专题18-原子结构、核素(人教版2019必修第一册)

原子核外电子的排布原子（离子）结构示意图原子的构成原子、离子和分子中质子、中子、电子数目的计算元素、核素、同位素常见等电子粒子知识点一原子核外电子的排布1．核外电子排布规律（1）在同一原子中各电子层之间的关系电子层数(n)1234567符号KLMNOPQ电子层能量的关系从低到高电子层离核远近的关系从近到远（2）在含有多个电子的原子里，电子依能量的不同是分层排布的，其主要规律是：①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（能量最低原理）；②每个电子层最多容纳2n2个电子（n为电子层数）③最外层电子数不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个）④次外层电子数目不能超过18个（K层为次外层时不能超过2个）⑤倒数第三层电子数目不能超过32个（K层为倒数第三层时不能超过2个）【典例1】★★☆☆☆下面关于多电子原子的核外电子的运动规律的叙述正确的是()①核外电子是分层运动的②所有电子在同一区域里运动③能量高的电子在离核近的区域内运动④能量低的电子在离核近的区域内运动A．①④B．②③C．①③D．②④答案A解析原子核外电子是分层运动的，能量越低离核越近，能量越高离核越远。【训练1】★★☆☆☆排布在下列各电子层上的一个电子，所具有的能量最低的是()A．K层B．L层C．M层D．N层答案A知识点二原子（离子）结构示意图1．原子：核电荷数=核外电子数（如图甲所示）阳离子：核电荷数=核外电子数+电荷数（如图乙所示）阴离子：核电荷数=核外电子数-电荷数（如图丙所示）【典例1】★★★☆☆已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A，确定mgR2＋中含有电子的物质的量为()A.eq\f(m(A－N),A)mol B.eq\f(m(A－N＋2),A)molC.eq\f(m(A－N－2),A)mol D.eq\f(m(A＋N－2),A)mol答案C解析R2＋的核外电子数为(A－N－2)，mgR2＋的物质的量为eq\f(mg,Ag·mol－1)＝eq\f(m,A)mol，mgR2＋中含有电子的物质的量为eq\f(m,A)(A－N－2)mol。【训练1】★★★☆☆有aXn＋和bYm－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－mC．核电荷数Y＜X D．质子数Y＞X答案C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；②a＞b，C正确，D不正确。知识点三原子的构成1．原子的构成(1)有关粒子间的关系①质量关系质量数：原子的质量主要集中在原子核上，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相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数，用A表示。质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。原子的相对原子质量近似等于质量数。②电性关系(ⅰ)电中性微粒(原子或分子)：核电荷数＝核内质子数＝核外电子数。(ⅱ)带电离子：质子数≠电子数，具体如下表：阳离子(Rm＋)质子数>电子数质子数＝电子数＋m阴离子(Rm－)质子数<电子数质子数＝电子数－m③量关系原子序数＝质子数。④符号eq\o\al(A,Z)eq\o(X,\s\up6(±c))eq\o\al(m±,n)中各个字母的含义：【典例1】★★☆☆☆完成表格微粒符号质子数中子数质量数电子数eq\o\al(12,6)C88eq\o\al(18,8)Oeq\o\al(35,17)Cl－3518答案微粒符号质子数中子数质量数电子数eq\o\al(12,6)C66126eq\o\al(16,8)O88168eq\o\al(18,8)O810188eq\o\al(35,17)Cl－17183518【训练1】★★★☆☆已知R原子有b个中子，R2＋核外有a个电子。表示R原子符号正确的是()A．eq\o\al(b,a)RB．eq\o\al(a＋b－2,a－2)RC．eq\o\al(a＋b+2,a+2)RD．eq\o\al(a＋b,a－2)R答案C解析R2＋核外有a个电子，则R原子的质子数为(a＋2)，质量数为(a＋b＋2)，则R原子为eq\o\al(a＋b+2,a+2)R。知识点四原子、离子中质子、中子、电子数目的计算1．原子中的质子、中子、电子数目的计算（1）质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数（2）中子数=相对原子质量-质子数2．离子中的质子、中子、电子数目的计算（1）阳离子中：质子数=阳离子核外电子数+阳离子的电荷数阴离子中：质子数=阴离子核外电子数-阴离子的电荷数（2）中子数=质量数-质子数（3）阳离子电子数=质子数-阳离子的电荷数阴离子电子数=质子数+阴离子的电荷数【典例1】★★☆☆☆1996年2月，德国某研究所在高能加速器中，将eq\o\al(70,30)Zn撞入一个eq\o\al(208,82)Pb的原子核并释放出一个中子后，合成一种人造超重元素的原子，该元素原子内中子数为()A．278B．277C．166D．165答案D解析eq\o\al(70,30)Zn＋eq\o\al(208,82)Pb―→eq\o\al(277,112)X＋eq\o\al(1,0)n，所以该元素原子内中子数为277－112＝165。【训练1】★★★☆☆在ROeq\o\al(n－,3)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目是()A．A－x＋n＋48 B．A－x＋n＋24C．A－x－n－24 D．A＋x－n－24答案B解析R的质子数为x－8×3－n＝x－24－n，所以其中子数为A－x＋24＋n，B项正确。知识点五元素、核素、同位素1．元素：具有相同核电荷数的同一类原子的总称2．核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫核素3．同位素：具有相同质子数而有不同中子数的同一元素的原子即同一元素的不同核素互称为同位素。4．同位素中各核素的特点①三同：同种元素（同质子数、同核电荷数、同电子数），相同位置（元素周期表中），化学性质几乎相同。