2024-2025学年高中化学专题1化学家眼中的物质世界第三单元人类对原子结构的认识学案含解析苏教版必修1

PAGE7-第三单元人类对原子结构的相识[学习目标]1.知道原子的构成。能够运用质子、中子、电子的电荷关系和质量关系进行相关计算。2.能够运用钠、镁、氯等常见元素原子和离子的结构示意图相识核外电子的排布状况，以及微粒结构与性质的关系。3.能够表示氧化镁的形成，并能够以此相识化学反应的本质。4.能够依据原子结构组成符号eq\o\al(A,Z)X推断原子的构成，并能够从原子的结构、组成角度相识核素、同位素的存在及概念。一、原子结构模型的演化1．古希腊科学家提出的物质由原子构成的猜想是人们对原子结构相识的初始阶段，初步揭示了物质是eq\o(□,\s\up5(01))由原子构成的这一基本观点。2．道尔顿提出了“实心原子”这一观点，他认为eq\o(□,\s\up5(02))物质由原子构成，原子是不能被创建，也不能被毁灭的实心球体。3．汤姆生发觉电子后提出“葡萄干面包式”或“西瓜式”原子模型，使人们相识到eq\o(□,\s\up5(03))原子是由更小的微粒构成的，原子是可以再分的。4．卢瑟福在α粒子散射试验中发觉：当用带正电荷的α粒子轰击金箔时，大部分的α粒子穿过金箔，就像它不存在一样，但也有少量的α粒子偏离了原来的运动方向，甚至有极少数的α粒子被笔直地弹回。依据这一试验现象，卢瑟福提出了“核式”原子结构模型：eq\o(□,\s\up5(04))原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，位于原子的中心，并且集中了原子的绝大部分质量，电子带负电荷，在原子核四周空间做高速运动，就像行星绕太阳运转一样。5．玻尔把eq\o(□,\s\up5(05))量子论引入核式结构的原子模型，提出原子的量子态理论：eq\o(□,\s\up5(06))原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每一个轨道都有一个确定的能量值；核外电子在这些稳定轨道上运动时，既不放出能量，也不汲取能量。二、原子的结构1．原子的构成原子eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\o(□,\s\up5(01))质子带正电荷,\o(□,\s\up5(02))中子)),\o(□,\s\up5(03))核外电子带负电荷))2.eq\o\al(A,Z)X的含义：表示质量数为A、质子数为Z的X原子。质量数(A)——eq\o(□,\s\up5(04))将原子核内全部的质子和中子的相对质量取整数相加所得的数值。A(质量数)＝(Zeq\o(□,\s\up5(05))质子数)＋(Neq\o(□,\s\up5(06))中子数)3．质子数、电子数、核电荷数之间的关系在元素的原子中，质子数＝核电荷数＝核外电子数。4．核素：eq\o(□,\s\up5(07))具有肯定质子数和肯定中子数的一种原子。如eq\o\al(16,)8O。5．同位素：eq\o(□,\s\up5(08))质子数相同、中子数不同的核素互称为同位素。如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；eq\o\al(12,)6C、eq\o\al(13,)6C、eq\o\al(14,)6C。1．相对原子质量的定义为“某原子的质量与C－12原子质量的1/12的比”，C－12原子指的是什么原子？提示：C－12原子指原子核内有6个质子和6个中子的碳原子。2．全部的原子核都是由质子和中子构成的吗？提示：不肯定，eq\o\al(1,1)H原子核中只有质子没有中子。3．16O2和18O2互为同位素吗？提示：不是，16O2和18O2为分子，而同位素探讨的是同一元素形成的不同原子(或核素)。一、原子结构与元素化学性质的关系1．原子核外电子排布电子依据能量的不同分层排布，其主要规律是：(1)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上升的电子层(能量最低原理)。(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层为最外层时不超过2个)。(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。2．8电子稳定结构(1)稀有气体具有的稳定的原子结构：通常把最外层有8个电子(K为最外层时为2个)的结构，称为相对稳定结构。稀有气体的原子就是这种结构，化学性质稳定，一般不与其他物质发生化学反应。(2)在化学反应中，各元素的原子发生电子转移后倾向于形成稳定的结构。(3)推断化合物中某元素的原子是否达成稳定结构的方法有：①明确化合物中各原子的结构特点，依据电子式或微粒的结构示意图进行推断。②对于非金属元素(H除外)，可以用其原子最外层电子数与化合价的肯定值之和进行推断，假如二者之和等于8，则该元素原子在化合物中达到8电子稳定结构。3．元素的金属性与非金属性(1)原子的核外电子排布，特殊是最外层电子数确定着元素的主要化学性质(如化合价、金属性或非金属性等)。(2)金属元素的原子最外层电子数一般少于4个，在化学反应中比较简单失去电子而达到相对稳定结构，表现出金属性；而非金属元素的原子最外层电子数一般多于4个，在化学反应中简单得到电子而达到相对稳定结构，表现出非金属性。(3)Naeq\o(→,\s\up17(－e－))Na＋、Mgeq\o(→,\s\up17(－2e－))Mg2＋、Cleq\o(→,\s\up17(＋e－))Cl－、Oeq\o(→,\s\up17(＋2e－))O2－。(4)MgO的形成可表示为：[练习与实践]1．元素的化学性质主要确定于原子的()A．质子数 B．中子数C．核外电子数 D．最外层电子数答案D解析最外层电子数主要确定主族元素的化学性质。2．据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素eq\o\al(222,86)Rn，从而对人体产生损害。该同位素原子中的中子数和质子数之差是()A．136B．50C．86D．222答案B解析中子数和质子数之差为(222－86)－86＝50。二、同位素与物质的组成1．同位素原子间生成的同类物质形成纯净物。如eq\o\al(35,17)Cl、eq\o\al(37,17)Cl构成的eq\o\al(35,17)Cl2、eq\o\al(35,17)Cleq\o\al(37,17)Cl、eq\o\al(37,17)Cl2混在一起应为纯净物，不是混合物；eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H生成6种双原子分子混在一起为纯净物。2．同位素形成物质的推断两种同位素可形成3种双原子分子；三种同位素可形成6种双原子分子，且它们的化学性质相同。[练习与实践]3．下列对同位素的描述正确的是()A．有相像化学性质的不同元素B．有不同质量数的同种元素的原子C．最外电子层上有不同电子数的原子D．有相同质量数的不同元素的原子答案B解析同位素是质子数相同(即核电荷数相同)，质量数不同的同种元素的不同原子。4．下列叙述错误的是()A．