2020高中化学专题1第三单元人类对原子结构的认识学案苏教版必修5

第三单元人类对原子结构的认识
知识内容必考要求加试要求
1.原子结构模型的演变。

2．原子的构成，原子符号。

3．核素、同位素的概念。

4．常见离子化合物的形成过程。

a
b
a
a
b
b
b
目标
定位
1.知道原子结构模型的演变。

2．熟知原子的构成，能书写原子结构示意图，会分析元素在形成化合物
时表现的化合价等性质的原因。

3．认识同位素的概念，能进行有关质量数、质子数、中子数、核外电子
数的计算。

一原子结构模型的演变
1．古希腊原子学说
古希腊哲学家曾经提出，物质由不可分割的微粒(即原子)构成的。

2．道尔顿原子学说
19世纪初，道尔顿认为，物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可再分割，在化学反应中保持本性不变。

3．汤姆生原子结构模型
1897年，汤姆生发现原子中存在电子，并提出了一个被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型。

4．卢瑟福原子结构模型
原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。

5．玻尔原子结构模型
原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都有一个确定的能量值。

核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。

6．现代原子结构学说——电子云模型
原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用量子力学模型描述核外电子的运动。

归纳总结
原子结构模型的演变
(1)原子结构的演变过程反映了科学家具有质疑、创新、求实、不畏艰辛等良好的科学品质。

(2)研究探讨原子结构模型离不开正确理论的指导，科学实验和科学技术的应用。

(3)随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识还会不断深化。

1．道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。

他的学说中主要有下列三个论点：①原子是不能再分的微粒；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。

从现代原子——分子学说的观点看，你认为不正确的是( )
A．只有① B．只有② C．只有③ D．①②③
答案 D
解析在化学变化中原子不可再分，但是物理变化原子可以分为原子核和核外电子，①错误；同种元素的原子的化学性质相同，质量可能不相同，②错误；原子不是实心球体，原子是由原子核和核外电子构成的，③错误，D正确。

二原子核外电子排布
1．对于原子核外电子分层排布的状况，通常用原子核外电子排布示意图来表示，原子核外电子排布示意图又叫做原子结构示意图。

请画出下列各原子的原子结构示意图：
①O；②Ne；
③Mg；④Ar。

2．在通常情况下，稀有气体由于原子核外电子排布达到稳定(最外层8或2个电子)结构，很难与其他物质发生化学反应。

3．在化学反应过程中，原子核不发生变化，但原子的最外层电子数可以发生变化。

如金属钠原子易失去最外层的1个电子，形成的Na＋具有与氖原子电子层相同的稳定结构；非金属硫原子易得到2个电子，形成的S2－具有与氩原子电子层相同的稳定结构。

4．(加试要求)Na、Mg、Al等活泼金属单质与F2、O2、Cl2等活泼非金属单质发生反应生成的化合物中，金属元素和非金属元素的化合价与其在反应中失去或得到电子的数目存在一定的关系。

请探究回答下列问题：
(1)金属单质Na、Mg能分别与非金属单质O2、Cl2反应生成碱性氧化物和氯化物，请写出这些氧化物和氯化物的化学式：________、________、________、________。

(2)根据Na、Mg、O、Cl原子在反应过程中失去或得到电子的数目及其最外层电子数目，推断其氧化物和氯化物中元素的化合价，将结果填入下表。

元素化合价原子最外层电子数目失去(或得到)电子的数目
Na
Mg 2
O 6
Cl －1
答案(1)Na2O MgO NaCl MgCl2
(2)(从左到右，从上到下)＋1 1 1 ＋2 2 －2 2 7 1
归纳总结
1．元素性质与原子结构的关系
原子的核外电子排布：特别是原子最外层电子数决定元素的化学性质
(1)稀有气体元素的原子，最外层电子排布为8个电子(氦为2个电子)的稳定结构，既不易得电子，又不易失电子，所以化学性质稳定。

