专题2研究物质的基本方法
第三单元 人类对原子结构的认识
1．在众多科学家的努力下，我国研制的“人造太阳”成功地进行了放电。所谓“人造太阳”是指受控核聚变。从1 L海水中提取出来的氘(H)发生受控核聚变变成氦(He)时产生的能量相当于300 L汽油燃烧放出的能量。因此这种技术对解决能源问题有着十分广阔的发展前景。下列有关说法正确的是( )
A．氘(H)变成氦(He)发生化学变化
B．H中的“2”与He中的“2”意义相同
C．H和He互为同位素
D．H和H在周期表中位于同一位置
2．钇(Y)是稀土元素之一。下列关于Y的说法中不正确的是( )
A．质量数是89
B．中子数与电子数之差为11
C．核外电子数是50
D.Y和Y互为同位素
3．2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。其中118号元素为Og，中文名称为“”，下列关于Og的说法不正确的是( )
A．质子数为118 B．中子数为176
C．核外电子数为118 D．质量数为412
4．两种微粒的质子数和电子数均分别相等，它们不可能是( )
A．一种阳离子和一种阴离子
B．一种单质和一种化合物分子
C．一种分子和一种分子
D．一种原子和一种分子
5．下列关于原子结构的叙述正确的是( )
A．所有的原子核都是由质子和中子构成的
B．原子的最外层电子数不超过8个
C．稀有气体原子的最外层电子数均为8
D．原子的次外层电子数都是2
6．许多核素有着重要的应用，例如238Pu可作为热源材料，235U是核反应堆的重要原料，2H可用作环境分析指示物等。下列有关说法正确的是( )
A．235U和238U是同一种核素
B．238Pu与239Pu的核外电子数不相同
C．238Pu与238U在元素周期表中的位置相同
D．2H＋结合OH－的能力与1H＋的相同
7．下列说法不正确的是( )
A．核素的种类比元素的种类多
B．H2、D2、T2互为同位素，因为它们核内质子数相同，中子数不同
C．通常人们所说的C 12原子是指质子数和中子数都是6的碳原子
D．14C和12C互为同位素，二者的化学性质相似
8．氯有35Cl和37Cl两种稳定的同位素，它们在氯气中的原子数之比为N(35Cl)∶N(37Cl)＝3∶1，则相对分子质量为70、72、74的氯气分子数之比可能是( )
A．5∶2∶1 B．5∶2∶2
C．9∶3∶1 D．8∶3∶1
9．有A、B两原子，A原子的M层比B原子的M层少2个原子，B原子的L层电子数恰好为A原子L层电子数的2倍。则A、B分别是( )
A．硅原子和钠原子
B．硼原子和氦原子
C．碳原子和镁原子
D．氮原子和铝原子
10．氯的原子序数为17，35Cl是氯的一种核素，下列说法正确的是( )
A．35Cl原子所含质子数为18
B．1/18 mol的1H35Cl分子所含中子数约为3.01×1023
C．3.5 g 35Cl2气体的体积为2.24 L
D．35Cl2气体的摩尔质量为70 g/mol
11．X、Y、Z为1～18号元素的三种元素，X原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，Y原子的次外层电子数是最外层电子数的2倍，Z原子的次外层电子数是最外层电子数的4倍。则X、Y、Z三种元素可能的组合是( )
A．C、Si、Mg B．Li、C、Mg
C．C、Mg、Li D．C、O、Mg
12．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．两种原子的核外电子排布相同，则一定属于同种元素
D．某原子的核电荷数与最外层电子数相等
13．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
14．根据微粒结构示意图：，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
15．A、B两原子，A原子L层比B原子M层少3个电子，B原子L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍，则A、B分别是( )
A．硅和钠 B．硼和氮
C．碳和氯 D．碳和铝
16．13C NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，15N NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，下列有关13C、15N的叙述正确的是( )
A．13C与15N具有相同的中子数
B．13C与14C的核外电子排布不同
C．15N与14N互为同位素
D．15N的核外电子数与中子数相同
17．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
18.某金属原子的符号为Ho，该原子核内的中子数与核外电子数之差为( )
A．32 B．67
C．99 D．166
