苏教版人类对原子结构的认识

1、第三单元人类对原子结构的认识学习学习目标目标1.1.通过了解原子结构模型演变的历史通过了解原子结构模型演变的历史, ,体验科学家体验科学家探索原子结构的艰难过程探索原子结构的艰难过程, ,认识实验、假说、模型认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。等科学方法对化学研究的作用。2.2.了解部分典型元素原子的核外电子排布了解部分典型元素原子的核外电子排布, ,并能用并能用原子结构示意图来表示原子结构示意图来表示; ;了解元素活泼性与最外层了解元素活泼性与最外层电子数的关系电子数的关系; ;从氧化镁的形成过程了解化学反应从氧化镁的形成过程了解化学反应的实质。的实质。3.3.了解构成原子的微粒

2、以及它们之间的定量关系了解构成原子的微粒以及它们之间的定量关系; ;了解同位素、核素等概念。了解同位素、核素等概念。学习学习重点重点1.1.构成原子的微粒以及它们之间的定量关系。构成原子的微粒以及它们之间的定量关系。2.2.同位素、核素等概念的理解。同位素、核素等概念的理解。【自主预习【自主预习】一、原子结构模型的演变一、原子结构模型的演变道尔顿道尔顿汤姆生汤姆生带核的原子结构模型带核的原子结构模型玻尔玻尔量子力学量子力学二、原子核外电子排布二、原子核外电子排布1.1.原子核外电子排布特点及表示方法原子核外电子排布特点及表示方法(1)(1)原子核外电子原子核外电子_排布排布; ;(2)(2)原

3、子核外电子排布可以用原子核外电子排布可以用_表示表示; ;(3)(3)原子结构及表示原子结构及表示: :以镁原子为例以镁原子为例分层分层原子结构示意图原子结构示意图2.2.元素的化学性质与原子核外电子排布的关系元素的化学性质与原子核外电子排布的关系(1)(1)化学反应的特点化学反应的特点:_:_不发生变化不发生变化, ,但但_可能发生变化。可能发生变化。(2)(2)化合价化合价: :活泼金属在反应中活泼金属在反应中, ,一般一般_电子电子, ,表现表现_化合价。化合价。活泼非金属在反应中活泼非金属在反应中, ,一般一般_电子电子, ,表现表现_化合价。化合价。原子核原子核最外层电子数最外层电子

4、数失去失去正正得到得到负负三、原子核的组成三、原子核的组成1.1.原子的组成原子的组成(2)(2)质子数质子数=_=_=_=_。2.2.相对原子质量相对原子质量某原子的质量与某原子的质量与_的比值。的比值。质子质子中子中子核外电子核外电子核外电子数核外电子数 核电荷数核电荷数C-12C-12原子质量的原子质量的1/121/123.3.质量数质量数将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数, ,加起来所得加起来所得的数值。的数值。4.4.原子的表示符号及意义原子的表示符号及意义(1)(1)表示符号表示符号: : X X表示表示_是是Z Z、_为为A A的

5、一种的一种X X原子。原子。(2)(2)数量关系数量关系: :质量数质量数(A)=_+_(A)=_+_。5.5.核素和同位素核素和同位素(1)(1)核素核素: :具有一定具有一定_和一定和一定_的一种原子。的一种原子。(2)(2)同位素同位素:_:_相同相同,_(,_(或或_)_)不同的核素不同的核素互称为同位素。互称为同位素。AZ质子数质子数质量数质量数质子数质子数(Z)(Z)中子数中子数(N)(N)质子数质子数中子数中子数质子数质子数质量数质量数中子数中子数【自我小测【自我小测】判断下列问题判断下列问题: :1.(1.(判一判判一判) )原子是构成物质的最小微粒。原子是构成物质的最小微粒。

6、( )( )提示提示: :原子是保持物质化学性质的最小微粒原子是保持物质化学性质的最小微粒, ,原子是可以再分原子是可以再分的。的。2.(2.(判一判判一判) )元素的种类数等于原子的种类数。元素的种类数等于原子的种类数。( )( )提示提示: :不相同。元素是一类原子的总称不相同。元素是一类原子的总称, ,同种元素可能有多种同种元素可能有多种不同的同位素原子。不同的同位素原子。3.(3.(判一判判一判) )在氮原子中在氮原子中, ,质子数为质子数为7,7,而中子数不一定为而中子数不一定为7 7。( )( )提示提示: :原子中质子数与中子数无关。原子中质子数与中子数无关。4.(4.(判一判判

