高三化学原子结构人教实验版知识精讲.doc

高三化学原子结构人教实验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
原子结构
1. 原子组成
2. 元素、核素、同位素
3. 核外电子排布规律

二. 复习重点
1. 理解原子的组成及同位素的概念。
2. 掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数，以及质量数与质子数、中子数之间的关系。
3. 以第1、2、3周期为例，掌握核外电子排布的规律。

三. 复习过程
（一）原子组成
原子是物质进行化学变化的最小微粒。原子由原子核和核外电子构成，原子核在原子的中心，由带正电的质子与不带电的中子的构成，带负电的电子绕核作高速运动。也就是说，质子、中子和电子是构成原子的三种微粒。在原子中，原子核带正电荷，其正电荷数由所含质子数决定。

1. 原子符号“ZAX”中，Z表示质子数，A表示质量数，核内中子数用N表示。
2. 质子数决定元素的种类；质子数和中子数决定原子的种类；最外层的电子数决定元素的化学性质。
3. 原子中量的关系：质子数（Z）＝核电荷数＝核外电子数（e）＝原子序数；质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）
4. 离子中量的关系：阳离子Rm+：质子数=核外电子数+电荷数（m）；阴离子Rm－：质子数=核外电子数－电荷数（m）

（二）元素、核素、同位素
1、元素：具有相同核电荷数的同一类原子的总称。如：所有核电荷数为1的原子都称作氢原子，总称为氢元素。到目前为止，已经发现了110余种元素。
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。即质子数、中子数不完全相同的一种原子就称为一种核素。都各自独立称为核素，即10种核素（但属于4种元素）。
3、同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。（对于原子来说）“同位”是指在周期表中处于同一位置。
（1）同一元素的各同位素，其物理性质可能不一样，但它们的化学性质基本相同。
（2）天然存在的某种元素里，各种同位素相互间保持一定的比率。即天然存在的某种元素里,不论是游离态还是化合态,各种同位素的原子含量一般是不变的。
（3）同位素是同种元素的不同原子间的关系，故单质、化合物间不可能是同位素。如H2和D2及H2O和D2O之间不存在同位素关系。只有质子数相同而中子数不同的原子才是同位素；如168O和188O是同位素，而146C和147N不是同位素。
（4）某元素的相对原子质量，是按各种天然同位素原子所占的一定百分比算出的平均值。表达式为=M1×a1%+M2×a2%+……。若用同位素的质量数替代其相对原子量进行计算，其结果就是元素的近似相对原子质量（计算结果通常取整数）。我们通常采用元素的近似相对原子质量进行计算。

【归纳总结】四“同”的比较

对象
同、异
性质
同位素
原子
相同质子数，不同中子数
物理性质不同，化学性质相同
同素异形体
单质
同一种元素组成的不同单质
物理性质不同，化学性质相似
同分异构体
有机物
同分子式，不同结构
物理性质不同，化学性质也不一定相同
同系物
有机物
结构相似，组成相差n个CH2
物理性质不同，化学性质相似

（三）核外电子排布规律
1、分层排布
符号
K
L
M
N
O
P
Q
层数
1
2
3
4
5
6
7

※（1）能级：在多电子原子中，同一能层的电子能量也可能不同，还可以把它们分成能级（l）。能级类型的种类数与能层数相对应；同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高，即E（s）＜E（p）＜E（d）＜E（f）。
※（2）各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数：
能层（n）
一
二
三
四
五
六
七
符号
K
L
M
N
O
P
Q
能级（l）
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
……
最多电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
……
2
8
18
32
……
2n2
2、电子总是尽先占满能量低的电子层，然后由里到外，依次排布在能量逐步升高的电子层上。
（1）各电子层最多容纳电子数目：2n2
（2）最外层电子数目不超过８个，（Ｋ层为最外层时，不超过２个）。
（3）次外层电子数目不超过18个，倒数第三层电子数目不超过32个，归根到底，核外电子排布遵循的规律是能量最低原理。电子首先应从内层填起，依次向外。
3、核外电子排布的表示方法：
（1）原子结构示意图：能直观地反映核内的质子数和核外的电子层数及各能层上的电子数。如氯原子：圆圈内表示原子的质子数，要注意正号；弧线表示电子层，弧线内数字表示该层中的电子数。离子结构示意图中各符号含意一样，但注意原子结构示意图中质子数等于核外电子数，而离子结构示意图中质子数与核外电子数不相等。如Cl-：
（2）电子式：电子式是在元素符号周围用小黑点或“×”的数目表示该元素原子的最外层电子数的式子。小黑点或“×”的数目即为该原子的最外层电子数。
※（3）电子排布式：能直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数。多电子原子的核外电子排布遵循构造原理，根据构造原理可以写出元素基态原子的电子排布式。如钾的核外电子排布：1s22s22p63s23p64s1（能级符号右上角的数字是该能级上排布的电子数）。
※（4）轨道表示式：能反映各轨道的能量的高低及各轨道上的电子分布情况，自旋方向。

