2.3原子结构的模型（解析版）

2.3原子结构的模型学习目标学习目标1、了解原子结构模型及其在历史上的发展过程。2、知道原子是由原子核和核外电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的。3、知道原子内各种微粒的电性以及各种微粒之间的数量关系。4、理解离子的概念，知道离子也是构成物质的基本粒子。5、理解元素的概念，能分析具体粒子是否属于同一种元素。6、知道同位素的结构特点，能判断具体粒子是否互为同位素；了解同位素的应用。002预习导学知识点一：原子结构模型的建立1．原子结构模型的建立过程(1)1897年，英国物理学家汤姆生提出了一个原子模型：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干那样镶嵌其中。该原子模型后来被实验否定了。(2)1911年，物理学家卢瑟福用带正电的α粒子轰击金属箔，实验发现多数α粒子穿过金属箔后仍保持原来的运动方向，但有绝少数α粒子发生了较大角度的偏转。在分析实验结果的基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核运动，就像行星绕太阳运动那样。【(3)1913年，丹麦科学家玻尔改进了卢瑟福的原子核式结构模型，认为电子只能在原子内的一些特定的稳定轨道上运动。2．原子由原子核和核外电子构成。原子核带正电荷，居于原子中心；核外电子带负电荷，在核外空间做高速运动。3．原子核相对原子来说，体积很小，但质量却很大，它几乎集中了原子的全部质量。由于原子核和核外电子所带的电量大小相等，电性相反，所以整个原子呈电中性。氦原子的原子核带两个单位正电荷，核外有两个带负电的电子围绕原子核做高速运动，如右图所示。模型方法贯穿在科学领域的各个方面，科学上建立模型的过程一般是：先提出一个设想，然后通过一定的方法(最主要是实验)去验证模型，并不断地修正完善，最后有可能推翻原有模型而重建模型。知识点二：揭开原子核的秘密1．用高能量的粒子撞击、打碎核的方法是研究微观粒子结构的一种方法。2．原子核是由两种更小的粒子——质子和中子构成的。如一种氧原子的原子核就是由8个质子和8个中子紧密相连构成的3．一个质子带一个单位的正电荷，中子不带电，一个电子带一个单位的负电荷。如氧原子核内有8个质子，则氧原子核带8个单位正电荷(即＋8)。科学上把原子核所带的电荷数称为核电荷数，氧原子的核电荷数为8。4．由于原子呈电中性，根据原子中各微粒的电性及电荷量可知：原子中，核电荷数＝质子数＝核外电子数。5．质子、中子和电子的质量比较微粒名称电性质量核外电子带负电荷9.1176×10－31千克原子核质子带正电荷1.6726×10－27千克中子不带电荷1.6748×10－27千克6.质子和中子都是由更微小的基本粒子——夸克构成的。注意点：原子核中质子和中子的质量近似相等，都约为一个电子质量的1834倍，故电子的质量可以忽略不计，因此原子的质量主要集中在原子核上。在原子中，原子核中质子带正电，核外电子带负电，一个电子所带电荷量和一个质子所带电荷量相等，由于核电荷数＝质子数＝核外电子数，因此原子核所带正电荷总数与核外电子所带负电荷总数相等，电性相反，整个原子呈电中性。1．原子的中子数不一定等于质子数，如钠原子的质子数为11，中子数为12。2．原子核内一定含有质子，但不一定含有中子。如普通氢原子核内只有1个质子而无中子。知识点三：带电的原子——离子1．钠在氯气中燃烧的微观过程金属钠在氯气中燃烧时，钠原子失去1个电子后形成带正电荷的钠离子(阳离子)，氯原子得到1个电子后形成带负电荷的氯离子(阴离子)。带有相反电荷的钠离子和氯离子之间相互吸引，构成了电中性的氯化钠。如下图所示2．离子是带电的原子或原子团，带正电的叫阳离子，带负电的叫阴离子。离子也是构成物质的基本粒子，如硫酸铜就是由铜离子和硫酸根离子构成的。3．离子与原子之间的相互转化阳离子eq\o(,\s\up7(得电子),\s\do5(失电子))原子eq\o(,\s\up7(得电子),\s\do5(失电子))阴离子阳离子的核内质子数＞核外电子数；阴离子的核内质子数＜核外电子数。注意点：1．原子团是由两种或两种以上元素的原子结合而成的，在化学变化中常作为一个整体。