(共52张PPT)
第三单元 人类对原子结构的认识
第1课时 人类对原子结构的认识
一、原子结构模型的演变
1.古希腊原子学说
古希腊哲学家曾经提出,物质由不可分割的微粒(即_____)构成的。
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,也不能被毁灭,在化
学变化中不可_______,在化学反应中保持本性不变。
必备知识·自主学习
原子
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_____,并提出了一个被称为“_____________”
的原子结构模型。
4.卢瑟福原子结构模型
原子由_______和_________构成,_______带正电荷,位于原子中心,_____带负
电荷,在原子核周围空间做高速运动。
5.玻尔原子结构模型
原子核外,电子在一系列稳定的_____上运动,每个_____都有一个确定的能量
值。
电子
葡萄干面包式
原子核
核外电子
原子核
电子
轨道
轨道
【自主探索】
(1)(知识关联)初中化学中已知:构成物质的微粒有分子、原子和离子,原子和分子、离子之间有何联系?
提示:分子是由原子构成的,原子得失电子可以成为离子。
(2)(教材二次开发)教材中描述道尔顿提出“物质由原子组成,原子不能被创造,也不能被毁灭,它们在化学变化中不可再分割”。对于这些观点你有什么看法?
提示:物质不是都由原子构成的,原子还可以再分,在化学变化中原子既不能被创造也不能被消灭,只是分子分裂为原子,原子再重新组成新的分子的过程。
(情境思考)卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验,推翻了汤姆生提出的原子结构模型,为建立现代原子理论打下了基础。
现象1:大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来运动方向
现象2:一小部分α粒子改变原来的运动方向
现象3:极少数α粒子被弹了回来
请你根据原子结构认识,分析以上现象原因。
提示:现象1:由于原子核很小,原子内部有很大空间,所以大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向;
现象2:原子核带正电,α粒子途经金原子核附近时,受到斥力而改变了运动方向;
现象3:金原子核质量比α粒子大很多,且体积很小,极少数α粒子由于撞击到了金原子核被弹回。
二、原子核的组成
1.原子的组成
(1)原子
(2)质量数:将原子核内所有的_____和_____的相对质量取整数加起来所得的数
值,用__表示。
质子
中子
A
(3)构成原子的微粒间的两个关系
①质量数(A)=____________________
②质子数(Z)=核外电子数=_________=原子序数。
(4)原子组成的表示方法
如作为相对原子质量标准的
表示质子数为__,质量数为___的碳原子。
质子数(Z)+中子数(N)
核电荷数
6
12
2.核素
(1)概念:具有一定_____数和一定_____数的一种原子称为一种核素。
(2)氢元素的三种核素(
),质子数均为1;中子数分别为__、__、__。
(3)碳元素的三种核素
,质子数均为6,中子数分别为__、__、__。
质子
中子
0
1
2
6
7
8
3.同位素
(1)概念:质子数相同、_______(或_______)不同的核素互称为同位素。
(2)特点——两同两不同
①两同:_______相同,元素相同;
②两不同:_______不同,原子不同。
(3)用途
①放射性的
用于考古断代。
和
用于制造氢弹。
③放射性同位素释放的射线可用于育种、治疗恶性肿瘤等。
质量数
中子数
质子数
中子数
【自主探索】
1.(知识关联)
U核素中质子数为多少?中子数为多少?
提示:质子数为92,中子数为238-92=146。
2.生物体在生命过程中保留的一种碳原子——碳-14(
C)会在其死亡后衰变,测量考古遗址中发现的生物遗体里碳-14的数量,可以推断出它的存在年代。
你知道碳-14的“14”是什么含义吗?这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少?
提示:碳-14的“14”是指这种碳原子的质量数为14,此碳原子的质子数为6、中子数为8、核外电子数为6。
原子结构
原子构成
核素、同位素
质子、中子、电子
同一元素不同核素互称为同位素
质子数=核外电子数
质量数=质子数+中子数
关键能力·合作学习
知识点 元素、核素、同位素的概念及比较?
1.符号
中各个字母的含义
2.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
元 素
核 素
同位素
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
是不同的核素
为氢元素的同位素
3.同位素的“六同三不同”
【合作探究】1.(教材二次开发)教材中描述“质子数相同、质量数(或中子数)不同的核素互称为同位素”。H2、D2、T2互称为同位素吗?(证据推理与模型认知)
提示:不是同位素,它们是单质不是原子。
2.(情境思考)氕、氘、氚是H元素的三种核素,氕H原子核内有1个质子,无中子,丰度为99.98%;氘D(又叫重氢),原子核内有1个质子,1个中子,丰度0.016%;氚T(又叫超重氢),原子核内有1个质子,2个中子,丰度0.004%。
上图中有几种元素?几种核素?这些核素之间属于何种关系?(证据推理与模型认知)
提示:上图中有1种元素,3种核素,这3种核素是同一种元素的不同核素,互称同位素。
(思维升华)构成原子的微粒有电子、质子和中子,质子和中子构成原子核。
微粒
电子
质子
中子
质量/kg
9.109×10-31
1.673×10-27
1.675×10-27
相对质量
0.000
544
7
1.007
1.008
电量/C
1.602×10-19
1.602×10-19
0
电荷
-1
+1
0
N原子中
微粒数
7
7
根据表中基本数据,讨论下列问题。(科学探究与创新意识)
(1)决定原子质量的微粒有哪些?
