原子结构-高一化学同步(人教版2019必修第一册)(解析版)

第四章物质结构元素周期律第一节原子结构与元素周期表第1课时原子结构一．原子的组成1.原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的核外电子构成的。原子核由质子和中子构成。2.构成原子的粒子及其性质质量/kg相对质量电性和电量/C质子1．673×10-271．007+1．602×10-19中子1．675×10-271．0080电子9．109×10-311/1836-1．602×10-19思考：（1）从表格得出原子的质量主要取决于哪些微粒？原子的质量主要集中在原子核，质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将核内所有质子和中子的数目和叫做质量数。（2）质量数与质子数和中子数间的关系是：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）二．核外电子的分层排布在多电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动，在离核较近的区域内运动的电子能量较低，在离核较远的区域内运动的电子能量较高，把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层(如右图)。电子总是先从内层层排起，这又叫核外电子的分层排布。其关系如下表：电子层(n)1234567符号KLMNOPQ离核远近由近到远能量高低由低到高1．核外电子的排布规律（1）各电子层最多容纳__2n2__个电子；（2）最外层电子数不超过__8___个(K层为最外层时不超过__2__个)；（3）次外层电子数不超过__18__个；倒数第三层电子数不超过__32__个（4）核外电子总是尽先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步_升高_的电子层。[特别提醒]以上四条规律相互联系和制约，一般以少为准，如K原子为而不能写成，因为尽管第三层最多可排2×32＝18个，但作为最外层不能超过8个。2．结构示意图结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。在原子结构示意图中，“圈”表示原子核及核内质子数，“弧”表示各电子层，弧线上的数字表示该电子层上的电子数，核内质子数与核外电子数相等。在离子结构示意图中，核内质子数与核外电子数不相等。思考题：试用原子结构示意图表示下列粒子：Na+、O、S2-、Cl－。3．核外电子排布与元素性质的关系(1)金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。(3)稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。4．短周期常见原子的核外电子排布规律(1)原子核中无中子的原子：eq\o\al(1,1)H。(2)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na。(3)最外层有2个电子的元素：Be、Mg、He。(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar。(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：eq\a\vs4\al(C)；是次外层电子数3倍的元素：eq\a\vs4\al(O)；是次外层电子数4倍的元素：eq\a\vs4\al(Ne)。(6)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素：eq\a\vs4\al(Be)。(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si。(9)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素：Li、P。【典例1】不符合原子核外电子排布基本规律的是()A．核外电子总是优先排在能量最低的电子层上B．K层是能量最低的电子层C．N电子层为次外层时，最多可容纳的电子数为18D．各电子层(n)最多可容纳的电子数为n2答案：D解析：A项为能量最低原理，正确；K层离核最近，能量最低，B正确；次外层电子数不超过18，C正确；各电子层最多容纳电子数为2n2，D错误。【典例2】X、Y、Z三种短周期元素，X原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍，Y原子的次外层电子数是最外层电子数的2倍，Z原子的次外层电子数是最外层电子数的4倍。则X、Y、Z三种元素可能的组合是()A．C、Si、Mg B．Li、C、MgC．C、Mg、Li D．C、O、Mg答案：A解析：短周期元素中最外层电子数是次外层电子数的2倍的元素是C，次外层电子数是最外层电子数2倍的有Li和Si，次外层电子数是最外层电子数4倍的是Mg，故答案为A项。【典例3】主族元素X、Y，已知X的质子数为a，X2＋比Y2－核外少8个电子，若Y原子的质量数为b，则Y原子核内中子数为()A．b－a－4 B．b－a－8 C．b＋a＋8 D．b－a－12【答案】A【解析】已知X的质子数为a，X2+比Y2-核外少8个电子，所以X与Y同周期，所以Y的质子数为：a+4，则Y原子核内中子数为：b-a-4，故选A。基础练1．关于原子模型的演变过程，正确的是（）A．汤姆生模型—道尔顿模型—卢瑟福模型—玻尔模型—量子力学模型B．道尔顿模型—汤姆生模型—玻尔模型—量子力学模型—卢瑟福模型C．卢瑟福模型—道尔顿模型—汤姆生模型—玻尔模型—量子力学模型D．道尔顿模型—汤姆生模型—卢瑟福模型—玻尔模型—量子力学模型【答案】D【解析】道尔顿是首先提出原子学说的；后来汤姆生发现了原子中存在电子；再后来卢瑟福提出原子由原子核和核外电子构成；玻尔的研究涉及原子中电子的运动轨道问题；

