第28讲 原子结构与核素（教师版）-高一化学必修第一册同步讲义

第28讲原子结构与核素第28讲原子结构与核素知识导航知识导航知识精讲知识精讲一、原子的构成1．构成原子的微粒原子是由原子核和核外电子构成的，而原子核是由质子和中子构成的。2．质量数电子的质量远远小于质子和中子，原子的质量主要集中在原子核上，质子和中子的相对质量都近似为1，若忽略电子的质量，将质子和中子的相对质量相加，所得的数值叫做质量数，用“A”表示。即质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）≈相对原子质量。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.符号eq\o\al(A,Z)eq\o(X,\s\up6(±c))eq\o\al(m±,n)中各个字母的含义二、原子的核外电子排布1．原子结构示意图2．电子层的表示方法电子层序数1234567电子层符号KLMNOPQ多电子原子里，电子的能量不同。核外电子总是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升高的电子层。3．核外电子排布规律元素各电子层的电子数KLMNOP2He（氦）210Ne（氖）2818Ar（氩）28836Kr（氪）2818854Xe（氙）281818886Rn（氡）281832188（1）各电子层最多容纳_________个电子（n表示电子层）；（2）最外层电子数不超过_______个（K层为最外层时最多不超过______个电子）；（3）次外层电子数不超过_______个（当K层或L层为次外层时分别为___个和___个）（4）倒数第三层电子数不超过______个。【答案】2n2；82；1828;32三、元素、核素、同位素和同素异形体1．相关概念（1）元素：具有相同核电荷数（即核内质子数）的同一类原子的总称。（2）核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫核素。如：1H（氕，H），2H（氘，D），3H（氚，T）各为一种核素。（3）同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。如：1H，2H，3H互为同位素。（4）同素异形体：由同种元素形成的不同单质，互称为同素异形体。如：氧气和臭氧、石墨和金刚石、红磷和白磷。3．同位素的应用（1）12H、（2）92235U用于制造原子弹（3）考古时利用614C（4）利用放射性同位素释放的射线育种、治疗恶性肿瘤。对点训练对点训练题型一：原子符号中各数字的含义及数量关系【变1-2】（2021·上海市建平中学高一期中）已知某原子的质量数和核内中子数，由此不能确定A．该元素的相对原子质量 B．该原子属于哪种元素C．该原子的质子数 D．该原子的核外电子数【答案】A【详解】A．元素的相对原子质量与其核素及核素的丰度有关，所以某原子的质量数和核内中子数，不能确定该元素的相对原子质量，故A选；B．质子数+中子数＝质量数，所以根据质量数和中子数可以确定质子数，所以能确定该原子属于哪种元素，故B不选；C．质子数+中子数＝质量数，所以根据质量数和中子数可以确定质子数，故C不选；D．质子数等于核外电子数，因此也可以确定该原子的核外电子数，故D不选；故选A。题型二：离子中的数量关系【变2-3】（2021·安徽·定远县育才学校高一期末）X原子的质子数为m，X2＋和Y3－的核外电子数相等，则Y原子的核电荷数是A．m＋2 B．m-3 C．m＋5 D．m-5【答案】D【详解】阳离子核外电子数=质子数－所带电荷数，元素X的核电荷数是m，所以X2+的核外电子数为m-2；阴离子核外电子数=质子数＋所带的电荷数，设元素Y的核电荷数是b，所以Y3－的核外电子数为b+3，因为阴离子Y3－与元素X的阳离子X2＋电子层结构相同，即核外电子数相同；所以m-2=b+3，即b=m-5。故选D。【变3】（2019·江西·南昌市第一中学高一月考）已知阴离子R2-的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则wgR原子完全转化为R2-时，含有电子的物质的量是A．mol B．molC．mol D．mol【答案】D【详解】由R2-阴离子的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则R原子质子数为m-n，故该离子核外电子数为m-n+2，wgR的物质的量为mol，故含有电子物质的量mol，故答案为D。题型三：相同电子层结构【例4】（2021·上海市进才中学高一期中）有三种电子层结构均相同的微粒为：A3+、B和C2-，它们的质子数分别为x、y、z，它们的质子数关系正确的是A． B． C． D．【答案】B【分析】原子中核电荷数=质子数=核外电子数，离子中核电荷数=质子数，阳离子核外电子数=质子数-电荷数，阴离子核外电子数=质子数+电荷数【详解】A3+、B和C2-电子层结构相同，它们的质子数分别为x、y、z，则有x-3=y=z+2，故选B。题型四：核外电子的排布规律【变5-1】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）根据核外电子排布规律，M层最多容纳的电子数是A．8 B．10 C．18 D．32【答案】C【详解】根据核外电子排布规则可知，M为3层，即第n层最多容纳2n2个电子，所以M层上最多容纳的电子数是2×32=9×2=18；故选C。