【归纳总结】
1、1~20号元素粒子结构的特点：稀有气体元素原子的电子层结构与同周期的非金属元素的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素形成的阳离子的电子层结构相同。如：
与Ne原子电子层结构相同的常见离子：F-、O2-、N3-、Na+、Mg2+、Al3+；与Ar原子电子层结构相同的常见离子：Cl-、S2-、K+、Ca2+。
2、核外有10个电子的常见粒子：分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4；阳离子:Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+；阴离子：N3-、O2-、F-、OH-。
3、简单微粒半径的比较方法
原
子
半
径
（1）电子层数相同时，随原子序数递增，原子半径减小。例：rNa＞rMg＞rAl＞rSi＞rp＞rS＞rCl
（2）最外层电子数相同时，随电子层数递增原子半径增大。例：rLi＜rNa＜rK＜rRb＜rCs
离
子
半
径
（1）同种元素的离子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。例：rCl-＞rCl，rFe＞rFe2+＞rFe3+
（2）电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。例：rO2-＞rF-＞rNa+＞rMg2+＞rAl3+（3）带相同电荷的离子,电子层越多,半径越大.例：rLi+＜rNa+＜rK+＜rRb+＜rCs+；rO2-＜rS2-＜rSe2-＜rTe2-
（4）带电荷、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较。例：比较rK+与rMg2+可选rNa+为参照可知rK+＞rNa+＞rMg2+

【典型例题】
例1. 关于13C—NMR（核磁共振）、15N—NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N的叙述，正确的是 （ ）
A. 13C与15N有相同的中子数
B. 13C与C60互为同素异形体
C. 15N与14N互为同位素
D. 15N的核外电子数与中子数相同
分析：本题考查有关原子中各微粒的计算及有关同位素和同素异形体的概念。具有相同质子数，而中子数不同的各种原子互称同位素；由同种元素形成的不同单质称同素异形体，中子数等于质量数减去质子数；中性原子核外电子数等于质子数。
答案：C

例2. 下列说法不正确的是（ ）
A. 人们已经知道有112种元素，所以自然界有112种原子
B. 都表示氢元素，都表示氧元素，因此不同种氢原子与不同种氧原子能结合成18种水分子
C. 的化学性质几乎完全相同
D. O2和O3是由氧元素组成的两种同位素
分析：在已知的112种元素中，稳定同位素289种，不稳定同位素达1400种以上，所以原子的种类远多于元素的种类，所以选项A不正确。氢元素有3种同位素，氧元素也有3种同位素，不同种氢原子与氧原子能结合成18种水分子。对较稳定的广泛存在的氢和氧的同位素分析，普通水由9种水分子组成，这9种水分子中以1H216O含量最多，所以选项B正确。同种元素原子核外电子排布相同，元素的化学性质是由核外电子，特别是最外层电子决定的，所以不同种同位素化学性质几乎完全相同，选项C正确。氧气与臭氧是氧元素形成的两种单质不是同位素，所以选项D不正确。
答案：AD

例3. 某阴离子ARm-核外共有x个电子，则该原子核内的质子数、中子数应为（ ）
A. x-m；A-x+m B. x-m；A-m+x C. x+m；A-x-m D. x+m；A+x+m
分析：首先判断元素R核外电子的情况。题干中已作说明ARm-核外共有x个电子，R元素是阴离子。说明得到了部分电子，得到的电子个数为m个，所以R的中性原子的核外电子总数应为x-m，质子数等于核外电子总数，即应为x-m。中子数等于质量数A与质子数的差，则为A-x+m，正确答案为A。
答案：A

例4. 分析发现，某陨石中含有半衰期极短的镁的一种放射性同位素28Mg，该同位素的原子核内的中子数是（ ）
A. 12 B. 14 C. 16 D. 18
分析：本题考查了质量数＝质子数＋中子数关系的应用。由质量数和质子数即可求出中子数：28－12＝16。
答案：C

