高一化学人教版学案第四章第一节第1课时原子结构

第四章物质结构元素周期表第一节原子结构与元素周期表第1课时原子结构一、原子的构成粒子及其定量关系1．原子构成：在原子中，原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数，所以整个原子不显电性。2．质量数：(1)概念：质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫作质量数。(2)关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。二、核外电子排布1．电子层：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。2．不同电子层的表示及能量关系：各电子层由内到外电子层数1234567字母代号KLMNOPQ离核远近由近到远能量高低由低到高3.电子分层排布：(1)能量最低原理核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。(2)电子层最多容纳的电子数①第n层最多容纳2n2个电子。如K、L、M、N层最多容纳电子数分别为2、8、18、32。②最外层电子数目最多不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。③次外层最多能容纳的电子数不超过18个。1．判断下列说法是否正确：(1)原子核由质子和中子构成，质子带正电荷，中子带负电荷(×)提示：质子带正电荷，中子不带电荷。(2)稀有气体元素的原子最外层都有8个电子(×)提示：He原子核外电子只有一层(K层)，有2个电子。(3)中子数＝质量数－质子数(√)提示：质量数＝中子数＋质子数。(4)O与O2－的质子数相同，核外电子数不同(√)提示：氧原子得到2个电子形成O2－，它们的质子数相同，核外电子数不同。2．教材中描述“电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层”，当M层有电子时，K、L层是否一定充满电子？提示：当M层有电子时，K、L层一定充满电子，如硫原子K层必须充满两个电子后，再在L层填充8个电子，M层上才能填充6个电子。3．我国科学家通过测量26Al和10Be两种元素的比例来确定“北京人”年龄，这种测量方法叫铝铍测年法。(1)10Be的原子核内中子数与质子数的差是多少？提示：2。10Be的质子数为4，中子数为10－4＝6，中子数与质子数的差是2。(2)5.2g26Al3＋中所含的电子数约为多少？提示：1.204×1024。5.2g26Al3＋中所含的电子数约为eq\f(5.2g,26g·mol－1)×(13－3)×NAmol－1≈1.204×1024。探究原子构成离子及其定量关系人类在很长的一段时间内一直认为原子是组成物质的最小粒子，对原子结构的探究也是经历了相当长的过程。1904年，约瑟夫·约翰·汤姆孙提出了“葡萄干布丁模型”：原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”，故名“葡萄干布丁模型”。1911年卢瑟福在曼彻斯特大学做放射能实验时，用带正电荷的α射线轰击金箔，他和他的助手发现向金箔发射带正电的α射线微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊，使他们对“葡萄干布丁模型”产生了怀疑。探究原子构成离子及其定量关系1．卢瑟福用α射线轰击金箔，绝大多数的α粒子直穿过薄金箔，但有少数α粒子方向偏转，极少数的α粒子被弹回，试用原子的结构解释此现象。提示：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子绕核旋转，α粒子撞击到原子核会被弹回，距离原子核较近的α粒子受同种电荷的斥力方向偏转。2．月球上含有核电荷数为12的镁原子，其质子数是多少？核外电子数是多少？原子中质子数、核外电子数之间有何关系？提示：镁原子的质子数为12，核外电子数为12。原子中，质子数＝核外电子数。1．原子的构成微粒及作用2．原子的构成微粒间的数目关系(1)电中性原子(2)带电原子——离子的电子数目计算【思考讨论】根据元素的原子序数可推知原子的哪些数据？①质子数②中子数③质量数④核电荷数⑤核外电子数提示：①④⑤。元素的原子序数＝质子数＝核电荷数＝核外电子数，质量数＝质子数＋中子数，所以由原子序数可以推知原子的质子数、核电荷数、核外电子数。【典例】法国科学家发现一种只有四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法不正确的是()A．该粒子不显电性B．该粒子的质量数为4C．该粒子为4号元素D．该粒子的质量比氢原子大【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：(1)原子中各微粒的带电情况；(2)原子中质量数与中子数的关系。【解析】选C。“四中子”粒子中没有带电荷的微粒，所以该粒子不显电性，A正确；一个中子的相对质量是1，所以“四中子”的质量数为4，B正确；“四中子”粒子中没有质子，所以不能说是几号元素，C错误；质量数反映了微粒的相对质量大小，由于“四中子”质量数比氢原子大，所以该粒子的质量比氢原子大，D正确。(1)如果将题目中的粒子中的四个中子改为两个中子、两个质子，且该粒子还是电中性，则该粒子是否具有电子？(关键能力—分析与推测)提示：两个质子带两个单位的正电荷，如果该粒子是电中性，还应该有两个电子。(2)科学家还发现一种中子数为9的氧原子，它的质量数为多少？核外电子数为多少？(关键能力—分析与推测)提示：178。