2024年高考化学一轮复习专题5.1原子结构讲含解析

PAGEPAGE1专题5.1原子结构1.驾驭元素、核素、同位素、相对原子质量、相对分子质量、原子构成、原子核外电子排布的含义。2.驾驭原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.驾驭1～18号元素的原子结构示意图的表示方法。本部分内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题。考查原子(离子)的结构及微粒间的数量关系，也常考查对元素、核素、同位素概念的理解以及结合元素周期表的推断等。学问点一原子结构、同位素1．原子结构(1)原子的构成粒子eq原子\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子Z个——确定元素的种类,中子(A－Z)个\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(在质子数确定后,确定原子种类)))同位素)),核外电子Z个——最外层电子数确定元素的化学性质))(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数。如Mg2＋的核外电子数是10。④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。如Cl－的核外电子数是18。(3)一个信息丰富的符号【特殊提示】①原子中不肯定都含有中子，如eq\o\al(1,1)H中没有中子。②电子排布完全相同的原子不肯定是同一种原子，如互为同位素的各原子。③易失去1个电子形成＋1价阳离子的不肯定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。④形成稳定结构的离子最外层不肯定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。2．核素、同位素(1)概念辨析(2)同位素的特征①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。②自然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。(3)同位素的“六同三不同”(4)常见的重要核素及其应用核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)H(D)eq\o\al(3,1)H(T)eq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子(5)元素、核素、同位素的联系与区分①现行元素周期表已发觉的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。②不同核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N。③同位素之间的转化，既不是物理改变也不是化学改变，是核反应。④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(一般水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。【典例1】【2024北京卷】2024年IUPAC命名117号元素为Ts（中文名，tián），Ts的原子核外最外层电子数是7。下列说法不正确的是（）A．Ts是第七周期第ⅦA族元素 B．Ts的同位素原子具有相同的电子数C．Ts在同族元素中非金属性最弱 D．中子数为176的Ts核素符号是【答案】D【解析】元素周期表中第七周期0族应当排列118号元素。117号元素位于118号左侧即ⅦA族，所以Ts是第七周期第ⅦA族元素，A正确；同位素是同种元素不同原子之间的互称，因此Ts的同位素原子具有相同的电子数，B正确；元素周期表同一列从上往下非金属性依次减弱，所以Ts在同族元素中非金属性最弱，C正确；中子数为176的Ts核素，其质量数为176+117=293，所以这种核素符号是，D错误。【变式1】【2024海南】下列分子中，其中子总数为24的是（）A.18O3B.2H217O2C.14N16O2D.14C16O2【答案】D【解析】1mol18O中含有中子物质的量为(18－8)mol=10mol，即1mol18O3中含有中子物质的量为3×10mol=30mol，A错误；1mol2H217O2中含有中子物质的量为(2×1＋2×9)mol=20mol，B错误；1mol14N16O2中含有中子物质的量为(7＋2×8)mol=23mol，C错误；1mol14C16O2中含有中子物质的量为(8＋2×8)mol=24mol，D正确。学问点二核外电子排布1.核外电子排布(1)核外电子排布规律核外电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再依据由里向外的依次依次排布在能量渐渐上升的电子层里。①每层最多容纳的电子数为2n2个。②最外层不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。③次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。【特殊提示】核外电子排布的几条规律是相互联系的，不能孤立地理解，必需同时满意各项要求，如M层不是最外层时，最多能容纳18个电子，当M层为最外层时，最多容纳8个电子。(2)最外层电子数与元素性质的关系①稀有气体元素原子最外层已排满8个电子(He排满2个)，既不易得到电子又不易失去电子，通常表现为0价。②金属元素原子最外层电子数一般小于4，常易失去最外层电子，形成8电子或2电子(如Li＋)稳定结构的阳离子，在化合物中显正化合价。③非金属元素原子最外层电子数一般大于或等于4，易得到电子或形成共用电子对，达到最外层8电子稳定结构，在化合物中既显正价又显负价(F无正价)。2．原子结构示意图如Mg2＋结构示意图为Cl－结构示意图为3．常见的“10电子”、“18电子”粒子(1)常见的“10电子”粒子(2)常见的“18电子”粒子4．短周期常见原子的核外电子排布规律原子核中无中子的原子eq\o\al(1,1)H最外层有1个电子的元素H、Li、Na最外层有2个电子的元素Be、Mg、He最外层电子数等于次外层电子数的元素Be、Ar最外层电子数是次外层电子数2倍的元素eq\a\vs4\al(C)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素eq\a\vs4\al(O)最外层电子数是次外层电子数4倍的元素eq\a\vs4\al(Ne)最子层数与最外层电子数相等的元素H、Be、Al最子总数为最外层电子数2倍的元素eq\a\vs4\al(Be)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素Li、Si内层电子总数是最外层电子数2倍的元素Li、P【典例2】（2024·福建双十中学模拟）某元素X，其原子的电子层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法中正确的是()A．X可能是金属元素B．由X形成的含氧酸均为强酸C．X不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D．