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高考化学分类解析原子结构

高考化学分类解析（六）——原子结构

●考点阐释

1.了解原子的组成及同位素的概念。

掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数，以及质量数与质子数、中子数之间的相互关系。

2.以第1、2、3周期的元素为例，了解原子核外电子排布规律。

会分析比较原子、离子核外电子层结构，掌握典型原子或离子的核外电子层结构特征。

●试题类编

（一）选择题

1.（2002年上海，11）已知自然界氧的同位素有16O、17O、18O，氢的同位素有H、D，从水分子的原子组成来看，自然界的水一共有

A.3种B.6种C.9种D.12种

2.（2002年上海综合，44）碳元素有多种同位素，其中14C具有放射性，它能自发放出某种射线，而衰变成其他元素。

考古学对出土生物遗骸的年代断定可以使用多种方法，其中较精确的一种是基于14C放射性的方法，但被断定的年代一般不超过5万年。

下列考古遗址发现的遗物中能用14C测定年代的是

A.战国曾侯乙墓的青铜编钟（距今约2400年）

B.马家窑文化遗址的粟（距今约5300年）

C.秦始皇兵马俑（距今约2200年）

D.元谋人的门齿（距今约170万年）

3.（2002年上海，2）C60与现代足球有很相似的结构，它与石墨互为

A.同位素B.同素异形体

C.同分异构体D.同系物

4.（2001年春，16）氯的原子序数为17，35Cl是氯的一种同位素，下列说法正确的是

A.35Cl原子所含质子数为18

mol的H35Cl分子所含中子数约为6.02×1023

C.3.5g的35Cl2气体的体积为2.24L

D.35Cl2气体的摩尔质量为70g·mol－1

5.（2001年春，12）下列四组物质中，两种分子不具有相同核外电子总数的是

A.H2O2和CH3OHB.HNO2和HClO

C.H2O和CH4D.H2S和F2

6.（2001年春，14）酸根RO

所含电子数比硝酸根NO

的电子数多10，则下列说法正确的是

A.R原子的电子层数比N的电子层数多1

B.RO

中R的化合价与NO

中N的化合价相等

C.RO

和NO

只能被还原，不能被氧化

D.R和N为同族元素

7.（2001年上海，2）美国科学家将两种元素铅和氪的原子核对撞，获得了一种质子数为118、中子数为175的超重元素，该元素原子核内的中子数与核外电子数之差为

A.57B.47C.61D.293

8.（2000年全国，2）

C—NMR（核磁共振）可以用于含碳化合物的结构分析。

C表示的碳原子

A.核外有13个电子，其中6个能参与成键

B.核内有6个质子，核外有7个电子

C.质量数为13，原子序数为6，核内有7个质子

D.质量数为13，原子序数为6，核内有7个中子

9.（2000年春，9）某元素一种同位素原子的质子数为m，中子数为n，则下列说法正确的是

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）wg

D.核内中子的总质量小于质子的总质量

10.（2000年上海，3）据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡

Rn，从而对人体产生伤害。

该同位素原子的中子数和质子数之差是

A.136B.50C.86D.222

11.（2000年上海，6）具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是

A.1s22s22p63s23p1B.1s22s22p1

C.1s22s22p3D.1s22s22p63s23p4

12.（2000年上海，21）氯只有35Cl和37Cl两种稳定同位素，它们在氯气中的原子数之比35Cl∶37Cl为3∶1。

则相对分子质量为70、72、74的氯气分子数之比可能是

A.5∶2∶1B.5∶2∶2

C.9∶3∶1D.9∶3∶2

13.（2000年广东，1）1999年新发现的114号元素的同位素，其中子数为184，该同位素原子的质量数为

A.70B.114C.228D.298

14.（1999年全国，3）原计划实现全球卫星通讯需发射77颗卫星，这与铱（Ir）元素的原子核外电子数恰好相等，因此称为“铱星计划”。

已知铱的一种同位素是

Ir，则其核内的中子数是