【规律方法】原子结构的特殊点：(1)原子的质量主要集中在原子核上；(2)原子中既有正电荷，又有负电荷，但整个原子不显电性；(3)原子在化学变化中不可再分，但在其他变化中仍然可以再分；(4)核电荷数(质子数)＝核外电子数，只适用于原子和分子。(2021·台州高一检测)我国科学家首次人工合成并鉴别出了两种新核素，其中一种新核素是eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf(铪)，下列关于eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf的说法中正确的是()A．是一种新元素B．原子核内有185个质子C．原子核内有185个中子D．原子核内中子数与质子数之差为41【解析】选D。eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf中质量数为185，质子数为72，中子数为185－72＝113。【拔高题组】1.原子的构成示意图如图，下列叙述正确的是()A.原子是实心球体B．质子、中子、电子均匀分布在原子中C．质子与电子质量相等D．整个原子的质量主要集中在原子核上【解析】选D。原子不是实心的球体，故A错误；正中央有原子核，核外有电子围绕原子核运动，故B错误；一个电子的质量约为一个质子质量的eq\f(1,1836)，故C错误；整个原子的大部分质量集中在原子核上，原子核中有质子和中子，质子数＝核电荷数＝电子数，电子质量很少，忽略不计，故D正确。2．(2021·天津西青区高一检测)下列说法中正确的是()A．有一种氢原子中的原子核中有2个中子，1个质子，则其质量数为3B．钠原子和钠离子质量相差很大C．在原子中质子数一定等于中子数D．所有的原子都是由质子、中子、电子构成【解析】选A。质量数＝质子数＋中子数，故A正确；钠原子失去1个电子形成钠离子，电子的质量很小，可以忽略，所以钠原子和钠离子的质量几乎相等，故B错误；在原子中质子数不一定等于中子数，例如eq\o\al(\s\up1(23),\s\do1(11))Na中质子数就不等于中子数，故C错误；并不是所有的原子都是由质子、中子、电子构成，例如eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H中不含有中子，故D错误。3．科学家已研究出高能微粒Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))，则Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))的结构可能是()A．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是由5个氮原子构成的单质B．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中只有质子，没有中子和电子C．每个Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35个质子和34个电子D．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35个质子和35个电子【解析】选C。由离子符号知，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是一种离子，而不是单质，故A项错误；氮原子中含有质子、中子和电子，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是N5失去一个电子得到的微粒，含有质子、中子和电子，故B项错误；氮原子质子数和电子数均为7，N5的质子数和电子数均为35，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是N5失去一个电子得到的微粒，所以每个Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35个质子和34个电子，故C项正确，D项错误。科学家通过粒子加速器获得了6个非常罕见的铁(26号元素)原子，该铁原子的质量数为45。接着，科学家又使用特制的测量仪器观测到，这6个原子中有4个发生了衰变，这一实验证实了曾经预言的双质子衰变方式，即有一个原子同时变出两个质子的衰变方式。(1)该铁原子的核内中子数是多少？该原子的核外电子数是多少？提示：铁元素为26号元素，中子数＝质量数－质子数＝45－26＝19，核外电子数＝质子数＝26。(2)该铁原子的衰变是化学变化吗？说明理由。提示：不是。化学变化中原子种类不变，即原子所含质子数不变，衰变时质子数减少，故衰变不属于化学变化。(3)通过粒子加速器发现了一种钕原子，其核外电子数是60，相对原子质量是144，则该钕原子的中子数是多少？提示：84。因为相对原子质量≈质量数＝质子数＋中子数，质子数＝原子的核外电子数＝60，所以该钕原子的中子数是144－60＝84。核外电子排布规律已知存在于月球表面的元素包括氧(O)、硅(Si)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、锰(Mn)和钛(Ti)。其中最丰富的是氧、铁和硅。氧含量估计为45%(按重量计)，碳(C)和氮(N)似乎仅存在于来自太阳风沉积的痕量。探究核外电子排布规律1．月球中含有丰富的铝元素。(1)该原子的核外电子中能量最低的电子层是K层，有2个电子。(2)铝原子的13个电子在核外应该怎么排布？提示：K层2个，L层8个，M层3个。(3)根据初中所学，画出铝原子的原子结构示意图。提示：。2．