第1课时 原子核 核素
[目标导航] 1.认识原子结构，懂得质量数和X的含义。2.掌握构成原子的各微粒间的关系。3.知道元素、核素、同位素的含义。
一、原子构成
1．构成原子的微粒
原子
2．构成原子微粒的相对质量和电性特点
微粒
电子
质子
中子
相对质量
0.548×10－3
1.007
1.008
电荷
－1
＋1
0
(1)决定原子质量的微粒是质子和中子，原子的相对原子质量近似等于质子数＋中子数。
(2)原子核电荷数、质子数和电子数之间的关系
核电荷数＝质子数＝核外电子数。
3．质量数
(1)定义：原子核内质子数和中子数之和称为质量数。
(2)关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
4．原子构成的表示方法
如：
(1)O核内的质子数为8，中子数为10；核外电子数为8。
(2)Na＋核内的质子数为11，中子数为12；核外电子数为10。
(3)Cl－核内的质子数为17，中子数为18；核外电子数为18。
【议一议】
1．离子的质量数是否等于其质子数和中子数之和？
答案 是。因为离子是通过得失核外电子形成的，而质量数只与核内质子数和中子数有关，与核外电子数无关。
2．任何原子都是由质子、中子和电子构成的吗？
答案 不一定，氢原子(H)中含有一个质子和一个电子，不含有中子。
二、核素
1．元素
(1)概念：具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称。
(2)元素的种类是由原子核内的质子数决定的。
(3)主族元素的化学性质主要由元素原子的最外层电子数决定。
2．核素
(1)概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
(2)核素(原子)的种类由质子数、中子数决定。
3．同位素
(1)概念：质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互称为同位素。
(2)元素的同位素由中子数决定。
(3)氢元素的三种核素
H
H
H
俗称
氢
重氢
超重氢
符号
H
D
T
质子数
1
1
1
中子数
0
1
2
(4)几种重要核素的应用
①用作制造氢弹的原料的是H、H (写原子符号，下同)；②用作核反应堆燃料的是U；③用作相对原子质量标准的原子是C；④用作考古推断生物体的存在年代的是C；⑤阿伏加德罗常数测定的标准原子是C。
【议一议】
1．所有的元素都有同位素(两种或两种以上核素)吗？
答案 元素不一定都有同位素。一种元素可以有一种核素，也可以有多种核素，元素有几种核素就有几种同位素，若元素只有一种核素，则没有同位素，如钠只有一种核素Na，Na没有同位素。
2．目前元素周期表中的元素共有112种，能否说发现的核素有112种？为什么？
答案 不能，因为同一种元素可以有多种不同的核素，所以核素的种类要比元素的种类多。
3.O2与O2是同位素吗？它们的物理性质和化学性质是否相同？ O与O之间的转化是化学变化吗？
答案 O2与O2不是同位素，同位素是对原子而言的，两种分子不是同位素；O2与O2的化学性质相同，物理性质不同，因为O与O的化学性质由原子的最外层电子数决定，而物理性质与核素的质量数有关；原子是化学变化中的最小微粒，原子核发生变化，则原子种类发生变化，故O与O之间的转化不属于化学变化。
一、构成原子的粒子间的关系
1．原子的构成
构成原子的基本微粒是质子、中子和电子。
三种微粒的性质、作用及相互关系如下：
原子(X)
质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)
核电荷数＝质子数＝核外电子数
2．构成离子的微粒间的关系
阳离子(Rm＋)
质子数>电子数
质子数＝电子数＋m
阴离子(Rm－)
质子数<电子数
质子数＝电子数－m
【特别提醒】 (1)任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与核外电子数不一定相等。
(2)质子数相同的微粒不一定属于同一元素，如Ne和H2O。
【例1】 下列关于微粒 Rn－ 的叙述不正确的是( )
A．所含质子数＝A－n B．所含中子数＝A－Z
C．所含电子数＝Z＋n D．所带电荷数＝n
解析 Rn－的质子数＝Z，中子数＝A－Z，电子数＝Z＋n，电荷数＝n，A不正确。
答案 A
【知识总结】 符号中各数字的含义：
变式训练1 已知R2＋核内共有N个中子，R原子的质量数为A，则m g R2＋中所含有的电子的物质的量为( )
A． mol B． mol
C． mol D． mol
答案 B
解析 R原子与R2＋的质量数都等于A，其相对原子质量近似等于A，R2＋的质子数为A－N, R2＋的核外电子数为A－N－2,1 mol R2＋含电子的物质的量为(A－N－2) mol，m g R2＋的物质的量为 mol，所以m g R2＋中含有的电子的物质的量为 mol。
二、元素、核素、同位素与同素异形体
1．区别
元素
核素
同位素
同素异形体
本质
具有相同质子数的同一类原子
质子数、中子数都一定的原子
质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素
同种元素形成的不同单质
范畴
同类原子，存在游离态和化合态
原子
原子
单质
特性
只有种类没有个数
化学反应中的最小微粒
同一元素的各种同位素的化学性质几乎完全相同；天然存在的某种元素，各种同位素所占的原子个数百分比一般不变
结构和性质都不同
决定因素
质子数
质子数、中子数
质子数、中子数
组成元素及结构
举例
H2O、O3、O2中均含氧元素
H、H、H三种核素
U、U、U互为同位素
石墨与金刚石
2.联系
【特别提醒】 (1)一种元素可以有若干种不同的核素，也可以只有一种核素，有多少种核素，就有多少种原子。
(2)一种单质可以由不同的核素构成，一种核素可以构成不同的单质。
【例2】 “玉兔”号月球车用Pu作为热源材料，下列关于Pu的说法正确的是( )
A．Pu与U互为同位素
B．Pu与Pu互为同素异形体
C．Pu与U具有完全相同的化学性质
D．Pu与Pu具有相同的最外层电子数
