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知识讲解原子结构基础
高考总复习原子结构（基础）
编稿：
房鑫审稿：
曹玉婷
【考纲要求】
1．了解元素、核素和同位素的含义。
2．了解原子构成。
了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。
3．了解原子核外电子排布。
4．能运用核外电子排布规律推断元素的种类和性质。
5．了解相对原子质量的定义，并能比较几种量之间的关系。
6．了解微粒半径大小的比较方法。
【考点梳理】
考点一：
原子
1．原子的构成
AZX的含义：
代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。
2．原子微粒间的数量关系：
①质量数（A）＝质子数（Z）+中子数（N）
②中性原子：
核电荷数＝质子数＝核外电子数
③阳离子：
质子数=核电荷数=核外电子数+离子电荷数
④阴离子：
质子数=核电荷数=核外电子数-离子电荷数
3．原子结构的表示方法
原子结构示意图：
表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。
如：
考点二：
元素、核素、同位素
【高清课堂：
原子结构】
元素
同位素
核素
概念
具有相同核电荷数的同一类原子的总称
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子互称为同位素
具有一定数目的质子数和一定数目的中子数的一种原子
对象
宏观概念，对同类原子而
微观概念，对某种元素的原子而
微观概念，指元素的具体的
1．概念比较
言；既有游离态，又有化合态
言，因为有同位素，所以原子种类多于元素种类
某种原子
特征
以单质或化合物形式存在，性质通过形成单质或化合物来体现
同位素化学性质几乎相同，因为质量数不同，物理性质不同。
天然存在的各种同位素所占的原子百分比一般不变
具有真实的质量，不同核素的质量不相同
决定因素
质子数
质子数和中子数
质子数和中子数
2．几种重要的核素及其应用
氢元素的原子核
质量数（A）
原子名称
原子符
应用
质子数（Z）
中子数（N）
1
0
1
氕
11H
——
①氢元素的三种核素
112氘21H或D
用于制造氢弹
1
2
3
氚31H或T
②氧元素的核素有168O、178O、188O，常用于示踪原子的是188O。
如酯化反应或酯的水解反应机理的研究。
③碳元素的核素有126C、136
C、146C，作元素原子相对原子质量标准的碳原子是12C；具有放射性，在考古时用于测定一些文物年代的碳原子是146C。
④铀元素的核素有23592U、23892U
、23592U，其中23592U是制造原子弹的材料和核反应堆的燃料。
⑤同位素分放射性同位素和非放射性同位素两种。
应用放射性同位素发射出的射线，可进行金属制品探伤、食物保鲜、肿瘤治疗和生物育种等。
考点三：
几种相对原子质量的含义与辨析
1．核素的相对原子质量
核素的相对原子质量是某个原子的质量与12C原子质量的112的比值。
如168O原子的质量为2.657×10―
氯核素
质量数
核素的近似相对原子质量
核素的相对原子质量
天然核素的原子数目百分数。
35
35
34.969
75.77%
37
37
36.966
24.23%
26kg，12C原子的质量为1.993×10―26kg，则168O的相对原子质量为：
2616r8262.65710kg（O）15.99811.99310kg12A?
?
?
?
?
?
?