提示:质子和中子。
(2)如果一个质子和一个中子的相对质量都近似等于1,那么原子的相对质量又近似等于什么?
提示:近似等于质子数与中子数之和,这个数值叫做质量数,用A表示,相对质量近似等于2。
(3)在原子中质子数、中子数、电子数、核电荷数、原子序数、质量数之间的关系是怎样的?
提示:质子数=核电荷数=原子序数=核外电子数;质量数=质子数+中子数。
(4)原子为什么显中性?
提示:原子核所带正电荷总数与核外电子所带负电荷总数相等,故原子显电中性。
(5)对于一种原子既有一定数目的质子又有一定数目的中子,如C-12原子的质量数为________,质子数为________,中子数为________,那么如何表示这种原子呢??
提示:12 6 6 用原子组成符号
C表示。
【典例示范】
【典例】元素、原子、核素、同位素都是重要的化学基本概念,原子的构成是重要的化学基本理论。根据下列8种化学符号
回答下列问题:
(1)表示核素的符号共________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______。?
【解析】(1)核素是具有一定质子数和一定中子数的某种元素的原子,一种原子即为一种核素
H2和
H2都是分子,不属于核素,其余6种全部表示核素。
(2)同位素是具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子,所以
Li和
Li互称为同位素。
(3)
C和
N的质量数都是14,但质子数分别为6和7,属于不同元素的原子,不能互称为同位素。
(4)
Na和
Mg的中子数都是12,但质子数分别为11和12。
答案:(1)6 (2)
Li
Li (3)
C
N (4)
Na
Mg
【母题追问】许多元素有多种核素,如氧元素有16O、17O、18O,碳元素12C、13C、14C。
(1)氧元素的3种同位素与碳元素的3种同位素最多可能组成多少种二氧化碳分子?
提示:18种。一种碳原子与3种氧原子可组成6种分子,C16O2、C17O2、C18O2、C16O17O、C16O18O、C17O18O,3种碳原子可形成18种二氧化碳分子。
(2)23
g由14C、16O组成的二氧化碳分子,其中含有质子数为________,中子数为________,电子数为________。?
提示:11NA 12NA 11NA
M(14C16O2)=(14+16×2)g·mol-1=46
g·mol-1,n(14C16O2)=
=0.5
mol,1个14C16O2分子中含有22个质子,24个中子,22个电子,故23
g14C16O2中含有的总质子数为0.5NA×22=11NA,中子数为0.5NA×24=12NA,电子数为0.5NA×22=11NA。
【规律方法】规避同位素、核素、同素异形体概念理解的4个易错点
(1)一种元素可能有多种核素,也可能只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。
(2)不同的核素可能具有相同的质子数,如
H与
H;也可能具有相同的中子数,如
C与
O;也可能具有相同的质量数,如
C与
N;也可能质子数、中子数、质量数均不相同,如
H与
C。
(3)同位素的“同位”是指同一种元素的几种核素在元素周期表中的位置相同,即质子数相同,中子数不同;同素异形体的“同素”是指元素种类相同。
(4)化学变化中原子不发生变化,不同核素之间转化时原子发生变化,非化学变化(如核裂变)。
【素养训练】实验测得,某地水样中含
H2
、
O、
H2、
O、
H
H
O等多种水分子,请你判断:
(1)上述水样中有________种元素;?
(2)构成上述水分子的氢原子有________种,它们之间的关系可以互称为________;?
(3)构成上述水样的氧元素共有________种核素,它们之间相同的是________数;?
(4)计算:18
g
中所含的电子数为________,中子数为________。?
