第三单元 人类对原子结构的认识
(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)
一、选择题
1．表示式2760Co中的“60”表示( )
A．钴的一种同位素的相对原子质量是60
B．钴元素的一种同位素的质量数是60
C．钴的相对原子质量是60
D．钴元素的质量数是60
【解析】 60Co表示钴元素的一种同位素原子的质量数为60。
【答案】 B
2．23He可以作为核聚变材料。下列关于23He的叙述正确的是( )
A．23He和13H互为同位素
B．23He原子核内中子数为2
C．23He原子核内质子数为2
D．23He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子
【解析】 23He核内质子数为2,13H核内质子数为1，两者质子数不等，不是同位素，A不正确。23He核内中子数为1，B不正确，C正确。23He代表原子核内有2个质子和1个中子的He原子，D不正确。
【答案】 C
3．下列粒子中，电子数大于质子数且质子数大于中子数的是( )
A．D2O B．Li＋
C．OD－ D．OH－
【解析】 分子中电子数等于质子数，所以A项排除；B项阳离子的电子数小于质子数，所以B项排除；C项OD－的质子数为9而中子数也为9。所以正确答案为D项。
【答案】 D
4．对于原子核外电子运动状态的认识是有关原子结构研究中的重大成果，下列说法中不正确的是( )
A．原子核外的电子是作无规律运动的
B．原子核外电子的运动是有规律的，并且这个规律已经被人们认识到了很高的程度
C．可以近似认为原子核外电子是分层排布的
D．原子核外电子是清晰而又严格的分层排布的
【解析】 原子核外电子的运动是有规律的，但这个规律不同于宏观物体的运动规律。“分层排布”是对原子核外电子运动的状态作近似描述的方法，这种描述与电子运动的实际状态还有一定的差别。
【答案】 AD
5．某元素R的阴离子R2－核外共有a个电子，核内有b个中子，则表示R原子的符号正确的是( )
【解析】 R2－代表的是R原子获得了2个电子，所以R原子的电子数为a－2，即有a－2个质子，那么质量数为b＋a－2，表示为。
【答案】 D
6．下列说法不正确的是( )
①质子数相同的粒子一定为同一种元素 ②同一元素的核素种数由中子数决定 ③同位素的化学性质几乎相同 ④质子数相同、电子数也相同的两种粒子，不可能是一种分子和一种离子 ⑤Cl2中35Cl与37Cl两种核素的个数之比与HCl中35Cl与37Cl的个数之比相等
A．③ B．④
C．②⑤ D．①
【解析】 本题考查元素、核素、同位素的概念。解决本题的关键在于弄清概念的内涵及外延。元素的定义中有两个要点：一是质子数相同，二是必须为原子。如HF与Ne质子数均为10，但二者不是同一种元素，故①错；同一元素的核素中质子数相同，中子数不同，显然中子数决定核素种数，故②正确；一种分子和一种离子，若质子数相等，它们的电子数一定不等，故④正确；同位素化学性质几乎相同，但其质量数不同，物理性质不同，在自然界中原子百分比不变，故③⑤正确。
【答案】 D
7．简单原子的原子结构可用下图所示方法来形象表示。
其中●表示质子或电子，○表示中子，则下列有关叙述正确的是( )
A．①②③互为同位素
B．①②③为同素异形体
C．①②③是三种化学性质不同的粒子
D．①②③具有相同的质量数
【解析】 可以看出三种粒子核内质子数均为一个，都是中性原子，不同的是核内中子数，它们分别是1H、2H、3H，三者互为同位素。
【答案】 A
8．美国科学家将铅和氪两种元素的原子核对撞，获得了一种质子数为118、质量数为293的新元素，该元素原子核内的中子数和核外电子数之差为( )
A．47 B．57
C．61 D．175
【解析】 该元素的原子核内中子数为293－118＝175，核外电子数＝质子数＝118，所以中子数与核外电子数之差为175－118＝57。
【答案】 B
二、非选择题
9．1999年俄、美科学家联合小组合成了第114号元素的一种同位素，该核素原子的质量数为298，则这种同位素原子的核内中子数为________，核内质子数为________，近似相对原子质量为________。
【答案】 184 114 298
10．用下面的原子或离子结构示意图的编号(A、B、C、D)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________。
【答案】 (1)BC (2)AB (3)D (4)C
11．(2010年合肥高一期末测试)写出下列各粒子的化学式：
(1)由两个原子组成的具有10个电子的分子是________，阴离子是________。
(2)由四个原子组成的具有10个电子的分子是________，阳离子是________。
