原子结构
[考纲要求] 1.掌握元素、核素、同位素、相对原子质量、相对分子质量、原子构成、原子核外电子排布的含义。2.掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.掌握1～18号元素的原子结构示意图的表示方法。
考点一 原子构成
1．构成原子的微粒及作用
2．微粒之间的关系
(1)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。 3．一个信息丰富的符号
深度思考
1．有5种单核粒子，它们分别是4019□、1840□、4019□＋、4020□2＋、4120□(“□”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有________种。 答案 3
解析 质子数决定元素种类，质子数有19、18、20共3种，所以B正确。 2．(1)4822Ti的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。
(2)27Al3＋的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。
(3)35Cl－的质子数为________、中子数为________、电子数为________、质量数为________。 答案 (1)22 26 22 48 (2)13 14 10 27 (3)17 18 18 35
题组一 粒子中微粒关系的判断
1．下列离子中，电子数大于质子数且质子数大于中子数的是 ( ) A．D3O＋ B．Li＋ C．OD－ D．OH－ 答案 D
2．现有bXn－和aYm＋两种离子，它们的电子层结构相同，则a与下列式子有相等关系的是 ( ) A．b－m－n B．b＋m＋n C．b－m＋n D．b＋m－n 答案 B
规避3个易失分点
(1)任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如阴、阳离子中；(2)有质子的微粒不一定有中子，如1H，有质子的微粒不一定有电子，如H＋；(3)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。
题组二 物质中某种微粒量的计算
3．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ω g R原子完全转化为R2－时，含有电子的物质的量是 ( ) m－n－2A.mol ω·m
ωB.
m－n
mol n
m－n－2C．ω() mol
mm－n＋2D．ω() mol
m
答案 D
解析 R原子的质子数为(m－n)，其核外电子数也为(m－n)，所以R2－的核外电子数为(mωω
－n＋2)，而ω g R原子的物质的量为mol，所以形成的R2－含有的电子为(m－n＋2)mol，
mm故选D。
4．某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子，在a g HmX中所含质子的物质的量是 ( ) A.C.
a
(A－N＋m)mol A＋m
a
(A－N)mol A＋m
a
B.(A－N)mol Aa
D.(A－N＋m)mol A
答案 A
解析 X原子的质子数为(A－N)，一个HmX中所含的质子数为(A－N＋m)，HmX的摩尔质量为a(A＋m)g·mol－1，所以a g HmX中所含质子的物质的量为(A－N＋m)mol。
A＋m
求一定质量的某物质中微粒数的答题模板 物质的质量
÷摩尔质量来自质量数―――――――――→
×一个分子或离子中含某粒子个数
物质的量――――――――――――――→指
定粒子的物质 ×NA
的量――→粒子数
考点二 元素 核素 同位素
1．元素、核素、同位素的概念及相互关系
2．同位素的性质
同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。
3．几种重要的核素 核素 用途 92U 235核燃料 6C 14用于考古断代 1H 21H 3 8O 18示踪原子 制氢弹 4.相对原子质量 (1)定义：以12C原子质量的1/12(约1.66×10－27 kg)作为标准，其他原子的质量跟它比较所得的值。其国际单位制(SI)单位为1，符号为1(单位1一般不写)。 (2)诸量比较
①原子质量：指原子的真实质量，也称绝对质量，是通过精密的实验测得的。如：一个Cl2分子的m(Cl2)＝2.657×10－26 kg。
②核素的相对原子质量：各核素的质量与12C的质量的1/12的比值。一种元素有几种同位素，就应有几种不同的核素的相对原子质量，如35Cl为34.969,37Cl为36.966。 ③核素的近似相对原子质量：是对核素的相对原子质量取近似整数值，数值上与该核素的质量数相等。如：35Cl为35，37Cl为37。