2．由离子构成的物质，阴、阳离子保持其化学性质。如保持硫酸铜化学性质的粒子是铜离子和硫酸根离子。3．原子的化学性质主要是由最外层电子数决定的，在化学反应中，原子核不变，改变的只是核外电子数。原子得失电子后，形成相对稳定的结构，化学性质更稳定。知识点四：同位素——原子的“孪生兄弟”1．科学上把具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子总称为元素。如氧元素就是所有核电荷数为8的原子的总称。2．原子核内的质子数相同、中子数不相同的同类原子互为同位素原子。元素是互为同位素的原子的总称。大多数元素都有同位素，如汞元素有7种稳定的同位素。3．同位素原子的两种表示方法(1)常用原子符号(eq\o\al(A,Z)X)表示，其中X表示原子种类，Z表示质子数，A表示质子数与中子数之和。如氢有氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)三种同位素原子。(2)也可以用“原子名称(或符号)－质子数与中子数之和”来表示。如氧的三种同位素原子分别为氧－16(O－16)、氧－17(O－17)、氧－18(O－18)。4．同位素的应用(1)质谱分析中，用稳定同位素原子作为示踪原子；(2)核潜艇利用铀的同位素裂变释放的能量作为动力；(3)利用放射性同位素对一些脏器进行扫描，诊断肿瘤等疾病；(4)根据放射性同位素的半衰期，进行古董鉴定。根据元素的定义可知，不同元素之间最本质的区别是核电荷数(即质子数)不同。003考向释疑（2023•温州）古人通过往铜中加入锡（Sn）熔合制成青铜器。锡的相对原子质量为119，质子数为50。则锡原子的核外电子数为（）A．169 B．119 C．69 D．50【解答】解：因为原子中核电荷数＝核内质子数＝核外电子数，由题意锡的质子数为50，故锡原子的核外电子数为50。故选：D。（2021•衢州）2021年4月13日，日本政府正式决定将福岛第一核电站的上百万吨核污水排入大海，多国对此表示反对。核污水中含有氚，如图为氚原子结构示意图，由图可知氚原子（）A．含有2个质子 B．核电荷数为1 C．相对原子质量为4 D．质子数和中子数相等【解答】解：A、根据图示可知，氚原子含有1个质子，故错误；B、核电荷数＝质子数，据图可知氚原子含有1个质子，因此核电荷数为1，故正确；C、相对原子质量≈质子数+中子数，据图可知氚原子含有1个质子、2个中子，因此相对原子质量＝3，故错误；D、据图可知氚原子含有1个质子、2个中子，因此质子数和中子数不相等，故错误；故选：B。（2022•湖州）微粒间的相互作用使物质的结构具有一定的层次，例如：（1）构成水的水分子聚集在一起而不散开是因为分子之间有引力。（2）水分子中含有氧原子，氧原子中电子绕核运动而不离开原子核是因为原子核带正电，电子带负电，异种电荷相互吸引。（3）氧原子核中含有8个质子，每个质子都带1个单位正电荷，为什么这些质子聚集在一起而不散开，请你提出一个合理的猜测。质子之间存在引力【解答】解：（1）构成水的水分子聚集在一起而不散开是因为分子之间有引力；（2）水分子中含有氧原子，氧原子中电子绕核运动而不离开原子核是因为：原子核带正电，电子带负电，异种电荷相互吸引；（3）氧原子核中含有8个质子，每个质子都带1个单位正电荷，为什么这些质子聚集在一起而不散开，提出一个合理的猜测是：质子之间存在引力。故答案为：（1）分子之间有引力；（2）原子核带正电，电子带负电，异种电荷相互吸引；（3）质子之间存在引力。（2023春•鹿城区校级期中）小实学习了氧气相关知识后，将其梳理成如下思维导图，请完成问题。根据氧原子的微观结构图可知，氧原子的质子数为（）A．2 B．6 C．8 D．16【解答】解：由氧原子的结构示意图可知，氧原子核外有8个电子，所以氧原子的质子数为8。故选：C。（2023春•龙港市期中）我国近七成的人有着肠胃不适的症状，在检查时大部分都会发现肠胃中存在着幽门螺旋杆菌，这是一种对肠胃伤害较大，且具有传染性的细菌。幽门螺旋杆菌检测方法中最简单的就是碳﹣13、碳﹣14尿素呼气试验法。（碳﹣13、碳﹣14为碳﹣12原子的同位素原子，可表示为13C、14C）请回答：体检的人被要求口服一颗胶囊（内含13C或14C标记的尿素），15分钟后吹气，便可检测是否感染，下列说法中正确的是（）A．