19.已知R2－有b个中子，核外有a个电子。表示R的原子符号正确的是( )
A．R B．R
C．R D．R
20．已知阳离子M2＋的原子核内有n个中子，M原子的质量数为A，则m g M2＋中所含电子的物质的量是( )
A． mol
B． mol
C． mol
D． mol
21．据《科学》杂志报道：科学家们已大量制造出反物质中的反氢原子，认为反物质研究领域的前景“正前所未有的光明”。反原子原子核和核外电子电性与原子的电性刚好相反，假若发现反氯离子，请运用核外电子排布规律大胆设想反氯离子的结构示意图为( )
A．Cl－ B．Cl－
C．Cl＋ D．Cl＋
22．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)表示离子的是________(填写序号，下同)，表示原子的是________。
(2)电子层结构相同的是________(填写序号，下同)，性质最稳定的是________，最容易失去电子的是________，最容易得到电子的是________。
(3)可直接相互结合形成的化合物的化学式是______________，可经过得失电子后再相互结合形成的化合物的化学式是________。
(4)在核电荷数为1～10的元素内，列举两个与B的电子层结构相同的离子，写出离子的符号：________。
23．(1)某元素的核素是AZX，它的氯化物XCl2，1.11 g溶于水制成溶液后，需用20 mL 1 mol·L－1的硝酸银才能把氯离子完全沉淀下来，则X的质量数是 。
(2)A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则该元素的原子核内质子数为 。
(3)已知26Fe的原子核外有4个电子层 ，最外层上有2个电子，26Fe的原子结构示意图为 。
(4)B元素M电子层上有6个电子，C元素与B元素原子具有相同电子层数，C元素的原子最外层上只有1个电子。
①C元素的原子结构示意图为 。
②B、C两元素形成的化合物的名称是 ，该化合物在无色火焰上灼烧时，火焰呈 色。
24.已知几种元素的性质或原子结构的相关叙述如表所示，回答下列问题。
元素编号 元素性质或原子结构的相关叙述
T 失去一个电子后形成与Ne相同的核外电子排布
X 最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y 其某种单质是空气的主要成分，也是最常见的助燃剂
Z 原子核外有3个电子层，最外层比次外层少1个电子
(1)元素X的一种同位素用作相对原子质量的标准， 这种同位素的原子符号是________。X的另一种同位素可用来测定文物所属年代，这种同位素的原子符号是________。
(2)Y形成的另一种单质，主要存在于地球的平流层中，被称作地球生物的保护伞，该单质的化学式是________。
(3)元素Z在海水中含量非常高，海水中含Z元素的化合物主要是________(填化学式)，电离方程式为________________________。
(4)画出T的原子结构示意图：____________________________。
(5)由X元素组成的单质在Y元素组成的常见单质中燃烧，生成的产物是________。1．在众多科学家的努力下，我国研制的“人造太阳”成功地进行了放电。所谓“人造太阳”是指受控核聚变。从1 L海水中提取出来的氘(H)发生受控核聚变变成氦(He)时产生的能量相当于300 L汽油燃烧放出的能量。因此这种技术对解决能源问题有着十分广阔的发展前景。下列有关说法正确的是( )
A．氘(H)变成氦(He)发生化学变化
B．H中的“2”与He中的“2”意义相同
C．H和He互为同位素
D．H和H在周期表中位于同一位置
【答案】D
【解析】化学变化过程中原子种类不变，而H变为He时原子种类发生了变化，故不属于化学变化，A项错误；H中的“2”表示H的质量数为2，He中的“2”表示He的质子数为2，二者意义不同，B项错误；同位素是指同种元素的不同核素，H与He是两种不同的元素，故不互为同位素，C项错误；H与H是氢元素的两种不同核素，互为同位素，因此二者位于元素周期表的同一位置，D项正确。
2．钇(Y)是稀土元素之一。下列关于Y的说法中不正确的是( )
A．质量数是89
B．中子数与电子数之差为11
C．核外电子数是50
D.Y和Y互为同位素
【答案】C
【解析】原子符号左上角的数字为质量数，所以Y的质量数为89，A项正确；中子数＝质量数－质子数＝89－39＝50，电子数与中子数之差为50－39＝11，B项正确；原子的核外电子数＝核内质子数，所以核外有39个电子，C项不正确；Y和Y质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项正确。
3．2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。其中118号元素为Og，中文名称为“”，下列关于Og的说法不正确的是( )