解析 Pu与U是两种不同的元素，不属于同位素，A项不正确；Pu与Pu的质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项正确；同素异形体的研究对象是单质，Pu与Pu为同种元素的两种核素，是同位素，而不是同素异形体，B项不正确；Pu与U属于两种元素的核素，化学性质不同，C项不正确。
答案 D
【知识总结】 (1)元素、核素、同位素之间的关系可以用下图表示
(2)同位素的单质及其化合物的物理性质不同，化学性质相似。
(3)判断元素、核素、同位素的方法(原子用X表示)。
①只要Z相同就是同种元素。
②Z和A均相同为同种核素。
③Z相同A不相同则互为同位素。
变式训练2 I是常规核裂变产物之一，可以通过测定大气或水中I的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的原子序数为53
C．I的原子核外电子数为78
D．I的原子核内中子数与质子数之差为25
答案 C
解析 I与I互为同位素，质子数相同、中子数不同，其化学性质相同，A正确；I中，质子数＝原子序数＝核外电子数＝53，中子数为131－53＝78，则I的原子核内中子数与质子数之差为78－53＝25，故B、D正确，C错误。
1．下列关于Pt的说法正确的是( )
A．Pt和Pt质子数相同，互为同位素
B．Pt和Pt中子数相同，互为同位素
C．Pt和Pt核外电子数相同，是同一种核素
D．Pt和Pt的质量数不同，不能互称为同位素
答案 A
解析 质子数相同，而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，故A正确，B、D不正确；一种原子就是一种核素，C不正确。
2．下列各微粒中，核外电子总数相等的是( )
A．Na和Na＋ B．N2和CO2
C．NH和H3O＋ D．H2S和H2O
答案 C
解析 根据原子、分子中：质子数＝核外电子数，阳离子中：质子数－离子所带电荷数＝核外电子数，得核外电子数A中Na(11)、Na＋(10)，B中N2(14)、CO2(22)，C中NH(10)、H3O＋(10)，D中H2S(18)、H2O(10)。
3．下列说法错误的是( )
A．H、H、H＋和H2是氢元素的四种不同微粒
B．Ca和Ca、金刚石和石墨均互为同位素
C．H和H是不同的两种核素
D．C和C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同
答案 B
解析 元素的存在形式有游离态和化合态两种，A中的四种粒子是氢元素的四种不同粒子，A正确；金刚石和石墨是由碳元素组成的不同单质，它们互为同素异形体，B不正确；H和H是质子数均为1、中子数不同的氢原子，它们是不同的核素，C正确；C和C中C的质子数均为6，而中子数分别为6和8，故它们互为同位素，其物理性质不同，化学性质几乎完全相同，D正确。
4．某元素的阳离子Rn＋，核外共有x个电子，原子的质量数为A，则该元素原子里的中子数为( )
A．A－x－n B．A－x＋n
C．A＋x－n D．A＋x＋n
答案 A
解析 根据质量数＝质子数＋中子数，要求中子数必须先求质量数和质子数。Rn＋中质子数等于阳离子的核外电子数加上阳离子所带的正电荷数，所以该原子的中子数＝A－(x＋n)＝A－x－n。
5．钚有20种放射性同位素，下列关于Pu和Pu的说法正确的是( )
A．Pu和Pu都含有94个中子
B．Pu和Pu互为同位素
C．Pu和Pu的核外电子数不同
D．Pu和Pu分别含有146和147个质子
答案 B
解析 Pu和Pu都含有94个质子，中子数不同，A不正确；Pu和Pu是Pu的两种不同核素，它们互称为同位素，B正确；Pu和Pu的核外电子数相同，C不正确；Pu和Pu质子数相同，中子数分别是146和147，D不正确。
6．完成下列问题：
(1)下列说法正确的是________。
①16O2与18O3互为同素异形体
②Ti和Ti的质量数不同，属于两种元素
③1H2与2H2互为同素异形体
④1H2与2H2互为同位素
⑤1HO与2HO互为同素异形体
⑥稀土元素Sm与Sm是同一种核素
(2)10Be和9Be________。
a．是同一种原子
b．具有相同的中子数
c．具有相同的化学性质
d．具有相同的核外电子排布
(3)写出表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号________。
(4)有5种核素，它们分别是、、＋、2＋、(“”内元素符号未写出)，则它们所属元素有____种。
答案 (1)① (2)cd (3)8O (4)3
解析 (1)Ti和Ti属同种元素，1HO与2HO、1H2与2H2为同种物质，Sm与Sm是两种核素。(2)a不正确，一种原子具有确定的质子数和中子数，而10Be与9Be中子数不同，则10Be与9Be不是同一种原子。b不正确，原子的质量数等于其质子数与中子数之和，10Be与9Be质子数相同，而质量数不同，则10Be与9Be具有不同的中子数。c正确，同位素具有相同的化学性质，10Be与9Be互为同位素，则10Be与9Be具有相同的化学性质。d正确，10Be与9Be核外电子数相同，则10Be与9Be具有相同的核外电子排布。(3)含有8个质子的原子是氧原子，含有10个中子，质量数为18，则该原子的化学符号为O。(4)元素是质子数相同的同一类原子的总称，质子数相同的原子或单核离子属于同种元素，和＋、2＋和属同种元素，是一种元素，故共3种元素。
分层训练
[基础过关]
题组1 原子的构成及各微粒间的数量关系
1．对于R和Rn＋两种微粒，下列叙述正确的是( )
A．质子数一定相同，质量数和中子数一定不同
B．化学性质几乎完全相同
C．一定都由质子、中子、电子构成
D．核电荷数、核外电子数一定相同
答案 A
解析 R和Rn＋质子数相同，质量数不同，中子数也不同，A正确；R和Rn＋的核外电子数不同，因而化学性质不同，B不正确；H没有中子，所以C不正确；R和Rn＋的核外电子数不同，D不正确。
2．下列说法中，不正确的是( )
A．13C和14C属于同一种元素，它们互为同位素
B．1H和2H是不同的核素，它们的质子数相同
C．14C和14N的质量数相同，它们的中子数不同