元素X的气态氢化物肯定极易溶于水【答案】D【解析】由X原子的最外层电子数为(2n－1)可以推知n≤4，则X的电子层数≤3，X为短周期元素。当n＝4时，X为Cl元素；当n＝3时，X为N元素；当n＝2或n＝1时，不符合题意，A错误；HNO2和HClO均为弱酸，B错误；Cl元素能形成KClO4，C错误；NH3和HCl均极易溶于水，D正确。【变式2】（2024·江西临川一中模拟）某元素X，其原子的电子层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法中正确的是()A．X可能是金属元素B．由X形成的含氧酸均为强酸C．X不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D．元素X的气态氢化物肯定极易溶于水【答案】D【解析】由X原子的最外层电子数为(2n－1)可以推知n≤4，则X的电子层数≤3，X为短周期元素。当n＝4时，X为Cl元素；当n＝3时，X为N元素；当n＝2时，不符合题意，A错误；HNO2和HClO均为弱酸，B错误；Cl元素能形成KClO4，C错误；NH3和HCl均极易溶于水，D正确。考点一同位素与同素异形体【典例3】（2024·青岛潍坊二中模拟）科学家从化肥厂生产的(NH4)2SO4中检验出组成为N4H4(SO4)2的物质，经测定该物质易溶于水，在水中以SOeq\o\al(2－,4)和N4Heq\o\al(4＋,4)两种离子形式存在，植物的根系极易汲取N4Heq\o\al(4＋,4)，但它遇到碱时，会生成一种形似白磷的N4分子。N4分子不能被植物汲取。下列有关说法不正确的是()A．N4和N2互为同素异形体B．14N与14CC．N4H4(SO4)2不能与草木灰混合运用D．N4和N2是不同的两种分子，化学性质不同【答案】B【解析】N4与N2都是N的单质互为同素异形体，A正确；14N与14C是不同元素的原子，B错误；草木灰水解显碱性，N4H4(SO4)2中的N4Heq\o\al(4＋,4)在碱性条件下生成N4分子不能被植物汲取，C正确；N4和N2是不同的两种分子，化学性质不同，D正确。【易错警示】①元素的种类由原子核内的质子数确定，因此划分元素种类的唯一标准是质子数(即核电荷数)。②元素概念中的原子是泛指，即各种状况下的原子或离子(包括游离态和化合态)，所以H、D、T、H＋、H－都属于氢元素。③元素是个宏观概念，元素只讲种类，不讲个数，元素组成物质。【变式3】(2024·安徽合肥一中期末)最近医学界通过用放射性14C标记C60，发觉一种C60的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA杀死细胞，从而抑制艾滋病(AIDS)。下列有关14C的叙述正确的是(A．14C与C60B．14C与14C．14C是C60D．14C与12【答案】D【解析】14C与C60中一般碳原子，为同种元素的原子，其化学性质相同，A错误；14C的中子数为14－6＝8,14N的中子数为14－7＝7，B错误；14C是原子，不是单质，与C60不是同素异形体，C错误；14考点二“10电子”“18电子”微粒的应用【典例4】（2024·广东惠州一中模拟）已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去)：(1)假如A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的化学式：A____________；D____________。(2)假如A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子。①A与B在溶液中反应的离子方程式为____________________________________。②依据上述离子方程式，可以推断C与B结合质子的实力大小是(用化学式或离子符号表示)________________________________________________________________________。【答案】(1)NHeq\o\al(＋,4)(或HF)H2O(2)①HS－＋OH－===S2－＋H2O(或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O或H2S＋OH－===HS－＋H2O)②OH－>S2－(或OH－>HS－)【解析】(1)由框图可知，结合10电子微粒可联想到NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=====,\s\up7(△))NH3↑＋H2O或HF＋OH－===F－＋H2O，故A为NHeq\o\al(＋,4)或HF，D为H2O。(2)①结合OH－和H2O属于10电子微粒，联想酸碱中和反应，可知A与B在溶液中的离子方程式为H2S＋OH－===HS－＋H2O或HS－＋OH－===S2－＋H2O或H2S＋2OH－===S2－＋2H2O；②由反应A＋B===C＋D看出，A中的质子被B结合，A失去质子变成了C，易知结合质子的实力：B>C。【方法技巧】找寻“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法(1)“10电子”微粒(2)“18电子”微粒【变式4】(2024·山东潍坊一中模拟)A＋、B＋、C－、D、E五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有10个电子，已知：①A＋＋C－===D＋E↑；②B＋＋C－===2D。请回答：(1)C－离子的电子式是_________________________。(2)分别写出A＋和D反应、B＋和E反应的离子方程式________________________________________、___________________________________________。(3)除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子的分子式________________。(4)除A＋、B＋外，请再写出两种含10个电子的阳离子________________。【答案】(1)[eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)H]－(2)NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋、H3O＋＋NH3===NHeq\o\al(＋,4)＋H2O。(3)CH4、Ne(4)Na＋、Mg2＋【解析】本题中五种粒子均有10个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物学问可知，10电子的粒子中，原子有Ne；阴离子有N3－、O2－、F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)，阳离子有Na＋、Mg2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋；分子有CH4、NH3、H2O、HF。依据题意有：①A＋＋C－===D＋E↑，推知A＋应为NHeq\o\al(＋,4)、C－为OH－、D为H2O、E为NH3，将其结果代入②B＋＋C－===2D，推知B＋应为H3O＋。考点三利用核外电子排布规律推断元素【典例5】(