7、一判) )所含质子数与电子数相等的微粒一定是原子。所含质子数与电子数相等的微粒一定是原子。( )( )提示提示: :不一定。质子数与电子数相等的微粒为中性微粒不一定。质子数与电子数相等的微粒为中性微粒, ,分子、分子、原子等都符合要求。原子等都符合要求。5.(5.(判一判判一判) )同位素原子的核外电子排布一定相同。同位素原子的核外电子排布一定相同。( )( )提示提示: :同位素原子的核外电子数相同同位素原子的核外电子数相同, ,电子排布相同。电子排布相同。【释义链接【释义链接】相对原子质量相对原子质量相对原子质量包含元素的相对原子质量、核素的相对原子质相对原子质量包含元素的相对原子质量、核

8、素的相对原子质量、元素的近似相对原子质量等。该处的相对原子质量为核量、元素的近似相对原子质量等。该处的相对原子质量为核素的相对原子质量。素的相对原子质量。一、原子的核外电子排布一、原子的核外电子排布1.1.核外电子层的划分核外电子层的划分原子核外的电子由于所具有的能量不同原子核外的电子由于所具有的能量不同, ,因此距核的远近不因此距核的远近不同同, ,可以看作是分层排布的。可以看作是分层排布的。2.2.外层电子与元素性质外层电子与元素性质(1)(1)不同能量的电子层上电子的数目不同不同能量的电子层上电子的数目不同, ,最外层电子数目的最外层电子数目的多少决定电子的得、失情况以及元素的金属性、非

9、金属性等多少决定电子的得、失情况以及元素的金属性、非金属性等性质。性质。(2)(2)原子的最外层电子数为原子的最外层电子数为8 8个个( (只有一个电子层时为只有一个电子层时为2 2个个) )时时为稳定结构为稳定结构, ,不易发生化学变化。原子在化学变化的过程中不易发生化学变化。原子在化学变化的过程中有趋于稳定结构的变化趋势。有趋于稳定结构的变化趋势。1.1.根据原子的电子排布特点根据原子的电子排布特点, ,试分析下列问题试分析下列问题: :(1)(1)结合表格中的元素实例结合表格中的元素实例, ,分析元素性质与电子排布的关系分析元素性质与电子排布的关系: :实例实例反应前反应前反应后反应后电

10、子层变化电子层变化元素元素性质性质LiLiLiLi+ + _最外层最外层1 1个电子个电子, ,变为变为2 2电子稳定结构电子稳定结构_元素元素失去失去金属金属实实例例反应前反应前反应后反应后电子层变化电子层变化元素元素性质性质NaNa_最外最外层层1 1个电子个电子变为变为8 8电电子稳定子稳定结构结构_元素元素MgMgMgMg2+2+_最外最外层层2 2个电子个电子_元素元素O OO O2-2-_2_2个个电子电子_元元素素ClClClCl- -_1_1个个电子电子_元元素素失去失去失去失去得到得到得到得到金属金属金属金属非金非金属属非金非金属属(2)(2)试根据上表讨论最外层电子数与元素

11、性质的关系是怎样的试根据上表讨论最外层电子数与元素性质的关系是怎样的? ?提示提示: :一般情况下一般情况下, ,最外层电子数最外层电子数4,4,元素为非金属元素元素为非金属元素; ;最外层最外层电子数电子数4,4,元素为金属元素。元素为金属元素。2.2.核外电子排布相同的微粒核外电子排布相同的微粒, ,化学性质是否相同化学性质是否相同? ?提示提示: :不一定。核外电子排布相同的微粒不一定。核外电子排布相同的微粒, ,有中性原子和离子。有中性原子和离子。若是属于同种原子若是属于同种原子, ,化学性质相同化学性质相同; ;若是不同元素的离子若是不同元素的离子, ,则化则化学性质不同学性质不同,