【变6】（2021·全国·高一课时练习）两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子C．氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子【答案】D【详解】由于Y原子的M层电子比X原子的M层电子多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L层必定有8个电子；Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X的L层只有4个电子，M层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6；所以X、Y的核电荷数分别是6和13，即为碳原子和铝原子；故选D。题型五：核素、同位素【变7-2】（2021·江苏淮安·高一期中）下列各组物质中，互为同位素的是A．12C、13C、14C B．、、C．、、 D．、、【答案】A【详解】A．12C、13C、14C的质子数均为6，而中子数不同，互为同位素，A符合题意；B．、、均是由O元素组成的不同种单质，为同素异形体，B不符合题意；C．、、均是水，属于同一种物质，C不符合题意；D．、、均是由H元素组成的不同种单质，属于同素异形体，D不符合题意；答案选A。【例9】（2021·福建·邵武市第七中学高一期中）用周期表中特殊位置的短周期元素符号填空(1)族序数等于周期数3倍的元素：_______；(2)周期数是族序数3倍的元素是：_______；Li、Li、Na、Mg、C、N中，(3)_______和_______互为同位素；(4)_______和_______的质量数相等，但不能互称同位素；【答案】ONaLiLiCN【详解】(1)族序数等于周期数3倍的元素是：第二周期第VIA族的O元素；(2)周期数是族序数3倍的元素是：第三周期第IA族的Na元素；(3)同位素是指质子数相同，中子数不同的原子之间，故Li、Li互为同位素，故答案为：Li；Li；(4)C和N的质量数相等，但二者的质子数不同，不能互称同位素，故答案为：C；N。提分特训提分特训【题1】（2016·浙江·诸暨市教育研究中心高一期末）中国科学技术名词审定委员会已确定第116号元素Lv的名称为鉝。关于Lv的叙述正确的是A．原子序数为116 B．中子数为293C．核外电子数为177 D．元素Lv的相对原子质量为293【答案】A【详解】A．核素符号左下角的数字为质子数，Lv的质子数为116，原子序数等于质子数，故A正确；B．核素符号左上角的数字为质量数，293为质量数，不是中子数，故B错误；C．原子的核外电子数等于质子数，为116，故C错误；D．核素的质量数只是近似等于其元素的相对原子质量，故D错误；答案A。【题2】（2021·福建·福州四中高一月考）下列说法中正确的是A．中子数为20的氯原子可以表示为B．互为同位素的两种核素，它们原子核内的质子数一定相等C．人们发现了112种元素，即共有112种核素D．原子结构模型演变历史可以用上图表示【答案】B【详解】A．根据质量数等于质子数加中子数，故中子数为20的氯原子可以表示为，A错误；B．同位素是指具有相同数目质子、不同数目中子的同一元素的不同核素之间，故互为同位素的两种核素，它们原子核内的质子数一定相等，B正确；C．由于同一元素可能有多种核素，人们发现了112种元素，但共有的核素种类大于112，C错误；D．19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型，1911年英国物理学家卢瑟福(汤姆生的学生)提出了带核的原子结构模型，1913年丹麦物理学家波尔(卢瑟福的学生)引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，D错误；故答案为：B。【题3】（2021·湖北·高一期中）下列说法中不正确的有①臭氧(O3)、四聚氧(O4)和红氧(O8)都是氧元素的同素异形体②酸性氧化物都是非金属氧化物③碱性氧化物都是金属氧化物④丁达尔效应是胶体粒子对光线反射形成的⑤溶于水，在通电条件下才能发生电离⑥不是电解质的化合物一定是非电解质⑦有单质参加或有单质生成的反应一定是氧化还原反应A．2个 B．3个 C．4个 D．5个【答案】C【详解】①臭氧、四聚氧和红氧都是氧元素构成的不同的单质，互为同素异形体，故①正确；②有些金属氧化物也是酸性氧化物，如，故②错误；③碱性氧化物都是金属氧化物，但金属氧化物不一定都是碱性氧化物，如是酸性氧化物，是两性氧化物，故③正确；④丁达尔效应是胶体粒子对光线散射形成的，故④错误⑤溶于水，是水分子破坏阴阳离子间的作用力从而电离出自由移动的阴阳离子，故⑤错误；⑥化合物不是电解质就是非电解质，因此不是电解质的化合物一定是非电解质，故⑥正确；⑦有单质参加的反应或有单质生成的反应不一定是氧化还原反应，如是非氧化还原反应，故⑦错误；由上错误的有4个，选项C符合题意；答案为C。【题4】（2021·四川·南充西南大学实验学校高一月考）下列说法错误的是A．相同质量的D2O和H2O含有的电子数之比为9：10B．和、石墨和金刚石均互为同位素C．、、和H2是氢元素的四种不同粒子D．12C和14C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同【答案】B【详解】A．设D2O和H2O的质量都是18g，则n(H2O)=＝1mol，n(D2O)=＝0.9mol，D2O和H2O含有的电子数之比为0.9mol×(1×2+8)：1mol×(1×2+8)=9：10，故A正确；B．