答案选D。2．在元素周期表的前18号元素中，最外层电子数是其电子层数的2倍的元素共有()A．1种 B．2种C．3种 D．4种答案：C解析：He、C、S符合题意。3．已知某元素的原子核外最外层电子数=最内层电子数=电子层数，则该元素是（）A．氦 B．锂 C．铍 D．镁【答案】C【解析】由元素的原子核外最外层电子数=最内层电子数=电子层数可知，该元素有两个电子层，最外层电子数为2，内层电子数也为2，核电荷数为4，则该元素是铍元素，故选C。4．具有下列结构的原子一定属于碱金属元素的是（）A．最外层只有1个电子B．最外层电子数为次外层电子数的一半C．M层电子数为K层电子数的D．K、L层电子数之和等于M、N层电子数之和【答案】C【解析】A.氢原子的最外层只有1个电子，但氢元素不是碱金属元素，故A错误；B.硅原子最外层电子数为次外层电子数的一半，但硅元素不是碱金属元素，故B错误；C.由M层电子数为K层电子数的可知，该原子为钠原子，钠元素是碱金属元素，故C正确；D.由K、L层电子数之和等于M、N层电子数之和可知，该原子的M层有8个电子、N层有2个电子，为钙原子，钙元素不属于碱金属元素，故D错误；故选C。5．下列说法正确的是（）A．在多电子的原子里，能量高的电子通常在离核近的区域内运动B．核外电子总是先排在能量低的电子层上，例如只有M层排满后才排N层C．某原子M层电子数为L层电子数的4倍D．某离子的核电荷数与最外层电子数相等【答案】D【解析】A.在多电子的原子里，能量高的电子通常在离核远的区域内运动，A项错误；B.原子核外电子通常先排在能量低的电子层上，但不完全遵循先排满内电子层，再排外电子层的规律，如钾原子的N层上有1个电子，若该电子排在M层上，则M层变为最外层，且有9个电子，不符合最外层电子数不超过8的规律，B项错误；C.当M层上排有电子时，L层上一定排满了8个电子，而M层最多只能容纳18个电子，所以某原子M层电子数与L层电子数不是相差4倍，C项错误；D.的结构示意图是，其核电荷数与最外层电子数相等，D项正确；答案选D。6．某元素原子的最外层电子数是次外层电子数的m倍（m为大于1的整数），则该原子的核外电子总数为（）A．2m B．2m+10 C．2m+2 D．m+2【答案】C【解析】根据原子核外电子排布的一般规律知，最外层电子数不超过8（第一周期不超过2），最外层电子数是次外层电子数的m倍，所以次外层电子数小于8，即次外层只能为K层，电子数为2，最外层电子数是2m，该原子的核外电子总数为;答案选C。7．与具有相同的核外电子排布，则M元素原子的质子数为()A． B． C． D．【答案】A【解析】与具有相同的核外电子排布，说明与具有相同的核外电子数，设元素原子的质子数为x，的核外电子数为x-2，的核外电子数为，则，解得，故选A。8．同温同压下，等容积的两容器内分别充满和气体。下列说法正确的是（）A．所含分子数和质量均不相同 B．含有相同的分子数和电子数C．含有相同的质子数和中子数 D．含有相同数目的中子、原子和分子【答案】D【解析】【分析】由阿伏加德罗定律可知，同温同压下，等容积的两容器内分别充满和气体，两种气体的物质的量相等。【详解】A.和的物质的量相等，则所含分子数相等，故错误；B.含有的电子数为15，含有的电子数为14，和的物质的量相等，则含有的电子数不相等，故错误；C.含有的质子数为15，含有的质子数为14，和的物质的量相等，则含有的质子数不相等，故错误；D.和都是双原子分子，含有的中子数都为17，和的物质的量相等，则含有相同数目的中子、原子和分子，故正确；故选D。9．观察下列A、B、C、D、E五种粒子（原子或离子）的结构示意图，回答有关问题：（1）属于阴离子结构示意图的是_____________（填字母编号）。（2）性质最稳定的原子是_________（填字母编号）。（3）元素D的单质在B2中燃烧，该产物的化学式________。（4）在核电荷数1－18的元素内，列举一个与C原子的电子层结构相同的离子，写出离子的符号_________。（5）写出化合物DAB在水溶液中的电离方程式_____。【答案】ACNa2O2F-（Na+等合理均可）NaClO==Na++ClO-【解析】【分析】根据结构示意图知道A是Cl-结构示意图，B是O原子结构示意图，C是Ne原子结构示意图，D是Na原子结构示意图，E是Mg2+结构示意图。【详解】（1）是阴离子结构示意图的是Cl-结构示意图，选A；（2）Ne是惰性气体，性质最稳定，选C；（3）D是Na,，B是O，Na在O2中燃烧产物是Na2O2（4）Ne是10电子体，1－18的元素内10电子体的离子有O2-、F-、Na+、Mg2+等。（5）根据上述推断化合物DAB是NaClO，是强电解质，在水溶液中的电离方程式为：NaClO=＝Na++ClO-能力练10．核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子相比较，下列前者是后者4倍的是（）①核外电子数②最外层电子数③电子层数④次外层电子数A．①④ B．①③④ C．①②④. D．①②③【答案】A【解析】核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子的核外电子数分别是16和4，最外层电子数分别是6和2，电子层数分别是3和2，次外层电子数分别是8和2，综上可知，A项正确；答案选A。11．下列叙述中不正确的是()A．原子的核外M层电子数是L层电子数一半的元素是硅B．原子的最外层电子数是次外层电子数1.5倍的元素是硼C．原子的次外层电子数是最外层电子数1/3的元素是氧D．＋1价离子的电子层排布与氖原子相同的元素是氟【答案】D【解析】A、元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半，说明元素原子有三个电子层，从内到外每一个电子层上的电子数分别为2、8、4，所以原子序数为14，为硅元素，选项A正确；B、原子的最外层电子数是次外层电子数1.5倍，说明元素原子有二个电子层，从内到外每一个电子层上的电子数分别为2、3，所以原子序数为5，为硼元素，选项B正确；C、原子的次外层电子数是最外层电子数1/3，说明元素原子有二个电子层，从内到外每一个电子层上的电子数分别为2、6，所以原子序数为8，为氧元素，选项C正确；D、＋1价离子的电子层排布与氖原子相同的元素是钠，选项D不正确。