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NaH

B．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