鲁科版高考化学一轮总复习第4章第1节原子结构元素性质课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮总复习第4章第1节原子结构元素性质课时学案，共19页。


第1节　原子结构　元素性质
考试评价解读
1．掌握1～20号元素原子结构示意图的表示方法。
2．了解原子的构成。了解核电荷数、质子数、中子数、核外电子数之间的关系。了解元素、核素、同位素的概念。
3．了解原子核外电子排布规律——核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子排布式、轨道表达式。
核心素养达成
宏观辨识
与
微观探析
能从物质的微观层面，理解原子的组成、结构和性质的关系，形成结构决定性质的观念。
证据推理
与
模型认知
能运用原子结构模型揭示化学现象的本质及规律，能运用构造原理和能量最低原理，揭示元素原子核外电子排布的规律。



　　　　　　　　原子结构　核素
[以练带忆]
1．“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料，下列关于Pu的说法正确的是(　　)
A．Pu与U互为同位素
B．Pu与Pu互为同素异形体
C．Pu与U具有完全相同的化学性质
D．Pu与Pu具有相同的最外层电子数
D　解析：Pu与U质子数不同，是两种不同的元素，Pu与Pu的质子数相同(质子数＝核外电子数)，中子数不同，互为同位素，故D正确。
2．已知阴离子R2－的原子核内有x个中子，R原子的质量数为m，则w g R2－含有电子的物质的量是(　　)
A． mol　　 B． mol
C． mol D． mol
D　解析：R的质子数为m－x，阴离子R2－的核外电子数是m－x＋2，w g R2－含有电子的物质的量为(m－x＋2) mol。
3．(双选)若某氖原子的质量是a g,12C原子的质量为b g，用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中不正确的是 (　　)
A．w g该氖原子的物质的量是 mol
B．氖元素的相对原子质量一定是
C．该氖原子的摩尔质量是aNA g
D．w g该氖原子所含质子数是
BC　解析：该氖原子的相对原子质量可表示为aNA或，氖元素的相对原子质量是氖的不同核素相对原子质量计算出来的平均值，故B错误；摩尔质量的单位是 g· mol－1，故C错误。
[练后梳理]
1．原子结构
(1)原子的构成微粒

(2)微粒之间的关系
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－阳离子所带的电荷数；
④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。
(3)微粒符号周围数字的含义

2．元素、核素、同位素
(1)“三素”关系及含义


(2)几种重要的核素及其应用
核素
U
C
H
H
O
用途
核燃料
用于考古断代
制氢弹
示踪原子

(3)氢元素的三种核素
H：名称为氕，不含中子；
H：用字母D表示，名称为氘或重氢；
H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。

(1)一种元素可能有多种核素，也可能只有一种核素。
(2)有多少种核素就有多少种原子。
(3)同位素的“位”指核素的位置相同，即在元素周期表中占同一个位置。
(4)核变化既不属于物理变化，也不属于化学变化。

　　　　　　原子核外电子排布及表示方法
[以练带忆]
1．下列各组数值均为核电荷数，其中一定不能形成原子个数比为1∶1的化合物的是(　　)
A．1、8 B．11、8 C．13、17 D．1、6
C　解析：A中可构成H2O2，B中可构成Na2O2，D中可构成C2H2、C6H6等，均为原子个数比为1∶1的化合物，只有C只能形成AlCl3，原子个数比不是1∶1。
2．(双选)下列说法正确的是(　　)
A．多电子原子中，不同能级上电子的能量一定不同
B．不同电子层中p电子的原子轨道能量相同
C．同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐减小
D．对于同一个原子的电子层，能量最低的是K层
AD　解析：不同电子层中p电子的原子轨道能量不同，B错误；同一原子中，1s、2s、3s电子的能量逐渐增大，C错误。
3．下列关于硅原子的核外电子排布表示方法中，错误的是(　　)
A．1s22s22p63s23p2
B．[Ne]3s23p2
C．
D．
C　解析：A、B两项是电子排布式，C、D两项是轨道表示式，其中C项违背了洪特规则，故错误。
[练后梳理]
1．电子层和能级的关系