【解析】(1)上述水样中有H和O共2种元素;(2)构成上述水分子的氢原子有
H、
H、
H共3种,它们质子数相同,中子数不同,互为同位素;(3)构成上述水样的氧元素有
O、
O共2种,它们均含有8个质子,含有相同的质子数;(4)18
g
的物质的量为
=1
mol,所含的电子数为1
mol×10×NAmol-1=10NA,中子数为1
mol×8×NAmol-1=8NA。
答案:(1)2 (2)3 同位素 (3)2 质子 (4)10NA 8NA
原子结构
原子构成
核素、同位素
质子、中子、电子
同一元素不同核素互称为同位素
质子数=核外电子数
质量数=质子数+中子数
三言两语话重点
(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
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)元素、核素和同位素的关系
课堂检测·素养达标
1.19世纪初,某科学家提出原子学说,他认为物质由原子组成,原子不能被创造,也不能被毁灭,在化学反应中不能再分,这个科学家是
( )
A.汤姆生
B.道尔顿
C.卢瑟福
D.玻尔
【解析】选B。道尔顿提出原子学说,认为物质由原子组成,原子不能被创造,也不能被毁灭,在化学反应中不能再分。
2.锎是锕系中的一种元素,1
mg
锎
Cf)每秒钟约能释放出2.34×109个中子,在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关说法错误的是
( )
A
Cf的摩尔质量为252
B
Cf和
Cf互为同位素
C
Cf中,质子数和电子数均为98
D
Cf的中子数与质子数之差为56
【解析】选A
Cf的摩尔质量为252
g·mol-1,A项错误
Cf与
Cf互为同位素,B项正确
Cf原子中,质子数和电子数相等,均为98,C项正确
Cf的中子数与质子数之差为(252-98)-98=56,D项正确。
【补偿训练】
下列关于原子结构的说法正确的是
( )
A.所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒,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、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒
【解析】选C。氢原子
H的原子核内没有中子,核素种类是由质子数和中子数共同决定的,A、B项错误;原子核对核外电子的吸引作用就是质子对电子的吸引,C项正确;以发展的观点分析,原子中的基本构成微粒有可能再进一步分成更小的微粒,如科学家研究发现了质子和中子里面还有更小的微粒——夸克,D项错误。
3.(双选)230Th和232Th是钍的两种同位素,232Th可以转化成233U。下列有关Th的说法正确的是
( )
A.230Th和232Th的中子数差2
B.Th元素的相对原子质量是231
C.232Th转换成233U是化学变化
D.230Th和232Th的化学性质相同
【解析】选A、D。232Th、230Th的质量数分别是232、230,质子数相同,所以中子数差2,A项正确;元素的相对原子质量是由各种同位素的相对原子质量取得的平均值,B项错误;同位素的物理性质可能不同,但化学性质几乎相同,D项正确;化学变化是生成新物质的变化,原子不变,而C项的原子发生了变化,C项错误。
4.某微粒用符号
Mn+表示,下列关于该微粒的叙述中正确的是
( )
A.所含质子数为(A-n)
B.所含中子数为Z
C.所含电子数为(Z+n)
D.中子数-电子数=A-2Z+n
【解析】选D。对于微粒
Mn+,M代表元素符号,A是该元素某原子的质量数,Z是该原子的质子数,n是该原子所带的正电荷数,即表示M原子失去n个电子。由于原子变成离子时,一般只是最外层电子数的变化,而原子核内的质子数和中子数不变,A项不正确;中子数为(A-Z),B项不正确
Mn+的电子数为(Z-n),C项不正确;中子数-电子数=(A-Z)-(Z-n)=A-2Z+n,D项正确。
素养新思维
5.碘-131是元素碘的一种放射性同位素,为人工放射性核素(核裂变产物),符号为
I,半衰期为8.3天。正常情况下自然界是不会存在的。在核医学中,碘-131除了以NaI溶液的形式直接用于甲状腺功能检查和甲状腺疾病治疗外,还可用来标记许多化合物,供体内或体外诊断疾病用。如碘-131标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠就是常用的肝、胆和肾等的扫描显像剂。
根据以上材料,回答下列问题:
(1)碘-131原子的质量数、质子数、中子数各是多少?
(2）
U可以作为核反应堆燃料,它的核内中子数与质子数的差值是多少?
(3
I和
I为碘元素的两种同位素,这两种原子的中子数差值是多少?
【解析】(1)碘-131原子的质量数为131,由于碘元素是53号元素,故质子数为53,中子数为131-53=78。
(2)U元素作为核反应堆燃料的是
U,其中子数为235-92=143,则质子数和中子数的差值为143-92=51。
(3）
I和
I为碘元素的两种同位素,这两种原子的中子数差值是(131-53)-(127-53)=4。
答案:(1)质量数为131,质子数为53,中子数为78
(2)51 (3)4
【补偿训练】
(2020·潍坊高一检测)(1）
C的放射性可用于考古断代,测定出土文物标本中
C的含量,就可以推算出文物的年代
C的中子数是________。?
(2)碘元素的一种核素
Ⅰ可用于治疗肿瘤。该核素的质子数为________,中子数为________,质量数为________。?
(3)
S2-微粒中的中子数为________。?
【解析】(1)质量数=质子数+中子数
C的中子数为14-6=8。
(2)
Ⅰ质量数为125,质子数53,中子数为125-53=72。
(3)
S2-微粒的质子数为16,质量数为34,中子数=34-16=18。
答案:(1)8 (2)53 72 125 (3)18(共47张PPT)
第2课时 原子核外电子排布
一、原子核外电子的排布
1.电子的能量
(1)在多电子原子中,电子的能量_____。
(2)电子能量与运动区域。
电子能量较低→运动区域离核较___;
电子能量较高→运动区域离核较___。
必备知识·自主学习
不同
近
远
2.电子层
(1)概念:在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域运动,把不同的区域简化为不连续的壳层,称作电子层。
(2)电子层的表示方法及与能量的关系。
K
L
M
N
近
远
低
高
表示方法
n
1
2
3
4
5
6
7
字母
__
__
__
__
O
P
Q
离核远近
由___到___
能量高低
由___到___
3.电子的分层排布
电子总是尽量先从_____排起,当一层充满后再填充下一层,即原子核外电子排
布时,先排__层,充满后再填充__层。各电子层最多容纳电子的数目为___个。
内层
K
L
2n2
【自主探索】
1.(知识关联)核电荷数为11的钠原子,其质子数是多少?核外电子数是多少?原子中质子数、核外电子数之间有何关系?
提示:钠原子的质子数为11,核外电子数为11。原子中,质子数=核外电子数。
2.钠原子的核外电子中能量最低的电子层是哪一层,能容纳几个电子?