D．6Li和7Li的电子数相同，中子数也相同
答案 D
解析
选项
分析
A
二者质子数相同，中子数不同，互为同位素，正确
B
二者属于质子数相同、中子数不同的两种核素，正确
C
二者的质量数相同，质子数不同，故中子数不同，正确
D
二者的电子数相同，质量数不相同，故中子数不同，不正确
3.下列叙述正确的是( )
A．DO中，质子总数与中子总数相等
B．Ca18O比Ca16O大2 g
C．1.6 g 16O2和1.6 g 18O3均含有0.1NA个氧原子
D．1 mol HO和1 mol TO中的中子数相同
答案 A
解析 DO中的质子总数为10，中子总数也是10，A正确；Ca18O与Ca16O的物质的量不确定，无法确定二者的质量关系，B错误；16O与18O的摩尔质量不同，等质量的16O2和18O3所含的氧原子数不同，C错误；H218O与TO中含有的中子数分别为10、12，中子数不相等，D错误。
题组2 元素、核素、同位素
4.H、H、H、H＋、H2是( )
A．氢的五种同位素 B．五种氢元素
C．质子数都相同的粒子 D．氢元素的五种不同粒子
答案 D
解析 同位素是质子数相同、中子数不同的原子，而H＋、H2不是原子，A错误；氢元素只有一种，B错误；H、H、H、H＋有1个质子，H2有2个质子，C错误；H、H、H是氢元素的三种不同核素，H＋表示氢离子，H2表示氢气分子，D正确。
5．钍?232会通过吸收慢中子而变成可作核燃料之用的铀?233。下列关于铀、钍元素的叙述正确的是( )
A．U和U的质子数相同，互称为同位素
B．Th的中子数是232
C．U和Th是同一种核素
D．钍?232吸收慢中子而变成轴?233的变化是化学变化
答案 A
解析 同位素是具有相同质子数、不同中子数的不同核素，A正确；Th的中子数为232－90＝142,232是其质量数，B错误；质子数相同、中子数也相同才属于同一种核素，C错误；钍?232吸收慢中子而变成铀?233的变化是核变化，不属于化学变化，也不属于物理变化，D错误。
6．下列说法正确的是( )
A．He与He中子数相同，互为同位素
B．He与He物理性质、化学性质相似
C．He与H是不同的核素，它们不是同位素
D．He与He质子数相同，是同素异形体
答案 C
解析 He与He是同位素，其质子数相同，中子数不同，A不正确；He与He的化学性质相似，但物理性质不同，B不正确；He与H质子数不同，为不同的核素，不是同位素，C正确；He与He是具有相同质子数、不同中子数的不同原子，它们互称为同位素，而同素异形体是由同种元素形成的不同种单质，D不正确。
7．16O和18O是氧元素的两种核素，NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
A．16O2与18O2互为同位素
B．16O与18O核外电子排布方式不同
C．通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化
D．标准状况下，1.12 L 16O2和1.12 L 18O2均含0.1NA个氧原子
答案 D
解析 同位素的研究对象是原子，A项不正确；16O与18O的核外电子排布方式相同，B项不正确；16O与18O间相互转化发生了原子核的改变，而化学变化过程中原子核不变，C项不正确；D正确。
8．下列说法正确的是( )
A．一种元素的原子只能有一种质量数
B．不同种元素原子的质量数必定不同
C．K和K是同种元素的不同核素，它们的化学性质相同
D．Ar、K、Ca的质量数相同，所以它们互为同位素
答案 C
解析 一种元素有一种或多种核素，每种核素质量数不同，A不正确；不同种元素原子的质子数不同，但由于中子数也可能不同，而质量数可能相同，B不正确；K和K的质子数相同而中子数不同，属于同种元素的不同核素，它们的核外电子数相同，化学性质相同， C正确；互为同位素的不同原子质子数相同，中子数不同，因而其质量数必然不等，D不正确。
9．下列说法正确的是( )
A．任何原子核都是由质子和中子构成的
B．Cl、Cl互为同位素，Cl2、Cl2互为同素异形体
C．O和O是同种元素的不同核素
D．常温下，4.48 L Cl2含有8NA个中子(NA为阿伏加德罗常数的值)
答案 C
解析 H原子核内就只有一个质子而无中子，A不正确；Cl2、Cl2是同种物质，故B不正确；O和O质子数相同而中子数不同，属于同种元素的不同核素， C正确；常温下，4.48 L Cl2气体的物质的量不是0.2 mol, D不正确。
10．医学界通过用放射性14C标记的C60，发现C60的羧酸衍生物在特定条件下可断裂DNA杀死细胞，抑制艾滋病。关于14C的下列说法中正确的是( )
A．14C原子与C60中普通碳原子的化学性质不同
B．14C原子与14N原子所含中子数相同
C．14C是C60的同素异形体
D．14C与12C、13C是碳元素的三种同位素
答案 D
解析 C60中普通的碳原子为12C,12C、13C、14C互为同位素，它们的化学性质相同， A不正确，D正确；14C中含有8个中子，14N中含有7个中子，B不正确；14C是一种核素，C60是碳元素的一种单质，二者不是同素异形体，C不正确。
[能力提升]
11．下列是有关对核素、同位素、元素、同素异形体等概念及其性质的理解，请回答下列问题：
(1) 互为同位素的两种不同核素不可能具有相同的________。(填字母)
a．电子数 b．质子数
c．化学性质 d．质量数
(2)下列各组中的两种微粒，互为同位素的是________。(填字母)
a．1HO和2HO b．D2和T2
c.X和Y d．16O2和18O3
e.M和M
(3)据报道，科学家发现了一种新的粒子，这种粒子是由3个1H原子核和2个电子构成的。则这种粒子是________。(填字母)
a．氢的一种新同位素
b．核电荷数为3的一种新元素
c．H2的一种同素异形体
d．比一个1H2多一个氢核的离子
(4)下列对有关同位素、元素的性质的说法不正确的是________。(填字母)
a．Na＋和Na属同种元素，且性质相同
b．1H和2H、1H2O和2H2O的化学性质都相同
c．1H2和2H2在相同条件下的密度不同
d．1H2和2H2的化学性质相同
答案 (1)d (2)e (3)d (4)a
