专题02构成原子的微粒数之间的关系元素核素同位素的比较（重难点讲义）（原卷版）

专题02构成原子的微粒数之间的关系元素、核素、同位素的比较1.掌握原子构成（质子、中子、电子关系）及AZX符号含义，能计算质量数、中子数等；2.辨析元素/核素/同位素概念差异，例举常见同位素（如12C、14C）及其应用；3.通过原子结构模型演变史，学习科学探究方法（假说验证修正）；4.运用数据分析归纳同位素特征（如氯元素35Cl/37Cl丰度比）。一、原子构成1.构成原子的微粒及作用（1）构成原子的微粒：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的核外电子构成的。原子核由质子和中子构成。（2）构成原子的微粒的作用原子(eq\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子Z个——决定元素的种类,中子[A－Z个]\f(在质子数确定后,决定原子种类)同位素)),核外电子Z个——最外层电子数决定元素的化学性质))2.质量数：（1）概念：将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数，常用A表示。（2）构成原子的粒子间的关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数；④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。（3）原子构成的表示方法：用eq\o\al(A,Z)X表示，A表示质量数，Z表示核电荷数。【特别提醒】①并不是所有的原子都是由质子、中子和电子构成，如eq\o\al(1,1)H原子核内无中子。②在原子中，质子数一定等于核外电子数，但不一定等于中子数。如eq\o(\s\up11(35),\s\do4(17))Cl中的质子数为17，中子数为18。3.微粒符号周围数字的含义二、核外电子排布1.电子层：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。如图为电子层模型示意图：2.不同电子层的表示及能量关系各电子层由内到外电子层数1234567字母代号KLMNOPQ离核远近由近到远能量高低由低到高3.核外电子排布规律核电荷数元素名称元素符号各电子层的电子数KLMNOP2氦He210氖Ne2818氩Ar28836氪Kr2818854氙Xe281818886氡Rn281832188（1）能量规律：离核由近到远，电子能量由低到高，电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。（2）数量规律①原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。②原子最外层电子数不能超过8(K层为最外层时不能超过2)，次外层电子数不能超过18，倒数第三层电子数不能超过32。③次外层最多能容纳的电子数不超过18个。【特别提醒】①核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，如当M层不是最外层时，最多可排18个电子，而当它是最外层时，最多排8个电子。②核外电子排布的规律是互相联系的，不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制，其原子结构示意图为而不是。4.核外电子排布的表示方法——原子结构示意图（1）原子结构示意图①用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核和核电荷数。如钠的原子结构示意图：②用弧线表示电子层。③弧线上的数字表示该电子层上的电子数。④原子结构示意图中，核内质子数＝核外电子数。（2）离子结构示意图①金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层。如Mgeq\o(→,\s\up7(－2e－))Mg2＋②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，电子层数不变。如Feq\o(→,\s\up7(＋e－))F－5.核外电子排布与元素性质的关系①金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属原子易形成阴离子，表现出氧化性，在化合物中主要显负化合价。③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。6.1～18号元素原子结构的特殊关系特殊关系对应元素最外层电子数等于次外层电子数的一半Li、Si最外层电子数等于次外层电子数Be、Ar最外层电子数等于次外层电子数的2倍C最外层电子数等于次外层电子数的3倍O最外层电子数等于次外层电子数的4倍Ne最外层电子数等于电子层数H、Be、Al最外层有1个电子H、Li、Na最外层有2个电子He、Be、Mg7.常见“10电子”“18电子”微粒①“10电子”的微粒：分子离子一核10电子NeN3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋二核10电子HFOH－三核10电子H2ONHeq\o\al(－,2)四核10电子NH3H3O＋五核10电子CH4NHeq\o\al(＋,4)②常见的“18电子”的微粒：分子阳离子阴离子Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4K＋、Ca2＋P3－、S2－、HS－、Cl－③其他等电子数的粒子a.“2电子”的粒子：He、H－、Li＋、Be2＋、H2。b.“9电子”的粒子：—F、—OH、—NH2。c.“14电子”的粒子：Si、N2、CO、CN－。d.“16电子”的粒子：S、O2。④质子数及核外电子总数均相等的粒子a.Na＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋；b.HS－、Cl－；c.F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)；d.N2、CO等。三、元素、核素、同位素1.概念：①元素：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称，一种元素可有多种核素。