。
2．元素的相对原子质量：
指某元素各种核素的相对原子质量与该核素所占的原子个数百分比的乘积之和。
其计算式为：
M=M1×a%+M2×b%+…+Mi×x%
Mi代表各核素的相对原子质量，x%代表各天然核素的原子数目百分数。
3．近似相对原子质量：
指某元素各种核素的质量数与该核素原子所占的原子个数百分比的乘积之和。
4．示例分析
从原子的组成看，原子的质量数均为整数，但氯元素的相对原子质量却是35.5，这是为什么？
由上表数据可得：
氯元素的相对原子质量=34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.45氯元素的近似相对原子质量=35×35.77%+37×24.23%=35.5。
考点四：
原子核外电子排布
1．排布规律
（1）在含有多个电子的原子里，电子依能量的不同是分层排布的，其主要规律是：
核外电子总是尽先排布在能量较低的电子层，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）原子最外层电子数目不超过8个（K层为最外层时不能超过2个电子）。
（4）次外层电子数目不能超过18个（K层为次外层时不能超过2个），倒数第三层电子数目不能超过32个。
注意：
以上规律既相互联系，又互相制约，不能孤立片面的理解。
如M层为最外层的时候，最多为8个，而不是18个。
2．原子结构的特殊性（短周期元素）
（1）原子核中无中子的原子是11H。
（2）最外层有1个电子的元素是H、Li、Na。
（3）最外层有2个电子的元素是Be、Mg、He。
（4）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C，3倍的是O。
（5）电子层数与最外层电子数相等的元素是H、Be、Al。
（6）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素是Li和Si。
（7）内层电子总数是最外层电子数2倍的元素是Li和P。
（8）地壳中含量最高的非金属元素是O，金属元素是Al。
2电子微粒
（1）分子有：
H2、He；
（2）阴离子有：
H（
3．核外电子数相等的微粒3）阳离子有：
Li＋。
10电子微粒
（1）分子：
CH4、NH3、H2O、HF、Ne
（2）阴离子：
N3―、O2―、F―、OH―、NH2―
（3）阳离子：
Na+、Mg2+、Al3+、H3O+、NH4+
18电子微粒
（1）分子；SiH4、PH3、H2S、HCl、Ar、F2、H2O2、C2H6、CH3OH等
（2）阴离子：
S2―、HS―、Cl―、O2（3）阳离子：
K+、Ca2+
核外电子总数和质子总数均相同的微粒
（1）Na+、NH4+、H3O+
（2）F―、OH―
考点五：
微粒半径大小的比较
1．同周期，从左向右，随核电荷数的递增，原子半径越来越小，到惰性气体原子半径突然增大。
2．同主族，从上向下，随电子层数递增，原子半径、离子半径越来越大。
3．同种元素的不同微粒，核外电子数越多，半径越大，即：
阳离子半径小于原子半径、阴离子半径大于原子半径。
4．核外电子层结构相同的不同微粒，核电荷数（即质子数）越多，对电子的吸引力越强，微粒半径越小。
注意：
在周期表中处于右上到左下对角线位置的微粒，可以比较原子、离子半径，但处于左上到右下对角线位置的微粒，原子和离子半径接近，不好比较。
【典型例题】
类型一：
原子（或离子）的构成
例1、（2015高考·上海卷）中国科学技术名词审定委员会已确定第116元素293116Lv的名称为鉝。
关于的叙述错
误的是
A.原子序数116B.中子数177C.核外电子数116
D.相对原子质量293
【思路点拨】元素符的左下角标有质子数，左上角标有质量数。
【答案】D
【解析】根据原子构成，原子序数=核外电子数=116，质量数为293，中子数177，但Lv还有其他的同位素，相对原子质量是加权平均值，D错。
故选D。
【总结升华】XAZ中各数量间的关系与互求一直是高考考查的重点和热点，题目往往以信息题的形式给出，但起点高，落点低，只要牢固掌握原子结构的基础知识，细心分析就能得出正确答案。
举一反三：
【变式1】13153I是常规核裂变产物之一，可以通过测定大气或水中13153I的含量变化来监测核电站是否发生放射性物质泄漏。
下列有关13153I的叙述中错误的是（）
A．13153I的化学性质与12753I相同B．13153I的原子序数53
C．13153I的原子核外电子数为78D．13153I的原子核内中子数多于质子数
【答案】C
【解析】13153I与12753I互为同位素，二者的化学性质相同；13153I的原子序数为53，原子核外电子数为53，中子数为131－53=78，则13153I的原子核内中子数多于质子数。
【变式2】已知质量数为A的某阳离子Rn+,核外有X个电子，则核内中子数为（）
A．A-xB．A-x-nC．A-x+nD．A+x-n
【答案】B
【变式3】核内中子数为N的R2＋离子，质量数为A，则ng它的氧化物中所含质子的物质的量是（
）
【答案】A
【解析】题目给出了R2＋离子的质量数为A，根据质量数＝质子数＋中子数，推知R原子中的质子数Z＝A－N。
