高中化学 第4章 第1节 第1课时 原子结构 核素教案 新人教版必修第一册

第1课时原子结构核素

学业要求核心素养对接

1.了解质量数的定义。

通过原子结构的学习、通过对

2.了解原子的表示方法。

核外电子排布规律的学习，提

3.了解原子的核外电子能量高低与分层排布的关系。

高学生宏观辨识与微观辨析的

4.了解核外电子分层排布的规律。

素养水平。

5.知道元素、核素的概念。

基础•自主学习预习基础知识

［知识梳理］

知识点一原子的构成、质量数

近代原子学说的创立电子的发现

I"世兄初.浜Efl学家道尔顿提出IM年.英国科学家汤姆生发现r电f.1<»”年

近代班「学说.他认为象r是做小他提出.嫌子好像•个带正电荷的球.电户作

的不可分前的实心球体为点电荷搐俄在球中间这是他解整元素化学

性舶发生妮律性变化而反.复思每讲出的

英国化学及物理学家英国物理学家

道尔顿(J.Dahon)询物生

原子核的发现玻尔原子模型

英语新内“科学家岐尔的

E.Ruibcrford.l«7l-l<W7

图1图2

如图1：原子结构的发现史，通过本图我们可以知道原子结构的认知是逐步深入的，图2表

示原子结构，结合本图完成下列知识点:

1.原子的构成

(1)构成

,fMi(相对质量近似为1，带一个单位正电荷)

原子，原子核储正(相对质量近似为1,不带电荷)原子显电中性

.核外电子(带一个单位负电荷)

(2)原子的表示方法

质量数*-A

核电荷数一

Z一元素符号,如洸1表示质量数为37、核电荷数为17的氯原子。

阳离子：质子数〉核外电子数阴离子：质子数〈核外电子数

2.质量数

（1）质量数

质子和中子的相对质量都近似为1,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即为质量数，用符号A表示。

（2）两个关系

①质量数（a=质子数（力+中子数（加（质量关系）o约为相对原子质量

②原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数（数量关系）。

知识点二原子核外电子的排布

如图所示，核外电子在原子核外的排布规律是用电子云来表示的，在高中阶段为了好理解,

出现了最后一图排布方式，结合上图，完成下列知识点：

1.核外电子的分层排布

在多电子的原子里，电子的能量并不相同。能量低的，通常在离核近的区域运动；能量高的,

通常在离核远的区域运动。核外电子的分层运动，又叫核外电子的分层排布。其关系如下:

1234567

电子层（加符号

KLMN()PQ

离核远近近---►远

能量高低低---*高

2.原子核外电子的排布规律

♦核外电子总是尽可能先排布在能量较低的

［能量规律电子层上，然后由里向外依次排布在能量

飞一逐渐升高的电子层上

，每层最多容纳22个电子；

V最外层电子数目不超过3个（K层为最外层时不超过2个）;

［数最规律］

次外层电子数目不超过坦个；

、倒数笫三层电子数目不超过当个

尝试自己写一下Na的核外电子排布

知识点三核素、同位素

1个质子1个质子

1个中子2个中学

请结合上图氢元素的不同核素结构，完成下列知识点：

1.核素

(1)定义：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

⑵氢的三种核素

原子符号氢元素的原子核

原子名称

(/X)质子数(力中子数(加

：H氢10

粉或D笊11

泊或T僦12

C：12C"C

0：160180

2.同位素

(1)定义：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,即同一元素的不

同核素互称为同位素；如;H、汨(D)、：H(T)之间互称为同位素.

(2)特点：天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。

(3)几种重要核素的用途：也在考古工作中用于测定文物的年代；,款j用于制造原子弹、核

发电；斛、。用于制造氢弹;放射性同位素释放的射线用于育种、治疗肿瘤等。

微判断

(1)锂的原子结构示意图是⑥。()

(2)某原子M层电子数为L层电子数的4倍。()

(3)某离子M层和L层电子数均为K层的4倍。()

(4)离子的核电荷数一定等于其核外电子数。()

(5)所有原子都由质子、中子和核外电子构成。()

(6)原子的种类大于元素的种类。()

(7)某种氯原子的中子数是18,则其质量数是35,核外电子数是17。()

(8)不同元素的核素的质量数一定不同。()

⑼长和绑互为同位素。()

(10)%U与2乳是同一种核素。()

(11)%可用于文物的年代鉴定，气与更为同种单质。()

答案⑴*(2)X(3)V(4)X(5)X(6)V(7)V(8)X(9)X(10)X

(1DX

微训练

1.科学家于2000年发现了第116号元素(Lv)。下列有关质量数为293的Lv原子的描述错

误的是()