提示:K层,能容纳两个电子。
二、原子结构示意图
1.钠原子的结构示意图如下,请注明其意义:
2.画出常见微粒结构示意图:
氟原子:_______;镁原子:_______
3.原子和离子中微粒间的数量关系
(1)原子:核外电子数=_______=_________,如N原子
(2)阳离子:核外电子数=__________________,如Na+的结构示意图:
(3)阴离子:核外电子数=__________________,如S2-的结构示意图:
质子数
核电荷数
质子数-所带电荷数
质子数+所带电荷数
【自主探索】
1.(知识关联)依据核外电子排布规律,请画出下列各原子的原子结构示意图。
(1)O________;(2)Ne________;?
(3)Mg________;(4)Ar________。?
提示:
2.在(1)O、(2)Ne、(3)Mg、(4)Ar中,形成稳定电子层结构的有哪些?
提示:(2)Ne、(4)Ar。最外层为8个电子,形成了稳定结构。
3.根据核外电子排布规律写出钙原子的结构示意图。
提示:
。
关键能力·合作学习
知识点一 核外电子排布规律及应用?
1.核外电子排布的一般规律
2.元素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,但核外电子可能发生变化。
(2)元素的化学性质与原子结构的关系
①活泼金属元素的原子最外层电子数较少,容易失去;
②活泼非金属元素的原子最外层电子数较多,容易从外界获得电子;
③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。
(3)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,表现正化合价
②活泼非金属在反应中,一般得到电子,表现负化合价
【合作探究】(教材二次开发)教材中描述“电子在原子核外排布时,总是尽量先排在能量最低的电子层”、“各电子层最多能容纳的电子数为2n2”。完成下表内容,并找出规律。(宏观辨识与微观探析)
元素
化合物中
化合价
最外层电
子数目
失去(或得到)的电子数目
Na
______
1
______
Mg
______
2
______
O
______
6
______
Cl
______
7
______
Ne
8
不易得失电子
Ar
8
不易得失电子
提示:Na:+1;失去1个电子;Mg:+2;失去2个电子;O:-2;得到2个电子;Cl:-1;得到1个电子。
规律:(1)活泼金属元素的原子最外层电子数小于4,容易失去电子,在化合物中表现正化合价。
(2)活泼非金属元素的原子最外层电子数一般大于4,容易从外界获得电子,在化合物中表示负化合价。
(3)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。
【典例示范】
【典例】下列说法正确的是
( )
A.某微粒核外电子排布为2、8、8结构,则该微粒一定是氩原子
B.最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子
C.F-、Na+、Mg2+、Al3+是与Ne原子具有相同电子层结构的离子
D.某元素原子的最外层只有2个电子,则该元素一定是金属元素
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面:
(1)阴阳离子的核外电子排布有可能与稀有气体原子相同。
(2)金属元素原子的最外层电子数目小于4,但最外层电子数目小于4的原子不一定是金属元素的原子。
【解析】选C。电子排布为2、8、8结构的微粒还可能为S2-、Cl-等,A项错误;
O2-、F-、Cl-、Li+、Na+、Mg2+等微粒最外层电子数均达到了稳定结构,B项错
误;F-、Na+、Mg2+、Al3+核外电子排布均为2、8结构,与Ne原子的电子层结构相同,C项正确;He原子的最外层只有2个电子,但He元素是稀有气体元素,D项错
误。
【规律方法】元素化合价与得、失电子数目的关系
(1)元素原子的核外电子排布,特别是原子最外层电子数决定元素的化学性质。
(2)金属元素的原子失去电子,表现为正化合价,化合价数值=失去电子的数目=原子最外层电子数。
(3)非金属元素的原子得到电子,表现为负化合价。最低负化合价的数值=达到稳定结构所得电子的数目。
【母题追问】(1)某原子核外电子排布为2、7结构,该原子是什么原子?
提示:F原子。核外电子总数为9,质子数=核外电子数=9,为F原子。
(2)该原子在化学反应中易得电子还是易失电子?
提示:F原子最外层电子数目为7,在化学反应中易得到一个电子。
(3)写出该元素与钠元素组成化合物的化学式。
提示:NaF。F原子最外层电子数目为7,在化学反应中易得到一个电子,F元素在化合物中的化合价为-1价,Na在化合物中的化合价为+1价。
【素养训练】
研究核外电子排布的规律对于探索大自然的奥秘具有重大意义,很多原子的核外电子排布具有独特规律。已知核电荷数1～18的A、B、C、D四种元素的原子中,质子数为B
(1)元素的名称:C________,D________。?
(2)原子结构示意图:A________,B________。?
【解析】根据核外电子排布规律,A元素次外层只能排2个电子,核电荷数是2+4=6,是碳元素;B元素M层上排有电子,则L层上排有8个电子,核电荷数为2+8+4=14,是硅元素;核电荷数1～18的元素中,次外层电子数是2个或8个,那么C的最外层电子数是1个或7个,核电荷数是2+1=3,是锂元素,或核电荷数是2+8+7=17是氯元素,由于质子数B答案:(1)氯 磷 (2)
决定
核外电子排布
规律
能量最低
数量规律
K每层最多电子数：2n2
最外层最多8个（K层除外）
次外层不超过18个
互
相
制
约
知识点二 核外电子排布的表示方法——结构示意图?