④元素的相对原子质量：是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。如：Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。 ⑤元素的近似相对原子质量：用元素同位素的质量数代替同位素相对原子质量与其丰度的乘积之和。
注意 (1)核素相对原子质量不是元素的相对原子质量。(2)通常可以用元素近似相对原子质量代替元素相对原子质量进行必要的计算。 深度思考
1．如下是四位同学学习原子结构知识后，对这节内容的认识，你认为不正确的是( )
答案 C
2．(1)1H、2H、3H三种微粒都属于________，因为它们是具有相同______________的同一
类原子。 (2)在1H、21H、31H、12 6C、13 6C、 6C14、 7N14、15 7N中，核素、元素的种数分别为______种、______种。 (3)12 6C、 6C13、14 6C的关系为__________，因为它们是具有____________________的同一元素的不同原子。其化学性质几乎完全相同。 答案 (1)氢元素 核电荷数(质子数) (2)8 3
(3)互为同位素 相同的质子数和不同的中子数
题组一 以同位素为核心的概念辨析
1．据2013年2月6日中新网报道，嫦娥二号月球探测器获得了7m分辨率全月球影像图，该月球探测器使用钚元素的同位素电池来提供稳定、持久的能源。下列关于238 94Pu的说法正确的是 ( ) A.238 94Pu和240 94Pu的质子数之差为2 B.238 94Pu和240 94Pu是两种不同的核素 C.238 94Pu的中子数与质子数之差为144 D.238 94Pu和240 94Pu互为同素异形体 答案 B 解析 238 94Pu和240 94Pu的质量数之差为2，A错误；238 94Pu和240 94Pu的质子数均为94，中子数(或质量数)不同，属于钚的两种核素，B正确；238 94Pu的中子数与质子数之差为50，C错误； 94Pu和240238 94Pu互为同位素，D错误。
2．由德、法、美及波兰等多国科学家组成的科研小组合成了非常罕见的26Fe45原子，下列说法不正确的是 ( ) A．可以用KSCN溶液检验4526FeCl3和26FeCl3 56B.4526Fe与5626Fe的电子数相同 C.4526Fe与5626Fe互为同位素 D.4526Fe的中子数小于质子数 答案 A
解析 同位素的化学性质基本相同，A项错误；5626Fe和26Fe45的电子数均为26，B项正确；根据同位素的定义，4526Fe与5626Fe互为同位素，C项正确；26Fe45的中子数为45－26＝19，D项正确。
题组二 核变化与核能利用
3．核能的和平利用对于完成“节能减排”的目标有着非常重要的意义。尤其是核聚变，因其释放能量大，无污染，成为当前研究的一个热门课题。其反应原理为21H＋31H―→ 2He＋140n。下列说法中正确的是 ( ) A．D和T是质量数不同，质子数相同的氢的两种元素 B．通常所说的氢元素是指1H C.11H、21H、31H是氢的三种核素，互为同位素 D．这个反应既是核反应，也是化学反应 答案 C 解析 1H、21H和31H的质子数相同，中子数不同，属于同种元素的不同核素，C正确，A、B错误；该反应中没有新物质生成，D错误。
题组三 相对原子质量的含义及辨析
4．16O中的“16”表示的含义是 ( ) ①氧元素的相对原子质量
②氧元素的一种同位素的近似相对原子质量 ③氧元素的近似相对原子质量 ④氧元素的一种同位素的质量数
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 答案 B
解析 元素的相对原子质量是该元素的各种同位素的相对原子质量(Mi)与其丰度(n%)乘积的和的值，故①错误；同位素的相对原子质量是该同位素一个原子的绝对质量与12C质量的1/12的比值。同位素的近似相对原子质量是该同位素一个原子的绝对质量与12C质量的1/12的比值的近似整数倍，在数值上与同位素的质量数相等。因此，②、④正确；元素的近似相对原子质量是各同位素的近似相对原子质量(即质量数)与其丰度乘积的和值，③错误。 5．某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63。下列叙述中错误的是 ( ) A．它是副族元素 B．它是第六周期元素
C．它的原子核内有63个质子
D．它的一种同位素的核内有89个中子 答案 D
解析 核外电子数等于其质子数，C项正确；用质子数分别减去各周期所含有的元素种类数，63－2－8－8－18－18＝9，显然其是第六周期从左到右的第9种元素，而第六周期中包含镧系，所以它应属于副族，A、B项均正确；由于存在同位素，所以其相对原子质量应是同位素的平均值，而不代表其中一种元素的质量数，故中子数不能用152－63＝89来计算，D项错。
规避同位素、核素概念理解的5个易错点
(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素； (2)有多少种核素就有多少种原子；