(3)由三个原子组成的具有10个电子的分子是________。
(4)由五个原子组成的具有10个电子的阳离子是________。
【解析】 核外电子总数为10个电子的粒子
①分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4
②阳离子：Mg2＋、Na＋、Al3＋、NH4＋、H3O＋
③阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NH2－
【答案】 (1)HF OH－ (2)NH3 H3O＋ (3)H2O
(4)NH4＋
12．(能力提高)现有下列基本粒子：1H、2H、3H、1H＋、234U、235U、238U、40K、40Ca、Cl2、14N、14C，请回答下列问题：
(1)其中，它们分属________种元素，属于氢元素的核素有________种，属于铀元素的核素有________种。互为同位素的原子分别为____________、____________。
(2)质量数相等的粒子为________、________、________(可不填满，也可补充)。
(3)氢的同位素1H、2H、3H与氧的同位素16O、17O、18O相互结合为水，可得水分子的种数为________；可得相对分子质量不同的水分子种数为________。
【解析】 本题考查元素、核素、同位素的相互关系，解决本题的关键在于理解并能灵活运用所学知识。
(1)本题列出的12种粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C 7种元素，1H和1H＋是同一种核素的不同粒子，1H、2H、3H属于氢元素的3种不同核素，且互为同位素。234U、235U、238U属于铀元素的3种不同核素，也可为同位素；
(2)是为“质量数相等的粒子”，而非“质量数相等的原子”，否则，“1H和1H＋”不为答案；
(3)氢的同位素与氧的同位素16O形成的H2O有以下6种：
3种 3种
与16O可形成6种分子，分别为：1H1H16O、2H2H16O、3H3H16O以及1H2H16O、1H3H16O、2H3H16O，把16O换为17O、18O又各有6种，故总共有18种水分子，所得18种水分子中，相对分子质量最小的为Mr(1H216O)＝18，最大的是Mr(3H218O)＝24，其间还有相对分子质量为19、20、21、22、23的相对分子质量不同的5种水分子；故共有相对分子质量不同的水分子7种。
【答案】 (1)7 3 3 1H、2H、3H 234U、235U、238U
(2)40K、40Ca 14N、14C 1H、1H＋
(3)18 7(共43张PPT)
第三单元 人类对原子结构的认识
1．学习原子结构模型的演变过程，体验科学实验、科学思维对化学学科发展的重要作用。
2．掌握原子核外电子排布的规律，认识原子结构与元素化学性质之间的必然联系。
3．掌握原子的构成及构成原子的各微粒间的关系，学会表达原子组成的符号书写。
4．了解核素、同位素等概念，认识其应用。
一、原子结构模型的演变
历史年代 原子结构模型的名称 主要理论依据或技术 原子结构模型的主要论点
公元前
5世纪 古希腊哲学家
的古代原子说 原子是构成物质的微粒，万物都是由间断的、不可分割的微粒——原子构成的，原子的结合和分离是万物变化的根本原因
19世纪初 英国科学家
的近代原子学说 参考元素化合时具有确定的质量比的关系 ①物质由原子构成；②原子不能被创造，也不能被毁灭；③原子在化学变化中不可再分割，它们在化学变化中保持本性不变
德谟克利特
道尔顿
19世纪末
20世纪初 的“葡萄干面包式”原子结构模型 ①原子中存在电子，电子的质量为氢原子质量的；②原子中平均分布着带正电荷的微粒，这些微粒之间镶嵌着许多电子
1911年 英国物理学家
的带核原子结构模型 参考α粒子的散射现象 ①原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围做高速运动；②电子的运动形态就像行星绕太阳运转一样
汤姆生
卢瑟福
1913年 丹麦物理学家
的原子轨道模型 运用量子论观点研究氢原子光谱 ①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值；②电子在这些轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量
20世纪初 现代
模型(电子云模型) 微观世界的波粒二象性 ①原子是由原子核和核外电子构成的；②电子运动不遵循经典力学的原理；③对于多电子原子，电子在核外一定空间近似于分层排布
玻尔
量子力学原子结构
二、原子结构与元素的性质
1．原子的核外电子排布