A.77B.114C.191D.268

15.（1999年全国，4）已知自然界中铱有两种质量数分别为191和193的同位素，而铱的平均相对原子质量为192.22，这两种同位素的原子个数比应为

A.39∶61B.61∶39C.1∶1D.39∶11

16.（1999年上海，4）据报道，上海某医院正在研究用放射性同位素碘

I治疗肿瘤。

该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是

A.72B.19C.53D.125

17.（1998年上海，4）钛（Ti）金属常被称为未来钢铁。

钛元素的同位素

Ti、

Ti中，中子数不可能为

A.30B.28C.26D.24

18.（1997年全国，2）下列各组粒子中，核外电子总数相等的是

A.K＋和Na＋B.CO2和NO2

C.CO和CO2D.N2和CO

19.（1997年全国,25）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

20.（1996年全国，6）科学家最近制造出第112号新元素，其原子的质量数为277，这是迄今已知元素中最重的原子。

关于该新元素的下列叙述正确的是

A.其原子核内中子数和质子数都是112

B.其原子核内中子数为165，核外电子数为112

C.其原子质量是12C原子质量的277倍

D.其原子质量与12C原子质量之比为277∶12

21.（1995年全国，4）据报导，1994年12月科学家发现了一种新元素，它的原子核内有161个中子，质量数为272。

该元素的原子序数为

A.111B.161C.272D.433

22.（1995年上海，10）

H、

H、H＋、H2是

A.氢的五种同位素B.五种氢元素

C.氢的五种同素异形体D.氢元素的五种不同粒子

23.（1995年上海，13）硼有两种天然同位素

B、

B，硼元素的相对原子质量10.80，则对硼元素中

B质量分数的判断正确的是

A.20％B.略大于20％

C.略小于20％D.80％

24.（1994年全国，6）已知元素X、Y的核电荷数分别是a和b，它们的离子Xm＋和Yn－的核外电子排布相同，则下列关系式中正确的是

A.a=b＋m＋nB.a=b－m＋n

C.a=b＋m－nD.a=b－m－n

25.（1994年上海，4）某粒子用

Rn＋表示，下列关于该粒子的叙述正确的是

A.所含质子数=A－nB.所含中子数=A－Z

C.所含电子数=Z＋nD.质量数=Z＋A

（二）笔答题

26.（2002年江苏综合，34）自然界中的铀和钴都有同位素。

（1）铀主要以三种同位素的形式存在，三种同位素的原子百分含量分别为：

U0.005%、

U0.72%、

U99.275%。

请列出计算U元素近似原子量的计算式（不必算出具体数值）：

___________。

（2）放射性同位素40Co能够产生γ射线。

高速运动的γ射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生___________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种。

此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ射线能___________。

在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体防护。

操作完毕后，人体___________（可以、不可以）直接触摸射线处理过的材料。

27.（2002年上海综合，45）放射性同位素测定也是生物学研究的一种常用手段。

科学家曾利用14C对河姆渡遗址遗存稻谷的年代进行测定，稻谷中仅由C、H、O三种元素组成的有机物是脂肪和___________，因而可对它们进行14C测定。

放射性同位素在遗传学研究上应用的一个典型事例是___________实验，在该实验中，科学家利用了放射性的35S和32P，从而得到了___________的直接证据。

●答案解析

（一）选择题

1.答案：

解析：

从水分子的原子组成来看，每个H原子分别与16O、17O、18O形成H216O、H217O、H218O等3种分子；同理每个D原子分别与三种氧原子形成D216O、D217O、D218O等3种分子；而H、D两原子也可分别与三种氧原子形成H16OD、H17OD、H18OD等3种分子；故自然界的水一共有9种。