(2)金属元素的原子，最外层电子排布一般少于4个，所以在化学反应中易失去最外层电子，形成稳定的电子层结构。

非金属元素的原子，最外层电子排布一般多于4个，所以在化学反应中易得到电子，形成稳定的电子层结构。

(3)最外层电子数决定了该元素的最高正价和最低负价。

金属元素的原子失去电子，表现为正化合价，非金属元素的原子得到电子，表现为负化合价。

2．元素化合价与得、失电子数目的关系
(1)金属元素的原子失去电子，表现为正化合价，化合价数值＝失去电子的数目＝原子最外层电子数。

(2)非金属元素的原子得到电子，表现为负化合价。

最低负化合价的数值＝达到稳定结构所得电子的数目。

2．观察下列A、B、C、D、E五种粒子(原子或离子)的结构示意图，回答下列有关问题。

(1)与离子相对应的元素的符号是__________，与原子相对应的离子的结构示意图是________________________________________________________________________。

(2)电子层结构相同的是__________(填写字母，下同)，性质最稳定的是________，最容易失去电子的是____________，最容易得到电子的是__________________。

(3)可直接相互结合形成的化合物的化学式是________________________(写一个即可，下同)，可经过得失电子后再相互结合形成的化合物的化学式是__________________________。

(4)在核电荷数1～10的元素内，列举两个与B的电子层结构相同的离子，写出离子的符号____________。

答案(1)O、Mg 、
(2)B、C、E C D A
(3)MgO NaCl
(4)N3－、F－
解析(1)在A～E这五种粒子中，A是Cl，B是O2－、C是Ne，D是Na，E是Mg2＋。

Ne的特殊稳定结构决定了它不能形成离子。

(2)电子层结构相同，即电子层数和各个电子层上的电子数目都相同，但与原子核内质子数无关。

O2－、Ne和Mg2＋都具有稳定的电子层结构，但最稳定的是Ne。

(3)阳离子与阴离子可直接相互结合形成化合物；活泼金属元素的原子与活泼非金属元素的原子经过得失电子后可相互结合形成化合物；在化合物里，Na显＋1价，Mg显＋2价、Cl显－1价、O显－2价。

(4)在核电荷数1～10的元素内，N原子的核外共有7个电子，其最外层上是5个电子，N原子得到3个电子后形成的N3－与B的电子层结构相同；F原子的核外共有9个电子，其最外层上是7个电子，F原子得到1个电子后形成的F－与B的电子层结构相同。

三认识原子核
1．构成原子的微粒有电子、质子和中子，质子和中子构成原子核。

微粒电子质子中子
质量/kg 9.109×10－31 1.673×10－27 1.675×10－27
相对质量0.000 544 7 1.007 1.008
电量/C 1.602×10－19 1.602×10－190
电荷－1 ＋1 0
N原子中微粒数7 7
根据表中基本数据，讨论下列问题。

(1)决定原子质量的微粒有哪些？
(2)如果一个质子和一个中子的相对质量都近似等于1，那么原子的相对质量又近似等于什么？
(3)在原子中质子数、中子数、电子数、核电荷数、原子序数、质量数之间的关系是怎样的？
(4)原子为什么显中性？
(5)对于一种原子既有一定数目的质子又有一定数目的中子，如C­12原子的质量数为__________，质子数为__________，中子数为____________，那么如何表示这种原子呢？答案(1)质子和中子。

(2)近似等于质子数与中子数之和，这个数值叫做质量数，用A表示。

(3)质子数＝核电荷数＝原子序数＝核外电子数
质量数＝质子数＋中子数
(4)原子核所带正电荷总数与核外电子所带负电荷总数相等，故原子显电中性。

(5)12 6 6 用原子组成符号12 6C表示。

2．原子组成符号A Z X表示一个质量数为A、质子数为Z的X原子。

如3216S表示质量数为32、质子数为16的硫原子。

根据质量数和质子数可计算出中子数，所以只要告诉了符号A Z X，就知道了该元素原子核的组成情况。

3．填表并思考回答下列问题：
(1)H、D、T的原子结构相同点：质子数相同，不同点：中子数不同。

(2)它们虽然是不同的核素，但同属于氢元素。

(3)H、D、T又是同位素关系。

4．元素、核素、同位素的比较
归纳总结
1．构成原子或离子的微粒之间的数量关系
(1)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。

