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第三单元 人类对原子结构的认识
1.战国时期,惠施说过:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”他认为物质是无限可分的。
2.19世纪初,道尔顿提出原子学说。
3.1897年,汤姆生提出原子结构的第一个模型——“葡萄干面包式”的原子结构模型。
4.1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验提出“有核模型”或“行星模型”。
5.1913年,玻尔引入量子论观点,揭示了光谱线与原子结构的内在联系。在玻尔原子结构模型
的基础上发展成为原子的量子力学模型。
知识点 1 人类认识原子结构的历程
必备知识 清单破
1.原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子构成的,原子核又是由质子和中子构
成的,质子带正电,中子不带电。
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,加起来所得到的数值。
3.原子的表示符号 X表示质子数是Z、质量数为A的一种X原子。
4.存在关系
(1)质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
(2)原子:核电荷数=质子数=核外电子数;
阴离子:质子数=核外电子数-电荷数;
阳离子:质子数=核外电子数+电荷数。
知识点 2 原子核的构成
5.核素和同位素
(1)核素:具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
(2)同位素:质子数相同,质量数(或中子数)不同的核素互称为同位素。
1.原子结构示意图
知识点 3 原子核外电子排布
2.核外电子的分层排布
核外电子的分层运动,又叫核外电子的分层排布。其关系如下:
电子层 (n) 1 2 3 4 5 6 7
符号 K L M N O P Q
离核远近 近→远 能量高低 低→高 3.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:原子核不发生变化,但最外层电子数可能发生变化。
(2)化合价和核外电子排布的关系
①活泼金属在反应中,一般失去电子,在生成物中呈现正化合价。
②活泼非金属在反应中,一般得到电子,在生成物中呈现负化合价。
知识辨析
1.16O2和18O2互为同位素。这种说法对吗
2.一个原子不容易得到电子,那么它一定易失去电子。这种说法对吗
3.元素的化学性质由其原子的核外电子数决定。这种说法对吗
一语破的
1.不对。16O2和18O2均为单质分子,而同位素讨论的是同一元素的不同原子(或核素)。
2.不对。稀有气体原子既不容易得到电子也不容易失去电子。
3.不对。原子的最外层电子数决定了元素的化学性质,一般,最外层电子数小于4的原子易失
电子,最外层电子数大于4的原子易得电子,最外层电子数等于4的原子,既不易得电子也不易
失电子。
关键能力 定点破
定点 1 原子的结构
1.原子的组成
元素 核素 同位素
对象 宏观 概念 微观概念,元素具体
的某种原子 微观概念,同一元素
的不同原子
举例 H H H是氢元素的三种不同核素,它们互称为同位素 联系 2.元素、核素、同位素的比较
典例1 医学上常用 C呼吸法诊断幽门螺旋杆菌,考古时通过测定 C所占比例来测定文物年
代。下列有关 C和 C的说法不正确的是( )
A.这两种原子中均含有6个质子
B C的结构示意图为
C.二者互为同位素
D.二者化学性质几乎完全相同
B
思路点拨 互为同位素的原子,其质子数和核外电子数相同,中子数、质量数不同,化学性质
几乎完全相同。
解析 一个 C和一个 C原子中都含有6个质子,A正确 C的结构示意图为 ,B错误
C和 C质子数相同,质量数不同,二者互为同位素,C正确 C和 C是碳元素的两种核素,具
有相同的质子数和最外层电子数,二者化学性质几乎完全相同,D正确。
典例2 钍是一种放射性金属元素,金属钍呈灰色光泽,质地柔软,化学性质较活泼。钍广泛分
布在地壳中,是一种应用前景十分可观的能源材料。230Th和232Th是钍的两种核素,232Th可以转
化成233U。下列说法正确的是 ( )
A.钍元素的原子序数是232
B.钍元素原子只由原子核构成
C.232Th转化成233U是化学变化
D.230Th和232Th的物理性质不同
D
思路点拨 对于陌生元素原子的考查,熟悉原子的构成是解题关键;不同元素原子之间的相
互转化为核反应,不属于化学变化。从微观上看,化学反应前后原子的种类、个数没有变
化。
