近年高中化学专题1化学家眼中的物质世界第三单元人类对原子结构的认识学案苏教版必修1整理.docx

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2018高中化学专题1化学家眼中的物质世界第三单元人类对原子结构的认识学案苏教版必修1

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第三单元　人类对原子结构的认识

［学习目标定位]　1.知道原子结构模型的演变。

2。

熟知原子的构成，能书写原子结构示意图，会分析元素在形成化合物时表现的化合价等性质的原因.3。

认识同位素的概念，能进行有关质量数、质子数、中子数、核外电子数的计算。

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（即原子）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,在化学变化中不可再分割，在化学反应中保持本性不变。

3．汤姆生原子结构模型

1897年，汤姆生发现原子中存在电子，并提出了一个被称为“葡萄干面包式"的原子结构模型.

4．卢瑟福原子结构模型

原子由原子核和核外电子构成，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轨道上运动,每个轨道都有一个确定的能量值。

6．现代原子结构学说--电子云模型

原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用量子力学模型描述核外电子的运动.

例1

　人类对原子结构的认识经历了漫长的历史阶段。

下列实验事实与原子结构模型建立的关系正确的是（　　）

A．电子的发现：

道尔顿的原子结构模型

B．α粒子散射：

卢瑟福原子结构模型

C．α粒子散射:

玻尔原子结构模型

D．氢原子光谱：

卢瑟福原子结构模型

答案　B

解析　道尔顿的原子结构模型是道尔顿通过对大气的物理性质进行研究而提出的；卢瑟福原子结构模型是通过α粒子散射实验提出的；玻尔原子结构模型是玻尔在牛顿力学的基础上吸收了量子论和光子学说的思想建立起来的.

二、原子核外电子排布

1．原子结构

（1）原子结构

（2）表示方法：

原子结构示意图

如O：

；Mg：

。

2．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（He2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，表示负化合价。

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。

例2

　下列微粒结构示意图中，不正确的是（　　）

答案　D

解析　当原子核外第一电子层是最外电子层时，其中的最多电子数为2，当原子核外其他电子层作为最外层时，其中的最多电子数为8，因此

是错误的。

例3

　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）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________，稀有气体一般不参与化学反应的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）写出D参加化学反应后所得离子的结构示意图___________________________________。

答案　

（1）BC　

（2）AB　（3）D　（4）C　原子的最外层电子已达到8（或2）电子的稳定结构，既不易失去电子也不易得到电子　（5）

解析　电子层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；稀有气体原子最外电子层上一般为8个电子，He最外层为2个电子。

三、原子核的组成

1．原子的组成

（1）原子

（2）质量数：

将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数加起来所得的数值，用A表示。

（3）构成原子的微粒间的两个关系

①质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）

②质子数＝核外电子数＝核电荷数＝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

C表示质子数为6，质量数为12的碳原子.

1构成原子或离子的微粒之间的数量关系

①质量数A＝质子数Z＋中子数N。

②原子中：

质子数＝核电荷数＝核外电子数.

③阳离子中：

质子数＝核电荷数＝核外电子数＋离子所带电荷数。

④阴离子中:

质子数＝核电荷数＝核外电子数－离子所带电荷数。

2并不是所有原子都是由质子、中子和电子构成的。

如

H是由质子和核外电子构成。

2．核素

（1）概念：

具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素。

（2）氢元素的三种核素（

H、

H、

H），质子数均为1；中子数分别为0、1、2.

（3）碳元素的三种核素

C、

C、

C，质子数均为6，中子数分别为6、7、8。

3．同位素

（1）概念：

质子数相同、质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素。

（2）特点—-两同两不同

①两同:

质子数相同，元素相同；

②两不同：

中子数不同，原子不同。

（3）用途

①放射性的

C用于考古断代。

②

H和

H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.

　元素、核素、同位素之间的关系如下图

例4

　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

答案　C

解析　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.