12、 ,如如O O2-2-和和NaNa+ +。【知识点睛【知识点睛】原子结构与元素性质的关系原子结构与元素性质的关系(1)(1)原子的稳定结构和不稳定结构原子的稳定结构和不稳定结构: :稳定结构稳定结构: :原子既不容易失去电子又不容易得到电子原子既不容易失去电子又不容易得到电子( (如如HeHe、NeNe、ArAr等等) )。不稳定结构不稳定结构: :原子容易失去电子或容易得到电子转化为最原子容易失去电子或容易得到电子转化为最外层电子层上有外层电子层上有8(8(有些为有些为2)2)个电子的稳定结构。个电子的稳定结构。(2)(2)元素的原子与离子元素的原子与离子: :活泼金属元素的原子容易失去最外

13、层上的电子变为带正电活泼金属元素的原子容易失去最外层上的电子变为带正电荷的阳离子荷的阳离子, ,阳离子所带正电荷的数目等于原子失去的电子阳离子所带正电荷的数目等于原子失去的电子的数目。的数目。活泼非金属元素的原子容易得到电子变为带负电荷的阴离活泼非金属元素的原子容易得到电子变为带负电荷的阴离子子, ,阴离子所带负电荷的数目等于原子得到的电子的数目。阴离子所带负电荷的数目等于原子得到的电子的数目。【误区警示【误区警示】最外层电子数与元素性质的关系最外层电子数与元素性质的关系(1)(1)最外层电子数是最外层电子数是2 2的元素可能是的元素可能是HeHe或金属元素或金属元素; ;(2)(2)最外层电

14、子数大于最外层电子数大于4 4的元素不一定是非金属元素的元素不一定是非金属元素; ;(3)(3)单个阴离子一定是稳定结构单个阴离子一定是稳定结构, ,单个阳离子一般情况下是稳单个阳离子一般情况下是稳定结构。定结构。(4)(4)金属只表现正价金属只表现正价, ,非金属可以表现出正价非金属可以表现出正价, ,也可以表现出也可以表现出负价。负价。下列对原子组成及结构说法正确的是下列对原子组成及结构说法正确的是( () )A.A.原子不是组成物质的最小微粒原子不是组成物质的最小微粒, ,电子是最小的电子是最小的B. B. 中最外层电子数是中最外层电子数是8,8,表示的是稀有气体原子的表示的是稀有气体原

15、子的原子结构示意图原子结构示意图C.NaC.Na原子的稳定性强于原子的稳定性强于NaNa+ +D.D.最外层电子数为最外层电子数为2 2的微粒不一定是金属的微粒不一定是金属【解析【解析】选选D D。原子不是组成物质的最小微粒。原子不是组成物质的最小微粒, ,电子也不是电子也不是, ,A A错错; ; 为稳定结构为稳定结构, ,可能为原子或离子可能为原子或离子,B,B错错; ;钠原子钠原子最外层有最外层有1 1个电子个电子, ,钠离子最外层有钠离子最外层有8 8个电子个电子, ,钠离子稳定钠离子稳定, ,C C错错; ;最外层电子数为最外层电子数为2 2的微粒可能是金属的微粒可能是金属, ,也可

16、能是氦也可能是氦,D,D正确。正确。【变式训练【变式训练】据据科学科学杂志报道杂志报道: :科学家们已大量制造出科学家们已大量制造出反物质中的反氢原子反物质中的反氢原子, ,认为反物质研究领域的前景认为反物质研究领域的前景“正前所正前所未有的光明未有的光明”。反原子原子核和核外电子电性与原子的电性。反原子原子核和核外电子电性与原子的电性刚好相反刚好相反,假若发现反氯离子假若发现反氯离子, ,请运用核外电子排布规请运用核外电子排布规律大胆设想反氯离子的结构示意图律大胆设想反氯离子的结构示意图( () )【解析【解析】选选D D。由题中所给的信息知。由题中所给的信息知, ,反氯离子含有反氯离子含有