2.答案：

解析：

文物考古工作者应用14C断代法，取得了许多重大成就。

该法建立在活的有机体中14C与12C之比保持恒定，而死去有机体中14C的含量由于衰变而逐渐减少这一基础上。

3.答案：

解析：

此题考查了一组基本概念。

同位素是对同一元素的不同原子来讲的；同素异形体是指同一元素组成的不同单质；同分异构体与同系物都是有关有机化合物的概念。

C60和石墨都是碳元素的单质。

4.答案：

解析：

此题考查了原子组成的基本的计算方法。

35Cl原子所含质子数为17；故A错；选项C中，没有气体的条件，也不对。

5.答案：

解析：

选项A、D中的四种分子的核外电子总数都是18，选项C中两分子的核外电子数都是10；选项B中HNO2的电子总数为24，而HClO分子中电子总数为26。

6.答案：

解析：

酸根RO

所含电子数为42，其中R原子内所含电子数为42－24－1＝17，故R为氯元素，RO

为ClO

，其中Cl的价态为＋5，既能被氧化，又能被还原。

7.答案：

解析：

中性原子中，原子核内质子数等于核外电子数，则该元素原子核内的中子数与核外电子数之差为：

175－118＝57。

8.答案：

解析：

化学符号是化学中最基本的传递信息的载体，元素符号的上下标，更含有有关原子结构的丰富的信息。

这是中学化学一个重要的知识点。

本题旨在考查学生是否知道：

元素符号左下角的数字代表原子序数、原子核中的质子数或者电中性时原子核外的电子数。

而左上角的数字则代表原子质量数，即质子数加中子数。

故此题正确选项为D。

9.答案：

解析：

元素的相对原子质量是各同位素原子相对原子质量的平均值，所以，A正确，B不正确。

由相对原子质量的定义可知：

设该元素原子的质量为ｘ，则：

＝m＋n，即x＝（m＋n）w／12；在原子核内，一个中子质量比一个质子的质量略大，且中子数等于或大于质子数，故中子的总质量大于质子的总质量。

10.答案：

解析：

质子数＋中子数＝质量数。

中子数为222－86＝136，中子数与质子数之差为：

136－86＝50。

11.答案：

解析：

一般情况下，原子半径最大的原子应是电子层数最多的。

电子层数相同的原子，即同周期元素的原子，因同周期从左到右原子半径减小，所以最外层电子数最少的原子半径最大。

12.答案：

解析：

本题用试探法解决比较简便。

分子量为70的分子是由两个35Cl原子构成的,分子量为72的是由一个35Cl和一个37Cl原子构成的,分子量为74的分子是由两个37Cl原子构成的,由此可以计算出每个选项中分子数比对应的35Cl与37Cl原子个数比值。

分子数为5∶2∶1时：

35Cl∶37Cl＝（2×5＋1×2）∶（1×2＋2×1）＝3∶1；分子数为5∶2∶2时，35Cl∶37Cl＝（2×5＋1×2）∶（1×2＋2×2）＝2∶1，分子数为9∶3∶1时，35Cl∶37Cl＝（2×9＋1×3）∶（1×3＋2×1）＝21∶5，分子数为9∶3∶2时，35Cl∶37Cl＝（2×9＋1×3）∶（1×3＋2×2）＝3∶1。