解析 Th元素的原子序数不是232,232Th的质量数为232,A错误;Th元素的原子由原子核和核
外电子构成,B错误;232Th转化成233U是核反应,不属于化学变化,C错误;230Th和232Th的质子数相
同、中子数不同,互为同位素,二者具有相同的最外层电子数,化学性质几乎完全相同,物理性
质不同,D正确。
1.元素性质与原子核外电子排布的关系
(1)当原子最外层电子数达到8(只有一个电子层时为2)时,该原子处于稳定结构,化学性质较
稳定。
(2)元素在化合物中的常见化合价与原子的电子层结构,特别是最外层电子数有关。例如:①
钠原子最外层只有1个电子,在反应中容易失去这个电子而达到稳定结构,因此钠元素在化合
物中显+1价。②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。
2.核外电子排布规律的理解
核外电子的排布规律中的各项是相互联系的,不能孤立地理解。电子总是尽可能先排布
在能量较低的电子层里,即电子先排满K层,当K层排满再排L层,排满L层才排M层,但是不能
继续向后推,即电子不是排满M层后,再排N层。如钾原子的结构示意图不为图1,虽然M层排9
定点 2 原子核外电子排布
个电子并不超过18个(排满),但是与最外层不能超过8个电子相矛盾,所以钾的原子结构示意
图如图2所示。
典例1 下列叙述正确的是 ( )
A.中子数为10的氧原子:10O
B.同种元素原子的质子数相同
C.Cl-的结构示意图:
D.1H2、2H2、3H2互为同位素
B
思路点拨 元素不同,核素肯定不同,质子数也一定不同,当核素之间质子数相同而中子数不
同时,互为同位素。
解析 中子数为10的氧原子,质量数=8+10=18,应表示为 O,A错误;质子数决定元素种类,同
种元素原子的质子数相同,B正确;Cl-的结构示意图: ,C错误;1H2、2H2、3H2是单质,不
互为同位素,D错误。
典例2 根据给出的原子或离子结构示意图,回答下列问题(填字母):
(1)核外电子排布相同的是 。
(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 ,稀有气体一般不参与化学反应的原因是
。
(5)写出D的单质参加化学反应后所得离子的结构示意图: 。
BC
AB
D
C
元素的原子的最外层电子已达到8(或2)电子稳定结构,既不易失去电子也不易得到电子
稀有气体
思路点拨 原子核外电子总数等于核电荷数,阳离子核外电子总数小于核电荷数,阴离子核
外电子总数大于核电荷数。
解析 核外电子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;稀有气体元素的原
子是电中性微粒,即核电荷数=核外电子数,且最外电子层上一般为8个电子,He最外层为2个
电子。第三单元 人类对原子结构的认识
基础过关练
题组一 人类认识原子结构的历程 原子核的构成
1.下列有关人类认识原子结构的历程的说法正确的是( )
A.道尔顿提出原子学说
B.玻尔提出“有核模型”
C.卢瑟福发现原子中存在电子
D.汤姆生发现氢原子光谱是不连续的
2.“嫦娥四号”使用了Pu核电池,核素Pu的中子数为( )
A.94 B.144 C.238 D.332
3.2016年11月国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)公布了人工合成的第113、115、117和118号元素。其中118号元素Og是由美国与俄罗斯科学家合作合成的,其质量数为294。下列关于该元素的说法中,正确的是( )
A.其原子核内中子数和质子数都是118
B.其原子核内中子数为176
C.其原子核外电子数为176
D.其原子最外层电子数为18
4.下列说法正确的是 ( )
A.决定元素种类的是原子核外最外层电子数
B.质子数相同的原子一定属于同种元素
C.决定元素化学性质的是原子核内中子数
D.原子核内的中子数一定不为零
5.关于X与X+两种微粒,下列叙述正确的是( )
A.一定都是由质子、中子、电子组成的
B.物理性质不同,化学性质几乎完全相同
C.原子序数和核外电子数一定相同
D.质子数一定相同,质量数和中子数一定不相同
6.(经典题)原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念。有八种微粒如下:
NaMg
(1)属于核素的共有 种。
(2)互为同位素的是 和 (填符号,下同)。
(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 。
题组二 原子核外电子排布特点
7.下列粒子的结构示意图正确的是( )
A.Mg2+: B.Cl:
C.Ar: D.K:
8.下列表示金属元素原子结构示意图的是( )