13C和14C属于同一种元素，它们互为同位素B．1H和2H是不同的核素，它们的质子数相等C．14C和14N的质量数相等，它们的中子数不等D．6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等答案D解析13C、14C互为同位素，14C、14N质量数都为14，中子数分别为8、7。1H、2H互为同位素，质子数相等。6Li、7Li互为同位素，质子数和电子数都对应相等，但中子数不相等。5．原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念，原子的构成属于重要的化学基本理论。下列八种化学符号：eq\o\al(1,1)Heq\o\al(2,1)H2eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(6,3)Lieq\o\al(23,11)Naeq\o\al(14,7)Neq\o\al(7,3)Lieq\o\al(24,12)Mg(1)涉及的核素共有()种。(2)互为同位素的是()和()。(3)质量数相等，但不能互称为同位素的是()和()。(4)中子数相等，但质子数不相等的是()和()。答案(1)8(2)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(7,3)Li(3)eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(14,7)N(4)eq\o\al(23,11)Naeq\o\al(24,12)Mg解析(1)核素，即具有肯定的质子数和中子数的原子，一种核素就是一种原子，该题中有8种核素。(2)同位素，即核内质子数相同、中子数不同的原子，也就是同种元素里的不同的核素(或原子)。同位素的微粒对象是原子，这些原子的存在范围是同一种元素。eq\o\al(6,3)Li与eq\o\al(7,3)Li的核内质子数都是3，中子数分别是3和4，它们是锂元素里的不同种原子。eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(2,1)H是同位素，但由于eq\o\al(2,1)H2是一种分子而不是原子，所以eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(2,1)H2不是同位素。(3)质量数相等的是eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(14,7)N(都是14)，但eq\o\al(14,6)C的质子数是6，属于碳元素，eq\o\al(14,7)N的质子数是7，属于氮元素，所以eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(14,7)N质量数相等，但又不能互称为同位素。(4)eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核内质子数分别是11和12，依据原子核内“质量数＝质子数＋中子数”的公式进行推断，eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核内中子数都是12。三、元素的相对原子质量和同位素的相对原子质量1．同位素(eq\o\al(A,Z)X)的相对原子质量Ar＝eq\f(一个同位素原子的质量,一个12C原子的质量×\f(1,12))且Ar≈A，质量数即为核素的近似相对原子质量。2．元素的相对原子质量(1)含义：元素(精确)的相对原子质量是依据本元素各种核素的相对原子质量和它们在原子总数中所占的组成分数计算的平均值。(2)计算公式：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Ar＝Ar1·a%＋Ar2·b%＋Ar3·c%＋…,a%＋b%＋c%＋…＝1))其中Ar1、Ar2、Ar3分别为各同位素的相对原子质量；a%、b%、c%分别为自然界中各同位素所占的原子的含量或原子个数的组成分数；Ar是元素的相对原子质量。(3)元素的近似相对原子质量：依据元素各种核素的质量数和它们在原子总数中所占的组成分数计算的平均值。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\x\to(A)r＝A1·a%＋A2·b%＋…,a%＋b%＋…＝1))其中A1、A2为各同位素的质量数。如：氧有三种自然同位素，它们的同位素原子的相对原子质量和各同位素原子含量(即原子个数百分比)的数据分别为：eq\o\al(16,8)O15.99599.759%eq\o\al(17,8)O16.9960.037%eq\o\al(18,8)O17.9990.204%则氧元素的相对原子质量为：Ar＝15.995×99.759%＋16.996×0.037%＋17.999×0.204%≈15.999。氧元素的近似相对原子质量为：Ar＝16×99.759%＋17×0.037%＋18×0.204%≈16.004。学问拓展1．与稀有气体原子电子层结构相同的离子(1)与He原子电子层结构相同的离子有：H－、Li＋、Be2＋。(2)与Ne原子电子层结构相同的离子有：F－、O2－、N3－、Na＋、Mg2＋、Al3＋。(3)与Ar原子电子层结构相同的离子有：Cl－、S2－、P3－、K＋、Ca2＋。2．核外电子总数为10的粒子有(1)阳离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(2)阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)。(3)分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4。3．核外电子总数为18的粒子有(1)阳离子：K＋、Ca2＋。(2)阴离子：P3－、S2－、HS－、Cl－。(3)分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4等。4．核外电子总数及质子总数均相同的粒子有(1)Na＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(2)F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)。(3)Cl－、HS－。(4)N2、CO、C2H2等。[练习与实践]6．某元素的一种同位素原子的质子数为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＋nC．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解析相对原子质量全称是元素的平均相对原子质量，不是某一个原子的相对原子质量，因此选项B看上去好像是正确的，实际是错误的；任一原子的质量不行能是碳原子质量与此原子质子数与中子数之和的乘积，而且碳原子有多种同位素，选项C中的W是没有被指定的数值，只从这一点来看，选项C也不能成立；题目没有指明m和n的详细值，故选项D