13C、14C中的中子数相同 B．13C、14C的核外电子数相同 C．13C、14C的化学性质不同 D．13C、14C中的质子数分别为13和14【解答】解：A、13C、14C都属于碳元素，质子数相同，中子数不同，A错误；B、13C、14C都属于碳元素，质子数相同，核外电子数＝质子数，核外电子数相同，B正确；C、13C、14C都属于碳元素，化学性质相同，C错误；D、13C、14C都属于碳元素，质子数都为6，相对原子质量分别为13、14，D错误；故选：B。（2023春•临平区校级期中）1911年，卢瑟福用带正电的α粒子轰击金属箔，发现多数α粒子穿过金属箔后仍保持原来的运动方向，但有绝少数α粒子发生了较大角度的偏转，于是提出了原子的核式结构模型。这个“核”是指图中的（）A．甲 B．乙 C．丙 D．丁【解答】解：由大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向，得出的结论是：原子内部有很大的空间，原子核的体积很小；由一小部分α粒子改变了原来的运动方向，根据同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，得出的结论是：原子核带正电荷。于是提出了原子的核式结构模型。这个“核”是指原子核，就是图中的乙。故选：B。（2023春•台州期中）科学家对元素的相对原子质量的认识经历了漫长的时间。材料一：19世纪初，有化学家认为：氢是母体，其他元素原子的相对原子质量理论上都是氢的整数倍，少数元素如Cl是35.5倍，则是由于实验误差造成的。材料二：1886年，英国科学家克鲁克斯大胆假设：同一元素的原子，可以有不同的相对原子质量，化学家测定出的元素相对原子质量是其不同原子相对原子质量的平均值。材料三：1961年8月，国除上采用12C的1/12作为相对原子质量的标准，确定各个同位素原子的相对原子质量。某元素的相对原子质量是其各种同位素原子的相对原子质量乘以各自在该元素中所占的百分比之和。（1）在克鲁克斯假设中，同种元素的原子，相对原子质量却不同，是因为原子结构中的某种微粒数不同，该微粒的名称是中子。（2）结合已学知识和上述材料分析，下列说法正确的CDE。（可多选）A.实验结果与预测有偏差时，可以忽略当作实验误差处理。B.某元素的相对原子质量一定大于它所有的同位素原子的相对原子质量C.自然界中大部分元素都有同位素原子，由此推测大部分元素的相对原子质量不是整数D.Cl的相对原子质量是35.5，其自然界仅有的两种同位素原子中，35Cl所占的百分比大于37ClE.在化学变化中某金属原子失去电子与其他原子化合，计算该化合物相对分子质量时仍能使用该金属元素原来的相对原子质量【解答】解：（1）原子核是由质子和中子构成，相对原子质量≈质子数+中子数，故同种元素的原子，相对原子质量却不同，是因为原子结构中的某种微粒数不同，该微粒的名称是中子；故答案为：中子；（2）A、实验结果与预测有偏差时，应重新提出假设后再进行实验，不可以忽略当作实验误差处理，故A说法错误；B、某元素的相对原子质量是其各种同位素原子的相对原子质量乘以各自在该元素中所占的百分比之和，则某元素的相对原子质量不一定大于它所有的同位素原子的相对原子质量，故B说法错误；C、化学家测定出的元素相对原子质量是其不同原子相对原子质量的平均值，则大部分元素都有同位素原子，由此可推测出大部分元素的相对原子质量不是整数，故C说法正确；D、某元素的相对原子质量是其各种同位素原子的相对原子质量乘以各自在该元素中所占的百分比之和，则氯元素的相对原子质量是35.5，它的两种同位素原子35Cl所占的百分比大于37Cl，故D说法正确；E、电子的质量很小，可以忽略不计，在化学变化中某金属原子失去电子与其他原子化合，计算该化合物相对分子质量时继续使用该金属元素原来的相对原子质量，故E说法正确。故选：CDE。（2023春•鹿城区校级期中）为破解原子内部结构的奥秘，一代又一代科学家进行了不懈地探索。史料一：1897年，英国科学家汤姆生通过实验发现了带负电的电子，并推测原子中还有带正电的粒子，从而建立了西瓜模型。