高一化学(必修一)人类对原子结构的认识

一、原子结构模型的演变历史年代原子结构模型的名称主要理论依据或技术原子结构模型的主要论点公元前5世纪古希腊哲学家德谟克利的古代原子说原子是构成物质的微粒，万物都是由间断的、不可分割的微粒——原子构成的，原子的结合和分离是万物变化的根本原因19世纪初英国科学家道尔顿的近代原子学说参考元素化合时具有确定的质量比的关系①物质由原子构成；②原子不能被创造，也不能被毁灭；③原子在化学变化中不可再分割，它们在化学变化中保持本性不变19世纪末20世纪初汤姆生的“葡萄干面包式”原子结构模型①原子中存在电子，电子的质量为氢原子质量的；②原子中平均分布着带正电荷的微粒，这些微粒之间镶嵌着许多电子1911年英国物理学家卢瑟福的带核原子结构模型参考α粒子的散射现象①原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围做高速运动；②电子的运动形态就像行星绕太阳运转一样1913年丹麦物理学家玻尔的原子轨道模型运用量子论观点研究氢原子光谱①原子核外电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值；②电子在这些轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量20世纪初现代量子力学原子结构模型(电子云模型)微观世界的波粒二象性①原子是由原子核和核外电子构成的；②电子运动不遵循经典力学的原理；③对于多电子原子，电子在核外一定空间近似于分层排布二、原子结构与元素的性质1．原子的核外电子排布(1)自从道尔顿提出原子论后，人们相继发现了、和等，对原子结构的认识更加深刻。

现在人们已经知道，原子是由和构成的，对于原子，可以近似认为电子在原子核外是分层排布的。

例如，(2)核外电子排布的表示方法——结构示意图人们常用原子结构示意图表示原子的核外电子排布，如氧原子的结构示意图为，钠原子的结构示意图为。

2．元素的化学性质与原子核外电子排布的关系(1)稀有气体元素原子最外层电子数为8(氦为2)，是稳定结构，不易得失电子，因此化学性质稳定，一般不跟其他物质发生化学反应。

例如，稀有气体Ne、Ar的原子结构示意图：(2)金属元素原子最外层电子数一般少于4，在化学反应中容易失去电子。

例如，要使该原子达到8个电子(最外层是一层时为2个电子)的稳定结构，通常是失去电子变为带正电荷的阳离子，阳离子所带正电荷的数目等于原子失去电子的数目。

例如，Mg2＋的形成过程如图所示：(3)非金属元素原子最外层电子数一般大于4小于7，在化学反应中容易得到电子；要使该原子的最外层达到8个电子(最外层是一层时为2个电子)的稳定结构，通常是得到电子变为带负电荷的阴离子，阴离子所带负电荷的数目等于原子得到电子的数目。

O2－的形成过程如图所示：3．化合价变化与电子得失的内在联系化学反应中，原子核不发生变化，但原子的最外层电子会发生变化。

最外层都有达到稳定结构的趋势，这种趋势只有在化学反应中，元素的原子相互结合时才能实现。

一般采用两种方式：①得到或失去一定数目的最外层电子；②共用一定数目的电子对。

由于得失电子和共用电子对都有“一定数目”，因此，不同元素相互化合时原子之间都有一定的个数比，化合价就是用来表现这种原子个数比的。

由此化合价就是一种元素一定数目的原子，与其他元素一定数目的原子相互化合的性质，叫做这种元素的化合价。

元素化合价在数值上等于原子失去或得到电子的数目(失为正，得为负)。

三、原子核的组成1．原子的构成原子是由居于中心的和构成的，而原子核是由更小的微粒——和构成的，1个质子带1个单位电荷，1个电子带1个单位电荷，中子不显电性。

2．质量数(1)质量数如果忽略的质量，将原子核内所有和的相对质量取近似整数值加起来所得数值，叫做质量数，质量数用符号表示。

(2)数量关系：中子数用符号表示，质子数用符号来表示，则质量数(A)＝＋。

(3)原子的质量数等于该原子的近似整数值。

(4)原子组成的表示及含义①原子②的含义：代表一个为A、为Z的原子。

、3．元素、核素和同位素(1)元素具有相同 (即 )的同一类原子的总称叫做元素。

①决定元素种类的因素：核电荷数(即质子数)与中子数和电子数无关。

②元素定义中的原子既包括中性原子，又包括带电的原子(即阴、阳离子)。

例如，11H、12H、13H、H＋等都称为氢元素。

③元素是一个种类概念，因此只能说人类到目前为止已经发现了近120种元素，而不能说120个元素。

(2)核素具有一定和一定的一种原子称为一种核素。

在天然存在的各种元素中，不论是游离态还是化合态，各种核素所占的原子百分比一般是不变的。

(3)同位素相同， (或 )不同的元素的原子互称为同位素。

①当一种元素至少存在两种核素时，可以运用同位素的概念。

②同位素是同一元素、不同核素间的互称，不指具体原子。

③元素的相对原子质量，是按各种同位素原子所占的一定百分比算出来的平均值。

④决定同位素种类的因素是中子数(质子数相等)。

⑤大多数元素都有同位素，因此发现的核素(原子)种类远多于元素种类。

⑥同位素的质量数不同，物理性质不同；核外电子数相同，化学性质相同。

要点一、原子结构与元素的性质问题一在化学反应过程中，原子核是否发生变化？问题二常见元素中，其最高正价或最低化合价与原子结构有何联系？例1 2006年诺贝尔物理学奖由美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特共同获得，奖励他们为宇宙起源的大爆炸理论提供了支持。

