．原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念。下列八种化学符号：H、H2、C、Li、Na、N、Li、Mg。
(1)涉及到的核素共有______种。
(2)互为同位素的是__________和____________。
(3)质量数相等，但不能互称为同位素的是______________和______________________。
(4)中子数相等，但质子数不相等的是________________和________________。
1．原子的构成：
原子是由原子核和核外电子构成的，构成元素原子的各种微粒之间的关系要重点掌握：A＝Z＋N
原子
3．元素、核素、同位素的比较
元 素 核 素 同位素
概念 具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称，与核外电子数无关 具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子或同一种元素的不同核素
范围 宏观概念，对同类原子而言，既有游离态又有化合态 微观概念，对某种元素的一种原子而言 微观概念，对某种元素的原子而言。因同位素的存在而使原子种类多于元素种类
特性 主要通过形成的单质或化合物来体现 不同的核素可能质子数相同，或中子数相同，或质量数相同，或各数均不相同 同位素(之间)质量数不同，化学性质基本相同
实例 氢元素、氧元素 H、H、N、C、Mg是不同的核素 H、H、H为氢元素的同位素
第三单元 人类对原子结构的认识
学习探究区
知识点一
活动设计
道尔顿 核式原子结构模型 玻尔 量子力学
学以致用
1．C
2．D [由现代物质结构的 ( http: / / www.21cnjy.com )知识可知，原子中还含有基本粒子，如质子、中子、电子等；同种元素还包含各种同位素，而同位素的质量是不相同的；原子核外的电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的无规则运动，且分层排布。故①②③均不确切。]
知识点二
活动设计
1．(1)原子核 核外电子
(2)
2．(1)原子核 最外层电子数 (2)①失去 正 ②得到 负
学以致用
3．(1)＝ P (2)阴离子
4．活泼金属Na、Mg、Al原子与活泼 ( http: / / www.21cnjy.com )非金属原子F、O化合时，Na、Mg、Al原子分别失去1、2、3个最外层电子而形成Na＋、Mg2＋、Al3＋，活泼非金属F、O原子分别得到1、2个电子形成F－、O2－，从而都使最外层达到8电子稳定结构
解析 活泼非金属和活泼金属化合时，通常活泼金属原子失去最外层电子，活泼非金属原子得到电子使其最外层都达到8电子稳定结构。
知识点三
活动设计
1．质子(Z) 中子(N) 核外电子 负 正 不带 ≈1 ≈1
3．(1)质量数
(2)质子数(Z) 中子数(N)
4．(1)质子 中子 (2)质子数 质量数 中子数
5．氢弹
7．(1)不是。H中不含中子，但所有核素一定含质子和电子。
(2)不是。大部分元素都有同位素，即有不同的核素(原子)；少量元素没有同位素，即只有一种核素(原子)。
学以致用
5．C [理解该符号的含义，A项微粒Rn＋1所含的质子数为Z；B项微粒Rn＋所含的中子数应为A－Z；D项微粒Rn＋质量数应为A。]
6．(1)8 (2)Li Li (3)C N (4)Na Mg
解析 一种核素就是一种原子。在这八种化学符号中，H2涉及到的核素是H，其余的七种各为一种核素的符号。
同位素研究的对象是原子，互为同位素 ( http: / / www.21cnjy.com )的原子属于同一种元素。Li和Li的核内质子数都是3，中子数分别是3和4，它们是锂元素的不同种原子。H和H是同位素，但H2是一种分子而不是原子，所以H与H2不是同位素。
质量数相等的是C与N(都是14 ( http: / / www.21cnjy.com ))，但C的质子数是6，属于碳元素，N的质子数是7，属于氮元素，所以与N质量数相等，但又不能互称为同位素。
Na、Mg的核内质子数分别是11和12，根据原子核内“质量数＝质子数＋中子数”的公式进行判断，Na、Mg的核内中子数都是12。第三单元 人类对原子结构的认识
基础巩固
1.科学家对中国第二次探月卫星发回的数 ( http: / / www.21cnjy.com )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原子核内质子数为3
解析:电子在原子核外空间内一定轨道上绕 ( http: / / www.21cnjy.com )核做高速运动,A不正确。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原子核内质子数为2,所以D不正确。
答案:B
2.元素的种类和原子的种类( )
A.前者多 B.后者多
C.相等 D.不能确定
解析:由于一种元素可能有多种核素,所以原子的种类多于元素的种类。
答案:B