解析 (1)同位素原子的质子数、电子数都相同，而化学性质主要是由最外层电子数决定，所以同位素的化学性质也相同；两者中子数不同，质量数不同。(2)同位素是指同一元素中子数不同的核素之间的互称，a、b、d选项中的微粒表示的是化合物或单质，不属于核素；c表示的微粒不属于同种元素；e表示的微粒属于同种元素的中子数不同的核素，互为同位素。(3)同位素是原子之间的关系，同素异形体是同种元素形成的性质不同的单质，而该微粒是比一个1H2多一个氢核的离子，故只有d正确。(4) Na＋和Na的质子数相同，但核外电子数不同，所以化学性质不同，a项不正确；同位素形成的单质及其化合物的化学性质相同，但物理性质不同，故b、c、d项均正确。
12．(1) 用A．质子数、B．中子数、C．核外电子数、D．最外层电子数填写下列空格(填字母)。
核素种类由________决定，元素种类由________决定，核素的相对原子质量由________决定，元素的化学性质主要由________决定。
(2)请根据下列微粒填空：H2、8O、H2、8O、H 8O、H 8O、HCl、HCl、HCl、HCl。上述微粒中涉及到________种元素、________种核素；现有2个HCl分子，则共含有________个中子，______个电子。
答案 (1)AB A AB D (2)3 6 38 36
解析 (1)核素的种类由质子数和中子数共同决定；元素是具有相同质子数的同一类原子的总称，元素类别由质子数决定；电子的质量可以忽略不计，原子的质量由质子数和中子数共同决定；元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定的。 (2)判断元素时，可以直接看元素符号，有多少种元素符号，就有多少种元素。核素种类由质子数和中子数共同决定，二者有一个不同或两个不同都为不同核素。
13．按要求填空：
(1)X原子的中子数：N＝________。
(2)阳离子的中子数：AXn＋共有x个电子，则N＝________________。
(3)阴离子的中子数：AXn－共有x个电子，则N＝________。
(4)分子中的中子数：12C16O2分子中，N＝________。
(5)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________________。
(6)在RO中共有x个核外电子，R原子的质量数为A，则R原子核内含有的中子数目是_______________________。
答案 (1)A－Z (2)A－x－n (3)A－x＋n (4)22
(5)(m－x＋2) mol (6)A－x＋n＋24
解析 根据“质子数＋中子数＝质量数”的关系：
(1)N＝A－Z。
(2)AXn＋共有x个电子，中性原子X的电子数为x＋n，则N＝A－x－n。
(3)AXn－共有x个电子，中性原子X的电子数为x－n，则N＝A－x＋n。
(4)12C16O2分子中的中子数为6＋8×2＝22。
(5)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。
(6)R原子所含电子数为x－n－24，则中子数为A－(x－n－24)＝A－x＋n＋24。
[拓展探究]
14．回答下列问题：
(1)有下列微粒或物质：
①O、O、O ②H2O、D2O ③石墨、金刚石 ④H2、D2、T2 ⑤H、D、T ⑥K、Ca、Ar，回答下列问题：
a．互为同位素的是________；
b．互为同素异形体的是________；
c．由①和⑤中的微粒能结合成水，可得水分子的种数为________种；可得相对分子质量不同的水分子种数为________种，相对分子质量最大的是________(写化学式)。
(2)H 8O的摩尔质量为________，相同质量的H 8O与H 8O所含质子数之比为________，中子数之比为________。
(3)电解相同质量的H 8O和H 8O时产生的氢气在同温同压下体积之比为________，质量之比为______。
答案 (1)a.①⑤ b．③ c．18 7 T 8O
(2)20 g·mol－1 11∶10 11∶12
(3)10∶9 5∶9
解析 (1)a.互为同位素的应该是质子数相同，中子数不同的原子，所以答案为①⑤；b.互为同素异形体的应该是同种元素形成的性质不同的单质，所以答案为③；c.H2O 可以看作两个氢原子结合一个氧原子，首先是两个氢原子的组合方式有以下几种
共6种组合方式，每一种结合氧原子的可能性有3种(O、O、O)这样水分子的种类共有：6×3＝18种，其相对分子质量分别为18、19、20、21、22、23、24共7种。相对分子质量最大的是质量数最大的原子组成的水分子T 8O。(2)H 8O的摩尔质量为20 g·mol－1，H 8O的摩尔质量为22 g·mol－1，因此相同质量的H 8O与H 8O的物质的量之比为11∶10，即分子个数之比为11∶10，而相同数目的H 8O与H 8O 所含质子数之比为1∶1，中子数之比为10∶12，因此相同质量的H 8O与H 8O所含质子数之比为11∶10，中子数之比为11∶12。(3)H 8O和H 8O的相对分子质量之比为 9∶10，相同质量的H 8O和H 8O的物质的量之比为10∶9，由1 mol H2O(或H2O)～1 mol H2(或H2)，H2和H2的相对分子质量之比为1∶2，可知电解相同质量的HO和HO，生成的氢气体积比为10∶9，质量之比为×＝5∶9。
第2课时 核外电子排布
[目标导航] 1.了解原子核外电子的排布规律。2.能画出1～18号元素的原子结构示意图。3.了解原子的最外层电子排布与元素的原子得失电子能力和化合价的关系。
一、核外电子排布
1．核外电子分层排布
(1)依据：含多个电子的原子里，电子能量不同，运动区域离核远近不同。
(2)电子层与电子能量的关系
电子层序数
1
2
3
4
5
6
7
…
电子层符号
K
L
M
N
O
P
Q
…
电子离核距离
由近及远
电子能量
由低到高
2.核外电子排布规律
(1)核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。
