第三单元人类对原子结构的认识

在你眼中…?

在化学家眼中…?水由水分子构成食盐由离子构成它们由什么微粒构成？铜由铜原子构成专题2研究物质的基本方法第三单元人类对原子结构的认识

你认为这张纸可以永远撕下去而变的无穷小，还是撕到一定程度，达到了其最小的组成后就不能再继续撕了?

考古学家发现铸在青铜器上的“小”，“小”字代表什么意思呢？

我国古代先贤惠施说过：“一尺之锤，日取其半，万世不竭。”儒家著作《中庸》里提出：“语小，天下莫能破焉”。这些说法代表什么观点？一、人类认识原子结构的历程

古希腊哲学家德谟克利特提出，每样东西都是由最小的部分组成，而这最小的部分不能再分。他认为物体可以不断切割直到其最小部分，这最小的部分称为“atomos”。atom（原子）这个单词来源于此。

感觉上，存在的是缤纷的色彩，浓郁的芬芳，深深的苦痛，但是实际上，存在的只是原子和空间。——德谟克利特这首诗体现了德谟克利特的什么思想？2500年前德谟克利特哲学臆测一、人类认识原子结构的历程古代朴素的原子论只是一种笼统模糊的哲学思辨，缺乏实验证据。道尔顿在继承古代朴素原子论和牛顿微粒说的基础上提出了原子学说。2500年前德谟克利特哲学臆测

道尔顿1803所有物质都是由不可分割的原子构成。在化学反应中，原子种类和数目不变。同种元素的原子完全相同。

实心球模型质量守恒定律倍比定律定组成定律道尔顿原子学说将气体装在密封的玻璃管中，抽气使之稀薄，再通上高压电，会有一束射线从玻璃管阴极通过气体到达阳极，人们称之为阴极射线。当金属板D1、D2之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上P1处，施加电场之后，射线发生偏转并射到屏上P2处。阴极射线在电场或磁场作用下偏转说明了什么？阴极射线由极小的带负电的电子组成汤姆生发现原子里有电子，电子带负电，可原子不带电，那么原子里的正电荷在哪里呢？

汤姆生葡萄干面包式1904发现原子中存在电子打破原子不可分的神话提出葡萄干面包式模型2500年前德谟克利特哲学臆测

道尔顿1803

实心球模型卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现：1、大部分α粒子都可以穿过薄的金箔2、少数α粒子穿过薄的金箔时，发生了偏转。3、极少数α粒子好象打在坚硬的东西上，完全反弹回来。

他推测原子的内部结构并不均匀的，而是存在一个中心的“核”，称为原子核。原子核带正电，电子在其周围高速运动，就像行星围绕太阳运转一样。1911卢瑟福原子是由原子核和核外电子构成的原子核带正电，电子带负电电子围绕原子核做高速运动

汤姆生葡萄干面包式19042500年前德谟克利特哲学臆测

道尔顿1803

实心球模型有核或行星结构模型1913年，丹麦物理学家玻尔——引入量子论观点。他提出了新的原子结构模型：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；核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。

根据经典的电磁理论，电子绕核运动时会不断产生电磁波，从而辐射处能量，于是会离核越来越近，最终落在原子核上。也就是说，行星模型甚至不能稳定存在1秒钟，那么该如何解释卢瑟福的原子模型？玻尔19131911卢瑟福

汤姆生葡萄干面包式19042500年前德谟克利特哲学臆测

道尔顿1803

实心球模型有核或行星结构模型量子论轨道模型20世纪末和21世纪初——量子力学模型量子力学模型1926

许多人人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的……玻尔19131911卢瑟福汤姆生葡萄干面包式19042500年前德谟克利特哲学臆测

道尔顿1803

实心球模型有核或行星结构模型量子论轨道模型人类认识原子结构的历程道尔顿→汤姆生→卢瑟福→玻尔

↓↓↓↓原子学说

葡萄干面包式

有核或行星模型

量子论轨道模型原子结构模型的演变过程给我们的启迪（1）化学认识发展过程中的继承、积累、突破和革命。（2）实验方法是科学研究的一种重要方法，实验手段的不断进步是化学科学的关键；模型法可以把事物抽象的本质具体化，但并不等于事物的真实存在，模型的正确性需要实验的检验。（3）科学研究、科学发现是无止境的。分子是保持物质化学性质的最小微粒