A．质子数为118 B．中子数为176
C．核外电子数为118 D．质量数为412
【答案】D
【解析】原子符号左下角的数字表示质子数，因而质子数为118，A项正确；中子数为294－118＝176，B项正确；原子核外电子数＝质子数＝118，C项正确；原子符号左上角的数字表示质量数，质量数为294，D项错误。
4．两种微粒的质子数和电子数均分别相等，它们不可能是( )
A．一种阳离子和一种阴离子
B．一种单质和一种化合物分子
C．一种分子和一种分子
D．一种原子和一种分子
【答案】A
【解析】根据原子序数＝质子数＝核电荷数＝核外电子数，阳离子中的电子数＝质子数－所带电荷数，阴离子中的电子数＝质子数＋所带电荷数，原子和分子都呈中性，如果两种微粒的质子数和电子数均分别相等，则它们的电性必然相同，所以不可能是一种阳离子和一种阴离子、一种分子和一种离子、一种原子和一种离子，答案选A。
5．下列关于原子结构的叙述正确的是( )
A．所有的原子核都是由质子和中子构成的
B．原子的最外层电子数不超过8个
C．稀有气体原子的最外层电子数均为8
D．原子的次外层电子数都是2
【答案】B
【解析】原子核一般由质子和中子构成，但氕的原子核中不含中子，只有1个质子，A错误；原子的最外电子层最多容纳8个电子(K层为最外层时，最多只能容纳2个电子)，即原子的最外层电子数不超过8个，B正确；稀有气体中的He只有一个电子层，最外层电子数为2，C错误；原子含有2个电子层时，次外层电子数是2，原子含有3个电子层时，次外层电子数是8，原子的电子层为4或4个以上，次外层电子数最多不超过18个电子，D错误。
6．许多核素有着重要的应用，例如238Pu可作为热源材料，235U是核反应堆的重要原料，2H可用作环境分析指示物等。下列有关说法正确的是( )
A．235U和238U是同一种核素
B．238Pu与239Pu的核外电子数不相同
C．238Pu与238U在元素周期表中的位置相同
D．2H＋结合OH－的能力与1H＋的相同
【答案】D
【解析】235U和238U所含质子数相同，中子数不同，是同种元素的不同核素，A项错误；238Pu与239Pu是同种元素的不同核素，核内质子数相同，则核外电子数相同，B项错误；238Pu与238U是质量数相同的不同核素，核内质子数不同，在元素周期表中的位置不同，C项错误；2H＋与1H＋均为氢离子，二者化学性质相同，结合OH－的能力相同，D项正确。
7．下列说法不正确的是( )
A．核素的种类比元素的种类多
B．H2、D2、T2互为同位素，因为它们核内质子数相同，中子数不同
C．通常人们所说的C 12原子是指质子数和中子数都是6的碳原子
D．14C和12C互为同位素，二者的化学性质相似
【答案】B
【解析】一种元素可以有多种核素，因此核素的种类比元素的种类多，A正确；质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素，H2、D2、T2均为单质，不互为同位素，B错误；C－12原子是指质量数为12的碳原子，其质子数和中子数均为6，C正确；同位素的化学性质相似，物理性质有差异，D正确。
8．氯有35Cl和37Cl两种稳定的同位素，它们在氯气中的原子数之比为N(35Cl)∶N(37Cl)＝3∶1，则相对分子质量为70、72、74的氯气分子数之比可能是( )
A．5∶2∶1 B．5∶2∶2
C．9∶3∶1 D．8∶3∶1
【答案】A
【解析】相对分子质量为70、72、74 的分子组成分别是35Cl2、35Cl37Cl 、37Cl2，因而35Cl与37Cl的原子个数之比分别为(5×2＋2)∶(2＋1×2)＝3∶1，A项正确；(5×2＋2)∶(2＋2×2)＝2∶1，B项错误；(9×2＋3)∶(3＋1×2)＝21∶5，C项错误；(8×2＋3)∶(3＋1×2)＝19∶5，D项错误。
9．有A、B两原子，A原子的M层比B原子的M层少2个原子，B原子的L层电子数恰好为A原子L层电子数的2倍。则A、B分别是( )
A．硅原子和钠原子
B．硼原子和氦原子
C．碳原子和镁原子
D．氮原子和铝原子
【答案】C
10．氯的原子序数为17，35Cl是氯的一种核素，下列说法正确的是( )
A．35Cl原子所含质子数为18
B．1/18 mol的1H35Cl分子所含中子数约为3.01×1023
C．3.5 g 35Cl2气体的体积为2.24 L
D．35Cl2气体的摩尔质量为70 g/mol
【答案】D
【解析】35Cl原子所含的质子数为17，A错误；1/18 mol 1H35Cl分子所含的中子数为1 mol，即6.02×1023，B错误；未指明气体状况，不能确定气体体积，C错误。
11．X、Y、Z为1～18号元素的三种元素，X原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，Y原子的次外层电子数是最外层电子数的2倍，Z原子的次外层电子数是最外层电子数的4倍。则X、Y、Z三种元素可能的组合是( )