1.原子结构示意图
(1)用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核和核电荷数。
(2)用弧线表示电子层。
(3)弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
(4)原子结构示意图中,核内质子数=核外电子数。
如钠的原子结构示意图:
2.离子结构示意图
(1)当主族中的金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时,电子层数减少一层,形成与上一周期稀有气体元素原子相同的电子层结构(电子层数相同,每层上所排布的电子数也相同)。如
(2)非金属元素的原子得电子形成简单离子时,形成和同周期稀有气体元素原子相同的电子层结构。如
【合作探究】 根据指定微粒的结构示意图分析有关问题:
(1)同一元素的原子和离子构成有什么差异?(证据推理与模型认知)
提示:核电荷数或质子数相同,核外电子数不同。
(2)原子形成阳离子或阴离子后,其电子层结构有何变化?(证据推理与模型认知)
提示:原子形成阳离子后,要减少一个电子层,形成阴离子后,电子层数不变,但最外层电子数增多,它们都达到了稳定结构。
(3)原子或离子中质子数(或核电荷数)与核外电子数是否相等?有什么规律存在?(宏观辨识与微观探析)
提示:①原子:核电荷数(质子数)=核外电子数。
②阳离子:核电荷数(质子数)=阳离子的核外电子数+阳离子的电荷数。
③阴离子:核电荷数(质子数)=阴离子的核外电子数-阴离子的电荷数。
【合作探究】
(情境思考)下列粒子的结构示意图中,错误的有哪些?
提示:①②④⑤。①错误,K层最多只能容纳2个电子;②错误,Cl的核电荷数为17,最外层电子数为7;④错误,最外层电子不能超过8个;⑤错误,L层上电子为8个,M层上电子为5个
【典例示范】
【典例】观察下列A、B、C、D、E五种粒子(原子或离子)的结构示意图,回答下列有关问题。
(1)与离子相对应的元素的符号是________,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________(填写字母,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______________(写一个即可,下同),可经过得失电子后再相互结合形成的化合物的化学式是______。
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面:
(1)根据结构示意图正确推出原子(离子)名称。
(2)元素的性质与原子结构中的最外层电子数的关系。
【解析】(1)在A～E这五种粒子中,A是Cl,B是O2-、C是Ne,D是Na,E是Mg2+。Ne的特殊稳定结构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,但与原子核内质子数无关。O2-、Ne和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显+1价,Mg显+2价、Cl显-1价、O显-2价。
答案:(1)O、Mg
(2)BCE C D A (3)MgO NaCl(合理即可)
【母题追问】
(1)在核电荷数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:__________。?
提示:N3-、F-。在核电荷数1～10的元素内,N原子的核外共有7个电子,其最外层上是5个电子,N原子得到3个电子后形成的N3-与B的电子层结构相同;F原子的核外共有9个电子,其最外层上是7个电子,F原子得到1个电子后形成的F-与B的电子层结构相同。
(2)写出与C电子层结构相同的+3价阳离子的符号。
提示:Al3+。与氖原子电子层结构相同的+3价阳离子是Al3+。
【规律方法】原子(离子)结构示意图书写时的注意事项
一、要正确区分原子结构示意图和离子结构示意图(通过比较核内质子数和核外电子数)。
二、将电子排布的几个规律加以融合,不能片面理解,要从整体上加以把握,正确对核外电子进行排布。
三、示意图的绘制应符合标准,注意图形的完整性,如:圆圈内的“+”不能省略。
【素养训练】
有A、B、C三种元素,核电荷数均小于18。已知A元素原子的核电荷数大于B元素原子的核电荷数,但两种元素的原子具有相同数目的电子层,A元素最外层电子数为B元素的两倍,A元素原子第三层电子数为第一层电子数的三倍,C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍,其质子数为最外层电子数的6倍。请回答下列问题:
(1)A的原子结构示意图:____________;A元素的名称:________。?
(2)B的原子结构示意图:____________;B元素的名称:________。?
(3)C的离子结构示意图:__________;C元素的符号:__________。?