电子层
一
二
三
四
五
…
符号
K
L
M
N
O
…
能级
1s
2s
2p
3s 3p
3d
4s 4p
4d 4f
5s
5p…
…
最多电
子数
2
8
18
32
…
…
电子离
核远近
近―→远
电子能
量高低
低―→高
2.电子云与原子轨道
(1)电子云图——形象地描述电子在核外空间某处单位体积内的概率分布的图形。
(2)原子轨道——原子中单个电子的空间运动状态。

3．基态原子核外电子排布
(1)排布原则

注意：当能量相同的原子轨道在全充满(s2、p6、d10、f14)、半充满(s1、p3、d5、f7)、全空(s0、p0、d0、f0)时原子的能量最低，如24Cr的电子排布式为[Ar]3d54s1，29Cu 的电子排布式为[Ar]3d104s1。
(2)构造理论：基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如下：

(3)电子排布式和轨道表示式
表示方法
实例
电子排布式
S：1s22s22p63s23p4
简化电子排布式
Fe：[Ar]3d64s2
轨道表示式
S：
价电子排布式
Fe：3d64s2
价电子轨道表示式
Fe：
4.原子状态与原子光谱
(1)原子的状态

(2)原子光谱
①不同元素的原子发生电子跃迁时会吸收或释放不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。
②利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。
(3)基态、激发态及光谱示意图


1．核外电子的能量关系

2．“两原理，一规则”的正确理解
(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。
(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定，如：
Cr：3d54s1　Mn：3d54s2　Cu：3d104s1　Zn：3d104s2
(3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n－1)d放在ns前。

考点1　元素、核素、同位素的辨析
[抓本质·悟考法]
现有下列10种微粒：H、H、H、 O、O、7N、5626Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：
(1)H、H、H分别是氢元素的一种________，它们互为________。H、H、H与O、O相互结合为水，可得水分子种数为________，可得相对分子质量不同的水分子种数为________。
(2)互为同素异形体的微粒是________。
(3)Fe2＋的中子数为__________，核外电子数为________。
(4)上述10种微粒中有________种核素，含有________种元素。

【解题关键点】　解答本题应注意以下两点：
(1)明确元素、核素、同位素的概念，每种核素就是一种原子；同素异形体的研究对象是单质。
(2)H、H、H与O、O相互结合为水，所得水分子种类，应做到有序思考。
【易错失分点】　(1)H、H、H与O、O形成的水分子种数、相对分子质量种数易漏写HHO、HHO等或判断错误。
(2)错误判断元素和核素的种数。
[自主解答]
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解析：(1)核素是指质子数和中子数分别相等的一类原子，原子中只要质子数或者中子数不同，就不是同一种核素，即每种核素就是一种原子。同种元素的不同核素之间互为同位素。H、H、H与O、O相互结合为水，根据水的分子式H2O，先分析O与H、H、H结合，则可得到H2O、H2O、H2O、HHO、HHO、HHO，共6种水分子，相对分子质量最小的是H2O，数值为18，最大的为H2O，数值为22，因此相对分子质量数值共有5种；类似的O与H、H、H结合，也可得到6种水分子，相对分子质量从20到24，因此相对分子质量不同的水分子种数为7。
(2) O2和O3是由氧元素组成的两种不同单质，属于同素异形体。
(4)10种微粒中含有氢的3种核素、氧的2种核素、氮的1种核素、铁的1种核素，因此共有7种核素；含有氢、氧、氮、铁4种元素。
答案：(1)核素　同位素　12　7
(2) O2和O3　(3)30　24
(4)7　4
[多角度·突破练]
⊳角度1　原子、分子、离子中“粒子数”的确定
1．X、Y、Z和R分别代表4种元素。如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－4种离子的电子层结构相同(a、b、c、d为元素的原子序数)，则下列关系正确的是(　　)
A．a－c＝m－n
B．a－b＝n－m
C．c－d＝m＋n
D．b－d＝n＋m
D　解析：既然4种离子的电子层结构相同，就说明a－m＝b－n＝c＋n＝d＋m。比较a与b得：a－b＝m－n，B项错；比较a与c得：a－c＝n＋m，A项错；比较c与d得：c－d＝m－n，C项错；比较b与d得：b－d＝n＋m，D项对。
2．现有下列几组微粒：①N2、CO、C2H2；②NH、H3O＋、OH－；③C、O、CN－；④PO、SO、ClO。对上述四组微粒归类正确的是(　　)
A．质子数相等、电子数和原子数不相等：①
B．质子数和电子数相等、原子数不相等：②
C．电子数相等、质子数和原子数不相等：③
D．原子数和电子数相等、质子数不相等：④
D　解析：①N2、CO、C2H2的质子数和电子数都等于14，原子数不相等；②NH、H3O＋、OH－的原子数和质子数不相等，电子数都为10；③C、O、CN－的原子数和电子数都相等，质子数不相等；④P、S、Cl所含的电子数分别为15、16、17，酸根离子中所含氧原子数均相等，所带负电荷数依次为3、2、1，三种酸根离子所含的总电子数相等(18＋32)、原子数都为5，但三种酸根离子的质子数不相等。