(2)原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。
(3)原子最外层电子数不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)；次外层电子数不超过18个(当K层或L层为次外层时分别为2个和8个)，倒数第三层电子最多不超过32个。
3．核外电子排布表示方法
(1)原子结构示意图
(2)离子结构示意图
请写出Mg2＋、Cl－的结构示意图：
Mg2＋：；Cl－：。
【议一议】
1．单核离子的最外层电子一定达到8电子稳定结构吗？
答案 不一定，如Li＋、Be2＋最外层达到2电子稳定结构，而H＋最外层已经没有电子。
2．当原子N层上有电子时，M层上的电子是否已经排满？
答案 不一定。M层排满时是18个电子，当M层为最外层时不能超过8个电子，故当M层排布8个电子后，还有电子时，就排布在N层上，例如，钙原子，K、L、M、N层的电子数分别为2、8、8、2。
二、原子核外电子排布与元素性质的关系
1．原子得失电子与原子核外电子排布的关系
元素的性质与原子的最外层电子排布密切相关。
(1)稀有气体元素原子最外层电子数为8(氦最外层只有2个电子)，结构稳定，既不容易获得电子，也不容易失去电子。
(2)金属元素原子最外层电子数一般小于4，较易失去电子。
(3)非金属元素原子最外层电子数一般大于或等于4，较易获得电子，形成8电子稳定结构。
2．元素化合价与原子核外电子排布的关系
元素的化合价与原子的电子层结构特别是与最外层电子数有关。
(1)稀有气体元素常见的化合价为0价。
(2)金属元素一般易失去最外层电子达到稳定结构，其最高正价为＋n(n为原子最外层电子数)。
(3)非金属元素一般易得到一定数目的电子，达到稳定结构，其最低负价为－(8－n)(n为原子最外层电子数)。
【议一议】
1．原子最外层电子数小于4的元素一定是金属元素吗？
答案 不一定。如H、He、B三种非金属元素原子的最外层电子数分别为1、2、3个。
2．为什么当元素原子的最外层电子数为4时，化学性质比较稳定？
答案 当元素原子的最外层电子数为4时，既不容易得到电子，也不容易失去电子，所以化学性质比较稳定。
3．请你用原子结构的知识解释：为什么Na、Mg在化学反应中表现还原性，而O2、Cl2在反应中容易表现出氧化性？
答案 Na、Mg原子最外层电子数分别为1个和2个，容易失去电子达到稳定结构，因而Na、Mg在化学反应中表现出还原性，O原子、Cl原子最外层分别为6个和7个电子，容易得到电子达到稳定结构，因而O2、Cl2在反应中表现出氧化性。
4．请你用原子结构的知识推断核电荷数为34的元素的最高正价和最低负价。
答案 核电荷数为34的元素K、L、M、N电子层上的电子数分别为2、8、18、6，原子最外层有6个电子，所以其最高正价为＋6价，最低负价为－2价。
一、核外电子排布
1．核外电子排布规律
(1)一低：电子由里向外依次排布在能量逐渐升高的电子层里。
(2)两不超：各电子层电子数不超过2n2个；最外层电子数不超过8个(K为最外层时不超过2个)。
2．书写原子结构示意图注意的问题
(1)核外电子的排布规律是相互联系的，不能孤立地理解和应用其中的一项，必须同时满足各项要求。如当M层不是最外层时，最多可以排18个电子，而当它是最外层时，最多可以排8个电子。例如钾原子的核外电子排布：M层最多可容纳18个电子，但若排布为，则违背了最外层不超过8个电子的规律，所以钾原子结构示意图为。
(2)电子不一定排满M层才排N层，如K和Ca的核外电子排布情况分别为、。
【关键提醒】 最外电子层中排满8个电子(He为 2个)时，这种电子层结构为相对稳定结构，其他的电子层结构为相对不稳定结构。不稳定的电子层结构在一定条件下会变为稳定的电子层结构。如(Na)易失去电子变为(Na＋)，(O)易得到电子变为(O2－)。
【例1】 在1～18号元素中，某元素R的最外层上的电子数与电子层数相同，该元素可能有( )
A．1种 B．2种
C．3种 D．4种
解析 由题意可从以下三种情况进行分析：①R有1个电子层，且最外层上有1个电子：，氢元素。②R有2个电子层，且最外层上有2个电子：，铍元素。③R有3个电子层，且最外层上有3个电子：，铝元素。所以该元素可能有3种。
答案 C
【规律总结】 利用短周期元素原子结构的特殊性推断元素
(1)原子核中无中子的原子：H；
(2)最外层有1个电子的原子：H、Li、Na；
(3)最外层有2个电子的原子：He、Be、Mg；
(4)最外层电子数＝次外层电子数的原子：Be、Ar；
(5)最外层电子数＝次外层电子数2倍的原子：C；
(6)最外层电子数＝次外层电子数3倍的原子：O；
(7)最外层电子数＝次外层电子数4倍的原子：Ne；
(8)最外层电子数＝电子层数的原子：H、Be、Al；
(9)最外层电子数＝电子层数2倍的原子：He、C、S；
(10)最外层电子数＝电子层数3倍的原子：O；
(11)最外层电子数＝内层电子总数一半的原子：Li、P；
(12)次外层电子数＝最外层电子数2倍的原子：Li、Si；
(13)内层电子数＝最外层电子数一半的原子：C；
(14)电子层数是最外层电子数2倍的原子有Li。
变式训练1 根据原子核外电子排布规律，回答下列问题。
(1)画出下列元素的原子或离子结构示意图。
①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数：______________________________。
②L层电子数是M层电子数2倍的原子：_____________________________________。
③最外层电子数是次外层电子数4倍的－2价阴离子：__________________________。
④电子总数为18的M＋(M代表某元素符号)：_________________________________。
(2)有下列简单离子：
①Na＋、②Mg2＋、③S2－、④Cl－、⑤K＋、⑥F－
与Ne电子层结构相同的是________；与Ar电子层结构相同的是________。
答案 (1)①、 ② ③ ④
(2)①②⑥ ③④⑤