【解析】因为最内层最多容纳2个电子,又已知A元素第三层电子数是第一层电子数的3倍,所以第三层电子数为2×3=6,则A为硫。B元素与A元素电子层数相同且最外层的电子数为6÷2=3,则B为铝。已知C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍,质子数为最外层电子数的6倍,4与6的最小公倍数为12,可见该元素原子的核内质子数应为12的倍数,又因为核电荷数小于18,故为镁元素。
答案:(1)
硫 (2)
铝
(3)
Mg
【课堂小结】
三言两语话重点
(1)原子核外电子排布规律的“1个最低”和“3个最多”:
①“1个最低”——核外电子总是尽量先排布在能量最低的电子层里;
②“3个最多”——各电子层最多容纳电子数2n2;最外层电子数最多8个;次外层电子数最多18个。
(2)最外层电子数是次外层电子数的“2、3、4”倍的元素分别为C、O、Ne。
课堂检测·素养达标
1.同一个原子的下列电子层中,能量最高的是
( )
A.L层 B.K层 C.N层 D.M层
【解析】选C。核外电子排布,从里向外,分别是K、L、M、N等电子层,能量逐渐升高。
【补偿训练】
下列叙述正确的是
( )
A.电子的能量越低,运动区域离核越远
B.核外电子的分层排布即核外电子的分层运动
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
【解析】选B。原子核外的电子的分层排布是指核外电子在不同的区域运动,能量越低的电子运动区域离核越近,A错;核外电子的分层排布即核外电子的分层运动,B正确;稀有气体元素中He的原子最外层只有2个电子,C错;M层为最外层时,最多只能排8个电子,D错。
2.下列是几种粒子的结构示意图,有关说法不正确的是
( )
A.①和②属同种元素
B.②属于稀有气体元素
C.①和③的化学性质相似
D.④属于金属元素
【解析】选B。A项,①和②分别是O和O2-,都属于氧元素,正确;B项,②属于氧元素,不属于稀有气体元素,错误;C项,③为硫原子,①为氧原子,其最外层上均有6个电子,化学性质相似,正确;D项,④为金属钠,正确。
【补偿训练】
某元素的原子核外有三个电子层,M层的电子数是L层电子数的
,则该元
素的原子为
( )
A.Li
B.Al
C.Si
D.K
【解析】选C。三个电子层即K、L、M,K层2个电子,L层8个电子,可知M层4个电
子,该元素的核外电子排布为2、8、4,是硅元素。
3.(双选)(2020·泉州高一检测)据报道,科学家新合成了一种抗癌、治癌的药物,其化学式可表示为10B20。下列叙述正确的是
( )
A.10B20为硼元素的一种原子
B.10B20为硼元素的一种单质
C.10B20的中子数与核外电子数相同
D.10B的原子核外电子排布为
【解析】选B、C。10B20既表示一种由B元素组成的单质,又表示由20个10B原子构成的分子,A不正确;10B20为硼元素的一种单质,B正确;10B20的中子数与核外电子数相同,C正确;10B原子的核电荷数为5,且最外层只有3个电子,D不正确。
【素养新思维】
4.(2020·莆田高一检测)已知元素X、Y、Z质子数都小于18,并且质子数X+Y=Z。X原子的电子层数与它的核外电子总数相同,Z原子有两个电子层,外层电子数是内层的电子数的三倍,则
(1)X是________,Z是________;Y原子结构示意图____________。?
(2)由Y和Z组成,且Y和Z的质量比为7∶20的化合物的分子式是___________。?
(3)X、Z可以形成两种化合物A和B,A中原子个数比为2∶1,则A的摩尔质量是________。B中两原子个数比为1∶1,实验室常用B制备少量的氧气,写出该反应的化学反应方程式____________。?
【解析】元素X、Y、Z质子数都小于18,X原子的电子层数与它的核外电子总数
相同,则X为H元素;Z原子有两个电子层,外层电子数是内层的电子数的三倍,最
外层电子数为6,则Z为O元素;由于质子数X+Y=Z,故Y质子数=8-1=7,故Y为N元素。
(1)X是H元素,Z是O元素;Y为N元素,原子结构示意图为
;
(2)m(N)∶m(O)=7∶20,可知n(N)∶n(O)=
∶
=2∶5,故该化合物为N2O5;
(3)H、O可以形成两种化合物A和B,A中X、Z原子个数比为2∶1,则A为H2O,则A的
摩尔质量是18
g·mol-1;B中两原子个数比为1∶1,则B为H2O2,实验室常用H2O2制
备少量的氧气,反应的化学反应方程式为2H2O2
2H2O+O2↑。
答案:(1)H元素 O元素
(2)N2O5
(3)18
g·mol-1 2H2O2
2H2O+O2↑课时素养评价
九 人类对原子结构的认识
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.(2020·福州高一检测)人类对原子结构的探索从未停止过,下列有关原子结构的说法中正确的是
( )
A.所有的原子都含有质子、中子和电子
B.科学家汤姆生首先发现了电子并提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型
C.在化学反应过程中,原子核和原子的最外层电子数都一定会发生变化
D.任何原子核中都含有中子
【解析】选B。不是所有的原子都含有中子,如1H中就没有中子,故A错误;汤姆生发现电子后,最早提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型,故B正确;在化学反应过程中,原子核不发生变化,发生变化的是原子的最外层电子数,故C错误H原子核中没有中子,故D错误。
2.据报道,放射性同位素钬Ho可有效治疗肝癌。该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是
( )
A.32
B.67
C.99
D.166
【解析】选AHo的核外电子数为67,中子数为166-67=99,中子数与核外电子数之差为99-67=32。
3.(2020·淮安高一检测)德、法、美及波兰等多国科学家组成的科研小组合成了非常罕见的Fe原子,有关Fe的说法正确的是
( )
A.它是一种新元素
BFe与Fe互为同素异形体
C.它是一种新核素
D.这是铁原子发生衰变放出两个质子形成的核素
【解析】选CFe是一种新的核素,不是新元素,A错,C对Fe与Fe互为同位素,B错;铁原子发生衰变放出两个质子形成的核素的质子数应为24,D错。
4.(2020·嘉兴高一检测)某元素一种核素原子的质子数为m,中子数为n,则下述论断正确的是
( )
A.不能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.若碳原子质量为W
g,此原子的质量为(m+n)W
g
D.核内中子的总质量小于质子的总质量
【解析】选A。元素的平均相对原子质量是各种核素的相对原子质量根据所占的原子百分比计算出的平均值,不是某一个原子的相对原子质量,选项B是错误的;任一原子的质量不可能是碳原子质量与此原子的质子数与中子数之和的乘积,而且碳原子有多种同位素,选项C中的W是没有被指定的数值,只从这一点来看,选项C也不能成立;题目没有指明是哪种核素,无法确切知道此核内质子数与中子数的相对多少,故选项D也不对,如氢元素对应的HHH中,质子数分别大于、等于和小于中子数。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.科学研究表明,月球上有丰富的He资源,可开发利用并作为未来的新型能源。
(1He的中子数是______?He与He互称为________。?