原子中的两个关系
(1)质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数
(2)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)
⊳角度2　元素、核素、同位素的概念辨析
3．在陆地生态系统研究中，2H、13C、15N、18O、34S等常用作环境分析指示物。下列说法中正确的是(　　)
A．34S原子核内中子数为16
B．2H＋的酸性比1H＋的酸性更强
C．13C和15N原子核内的质子数相差2
D．1HO在相同条件下比1HO更易蒸发
D　解析：34S原子核内的中子数为34－16＝18，A项错误；2H＋与1H＋都是氢离子，化学性质相同，即2H＋的酸性与1H＋的酸性相同，B项错误；13C原子的质子数为6，15N原子的质子数为7，则13C和15N原子核内的质子数相差1，C项错误；因1H21O的相对分子质量为1×2＋16＝18，1H218O的相对分子质量为1×2＋18＝20，则1H216O的沸点低，1H216O在相同条件下比1H218O更易蒸发，D项正确。
4．YBa2Cu8Ox(Y为元素钇)是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于Y的说法正确的是(　　)
A．Y的质子数与中子数之差为50
B．Y和Y互为同位素
C．Y和Y的核外电子数不相等
D．Y和Y是钇元素的两种不同的核素，具有不同的化学性质
B　解析：中子数＝89－39＝50，质子数与中子数之差为50－39＝11，故A错误；Y和Y是质子数相同、中子数不同的同种元素的不同核素，属于同位素，故B正确；Y和Y的质子数相等，核外电子数相等，最外层电子数相等，两者具有相同的化学性质，故C、D错误。

1．元素、核素、同位素、同素异形体的概念辨析
概念
元素
核素
同位素
同素异形体
本质
质子数相同的一类原子
质子数、中子数都一定的一种原子
质子数相同、中子数不同的核素之间的互称
同种元素形成的不同单质之间的互称
范畴
同类原子
原子
原子
单质
特性
只有种类，没有个数
化学反应中的最小微粒
化学性质几乎完全相同
组成元素相同、性质不同
决定
因素
质子数
质子数、中子数
质子数、中子数
组成和结构
举例
H、C、O三种元素
1H、2H、3H三种核素
12C、14C互为同位素
O2与O3互为同素异形体

2.同位素的“六同”“三不同”

(1)同一元素的不同核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同。
(2)1H2和2H2既不是同位素，也不是同素异形体，是同种分子。
3．巧记10电子、18电子微粒
(1)10电子微粒

(2)18电子微粒



考点2　电子排布式、轨道表示式的书写与判断
[抓本质·悟考法]
(1)基态K原子中，核外电子占据最高电子层的符号是________，占据该电子层电子的原子轨道形状为________。
(2)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(3)镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对电子数为________。
(4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象地描述。在基态14N原子中，核外存在________对自旋状态相反的电子。
(5)下列表示的为激发态原子的是________(填标号)。
A．1s12s1　　　　 B．1s22s22p1
C．1s22s22p53s1 D．1s22s22p63s2