(1)自从道尔顿提出原子论后，人们相继发现了 、 和
等，对原子结构的认识更加深刻。现在人们已经知道，原子是由 和 构成的，对于 原子，可以近似认为电子在原子核外是分层排布的。
例如，
电子
α粒子散射现象
氢原子光谱
原子核
核外电子
多电子
(2)核外电子排布的表示方法——结构示意图
人们常用原子结构示意图表示原子的核外电子排布，如氧原子的结构示
意图为???? ，钠原子的结构示意图为???? ?? 。
2．元素的化学性质与原子核外电子排布的关系
(1)稀有气体元素原子最外层电子数为8(氦为2)，是稳定结构，不易得失电子，因此化学性质稳定，一般不跟其他物质发生化学反应。例如，稀有气体Ne、Ar的原子结构示意图：
(2)金属元素原子最外层电子数一般少于4，在化学反应中容易失去电子。例如，要使该原子达到8个电子(最外层是一层时为2个电子)的稳定结构，通常是失去电子变为带正电荷的阳离子，阳离子所带正电荷的数目等于原子失去电子的数目。例如，Mg2＋的形成过程如图所示：
(3)非金属元素原子最外层电子数一般大于4小于7，在化学反应中容易得到电子；要使该原子的最外层达到8个电子(最外层是一层时为2个电子)的稳定结构，通常是得到电子变为带负电荷的阴离子，阴离子所带负电荷的数目等于原子得到电子的数目。O2－的形成过程如图所示：
3．化合价变化与电子得失的内在联系
化学反应中，原子核不发生变化，但原子的最外层电子会发生变化。最外层都有达到稳定结构的趋势，这种趋势只有在化学反应中，元素的原子相互结合时才能实现。一般采用两种方式：①得到或失去一定数目的最外层电子；②共用一定数目的电子对。由于得失电子和共用电子对都有“一定数目”，因此，不同元素相互化合时原子之间都有一定的个数比，化合价就是用来表现这种原子个数比的。由此化合价就是一种元素一定数目的原子，与其他元素一定数目的原子相互化合的性质，叫做这种元素的化合价。元素化合价在数值上等于原子失去或得到电子的数目(失为正，得为负)。
1.“金属元素在化合物中一定显正价，非金属元素在化合物中一定显负价”。这种说法正确吗？
【提示】 不正确。金属元素在化合物中一定显正价，但非金属元素在化合物中也可以显正价。如KClO3中Cl元素化合价为＋5。
三、原子核的组成
1．原子的构成
原子是由居于中心的 和 构成的，而原子核是由更小的微粒—— 和 构成的，1个质子带1个单位 电荷，1个电子带1个单位 电荷，中子不显电性。
原子核
核外电子
质子
中子
正
负
2．质量数
(1)质量数
如果忽略 的质量，将原子核内所有 和 的相对质量取近似整数值加起来所得数值，叫做质量数，质量数用符号 表示。
(2)数量关系：中子数用符号 表示，质子数用符号 来表示，则质量数(A)＝ ＋ 。
(3)原子的质量数等于该原子 的近似整数值。
(4)原子组成的表示及含义
①原子
②ZAX的含义：代表一个 为A、 为Z的原子。如1735Cl表示一个质量数为 ，质子数为 、中子数为 的氯原子。
电子
质子
中子
N
Z
N
相对原子质量
质量数
质子数
35
18
17
A
Z
3．元素、核素和同位素
(1)元素
具有相同 (即 )的同一类原子的总称叫做元素。
①决定元素种类的因素：核电荷数(即质子数)与中子数和电子数无关。
②元素定义中的原子既包括中性原子，又包括带电的原子(即阴、阳离子)。例如，11H、12H、13H、H＋等都称为氢元素。
③元素是一个种类概念，因此只能说人类到目前为止已经发现了近120种元素，而不能说120个元素。
核电荷数
质子数
(2)核素
具有一定 和一定 的一种原子称为一种核素。在天然存在的各种元素中，不论是游离态还是化合态，各种核素所占的原子百分比一般是不变的。
质子数
中子数
(3)同位素
相同， (或 )不同的 元素的 原子互称为同位素。
①当一种元素至少存在两种核素时，可以运用同位素的概念。
②同位素是同一元素、不同核素间的互称，不指具体原子。
③元素的相对原子质量，是按各种同位素原子所占的一定百分比算出来的平均值。
④决定同位素种类的因素是中子数(质子数相等)。
⑤大多数元素都有同位素，因此发现的核素(原子)种类远多于元素种类。
⑥同位素的质量数不同，物理性质不同；核外电子数相同，化学性质相同。
质子数
质量数
中子数
同一
不同
2.元素的种类由什么决定？核素的种类由什么确定？
【提示】 元素的种类取决于质子数。核素的种类由质子数和中子数共同决定。
一、原子结构模型的演变
十九世纪初，英国科学家提出的近代原子学说主要有哪些论点？从现今的原子结构理论来看，哪些说法是错误的？
[师生互动]
【提示】 (1)主要论点：①物质由原子构成；②原子不能被创造，也不能被毁灭；③原子在化学变化中不可再分割，它们在化学变化中保持本性不变。
(2)道尔顿的近代原子学说对科学的发展起到很大的促进，但其中的原子在化学变化中保持本性不变的论点是错误的。