(3)同位素：“位”即核素的位置相同，在元素周期表中占同一个位置； (4)不同的核素可能具有相同的质子数，如1H与31H；也可能具有相同的中子数，如 6C14与16 8O；也可能具有相同的质量数，如14 6C与 7N14；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如1H与12 6C。
(5)核变化不属于物理变化，也不属于化学变化。 考点三 核外电子排布
1．电子层的表示方法及能量变化
2．核外电子排布规律 (1)能量最低原则
核外电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再按照由里向外的顺序依次排布在能量逐渐升高的电子层里。 (2)分层排布原则
①每层最多容纳的电子数为2n2个。
②最外层不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。 ③次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。 3．熟记常见的等电子微粒 (1)常见“10e－”微粒
①分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4；
②阳离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、H3O＋、NH4＋； ③阴离子：F－、O2－、OH－、NH－2。 (2)常见“18e－”微粒
①分子：Ar、HCl、H2S、H2O2、F2、C2H6、CH3OH； ②阳离子：K＋、Ca2＋；
③阴离子：Cl－、S2－、HS－。 (3)其他等电子微粒
①“14e－”：Si、N2、CO、C2H2、C22－； ②“16e－”：S、O2、C2H4、HCHO。 深度思考
下图为四种粒子的结构示意图，完成以下填空：
A. B.
C. D.
(1)属于阳离子结构的粒子是________(填字母序号，下同)。
(2)B粒子的半径________C粒子的半径(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (3)某元素R形成的氧化物为R2O3，则R的原子结构示意图可能是________。 答案 (1)B (2)小于 (3)D
题组一 核外电子排布规律的简单应用
1．两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是 ( )
A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子 C．氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子 答案 D
解析 由于Y原子的M层电子比X原子的M层电子多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L层必定有8个电子，则X的L层只有4个电子，M层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6。所以X、Y的核电荷数分别是6和13，即为碳原子和铝原子。
2．原子的核电荷数小于18的某元素X，其原子的电子层数为n，最外层电子数为2n＋1，原子核内质子数为2n2－1。下列有关X的说法中不正确的是 ( ) A．X能形成化学式为X(OH)3的碱 B．X能与某些金属元素形成化合物
C．X原子的最外层电子数和核电荷数肯定为奇数 D．X可能形成化学式为KXO3的盐 答案 A
解析 符合题意的元素X可能是氮或氯元素，A项不正确。
3．已知X、Y、Z都是短周期元素，它们的原子序数依次增大，X原子的电子层数与它的核外电子总数相等，而Z原子的最外层电子数是次外层的3倍，Y和Z可以形成两种以上气态化合物，则下列说法错误的是 ( ) A．Y和Z可以组成一种Y和Z的质量比为7∶8的化合物 B．X、Y、Z可以组成一种盐
C．X和Z可以组成原子个数比分别为1∶1和2∶1常温下呈液态的两种化合物 D．由X、Y、Z三种元素中的任意两种组成的10电子微粒有2种 答案 D
解析 由题中信息易推出X、Y、Z分别是H、N、O。N、O可以组成NO，其中N、O两种元素的质量比为7∶8，A正确。H、N、O可组成NH4NO3，B正确。H、O可组成H2O、H2O2两种常温下呈液态的化合物，C正确。H、N、O中的任意两种元素组成的10电子微粒有H2O、NH3、NH＋4、OH－、H3O＋等，D 错误。
题组二 核外电子排布规律与其他性质的综合应用 4．现有部分元素的原子结构特点如表：
X Y Z W L层电子数是K层电子数的3倍 核外电子层数等于原子序数 L层电子数是K层和M层电子数之和 共用三对电子形成双原子分子，常温下为气体单质 (1)画出W原子结构示意图_____________________________________________。 (2)元素X与元素Z相比，非金属性较强的是__________，写出一个能表示X、Z非金属性强弱关系的化学反应方程式