解析 (1)①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数，则有两种情况：一是该原子K、L层电子数都为2，原子结构示意图为；二是该原子的K、L、M层电子数分别为2、8、8，原子结构示意图为。②L层电子数是M层电子数2倍的原子K、L、M层电子数分别为2、8、4，原子结构示意图为。③最外层电子数是次外层电子数4倍的原子结构示意图为，则最外层电子数是次外层电子数4倍的－2价阴离子的核电荷数为8，结构示意图为。④M的核电荷数是19，离子结构示意图为。
(2)Ne、Ar原子核外分别有10、18个电子，Na、Mg分别失去最外层1、2个电子形成Na＋、Mg2＋，原子最外层达到8电子稳定结构，核外共有10个电子，F原子得到1个电子形成F－，F－最外层达到8电子稳定结构，核外共有10个电子。同理S2－、Cl－、K＋核外都共有18个电子。
【规律总结】 (1)常见的等电子微粒
①2电子：H2、He、Li＋、H－、Be2＋
②10电子：
分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4
阳离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、NH、H3O＋
阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NH等
③18电子：
分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4等
阳离子：K＋、Ca2＋
阴离子：Cl－、S2－、P3－、HS－等
(2)1～20号元素中：H既可形成H＋，又可形成H－；B、C、Si难以形成阳离子和阴离子，不能写出其离子符号。其他除He、Ne、Ar外，金属元素都能形成阳离子，非金属元素都能形成阴离子。
二、元素的性质与原子结构的关系
稀有气体元素
金属元素
非金属元素
最外层电子数
8(He为2)
一般小于4
一般大于或等于4
稳定性
稳定
不稳定
不稳定
得失电子能力
既不易得电子，也不易失电子
容易失去最外层电子，达到稳定结构
容易获得电子，达到稳定结构
元素化合价
0
最高正价＝原子最外层电子数
除H外，最低负价＝－(8－原子最外层电子数)
【例2】 回答下列问题：
(1)元素Y的原子获得3个电子或元素X的原子失去2个电子后，它们的电子层结构都与氖原子的电子层结构相同，X、Y两种元素的单质在高温下反应得到的化合物的化学式为________。
(2)下列原子中，最容易形成阳离子的是________。(填字母)
a. b.
c. d.
解析 (1)根据题目不难推出X、Y元素分别为Mg、N，Mg、N形成的化合物中，Mg显＋2价，N显－3价，所以X、Y单质反应生成的化合物为Mg3N2。
(2)a项原子最外层为4个电子，既难得电子，又难失电子，不容易形成阳离子和阴离子；b原子最外层2个电子，容易失去2个电子而达到8电子稳定结构，容易形成阳离子；c原子最外层有7个电子，容易得到1个电子而达到8电子稳定结构，容易形成阴离子；d原子最外层已经达到2电子稳定结构，不能形成离子。
答案 (1)Mg3N2 (2)b
【方法总结】 原子结构与元素性质的相互推断
变式训练2 某元素的原子L层电子数比M层电子数多5个，该元素的最高正化合价为( )
A．＋3 B．＋4
C．＋5 D．＋6
答案 A
解析 根据M层有电子可知L电子层已经填充满，即L层的电子数为8个，则M层的电子数为3个。M层是该元素原子的最外层，该元素的最高正化合价为＋3。
1．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．某离子M层上和L层上的电子数均为K层电子数的4倍
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， A正确；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， B一定不正确；K层上最多只能排2个电子，2×4＝8，即M层和L层都为8个电子的离子结构示意图为，Cl－、K＋、Ca2＋等均有可能，C正确； H和He的核电荷数与最外层电子数相等，所以D正确。
2．下列结构示意图所代表的微粒中，最难发生化学反应的是( )
A． B．
C． D．
答案 A
解析 A项表示的是Ne原子，B项表示的是Al3＋，C项表示的是Cl－，D项表示的是S2－。Ne是稀有气体元素，它及其他的稀有气体原子具有非常稳定的电子层结构，极难发生化学反应。
3．简单离子Rn－的两个电子层都已充满，与Rn－电子数相同的简单离子(包含Rn－)通常共有( )
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
答案 D
解析 Rn－的两个电子层均已充满说明Rn－具有10e－，具有10e－的简单离子通常包括：N3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋，共6种。
4．下列叙述正确的是( )
A．核外电子排布完全相同的两种微粒的化学性质一定相同
B．单原子形成的离子一定与稀有气体元素原子的核外电子排布相同
C．核外电子排布相同的两种原子不一定属于同种元素
D．不存在质子数和电子数分别相同的单核阳离子和单核阴离子
答案 D
解析 如N3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Ne的核外电子排布完全相同，但它们的化学性质不同，A不正确；如H＋不具有稀有气体元素原子的电子层结构，B不正确；核外电子排布相同的两种原子核电荷数相同，核电荷数相同的原子一定属于同种元素，C不正确；单核阳离子和单核阴离子核外电子数相同时，核内质子数一定不同，D正确。
5．完成下列问题：
(1)用下面的原子或离子结构示意图的编号填空：
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________。
(2)核电荷数为1～18的元素中，
①原子最外层电子数是内层电子总数一半的元素是________；
②原子最外层电子数是次外层电子数一半的元素是________；
③原子最外层电子数是电子总数一半的元素是______。