(2)α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的原子核,由此推断α粒子含有________个质子和________个中子。?
(3)在HeHe两种核素中,原子核内的中子数之差为________,与α粒子有相同质子数和中子数的是________。?
【解析】(1He表示质子数为2、质量数为3的一个氦原子,其中子数是3-2=1He与He互称为同位素。
(2)根据α粒子是一个原子核可知α粒子中不含电子,再由α粒子带有2个单位正电荷可知其含有2个质子,进而可以根据质量数为4的原子核推断出α粒子含有2个中子。
(3He中有2个质子和1个中子He中有2个质子和2个中子,故二者中子数之差为1;在He中有2个质子和2个中子,与α粒子有相同质子数和中子数。
答案:(1)1 同位素 (2)2 2 (3)1He
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
6.(双选)(2020·聊城高一检测)据ETH天文研究所报告,组成太阳的气体中存在20Ne和22Ne。下列关于20Ne和22Ne的说法正确的是
( )
A.22Ne的质子数为10
B.20Ne和22Ne的中子数相同
C.20Ne和22Ne的质量数相同
D.20Ne和22Ne互为同位素
【解析】选A、D。22Ne的质子数等于核电荷数为10,A正确;20Ne中子数为20-10=10,22Ne的中子数为22-10=12,B错误;20Ne质量数为20;22Ne
的质量数为22,C错误;20Ne和22Ne二者核电荷数一样,中子数不同,是同种元素,互为同位素,D正确。
7.(2020·福州高一检测)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】选A。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。
二、非选择题(本题包括1小题,共8分)
8.(2020·永安高一检测)(1)写出表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号:________。?
(2)根据下列微粒回答问题HHH、14C、14N、16O、Cl2。
①以上8种微粒共有__________种核素,共包括________种元素。?
②互为同位素的是________。?
③质量数相等的是________和________,中子数相等的是________和________。?
(3)相同物质的量的14CO2与S18O2的质量之比为________;所含中子数之比为________;所含电子数之比为________。?
【解析】(1)在表示原子组成时元素符号的左下角表示质子数,左上角表示质量数。因为质子数和中子数之和等于质量数,则表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号为O。
(2)HHH、14C、14N、16O表示核素,35Cl2和37Cl2表示氯气分子。题给8种微粒中共包括H、C、N、O、Cl
5种元素。②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,则互为同位素的是HHH。③质量数相等的是14C和14N,质量数均是14;中子数相等的是14C和16O,都含有8个中子。
(3)相同物质的量的14CO2与S18O2的质量之比为46∶68=23∶34;所含中子数之比为(14-6+8×2)∶[16+(18-8)×2]=2∶3;质子数等于核外电子数,则所含电子数之比为(6+8×2)∶(16+8×2)=11∶16。
答案:(1O (2)①6 5 HHH
③14C 14N 14C 16O (3)23∶34 2∶3
11∶16
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十 原子核外电子排布
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.(2020·福州高一检测)某元素原子的核外有2个电子层,最外层有6个电子,该元素原子核内质子数为
( )
A.6
B.8
C.14
D.16
【解析】选B。该元素的原子结构示意图为,故x=2+6=8,即该元素原子核内质子数为8。
2.(2020·北京市朝阳区高一检测)自然界中存在很多奇妙的规律。如不同微粒的核外电子排布可能相同。下列离子中,其核外电子排布与氖原子核外电子排布不同的是
( )
A.Mg2+
B.O2-
C.K+
D.Al3+
【解析】选C。氖原子核外电子排布图为,Mg2+的核外电子排布图为,与氖原子核外电子排布相同,A项不符合题意;O2-的核外电子排布图为,与氖原子核外电子排布相同,B项不符合题意;K+的核外电子排布图为,与氖原子核外电子排布不相同,C项符合题意;Al3+的核外电子排布图为,与氖原子核外电子排布相同,D项不符合题意。
3.(2020·邢台高一检测)下列叙述中正确的是
( )
A.H3O+和OH-中具有相同的质子数和电子数
B.中子数为20的氯原子可表示为Cl
CU和U是同位素,物理性质几乎完全相同,化学性质不同
D.S2-的结构示意图
【解析】选D。A项,H3O+质子数为11,氢氧根离子中的质子数是9,故A错误;B项,原子符号中左上角的数字表示质量数,质量数=质子数+中子数,则中子数为20的氯原子表示为Cl,故B错误;C项,互为同位素的原子,核外电子排布相同,最外层电子数决定化学性质,同位素的化学性质几乎完全相同,但物理性质不同,故C错误;D项,S2-的质子数为16,核外电子数为18,各层电子数分别为2、8、8;结构示意图故D正确。
4.(2020·温州高一检测)两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等,则在周期表的前10号元素中,满足上述关系的元素共有
( )
A.1对
B.2对
C.3对
D.4对
【解析】选B。前10号元素限制在1、2周期,即前者(A)在第1周期,后者(B)在第2周期,若A为H,则B为Be。若A为He,则B为C。共有两对。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.(2020·秦皇岛高一检测)Ⅰ.一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判断。
(1)若该粒子为中性微粒,则这种微粒的符号是________。?