A.质子数为116

B.中子数为177

C.电子数为116

D.该原子可表示为*Lv

答案D

2.在粒子加力+中，电子数、质子数和中子数之比为()

A.10：7：11B.11：11：8

C.10：11：8D.11：8：10

答案C

3.下列微粒结构示意图中，不正确的是()

ABCD

答案B

4.下列8种化学符号：：昧孤、曲、:Li、得Na、做、如、伽g。

(1)表示核素的符号共种。

⑵互为同位素的是和。

(3)中子数相等，但质子数不相等的核素是和一

解析(1)任、混为分子，不属于核素范畴。

(2)；Li、；Li的质子数相同，中子数不同，二者互为同位素。

(3)；；Na和富1g的中子数相等，但质子数不同。

答案（1）6⑵lili⑶翁Na伽g

微思考

1.1〜18号元素的核外电子排布示意图是什么？

提示

2.一种元素可以有多种核素，决定核素的微粒是什么？如何判断不同核素是否属于同位素？

提示核电荷数（质子数）决定了元素，只有确定了质子数和中子数才能确定核素；同位素属

于同种元素，其质子数一定相同，故不同核素中，质子数相同的核素属于同位素。

3.%与”互为同位素，与Q,互为同素异形体，同位素与同素异形体有什么区别？

提示（1）意义不同，同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子之间的互

称；而同素异形体是指同一元素形成的不同单质。（2）所指对象不同，同位素指的是原子，

而同素异形体指的是单质。

核心•互动探究突破核心任务

学习任务1原子的构成及几个相对原子质量比较

交流讨论》

核素符号核如:Li、"7N、宾Na、核g、；Li、'46c

上图是核素的表示方法，请完成下列讨论：

1.指出符号&?+中各“字母”的含义，如X表示X元素的元素符号：

A，Z，c，d，eo

提示X原子的质量数是4X原子的质子数是ZX元素的化合价是+c价一个X的离子

带有d个单位正电荷一个离子中含有X原子的个数是e

2.一个原子的质量为勿g,一个长原子的质量为〃g,则该原子的相对原子质量是多少？

g一12m

提示一

n

名师归纳»

1.构成原子的粒子及相互关系

（1）构成原子的粒子

（质子（Z个）:------决定元素种类

原子（原"I中子（A-Z个）」决定原子种类

核外电子（Z个）麻外.电子；决定元索的化学性质

（2）有关粒子间的关系

①质量数（M=质子数（力+中子数如

②质子数=核电荷数=中性原子的核外电子数

③阳离子：质子数=核外电子数+电荷数

④阴离子：质子数=核外电子数一电荷数

2.原子的质量数与原子的相对原子质量及元素的相对原子质量的关系

（1）区别

原子的相对原子质量，是指该原子的真实质量与质量的e的比值，一般不是正整数；而

原子的质量数是该原子内所有质子数和中子数的代数和，都是正整数。

（2）联系

如果忽略电子的质量，质子、中子的相对质量分别取其近似整数值，那么，原子的相对原子

质量在数值上与原子的质量数相等。而元素的相对原子质量是由天然元素的各种同位素的相

对原子质量与其在自然界中所占原子个数的百分数的积的加和得来的。数学表达式为4=

4Xa%+4Xa2%+...o

【例题1】某元素的一个原子形成的离子可表示为找I下列说法正确的是（）

A.公「中含有的中子数为a+6

B.%L中含有的电子数为a—〃

C.X原子的质量数为a+6+c

D.一个X原子的质量约为a3匕|八23g

解析A项，中子数=质量数一质子数=6—a,A项错误；B项，该微粒的核外电子数=核

内质子数+所带负电荷数=a+〃，B项错误；C项，X原子的质量数为6,C项错误；D项，

原子质量的数值为原子的相对原子质量和阿伏加德罗常数值的比值，即一个X原子的质量约

为602：1023g，故D项正确。

答案D

变式训练1核内中子数为N的R“，质量数为4则它的〃g氧化物中所含质子的物质的量

是()

A.T&ra-八48)mol8.丁£。一八+10)mol

4+16%+16

C.(A-A+力molD.^U-A4-6)mol

A

解析解决本题的关键在于理解摩尔质量、质量数概念并能灵活运用。化学变化中质子数、

中子数均不变，故R”的质量数为4中子数M则R原子的质量数也为4中子数也为双

故R原子的质子数为1一/V,二价R"的氧化物为R0,摩尔质量为(4+16)g•molT,ngRO

的物质的量为正匕molo1molRO中含质子(4—小+8)mol,故〃gR0中含质子为正乞。

—AH-8)mol。故B、C、D错误，A正确。

答案A

学习任务2核外电子排布的规律及其表示方法

交流讨论》

核外电子分层排布

•电子彼・■高低在修外分片护布.