13.答案：

解析：

质量数＝中子数＋质子数，由此可得该同位素的质量数＝114＋184＝298。

14.答案：

解析：

此题比较基本，但考查的知识点非常明确：

一是原子组成的表示方法即

X所代表的意义；二是原子中各粒子间的质量关系，即质量数=质子数＋中子数。

15.答案：

解析：

此题有多种解法，可用十字交叉法进行计算判断。

也可进行更简单的推理判断，假设二者原子个数比为1∶1，则平均相对原子质量应为192，则小于实际的192.2，所以

Ir的含量大。

只能选A。

16.答案：

解析：

此题考查了核组成符号中数字的含义和中子数与核外电子数、质量数三者的关系。

中子数与核外电子数之差=125－2×53=19。

17.答案：

解析：

依据质量数=中子数＋质子数，Ti的五种同位素的中子数分别为：

24、25、26、27、28。

18.答案：

解析：

A组K、Na原子序数差为8，分别失一个电子后，仍不等；B组分子中都含2个氧原子，但C、N电子数不等，故分子的电子总数不等；C组分子相差一个氧原子也不等，故选D。

注意计算分子的电子总数不必看成键情况，无论得失还是共用电子，都在分子内，所以直接按分子中原子的电子数之和计算即可。

19.答案：

解析：

四种离子的电子层结构相同则有：

a－m=b－n=c＋n=d＋m。

对照选项整理知b－d=n＋m合理，故选D。

20.答案：

解析：

该元素原子为

X，中子数为277－112=165，质子数=112=核外电子数，故B正确，又其原子质量之比等于质量数之比，故其原子质量与12C原子质量之比为277∶12。

即D正确。

21.答案：

解析：

质量数=质子数＋中子数；可求出质子数=272－161=111,而质子数等于原子序数，故选A。

22.答案：

23.答案：

解析：

设10B、11B的相对原子质量分别为a、b；10B占x，由元素相对原子质量概念10.8=ax＋b（1－x），解得x=

，现如用两同位素的质量数代替其相对原子质量即x=

20％，但实际上同位素的相对原子质量都略小于其质量数，所以用同位素的相对原子质量代入上式中求出x值必小于20％（实际值为19.78％）。

24.答案：

解析：

已知Xm＋和Yn－核外电子排布相同，即核外电子数相同，所以a－m=b＋n,即a=b＋m＋n。

25.答案：

解析：

符号

Rn＋含义：

A质量数，Z质子数，且质量数=质子数＋中子数n＋离子电荷数

（二）笔答题

26.答案：

（1）（234×0.005＋235×0.72＋238×99.275）×10－2

（2）基因突变杀菌可以

解析：

此题是化学和生物相交叉的综合题。

在解答这类题目时，要多联想化学和生物知识的结合点，往往这类题起点高，落点低，如求算U元素的近似原子量。

实际上是化学上计算公式的直接运用。

27.答案：

“糖类”或“麦芽糖”“淀粉”“葡萄糖”“蔗糖”噬菌体侵染DNA是遗传物质

●命题趋向与应试策略

（一）重视基础形成知识规律

1.构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系

（1）质子数＋中子数＝质量数＝原子的近似相对原子质量

（2）原子的核外电子数＝核内质子数＝核电荷数

（3）阳离子核外电子数＝核内质子数－电荷数

（4）阴离子核外电子数＝核内质子数＋电荷数

2.元素的原子半径、离子半径大小比较规律

（1）同周期原子半径随原子序数递增逐渐减小（稀有气体元素除外）。

如第三周期中：

Na＞Mg＞Al＞Si＞P＞S＞Cl

（2）同主族原子半径随原子序数的递增逐渐增大。

如第ⅠA族中：

Li＜Na＜K＜Rb＜Cs

（3）同周期阳离子半径随原子序数递增逐渐减小。

如第三周期中：

Na＋＞Mg2＋＞Al3＋

（4）同周期阴离子半径随原子序数递增逐渐减小。

如第三周期中：

P3－＞S2－＞Cl－

（5）同主族阳离子半径随原子序数递增逐渐增大。

如第ⅠA族中：

Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋

（6）同主族阴离子半径随原子序数递增逐渐增大。

如第Ⅶ族中：

F－＜Cl－＜Br－＜I－

（7）阳离子半径总比相应原子半径小。

如：

Na＋＜Na，Fe2＋＜Fe

（8）阴离子半径总比相应原子半径大。

如：

S2－＞S，Br－＞Br

（9）电子层结构相同的离子半径随核电荷数的增大而减小。

如：

S2－＞Cl－＞K＋＞Ca2＋，

Al3＋＜Mg2＋＜Na＋＜F－

（10）同一元素不同价态的离子半径，价态越高则离子半径越小。

如：

Fe＞Fe2＋＞Fe3＋，

H－＞H＞H＋

3.核外电子数相同的粒子规律

（1）核外电子总数为10个电子的粒子共有15种。

阳离子有：

Na＋，Mg2＋，Al3＋，NH

，H3O＋；阴离子有：

N3－，O2－，F－，OH－，NH

；分子有：

Ne，HF，H2O，NH3，CH4。

（2）核外电子总数为18个电子的粒子共有16种。

阳离子有K＋，Ca2＋，阴离子有P3－，

S2－，HS－，Cl－；分子有Ar，HCl，H2S，PH3，SiH4，F2，H2O2，C2H6，CH3OH，N2H4。

（3）核外电子总数及质子总数均相同的离子有：

Na＋，NH

，H3O＋（或F－，OH－，NH