卢瑟福原子结构模型的内涵是什么？
[学生交流]
【提示】 英国物理学家卢瑟福在参考α粒子散射现象实验的基础上提出：带核的原子结构模型。其主要论点如下：
(1)原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围做高速运动；
(2)电子的运动形态就像行星绕太阳运转一样。
自从1803年英国化学家、物理学家道尔顿提出原子假说以来，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。请判断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种基本构成微粒不可能再进一步分成更小
的微粒
【思路指引】 通过人类对原子结构已有的认识水平和将来可能变化的知识，用发展和辩证的观点来看待问题。
【解析】 所有的原子都含有相同数目的质子和电子，但不一定含有中子，如11H中就没有中子，多数原子的中子数和质子数比较接近但并没有必然的数量关系，核素是由质子数和中子数共同决定的，故A、B两选项是错误的。原子核对核外电子的吸引作用就是质子对电子的吸引，所以C选项是正确的。从发展的观点出发，原子中的基本构成微粒有可能再进一步分成更小的微粒，如科学家们已经研究发现了质子和中子里面还有更小的微粒——夸克，所以D选项是错误的。
【答案】 C
二、原子结构与元素的性质
在化学反应过程中，原子核是否发生变化？
[师生互动]
【提示】 化学反应中原子核不变化，原子核外的最外层电子发生变化。
填表，对比Na、Mg、O、Cl四种元素原子结构与元素性质间的联系。
一些元素的原子得失电子的情况
元素 原子结构 化合价 原子最外层电子数目 失去(或得到)电子的数目
Na ＋1 ____1个电子
Mg 失____个电子
O －2 ____2个电子
Cl 得____个电子
[学生交流]
【提示】 1 失 ＋2 2 2 6 得 －1 7 1
常见元素中，其最高正价或最低化合价与原子结构有何联系？
[师生互动]
【提示】 金属元素常显正价，且最高正价等于其最外层电子数；非金属元素常显负价，最低负价等于其最外层电子数减8。除F元素外，非金属元素也有正价，其最高正价等于它的最外层电子数。
2006年诺贝尔物理学奖由美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特共同获得，奖励他们为宇宙起源的大爆炸理论提供了支持。根据大爆炸理论，在大爆炸后约2 h，诞生了大量的氢、少量的氦，以及极少量的锂。下列说法不正确的是( )
A．氢原子因获得一个电子能变成稳定结构，故也可与Na反应生成NaH
B．氢原子与氢离子都属于氢元素，它们的化学性质相同
C．氦元素原子最外层有2个电子，故其化学性质稳定
D．锂原子易失去最外层1个电子，形成最外层为2个电子的稳定结构
【思路指引】 解决此类问题要熟悉氢、氦、锂的电子排布结构，然后根据电子层结构推断其化学性质。
【解析】 选项A，氢原子获得一个电子变成H－，Na易失1个电子形成Na＋，故可形成NaH，正确；选项B，氢原子与氢离子核外电子排布不同，故化学性质不同，错误；选项C，氦原子属于稀有气体，化学性质稳定，正确；选项D，锂易失最外层电子，形成类似氦的稳定结构，正确。
【答案】 B
1.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(填写代号，在本小题中下同)______，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化合物的化学式是________，可经过得失电子后再相互结合形成化合物的化学式是________。
(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________；列举原子的稳定性与C最接近的元素，写出元素的符号________。
【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，但与原子核无关。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。(4)在核电荷数1～10的元素内，N原子的核外共有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，其中最外层上是7个，F原子得到1个电子后形成的F－与B的电子层结构相同。
【答案】
(2)B、C、E C D A
(3)MgO NaCl
(4)N3－、F－ Ne
三、原子核的组成
原子作为一个整体不显电性，为什么？
[师生互动]