答案选D。12．化学变化中，可能发生改变的是()A．质子数 B．中子数 C．核外电子数 D．原子核【答案】C【解析】化学变化是有新的物质的生成，不改变元素种类，则质子数、中子数不变，若发生氧化还原反应时，则存在电子的得失，答案为C【点睛】发生氧化还原反应时，则存在电子的得失，核外电子数发生改变。13．两种元素的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在核电荷数1~10的元素中，满足上述关系的元素共有（）A．1对 B．2对 C．3对 D．4对【答案】B【解析】【详解】在前10号元素中，氦原子和碳原子，核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，均为1：2；氢原子和铍原子，核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，均为1：2，共有两对；选B。【点睛】分析此题时首先要明确两元素不可能在同一周期，如在同一周期则是一种元素，即只能是一种元素在第一周期，另一元素在第二周期，所以两元素最外层电子数之比为1∶2。14．下列关于核外电子排布的说法中不正确的是（）A．第二电子层最多可容纳的电子数为8B．次外层最多可容纳的电子数为18C．最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层D．最多可容纳8个电子的电子层一定是第二电子层【答案】D【解析】A．根据2n2原则，第二电子层最多可容纳8个电子，A正确；B．最外层最多可容纳8个电子，次外层最多可容纳18个电子，B正确；C．根据2n2原则，最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层，C正确；D．最多可容纳8个电子的电子层不一定是第二电子层，当第三电子层为最外层时，最多只可容纳8个电子，D错误；故选D。【点睛】本题考查了核外电子的运动和电子排布规律，注意在原子核外区域能量不同，距核由近到远，能量由低到高。需要明确核外电子的排布规律是相对的不能孤立理解，例如第三层最多能够容纳18个电子，但是处于最外层时最多容纳8个电子。15．某元素的一个原子形成的离子可表示为n-，下列说法正确的是（）A．n-中含有的中子数为a+bB．n-中含有的电子数为a-nC．X原子的质量数为a+b+nD．一个X原子的质量约为g【答案】D【解析】【分析】根据n-中质子数是a，质量数是b，中子数=质量数-质子数，阴离子中核外电子数=核内质子数+电荷数，原子的质量以克为单位，数值为原子的相对原子质量和阿伏伽德罗常数的比值。【详解】A.n-中含有的中子数=质量数-质子数=b-a，A错误；B.n-的核外电子数=核内质子数+电荷数=a+n，B错误；C.n-的质量数为b，C错误；D.1moln-的质量是bg，根据n=及n=，则原子的质量为1mol该原子的质量和阿伏伽德罗常数的比值，所以1个X原子的质量为m=g，D正确；故合理选项是D。【点睛】本题考查了质子数、质量数和中子数之间的关系，注意把握阴、阳离子核外电子数的计算方法，侧重于考查学生的分析能力和应用能力。16．核电荷数小于18的某元素X，其原子核外电子层数为a，最外层电子数为（2a＋1）。下列有关元素X的说法中，不正确的是（）A．元素X的原子核内质子数为（2a2－1）B．元素X形成的单质既能作氧化剂又能作还原剂C．元素X形成的简单离子，各电子层的电子数均达到2n2（n表示电子层数）D．由元素X形成的某些化合物，可能具有杀菌、消毒的作用【答案】C【解析】因电子层数不可能为小数，只能为整数，根据题意，1≤a≤3，又最外层电子数小于或等于8，即2a＋1≤8，得1≤a≤3。当a＝1时，不成立；当a＝2时，最外层电子数为5，应为N；当a＝3时，最外层电子数为7，应为Cl。A.当X为N元素时，质子数＝2a2－1＝2×22－1＝7，当X为Cl元素时，质子数＝2a2－1＝2×32－1＝17，故A选项正确；B.由Cl2＋H2OHCl＋HClO，N2＋3H22NH3，N2＋O22NO知，元素X形成的单质既能作氧化剂又能作还原剂，B选项正确；C.Cl－的核外电子排布为，最外层电子数达不到2n2，C选项错误；D.如果X为Cl，则可形成HClO，具有杀菌、消毒作用，D选项正确；故选C。17．填表微粒核外电子数中子数质量数最外层电子数Cl________________________________________Al_________________________________________S2-_________________________________【答案】172037713142731818348【解析】【分析】根据元素符号各个角标的含义：左下角表示原子序数，左上角表示质量数，右上角表示微粒带有的电荷数目及电性，根据微粒数目关系：原子序数=原子核内质子数=原子核外电子数，阴离子核外电子数=原子核外电子数+离子带有的电荷数目，根据原子核外电子排布特点，推断出各种微粒的具体数值。【详解】(1)Cl：质子数：17，核外电子数：17；中子数=37-17=20；质量数：37；Cl原子核外电子排布式是2、8、7，可见其最外层电子数：7；(2)Al：质子数：13，核外电子数：13；中子数=27-13=14；质量数：27；Al原子核外电子排布式是2、8、3，可见其最外层电子数：3；(3)S2-：质子数：16，核外电子数：16+2=18；中子数=34-16=18；质量数：34；S2-核外电子排布式是2、8、8，可见其最外层电子数：8。【点睛】本题考查了物质构成微粒组成及各个数值的关系。掌握元素符号各个角标的含义及原子显电中性、原子与离子的关系是本题解答的关键。18．按要求完成下列填空：（1）画出原子结构示意图：____________。

