人类对原子结构的认识.docx

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人类对原子结构的认识

3．人类对原子结构的认识

◇夯实基础◇

1．知识体系

◇考点必备◇

考点一：

元素与同位素的比较

元素

同位素

定义

具有相同的核电荷数的同一类原子的总称

具有相同质子数和不同中子数的同一元素的不同原子间的互称

备注

元素的种类由质子数决定，而与中子数、核外电子数无关。

因此同种元素可以有若干种不同的核素

同位素化学性质几乎完全相同；稳定同位素在自然界中的原子个数百分含量不变

实例

16O2、18O2和H2O中的O原子均为氧元素

、

、

均为氢元素的同位素

1．（07上海）

是重要的核工业原料，在自然界的丰度很低。

的浓缩一直为国际社会关注。

下列有关

说法正确的是

A．

原子核中含有92个中子B．

原子核外有143个电子

C．

与

互为同位素D．

与

互为同素异形体

2．（09全国Ⅱ）某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63。

下列叙述中错误的是

A．它是副族元素

B．它是第六周期元素

C．它的原子核内有63个质子

D．它的一种同位素的核内有89个中子

考点二：

原子的组成

表示质量数为A，质子数为Z的一个原子

1．核电荷数＝核内质子数＝原子核外电子数

2．质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）

3．离子所带电荷数＝质子数－核外电子总数

3．（08全国I）某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子。

在agHmX中所含质子的物质的量是

A．

（A－N+m）molB．

（A一N）mol

C．

（A－N）molD．

（A一N+m）mol

4．（08江苏）下列排列顺序正确的是

①热稳定性：

H2O＞HF＞H2S②原子半径：

Na＞Mg＞O

③酸性：

H3PO4＞H2SO4＞HClO4④结合质子能力：

OH-＞CH3COO-＞Cl-

A．①③B．②④C．①④D．②③

考点三：

原子核外电子排布

1．电子层的划分

电子层数

1

2

3

4

5

6

7

符号

K

L

M

N

O

P

Q

离核距离

近远

能量高低

低高

2．核外电子的排布规律

（1）各电子层最多容纳的电子数为2n2个

（2）最外层电子数不超过8个（K层时为2个），次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个

（3）核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布（即排满K层再排L层，排满L层再排M层）。

3．原子（或离子）的结构示意图

5．（08上海）化学科学需要借助化学专用语言描述，下列有关化学用语正确的是

A．CO2的电子式

B．Cl－的结构示意图

C．乙烯的结构简式C2H4D．质量数为37的氯原子1737Cl

6．（09江苏）

下列有关化学用语使用正确的是

A．硫原子的原子结构示意图：

B．NH4Cl的电子式：

C．原子核内有10个中子的氧原子：

D．对氯甲苯的结构简式：

考点四：

原子结构

1．1～18号元素原子结构的特点

（1）原子核中无中子的原子：

1H

（2）最外层有1个电子的元素：

H、Li、Na

（3）最外层有2个电子的元素：

Be、Mg、He

（4）最外层电子等于次外层电子数的元素：

Be、Ar

（5）最外层电子数等于次外层电子数2倍的元素：

C；是次外层3倍的元素：

O；是次外层4倍的元素：

Ne

（6）电子层数与最外层电子数相等的元素：

H、Be、Al

（7）电子总数为最外层电子数2倍的元素：

Be

（8）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：

Li、Si

（9）内层电子数总数是最外电子数2倍的元素：

Li、P

2．核外电子数相等的粒子

（1）稀有气体原子的电子层结构与同周期的非金属元素形成的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素形成的阳离子的电子层结构相同。

①与He原子电子层结构相同的离子：

H-、Li+、Be2+

②与Ne原子电子层结构相同的离子：

N3-、O2-、F-、Na+、Mg2+、Al3+

③与Ar原子电子层结构相同的离子：

P3-、S2-、Cl-、K+、Ca2+

（2）核外电子总数为10个电子的粒子

①分子：

Ne、HF、H2O、NH3、CH4（说明：

非金属氢化物中H原子数≥3时，把写H在后面）

②阳离子：

Na+、Mg2+、Al3+、H3O+、NH4＋、CH5+

③阴离子：

F－、O2－、N3－、OH－、NH2－、CH3－

（3）核外电子总数为18个电子的粒子

①分子：

Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4、C2H6、CH3F、CH3OH、CH3—NH2、F—NH2等

②阳离子：

K+、Ca2+

③阴离子：

Cl－、S2－、P3－、HS－

7．（09江苏）X、Y、Z、W、R是5种短周期元素，其原子序数依次增大。

X是周期表中原子半径最小的元素，Y原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，Z、W、R处于同一周期，R与Y处于同一族，Z、W原子的核外电子数之和与Y、R原子的核外电子数之和相等。