根据大爆炸理论，在大爆炸后约2 h，诞生了大量的氢、少量的氦，以及极少量的锂。

下列说法不正确的是( )A．氢原子因获得一个电子能变成稳定结构，故也可与Na反应生成NaHB．氢原子与氢离子都属于氢元素，它们的化学性质相同C．氦元素原子最外层有2个电子，故其化学性质稳定D．锂原子易失去最外层1个电子，形成最外层为2个电子的稳定结构【思路指引】解决此类问题要熟悉氢、氦、锂的电子排布结构，然后根据电子层结构推断其化学性质。

变式训练1 1.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(填写代号，在本小题中下同)______，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化合物的化学式是________，可经过得失电子后再相互结合形成化合物的化学式是________。

(4)在核电荷数1～10的元素内，列举两个与B电子层结构相同的离子，写出离子的符号________；列举原子的稳定性与C最接近的元素，写出元素的符号________要点二原子核的组成问题三原子作为一个整体不显电性，为什么？问题四质量数和原子的相对原子质量表示的含义是否相同？例2 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，中子数也相等变式训练2.我国稀土资源丰富。

下列有关稀土元素的说法正确的是( )探究整合应用一、原子结构中两个等式的理解1．核电荷数＝核内质子数＝核外电子数(1)适用于原子、分子等电中性微粒。

(2)若为阳离子X m＋，核电荷数＝核内质子数＝核外电子数＋m。

(3)若为阴离子X n－，核电荷数＝核内质子数＝核外电子数－n。

2．质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)，此表示式适用于原子及简单离子。

二、元素、核素和同位素的区别与联系元素、核素、同位素这三个概念相近，容易混淆，采用下图来区分。

1．同种元素，可有若干种不同的核素。

2．核电荷数相同的不同核素，虽然它们的中子数不同，但是属于同一元素。

3．同位素是同一元素的不同核素之间的互称，不指具体的原子，即为A1 ZX、A2 ZX、A3 ZX……的互称。

4．如果不特别指出，所谓元素的原子一律指常见的普通原子。

思路点拨(1)“同位”是指这几种核素的质子数(核电荷数)相同，在元素周期表中占据同一位置。

(2)因许多元素存在同位素，故原子的种类多于元素的种数。

但也并非所有的元素都有同位素，如Na、F、Al等就没有同位素。

(3)同位素分为稳定同位素和放射性同位素。

三、元素的化学性质取决于原子的最外层电子数元素的化学性质属于物质发生化学变化的问题。

在物质发生化学变化的过程中，原子核保持不变，一般是在原子的最外层上发生电子数目的变化，有的原子也涉及到个别的内电子层上电子数目的变化，变化的趋向一般是达到原子具有稳定的电子层结构。

因此，原子核外最外电子层上的电子数目对于元素的化学性质有着至关重要的影响。

二、原子核外电子的排布1、在多个电子的原子里，核外电子是分层运动的，又叫电子分层排布。

电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。

2、核外电子排布规律1）电子一般总是优先排布在的电子层里，然后依次向外排布在能量较高的电子层里，即最先排布K层，当K层排满后，再排布L层，等等。

2）每个电子层最多能容纳个电子，（n代表电子层数）3）最外层电子数不超过，K层为最外层时，最外层电子数不超过。

4）次外层电子数不超过，倒数第三层不超过。

3、原子的稳定结构原子最外层有8个电子（最外层为K层时有两个电子）的结构式相对稳定结构。

钠、镁、铝、钾、钙等活泼金属原子在化学反应时容易失去电子形成最外层为8电子结构的阳离子。

氟、氯、溴、碘、氧、硫等许多非活泼金属在化学反应中容易得到电子形成最外层为8电子结构的阴离子。

氖氩氪氙等最外层为8电子结构元素的原子的化学性质不活泼，这些事实说明许多原有达到最外层为8电子结构的倾向，最外层8电子结构是一种比较稳定的结构。

像CO2、Cl2、N2等分子中各原子最外层电子数达到8电子。

BeCl2中的铍原子，BF3中硼原子最外层电子不到8，PCl5中磷原子、SF6中硫原子最外层都超过8也很稳定。

4、原子结构示意图：表示原子核外电子排布情况的式子，叫做原子结构示意图。

课堂练习1、道尔顿的原子学说曾经对化学发展产生巨大影响，因而被誉为“近代化学之父”。

他的学说包含下述三个论点：①原子是不能再分的粒子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观点看，你认为这三个论点中不确切的是( )A．①③B．②③C．③ D．①②③2、关于12C、13C、14C的说法中，正确的是( )A．都属于碳元素B．表示三种碳原子C．表示三种同素异形体D．表示碳元素的三种相对原子质量3、用A.质子数，B.中子数，C.核外电子数，D.最外层电子数，E.电子层数，填写下列空格。