(2)原子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数。

(3)阳离子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数＋离子所带电荷数。

(4)阴离子中：质子数＝核电荷数＝核外电子数－离子所带电荷数。

2．元素、核素、同位素之间的关系如下图
3．碘是人体必需的微量元素。

碘的一种核素是127 53I，关于127 53I的说法中正确的是( ) A．质子数为74 B．中子数为127
C．核电荷数为53 D．核外电子数为127
答案 C
4．填空
(1)3416S2－中的质子数是__________，中子数是________，核外电子数是________，质量数是________。

(2)微粒“A X n－”核外有18个电子，则它的核电荷数为__________，核内中子数为__________。

(3)由1H216O与2H217O所代表的物质中，共有______种元素，______种原子，______种分子，互为同位素的原子有______。

答案(1)16 18 18 34
(2)18－n A－(18－n)
(3)2 4 2 1H和2H、16O和17O
理解感悟判断元素、同位素和核素时，要抓住各种微粒区别的本质。

即质子数相同的原子就属同种元素；质子数和中子数均相同的就是同种原子，也称为核素，同种元素的不同核素互称同位素。

答题时要认真分析原子表示符号的n组数字。

A Z X，只要Z相同，就是同种元素，Z和A均相同，是同种核素，Z相同，A不相同的互称同位素，Z不相同的无论A是否相同，均不是同种元素，更不能称为同位素。

1．下列说法不正确的是( )
A．金属元素的化合价数值等于其原子失去电子的数目
B．非金属元素的化合价数值等于其原子得到电子的数目
C．镁在氧化物中的化合价数值等于镁原子最外层电子数目
D．氯化镁中，氯的化合价数值等于氯原子最外层电子数目
答案 D
2．下列有关131 53I的说法中，正确的是( )
A．质子数为53 B．中子数为53
C．质子数为131 D．中子数为131
答案 A
3．下列说法正确的是( )
A．某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子
B．最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子
C．F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋是与Ne原子具有相同电子层结构的离子
D．某元素原子的最外层只有2个电子，则该元素一定是金属元素
答案 C
解析电子排布为2、8、8结构的微粒还可能为S2－、Cl－等，A项错；O2－、F－、Cl－、Li＋、Na＋、Mg2＋等微粒最外层电子数均达到了稳定结构，B项错；F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋核外电子排布均有2、8结构，与Ne原子的电子层结构相同，C项正确；He原子的最外层只有2个电子，但He元素是稀有气体元素，D项错。

4．某元素的阳离子R n＋，核外共有x个电子，原子的质量数为A，则该元素原子里的中子数为( )
A．A－x－n B．A－x＋n
C．A＋x－n D．A＋x＋n
答案 A
解析 质量数＝质子数＋中子数，因此要求中子数必须先要知道质量数和质子数。

本题阳离子R n ＋
中质子数等于阳离子的核外电子数加上阳离子所带的正电荷数，所以，该原子的中子数为A －(x ＋n )＝A －x －n 。

5．随着科学技术的不断进步，研究物质的手段和途径越来越多，N ＋
5、H 3、O 4、C 60等已被发现。

下列有关说法中正确的是( ) A ．N ＋
5离子中含有36个电子 B ．O 2与O 4属于同位素 C ．C 60与C 70属于同系物 D ．H 2与H 3属于同素异形体 答案 D
解析 N ＋5离子中含有34个电子，A 错误；O 2与O 4是由同种元素组成的不同单质，因此属于同素异形体，B 错误；C 60与C 70属于同素异形体，C 错误；H 2与H 3属于同素异形体，D 正确。