3.已知最外层电子数相等的元素原子具有相似的化学性质。氧元素原子的核外电子分层排布示意图为。下列原子中,与氧元素原子化学性质相似的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
解析:原子最外层电子数决定元素的化学性质,最外层电子数相同,化学性质相似,硫原子的最外层电子数与氧原子相同。
答案:D
4.分析发现,某陨石中含有半衰期极短的镁的一种放射性同位素28Mg,该同位素的原子核内的中子数是( )
A.12 B.14 C.16 D.18
解析:Mg为12号元素,中子数=质量数-质子数=28-12=16。
答案:C
5.某元素原子的质量数为A,它的离子Xn+ 核外有y个电子,则Xn+原子核内的中子数为( )
A.A-y+n B.A+y-n
C.A+y+n D.A-y-n
解析:离子是在原子的基础上,通过得失电子 ( http: / / www.21cnjy.com )而形成的。Xn+是在X原子基础上失去n个电子而形成的,所以在Xn+中,核内质子数等于y+n,核内中子数=质量数-核内质子数=A-(y+n)=A-y-n。
答案:D
6.自从1803年英国科学家道尔顿提出原子假 ( http: / / www.21cnjy.com )说以来,人类对原子结构的研究不断深入,不断发展,通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。下列关于原子结构理论的说法中,正确的是( )
A.所有的原子都含有质子、中子和电子3种基本构成微粒,且个数都是相等的
B.质子数决定元素的种类,中子数决定核素的种类
C.原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引
D.原子中的质子、中子和电子3种基本微粒不可能进一步分成更小的微粒
解析H没有中子,核素由质子数和中子数共同决定,质子和中子里面还有更小的微粒——夸克。
答案:C
7.下列叙述中,正确的是( )
A.两种微粒若核外电子排布相同,则其化学性质一定相同
B.单原子形成的离子一定有稀有气体元素的原子的核外电子排布
C.两种原子的核外电子排布相同,则一定属于同种元素
D.存在两种质子数和电子数均相同的阳离子和阴离子
解析:A项错误,两种微粒,核外电子排 ( http: / / www.21cnjy.com )布相同,核电荷数不一定相同,则化学性质不一定相同,如O2-、F-、Ne、Na+Mg2+;B项错误,有些单原子的离子并不一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布,如H+;C项正确,核外电子排布相同的原子,其质子数必相等,则一定属于同种元素;D项错误,质子数和电子数均分别相同,则粒子所带的电荷必相等,不可能一个是阳离子(带正电荷),一个是阴离子(带负电荷)。
答案:C
8.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( )
ASm与Sm互为同位素
BSm与Sm的质量数相同
CSm与Sm是同一种核素
DSm与Sm的核外电子数和中子数均为62
解析:本题考查核素的表示方法和相关上、 ( http: / / www.21cnjy.com )下标的含义以及各量之间的关系,A项正确;B项错,由左上角角标可知,质量数分别为144、150;C项错,核素和同位素是两个不同的概念,没能辨析清;D项错,由核素中各种微粒间的关系可知,中子数分别为82、88。
答案:A
9.根据下列几种粒子结构示意图,完成下列问题(填编号)。
A.+8 B.+8
C.+16 D.+11
(1)其中属于阴离子的是 ;
(2)属于金属元素的是 ;
(3)具有相似化学性质的是 。
解析:判断是原子、阳离子还是阴离子,主要是比较核电荷数与核外电子总数目的大小关系。
答案:(1)B (2)D (3)AC
10.在化学反应中,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。据此,推测下列结论:
(1)元素的化学性质主要取决于元素原子的 (填序号)。
①核电荷数 ②最外层电子数 ③次外层电子数 ④电子层数
(2)最外层电子数相等的元素具有的化学性质 (填“相似”或“不相似”)。
解析:既然化学变化的本质是原子的最外层电 ( http: / / www.21cnjy.com )子数发生变化,就可以推得元素的化学性质取决于原子的最外层电子数;最外层电子数相同的元素具有相似的化学性质。
答案:(1)② (2)相似
能力提升
1.下列说法中正确的是( )
A.40K与40Ca原子中的中子数相等
B.互为同位素的原子,它们原子核内的质子数一定相等
C.人们已知道了112种元素,即已经知道了112种核素
D.原子结构模型演变历史可表示为:
( http: / / www.21cnjy.com )
答案:B
2.已知R元素的某种同位素,能形成 ( http: / / www.21cnjy.com )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( )