A. B.
C. D.
9.某元素的原子结构示意图为,下列关于该元素的说法中,错误的是( )
A.它的阳离子带3个单位正电荷
B.它是一种金属元素
C.它的阳离子有10个质子
D.其原子核外有13个电子
能力提升练
题组一 原子结构 核素与同位素
1.C可以作为核聚变材料。下列关于C的叙述正确的是( )
AC和C是同一种核素
BC原子核内中子数为6
CC原子核内质子数为13
DC和C互为同位素
2.15.8 g某钠盐Na2R含0.4 mol Na+,若R原子中含有16个质子,则R原子所含的中子数为( )
A.16 B.17 C.32 D.33
3.(经典题)核内中子数为N的离子R2+,其质量数为A,则n g氧化物(R18O)中所含质子的物质的量为( )
A.(A-N+8) mol
B.(A-N+8) mol
C.(A-N+10) mol
D.(A-N+8) mol
4.1911年,英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔的实验,结果发现绝大多数的α粒子直线穿过金箔,有少数α粒子发生较大的偏转,有极少数的α粒子偏转角度大于90°,甚至观察到偏转角等于150°的散射,这些现象无法用汤姆生模型解释。1911年卢瑟福提出原子结构的有核模型(又称原子的核式结构模型),原子核带正电,电子绕着核在核外运动,由此导出α粒子散射公式,解释了α粒子的大角散射。回答下列问题:
(1)根据上文中的表达。绝大多数α粒子是按照上图中类似 (填写路径编号)路径穿越金箔的。
(2)上图所示的线条中,不可能是α粒子在该实验中的运动轨迹的是 (填写路径编号)。
(3)正电子、负质子都属于反粒子,它们与普通的电子、质子的质量与所带电量均相等,而电性相反,科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的反物质。请你推测反氢原子的结构:
①反氢原子中含有一个带 电荷的质子和一个带 电荷的电子。
②反氢原子失去一个电子后所形成的离子符号 。
题组二 原子核外电子排布
5.下列化学用语表示正确的是( )
A.铝离子的结构示意图:
B.Ba(OH)2的电离方程式:Ba(OH)2 Ba2++2O2-+2H+
C.S2-的结构示意图:
D.KCl的电离方程式:KCl K++Cl-
6.A、B两元素原子的核电荷数均小于18,A元素原子的第二层比B元素原子的第二层少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,则A和B形成化合物的化学式为 ( )
A.A2B3 B.BA2 C.AB4 D.B3A2
7.下列化学用语描述正确的是( )
A.可用于考古判断年代的一种核素的符号C
B.氚的原子结构模型:
C.18O2-的结构示意图:
D.14C和14N互为同位素
8.下列说法中正确的是( )
A.某单核微粒的核外电子排布为,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.N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
9.下列说法正确的是( )
A.若离子AOx-中含有n个核外电子,则Y原子核内含有的中子数为A-n+x+8
B.电子层由里到外依次为K层、L层、M层……,每层最多能容纳8个电子
C.若某元素原子核外最外层电子数小于或等于2,则该元素一定为金属元素
D.最外层电子数越少的金属元素对应的金属单质的金属活动性越强
10.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具有稀有气体元素原子的核外电子排布
C.两种原子的核外电子排布相同,则一定是同种元素原子
D.同一种元素的原子中子数一定相同
11.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
12.观察下列A、B、C、D、E五种粒子(原子或离子)的结构示意图,回答有关问题。
(1)上述结构示意图中,表示离子的是 (填离子符号),表示原子的是 (填原子符号)。
(2)B、C、E三种粒子中,性质最稳定的是 (填粒子符号,下同),最容易失去电子的是 ,最容易得到电子的是 。
(3)写出1~18号元素中符合下列条件的原子(或离子)的微粒符号,并画出其结构示意图。
①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数的2倍: 。
②某元素原子L层上的电子数为K层的一半: 。
③某元素原子得到2个电子后形成电子总数与氩原子的电子总数相同的离子: 。
答案与分层梯度式解析
第三单元 人类对原子结构的认识
基础过关练
1.A 道尔顿提出原子学说,A正确;卢瑟福提出“有核模型”,B错误;汤姆生发现原子中存在电子,C错误;玻尔发现氢原子光谱是不连续的,D错误。
2.B 中子数=质量数-质子数=238-94=144,B正确。
3.B 其原子核内质子数是118,其原子核内中子数为294-118=176,A错误,B正确;其原子核外电子数=质子数=118,C错误;其原子核外最外层电子数为8,D错误。
4.B 元素是指具有相同质子数的一类原子的总称,所以质子数决定元素的种类,质子数相同的原子一定属于同种元素,A项错误,B项正确;元素的化学性质主要取决于原子核外最外层电子数,C项错误H的中子数为0,D项错误。
5.DH只由质子、电子两种微粒构成,A错误X是原子X+是阳离子,化学性质不相同,B错误。这两种微粒的原子序数相同,核外电子数不相同,C错误X与X+的质子数一定相同,质量数前者小,中子数后者大,D正确。
6.答案 (1)7
(2Li
(3N
(4Mg
解析 (1)在题述微粒中H2是分子,不是核素,其余的七种均为核素。