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做核素，表示方法eq\o\al(A,Z)X。③同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素（即同一元素的不同核素互称为同位素）。2.元素、核素、同位素的联系与区别①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。②不同核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N。③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。3.同位素的特征①“同位”指的是在同期表中的位置相同（核外电子排布一样）②相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。同位素的“六同三不同”③天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。4.氢元素的三种核素eq\o\al(1,1)H：名称为氕，不含中子；eq\o\al(2,1)H：用字母D表示，名称为氘或重氢；eq\o\al(3,1)H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。5.几种重要核素的用途核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子【特别提醒】①核素界定的是一种原子，它由质子数和中子数共同确定，即原子核内质子数相同、中子数也相同的原子才是同一种核素。如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(13,6)C、eq\o\al(14,6)C各为一种核素。②除少数元素只有一种核素外，大多数元素有多种核素，即一种元素可以有多种核素，因此核素种数多于元素种数。③在辨析同位素和同素异形体时，通常只根据二者研究的范畴不同即可作出判断。四、四种相对原子质量1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的eq\f(1,12)的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。五、常见的核反应方程1.卢瑟福发现质子：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H2.查德威克发现中子：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)H→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n3.铀核裂变反应：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n4.氘核与氚核聚变反应：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n题型01考查原子的表示方法及各微粒数目之间的关系A．核电荷数为138B．核外电子数为226C．中子数为88D．质量数为226【变式1】中国科学家首次实现了两个异核原子(1个eq\o(\s\up11(85),\s\do4(37))Rb原子和1个eq\o(\s\up11(87),\s\do4(37))Rb原子)的量子受控非门和量子纠缠，下列有关eq\o(\s\up11(87),\s\do4(37))Rb的说法正确的是A．质子数为87 B．核外电子数为37C．中子数为37 D．质量数为50【变式2】核内中子数为N的R2＋，质量数为A，则agR2＋中含有的电子数物质的量为A．EQ\f(a,A)(A－N)molmol B．EQ\f(a,A)(A－N＋2)molC．EQ\f(a,A－2)(A－N－2) D．EQ\f(a,A)(A－N－2)mol【思维建模】原子结构与同位素的认识误区（1）原子不一定都有中子，如eq\o\al(1,1)H。（2）质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。（3）核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋与Na＋、F－等，NHeq\o\al(＋,4)与OH－等。（4）不同的核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C与eq\o\al(14,7)N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如eq\o\al(1,1)H与eq\o\al(12,6)C。（5）同位素的物理性质不同，但化学性质几乎相同。（6）不同核素之间的转化属于核反应，不属于化学反应。题型02考查原子的核外电子排布规律判断及其应用【典例】下列说法肯定错误的是()A．某原子K层上只有一个电子B．某原子M层上的电子数为L层上电子数的4倍C．某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍D．某离子的核电荷数与最外层电子数相等【变式1】下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是A．Mg2＋ B．Na＋ C．AI3＋ D．K＋【变式2】某元素原子L层上的电子数是K层上的3倍，此元素是A．氟 B．氧 C．氮 D．碳【思维建模】1、核外电子的排布规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求，如M层不是最外层时，最多能容纳18个电子，当M层为最外层时，最多容纳8个电子。2．核外电子排布相同的微粒，其化学性质不一定相同，如S2－、Cl－。若属于同位素的不同核素，其化学性质是相同的，如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。题型03考查微粒的结构示意图【典例】今有四种粒子的结构示意图，下列说法正确的是A．它们表示四种元素 B．②表示的是阳离子C．④表示的元素是金属元素 D．①④表示的是阳离子【变式1】下列微粒结构示意图错误的是A．Cl－的结构示意图：eq\a\vs4\al()B．钠离子的结构示意图：C．S2－的结构示意图：D．