由R2＋离子所带电荷数可知R显＋2价，其氧化物的分子式为RO，RO的摩尔质量为（A＋16）g/mol，ngRO
的物质的量为mol。
1molRO中含有质子（A－N＋8）mol
，则molRO中所含质子的物质的量为
。
类型二：
原子核外电子的排布
例2、有X、Y、Z三种元素，已知：
X元素原子的M电子层上只有1个电子；Y元素原子的M层电子数只有K层和L
层电子总数的12；Z元素原子的L电子层比Y元素原子的L电子层少2个电子。
（1）试推断X、Y、Z三种元素的核电荷数。
（2）画出Y元素原子的原子结构示意图________。
（3）含有X、Y、Z三种元素的化合物的化学式（任写一种）：
________。
【答案】
（1）X：
11，Y：
15，Z：
8。
（2
）
（3）Na3PO4Na2HPO
4NaH2PO4
【解析】由于X元素原子的M电子层上只有1个电子，可推知其电子层结构为，则X为
11元素Na；由于Y元素原子的M层上电子数为K层和L层电子总数的12，则Y元素原子的电子层结构为
，则Y为P元素；由于Z元素原子的L层比Y元素原子的L层电子数少2，则其电子层结构为
，即Z为O元素。
举一反三：
【变式1】有X、Y两种原子，X原子的M电子层比Y原子的M电子层少3个电子，Y原子的L电子层的电子数恰好为X原子L电子层电子数的2倍，X和Y分别是（）
A．碳和铝B．硅和钠C．硼和氮D．氯和碳
【答案】A
【变式2】A元素原子的L层比B元素原子的L层少3个电子，B元素的原子核外电子总数比A元素原子的核外电子总数多5个，则A与B可形成的化合物类型为
A.ABB.BA2C.AB4D.B3A2
【答案】D
类型三：
有关元素、核素、同位素的考查
例3、（2016河南省罗山高中）重金属镉具有毒性，长期过量接触镉会引起慢性中毒，影响人体肾功能。
镉元素有多种核素，下列关于9548Cd和97
48Cd说法正确的是（）
A．9548Cd和9748Cd互为同素异形体B.9548Cd和97
48Cd质量数相同
C．9548Cd和9748Cd是同一种核素D.9548Cd和97
48Cd互为同位素
【答案】D
【解析】9548Cd和97
48Cd的质子数相同，但质量数不同，所以二者互为同位素。
同一种元素组成的不同单质，互称为同素异形体，A是错误的，答案选D。
【总结升华】在进行同位素、同素异形体、同分异构体的判断时，要抓住其概念的最核心部分，如同位素描述的是两个原子，而同素异形体则为两种不同的单质，同分异构体则为不同的化合物，因此可以根据所描述微粒的类别迅速作出判断。
举一反三：
【变式1】铋（Bi）在医药方面有重要应用。
下列关于20983Bi和21083Bi的说法正确的是（）+11281+15285+826+15285
A．20983Bi和21083Bi都含有83个中子
B．20983Bi和21083Bi互为同位素
C．20983Bi和21083Bi的核外电子数不同
D．20983Bi和21083Bi分别含有126和127个质子
【答案】B
【变式2】2014?
上海）“玉兔”月球车用23894Pu作为热源材料．下列关于23894Pu的说法正确的是（）
A．23894Pu与23892U互为同位素
B．23894Pu与23994Pu互为同素异形体
C．23894Pu与23892U具有完全相同的化学性质
D．23894Pu与23994Pu具有相同的最外层电子数
【答案】D
【解析】A．有相同质子数，不同中子数的原子或同一元素的不同核素互为同位素，23894Pu与23892U质子数不同，不是同位素，故A错误；
B．同种元素形成的不同单质互称同素异形体，23894Pu与23994Pu均为原子，不是同素异形体，故B错误；
C．23894Pu与23892U质子数不同属于不同的元素，其化学性质不同，故C错误；
D．23894Pu与23994Pu具有相同的质子数，所以其核外电子数相同，则具有相同的最外层电子数，故D正确；故选D。
类型四：
相对原子质量的计算方法和“五种量”的相互区别与联系
例4、设某元素某原子核内的质子数为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Wg，此原子的质量为（m+n）WgD．核内中子的总质量小于质子的总质量
【答案】A
【解析】题目所给仅是一种核素的相对原子质量，不能确定元素的相对原子质量，因为元素的相对原子质量是各种同位素的相对原子质量与其原子个数百分比乘积所求出的平均值。
质量数等于质子数加中子数，m+n仅是这种元素的质量数，不是元素的相对原子质量，故A中的论断是正确的，B中的论断是不对的。
C中的论断
是不对的，核素的相对原子质量是某原子质量与原子质量1/12
的比值，而不是与原子质量的比值。
D中的论断是不准确的，中子的总质量不一定小于质子的总质量。
【总结升华】本题考查元素的相对原子质量和同位素的相对原子质量的概念。
同时还涉及原子组成中的质子、中子、电子的相对质量和质量关系。
元素的相对原子质量等于各种核素的相对原子质量乘以各自原子百分比
的加和值。
元素的近似相对原子质量：
各种核素的质量数乘以各自的百分比的加和值。
举一反三：