按照电子排布规律，钙原子核外共有20个电子，M电子层最多可容纳18个电子，某同学认为钙原子的核外电子排布应该为K层2个，L层8个，M层10个。这种排布是否正确？若不正确，应该怎么排布？提示：若钙原子的M层排布10个电子，此时M层就成为最外层，这与电子排布规律中“最外层上排布的电子数不能超过8个”相矛盾。电子排布应为K层2个，L层8个，M层8个，N层2个。3．月球中所含的铝元素失去电子变为带三个单位正电荷的Al3＋。原子与其形成的离子之间既有相同之处，又有不同之处。原子和离子微粒间的数量关系：(1)原子：核外电子数＝质子数＝核电荷数，如N原子：。(2)阳离子：核外电子数＝质子数－所带电荷数，如Na＋：。(3)阴离子：核外电子数＝质子数＋所带电荷数，如S2－：。1．原子核外电子排布规律及其之间的关系：2．原子核外电子排布的表示方法：①原子结构示意图粒子符号→Na②离子结构示意图离子核外电子排布特点举例阳离子与上周期的稀有气体排布相同阴离子与同周期的稀有气体排布相同【思考讨论】氖气(Ne)是一种无色、无味、非易燃的稀有气体。通常氖可以作为彩色霓虹灯的充装气体用于户外广告显示；此外，它还可用于可视发光指示灯、电压调节，以及激光混合气成分。核外电子排布与Ne原子相同的阳离子有哪些？提示：Na＋、Mg2＋、Al3＋。【典例】下列说法正确的是()A．某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子B．最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子C．F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋是与Ne原子具有相同电子层结构的离子D．某元素原子的最外层只有2个电子，则该元素一定是金属元素【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：(1)阴阳离子的核外电子排布有可能与惰性气体原子相同。(2)金属元素原子的最外层电子数目小于4，但最外层电子数目小于4的原子不一定是金属元素的原子。【解析】选C。电子排布为2、8、8结构的微粒还可能为S2－、Cl－等，A项错误；O2－、F－、Cl－、Li＋、Na＋、Mg2＋等微粒最外层电子数均达到了稳定结构，B项错误；F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋核外电子排布均为2、8结构，与Ne原子的电子层结构相同，C项正确；He原子的最外层只有2个电子，但He元素是稀有气体元素，D项错误。(1)某原子核外电子排布为2、7结构，该原子是什么原子？(关键能力—分析与推测)提示：F原子。核外电子总数为9，质子数＝核外电子数＝9，为F原子。(2)该原子在化学反应中易得电子还是易失电子？(关键能力—分析与推测)提示：F原子最外层电子数目为7，在化学反应中易得到一个电子。(3)写出该元素与钠元素组成化合物的化学式。(关键能力—归纳与论证)提示：NaF。F原子最外层电子数目为7，在化学反应中易得到一个电子，F元素在化合物中的化合价为－1价，Na在化合物中的化合价为＋1价。【规律方法】原子核外电子排布规律的应用1．确定元素的种类根据原子核外电子排布的某些特点可以确定元素的种类，注意1～20号元素原子结构的特殊关系。特殊关系元素最外层电子数等于次外层电子数的一半Li、Si最外层电子数等于次外层电子数Be、Ar最外层电子数等于次外层电子数的2倍C最外层电子数等于次外层电子数的3倍O最外层电子数等于次外层电子数的4倍Ne最外层电子数等于电子层数H、Be、Al最外层有1个电子H、Li、Na、K最外层有2个电子He、Be、Mg、Ca内层电子数之和是最外层电子数2倍的元素Li、P电子总数为最外层电子数2倍的元素Be2.推断元素的性质元素最外层电子数得失电子能力化学性质主要化合价稀有气体元素8(He为2)一般不易得失电子较稳定，一般不参与化学反应金属元素＜4易失电子金属性只有正价，一般是＋1→＋3非金属元素≥4易得电子非金属性既有正价又有负价【误区警示】(1)核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，如当M层不是最外层时，最多可以排布18个电子，而当它是最外层时，最多可以排布8个电子。(2)电子不一定排满M层才排N层，如Ca的核外电子排布情况为。某元素的原子核外有三个电子层，M层的电子数是L层电子数的eq\f(1,2)，则该元素的原子是()A．LiB．AlC．SiD．K【解析】选C。三个电子层即K、L、M，K层2个电子，L层8个电子，可知M层4个电子，该元素的核外电子排布为2、8、4，是Si元素。【拔高题组】1．(2021·嘉兴高一检测)有A、B、C三种元素，核电荷数均小于18。已知A元素原子的核电荷数大于B元素原子的核电荷数，但两种元素的原子具有相同数目的电子层，A元素最外层电子数为B元素的两倍，A元素原子第三层电子数为第一层电子数的三倍，C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍，其质子数为最外层电子数的6倍。请回答下列问题：(1)A的原子结构示意图：_________________________________________；A元素的名称：_____________________________________________。(2)B的原子结构示意图：__________________________________________；B元素的名称：_______________________________________________。(3)C的离子结构示意图：_______________