17、1717个带负个带负电荷的质子和电荷的质子和1818个带正电荷的核外电子。个带正电荷的核外电子。二、原子的组成微粒与相互关系二、原子的组成微粒与相互关系原子的组成原子的组成1.1.试探究下列微粒的电性关系。试探究下列微粒的电性关系。(1)(1)已知某阳离子已知某阳离子 X Xm m+ +, ,请写出该阳离子核外电子数和请写出该阳离子核外电子数和Z Z、m m的关系的关系? ?提示提示: :核外电子数核外电子数=Z-m=Z-m。(2)(2)已知某阴离子已知某阴离子 X Xm m- -, ,请写出该阴离子核外电子数和请写出该阴离子核外电子数和Z Z、m m的关系的关系? ?提示提示: :核外电子数

18、核外电子数=Z+m=Z+m。AZAZ(3)(3)若已知某阴离子若已知某阴离子X Xm m- -的核外电子数为的核外电子数为a,a,请用请用a a、m m表示该离表示该离子所含质子数子所含质子数(Z)(Z)。提示提示: :Z=a-mZ=a-m。(4)(4)若已知某阳离子若已知某阳离子X Xm m+ +的核外电子数为的核外电子数为b,b,请用请用b b、m m表示该离表示该离子所含质子数子所含质子数(Z)(Z)。提示提示: :Z=b+mZ=b+m。2.2.是否所有原子的原子核都含有质子和中子是否所有原子的原子核都含有质子和中子? ?提示提示: :不是。不是。H H中只有质子无中子。中只有质子无中子

19、。113.3.质子数相同的微粒一定属于同一种元素吗质子数相同的微粒一定属于同一种元素吗? ?提示提示: :质子数相同的微粒有可能是分子质子数相同的微粒有可能是分子, ,如如H H2 2O O和和NHNH3 3。4.4.若自然界中氧的同位素有若自然界中氧的同位素有1616O O、1717O O、1818O,O,氢的同位素有氢的同位素有H H、D D、T,T,从水分子的原子组成来看从水分子的原子组成来看, ,自然界中的水一共有多少种自然界中的水一共有多少种? ?提示提示: :由水分子组成可知由水分子组成可知, ,任选任选2 2个氢原子和个氢原子和1 1个氧原子即可构个氧原子即可构成一种水分子成一种

20、水分子, ,且氢原子可重复且氢原子可重复, ,故共有故共有6 63=183=18种。种。5.H5.H2 2与与D D2 2之间是同位素关系吗之间是同位素关系吗? ?同位素的化学性质有什么关系同位素的化学性质有什么关系? ?提示提示: :H H2 2与与D D2 2之间既不是同位素关系之间既不是同位素关系, ,也不是同素异形体关系。也不是同素异形体关系。由于原子中电子排布相同由于原子中电子排布相同, ,同位素的化学性质几乎完全相同。同位素的化学性质几乎完全相同。【知识点睛【知识点睛】1.1.原子符号中不同位置数字的含义原子符号中不同位置数字的含义2.2.元素、核素与同位素元素、核素与同位素(1)

21、(1)一种核素实际上就是一种原子一种核素实际上就是一种原子, ,不同的原子称为不同的核素。不同的原子称为不同的核素。(2)(2)同位素原子的质子数相同而中子数不同。同位素原子的质子数相同而中子数不同。3.3.组成微粒间的数量关系组成微粒间的数量关系微粒种类微粒种类数量关系数量关系质量关系质量关系原子原子 X X质子数质子数= =核电荷数核电荷数= =核外电核外电子数子数= =原子序数原子序数质量数质量数(A)=(A)=质子质子数数(Z)+(Z)+中子数中子数(N)(N)质量数近似等于质量数近似等于该同位素的相对原该同位素的相对原子质量子质量阳离子阳离子 X Xm m+ +质子数质子数= =核电

22、荷数核电荷数= =核外电核外电子数子数+ +离子电荷数离子电荷数阴离子阴离子 X Xm m- -质子数质子数= =核电荷数核电荷数= =核外电核外电子数子数- -离子电荷数离子电荷数AZAZAZ【误区警示【误区警示】原子组成中的特例原子组成中的特例(1)(1)有质子的微粒不一定有中子有质子的微粒不一定有中子, ,如如 H,H,有质子的微粒不一定有质子的微粒不一定有电子有电子, ,如如H H+ +。(2)(2)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素质子数相同的微粒不一定属于同一种元素, ,如如NeNe和和H H2 2O O。(3)(3)电子数相等的原子一定是同种元素的原子电子数相等的原子一定是同种