例5. A元素原子核外电子数比B元素原子核外电子数少5个，且A元素原子L层比B元素原子L层少3个电子，则A，B两元素形成的化合物可表示为（ ）
A. A3B2 B. A2B3 C. AB3 D. AB2
分析：B元素原子的L层比A元素原子多3个电子，而电子总数比A元素多5个，说明B元素的L层已充满，且下一层M层有5－3=2个电子，则B为＋2价，A为－3价，AB形成的化合物化学式为B3A2或A2B3，故B正确。
答案：B

例6. 某元素某原子核内的质子数为m，中子数为n，则下述论断正确的是（ ）
A. 不能由此确定该元素的相对原子质量
B. 这种元素的原子量为m+n
C. 若碳原子质量为Wg，此原子的质量为（m+n）Wg
D. 核内中子的总质量小于质子的总质量
分析：元素的相对原子质量是各种核素的相对原子质量与其原子个数百分比乘积所求出的平均值，A中的论断是正确的。B中的论断是不对的，题目所给仅是一种核素的相对原子质量，不能确定元素的相对原子质量，因为元素的原子量是各种同位素的原子量与其原子个数百分比乘积所求出的平均值。质量数等于质子数加中子数，m+n仅是这种元素的质量数，不是元素的相对原子质量。C中的论断是不对的。核素相对原子质量是某原子质量是原子质量1/12的倍数，而不是原子质量的倍数。D中的论断是不全面的，一个中子的质量（1.008）大于一个质子的质量（1.007），质子和中子的总数无法确定，因此质子和中子的质量无法比较。如超重氢（）的中子数就比质子数要大,总质量也随之要大。
答案：A

例7. 若用x代表一个中性原子核外的电子数，y代表此原子核内的质子数，z代表此原子核内的中子数，则对的原子来说（ ）
A. x90 y90 z234
B. x90 y90 z144
C. x144 y144 z90
D. x234 y234 z324
分析：本题考查中a、b的含义以及考查原子中质子数、中子数、质量数、电子数等数目之间的关系。符号中，a为质量数，b为质子数；质量数中子数＋质子数，中性原子中电子数等于质子数。
答案：B

例8. X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有相同的核外电子结构，下列叙述正确的是（ ）
A. 原子序数X＜Y B. 原子半径X＜Y
C. 离子半径X＞Y D. 原子最外层电子数X＜Y
分析：X失去电子变成阳离子与Y得到电子变成阴离子的电子层结构相同，说明X的原子序数大于Y，A错误；X的原子比Y的原子多一层电子，故其原子半径大于Y，B错误；因X的核电荷数大于Y，而二者的离子具有相等的核外电子数，核电荷数大者吸引电子能力强，半径小，所以离子半径X＜Y，C错误；X易失电子变成阳离子，Y易得电子变成阴离子，说明最外层电子数X＜Y，D正确。
答案：D