）。

（二）分析热点把握命题趋向

原子结构和同位素的考查，常以重大科技成果为知识背景，寓教于考，突出教育性与实践性，常考的热点有：

1.关于原子的组成及各基本粒子之间的关系，即质量数=中子数＋质子数。

常常结合新发现的元素或同位素来考查，题目翻新，但题型不变，考查的知识点不变。

2.注重对电性关系的考查。

依据是：

中性原子中，核外电子数=质子数；阳离子中，核外电子数＜质子数；阴离子中，核外电子数＞质子数。

此类题目有一定的难度，解题时要注意方法技巧。

3.同位素的概念及应用。

要注意理解有关概念的内涵和外延，并能区分易混淆的概念如同素异形体、同分异构体等。

4.确定一定质量的某种离子中所含某一基本粒子（如电子）的数目，此类问题具有一定的综合性，常用到有关物质的量的计算。

考查原子结构的试题大多以选择题形式出现，模式也较为稳定。

由于原子结构的发现源于物理学中α粒子的运动实验，无疑，原子结构成了理化学科间综合的素材。

预计这一知识会成为“3＋X”综合测试命题的依据。

［例题］同位素概念是1913年由英国科学家索迪（1877~1956年）提出的。

同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同。

在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。

同位素原子在许多方面有着广泛的应用。

回答下列问题：

（1）1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是，拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍断续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。

①写出α粒子轰击铝箔（

Al）产生中子的核反应方程式，并比较与普通的化学方程式的本质区别。

②上述产生的具有放射性的同位素叫作放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式。

③简要说明放射性同位素的应用。

并至少举出两个实际应用的例子。

（2）已知硼元素有两种同位素，分别为

B和

B，硼元素的相对原子质量为10.8，计算

B占硼元素的质量分数。

（3）①用CH3COOH与H18OC2H5在酸催化下发生酯化反应，18O最后存在于哪种产物中？

②在2SO2＋O2

2SO3的可逆反应达平衡后，充入18O2，问过一段时间重新建立平衡后，18O存在于哪些物质中？

（4）用32P标记噬菌体的DNA，侵染细菌后32P可出现在

A.噬菌体残留的外壳内B.细菌的残体内

C.全部子代噬菌体内D.极少数子代噬菌体内

（5）现有从生物体内提取的一个DNA分子和标记了放射性同位素3H的四种脱氧核苷酸，要在实验室合成新的DNA分子。

①合成新的DNA分子除需上述物质外，还需要和等。

②在合成的两个子代的DNA分子中，每个DNA都含有条含有3H的脱氧核苷酸链。

（6）放射性同位素的蜕变反应速率为：

2.303lg（c0/c）=kt［其中：

c0为放射性物质的初浓度，c为某一指定时刻的浓度，t为反应所经历的时间，k为速率常数，单位为（时间）－1］。

在蜕变反应中，反应物消耗一半（或反应物浓度减少到初浓度的一半）所需要的时间称为半衰期，利用放射性元素的半衰期可以确定岩石、古代动植物化石的“年龄”。

碳的放射性同位素14C在自然界树木中的分布基本保持在总碳量的1.10×10－13%。

某考古队在一山洞中发现一些古代木头燃烧的灰烬，经分析14C的含量为总碳量的9.87×10－15%，已知14C半衰期为5700年，试计算该灰烬距今约为多少年？

解答：

本综合题横跨化学、物理、生物三个学科。

涉及到核物理和同位素知识，而半衰期知识则为新信息，运用于古代动植物的年龄测定。

（1）①

Al＋

P＋

n与普通化学方程式的区别是：

普通化学反应原子核不变，而核反应过程中原子核发生了变化，②

Si＋

e，③放射性同位素的应用主要分两类：

一是利用它的射线，二是做示踪原子，例如：

利用钴－60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼或裂纹，这叫γ射线探伤。

农业施肥中在肥料中加一些放射性同位素，就会知道哪种农作物在什么季节最能吸收含哪种元素的肥料。

另外在生物学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用；

（2）0.2；（3）①18O存在于酯中，②18O存在于所有的物质中；（4）D；（5）①磷酸，含氮碱基

②1（每个DNA分子中，只有做模板的母链上有3H，子链上没有）

（6）解：

由半衰期求t,当c=c0/2时，t/t1/2。

代入速率方程：

2.030lg（c0/c）=kt1/2（t1/2=5700年）

k=1.216×10－4年－1，根据14C浓度变化可得：

2.303lg（c0/c）=1.216×10－4t，c0=1.10×

10－13%；c=9.87×10－15%。

代入上式得：

t=19831年。

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