和都是Ca元素的不同原子，所以互称同位素，金刚石、石墨都是由碳元素组成的不同单质，不属于同位素，故B错误；C．、、和H2是分别表示：质子数为1中子数为0的氢原子、质子数为1，中子数为1的氢原子、带一个单位正电荷的氢离子、氢气单质，同属于氢元素的四种不同粒子，故C正确；D．有相同质子数，不同中子数的原子互为同位素，元素的原子的最外层电子数决定了元素性质，而同位素的外层电子数相等，所以它们的化学性质几乎完全相同，而原子不同，则物理性质不同，12C和14C质子数都为6，互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同，故D正确；答案选B。【点睛】质子数决定了元素的种类，原子的最外层电子数决定了元素的化学性质，同位素的化学性质几乎完全相同。【题5】（2020·云南·梁河县第一中学高一开学考试）关于原子核外电子排布的下列叙述正确的是()A．原子核外电子的能量按K、L、M、N电子层的顺序依次减小B．原子核外次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个C．某原子的K电子层为最外层，该电子层最多可容纳8个电子D．某原子核外有三个电子层，其L层为次外层，最多可容纳18个电子【答案】B【分析】（1）在不违反泡利原理、和洪特规则的条件下，电子优先占据能量较低的原子轨道，使整个原子体系能量处于最低；（2）泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子；（3）洪特规则是在等价轨道（相同电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。【详解】A.原子核外电子的能量按K、L、M、N电子层的顺序依次增大，选项A错误；B.原子核外次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个，选项B正确；C.某原子的K电子层为最外层，该电子层最多可容纳2个电子，选项C错误；D.某原子核外有三个电子层，其L层为次外层，最多可容纳8个电子，选项D错误；答案选B。【点睛】题考查能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则的定义，难度不大，注意基础知识的积累。【题6】（2021·四川·攀枝花市成都外国语学校高一期中）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)mol B．molC．(A—N＋m)mol D．(A—N＋m)mol【答案】C【详解】由同位素X的原子质量数为A，含N个中子可知，同位素X的质子数为(A—N)，HmX分子的摩尔质量为(A+M)g/mol，含有的质子数为(A—N+m)，则agHmX中所含质子的物质的量为×(A—N+m)=(A—N＋m)mol，故选C。提分作业提分作业【练1】（2021·北京海淀·高三期中）下列有关放射性核素的说法中，不正确的是A．原子核外电子数为15 B．原子的质量数为15C．可能用于同位素示踪 D．和的化学性质基本相同【答案】B【详解】A．原子符号左下角数字表示质子数，的质子数为15，核外电子数等于质子数，所以原子核外电子数为15，故A正确；B．原子符号左上角数字表示质量数，原子的质量数为32，故B错误；C．是的同位素，被广泛用于同位素示踪技术，故C正确；D．同位素原子质量数不同，质子数相同，化学性质基本相同，和都是由磷原子形成的氢化物，因此化学性质基本相同，故D正确；答案选B。【练2】（2021·河北·高一期中）“碳达峰”“碳中和”成为全国两会的热词。下列有关和的说法中正确的是A．和的质子数相同，互称为同位素B．和的质量数相同，互称为同位素C．和的质子数相同是同一种核素D．和的核外电子数相同，中子数不同，不能互称为同位素【答案】A【详解】A．和的质子数相同，中子数不同，二者互称为同位素，A正确；B．和的质子数相同，中子数不同，因此质量数不相同，B错误；C．和的质子数相同，但中子数不同，不是同一种核素，C错误；D．和的核外电子数相同，质子数相同，中子数不同，二者互称为同位素，D错误；答案选A。【练3】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）根据核外电子排布规律，M层最多容纳的电子数是A．8 B．10 C．18 D．32【答案】C【详解】根据核外电子排布规则可知，M为3层，即第n层最多容纳2n2个电子，所以M层上最多容纳的电子数是2×32=9×2=18；故选C。【练4】（2021·福建·福州四中高一月考）原子X核内质子数等于中子数，其阳离子Xn+核外共有a个电子，X的质量数为A． B． C． D．【答案】A【详解】根据阳离子Xn+核外共有a个电子，则有Z-n=a，故X原子核内有a+n个电子，又原子X核内质子数等于中子数，其X的质量数等于质子数加中子数，故为，故答案为：A。【练5】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）下列元素中，最外层电子数等于次外层电子数的是A．硼 B．氧 C．氯 D．氩【答案】D【详解】A．硼是5号元素的最外层电子数为3，次外层电子数为2，A不符合题意；B．氧是8号元素的最外层电子数为6，次外层电子数为2，B不符合题意；C．氯是17号元素的最外层电子数为7，次外层电子数为8，C不符合题意；D．氩是18号元素的最外层电子数为8，次外层电子数为8，D符合题意；故选D；【练6】（2021·全国·高一课时练习）下列数字为几种元素的