(2Li与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。
(3)质量数相等的是C与N,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C与N不能互称为同位素。
(4Mg的核内质子数分别是11和12,核内中子数都是12。
7.A 氯原子结构示意图为,B错误;氩原子结构示意图为,C错误;钾原子结构示意图为,D错误。
8.B A、B、C、D选项中粒子结构示意图分别表示O2-、Mg、He、Ca2+,选B。
9.C 题给原子结构示意图是铝原子的结构示意图,铝原子失去3个电子形成铝离子,铝离子带3个单位正电荷,A正确;铝元素是金属元素,B正确;铝离子的质子数与铝原子相同,为13,C错误;Al原子核外有13个电子,D正确。
能力提升练
1.DC和C的质子数相同,中子数不同,不是同一种核素,A错误C原子核内中子数为13-6=7,B错误C原子核内质子数为6,13为质量数,C错误C和C的质子数相同,中子数不同,二者互为同位素,D正确。
破题关键 弄清符号X表示的意义。
2.B 由题意得:n(Na2R)==0.2 mol,则M(Na2R)==79 g/mol,M(R)=(79-2×23) g/mol=33 g/mol,即R的质量数为33,其中子数=33-16=17。选B。
3.B 核内中子数为N的离子R2+,其质量数为A,则R原子的质子数是A-N;R18O的质子数为A-N+8;n g R18O的物质的量是 mol(破题关键),则所含质子的物质的量为(A-N+8) mol,选B。
4.答案 (1)b
(2)a
(3)①负 正 ②H-
解析 (1)绝大多数的α粒子直线穿过金箔,故绝大多数α粒子是按照题图中类似b路径穿越金箔的。
(2)α粒子带正电荷,原子核带正电荷,会相互排斥,故不可能的运动轨迹是a。
(3)①氢原子中含有一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子,则反氢原子中含有一个带负电荷的质子和一个带正电荷的电子。②反氢原子失去一个电子后形成H-。
5.D 铝离子核外有10个电子,其结构示意图为,A错误;氢氧化钡的电离方程式为Ba(OH)2 Ba2++2OH-,故B错误;S2-核外有18个电子,其结构示意图为,C错误;氯化钾的电离方程式为KCl K++Cl-,D正确。
6.D A、B两元素原子的核电荷数均小于18,A元素原子的第二层比B元素原子的第二层少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,则B元素原子第二层有8个电子,第三层有2个电子(破题关键),A元素原子第二层有5个电子,A为N,B为Mg,则A和B形成化合物的化学式为Mg3N2,D正确。
7.B 用于考古断代的一种核素是中子数为8、质子数为6的C,该核素的符号为C,A错误;氚的原子核内有1个质子和2个中子,核外有1个电子,质量数为3,B正确;氧离子核内有8个质子,核外有10个电子,其结构示意图为,C错误;14C和14N质子数不同,是不同的元素,D错误。
8.C 该微粒不一定是原子,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不是金属元素,B错误;N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。
9.A 离子AOx-含有n个核外电子,则Y原子核内含有的质子数为n-x-8,中子数=质量数-质子数,则Y原子核内含有的中子数为A-n+x+8,A正确;K层最多能容纳2个电子,B错误;H的原子核外最外层电子数为1,其为非金属元素,C错误;金属活动性Ca强于Na,但Ca的最外层电子数比Na的多,D错误。
10.C 两种微粒,核外电子排布相同,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+的核外电子排布相同,但化学性质不同,A错误;有些单原子形成的离子不具有稀有气体元素原子的核外电子排布,如H+,B错误;核外电子排布相同的原子,其质子数必定相等,则一定属于同种元素原子,C正确;同一种元素的原子中子数不一定相同,D错误。
11.答案 硅 硼
钠 氧
解析 L层有8个电子,则M层有4个电子,故A元素为硅元素,原子结构示意图为。当次外层为K层时,B元素原子最外层电子数为3,是硼元素,原子结构示意图为;当次外层为L层时,B元素原子最外层电子数为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,故为钠元素,原子结构示意图为。当次外层为K层时,D元素为氧元素,原子结构示意图为;当次外层为L层时,最外层应有24个电子,违背了排布规律,故不可能。
12.答案 (1)O2-、Mg2+ Ne、Na、Cl
(2)Ne Na Cl
(3)①C:
②Li:
③S2-:
解析 A、B、C、D、E分别是O2-、Ne、Na、Mg2+、Cl。
(1)属于离子的是O2-、Mg2+,属于原子的是Ne、Na、Cl。
(2)最外层电子排布达到稳定结构时微粒性质最稳定,所以B、C、E三种粒子中性质最稳定的是Ne;Ne、Na、Cl中最易失电子的是Na,最易得电子的是Cl。
(3)①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数的2倍,核外电子数是2+4=6,该元素是C,原子结构示意图为。②某元素原子L层上的电子数为K层的一半,核外电子数是2+1=3,该元素是Li,原子结构示意图为。③某元素原子得到2个电子后形成电子总数与氩原子的电子总数相同的离子,则质子数为18-2=16,该元素是S,离子结构示意图为。
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