电子在踊于铁外捧布附.

£的电子量里,M反由里㈣外，依

次簿布在险■较高的■子国

结合上图核外电子排布规律完成下列讨论:

1.将Na原子的结构示意图写成®，对吗？

为什么？

提示不对，L层没有填满,只有排满L层才能排M层,

2.(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

可以排布个电子，而当它是最外层时，最多可以排布________个电子。

(2)电子不一定排满M层才排N层，如K和Ca的核外电子排布，分别画出钾、钙原子结构示

意图。

提示(1)188

(2)K02881Ca@2882

//〃//〃

3.分别画出Na+、CL结构示意图，它们与哪种原子核外电子排布相同？

提示Na+磅炼分别与稀有气体Ne、Ar原子核外电子排布相同。

名师归纳》

原子核外电子排布的表示方法

(1)原子结构示意图

用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数，弧线表示各电子层，弧线上的数

字表示该电子层上的电子数。以钠原子为例：

K&电子层

粒子符号

原子核核内质子数或核电荷数

(2)离子结构示意图

①当主族中的金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时，电子层数减少一层，形成与上

一周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构(电子层数相同，每层上所排的电子数也相

同)。如Mg：，fMg''：

②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，形成和同周期的稀有气体元素原子相同的电子

(+9)27(+9)28

层结构。如F:"7:".

特别提醒(1)核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要

求。

(2)最外层电子数排满8个(He为2个)形成稳定结构，不易得失电子，化学性质稳定。

(3)最外层电子较少的(<4),一般易失去电子达到稳定结构，表现出金属性；最外层电子较

多的(>4),一般易得电子，表现出非金属性。

(4)原子形成离子时，核外电子数变化，核内质子数不变。

【例题2】已知A、B、C三种元素的原子中，质子数为A<B<C,且都小于18,A元素的原

子最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半;

C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个。试推断：

（1）三种元素的名称和符号：

A,B,C«

（2）画出三种元素的原子结构示意图：

A,B,Co

解析由A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，可知A是碳元素；B元素的原

子核外M层电子数是L层电子数的一半，可知B为硅元素；C元素的原子次外层电子数比最

外层电子数多1个，可知C应为氯元素。

答案（1）碳C硅Si氯Cl

⑵®礴嫉

变式训练2有A、B两种原子，A原子的M层比B原子的M层少3个电子，B原子的L层电

子数恰为A原子L层电子数的2倍，A和B分别是（）

A.硅原子和钠原子B.硼原子和氢原子

C.碳原子和铝原子D.氮原子和氧原子

解析A原子的M层比B原子的M层少3个电子，B原子的L层电子数恰为A原子L层电子

数的2倍，说明A、B为第二、第三周期元素；L层最多排8个电子，B原子的L层电子数恰

为A原子L层电子数的2倍，说明B原子L层有8个电子，A原子的L层有4个电子，故A

是碳；A原子的M层比B原子的M层少3个电子，故B为铝。

答案C

学习任务3（核心素养）元素、核素、同位素、同素异形体的区别和联系

—■、知识要点

1.区别

内名称

容\同素

元素核素同位素

异形体

项目

质子数相同的

质子数、中子数质子数相同、中子同种元素形成

本质一类原子的总

都一定的原子数不同的核素的不同单质

称

范畴同类原子原子原子单质

化学性质几乎完

只有种类.没有化学反应中的元素相同、性质

特性全相同.物理性质

个数最小微粒不同

不同

决定因素质子数质子数、中子数质子数、中子数组成元素、结构

H、C、O三种元:H、；H、0.与Q互为同

举例

素；14三种核素.：H互称同位素素异形体

2.联系

(1)在辨析核素和同素异形体时，通常只根据二者研究范畴不同即可作出判断。

(2)同种元素可以有多种不同的同位素原子，所以元素的种类数目远少于原子种类的数目。

(3)自然界中，元素的各种同位素的含量基本保持不变。

二、核心素养

四者概念=提升学生宏观辨识与微观探析素养

四者区别=>培养学生证据推理与模型认知素养

【素养解题】

［典例示范］下列说法错误的是()