(2)若该粒子得到一个电子后变为中性原子,其原子很容易失去电子,则这种微粒的符号是________。?
(3)若该微粒失去1个电子后,变为中性原子,其原子很容易得到1个电子,则这种微粒的符号是________。?
Ⅱ.已知某粒子的结构示意图为。
(4)当x-y=10时,该粒子为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。?
(5)当y=8时,粒子可能为(填名称)__________、________、________、________、________。?
【解析】Ⅰ.(1)若为中性微粒,说明核外电子数等于质子数,即该微粒质子数为10,为Ne原子。(2)若该微粒得到1个电子后变为中性原子,则该微粒带一个单位正电荷,为Na+。(3)若该微粒失去1个电子后变为中性原子,则该微粒带一个单位负电荷,为F-。Ⅱ.(4)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;(5)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。
答案:Ⅰ.(1)Ne (2)Na+ (3)F- Ⅱ.(4)原子 (5)氩原子 氯离子 硫离子 钾离子
钙离子
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
6.(2020·绍兴高一检测)两种微粒含有相同的质子数和电子数,这两种微粒可能是
( )
①两种不同的原子 ②两种不同元素的原子 ③一种原子和一种分子 ④一种原子和一种离子 ⑤两种不同分子 ⑥一种分子和一种离子 ⑦两种不同阳离子 ⑧两种不同阴离子 ⑨一种阴离子和一种阳离子
A.①③⑤⑥⑦⑧
B.①③⑤⑦⑧
C.①③④⑤⑦
D.全部都是
【解析】选B。分子或原子中质子数=核外电子数,阳离子中质子数=核外电子数+电荷数,阴离子中质子数=核外电子数-电荷数,同位素的不同核素具有相同的质子数和核外电子数。①互为同位素的原子含有相同的质子数和电子数,故正确;②不同元素的原子其质子数(或电子数)一定不同,故错误;③氖原子和水分子具有相同的质子数和电子数,故正确;④一种原子和一种离子其质子数相同时,电子数一定不同,故错误;⑤H2O和NH3具有相同的质子数和电子数,故正确;⑥一种分子和一种离子含有的质子数相同时,电子数一定不同,故错误;⑦钠离子和铵根离子具有相同的质子数和电子数,故正确;⑧氢氧根和氟离子具有相同的质子数和电子数,故正确;⑨一种阴离子和一种阳离子含有的质子数相同时电子数一定不同,故错误。
7.(双选)(2020·宁德高一检测)化学上用符号X”表示原子的组成,其中X代表元素符号,Z表示原子核内的质子数,A表示原子核内质子数与中子数之和。已知Xn+和Ym-的电子层排布完全相同,则下列关系正确的是
( )
A.b-a=d-c
B.a-n=c+m
C.a+n>c-m
D.b-n=d+m
【解析】选B、C。b-a和d-c表示的是元素的中子数,虽然Xn+和Ym-的电子层排布完全相同,但是两种离子的中子数不一定相等,故A选项关系错误;a-n表示Xn+离子电子层排布的电子数,c+m表示Ym-离子电子层排布的电子数,因为Xn+和Ym-的电子层排布完全相同,因此表示两种离子的电子数相等,B选项关系正确;a+n表示X元素质子数加上失去的电子数;c-m表示Y元素质子数加上得到的电子数;由Xn+和Ym-的电子层排布完全相同可得,a+n>c-m,故C选项关系正确;b-n表示原子核内质子数与中子数之和减去失去的电子数,d+m表示原子核内质子数与中子数之和加上得到的电子数,由于中子数不一定相等,b-n不一定等于d+m,故D选项关系错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共8分)
8.(2020·衢州高一检测)A、B、C、D是四种元素的原子,质子数都小于20。A原子与B原子的最外层电子数相同,B原子与C原子的核外电子层数相同,0.2
mol
C单质与足量稀硫酸反应时放出H2
6.72
L(标准状况),A原子最外层上的电子数比次外层上的电子数多5个,C原子与D原子的质子数之和为32。
(1)A、B、C、D的元素符号分别为________、________、________、________。?
(2)A的离子结构示意图为________,C的原子结构示意图为________。?
(3)C的硫酸盐的化学式为______________,C单质与稀硫酸反应的化学方程式为__?_____________________________________。?
【解析】由A原子最外层上的电子数比次外层电子数多5个,可推知A元素为F;又由A原子与B原子的最外层电子数相同,则B元素为Cl;根据0.2
mol
C单质与足量稀硫酸反应放出0.3
mol
H2可判断C单质与酸反应时生成了+3价的化合物,C元素为Al;再由C原子与D原子的质子数之和为32,可得D元素为K。
答案:(1)F Cl Al K
(2)
(3)Al2(SO4)3
2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑
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