23、元素的原子, ,如如 H H和和 H;H;电子数相等的微粒未必是同种元素的微粒电子数相等的微粒未必是同种元素的微粒, ,如如NaNa+ +和和O O2-2-。111121元素、原子、核素、同位素都是重要的基本概念元素、原子、核素、同位素都是重要的基本概念, ,原子的构原子的构成是重要的化学基本理论。根据下列成是重要的化学基本理论。根据下列8 8种化学符号：种化学符号： 回答问题回答问题: :(1)(1)表示核素的符号共表示核素的符号共种。种。(2)(2)互为同位素的是互为同位素的是和和。(3)(3)质量数相等质量数相等, ,但不能互称为同位素的是但不能互称为同位素的是和和。(4)(4)中子数相

24、等中子数相等, ,但质子数不相等的是但质子数不相等的是和和。12146231472412 12 63117312HHC LiNaN LiMg、 、 、 、 、 、【解析【解析】(1)(1)核素是具有一定质子数和一定中子数的某种元核素是具有一定质子数和一定中子数的某种元素的原子素的原子, ,一种原子即为一种核素一种原子即为一种核素 H H2 2和和 H H2 2都是分子都是分子, ,不属于不属于核素核素, ,其余其余6 6种全部表示核素。种全部表示核素。(2)(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子, ,所以所以 LiLi和和 L

25、iLi互称为同位素。互称为同位素。(3) C(3) C和和 N N的质量数都是的质量数都是14,14,但质子数分别为但质子数分别为6 6和和7,7,属于不属于不同元素的原子同元素的原子, ,不能互称为同位素。不能互称为同位素。(4) Na(4) Na和和 MgMg的中子数都是的中子数都是12,12,但质子数分别为但质子数分别为1111和和1212。答案答案: :(1)6(1)6(2) Li Li(2) Li Li(3) C N(3) C N(4) Na Mg(4) Na Mg1121146731472311241263736314614723112412【互动探究【互动探究】在上述微粒中在上述

26、微粒中, ,最外层电子数相同的有哪些最外层电子数相同的有哪些? ?电子层数相同的电子层数相同的微粒有哪些微粒有哪些? ?提示提示: :最外层电子数相同的有最外层电子数相同的有 LiLi、 NaNa、Li;Li;电子层数相同的微粒有电子层数相同的微粒有 C C、 LiLi、 N N和和 LiLi、 NaNa和和 MgMg。73231163146631477323112412【变式训练【变式训练】(2013(2013金华高一检测金华高一检测) )据科学家预测据科学家预测, ,月球的月球的土壤中吸附着数百万吨的土壤中吸附着数百万吨的 He,He,每百吨每百吨 HeHe核聚变所释放出的核聚变所释放出的

27、能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上氦元素主要能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上氦元素主要以以 HeHe形式存在形式存在, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A. HeA. He原子核内含有原子核内含有4 4个质子个质子B. HeB. He和和 HeHe互为同位素互为同位素C. HeC. He原子核内含有原子核内含有3 3个中子个中子D. HeD. He的最外层电子数为的最外层电子数为2,2,所以所以HeHe很容易失去电子很容易失去电子, ,具有较强具有较强的金属性的金属性3232424242423232【解析【解析】选选B B。HeHe含有含有2 2个质子个质子

28、,A,A错；错；HeHe中含有中含有2 2个质子个质子,1,1个个中子中子,C,C错；错；HeHe最外层有最外层有2 2个电子达到稳定结构个电子达到稳定结构, ,不易失或得不易失或得电子电子,D,D错。错。423242【知识拓展【知识拓展】相对原子质量相对原子质量(1)(1)核素的相对原子质量核素的相对原子质量: :一个原子的实际质量一个原子的实际质量(kg)(kg)与与 C C原原子的实际质量子的实际质量(kg)(kg)的的 相比相比, ,所得比值叫做该原子的相对所得比值叫做该原子的相对原子质量。原子质量。(2)(2)元素的相对原子质量元素的相对原子质量: :概念概念: :该元素所含的天然的

