2020-2021学年第二节 元素周期律第一课时学案

第一课时　原子结构　核素

1．从微观视角认识原子的构成，了解元素、核素、同位素的含义。

2．了解原子核外电子排布规律，能画出1～20号元素的原子结构示意图，能根据原子的结构特征确定元素，促进宏观辨识与微观探析化学核心素养的发展。

图1展示了原子结构的发现史，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

原子

2．质量数

(1)概念：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。

(2)构成原子的粒子间的两个关系

①质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)

②质子数＝核电荷数＝核外电子数

3．原子的表示方法

如作为相对原子质量标准的C表示质子数为6，质量数为12的碳原子。

4．粒子符号()中各数字的含义

[名师点拨]

(1)并不是所有的原子都是由质子、中子和电子构成，如H原子核内无中子。

(2)在任何微粒中，质子数都等于核电荷数，但质子数与核外电子数不一定相等，如阴离子(如Cl－)的质子数小于其核外电子数，阳离子(如Na＋)的质子数大于其核外电子数。

1．下列关于O的叙述正确的是(　　)

A．质量数为8 B．质子数为8

C．中子数为16 D．电子数为16

解析：选B　O的质子数是8，中子数是8，质量数是16，电子数是8。

2.C与N具有相同的(　　)

A．质量数 B．质子数

C．电子数 D．中子数

解析：选D　C的中子数为13－6＝7，N的中子数为14－7＝7，因此二者具有相同的中子数。

3．某＋2价阳离子含24个电子，它的质量数为56，则该离子核内中子数是(　　)

A．24 B．30

C．32 D．34

解析：选B　该元素原子核外电子数为24＋2＝26，即质子数为26；故该离子核内中子数为56－26＝30。

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，出现了最后一图的排布方式。

[问题探讨]

1．将Na原子结构示意图画成正确吗？为什么？

提示：不正确；L层没有填满，只有排满L层才能排M层，正确的示意图为。

2．将K原子结构示意图画成正确吗？为什么？

提示：不正确；最外层电子数不能超过8个，正确的示意图为。

3．分别画出Na＋、Cl－的结构示意图，它们与哪种原子核外电子排布相同？

提示：Na＋与稀有气体Ne的核外电子排布相同；Cl－与稀有气体Ar的核外电子排布相同。

1．电子层

在含有多个电子的原子中，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．核外电子的分层排布

在多电子原子中，电子的能量是不相同的。能量较低的，通常在离核较近的区域内运动；能量较高的，通常在离核较远的区域内运动。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：

3.原子核外电子的排布规律

4．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：

(2)离子结构示意图

①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：→Mg2＋：。

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层结构。如F：→F－：。

[名师点拨]

(1)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。

(2)原子核外电子排布规律是相互联系、相互制约的，不能孤立地理解或应用其中一部分。如M层不是最外层时，其容纳的电子数最多为18个，当M层为最外层时，其容纳的电子数最多为8个。

(3)原子形成离子时，核外电子数发生变化，但核内质子数不变。

1．下列说法中正确的是(　　)

A．在多电子的原子中，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

解析：选D　在多电子的原子中，能量高的电子通常在离核远的区域内运动，A项错误；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；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，C项错误；O2－的结构示意图是，D项正确。

2．下列原子(离子)的结构示意图正确的是(　　)

①磷原子  ②碳原子

③钠原子 ④氧离子

A．①② B．②③

C．③④ D．①④

解析：选D　依据核外电子排布的一般规律可知，②违反每个电子层最多只能容纳2n2个电子，③违反最外层电子数不能超过8个，D项符合题意。

3．某元素的原子核外有3个电子层，最外层有4个电子，则该原子核内的质子数为(　　)

A．14 B．15

C．16 D．17

解析：选A　该原子核外电子的排布为2、8、4，具有电子数为14，即原子中电子数＝质子数。

请结合上图氢元素的不同原子结构，完成下列知识点：

1．核素

(1)概念：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

(2)实例

①氢元素的三种核素

②氧元素的三种核素：O、O和O。

③碳元素的三种核素：C、C和C。

④铀元素有U、U、U等核素。

2．同位素

(1)概念

质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素(即同一元素的不同核素互为同位素)。

(2)性质

①同一元素的各同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同。

②天然存在的同位素，相互间保持一定的比率。

(3)用途

①考古时利用C测定一些文物的年代。

②H和H用于制造氢弹。

③利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病等。

[名师点拨]

(1)“核素”属于微观概念，核素界定的是一种原子，它由质子数和中子数共同确定，即原子核内质子数相同、中子数也相同的原子才是同一种核素，如H、H、H、C、C、C各为一种核素。

(2)同一元素的不同核素，中子数不同，质量数不同，物理性质略有不同，但化学性质几乎相同。

(3)“同位”指核素的质子数相同，在元素周期表中占有相同的位置，如Li与Li互为同位素，而40K和40Ca不互为同位素。

“四素”的区别与联系

1．区别

2.联系

[注意]

(1)在辨析核素和同素异形体时，通常只根据二者研究的范畴不同即可做出判断。

(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小于原子的种类数目。

1．下列互为同位素的是(　　)

A．H2与D2 B．14N与14C

C．16O与17O D．金刚石与石墨

解析：选C　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素。

2．下列说法错误的是(　　)

A.H、H、H＋和H2是氢元素的四种不同粒子

B.Ca和 Ca、石墨和金刚石均为同素异形体

C.H和 H是不同的核素

D．12C和14C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同

解析：选B　Ca和Ca是质子数相同、中子数不同的两种核素，二者互为同位素，不属于同素异形体。

3．(1)下列原子：C、N、H、Na、H、Ca、K、H、C中，元素有________种，核素有________种，互为同位素的有________。

(2)18O2与16O2，二者的关系是________(填“互为同位素”“互为同素异形体”或“属于同一种物质”)。

解析：(1)题目提供的9种原子共9种核素，6种元素，其中H、H、H，C、C分别互为同位素。

(2)18O2和16O2是分子，属于同一种物质。

答案：(1)6　9　H、H、H；C、C

(2)属于同一种物质

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．人工放射性原子I在核医学领域中有重要的用途。该原子的中子数是(　　)

A．53 B．78

C．131 D．184

解析：选B　原子I的质量数为131，质子数为53，中子数＝131－53＝78。

2．下列关于234U和238U说法正确的是(　　)

A．两者互为同位素

B．两者互为同素异形体

C．两者属于同一种核素

D．两者属于不同种元素

解析：选A　234U和238U质子数相同，而中子数不同，二者互为同位素。

3．下列微粒结构示意图中，不正确的是(　　)

A　　　　　B　　　 　C　　　　　　D

解析：选B　B项中若为钠原子，结构示意图为；若为Na＋，结构示意图为。

4．下列粒子中，与氩原子具有相同电子层结构的是(　　)

A．Na＋ B．Cl－

C. D．Ne

解析：选B　A项，Na＋核外电子排布是2、8，具有10个电子，与Ne原子电子层结构相同，错误；B项，Cl－核外有18个电子，与Ar原子电子层结构相同，正确；C项，Al3＋核外有10个电子，与Ne原子电子层结构相同，错误；D项，Ne核外有10个电子，错误。

5．下列8种化学符号：H2、H2、C、Li、Na、N、Li、Mg。

(1)表示核素的符号共________种。

(2)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________。

解析：(1)H2、H2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Mg的中子数相等，但质子数不同。

答案：(1)6　(2)Li　Li　(3)Na　Mg