答案 (1)①BC ②AB ③D ④C
(2)①Li、P ②Li、Si ③Be
解析 (1)B和C核外电子数相等，电子层排布相同；A和B核内质子数相等，属于同一种元素氟；金属元素原子最外层电子数一般小于4，D为金属钠；稀有气体元素原子最外层电子数一般为8(He除外)。
(2)符合①的原子各层电子数分别为2,1或2,8,5；符合②的原子各层电子数分别为2,1或2,8,4；符合③的原子各层电子数分别为2,2。
6．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做出自己的判断。
(1)该微粒是中性微粒，这种微粒的符号是__________。
(2)该微粒的盐溶液能使溴水退色，并出现浑浊，这种微粒的符号是________。
(3)该微粒的氧化性很弱，得到1个电子后变为原子，其单质的还原性很强，这种微粒的符号是________。
(4)该微粒的还原性很弱，失去1个电子后变为原子，其单质的氧化性很强，这种微粒的符号是________。
答案 (1)Ar (2)S2－ (3)K＋ (4)Cl－
解析 由微粒结构示意图可知该微粒共有3个电子层，18个电子。根据组成原子的各微粒之间的关系，可判断该微粒为中性时或分别带正、负电荷时，原子核内质子的数值。核外电子排布为2、8、8构型的单核微粒主要有Ar、S2－、Cl－、K＋、Ca2＋。
(1)单核中性微粒为原子，原子的核电荷数＝核外电子数，此微粒为核电荷数为18的Ar原子。(2)具有还原性、能被溴水氧化的是S2－。(3)氧化性很弱的＋1价离子是K＋。(4)还原性很弱的－1价离子是Cl－。
分层训练
[基础过关]
题组1 核外电子排布及其规律
1．下列说法不正确的是 ( )
A．多电子原子中，在离核较近的区域运动的电子能量较高
B．每个电子层最多容纳的电子数是2n2个
C．最外层电子数不超过8个(K层为最外层时，电子数不超过2个)
D．核外电子是分层排布的，元素的化学性质与原子的最外层电子排布密切相关
答案 A
解析 核外电子是分层排布的，能量低的在离核近的区域运动，能量越高，离核越远。电子在排布时，最外层不超过8个(K层为最外层时，电子数不超过2个)，次外层不超过18个，每个电子层最多容纳2n2个电子。
2．下列叙述正确的是 ( )
A．原子最外层电子数为2的元素易失电子，所以均具有较强的还原性
B．aXm＋和bYn－两种离子，其电子层结构相同，则有关系式a＝b＋m＋n
C．稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子
D．当M层是最外层时，最多可排布18个电子
答案 B
解析 氦原子最外层有2个电子，不易失电子，A不正确；电子的分层排布即是电子的分层运动，电子层结构相同，则原子核外电子数相等，所以a－m＝b＋n，B正确；稀有气体元素中He原子最外层只有2个电子，C项错；M层为最外层时，最多只能排8个电子，D不正确。
3．某元素的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，则该元素原子核内的质子数为( )
A．3 B．7
C．8 D．10
答案 C
解析 由原子最外层电子数不超过8个及每层最多容纳的电子数为2n2个电子，结合该元素的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，可知该元素的次外层为K层，电子数为2个，最外层是L层，电子数为6个，所以该元素核外电子数为8，其核内质子数是8。
4．以下是某同学画的X的原子结构示意图，其中正确的是( )
A． B．
C． D．
答案 D
解析 原子结构示意图中的圆圈表示原子核，里面的数字是该原子的质子数，故应为8，依据核外电子排布规律知，第一层最多有2个电子，第二层最多有6个电子，故D正确。
5．某粒子结构示意图为，若该粒子为离子，则它所带的电荷数可能为( )
①8－n ②n－8 ③10－n ④n－10
A．①② B．①③
C．③④ D．②④
答案 C
解析 若为阳离子，电荷数为n－2－8＝n－10；若为阴离子，电荷数为2＋8－n＝10－n。
6．原子的第n电子层作为原子的最外电子层时，最多容纳的电子数与(n－1)层相同，当n电子层作为原子的次外层时，其电子数比(n＋1)层最多能多10个，则此电子层是( )
A．K层 B．L层
C．M层 D．N层
答案 C
解析 n作为最外层时，最多只能容纳8个电子，所以(n－1)层应为8个电子，为L层，则n应为M层；若n为次外层，则(n＋1)为最外层，则次外层电子数最多为10＋8＝18，则进一步证明n为M层。
题组2 原子结构与元素性质的关系
7．下列说法正确的是( )
A．最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体元素的原子
B．最外层电子多于4个的元素一定是非金属元素
C．F－、Na＋、Mg2＋与Ne原子具有相同的电子层结构
D．同种元素的原子和离子，电子层数一定相同
答案 C
解析 最外层达到稳定结构的微粒包括稀有气体元素的原子和金属阳离子和非金属阴离子，A不正确；最外层电子数多于4个的原子也有可能是金属元素的原子，如铋元素原子最外层有5个电子，B不正确；F－、Na＋、Mg2＋与氖原子核外电子数相同，所以电子层结构相同，C正确；同种元素的原子和离子，电子层数不一定相同，如Na与Na＋电子层数不同，Cl－与Cl电子层数相同。
8．A＋、B－、C、D四种微粒中均含有氢原子，且电子总数均为18。已知溶液中的A＋和B－在一定条件下相互反应可转化为C和D。则C、D分别为( )
A．NH3和H2O B．PH和HS－
C．NH和OH－ D．PH3和H2S
答案 D
解析 类比：NH＋OH－NH3↑＋H2O可知，A＋、B－、C、D分别为PH、HS－、PH3、H2S。
9．已知X、Y是核电荷数不大于18的元素。X原子的最外层电子数为a，次外层电子数为a＋2；Y原子的最外层电子数为b－5，次外层电子数为b。判断X、Y元素形成的化合物组成是( )
A．XY2 B．Y2X3
C．Y4X D．YX3
答案 B
解析 X为S，Y为Al，则X与Y形成的化合物为Al2S3。