_____________________________________________________________________。
(3)X、Y、Z、W四种元素形成的一种离子化合物，其水溶液显强酸性，该化合物的化学式为__________。
(4)元素X和元素Y以原子个数比1∶1化合形成的化合物Q，元素W和元素Y化合形成的化合物M，Q和M的电子总数相等。以M为燃料，Q为氧化剂，可作火箭推进剂，最终生成无毒的，且在自然界中稳定存在的物质，写出该反应的化学方程式_______________________________________________________________。
答案 (1)
点燃
(2)X(或氧) 2H2S＋O2=====2H2O＋2S↓ (3)NH4HSO4
点燃
(4)N2H4＋2H2O2=====N2↑＋4H2O
解析 L层电子数是K层电子数的3倍，即L层有6个电子，故X为氧元素；核外电子层数等于原子序数的元素只有氢，故Y为氢元素；Z元素的K、L层分别有2个和8个电子，则M层上有6个电子，故Z为硫元素；常温下为气态双原子分子，且原子间以三键结合的只有N2，故W为氮元素。问题(2)中能说明氧比硫非金属性强的事实有很多，其中较为直观的是O2置换H2S中的S。问题(4)中H、O形成的原子个数比为1∶1的化合物是H2O2，N、H形成的化合物分子中电子数也为18的分子只能是N2H4。
5．A、B、C、D、E五种短周期元素的原子序数依次增大。元素A的负一价离子具有和稀有气体He一样的结构，元素B的最外层电子数是内层电子总数的2倍，元素C是短周期元素中原子半径最大的主族元素，元素D在地壳中的含量位于第二位，元素E与元素B可形成具有正四面体结构的物质。请回答下列问题。
(1)在周期表中，元素B位于第________周期第________族；A与C形成的离子化合物的化学式为_________________________________________________________； A与C形成的离子化合物与水反应的化学方程式为________________________ _____________________________________________________________________。 (2)C形成的简单离子的离子结构示意图为________________________________。
(3)D、E元素形成的化合物可与水反应生成一种沉淀和一种气体，试写出该反应的化学方程式：_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)单质B与水反应是将B充分利用的措施之一，试写出该反应的化学方程式：_____________________________________________________________________。 答案 (1)二 ⅣA NaH NaH＋H2O===NaOH＋H2↑
(2)
(3)SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl↑ 高温
(4)C＋H2O(g)=====CO＋H2
解析 根据题意推测判断A为H，B为C，C为Na，D为Si，E为Cl。
短周期常见原子的12个核外电子排布规律
(1)最外层电子数为1的原子有H、Li、Na；(2)最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg；(3)最外层电子数与次外层电子数相等的原子有Be、Ar；(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C；(5)最外层电子数是次外层电子数3倍的原子是O；(6)最外层电子数是次外层电子数4倍的原子是Ne；(7)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有Li、Si；(8)内层
电子总数是最外层电子数2倍的原子有Li、P；(9)电子层数与最外层电子数相等的原子有H、Be、Al；(10)电子层数为最外层电子数2倍的原子有Li；(11)最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S；(12)最外层电子数是电子层数3倍的原子有O。
题组三 10e、18e微粒应用
6．设X、Y、Z代表元素周期表中前4周期的三种元素，已知X＋和Y－具有相同的电子层结构；Z元素的原子核内质子数比Y元素的原子核内质子数少9；Y和Z两种元素可形成含4个原子核、42个电子的负一价阴离子。
下列说法不正确的是 ( ) A．元素Z的气态氢化物分子中含有10个电子 B．元素Y的气态氢化物分子中含有18个电子
C．元素Z与元素X形成的化合物X2Z中离子都达到稳定结构 D．元素Y、Z组成的化合物属于离子化合物 答案 D