下列说法正确的是

A．元素Y、Z、W具有相同电子层结构的离子，其半径依次增大

B．元素X不能与元素Y形成化合物X2Y2

C．元素Y、R分别与元素X形成的化合物的热稳定性：

XmY＞XmR

D．元素W、R的最高价氧化物的水化物都是强酸

8．（07江苏）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）用化学符号表示下列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：

_____________________________________。

△针对训练答案：

1．C2．D3．A4．B5．B6．C7．C

8．答案:

（1）H2O；NH3；NH4＋；OH－。

（2）Mg2＋＋2NH3＋2H2O=Mg（OH）2↓＋2NH4＋［或Al3＋＋3NH3＋3H2O=Al（OH）3↓＋3NH4＋］。

◇典例精讲◇

例题1：

（2007上海）请你运用所学的化学知识判断，下列有关化学观念的叙述错误的是

A．几千万年前地球上一条恐龙体内的某个原子可能在你的身体里

B．用斧头将木块一劈为二，在这个过程中个别原子恰好分成更小微粒

C．一定条件下，金属钠可以成为绝缘体

D．一定条件下，水在20℃时能凝固成固体

解析：

选项A，根据质量守恒定律可知其说法成立；选项B，改变原子中核外电子可通过化学反应来实现，而改变原子核构成需通过核聚变或核裂变来实现，由此可见斧头劈木块时，是不存在上述两种过程的；选项C，在一定条件下，使金属钠以气态原子形式存在，此时缺少自由电子的钠可成为绝缘体；选项D，水的凝固点会随压强增大而升高。

答案：

B

◇实战演练◇1．（08山东）下列由事实得出的结论错误的是

A．维勒用无机物合成了尿素，突破了无机物与有机物的界限

B．门捷列夫在前人工作的基础上发现了元素周期律，表明科学研究既要继承又要创新

C．C60是英国和美国化学家共同发现的，体现了国际科技合作的重要性

D．科恩和波普尔因理论化学方面的贡献获诺贝尔化学奖，意味着化学已成为以理论研究为主的学科

2．（08广东）在下列变化过程中，只发生物理变化的是

A．荔枝酿酒B．酸雨侵蚀建筑物

C．空气液化制取氮气D．生石灰遇水成为熟石灰

例题2：

（06广东）X、Y、Z和R分别代表种元素。

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

解析：

题述中的离子均属于由一种元素单个原子形成的简单离子。

离子所带电荷数等于原子得失的电子数。

阳离子所带正电荷数等于原子失去的电子数。

所以，阳离子的核外电子数＝核电荷数－阳离子所带的电荷数。

aXm+的核外电子数等于（a－m），bYn+的核外电子数等于（b－n）。

阴离子所带的负电荷数等于原子得到的电子数。

所以，阴离子的核外电子数＝核电荷数＋阴离子所带的负电荷数的绝对值。

cZn－的核外电子数等于（c+n），dRm－的核外电子数等于（d+m），4种离子的电子层结构相同，也就是4种离子肯定有相同的核外电子数。

所以有等量关系a－m=b－n=c+n=d+m，整理可得：

a－c=m+n，a－b=m－n，c－d=m－n，b－d=m+n。

故只有D项正确。

答案：

D

◇实战演练◇3．（08广东）元素X、Y和Z可结合形成化合物XYZ3；X、Y和Z的原子序数之和为26；Y和Z在同一周期。

下列有关推测正确的是

A．XYZ3是一种可溶于水的酸，且X与Y可形成共价化合物XY

B．XYZ3是一种微溶于水的盐，且X与Z可形成离子化合物XZ

C．XYZ3是一种易溶于水的盐，且Y与Z可形成离子化合物YZ

D．XYZ3是一种离子化合物，且Y与Z可形成离子化合物YZ3

解析：

由题目可知，XYZ3可能的物质有：

HClO3，NaNO3，MgCO3，AlBO3。

若XYZ3为一种可溶于水的酸HClO3，XY（HO）不能形成共价化合物A错；若XYZ3为MgCO3微溶于水，可XZ形成离子化合物MgO，B正确；若XYZ3为NaNO3易溶于水的盐，YZ（NO）不是离子化合物，C错；若XYZ3离子化合物，YZ2为NO2，CO2均不是离子化合物，D错。