A．C、Si、Mg B．Li、C、Mg
C．C、Mg、Li D．C、O、Mg
【答案】A
【解析】短周期元素中最外层电子数是次外层电子数的2倍的元素是C，次外层电子数是最外层电子数2倍的有Li和Si，次外层电子数是最外层电子数4倍的是Mg，故答案为A项。
12．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．两种原子的核外电子排布相同，则一定属于同种元素
D．某原子的核电荷数与最外层电子数相等
【答案】B
【解析】K、L、M电子层上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项有可能；当M层上排有电子时，L层上一定排满了8个电子，而M层上最多只能排18个电子，又18<8×4，所以B项一定是错误的；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，C正确；当K层作为最外电子层，原子的核电荷数与最外层电子数相等，如H、He，所以D项正确。
13．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
【答案】C
【解析】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＋核外电子排布相同，化学性质不同，A错误；有些单原子形成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＋，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，C正确；质子数和电子数均分别相同，则粒子所带的电荷必定相等，不可能一个是阳离子，一个是阴离子，D错误。
14．根据微粒结构示意图：，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
【解析】分析比较三种微粒结构示意图可知，的核内质子数等于核外电子数，表示氖原子，A错误；它们的原子核内质子数不同，所以它们的元素种类不同，它们原子的核外电子数也不相同，故B、D错误；它们的最外层电子数都是8个，所以它们都具有稳定结构，C正确。
15．A、B两原子，A原子L层比B原子M层少3个电子，B原子L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍，则A、B分别是( )
A．硅和钠 B．硼和氮
C．碳和氯 D．碳和铝
【答案】C
【解析】设A原子的L层上有x个电子，则由原子核外电子的排布规律和下表A、B原子的电子排布关系可得，2x＝8，得x＝4。则A原子序数为6，B原子序数为17，故A是碳，B是氯。
K L M
A 2 x
B 2 2x x＋3
16．13C NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，15N NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，下列有关13C、15N的叙述正确的是( )
A．13C与15N具有相同的中子数
B．13C与14C的核外电子排布不同
C．15N与14N互为同位素
D．15N的核外电子数与中子数相同
【答案】C
【解析】13C有7个中子，15N有8个中子，A错误；13C与14C的核外电子排布相同，B错误；15N与14N质子数相同，中子数不同，互为同位素，C正确；15N有7个质子、7个电子、8个中子，D错误。
17．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
【解析】最外层有4个电子，则该原子的结构示意图为，故选A。
18.某金属原子的符号为Ho，该原子核内的中子数与核外电子数之差为( )
A．32 B．67
C．99 D．166
【答案】A
【解析】由题意知，Ho核外电子数等于核电荷数，为67，原子核内的中子数为166－67＝99，其与核外电子数之差为99－67＝32。
19.已知R2－有b个中子，核外有a个电子。表示R的原子符号正确的是( )
A．R B．R
C．R D．R
【答案】B
【解析】模型： R＋2e－―→R2－
电子数 a－2 a
由上述模型可知，R原子核外有(a－2)个电子，则其核内质子数是(a－2)，又知其核内有b个中子，则R原子的质量数是(a－2＋b)，所以表示R的原子符号为R。
20．已知阳离子M2＋的原子核内有n个中子，M原子的质量数为A，则m g M2＋中所含电子的物质的量是( )
A． mol
B． mol
C． mol
D． mol
【答案】C
【解析】M原子的中子数为n，质量数为A，则其质子数为A－n，M2＋的电子数为A－n－2，m g M2＋的物质的量为 mol，则m g M2＋中所含电子的物质的量为 mol，故选C。