解析 由“X＋和Y－具有相同的电子层结构”知X＋和Y－的最外层都是8电子，推知X为ⅠA族元素、Y为ⅦA族元素；又因“Z元素的原子核内质子数比Y元素的原子核内质子数少9”，故Y为氯、Z为氧、X为钾。水分子中含有10个电子，氯化氢分子中含有18个电子，K2O中的钾离子、氧离子均达到最外层8电子稳定结构。氯、氧组成的化合物为共价化合物。本题也可从常见的4核负一价阴离子NO3－、ClO－3角度来分析，然后根据“Z原子质子数比Y原子质子数少9”推知Y是氯、Z是氧。
7．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去)：
(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的电子式：A____________；D____________。 (2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，请写出：
①A与B在溶液中反应的离子方程式为___________________________________。
②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)________________________________________________________。
答案 (1)
(2)①HS－＋OH－===S2－＋H2O ②OH－>S2－
寻找10电子微粒和18电子微粒的方法 (1)10电子微粒
(2)18电子微粒
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)S2－的结构示意图：
(√)
(√) (×)
(2013·海南，9B)
(2)原子核内有18个中子的氯原子：17Cl 35(2013·海南，9D)
(3)Na2O2中氧元素的化合价为－2 (2013·广东理基，25A)
解析 Na2O2中氧元素化合价为－1价。
(4)Na＋的结构示意图： (√)
(2013·广东理基，19A)
(5)高氯酸(HClO4)中氯元素的化合价为＋7 (2013·广东理基，19D)
(√)
(6)Cl－的结构示意图为(2013·课标全国卷，7D)
(×)
解析 此为氯原子结构示意图。 (7)235 92U和238 92U是中子数不同质子数相同的同种核素 (×) (2013·天津理综，3C)
解析 应为同一元素的不同种核素。 (8)3517Cl、3717Cl为不同的核素，有不同的化学性质 (×) (2013·山东理综，10B)
解析 同位素原子化学性质相同。
(9)16O与18O核外电子排布方式不同 (×) (2013·山东理综，9B)
解析 同位素原子核外电子排布式相同。
(10)通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化 (×) (2013·山东理综，9C)
解析 通过化学变化不能实现同位素原子之间的转化。 (11)在氮原子中，质子数为7而中子数不一定为7 (√) (2013·课标全国卷，7C)
(12)元素周期表中铋元素的数据见右图，则：
①Bi元素的质量数是209 (×) ②Bi元素的相对原子质量是209.0 (√) (2013·上海，6改编)
解析 质子数＋中子数＝质量数。 2．(2013·海南，4) 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，二者的化学性质相同；131 53I的原子序数为53，原子核外电子数为53，中子数为131－53＝78，则131 53I的原子核内中子数多于质子数。 3．(2013·上海，9)氯元素在自然界有35Cl和37Cl两种同位素，在计算式34.969×75.77% ＋36.966×24. 23%≈35.453中 ( ) A．75.77%表示35Cl的质量分数 B．24.23%表示35Cl的丰度
C．35.453表示氯元素的相对原子质量 D．36.966表示37Cl的质量数 答案 C
解析 在计算式中，34.969、36.966分别表示35Cl和37Cl的相对原子质量，75.77%表示35Cl的丰度(即原子个数百分率或原子物质的量百分率)，24.23%表示37Cl的丰度。35.453表示氯元素的相对原子质量。
4．(2013·四川延考，12)已知aXm＋和bYn－两种离子的电子层结构相同，则a等于( ) A．b＋m＋n B．b＋m－n C．b－m＋n D．b－m－n 答案 A
解析 因为aXm＋和bYn－两种离子的电子层结构相同，即这两种离子的核外电子数相等，所以有a－m＝b＋n，则a＝b＋n＋m。所以正确答案为A选项。 5．[2013·福建理综，23(1)]元素M的离子与NH4＋所含电子数和质子数均相同，则M的原子结构示意图为________________。
答案
解析 该元素为钠元素。
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