史料二：1911年，英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔实验，发现如下现象：①绝大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向；②有小部分α粒子改变了原来的运动方向；③有极少部分α粒子被弹了回来。从而建立了原子核式结构模型。史料三：1913年，丹麦科学家玻尔改进了卢瑟福的原子核式结构模型，认为电子只能在原子内的一些特定的稳定轨道上运动。（1）史料一中汤姆生推测原子中还有带正电的粒子，他的推测依据是原子对外不显电性。（2）根据α粒子散射实验，统计不同偏转角度的α粒子数量，绘制图像如图所示，其中符合实验现象的图像是A。A.B.C.D.（3）从原子结构模型的建立过程中，我们发现AD。（可多选）A.汤姆生、卢瑟福等科学家都是在实验的基础上，通过推理和想象建构原子模型B.卢瑟福的原子核式结构模型推翻了汤姆生对原子内部结构的所有观点C.玻尔改进了卢瑟福的原子结构模型，使人们对原子结构的认识达到了完美的境界D.建立模型往往需要有一个不断完善、不断修正的过程，以使模型更接近事物的本质【解答】解：（1）原子对外不显电性，但原子中含有带负电的电子，所以可推测原子中还有带正电的粒子；（2）金原子核质量比α粒子大很多，且体积很小，所以当α粒子正碰到金原子核被弹了回来，且是很少被弹回，金原子核质量比α粒子大很多，当α粒子正碰到金原子核被弹了回来，能说明原子内部绝大部分是空的，故A图像符合题意；故选A；（3）A、汤姆森、卢瑟福两位科学家都是在实验的基础上，通过推理和想象建构原子模型，故选A正确；B、19世纪末，汤姆生发现了电子，认为原子是枣糕式模型，卢瑟福能过α粒子散射实验验证了原子的核式结构模型，卢瑟福的原子核式结构模型不是推翻了汤姆生对原子内部结构的所有观点，故B错误；C、卢瑟福的原子模型在当时是认为正确的，但随着科学的发展，技术的进步，发现卢瑟福的原子模型也不全对，玻尔改进了卢瑟福的原子结构模型，但并没有使人们对原子结构的认识达到完美的境界，故C错误；D、建立模型往往需要有一个不断完善、不断修正的过程，以使模型更接近事物的本质，故D正确。故答案为：（1）原子对外不显电性；（2）A；（3）AD。00401强化训练（2023春•金华期中）学习科学发展史可以帮助我们增加科学知识，培养科学思维。原子结构模型发展是指从1803年道尔顿提出的第一个原子结构模型开始，经过一代代科学家不断地发现和提出新的原子结构模型的过程。如图为原子的核式结构模型图，提出这该原子模型的科学家是（）A．汤姆生 B．卢瑟福 C．波尔 D．门捷列夫【解答】解：A、1897年汤姆生发现电子并提出类似“葡萄干面包“的原子模型，认为原子呈圆球状，充斥着正电荷，而带负电荷的电子则像一粒粒葡萄干镶嵌其中，故A错误；B、1911年卢瑟福提出原子的核式结构模型：原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转，故B正确；C、1913年玻尔提出了玻尔模型，波尔认为电子只能在原子内的一些特定的稳定轨道上绕核运动，故C错误；D、俄国科学家门捷列夫1869年发表了元素周期表，故D错误。故选：B。（2023春•台州期中）我国“嫦娥五号”从月球取回月壤，里面含有“未来清洁能源”之称的He﹣3原子，它的中子数量与普通氦原子不同，故表现出众多优越特性。如图是He﹣3的原子结构示意图，则He﹣3原子含有的质子数为（）A．1 B．2 C．3 D．5【解答】解：由氦﹣3原子的原子结构示意图，原子中核内质子数＝核外电子数，“”表示核外电子，核外电子数为2，则氦﹣3原子含有的质子数为2。故选：B。（2023春•杭州期中）如图为某原子结构模型的示意图，其中a、b、c是构成该原子的三种不同粒子，下列说法正确的是（）A．决定该原子种类的粒子是b B．原子的质量集中在a和c上 C．原子中b与c的数目一定相同 D．原子中a与c的数目一定相同【解答】解：A、质子数决定元素的种类，决定该原子种类的粒子是c，故错误；B、原子的质量主要集中在原子核上，集中在b和c上，故错误；C、质子数和中子数不一定相等，原子中b与c的数目不一定相同，故错误；D、原子中质子数＝电子数，a与c的数目一定相同，故正确。故选：D。