（2）微粒中的电子数为___________。（3）由和组成的水分子，其中含中子的物质的量为_______。【答案】106【解析】【详解】(1)镁的原子序数是12，原子结构示意图为：。答案为：(2)微粒中的电子数为8+2=10。答案为：10(3)由和组成的水分子为，该分子中含中子数为12，则11.0g该分子中含中子的物质的量为。答案为6。19．金属铝在生产生活中有着广泛的用途。回答下列问题：(1)铝元素在周期表中的位置是_______________。(2)比较原子结构示意图：它们的共同之处是___________选填编号，下同；不同之处是___________。a.电子层数

b.次外层电子数

c.最外层电子数

d.质子数(3)常温下铝制容器可以用来盛放浓硫酸而不被溶解，这种现象称为___________。氢氧化铝和盐酸反应的化学方程式为_________________________________。能把溶液中的铁离子和铝离子分离开的试剂是___________。选填编号a.盐酸

b.硫酸铜溶液

c.氨水

d.氢氧化钠溶液【答案】第三周期第IIIA族abcd钝化反应Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2Od【解析】【分析】(1)铝是13号元素，在周期表中的位置是第三周期第IIIA族；(2)，原子结构示意图的含义：圈内数字表示核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示电子数。(3)常温下铝制容器可以用来盛放浓硫酸而不被溶解，是因为在铝表面形成致密的氧化薄膜，这种现象是钝化反应；由于氢氧化铝是两性氢氧化物，故可与NaOH继续反应，而沉淀溶解，可用来分离铁离子和铝离子。【详解】(1)铝是13号元素，在周期表中的位置是第三周期第IIIA族；(2)从三个原子结构示意图中可看出，均有3个电子层、次外层电子数均为8，故相同的之处是ab；而最外层电子数均不相同、核内质子数也都不同，故不同之处是cd；(3)常温下铝与浓硫酸反应生成氧化铝，在铝