29、稳定的各核素相对原子质量的平均值。该元素所含的天然的稳定的各核素相对原子质量的平均值。计算计算 =M=M1 1x x1 1%+M%+M2 2x x2 2%+%+M+Mi ix xi i% %M Mi i代表各核素的相对原子质量代表各核素的相对原子质量,x,xi i% %代表各天然核素的原子百分数。代表各天然核素的原子百分数。112126M(3)(3)元素的近似相对原子质量元素的近似相对原子质量: :概念概念: :该元素各核素的相对原子质量乘以该核素原子在自该元素各核素的相对原子质量乘以该核素原子在自然界所占原子个数的百分数之和。然界所占原子个数的百分数之和。计算计算 =A=A1 1x x1 1

30、%+A%+A2 2x x2 2%+%+A+Ai ix xi i% %A Ai i代表各核素的相对原子质量代表各核素的相对原子质量,A,Ai i% %代表各天然核素的原子百代表各天然核素的原子百分数。分数。M1.18031.1803年年, ,道尔顿道尔顿( (英英) )提出原子学说提出原子学说, ,对化学发展起了推动作对化学发展起了推动作用。其主要论点有用。其主要论点有: :物质是由原子构成的物质是由原子构成的; ;原子是微小的、原子是微小的、不可分割的实心球体不可分割的实心球体; ;同种元素的原子的性质和质量都相同种元素的原子的性质和质量都相同。从现代观点来看同。从现代观点来看, ,这三个论点

31、中不正确的是这三个论点中不正确的是( () )A.A.B.B.C.C. D. D.【解析【解析】选选D D。这三个论点都是不正确的。这三个论点都是不正确的: :物质不仅仅由原物质不仅仅由原子构成子构成, ,还可以由分子、离子等构成还可以由分子、离子等构成; ;原子不是不可分割原子不是不可分割的的, ,它还可以分成原子核和核外电子等它还可以分成原子核和核外电子等; ;同种元素的原子的同种元素的原子的性质和质量不一定都相同性质和质量不一定都相同, ,如如 H H和和 H,H,质量数就不同。质量数就不同。11212.(20132.(2013安溪高一检测安溪高一检测) )从某微粒的原子结构示意图反映从

32、某微粒的原子结构示意图反映出出( () )A.A.质子数和中子数质子数和中子数B.B.中子数和电子数中子数和电子数C.C.核电荷数和核外电子层排布的电子数核电荷数和核外电子层排布的电子数D.D.质量数和核外电子层排布的电子数质量数和核外电子层排布的电子数【解析【解析】选选C C。以氯原子结构示意图。以氯原子结构示意图 为例为例,“,“”表表示原子核示原子核,“+”,“+”表示原子核带正电表示原子核带正电,17,17表示核电荷数即质子表示核电荷数即质子数数, , 表示电子排布情况。表示电子排布情况。3.3.已知最外层电子数相等的元素原子具有相似的化学性质。已知最外层电子数相等的元素原子具有相似的

33、化学性质。氧元素原子的核外电子分层排布示意图为氧元素原子的核外电子分层排布示意图为 , ,下列原子下列原子中中, ,与氧元素原子化学性质相似的是与氧元素原子化学性质相似的是( () )【解析【解析】选选D D。最外层电子数相同的微粒化学性质相同。最外层电子数相同的微粒化学性质相同。4.(20134.(2013天水高一检测天水高一检测) )下列描述的一定是金属元素的下列描述的一定是金属元素的是是( () )A.A.易失去电子的物质易失去电子的物质B.B.能与酸反应的物质能与酸反应的物质C.C.原子的最外电子层只有原子的最外电子层只有1 1个电子的元素个电子的元素D.D.原子核内有原子核内有1111个质子的元素个质子的元素【解析【解析】选选D D。H H易失电子易失电子, ,为非金属为非金属,A,A错错; ;酸可与多种物质反酸可与多种物质反应应, ,不一定为金属不一定为金属,B,B错错;H;H最外层只有最外层只有1 1个电子为非金属个电子为非金属,C,