A.；H、汨、父和庆是氢元素的四种不同粒子

B.施a和抚a、石墨和金刚石均为同素异形体

C.：H和汨是不同的核素

D.।七和“C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同

［元素、核素、同位素、同素异形体的解题模型］

概念元素：只需质子数相同的原子

区别核素：质子数、中子数均一定

同素异形体f相同元素、不同单质

A.：H、；H均为核素，射为离子，比为分子

具体B，Ca、抚a为核素，石墨、金刚石为单质

思路C.；H、汨为核素

D.决定化学性质的为核外电子排布

易错点核素与单质易混，同位素与同素异形体易混

答案B

三、对点训练

1.下列互为同位素的是（）

14H

A.HzD2B.NC

C.160l70D.金刚石石墨

解析同位素是指质子数相同，中子数不同的同一种元素的不同核素的互称，只有C项符合。

答案C

2.有六种微粒,它们分别是;加、强、版雕+、/"、歌,它们所属元素的种类为（）

A.3种B.4种

C.5种D.6种

解析质子数决定元素的种类，物、腐+是K元素形成的微粒，阪、貌2+表示ca元素形成的

微粒；飘表示Ar原子，物一表示C1,

答案B

3.下列说法不正确的是（）

①质子数相同的粒子一定是同一元素②质子数相同且电子数也相同的两种粒子不可能一

种是分子，另一种是离子③电子数相同的粒子不一定是同种元素④一种元素不可以形成

不同单质⑤某元素的相对原子质量取整数值就是质量数

A.②④⑤B.①④⑤

C.②③④D.①②③④⑤

解析质子数相同，一种是分子而另一种是原子时，则不是同一元素，如HQ、Ne,①错误；

质子数相同、电子数也相同的两种微粒，电性、电量必然相同，不可能一种是分子，另一种

是离子，②正确；电子数相同的粒子不一定是同种元素，如Na+、Ne均为10电子微粒，③

正确；一种元素可以形成不同的单质，如。2、03,金刚石、石墨，红磷、白磷等，④错误；

由于绝大多数元素存在同位素，元素的相对原子质量不等于某同位素原子的相对原子质量,

因此元素的相对原子质量取整数值也不一定是质量数，⑤错误。

答案B

4.在11g由D和凶0组成的水中，所含的中子数为（用山表示阿伏加德罗常数的值）（）

A.KB.2NK

C.64D.10场

解析该水的摩尔质量为22g-moF1,所以11g该水中含有水分子0.5mol,D原子的中

子数为1,固原子的中子数为10,所以11g这种水中含有的中子数为&临

答案C

5.在断、郛、丹Na、伽g、；Li、就中:

（1）________和_______互为同位素。

（2）和_质量数相等，但不能互称同位素。

解析质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素，故li与；Li互为同位

素；宓与肥质量数相等，但因质子数不同，不能互称同位素。

答案⑴;LiiLi（2泻N船

学业,质量评价检测学习效果

［合格练］

1.，；，，531是常规核裂变产物之一，可以通过测定大气或水中""531的含量变化来检测核电站

是否发生放射性物质泄漏。下列有关⑶531的叙述中错误的是（）

A.131531的化学性质与⑵531相同

B.⑶531的原子序数为53

C.⑶531的原子核外电子数为78

D.13,531的原子核内中子数多于质子数

答案C

2.下列微粒的结构示意图，正确的是（）

C.Ar：）））

解析Mg2+是镁原子失去最外层两个电子后生成的，A选项正确；C1原子的最外层应该只有

7个电子，B选项错误；Ar原子的次外层与最外层应该有8个电子，C选项错误；K原子的

结构示意图应该是，故D选项错误。

答案A

3.有/叶和；r■两种元素的简单离子，若它们的电子层结构相同，则下列关系正确的是（）

A.b-a=n+m

B.a—b=n-m

C.核电荷数YVX

D.质子数Y>X

解析因为两种离子的电子层结构相同，即其核外电子数相同，且阴离子的核电荷数（或质

子数）小于阳离子的核电荷数（或质子数）。由此可知：①a—n=b+m,a—b=m+n,A、B选

项不正确；②Ab,C正确，D不正确。

答案C

4.已知R2+核内共有/V个中子，R的质量数为4确定0gR"中含有电子的物质的量为（）

m(J-AOm(力一/V+2)

AmolB.mol

-AA

m{A—N—2)m(A+N-2)