原子是化学变化中的最小微粒

在化学变化中分子可分,原子不可再分

想一想保持物质化学性质的最小微粒是什么?它可以再分吗？化学变化中最小的微粒是什么?它可以再分吗？温故知新

我们知道相对原子质量被定义为“某原子的质量与12C原子质量的1/12之比”你知道12C原子是指哪种碳原子吗？12代表什么意思？1、原子组成二、原子核的构成

原子原子核核外电子质子Z个一个质子带一个单位正电荷中子N个中子不带电荷一个电子带一个单位负电荷带正电Z个质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数微粒质量/Kg带电荷量／Ｃ相对质量质子1.673×10-271.602×10-191.007中子1.675×10-2701.008电子9.109×10-31-1.602×10-191/1836跟质子、中子相比，电子质量很小，通常忽略不计，原子的质量主要集中在原子核上。体积关系：原子核的体积只占原子体积的几百万亿分之一质量关系：拓展视野夸克原子由质子、中子、电子等基本粒子构成。那么，基本粒子可不可以再分呢？1964年，美国科学家盖尔曼（M.Gellman）提出质子、中子由更小的夸克构成，建构了夸克模型。该模型能解释许多事实，引起了人们的普遍关注。1967年，以弗里德曼（J.Fruideman）、肯达尔（H.Kendall）、秦勒（R.Taylor）为核心的研究小组，在美国斯坦福大学直线加速器中心进行实验，证明了夸克的存在。这三位科学家因此获得了1990年诺贝尔物理学奖。但迄今为止，人们尚未能分离出单个的夸克。美国科学家戴维·格罗斯（D.J.Gross）、戴维。波利策（H.D.Politzer）和弗兰克·维尔切克（F.Wilczek）发现当夸克相距很近时相互作用力很小，但当距离增大时相互作用力急剧增大。这解释了人们在寻找单个夸克时遭遇的图境。这三位科学家因此获得了2004年诺贝尔物理学奖。观察表格

，思考下列问题2、所有原子都是由质子、中子、电子构成的吗？3、质子、中子、电子在数量上有什么关系？1、不同元素原子之间有哪些区别？质子数、电子数不同。氢原子的中子数为0，因此，不是所有的原子都有中子。质子数=电子数=核电荷数;中子数不一定等于电子数。原子种类质子数中子数核外电子数

核电荷数氢1011碳6666氧8888钠11121111氯17181717质子中子电子质量/kg1.673×10-271.675×10-279.109×10-31相对质量1.0071.0081/1836讨论：由表中数据分析12C中的12是什么意思呢？原子种类质子数中子数核外电子数

核电荷数氢1011碳6666氧8888钠11121111氯171817172、质量数质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得到的数值。原子质子数（Z）中子数（N）质子数+中子数（A）相对原子质量AZXF910

18.998

Na1112

22.990

Al1314

26.982学以致用：192327199F2311Na

2713Al质量数在数值上近似等于原子的相对原子质量讨论：相对原子质量与质量数有何关系？元素符号意义：表示质子数为Z，质量数为A的一种X原子原子表示符号质量数质子数12C原子是指质子数和中子数都是6的碳原子O81622--2离子电荷原子个数质量数质子数化合价数字的位置不同，所表示的意义就不同！讨论1、什么是元素？谁决定了元素的种类？同一种元素含有的中子数目一定相同吗？同一种元素只有一种原子吗？2、“元素”是指具有相同核电荷数(即质子数)的同一类原子的总称。其中的“同一类”该如何理解的？试比较三种原子的异同，指出它们之间的关系。质子数相同中子数不同，质量数不同属同种元素不同种原子

具有一定质子数和一定中子数的一种原子称为一种核素3、核素4、同位素

质子数相同、质量数（或中子数）不同的核素互称为同位素两同两不同——同质子数、同一元素——中子数不同、原子不同特点：⑴同位素在周期表里占据同一位置⑵同位素的化学性质几乎完全相同，物理性质略有差异⑶在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素的原子个数百分比(丰度)一般为定值⑷