【提示】 任何原子都由带正电荷的原子核和核外电子构成。由于原子核内质子数等于核外电子数，并且一个质子和一个电子所带电的电量相等、电性相反，中子不显电性。所以原子整体不显电性。
原子组成符号ZAX的含义是什么？
[学生交流]
【提示】 ZAX表示一种质子数为Z，质量数为A的一种原子。
质量数和原子的相对原子质量表示的含义是否相同？
[师生互动]
【提示】 不相同。质量数是质子数和中子数之和，而相对原子质量表示这种原子相对于12C质量的 的相对大小。但质量数和相对原子质量都能表示一个原子的轻重。
同种元素的原子，质子数是否相同？中子数是否相同？
[学生交流]
【提示】 同种元素的原子质子数相同，中子数不一定相同。
下列叙述错误的是( )
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，它们的质子数相等
C．14C和14N的质量数相等，它们的中子数不等
D．6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等
【解析】 13C与14C、11H与12H分别互为同位素，故A、B两项正确；14C的质量数为14，中子数为14－6＝8,14N的质量数为14，中子数为14－7＝7，故C项正确；6Li与7Li互为同位素，二者的质子数、电子数都相等，中子数不相等，故D项错误。
【答案】 D
2.(2009年广东高考)我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素
与的说法正确的是( )
A. 互为同位素
B. 的质量数相同
C. 是同一种核素
D. 的核外电子数和中子数均为62
【解析】
由稀土元素 可知，两者是含有相同质子数、不同中子数的同种元素；其中的质量数为144，中子数为82; 的质量数为150，中子数为88，故B、D项错误；根据核素的定义可知 为两种核素，故C项错误。
【答案】 A
一、原子结构中两个等式的理解
1．核电荷数＝核内质子数＝核外电子数
(1)适用于原子、分子等电中性微粒。
(2)若为阳离子Xm＋，核电荷数＝核内质子数＝核外电子数＋m。
(3)若为阴离子Xn－，核电荷数＝核内质子数＝核外电子数－n。
2．质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，此表示式适用于原子及简单离子。
二、元素、核素和同位素的区别与联系
元素、核素、同位素这三个概念相近，容易混淆，采用下图来区分。
1．同种元素，可有若干种不同的核素。
2．核电荷数相同的不同核素，虽然它们的中子数不同，但是属于同一元素。
3．同位素是同一元素的不同核素之间的互称，不指具体的原子，即为A1 ZX、A2 ZX、A3 ZX……的互称。
4．如果不特别指出，所谓元素的原子一律指常见的普通原子。
(1)“同位”是指这几种核素的质子数(核电荷数)相同，在元素周期表中占据同一位置。
(2)因许多元素存在同位素，故原子的种类多于元素的种数。但也并非所有的元素都有同位素，如Na、F、Al等就没有同位素。
(3)同位素分为稳定同位素和放射性同位素。
三、元素的化学性质取决于原子的最外层电子数
核电荷数1～18的元素原子结构示意图
元素的化学性质属于物质发生化学变化的问题。在物质发生化学变化的过程中，原子核保持不变，一般是在原子的最外层上发生电子数目的变化，有的原子也涉及到个别的内电子层上电子数目的变化，变化的趋向一般是达到原子具有稳定的电子层结构。因此，原子核外最外电子层上的电子数目对于元素的化学性质有着至关重要的影响。
道尔顿的原子学说曾经对化学发展产生巨大影响，因而被誉为“近代化学之父”。他的学说包含下述三个论点：
①原子是不能再分的粒子 ②同种元素的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，你认为这三个论点中不确切的是( )
A．①③ B．②③
C．③ D．①②③
【解析】 从现代量子力学观点来分析，道尔顿的原子学说以上几条论点都不正确。
【答案】 D
1．
关于12C、13C、14C的说法中，正确的是( )
A．都属于碳元素
B．表示三种碳原子
C．表示三种同素异形体
D．表示碳元素的三种相对原子质量
【解析】 12C、13C、14C为碳元素的三种碳原子，互为同位素。
【答案】 AB
2．
用A.质子数，B.中子数，C.核外电子数，D.最外层电子数，E.电子层数，填写下列空格。
(1)原子种类由________决定。
(2)元素种类由________决定。
(3)元素有无同位素由________决定。
(4)1～18号元素的化合价主要由________决定。
(5)元素的化学性质由________决定。
【解析】 依据元素、原子、同位素的概念确定答案。
【答案】 (1)AB (2)A (3)B (4)D (5)AD
3．