6．元素、原子、核素、同位素都是重要的基本概念。

根据下列8种化学符号：1
1H 2、2
1H 2、14
6C 、
63
Li 、2311Na 、14 7N 、73Li 、24
12Mg ，回答问题：
(1)表示核素的符号共________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)6 (2)6
3Li 7
3Li (3)14
6C
14 7
N (4)23
11Na
2412
Mg
解析 (1)核素是具有一定质子数和一定中子数的某种元素的原子，一种原子即为一种核素，
11H 2
和2
1H 2都是分子，不属于核属，其余6种全部表示核素。

(2)同位素是具有相同质子数和不
同中子数的同种元素的原子，所以6
3Li 和7
3Li 互称为同位素。

(3)14
6C 和14
7N 的质量数都是14，但质子数分别为6和7，属于不同元素的原子，不能互称为同位素。

(4)23
11Na 和24
12Mg 的中子数都是12，但质子数分别为11和12。

课时作业 [经典基础题]
1．某元素原子的原子核外有三个电子层，最外层电子数是4，该原子核内的质子数是( ) A ．14 B ．15 C ．16 D ．17 答案 A
解析 最外层有4个电子，则该原子的结构示意图为，故选A 。

2．与NH ＋
4具有相同质子数和电子数的微粒是( ) A ．F －
B ．NH 3
C ．H 2O
D ．Na ＋
答案 D
3．在1～18号元素中，有A、B两种原子，A原子的第三层比B原子的第三层少3个电子，B 原子的第二层电子数恰好为A原子第二层电子数的2倍。

A和B分别是( )
A．Si和Na B．B和He
C．Cl和O D．C和Al
答案 D
4．金属钛对人体体液无毒且有惰性，能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。

下列有关4822Ti和5022Ti的说法中正确的是( )
A．4822Ti和5022Ti的质量数相同，互称为同位素
B．4822Ti和5022Ti的质子数相同，互称为同位素
C．4822Ti和5022Ti的质子数相同，是同一种核素
D．4822Ti与5022Ti核外电子数相同，中子数不同，不能互称为同位素
答案 B
解析本题考查同位素的概念。

互为同位素的原子质子数相同，中子数和质量数都不同，所以A选项错误，B选项正确；核素即为一种原子，4822Ti和5022Ti是两种不同的原子，C选项错误；核外电子数等于质子数，二者互为同位素，D选项错误。

5.131 53I是常规核裂变产物之一，可以通过测定大气或水中131 53I 的含量变化来监测核电站是否发生放射性物质泄漏。

下列有关131 53I的叙述中错误的是( )
A.131 53I的化学性质与127 53I相同
B.131 53I的原子序数为53
C.131 53I的原子核外电子数为78
D.131 53I的原子核内中子数多于质子数
答案 C
解析131 53I与127 53I互为同位素，化学性质相同，故A对；131 53I 的质子数(Z)为53，质量数(A)为131，中子数(N)＝131－53＝78，故B对、D对；核外电子数应为53，故C错。

6．某元素B的核电荷数为Z。

已知B n－、A m＋的核外具有相同的电子数，则A元素的原子序数用Z、n、m来表示，应为( )
A．Z＋n－m B．Z－n＋m
C．Z－n－m D．Z＋m＋n
答案 D
解析设A元素的原子序数为x，则有Z＋n＝x－m，x＝Z＋m＋n。

7．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w g R2－所含有电子的物质的量是( )
A. m －n －2w ·m mol
B.w (m －n )n
mol C.w n (m －n －2) mol
D.w m (m －n ＋2) mol
答案 D 解析 元素R 的质量数为m ，其摩尔质量为m g·mol －1，则w g R 2－阴离子物质的量为w g
m g·mol －1
＝w m mol ，R 2－核内有n 个中子，质量数＝质子数＋中子数，则质子数为m －n ，阴离子中质子数＋所带负电荷数＝核外电子数，则R 2－的核外电子总数为m －n ＋2，所以w g R 2－电子的物质的量为w m mol×(m －n ＋2)＝w m (m －n ＋2) mol 。