答案：

B

◇实战演练◇4．（08山东）下列说法正确的是

A．SiH4比CH4稳定

B．O2-半径比F-的小

C．Na和Cs属于第ⅠA族元素，Cs失电子能力比Na的强

D．P和As属于第ⅤA族元素，H3PO4酸性比H3AsO4的弱

解析：

选项A中C与Si属于同主族元素，其氢化物的稳定性逐渐减弱，即CH4比SiH4稳定；选项B中O2－与F－的电子层结构相同，根据电子层相同，核电荷数小的，离子半径大，所以O2－半径大于F－半径；选项C中Na与Cs同主族，随着核电荷数的增大，原子失去电子的能力逐渐增强，即失去电子的能力：

Cs＞Na；选项D中根据同主族元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强，所以酸性：

H3PO4＞H3AsO4。

答案：

C。

例题3：

（08广东）根据表下表信息，判断以下叙述正确的是

元素代号

L

M

Q

R

T

原子半径/nm

0.160

0.143

0.112

0.104

0.066

主要化合价

+2

+3

+2

+6、-2

-2

A．氢化物的沸点为：

H2T

B．单质与稀盐酸反应的速率为：

L

C．M与T形成的化合物具有两性

D．L2+与R2-的核外电子数相等

解析：

本题是一个表格信息题，解决这类问题的关键在于：

反复对比数据，结合所学知识，做出判断并进行验证。

因讨论的元素为短周期元素，L、Q均+2价，L原子半径大于Q原子半径，所以L为Mg，Q为Be；M显价+3，原子半径较L略小，所以M为Al；R、T均有-2价，R还有+6价，且R原子半径大于T原子核子半径，所以R为S元素，T为O元素。

H2O>H2S（沸点），由于水分子间存在氢键；L、Q单质与盐酸反应速率L>Q（即Mg>Be）；M、T形成的是Al2O3，具有两性；L2+（Mg2+）与R2-（S2-）的核外电子数不相等。

答案：

C

◇实战演练◇5．（08全国Ⅰ）下列各组给定原子序数的元素，不能形成原子数之比为1∶1稳定化合物的是

A．3和17B．1和8C．1和6D．7和12

解析：

此题应根据已知的原子序数确定对应的元素，然后根据常见的物质进行判断。

选项A中可形成LiCl；选项B中可形成H2O2；选项C中可形成C2H2；选项D中可形成Mg3N2。

答案：

D。

◇实战演练◇6．（08全国Ⅱ）某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子，在agHmX中所含质子的物质的量

A．

（A－N＋m）molB．

（A－N）mol

C．

（A－N）molD．

（A－N＋m）mol

解析：

X原子的质子数为（A－N）个，一个HmX中所含的质子数为（A－N＋m）个，HmX的摩尔质量为

（A＋m）g·mol－1，所以agHmX中所含质子的物质的量为

（A－N＋m）mol。

答案：

A。

例题3：

（08重庆）在2008年初我国南方遭遇的冰雪灾害中，使用了一种融雪剂，其主要成分的化学式为XY2，X、Y为周期表前20号元素，其阳离子和阴离子的电子层结构相同，且1molXY2含有54mol电子。

（1）该融雪剂的化学式是；X与氢元素形成的化合物的电子式是。

（2）元素D、E原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，D与Y相邻，则D的离子结构示意图是；D与E能形成一种非极性分子，该分子的结构式为；D所在族元素的氢化物中，沸点最低的是。

（3）元素W与Y同周期，其单质是原子晶体；元素Z的单质分子Z2中有3个共价健；W与Z能形成一种新型无机非金属材料，其化学式是.

（4）元素R与Y同主族，其氢化物能用于刻蚀玻璃，R2与NaOH溶液反应的产物之一是OR2，该反应的离子方程式为。

解析：

X、Y组成的化学式为XY2，且为离子化合物，所以X为＋2价，Y为－1价，设Y的电子数为a，则X为a＋3，所以2a＋a＋3=54，a＝17，Y为Cl，X为Ca。

D与Cl相邻，D的最外层电子数是电子层数的三倍，所以D为S，E为C。

W与Cl同周期，其单质是原子晶体，所以W为Si元素Z的单质Z2有3个共价键，Si与Z能形成一种新型无机非金属材料，所以Z为N。

答案：

（1）CaCl2。

（2）

S=C=S；H2S。

（3）Si3N4。

（4）2F2+2OH—=2F—+OF2+H2O。

◇实战演练◇7．（08天津）下列叙述正确的是

A．1个甘氨酸分子中存在9对共用电子

B．PCl3和了BCl3分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构

C．H2S和CS2分子都是含极性键的极性分子

D．熔点由高到低的顺序是：

金刚石＞碳化硅＞晶体硅

解析：

甘氨酸的结构式为：

，由结构式可以看出1个甘氨酸分子中存在

10对共用电子；选项B中根据|元素的化合价|＋原子的最外层电子数＝8，则该原子的最外层达到8个电子的稳定结构，BCl3中B原子的最外层电子数为3，化合价为＋3价，因此B原子未达到8个电子的稳定结构；选项C中H2S和CS2都是以极性键结合而成，H2S的空间结构呈角形，正负电荷重心不重合，属于极性分子，而CS2为直线型分子，正负电荷重心重合，属于非极性分子。