【解题关键点】解答本题应注意以下两点：
(1)基态原子的排布符合能量最低原理、洪特规则和泡利不相容原理，若不符合，则不处于能量最低状态。
(2)正确书写电子排布式、简化电子排布式和轨道表示式，能够结合轨道表示式正确判断未成对电子数。
【易错失分点】　(1)要注意审清题目要求：是“最高电子层的符号”。
(2)基态原子电子排布式的书写方法不熟练，直接按照填充顺序书写，导致错误。
[自主解答]
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解析：(1)基态钾原子核外有4个电子层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。(2)在元素周期表中，锗位于硅的正下方，锗的原子序数为14＋18＝32，基态锗原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2，由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，故未成对电子数为2。(3)Ni元素原子核外有28个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。3d能级上有2个未成对电子。(4)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形象地描述。基态14N原子的轨道表示式为，则核外存在2对自旋状态相反的电子。
答案：(1)N　球形
(2)3d104s24p2　2
(3)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)　2
(4)电子云　2
(5)AC
[多角度·突破练]
⊳角度1　电子排布式、轨道表示式的书写
1．下列微粒的核外电子的表示方法中正确的是(　　)
A．碳原子的轨道表示式：
B．磷原子价电子轨道表示式：
C．铬原子的价电子排布式：3d44s2
D．Fe2＋的电子排布式：1s22s22p63s23p63d44s2
A　解析：A项表示C原子的轨道表示式，正确；B项不符合洪特规则；C项不符合洪特规则特例，应为3d54s1；D项Fe2＋应为Fe原子失去4s上的两个电子，而不是失去3d上的两个电子，应为1s22s22p63s23p63d6。
2．写出下列原子或离子的①电子排布式、②价电子轨道表示式、③电子占的原子轨道数、④未成对电子数。
(1)N：①________，②_________________________________，
③________，④______________________________________。
(2)Cl：①________，②_______________________________，
③________，④______________________________________。
(3)Fe3＋：①________，②_____________________________，
③________，④_______________________________________。
(4)Cu：①________，②_______________________________，
③________，④______________________________________。
(5)Se：①________，②_______________________________，
③________，④_______________________________________。
(6)Br－：①________，②______________________________，
③________，④______________________________________。
答案：(1)①1s22s22p3　②　③5　④3
(2)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)
②　③9　④1
(3)①1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)
②　③14　④5
(4)①1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
②　③15　④1
(5)①1s22s22p63s23p63d104s24p4(或[Ar]3d104s24p4)
②　③18　④2
(6)①1s22s22p63s23p63d104s24p6(或[Ar]3d104s24p6)
②　③18　④0

书写电子排布式的常见错误与技巧


⊳角度2　多种“化学用语”的规范使用
3．有四种短周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：
元素
结构、性质等信息
A
是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂
B
B与A同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性
C
元素的气态氢化物极易溶于水，可用作制冷剂
D
是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂
请根据上表中信息填写：
(1)A原子的核外电子排布式为__________________________。
(2)B元素在周期表中的位置为___________________________；
离子半径：B________(填“大于”或“小于”)A。
(3)C原子的轨道表示式是_____________________________，
其原子核外有________个未成对电子，能量最高的电子为______轨道上的电子，其轨道呈______形。
(4)D原子的电子排布式为______________________________，
D－的结构示意图是________。
(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为________________________________，
B的最高氧化物对应的水化物与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为________________________________________________。
解析：根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为N，D为Cl。
答案：(1)1s22s22p63s1　
(2)第3周期ⅢA族　小于
(3)　3　2p　哑铃
(4)1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5)　
(5)NaOH＋Al(OH)3===Na[Al(OH)4]
Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O
4．(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；其价电子轨道表示式为______________________________
____________________________________。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为______，C离子的结构示意图为________。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________，其原子的结构示意图为________。
(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子且只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________________
______________________________________。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则n＝________；原子中能量最高的是________电子，轨道表示式为____________。
解析：根据题中信息可推出A为N，B为Cl，C为K，D为Fe，E为Cu，F为O。
答案：(1)N　
(2)Cl　
(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)　
(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)2　2p　