C.molD.mol

AA

mg

解析R2+的核外电子数为（月一川一2）,RglT的物质的量为=3moLmgR2‘中

Ag•mol-1A

含有电子的物质的量为%—2）moL

a

答案C

5.我国研制出“全碳气凝胶”，其密度是0.16g-cm^（成为已知的最轻固态材料对这

种物质的认识正确的是（）

A.是碳元素的一种同素异形体

B.是碳元素的一种同位素原子

C.全部由12c组成

D.能溶于水

解析“全碳气凝胶”应是碳的一种新单质。

答案A

6.月球的土壤中吸附着大量的;He,地球上氮元素则主要以;He形式存在。下列说法正确的

是（）

A.如e的质量数为5

B.&和况e互为同位素

C.；He的中子数为4

D.犯e的核外电子数为3

解析汨e的质量数为3,质子数为2,中子数为1；：He的质量数为4,质子数为2,中子数

为2。引e与况e是质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素，二者互为同位素。

答案B

7.氢元素有三种同位素H、D、T,氯元素有两种同位素+1、37C1,当用一种仪器分别测定

10000个氯化氢的相对分子质量，所得数值最多有多少种？（）

A.2种B.5种

C.6种D.10000种

解析'H35C1：36,'H37C1：38,D35C1：37,D37C1：39,T35C1：38,T37C1：40,共有5种。

答案B

8.下列说法正确的是（）

A.由H、D、T与“、”0、的构成的水分子的相对分子质量有18个

B.玲、D?、T2互为同素异形体

C.乩、D?、T?在相同条件下的密度比为1：2：3

D.气、气发生核聚变反应生成其他元素，属于化学变化

解析H、D、T组合灰、灰、Tz、HD、HT、DT共6种,分别与飞、“0、加0组合,构成的水

分子共有6X3=18种，但其中有相对分子质量相同的分子，故构成的水分子的相对分子质

量个数小于18,A错误；H?、灰、T2均为氢气单质，属于一种物质，B错误；Hz、D2、”在相

同条件下的密度比等于气体相对分子质量之比，为2：4：6=1：2：3,C正确；气、气发生

核聚变反应生成其他元素，属于核反应，不是化学变化，D错误。

答案C

9.设某元素原子核内的质子数为如中子数为〃，则下列论断正确的是（）

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

C.若“原子的质量为他，该元素原子的质量为E+〃）饱

D.该元素原子核内中子的总质量小于质子的总质量

解析解答此类题关键是掌握元素的相对原子质量与同位素的相对原子质量概念的区别，不

能混淆。元素的相对原子质量等于其各种天然、稳定的同位素的相对原子质量与它们在元素

中所占的原子个数百分数的乘积之和。所给元素的其他同位素不能确定，所以元素的相对原

子质量就不能确定，因此，A项正确，B项错误；同位素的相对原子质量等于该原子的质量

与12C原子质量的白的比值，即4#（原若该同位素原子的相对原子质量用质量数

会（,2C）

（而+〃）代替进行近似计算，那么，此原子的质量应为C项错误；原子的原子

核中，质子数与中子数相对大小关系是不固定的，此题中中子的总质量与质子的总质量无法

比较，D项错误。

答案A

10.下列说法正确的是（）

A.同一元素各核素的质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同

B.任何元素的原子都是由核外电子和核内中子、质子构成的

C.钠原子失去一个电子后，它的电子数与位原子相同，所以变成就原子

D”Ar、掰、旅沦的质量数相同，所以它们互为同位素

解析A选项中的各核素属于同一元素，这些核素间必定互为同位素，同位素的化学性质几

乎完全相同，A正确；B选项描述的只是原子构成的一般规律，而忽视了气原子CH）的原子

核内只有质子而无中子这个特例，B错误；原子种类是由质子数和中子数共同决定的，若原

子核不改变，仅核外发生电子得失，不会发生由一种原子转变为另一种原子的现象，而只能

由原子变为离子，C错误；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，

D错误。

答案A

11.现有下列基本粒子：凡牛、卞、%+、2”u、23认«"Ca、5、"N、"C,请回答

下列问题：

（1）它们分属种元素，属于氢元素的核素有种，属于铀元素的核素有

种。互为同位素的原子分别为、。

（2）质量数相等的粒子为、、（可不填满、也可补充）。

解析(1)本题列出的列种粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C7种元素；珀和‘1厂是同一种

核素的不同粒子，％、注3H属于氢元素的3种不同核素，且互为同位素；2叱、勺、2%属

于铀元素的3种不同核素，也互为同位素。

(2)是为“质量数相等的粒子"，而非“质量数相等的原子”，否则“力和'H+"不能为答案。

答案(1)733'II、2艮3H咒、23汨、23%

⑵4k气a"N、"C%、%+

12.用奴表不原子：

(D中性原子的中子数——_o

⑵父'+共有x个电子，则该阳离子的中子数N