例5

　填空

（1）

S2－中的质子数是__________，中子数是________，核外电子数是________,质量数是________。

（2）微粒“AXn－”核外有18个电子，则它的核电荷数为__________,核内中子数为__________。

（3）由1H

O与2H

O所代表的物质中，共有______种元素，______种原子，______种分子，互为同位素的原子有________________。

答案　

（1）16　18　18　34　

（2）18－n　A－（18－n）

（3）2　4　2　1H和2H、16O和17O

特别提示

“同位"是指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置.如

O与

O互为同位素，而40K和40Ca不互为同位素。

1．（2018·嘉兴一中高一月考）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

答案　B

2．YBa2Cu8Ox（Y为钇元素）是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于

Y的说法中不正确的是（　　）

A．质量数是89

B．中子数与质子数之差为50

C．核外电子数是39

D。

Y和

Y是两种不同的核素

答案　B

解析　对于原子

Y,其质子数为39,质量数为89,中子数为89－39＝50，中子数与质子数之差为50－39＝11,核外电子数为39。

Y和

Y的质子数相同而中子数不同，是两种不同的核素，互为同位素。

3．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

答案　C

解析　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。

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，则该元素原子的中子数为（　　）

A．A－x－nB．A－x＋n

C．A＋x－nD．A＋x＋n

答案　A

解析　质量数＝质子数＋中子数，因此要求中子数必须先要知道质量数和质子数。

本题阳离子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，该原子的中子数为A－（x＋n）＝A－x－n。

5．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______________。

（4）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：

____________。

答案　

（1）O、Mg　

、

（2）BCE　C　D　A

（3）MgO　NaCl

（4）N3－、F－

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。

（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.

[对点训练］

题组一　原子结构模型的演变

1．（2018·余姚中学高一期中）20世纪初，通过α粒子散射实验提出带核的原子结构模型的科学家是（　　）

A．卢瑟福B．舍勒C．汤姆生D．玻尔

答案　A

2．提出原子结构模型的科学家，从时间的先后顺序来看,下列排列正确的是（　　）

A．汤姆生、玻尔、卢瑟福、道尔顿

B．汤姆生、玻尔、道尔顿、卢瑟福

C．卢瑟福、道尔顿、汤姆生、玻尔

D．道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔

答案　D

解析　19世纪初,道尔顿提出了原子学说；1904年汤姆生提出了一个被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型;1911年卢瑟福提出了带核的原子结构模型；1913年玻尔提出了新的原子结构模型.

3．如图所示的原子结构模型的演变图中，

（1）为道尔顿实心球式原子模型，

（2）为卢瑟福行星运转式原子模型,（3）为汤姆生葡萄干面包式原子模型，（4）为近代量子力学原子模型,（5）为玻尔轨道式原子模型.其中符合历史演变的顺序的一组为（　　）

A．

（1）（3）

（2）（5）（4）B．

（1）

（2）（3）（4）（5）

C．

（1）（5）（3）

（2）（4）D．

（1）（3）（5）（4）

（2）

答案　A

题组二　原子核外电子排布

4．（2017·杭州市五校联考）下列结构示意图所代表的微粒中，化合价为－1价的是（　　）

答案　D

5．某元素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．14B．15

C．16D．17

答案　A

解析　核外有三层，最外层上有4个电子,则第一、第二层已排满，每层电子数分别为2、8、4，则该原子的结构示意图为

故选A。

6．下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是（　　）

A．Al3＋B．Mg2＋C．Be2＋D．H＋

答案　B

解析　四种离子的核外电子层数分别是2、2、1、0。

7．（2018·慈溪实验高中月考）都具有和Na＋相同电子数的一组微粒是（　　）

A．Na　NH

B．CO　N2

C．CH4　H2OD．Mg　N2H4

答案　C

解析　Na＋核外电子总数为10，Na核外电子总数为11，NH

核外电子总数为10,A错误；CO和N2核外电子总数均为14,B错误；CH4和H2O核外电子总数均为10,C正确；Mg核外电子总数为12，N2H4核外电子总数为18，D错误.

题组三　原子的组成

8．R元素的原子序数小于20,其阳离子可用

Rn＋表示,且其最外层已达到8电子稳定结构，则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（A－Z）

C．所含电子数为（Z＋n）D．Z－n＝8

答案　B

解析　对于核素

R所形成的最外层已达到8电子结构的阳离子

Rn＋而言，其质子数为Z,中子数为（A－Z），电子数为（Z－n），（Z－n）可能等于10或18（如Na＋或K＋）。

9．（2018·温州中学高一期中）X、Y、Z和R分别代表四种元素。

如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－四种离子的电子层结构相同（a、b、c、d为元素的原子序数）,则下列关系正确的是（　　）