21．据《科学》杂志报道：科学家们已大量制造出反物质中的反氢原子，认为反物质研究领域的前景“正前所未有的光明”。反原子原子核和核外电子电性与原子的电性刚好相反，假若发现反氯离子，请运用核外电子排布规律大胆设想反氯离子的结构示意图为( )
A．Cl－ B．Cl－
C．Cl＋ D．Cl＋
【答案】D
【解析】依据信息可知：反原子原子核和核外电子电性与原子的电性刚好相反，则反氯离子中原子核有17个质子，带有17个负电荷，核外18个电子，带18个正电荷。
22．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)表示离子的是________(填写序号，下同)，表示原子的是________。
(2)电子层结构相同的是________(填写序号，下同)，性质最稳定的是________，最容易失去电子的是________，最容易得到电子的是________。
(3)可直接相互结合形成的化合物的化学式是______________，可经过得失电子后再相互结合形成的化合物的化学式是________。
(4)在核电荷数为1～10的元素内，列举两个与B的电子层结构相同的离子，写出离子的符号：________。
【答案】(1)B、E A、C、D (2)B、C、E C D A (3)MgO NaCl (4)N3－、F－
【解析】(1)A～E这五种粒子依次是Cl、O2－、Ne、Na、Mg2＋。Ne的特殊稳定性决定了它不能形成离子。(2)电子层结构相同，即电子层数和各个电子层上的电子数目都相同。O2－、Ne和Mg2＋的电子层结构相同。稀有气体原子最稳定，Na原子最容易失去电子，Cl原子最容易得到电子。(3)O2－和Mg2＋可结合成化合物MgO，Na、Cl经失去、得到电子形成NaCl。(4)N3－、F－与O2－的电子层结构相同。
23．(1)某元素的核素是AZX，它的氯化物XCl2，1.11 g溶于水制成溶液后，需用20 mL 1 mol·L－1的硝酸银才能把氯离子完全沉淀下来，则X的质量数是 。
(2)A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则该元素的原子核内质子数为 。
(3)已知26Fe的原子核外有4个电子层 ，最外层上有2个电子，26Fe的原子结构示意图为 。
(4)B元素M电子层上有6个电子，C元素与B元素原子具有相同电子层数，C元素的原子最外层上只有1个电子。
①C元素的原子结构示意图为 。
②B、C两元素形成的化合物的名称是 ，该化合物在无色火焰上灼烧时，火焰呈 色。
【答案】(1) 40 （2）6 (3)
(4) 硫化钠 黄色。
【解析】(1)由Cl－＋Ag＋===AgCl↓可知，n(Cl－)＝n(Ag＋)＝0.02 L×1 mol·L－1＝0.02 mol，n(XCl2)＝n(Cl－)＝×0.02 mol＝0.01 mol，M(XCl2)＝＝＝111 g·mol－1，所以XCl2的相对分子质量为111，X的相对原子质量为111－35.5×2＝40，X的质量数为40。(2)最外层电子数为次外层的2倍，说明次外层为2个电子，故为。(4)①B元素M电子层上有6个电子，B为，为S元素，C元素与B元素原子具有相同的电子层数，C元素最外层只有1个电子，C为Na元素，原子结构示意图为。②B、C元素形成的化合物为Na2S，焰色反应为黄色。
24.已知几种元素的性质或原子结构的相关叙述如表所示，回答下列问题。
元素编号 元素性质或原子结构的相关叙述
T 失去一个电子后形成与Ne相同的核外电子排布
X 最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y 其某种单质是空气的主要成分，也是最常见的助燃剂
Z 原子核外有3个电子层，最外层比次外层少1个电子
(1)元素X的一种同位素用作相对原子质量的标准， 这种同位素的原子符号是________。X的另一种同位素可用来测定文物所属年代，这种同位素的原子符号是________。
(2)Y形成的另一种单质，主要存在于地球的平流层中，被称作地球生物的保护伞，该单质的化学式是________。
(3)元素Z在海水中含量非常高，海水中含Z元素的化合物主要是________(填化学式)，电离方程式为________________________。
(4)画出T的原子结构示意图：____________________________。
(5)由X元素组成的单质在Y元素组成的常见单质中燃烧，生成的产物是________。
【答案】(1)12C 14C (2)O3
(3)NaCl NaCl===Na＋＋Cl－
(4) (5)CO2或CO
[解析]由题意可知T是Na，X是C，Y是O，Z是Cl。(1)12C作为相对原子质量的标准，14C用于测定文物所属年代。(2)O3主要存在于地球的平流层中。(5)碳在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，完全燃烧生成二氧化碳。