AR BR
CR DR
解析:由题意可知在化合物AmRn中, ( http: / / www.21cnjy.com )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
3.若某元素的某核素质子数为m,中子数为n。则下列论断中正确的是( )
A.由此确定该元素的相对原子质量
B.这种元素的相对原子质量为m+n
C.该元素的质量数为m+n
D.若C原子质量为W g,则该核素的质量约为 g
解析:元素的相对原子质量等于各种核素的相对原子质量乘它们在自然界中所占的原子百分比,然后加和所得的数值。只知道其中一种核素的质子数、中子数无法确定该元素的相对原子质量,故A、B错误。质量数是针对某一种核素而言的,元素没有与其对应的质量数,所以C错误。核素相对原子质量的标准是一个C原子质量的,质子和中子相对质量都接近于1,所以质子数和中子数相对质量之和乘C原子质量的应约等于该核素的质量,所以D正确。
答案:D
4.下列选项中都不正确的是( )
①1H是一种核素 ②1H和D互称为同位 ( http: / / www.21cnjy.com )素 ③2H是一种核素 ④1H、2H与3H各是氢的一种核素 ⑤1H 、2H与T互称为同位素 ⑥1H+与D、T都属于氢元素 ⑦所有原子核都是由质子和中子构成的
A.③④⑤⑥ B.①②⑦
C.①②④⑥⑦ D.①④⑤⑥⑦
解析:1H质子数为1,中子数 ( http: / / www.21cnjy.com )不确定,故只能确定元素,不能确定核素,所以①②错误。符号H本身就表明了是氢元素,质子数为1,故③对。1H原子核中无中子,⑦错。
答案:B
5.下列说法正确的是( )
①质子数相同的粒子一定属于 ( http: / / www.21cnjy.com )同种元素 ②电子数相同的粒子不一定是同一种元素 ③一种元素只能有一种质量数 ④某种元素的相对原子质量取整数,就是其质量数
⑤质子数相同,电子数也相同的粒子,不可能是一种分子和一种离子 ⑥同位素的性质几乎完全相同
A.①③④⑥ B.①②④⑤
C.②③⑤⑥ D.②⑤
解析:①中粒子可以是原子、分子或离子,①不 ( http: / / www.21cnjy.com )正确,同理②正确;元素没有与其对应的质量数,③、④不正确;⑤正确;⑥中同位素的物理性质不完全相同,故不正确。
答案:D
6.铋(Bi)在医药方面有重要应用。下列关于Bi和Bi的说法正确的是( )
ABi和Bi都含有83个中子
BBi和Bi互为同位素
CBi和Bi的核外电子数不同
DBi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=126Bi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。
答案:B
7.如图是钠与氯气反应生成氯化钠的模拟图,下列有关说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.氯气、钠都由原子构成
B.反应中氯气分子分解成氯原子
C.氯化钠由氯化钠离子构成
D.反应中一个钠原子转移两个电子给一个氯原子
解析:钠是金属,由原子直接构成的,而氯气则是 ( http: / / www.21cnjy.com )由分子构成的,A项错误;由化学变化的实质以及图示可知,反应中氯气分子会分解成氯原子,B项正确;由图示可知氯化钠由氯离子和钠离子构成,C项错误;据图可以看出,在化学反应中钠原子会失去一个电子给了氯原子,从而形成钠离子和氯离子,D项错误。
答案:B
8.在1911年前后,卢瑟福把一束高速运动的 ( http: / / www.21cnjy.com )α粒子(质量数为4的带两个正电荷的氦原子核)射向一片极薄的金箔,他惊奇地发现,过去一直认为原子是“实心球”,由这些“实心球”紧密排列而成的金箔,竟被大多数α粒子通过,就像金箔不在那儿一样。但也有部分α粒子通过时发生偏移,或被直线弹回,根据以上现象回答:
(1)α粒子顺利通过金箔说明 。
(2)α粒子偏移通过或被直线弹回说明 。
解析:通过实验可知,原子的质量和原子的正电荷集中在一个非常小的空间内(即原子核)。
答案:(1)原子内部有较大空间
(2)原子内部有带正电荷、质量大的更小的粒子
9.用下面的原子或离子结构示意图的编号(A、B、C、D、E、F)填空。
A.+9 B.+9 C.+10 D.+11
E.+11 F.+12
(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 。
解析:A为F,B为F-,C为Ne,D为Na,E为Na+,F为Mg。
答案:(1)BCE (2)AB和DE (3)DEF (4)C
10.已知氯元素的近似相对原子质量为35.5,则由Na、Cl、Cl构成的10 g NaCl中含Cl-多少克
解析:本题所考查的知识点是同位素的综合计算,因为题给的35.5为氯元素的近似相对原子质量,所以用氯元素两种核素的质量数进行计算。
—=
nCl-)=×37g·mol-1=1.58g
答案:1.58 g