【模拟试题】
1. （06广东）同主族两种元素原子的核外电子数的差值可能为
A. 6 B. 12 C. 26 D. 30
2. （06四川理综）已知1－18号元素的离子aW3+、bX+、cY2－、都具有相同的电子层结构，下列关系正确的是
A. 质子数c>b B. 离子的还原性Y2－>Z－
C. 氢化物的稳定性H2Y>HZ D. 原子半径X>W
3. （06天津理综）下列说法正确的是
A. 用乙醇或ＣＣｌ4可提取碘水中的碘单质
B. ＮａＣｌ和ＳｉＣ晶体熔化时，克服粒子间作用力的类型相同
C. 24Ｍｇ32Ｓ晶体中电子总数与中子总数之比为1∶1
D. Ｈ2Ｓ和ＳｉＦ4分子中各原子最外层都满足8电子结构
4. （05上海）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¯
5. （05全国卷Ⅱ）分析发现，某陨石中含有半衰期极短的镁的一种放射性同位素28Mg，该同位素的原子核内的中子数是
A. 12 B. 14 C. 16 D. 18
6. （05广东）Se是人体必需微量元素，下列有关Se和Se的说法正确的是
A. Se 和Se互为同素异形体 B. Se和 Se互为同位素
C. Se和 Se 分别含有44和46个质子 D. Se和 Se都含有34个中子
7. （05全国卷I）下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是
A. BF3 B. H2O C. SiCl4 D. PCl5
8. （05江苏）. 在下列元素中，不属于主族元素的是
A. 磷 B. 铁 C. 钙 D. 碘
9. （05广东）铊（Tl）是某超导材料的组成元素之一，与铝同族，位于第6周期。Tl3+与Ag在酸性介质中发生反应：Tl3+ + 2Ag = Tl+ + 2Ag+ 。下列推断正确的是
A. Tl+的最外层有1个电子 B. Tl3+的氧化性比Al3+弱
C. Tl 能形成+3价和+1价的化合物 D. Tl+的还原性比Ag强
10. （05北京）. 下列说法正确的是
A. 含有相同氧原子数的SO2和CO的质量相等
B. 等物质的量浓度的NaOH溶液与氨水中的c（OH—）相等
C. 乙酸分子与甲酸甲酯中的共价键数相等
D. 等温等压下，3mol C2H2（g）与1molC6H6（g）的密度相等
11. （双选 ）（05广东）短周期元素X、Y的原子序数相差2。下列有关叙述正确的是
A. X与Y不可能位于同一主族
B. X与Y一定位于同一周期
C. X与Y可能形成共价化合物XY
D. X与Y可能形成离子化合物XY
12. （05全国卷Ⅲ）同一主族的两种元素的原子序数之差不可能是
A. 16 B. 26 C. 36 D. 46
13. （2004上海3）据报道，月球上有大量3He存在，以下关于3He的说法正确的是（ ）
A. 是4He的同分异构体 B. 比4He多一个中子
C. 是4He的同位素 D. 比4He少一个质子
14. （2004浙江7）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. Al3+ B. Mg2+ C. Be2+ D. H+
15. （2004浙江7）2003年，IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）推荐原子序数为110的元素的符号为Ds，以纪念该元素的发现地（Darmstadt，德国）。下列关于Ds的说法不正确的是
A. Ds原子的电子层数为7 B. Ds是超铀元素
C. Ds原子的质量数为110 D. Ds为金属元素
16. （2004北京）. 下列指定微粒的个数比为2∶1的是
A. Be2+离子中的质子和电子 B.原子中的中子和质子
C. NaHCO3晶体中的阳离子和阴离子 D. BaO2(过氧化钡)固体中的阴离子和阳离子
17. （2004天津）核磁共振（NMR）技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数或中子数为奇数的原子核有NMR现象。试判断下列哪组原子均可产生NMR现象( )
A. 18O 31P 119Sn
B. 27Al 19F 12C
C. 元素周期表中VA族所有元素的原子
D. 元素周期表中第1周期所有元素的原子
18. 已知硼化物BxHyz－，与B10C2H12的电子总数相同，则BxHyz-的正确表达式为
A. B9H152－ B. B10H142－ C. B11H132－ D. B12H122－
19. 填写下列空白：
（1）写出表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号：___________________。
（2）周期表中位于第8纵行的铁元素属于第________族。
（3）周期表中最活泼的非金属元素位于第_____________纵行。
（4）所含元素超过18种的周期是第__________、_________周期。
20. A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：
（1）A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；
（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为___，C的元素符号为____；
（3）D元素的正三价离子的3d亚层为半充满，D的元素符号为_____，其基态原子的电子排布式为______________。
（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为_______________________。
21. 现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表：
元素编号
元素性质或原子结构
T
M层上有2对成对电子
X
最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y
常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性
Z
元素最高正价是＋7价
（1）元素T的原子最外层共有 种不同运动状态的电子。元素X的一种同位素可测定文物年代，这种同位素的符号是 。
（2）元素Y与氢元素形成一种离子YH4＋ ，写出该微粒的电子式 （用元素符号表示）
（3）元素Z与元素T相比，非金属性较强的是 （用元素符号表示），下列表述中能证明这一事实的是_____。
a. 常温下Z的单质和T的单质状态不同b. Z的氢化物比T的氢化物稳定
c. 一定条件下Z和T的单质都能与氢氧化钠溶液反应
（4）探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种酸的是 ，理由是 ________。
22. 1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
（1）根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是： 和 ；
和 。
（2）此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与互为等电子体的分子有： 、 。

【试题答案】
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
C
BD
C
D
C
B
B
B
C
C
CD
D
C
B
C
A
C
D
19. （1）（2）VIII（3）17（4）6、7
20. （1）N（2）Cl；K（3）Fe；1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2（4）Cu；1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
21. （1）6；（2） （3）Cl；b（4）H2CO3；弱酸性或非氧化性
22. (1) N2；CO；CO2；N2O (2) SO2、O3