A．a－c＝m－nB．a－b＝n－m

C．c－d＝m＋nD．b－d＝n＋m

答案　D

解析　由于四种离子的电子层结构相同,则有a－m＝b－n＝c＋n＝d＋m，经分析关系正确的是D。

10．已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A,确定mgR2＋中含有电子的物质的量为（　　）

A.

mol

B。

mol

C。

mol

D．核内中子的总质量小于质子的总质量

答案　C

解析　R2＋核外电子数为（A－N－2），mgR2＋的物质的量为

＝

mol，mgR2＋中含有电子的物质的量为

（A－N－2）mol。

题组四　核素、同位素

11．下列有关说法中，你认为不正确的是（　　）

答案　C

解析　由于同位素的存在，所以原子种类大于元素种类，A正确;电子质量只有质子质量的

，B正确；氢元素中1H不含中子，C错误；12C与13C质子数相同（均为6）,中子数不同（前者为6，后者为7），互为同位素，D正确.

12．金属钛对人体体液无毒且有惰性，能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。

下列有关

Ti和

Ti的说法中正确的是（　　）

A．

Ti和

Ti的质量数相同,互称为同位素

B．

Ti和

Ti的质子数相同，互称为同位素

C．

Ti和

Ti的质子数相同，是同一种核素

D．

Ti与

Ti核外电子数相同，中子数不同，不能互称为同位素

答案　B

解析　本题考查同位素的概念.互为同位素的原子质子数相同，中子数和质量数都不同，所以A选项错误、B选项正确;核素即为一种原子，

Ti和

Ti是两种不同的原子，C选项错误；核外电子数等于质子数，二者互为同位素，D选项错误.

13．230Th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．Th元素的质量数是232

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

答案　D

解析　232Th、230Th的质量数分别是232、230,A项错误;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,错误。

14．（2017·杭州市五校联考）某元素的一种同位素X的原子质量数为A，中子数为N，它与1H＋

组成XH

，则agXH

中所含质子的物质的量是（　　）

A.

（A－N＋m）mol

B。

（A－N）mol

C。

（A－N）mol

D.

（A－N＋m）mol

答案　A

解析　XH

的相对分子质量为A＋m，agXH

的物质的量为n（XH

）＝

＝

mol，X原子的质量数为A，含N个中子，则质子数为A—N，所以在agXH

中含质子的物质的量＝

mol×（A－N＋m）＝

（A－N＋m）mol。

[综合强化］

15．用

X表示原子:

（1）中性原子的中子数N＝__________。

（2）AXn＋共有x个电子，则该阳离子的中子数N＝________________。

（3）AXn－共有x个电子，则该阴离子的中子数N＝______。

（4）12C16O2分子中的中子数N＝________.

（5）A2－原子核内有x个中子，其质量数为m,则ngA2－所含电子的物质的量为________。

答案　

（1）A－Z　

（2）A－x－n　（3）A－x＋n　（4）22

（5）

mol

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＋8＝22。

（5）A2－所含电子数为m－x＋2，则ngA2－所含电子的物质的量为

mol。

16．近年来，科学家通过粒子加速器进行了一周的实验，获得了6个非常罕见的

Fe原子,接着，科学家又使用特制的测量仪器观测到，这6个原子中有4个发生了衰变，这一实验证实了曾经预言的双质子衰变方式，即有一个原子同时放出两个质子的衰变方式。

回答下列问题：

（1）

Fe原子的核内中子数为__________，该原子的核外电子数为______________。

（2）以下关于

Fe的叙述正确的是________（填字母）。

A。

Fe与

Fe是两种核素

B．科学家获得了一种新元素

C.

Fe的衰变不是化学变化

D．这种铁原子衰变放出两个质子后变成

Fe

（3）某同学认为

Fe在一定条件下也可与氧气反应，他的判断依据是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）19　26　

（2）AC　（3）

Fe与

Fe的核外电子数相同，化学性质几乎完全相同

解析　

（1）

Fe的中子数＝质量数－质子数＝45－26＝19，电子数＝质子数＝26。

（2）

Fe与

Fe的质子数相同,属同一元素Fe元素,但中子数不同，是两种不同的核素；Fe元素不是一种新元素；

Fe衰变后变为质子数为24的新原子，原子核发生了变化，不是化学变化，因为化学的范畴是在原子、分子水平上研究物质的。

17．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:

________。

答案　

（1）

　硫　

（2）

　铝

（3）

　Mg

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Mg元素.