选项D中三种物质均为原子晶体，原子晶体的熔点与该晶体中的原子半径有关，一般来说，原子半径小的，熔点高，所以选项D正确。

答案：

D。

8．（08上海）下列关于化学学习和研究的说法错误的是

A．化学模型有助于解释一些化学现象

B．质量守恒定律是大量实验事实的总结

C．化学家提出的假设都能被实验证实

D．化学基本原理的应用是有一定条件的

◆能力训练◆

◇同步训练◇

基础练习

1．（09浙江会考）人类对原子结构的认识经历了一个不断深入的过程，以下科学家以及他们提出的原子学说（或模型）对应关系正确的是

A．道尔顿——电子轨道理论B．卢瑟福——量子力学模型

C．玻尔——行星绕太阳模型D．汤姆生——葡萄干面包模型

2．一些简单原子的原子结构可用下图①、②、③形象地表示：

根据该图的示意，则下列有关图①、②、③所表示的原子叙述正确的是

A．①②③互为同位素B．①②③为同素异形体

C．①②③为同种原子D．①②③具有相同的质量数

3．在10～18号元素中，能用表示的微粒有几种

Ａ．1Ｂ．2Ｃ．3Ｄ．4

4．（08广东）2007年诺贝尔化学奖得主GerhardErtl对金属Pt表面催化CO氧化反应的模型进行了深入研究。

下列关于

Pt的说法正确的是

A．

Pt和

Pt的质子数相同，互称为同位素

B．

Pt和

Pt的中子数相同，互称为同位素

C．

Pt和

Pt的核外电子数相同，是同一种核素

D．

Pt和

Pt的质量数不同，不能互称为同位素

5．火星探测器发回的信息表明，火星上存在针铁矿[Goethite]，化学式：

FeO（OH），和黄钾铁矾[Jarosite]，从而证明火星表面曾经存在过水。

这一发现被《人民日报》等媒体评为2004世界十大新闻之首。

已知两种矿物中铁的价态相同，则黄钾铁矾{化学式记：

KFe3（SO4）2（OH）n}中n值为

A．4B．5C．6D．7

6．目前普遍认为质子和中子都是由被称为µ夸克和d夸克的两类夸克组成的，µ夸克带电量为+2／3e，d夸克带电量为－1/3e，e为基元电荷，下列判断中正确的是

A．质子由1个µ夸克和1个d夸克组成，中子由1个µ夸克和2个d夸克

B．质子由2个µ夸克和1个d夸克组成，中子由1个µ夸克和2个d夸克

C．质子由1个µ夸克和2个d夸克组成，中子由2个µ夸克和1个d夸克

D．质子由2个µ夸克和1个d夸克组成，中子由1个µ夸克和1个d夸克

7．（2007上海）放射性同位素14C可用来推算文物的“年龄”。

14C的含量每减少一半要经过约5730年。

某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14C还剩余1/8，推测该动物生存年代距今约为

A．5730×3年B．5730×4年C．5730×6年D．5730×8年

提高练习

8．某元素B的核电荷数为Z。

已知Bn－和Am+的核外具有相同的电子层结构，则A元素的原子序数用Z、n、m来表示，应为

A．Z＋n－mB．Z－n＋mC．Z－n－mD．Z＋n＋m

9．下列各组中：

①金刚石与C60②液氯与氯水③16O与18O④冰与水

属于同素异形体的是_______________；属于同分异构体的是_______________。

属于同位素的是___________________；属于同一物质的是_________________。

9．①；⑤；③；④

10．填写下表：

粒子符号

质子数Z

中子数N

核外电子数

质量数A

Cl

17

20

S2－

18

32

Al3+

14

27

AYm－

y

A

AXn+

x

A

10．【说明】在原子中有下列关系：

质子数＋中子数＝质量数，原子核外电子数＝核内质子数

粒子符号

质子数Z

中子数N

核外电子数

质量数A

Cl

17

37

S2－

16

16

Al3+

13

10

AYm－

A—y

A—y+m

AXn+

A—x

x—n