【变式1】氯元素在自然界有35Cl和37Cl两种同位素，在计算式34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.453中
A．75.77%表示35Cl的质量分数B．24.23%表示35Cl的丰度
C．35.453表示氯元素的相对原子质量D．36.966表示37Cl的质量数
【答案】C
【解析】本题考查同位素相对原子质量的计算方法和元素丰度及质量数的理解。
34.969和75.77%分别表示35Cl的相对原子质量和丰度。
【变式2】下列叙述正确的是
A．CH4O和C2H6O一定互为同系物
B．16gCH4与18gNH4＋所含质子数相等
C．32S与33S的核外电子数相等，是同一种核素
D．质量相等、体积不等的N2和C2H4的分子数相等
【答案】D
【解析】A项，C2H6O可能为乙醇或二甲醚；B项，1个CH4有10个质子，1个NH4＋有11个质子；C项，32S与33S是同一种元素；D项，与“体积不等”无关。
类型五：
10电子微粒和18电子微粒
例5、用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子八种微粒（离子或分子）。
请回答：
（1）A元素是
、B元素是
、C元素是
（用元素符表示）。
（2）D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是
。
（3）E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是
。
（4）F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是
，电子式是
。
（5）G分子中含有4个原子，其分子式是
。
（6）H分子中含有8个原子，其分子式是
。
【答案】
（1）KClS
（2）HCl（3）F2（4）H2S
（5）H2O2（或PH3）（6）C2H6
【解析】
（1）aA＋含有18个电子，则其质子数a=18+1=19，A为K元素；bB－含有18个电子，则其质子数b=18－1=17，B为Cl元素；同理知C为S元素。
（2）由两种元素组成的双原子18电子分子只有HCl。
（3）氧化能力最强的分子是F2。
（4）由两种元素组成的三原子18电子分子只有H2S。
（5）H2O2和PH3都是含有4个原子的18电子分子。
含有8个原子的18电子分子是C2H6。
【总结升华】10电子、18电子微粒多由前20常见元素构成，这些微粒能够很好地反映原子核外电子排布规律，在多年高考命题中很受重视，现归纳如下：
单核
双核
三核
四核
四核以上
10电子微粒
N3?
、O2?
、F?
、Na+、Mg2+、Al3+、Ne
HF、OH?
H2O、NH2?
NH
3、H3O+
CH4、NH4+
18电子微粒
K+、Ca2+、P3?
、S2?
、Cl?
、Ar
HCl、F2
H2S
PH3、H2O2
SiH4、PH4＋、CH3F、CH3OH、C2H6、N2H4
举一反三：
【变式1】通常情况下，微粒A和B为分子，C和E为阳离子，D为阴离子，它们都含有10个电子；B溶于A后所得的物质可电离出C和D；A、B、E三种微粒反应后可得C和一种白色沉淀。
请回答：
（1）用化学符表示下列4种微粒：
A：
_______；B：
_______；C：
__
____；D：
________。
（2）写出A、B、E三种微粒反应的离子方程式：
________________。
【答案】
（1）H2ONH3NH4+OH―
（2）Al3++3NH3+3H2O==Al（OH）3↓+3NH4+或Mg2++2NH3+2H2O==Mg（OH）2↓+2NH4+
类型六：
微粒半径大小比较
例6、下列化合物中，阴离子半径和阳离子半径之比最大的是（）
A．LiIB．NaBrC．KClD．CsF【答案】A
【解析】第ⅦA族元素阴离子半径大小顺序是I－>Br－>Cl－>F－，第ⅠA族元素阳离子半径大小顺序是Cs＋>K＋>Na＋>Li＋，故阴离子半径和阳离子半径之比最大的是LiI。
【总结升华】本题考查了同主族元素离子半径大小的递变规律。
下面总结一下规律：
在中学要求范畴内可按“三看”规律来比较粒子半径的大小：
一看电子层数：
在电子层数不同时，电子层越多，半径越大；
二看核电荷数：
在电子层数相同时，核电荷数（原子序数）越多，半径越小，即“序大径小”。
三看电子数：
在电子层和核电荷数相同时，电子数越多，半径越大。
举一反三：
【变式1】X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径，Z和Y两元素的原子核外电子层数相同，Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。
X、Y、Z三种元素原子序数的关系是（）
A．X＞Y＞ZB．Y＞X＞ZC．Z＞Y＞XD.X＞Z＞Y【答案】C
【变式2】微粒半径由大到小排列的是
A.P3-，S2-，Cl-B.Cl-，S2-，O2-C.Ca，Mg，NaD.K+、Cl-，S2-
【答案】A
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