熟记3种最外层电子的排布特征
(1)最外层有3个未成对电子的为ns2np3,1～36号元素中符合的分别为N、P、As。
(2)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4，短周期元素分别为C、Si和O、S。
(3)最外层有1个未成对电子的可能是ns1、ns2np1、(n－1)d5ns1、(n－1)d10ns1。第4周期有K、Ga、Cr、Cu。

1．据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡(Rn)，从而对人体产生危害。该同位素原子的中子数和质子数之差为(　　)
A．136　　　 B．50
C．86 D．222
B　解析：Rn中，质量数为222，质子数为86，中子数＝质量数－质子数＝222－86＝136，则中子数和质子数之差为136－86＝50。
2．(命题情境：化学与生活)(2020·福州模拟)化学与人类生产、生活、科研密切相关，下列有关说法正确的是(　　)
A．蒸馏“地沟油”可以获得汽油
B．14C可用于文物年代的鉴定，14C和12C互为同素异形体
C．向牛奶中加入果汁会产生沉淀，这是因为发生了酸碱中和反应
D．食品袋中放入装有硅胶和铁粉的透气小袋，目的是防止食品受潮、被氧化变质
D　解析：地沟油的成分为油脂，汽油的成分为烃，二者成分不同，不能通过蒸馏“地沟油”获得汽油，故A错误；14C和12C是质子数相同中子数不同的同种元素的不同原子，互为同位素，不互为同素异形体，故B错误；牛奶为蛋白质，果汁中含有可溶性电解质，加入果汁能使蛋白质凝聚而沉淀，且牛奶不是酸，因此不是酸碱之间的反应，故C错误；硅胶可吸水，铁粉具有还原性，因此食品袋中放入装有硅胶和铁粉的透气小袋，可防止食物受潮、被氧化变质，故D正确。
3．(命题情境：化学与生产)(2020·北京模拟)反应NH4Cl＋NaNO2===NaCl＋N2↑＋2H2O放热且产生气体，可用于冬天石油开采。下列表示反应中相关微粒的化学用语正确的是(　　)
A．中子数为18的氯原子：Cl
B．N2的结构式：NN
C．Na＋的结构示意图：
D．Cl原子的最外层电子轨道表示式为
D　解析：中子数为18的氯原子用化学用语表示为Cl，A项错误；氮原子的最外层电子数为5，需要形成3对共用电子才能达到8电子稳定结构，因此氮气的结构式应为NN，B项错误；钠原子的核外有11个电子，钠离子是由钠原子失去一个电子形成的，即钠离子核外有10个电子，Na＋的结构示意图为，C项错误；氯原子的最外层电子排布式为3s23p5，D项正确。
4．(双选)13C­NMR(核磁共振)、15N­NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wu thrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N的叙述正确的是(　　)
A．13C与15N有相同的中子数
B．13C与C60互为同素异形体
C．15N与14N互为同位素
D．氮原子的基态电子排布式为1s22s22p3
CD　解析：13C和15N的中子数分别是13－6＝7、15－7＝8，中子数不同，A错误；由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，13C属于碳元素的一种核素，B错误；15N与14N的质子数相同，但中子数不同，所以互为同位素，C正确；氮的原子序数为7，其基态电子排布式为1s22s22p3，D正确。
5．(命题情境：化学与医疗卫生)(双选)P是一种放射性核素，可治疗多种皮肤病。下列有关该核素的说法正确的是(　　)
A．磷原子基态时3p轨道上有3个未成对电子
B．P和P互为同位素
C．1 mol P含质子数约为32×6.02×1023
D．磷原子的1s、2s、3s原子轨道图形都是球形，且球的半径大小相同
AB　解析：磷原子的最外层电子排布式为3s23p3，其3p能级上有3个未成对电子，故A正确；P和P的质子数相同，中子数不同，属于同种元素的不同核素，二者互为同位素，故B正确；P中“15”表示质子数，1 mol P含质子的物质的量为15 mol，数目为15×6.02×1023，故C错误；所有原子任一电子层的s电子原子轨道图形都是球形，但球的半径大小不同，故D错误。