10．已知Rn的原子结构示意图为，请根据Rn的原子结构预测氡气的化学性质( )
A．非常活泼，容易与氧气等非金属单质反应
B．比较活泼，能与钠等金属反应
C．不太活泼，与氮气性质相似
D．很难与其他物质发生反应
答案 D
解析 氡原子最外层有8个电子，达到稳定结构，既不易得电子也不易失电子，化学性质稳定。
[能力提升]
11．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)与离子相对应的元素符号是__________________，与原子相对应的离子的结构示意图是______________。
(2)电子层结构相同的是________(填写代号，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1～10的元素内，列举两个与B电子层结构相同的离子，写出离子的符号________。
答案 (1)O、Mg 、
(2)BCE C D A (3)MgO NaCl (4)N3－、F－
解析 (1)在五种粒子中A是Cl，B是O2－，C是Ne，D是Na，E是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、Mg2＋都具有稳定的电子层结构，但最稳定的是Ne。
(3)阳离子与阴离子可直接相互结合形成化合物；活泼金属元素的原子与活泼非金属元素的原子经过得失电子后可相互结合形成化合物；在化合物里，Na呈＋1价，Mg呈＋2价，Cl呈－1价，O呈－2价。
(4)在核电荷数1～10的元素内，N原子核外共有7个电子，其中最外层上是5个，N原子得到3个电子后形成N3－，与B的电子层结构相同；F原子核外共有9个电子，其中最外层上是7个，F原子得到1个电子后形成F－，与B的电子层结构相同。
12．(1)某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素的原子结构示意图是________。
(2)已知某粒子的结构示意图如右图所示，试回答下列问题：
①当x－y＝10时，该粒子为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。
②当y＝8时，粒子可能为(填名称)________、________、________、钾离子、________。
③写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应水化物之间发生反应的离子方程式________________________________________________________________________。
答案 (1)
(2)①原子 ②氩原子 氯离子 硫离子 钙离子
③Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
解析 (1)设：核电荷数＝质子数＝a，元素原子的电子层数为x，最外层电子数为y，依题意：a＝5x，a＝3y，则5x＝3y，x＝。因原子的最外层电子数不超过8，即y为1～8的正整数，故仅当y＝5，x＝3时合理，该元素的核电荷 数为15。(2)①当x－y＝10时，x＝10＋y，说明核电荷数等于核外电子数，所以该粒子应为原子；②当y＝8时，应为有18个电子的粒子，所以可能为氩原子、氯离子、硫离子、钾离子、钙离子；③y＝3时为铝原子，y＝7时为氯原子，其最高价氧化物对应的水化物分别为氢氧化铝和高氯酸，反应的离子方程式为Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
13.已知：A、B、C、D分别是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间有如图的反应关系：
(1)如果A、B、C、D均是10电子粒子，请写出A的化学式________。
(2)如果A和C是18电子的带电粒子，B和D是10电子粒子，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式：_______________________________________________。
答案 (1)NH
(2)H2S＋OH－===HS－＋H2O或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O或HS－＋OH－===H2O＋S2－
解析 (1)10电子微粒A、B反应得到两种10电子微粒，应是铵根离子与氢氧根离子反应得到氨气与水，而B能与氢离子反应生成D，可推知A为NH，B为OH－，C为NH3，D为H2O。(2)如果A、C均是18电子的粒子，B、D是10电子粒子，结合转化关系，可推断：A为H2S，B为OH－，C为HS－或S2－；或A为HS－，B为OH－，C为S2－，D为H2O，A与B在溶液中反应的离子方程式：H2S＋OH－===HS－＋H2O或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O或HS－＋OH－===S2－＋H2O。
[拓展探究]
14．A、B、C、D、E分别代表五种微粒，每种微粒中都含有18个电子，其中A和C都是由单原子形成的阴离子，B、D和E都是分子；又知在水溶液中A跟B反应可生成C和D；E具有强氧化性。请回答：
(1)用化学符号表示上述5种微粒：
A．________；B．________；C．________；D．________；E.________。
(2)在水溶液中A和B反应的离子方程式______________________________。
答案 (1)S2－ HCl Cl－ H2S F2或H2O2
(2) S2－＋2H＋===H2S↑
解析 首先确定18电子的中性原子Ar，然后找出比它多或少电子的原子转化成阳离子或阴离子或氢化物分子，如S2－、Cl－、 HCl、H2S，再考虑基团—F、—OH、—NH2、—CH3等均含有9个电子，自身或两两合并成任意两个组合均得到18电子的微粒。由在水溶液中A跟B反应可生成C和D，可推知A、B、C、D分别为S2－、HCl、Cl－、H2S；由于E具有强氧化性，故E为F2或H2O2。