镁离子的结构示意图：eq\a\vs4\al()【变式2】下列能正确表示Mg的原子结构示意图的是A． B． C． D．【思维建模】（1）原子结构示意图①用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核和核电荷数。如钠的原子结构示意图：②用弧线表示电子层。③弧线上的数字表示该电子层上的电子数。④原子结构示意图中，核内质子数＝核外电子数。（2）离子结构示意图①金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层。如Mgeq\o(→,\s\up7(－2e－))Mg2＋②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，电子层数不变。如Feq\o(→,\s\up7(＋e－))F－题型04考查元素、核素、同位素概念的辨析【典例】氧元素有三种核素、、，下列说法正确的是A．和互为同位素C．等质量的和中含有相同的质子数【变式2】2021年，我国发布了《医用同位素中长期发展规划》，对提升医用同位素相关产业能力水平、保障健康中国战路具有重要意义。医用同位素有、、等。有关说法正确的是A．和具有相同的最外层电子数 B．位于元素周期表的第二周期第VIA族C．与的性质完全相同 D．的中子数为奇数【思维建模】①元素是宏观概念，原子是微观概念，所以质量数是指某一原子的质量数，而不能说是某一元素的质量数，元素没有质量数。元素只讲种类不讲个数，而原子既可说种类也可说个数。例如：三种元素的说法是正确的而三个元素的说法就是错误的，三种原子或三个原子均正确。②一种元素可能有多种核素，也可能只有一种核素。元素的种类数目远少于原子种类的数目。③有多少种核素就有多少种原子。④同位素中的“位”即核素的位置相同，在元素周期表中占同一个位置。⑤核素之间的转化不属于化学变化。⑥同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。⑦同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。题型05考查相对原子质量的辨析A．、、、、、6种微粒中有6种核素，4种元素【变式1】国际元素相对原子质量表上查得C为12.01，这是指A．碳原子的质量数 B．碳元素的相对原子质量C．碳原子的质子数 D．12C的相对原子质量【变式2】某元素R有两种同位素，可分别表示为85R和87R，若元素R的近似相对原子质量85.5，则85R原子的质量分数为A．75% B．74.6% C．25.4% D．67.8%【思维建模】四种相对原子质量1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的eq\f(1,12)的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。【巩固训练】1．（2324高一上·上海黄浦·期中）两种微粒的核外电子数相同，核电荷数不同，则它们可能是：①两种不同的原子；

②两种不同的离子；③同一种元素的原子和离子；

④不同元素的原子和离子A．①和④ B．②和③ C．①和③ D．②和④3．（2324高一上·上海普陀·期中）同位素示踪技术已广泛应用在农业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是A．常用于考古断代B．通过化学变化可以实现与之间的相互转化4．（2324高一上·上海·期中）某粒子含有6个质子，7个中子，电荷为0，则它的化学符号是A． B． C． D．6．（2425高一上·上海·期中）氯元素有两种核素和，它们的相对原子质量及丰度如表所示核素符号相对原子质量丰度34.96975.77%36.96624.23%氯元素的近似相对原子质量是A．35.485 B．35 C．35.453 D．377．（2425高一上·上海·期末）有关和的说法正确的是A．互为同位素 B．互为同素异形体C．电子数不同 D．是同一种物质8．（2425高一下·上海·月考）下列说法一定错误的是B．Se是人体必需的微量元素，74Se和30Se互为同位素C．13CNMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，13C的中子数为6D．原子结构示意图既可以表示16O，也可以表示18O9．（2425高一下·上海·期中）元素周期表中钛的数据如图所示，其中47.87的含义是A．元素的相对原子质量 B．原子的相对原子质量C．元素的近似相对原子质量 D．原子的近似相对原子质量10．（2425高一上·上海浦东新·期中）元素周期表是化学学习的重要工具，元素周期表中包含很多信息内容。如图是元素周期表中铜元素的信息内容。（1）图中29代表的是铜原子的_______。A．质子数 B．原子序数 C．中子数 D．质量数（2）图中63.55的意义是_______。A．铜原子的质量 B．铜原子的相对质量C．铜元素的平均相对质量 D．铜原子的质量数（3）Cu元素的两种核素表示为：63Cu、65Cu，下列说法错误的是_______。A．63Cu和65Cu在单质中和化合物中，所占的百分含量相同B．63Cu和65Cu的质量数不同，质子数相同C．63Cu和65Cu可以通过化学反应相互转化D．63Cu和65Cu核外电子数相同，化学性质几乎相同（4）63Cu中子数为_______。A．29 B．63 C．34 D．92（5）已知自然界中，铜有两种核素，相对原子质量分别约为63和65，请计算两种核素在自然界中所占的丰度、。【强化训练】1．（2425高一下·上海·期中）已知最外层电子数相等的元素原子具有相似的化学性质。氧元素原子的核外电子分层排布示意图为下列原子中，与氧元素原子的化学性质相似的是（)A． B． C． D．2．（2425高一上·上海·期末）有四种微粒的结构示意如下，下列说法错误的是（

）A．它们属于不同种元素B．它们的核外电子排布相同C．它们都是离子D．它们都具有稀有气体原子的稳定结构3．（2223高一上·上海宝山·期中）下列叙述中，正确的是A．某负离子和某正离子，其质子数和电子数都可能分别相同B．金属正离子一定具有稀有气体元素原子的电子层结构C．两种微粒的电子层结构相同，则化学性质一定相同D．两种原子的电子层结构相同，则一定属于同种元素4．（2223高一上·上海徐汇·期末）下列叙述中错误的是A．原子的核外M层电子数是L层电子数一半的元素是硅B．原子的最外层电子数是次外层电子数1.5倍的元素是硼C．原子的次外