（2023春•杭州期中）关于原子及原子结构发现史的说法不正确的是（）A．汤姆生、卢瑟福两位科学家都是在实验的基础上，通过推理和想象建构原子模型 B．汤姆生发现了电子，证实原子是可分的 C．原子的核外电子数发生变化时，元素的种类也发生了变化 D．在化学变化中原子的种类和数目保持不变【解答】解：A、汤姆森、卢瑟福两位科学家都是在实验的基础上，通过推理和想象建构原子模型，故选项说法正确；B、汤姆森发现了电子，证实原子是可分的，故选项说法正确；C、决定元素种类的是质子数，原子核外的电子数发生变化时，元素的种类不发生变化，故选项说法错误；D、在化学变化中原子的种类和数目保持不变，故选项说法正确。故选：C。（2023春•瑞安市校级期中）如图为某原子的结构示意图，该原子的原子核中可能有（）A．6个质子和8个中子 B．4个质子和5个中子 C．6个质子和6个电子 D．4个质子和6个电子【解答】解：原子中核内质子数＝核外电子数，由该原子的结构示意图可知，其原子核外有6个电子，则原子核内有6个质子，原子核是由质子和中子构成的，观察选项A符合要求。故选：A。（2023春•文成县期中）蓝色起源公司近年来一直致力于用月壤实现太阳能发电，据了解月壤中有丰富的资源，尤其是应用于可控核聚变的燃料He﹣3。如图所示为He﹣3及其同位素原子He﹣4的结构示意图，则“”表示的微粒为质子，He﹣3的相对原子质量为3，它们互为同位素原子，是因为它们原子核内质子数相同，中子数不同。【解答】解：由He﹣3、He﹣4的结构示意图，“”表示的微粒为质子。相对原子质量＝质子数+中子数，He﹣3的相对原子质量为2+1＝3。He﹣3、He﹣4互为同位素原子，是因为它们原子核内质子数相同，中子数不同。故答案为：质子；3；质子数相同，中子数不同。（2023春•长兴县期中）科学理论的建立需要证据支持。请回答：（1）科学家在原子结构的探究过程中，建立了很多原子结构模型，如甲图所示。下列模型建立的先后顺序是ACB。（填图甲的字母序号）（2）卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，当带正电的α粒子轰击金属箔时，图乙中四条运动轨迹不可能出现的是C（填图乙中的字母）。【解答】解：（1）1803年，道尔顿创立了原子论，认为原子是一个实心球体；1897年，汤姆森提出了原子的“葡萄干布丁”模型；1911年，卢瑟福提出了原子的“核式”结构；模型建立的先后顺序为：ACB；（2）由于带正电荷α粒子与带正电荷的原子核相互排斥，C代表的运动轨迹是不可能出现的；故选：C。故答案为：（1）ACB；（2）C。（2022秋•江北区校级期末）反电子、反质子跟普通电子、质子的质量、电量均相等，电性相反。反氢原子是由反质子和反电子构成。1997年年初和年底，欧洲和美洲的研究机构分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。请推测反氢原子的结构可能是（）A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成 B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成 C．由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成 D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成【解答】解：首先要明确一个氢原子是由一个电子和一个质子构成的，那么，一个反氢原子就是由一个反电子和一个反质子构成的。反电子带正电，反质子带负电。故选：B。（2023春•上城区期末）人们为了揭示原子结构的奥秘，经历了漫长的探究过程。下列有关图中所示的四种原子结构模型的叙述正确的是（）A．汤姆生提出图①模型：原子是个球体，负电荷均匀分布在整个球体内，正电荷像葡萄干镶嵌其中 B．汤姆生、卢瑟福两位科学家都是在实验的基础上，通过推理和想象建构原子模型 C．卢瑟福提出了图④模型：在原子的中心有一个质量大体积小的原子核，认为电子只能在原子内的一些特定的稳定轨道上绕核运动 D．依据各科学家提出模型的时间先后，正确的排列顺序是①②③④【解答】解：