同种元素的不同的同位素原子也可组成不同的单质或化合物的分子

自然界中大多数元素都有同位素,目前已知的元素有118种,但同位素已发现2000多种。元素种类由质子数决定,同位素由质子数,中子数共同决定.同一元素的各种同位素的原子,化学性质几乎完全相同,在周期表中处于同一位置。常见的同位素126C136C146C23492U23592U23892U1、质量较大的核素往往容易发生衰变，变成质量较小的核素，同时放射出某种射线或粒子流。卢瑟福轰击金箱实验所用的α粒子，就是放射性同位素衰变时放射出的氦原子核。同位素的应用已遍及医学、工业、农业、考古和环境等领域，在医学上的应用尤活跃，主要用于诊断、治疗、医疗用品消毒、以及药物作用机理研究等。但某些同位素的放射性会对环境以及人体健康产生一定的危害。拓展视野：同位素的应用2、同位素在考古中的应用考古学家们挖掘出生物化石，如何较准明地测定其年代呢？同位素在考古断代上功不可没。生物化石中含有14C。在生物死亡前，由于生命活动伴随体内含碳元素物质与自然界中碳元素的交换，生物体中14C所占碳原子的比例和大气中14C所占碳原子的比例相同。大气中14C所占破原子的比例是恒定的。但当生物体死亡后，其体内的14C和大气中的14C停止交换，生物体内的14C所占碳原子比例因衰变而减少，每5730年14C就减少一半。因此，测定出土文物或化石中14C所占碳原子比例，与大气中的恒定值进行比较，就可以测算出其死亡的年代。原子

原子核核外电子(Z个)质子（Z个）---决定元素种类中子（N个）---决定核素种类[归纳与整理]元素、核素与同位素间的关系：核电荷数质子中子质子数中子数1、据报道，最近中科院的有关专家在世界上首次发现了镤元素的一种新的同位素，它的中子数为（）A．330B．91C．239D．1482、据最新报道，放射性同位素钬，可有效治疗肝癌，该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是()A.32B.67C.99D.1663、在离子RO3n-中，共有x个核外电子，R原子的质量数为A，则R原子核内含有的中子数为(

)A．A－x＋n＋48B．A－x＋n＋24C．A－x＋n－24D．A＋x－n－24D

练习：ABCB6、正误判断(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子()(2)不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、质量数均不相同()(3)中子数不同而质子数相同的微粒一定互为同位素()(4)通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化()(5)原子不一定都有中子（）(6)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素（）(7)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同（）√√××√√√

7、原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念，原子的构成属于重要的化学基本理论，下列八种化学符号：11H21H146C63Li2311Na147N73Li2412Mg

（1）涉及到的核素共有（）种（2）互为同位素的是（）和（）（3）质量数相等，但不能互称为同位素的是（）和（）（4）中子数相等，但质子数不相等的是（）和（）8、已知氢元素有1H、2H、3H三种同位素，氯元素有35Cl、37Cl两种同位素。由这五种微粒构成的HCl分子可能有（）种种种种146C82412Mg

21H11H

63Li73Li147N2311NaC

以C-12原子质量的1/12作为标准，其他原子的质量跟它比较所得的值。计算式为：(1)同位素原子量(2)原子的近似相对原子质量=原子质量数(3)元素的相对原子质量(即平均原子量)(4)元素的近似相对原子质量课堂延伸相对原子质量=

某种原子的质量一种碳原子质量×1／12相对原子质量是比值；单位是“1”略写。相对原子质量Cl元素相对原子质量=M1×a1

+M2×a2(公式）例：Cl元素相对原子质量的计算

同位素同位素的相对原子质量(Mi)丰度(ai)34.96975.77%36.96624.23%Cl元素近似相对原子质量=A1×a1+A2×a2(公式）

=35×75.77%+37×24.23%=35.485

1．设某元素的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．这种元素的相对原子质量为m+nC．碳-12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2．硼有两种天然同位素，10B和11B，近似原子量为，求10B和11B在天然同位素中的原子个数比为

。10B和11B的质量比

（填大于、小于、等于1:4）A1:4小于

练习：【拓展练习】某元素x的同位素可形成三种双原子分子，其式量分别为158、160、162，其分子个数比为1:2:1，问：⑴元素x有几种同位素？⑵质量数分别是多少？⑶计算各同位素的所占原子百分比。一种原子(A)AAA21种分子2种同位素

ABAA2ABBABB2

3种分子3种同位素

ABCAA2ABACBABB2BCCACBCC26种分子x有两种同位素

A2ABB2

质量数分别为79和8150%

钠原子核外有11个电子，这11个电子是聚成一堆在离核相同的距离处运动，还是分散在离核不同的距离处运动？探究思考【资料】核外电子运动的特点：（1）电子的质量很小，带负电荷。（2）电子运动的空间范围小。（3）电子做高速运动，接近光速。由于上述原因，核外电子的运动规律与宏观物体不同：它没有确定的轨道，我们不能测定或计算它在某一时刻所在的位置，也不能描绘出它的运动轨道。对于多电子的原子，电子在核外一定的空间近似于分层排布。+2He+18Ar+10Ne该电子层上的电子原子核核电荷数电子层+1H+8O+12Mg三、原子核外电子排布