8．下列说法正确的是( )
A ．12C 、13C 、14C 、金刚石、石墨都是碳元素的同位素
B ．同种元素的原子，质量数一定相同
C ．互为同位素的原子，质子数一定相同
D ．由一种元素组成的物质，一定是纯净物
答案 C
解析 A 项，金刚石、石墨都是碳元素的同素异形体，不是同位素，错误；B 项，同种元素的原子，质子数一定相同，质量数可能不同，错误；C 项，同位素是指质子数相同，中子数不同的原子的互称，正确；D 项，一种元素可以形成不同的单质，不一定是纯净物，错误。

9．科学家用4820Ca 轰击249 97Bk(锫)生成293117Up 和294117Up ，Up 可能是科学家一直寻找的第117号元素。

下列关于9720Ca 、249 97Bk(锫)、293117Up 和294117Up 说法中正确的是( )
A ．117号元素的相对原子质量为293.5
B ．293117Up 和294117Up 互为同位素
C ．4820Ca 、249 97Bk(锫)、293117Up 和294117Up 表示四种核素，属于四种元素
D ．该轰击表明通过化学反应可以合成新元素
答案 B
解析 元素的相对原子质量等于各同位素的相对原子质量与其所占的百分数之积的和，由于117号元素的各种同位素原子个数百分含量不确定，故其相对原子质量不确定，A 项错误；293117Up 和294117Up 表示同种元素的两种原子，互为同位素，B 项正确；4820Ca 、249 97Bk(锫)、293117Up 和294117Up 属于四种核素、三种元素，C 项错误；原子是化学变化中的最小粒子，化学反应中原子不发生变化(如不可能由16O 生成
18O)，原子核发生变化的反应不属于化学反应(属于核反应)，D
项错误。

10．230Th 和232Th 是钍的两种同位素，232Th 可以转化成233U 。

下列有关Th 的说法正确的是 ( )
A．Th元素的质量数是232
B．Th元素的相对原子质量是231
C．232Th转换成233U是化学变化
D．230Th和232Th的化学性质相同
答案 D
解析232Th、230Th的质量数分别是232、230，A项错误；元素的相对原子质量是由各种同位素的相对原子质量取得的平均值，B项错误；同位素的物理性质可能不同，但化学性质几乎相同，D项正确；化学变化是生成新物质的变化，原子不变，而C项的原子发生了变化，错误。

[能力提升题]
11．(1)1996年科学家在宇宙深处发现了H＋3和H3分子。

请回答下列问题：
①1个H＋3中含有________个质子，________个电子。

②构成H3分子的原子的核外电子排布示意图是________(填字母)。

A. B.
C. D.
③H3属于________(填“混合物”“单质”或“化合物”)。

(2)写出原子核内质子数与中子数相等的钙原子的符号：________________。

(3)科学研究表明，月球上有丰富的He资源，可开发利用作未来的新型能源。

①32He的中子数是________，32He与42He互称为________。

②α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的原子核，由此推断α粒子含有________个质子和________个中子。

③在32He、42He两种核素中，原子核内的中子数相差为________，与α粒子有相同质子数和中子数的是____________。

(4)在H3O＋中，质子数、中子数、电子数之比为________；在NH3D＋中，质子数、中子数、电子数之比为________。

(5)已知金属钠和水反应的化学方程式为2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。

将9.2 g金属钠投入到足量的重水中，则产生的气体中含有________。

A．0.2 mol中子B．0.4 mol电子
C．0.2 mol质子D．0.4 mol分子
答案(1)①32②C③单质(2)4020Ca(3)①1同位素②22③142He (4)11∶8∶1011∶8∶10(5)B
解析(5)钠和重水反应的化学方程式为2Na＋2D2O===2NaOD＋D2↑，所以产生的气体全部是D2(21H2)，1个分子中含有2个质子，2个电子和2个中子。