②三不同：不同种原子（中子数不同、质量数不同），不同物理性质，不同丰度（原子个数百分比）③两特性：同一元素的各种同位素的化学性质几乎完全相同；在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。【典例1】★★★☆☆下列说法中不正确的是()①质子数相同的微粒一定是同种元素②同位素的化学性质基本相同③质子数相同、电子数也相同的两种微粒，不可能是一种分子和一种离子④电子数相同的微粒不一定是同一种原子⑤某种元素的相对原子质量取整数，就是其质量数A．①⑤B．③④⑤C．①②⑤D．②③④答案A解析质子数相同的微粒不一定是同种元素，例如，Na、NHeq\o\al(＋,4)的质子数都是11。一种分子和一种离子，如果质子数相同，则电子数一定不同。元素的相对原子质量，是按照该元素各种核素原子所占的一定百分比计算出的平均值。质量数是针对某个原子而言的，而一种元素往往有几种核素，所以不能说“元素的质量数”。【训练1】★★★☆☆原计划实现全球卫星通讯需发射77颗卫星，这与铱(Ir)元素的原子核外电子数恰好相等，因此称为“铱星计划”。已知铱的一种同位素是eq\o\al(191,77)Ir，则其核内的中子数是()A．77B．114C．191D．268答案B解析Ir的中子数为191－77＝114，B项正确。知识点六常见等电子粒子1．2电子粒子：H-、Li+、Be2+；H2、He2．10电子粒子：分子Ne、HF、H2O、NH3、CH4；阳离子Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+；阴离子N3-、O2-、F-、OH-、NH2-3．18电子粒子：分子Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4；阳离子K+、Ca2+；阴离子P3-、S2-、Cl-、HS-、O22-4．14电子粒子：Si、N2、CO、C2H2；5．16电子粒子：S、O2、C2H4、HCHO1．下列微粒的结构示意图，正确的是()A．Mg2＋： B．Cl：C．Ar： D．K：答案A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；Cl的最外层应该只有7个电子，B选项错误；Ar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。2．具有下列结构示意图的微粒，既可以是原子又可以是阴离子和阳离子的是()答案C解析A项中x＝13，为Al原子，错误；B项中，只能为氮原子，x＝7，错误；C项中，若x＝18，为Ar原子，若x＝17，为Cl－，若x＝19，为K＋，正确；D项中只能为氯原子，x＝17，错误。3．某粒子结构示意图为，若该粒子为离子，则它所带的电荷数可能为()①8－n②n－8③10－n④n－10A．①②B．①③C．③④D．②④答案C解析若为阳离子，电荷数为n－2－8＝n－10；若为阴离子，电荷数为2＋8－n＝10－n。4．某短周期元素的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，那么该原子()A．有3个电子层 B．有2个电子层C．最外层电子数是8 D．核电荷数是10答案B解析第一层排满为2个电子，第二层排满为8个电子，第三层为最外层时，最多排8个电子，若该原子有3个电子层，依题意可知最外层(第3层)要排到24个电子，这不可能，则该原子只有2个电子层，第一层为2个电子，第二层为6个电子。5．某元素原子的最外层电子数是次外层的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＋10C．2m＋2 D．m＋2答案C解析按照原子核外电子排布的一般规律，最外层电子数不超过8个，最外层电子数是次外层的m倍，所以次外层电子数<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(2m＋2)。6．在1～18号元素中，最外层电子数等于电子层数的元素有()A．1种 B．2种C．3种 D．4种答案C解析在1～18号元素中，电子层数可以为一层、二层、三层，所以最外层电子数为1、2、3，最外层电子数和电子层数相等的元素有H、Be、Al三种。7．某元素的原子核外有三个电子层，最外层有4个电子，该原子核内的质子数为()A．14B．15C．16D．17答案A解析该原子核外有三个电子层，即K、L、M三层，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，最外层有4个电子，故该原子核外电子数为2＋8＋4＝14，质子数＝核外电子数，故质子数为14。8．A、B两种原子，A的M电子层比B的M电子层少3个电子，B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。A和B分别是()A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氦原子C．氯原子和碳原子 D．碳原子和铝原子答案D解析设x、y分别为A的L层和M层的电子数。依题意有KLMA2xyB22xy＋3由于B的M层上有电子，故其L层肯定充满电子，2x＝8，x＝4。由于A的L层未充满电子，故其M层无电子，y＝0。所以A、B的核外电子数分别为6、13，是碳原子和铝原子。9．X、Y均为短周期元素，X原子的最外层有2个电子，Y原子的最外层有6个电子，这两种元素形成的化合物的化学式是()A．XY2B．X2Y3C．X2YD．XY答案D解析X为Be或Mg，Y为O或S，所以这两种元素组成的化合物的化学式为XY。10(1)某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍，其质子数是最外层电子数的3倍，该元素的原子结构示意图是________________________。(2)已知某粒子的结构示意图为试回答：①当x－y＝10时，该粒子为____________(填“原子”、“阳离子”或“阴离子”)；②当y＝8时，粒子可能为(填名称)________、________、________、________、________；③写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应的水化物发生反应的离子方程式________________________________________________________________________。答案(1)(2)①原子②氩原子氯离子硫离子钾离子钙离子③Al(OH)3＋3H