1、原子核外电子的分层排布电子层离核由近及远，能量由低到高K、L、M、N、O、P、Q（1）电子层：根据电子能量的差异和通常运动离核远近的不同，将能量不同的电子运动区域称为电子层电子层序数（n）1234567符号KLMNOPQ能量大小离核远近位置小大近远里外+12K层L层M层（2）核外电子排布一般规律①能量最低原理：即最先排K层，K层排满后，再排L层，依次类推，这样排布整个原子能量最低。②每层上最多容纳的电子数为2n2个(n是电子层）。③最外层最多不能超过8个电子(K层为最外层时不能超过2个)，次外层最多不能超过18个,倒数第三层最多不能超过32个。上述规律相互制约，相互联系观察下列种原子的核外电子排布，归纳核外电子分层排布的规律

为了形象地表示原子的结构，人们就创造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。+17第1层第2层第3层原子核原子核带正电核电荷数287（3）原子结构示意图画出1-18号元素的原子结构示意图1-18号元素的核外电子排布-----原子结构示意图元素名称元素符号各电子层的电子数K1L2M3N4O5P6最外层电子数氦He22氖Ne288氩Ar2888氪Kr281888氙Xe28181888氡Rn2818321888分析稀有气体的核外电子排布与其性质有什么联系？学以致用表2-5稀有气体元素原子核外电子排布总结：稀有气体元素最外层电子数为8（He为2），化学性质稳定HeNeAr讨论：1、对比稀有气体的结构，分析Mg、O核外电子排布特点？2、Mg、O为什么容易形成Mg2+、O2-？在变化过程中改变的是什么微粒？Mg+12228O

+862Mg2++1228O2-

+882失去2个电子得到2个电子元素的化学性质主要由最外层电子数决定在化学反应过程中，原子核不发生变化，原子的最外层电子数会发生变化。2、原子结构与元素性质的关系（结构决定性质）（1）稳定结构（2）不稳定结构最外层为8电子的结构（K层为2个）

原子容易失去电子或得到电子转化最外电子层为8（K层为2）个电子的稳定结构特点：原子既不容易失去电子又不容易得到电子离子：质子数=核外电子数?最外层电子数决定元素的化学性质Mg+12228O

+862Mg2++1228O2-

+882失去2个电子得到2个电子阴离子：阳离子：核外电子数=核电荷数（质子数）-电荷数核外电子数=核电荷数（质子数）+电荷数结论：交流与讨论1.金属单质Ｎa、Mg能分别与非金属单质Ｏ2、Ｃl2发生反应生成氧化物和氯化物，请写出化学式。2.根据Ｎa、Mg、O、Cl原子在反应过程中失去或者得到电子的数目和该原子的最外层电子数目,推断其氧化物和氯化物中元素化合价，将结果填入下表。Na2O、MgO、NaCl、MgCl2元素原子最外层电子数失去或得到电子数化合价ＮaMgOCl

+1182Na++1788

2Cl-Na+Cl-Na+11812Cl+17872Mg+12228O

+862Mg2++1228O2-

+882Mg2＋O2-宏观：氧气和金属镁反应生成氧化镁，氧化镁是氧元素与镁元素相结合的产物。微观：2Mg+O2=2MgO

每个Mg失去2个电子形成与Ne一样的稳定电子层结构的Mg2+，每个O得到2个电子形成与Ne一样的稳定电子层结构的O2-，带正电荷的Mg2+与带负电荷的O2-相互发生电性作用，形成稳定的MgO。结论1、活泼金属元素的原子易失去最外层的电子变为带正电荷的阳离子，表现正化合价MgMg2+（带2个单位正电荷）失2e-

2、活泼非金属元素的原子易得到电子变为带负电荷的阴离子，表现负化合价OO2-得2e-（带2个单位负电荷）交流与讨论1.金属单质Ｎa、Mg能分别与非金属单质Ｏ2、Ｃl2发生反应生成氧化物和氯化物，请写出化学式。2.根据Ｎa、Mg、O、Cl原子在反应过程中失去或者得到电子的数目和该原子的最外层电子数目,推断其氧化物和氯化物中元素化合价，将结果填入下表。元素原子最外层电子数失去或得到电子数化合价ＮaMgOCl

+1+2-2-1１２６７失1e-失2