9.2 g金属钠的物质的量是0.4 mol，
由化学方程式知，0.4 mol 钠可生成0.2 mol D 2，所以0.2 mol D 2中含有的中子数、电子数、质子数均为0.4 mol 。

12．用A Z X 表示原子：
(1)中性原子的中子数N ＝__________。

(2)A X n ＋共有x 个电子，则该阳离子的中子数N ＝________________。

(3)A X n －共有x 个电子，则该阴离子的中子数 N ＝______。

(4)C －1216O 2分子中的中子数N ＝________。

(5)A 2－原子核内有x 个中子，其质量数为m ，则n g A 2－所含电子的物质的量为________。

答案 (1)A －Z (2)A －x －n (3)A －x ＋n (4)22 (5)n (m －x ＋2)m
mol 解析 根据“质子数＋中子数＝质量数”的关系，(1)N ＝A －Z ；(2)A X n ＋共有x 个电子，中性
原子X 的电子数为x ＋n ，则N ＝A －x －n ；(3)A X n －共有x 个电子，中性原子X 的电子数为x －n ，则N ＝A －x ＋n ；(4)C －1216O 2分子中的中子数为6＋8＋8＝22；(5)A 2－所含电子数为m －x ＋2，则n g A 2－所含电子的物质的量为
n (m －x ＋2)m mol 。

13．据报道，某些花岗岩会产生氡(222 86Rn)，对人体会产生伤害。

请回答下列问题：
(1)该原子的质量数是________，质子数是__________，中子数是________。

(2)请根据Rn 的原子结构示意图预测，氡气的化学性质________(填字母，下同)。

A ．非常活泼，容易与氧气等非金属单质反应
B ．比较活泼，能与钠等金属反应
C ．不太活泼，与氮气性质相似
D ．很难与其他物质发生反应
你选择该选项的理由是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)研究发现，镭能蜕变为222 86Rn ，故称222 86Rn 为镭射气；钍能蜕变为220 86Rn ，故将220 86Rn 称为钍射气；锕能蜕变为219 86Rn ，故将219 86Rn 称为锕射气。

则222 86Rn 、220 86Rn 、219 86Rn 的关系是________。

A ．同种元素
B ．同位素
C ．同种核素
D ．同种原子
答案 (1)222 86 136
(2)D Rn 原子最外层已达8电子稳定结构，氡气很稳定 (3)AB
解析 (1)222 86Rn 的质量数是222，质子数是86，中子数是222－86＝136。

(2)由Rn 的原子结构可知其最外层已达8电子稳定结构，故其性质很稳定，D 项正确。

(3)这三种是同种元素，
由于其质子数相同，而中子数不同，故互为同位素。

14．有A、B、C三种元素，核电荷数均小于18。

已知A元素原子的核电荷数大于B元素原子的核电荷数，但两种元素的原子具有相同数目的电子层，A元素最外层电子数为B元素的两倍，A元素原子第三层电子数为第一层电子数的三倍，C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍，其质子数为最外层电子数的6倍。

请回答下列问题：
(1)A的原子结构示意图：___________________________________________________；
A元素的名称：________。

(2)B的原子结构示意图：__________________________________________________；
B元素的名称：________。

(3)C的离子结构示意图：___________________________________________________；
C元素的符号：________。

答案(1)硫(2)铝
(3)Mg
解析因为最内层最多容纳2个电子，又已知A元素第三层电子数是第一层电子数的3倍，所以第三层电子数为2×3＝6个，则A为硫。

B元素最外层的电子数为6÷2＝3，则B为铝。

已知C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍，质子数为最外层电子数的6倍，4与6的最小公倍数为12，可见该元素原子的核内质子数应为12的倍数，又因为核电荷数小于18，故为Mg。