化学必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表第1课时学案设计

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第1课时 原子结构
[核心素养发展目标] 1.了解原子的表示方法，掌握有关质量数、质子数、中子数、电子数的相关计算。2.能从微观角度认识原子的构成，掌握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。
一、原子的构成
1．构成原子的微粒及其性质
原子eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(原子核\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(质子：相对质量近似为1，带1个单位正电荷,中子：相对质量近似为1，不带电)),核外电子：带1个单位负电荷，质量很小可忽略不计))
2．质量数
(1)概念：将原子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，常用A表示。
(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。
思考1 原子的质量数是否就是原子的相对原子质量？请举例说明。
提示 不一定。如eq \\al(32,16)S的质量数为32，而硫原子的相对原子质量为32.06，两者数值上相近但不相等。
3．原子的表示方法
思考2 填写下列表格并思考离子的核外电子数、质子数、电荷数之间的关系。
结论：阳离子中核外电子数＝质子数－电荷数；
阴离子中核外电子数＝质子数＋电荷数。
1．判断正误
(1)原子呈电中性是因为中子不带电( )
(2)质子数和中子数决定原子的质量( )
(3)微粒中的质子数与核外电子数一定相等( )
(4)某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
2．(2023·石家庄高一检测)高铁动车车厢禁止吸烟，高铁装有的离子式烟雾传感器具有稳定性好、灵敏度高的特点，其主体是一个放有镅(eq \\ar(241, 95)Am)放射源的电离室。下列关于eq \\ar(241, 95)Am的说法正确的是( )
A．核外电子数为95 B．质子数为146
C．质量数为146 D．中子数为95
答案 A
解析 根据原子符号可知，质子数为95，质量数为241，质子数＝核电荷数＝核外电子数＝95，中子数＝质量数－质子数＝241－95＝146，A正确。
3．一种中子数为9的氧原子的质量数为____________，核外电子数为____________，其二价氧离子的质量数为________________，核外电子数为____________________。
答案 17 8 17 10
(1)一个信息丰富的符号解读
eq \\al(A,Z)Xeq \\al(n±,b)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(A——质量数,Z——核电荷数或质子数,n——离子所带的电荷数,b——化学式中原子的个数))
(2)粒子中的电性关系
①分子或原子：质子数＝核外电子数
②阳离子Xn＋：质子数＝核外电子数＋n
③阴离子Xn－：质子数＝核外电子数－n
二、原子核外电子排布
1．电子层
(1)概念：在含有多个电子的原子里，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。
如图为电子层模型示意图：
(2)不同电子层的表示及能量关系
2.电子分层排布
阅读教材思考与讨论中稀有气体元素原子的电子层排布规律
(1)能量最低原理
核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。
(2)电子层最多容纳的电子数
①第n层最多容纳2n2个电子。如K、L、M、N层最多容纳的电子数分别为2、8、18、32。
②最外层电子数目最多不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。
③次外层最多能容纳的电子数不超过18个。
3．核外电子排布的表示方法——原子结构示意图
(1)钠的原子结构示意图
(2)画出下列原子或离子的结构示意图
①S：，S2－：；
②Ca：，Ca2＋：。
思考1 M层最多可容纳18个电子，为什么钾原子的核外电子排布不是而是？
提示 原子核外电子排布每层最多容纳2n2个电子，故M层最多可容纳18个电子，但M层作为最外层时，最多不超过8个电子。
4．常见的10e－和18e－微粒
(1)
(2)
思考2
某同学在画某种元素的一种单核微粒的结构示意图时，忘记在圆圈内标出质子数，请你根据核外电子排布，推测可能的微粒符号。
提示 可能为中性原子Ne，也可能为阳离子Na＋、Mg2＋、Al3＋，也可能为阴离子F－、O2－、N3－。
(1)从两个角度看核外电子排布规律
(2)核外电子排布的规律是互相联系的，不能孤立地理解。如钙原子由于受最外层电子数不超过8个的限制，其原子结构示意图为而不是。
(3)通常把最外层有8个电子(外层为K层时，只有2个电子)的结构，称为相对稳定结构。
1．判断正误
(1)在多电子原子里，电子的能量不完全相同( )
(2)能量高的电子在离核近的区域内运动( )
(3)M层为最外层时，最多容纳18个电子( )
(4)原子的次外层电子数都是8( )
(5)Mg的原子结构示意图是( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2．下列说法正确的是( )
A．某单核微粒的核外电子排布如图所示，则该微粒一定是氩原子
B．最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
C．NHeq \\al(＋,4)与H3O＋具有相同的质子数和电子数
D．最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的原子容易失去电子成为阳离子
答案 C
解析 该微粒不一定是氩原子，如x＝17时为氯离子，x＝19时为钾离子，A错误；H原子的最外层只有1个电子，但H元素不是金属元素，B错误；NHeq \\al(＋,4)与H3O＋所含质子数均为11，电子数均为10，C正确；最外层电子数是次外层电子数2倍的元素为C元素，C原子既不容易失电子也不容易得电子，D错误。
1．(2022·葫芦岛高一月考)稀土被称为“工业黄金”和“新材料之母”，其中钇(Y)是稀土元素的代表。下列关于eq \\al(89,39)Y的说法，不正确的是( )
A．质子数为39 B．质量数为128
C．中子数为50 D．核外电子数为39
答案 B
解析 由原子符号可知，钇原子的质子数为39，质量数为89，故A正确、B错误；中子数＝质量数－质子数＝89－39＝50，故C正确；原子的核外电子数＝核内质子数＝39，故D正确。
2.如图为某原子的原子结构示意图，下列有关说法错误的是( )
A．核电荷数为11
B．该原子的摩尔质量为23 g
C．电子层数为3
D．最外层有1个电子
答案 B
解析 原子结构示意图中圆圈内为核电荷数，原子的核电荷数为11，故A正确；该原子为钠原子，原子的摩尔质量为23 g·ml－1，故B错误；钠原子核外有3个电子层，最外层电子数1，故C、D正确。
3．(2022·上海嘉定区高一期中)有如下三种微粒的结构示意图，下列说法正确的是( )
A．①②属于同种元素的原子
B．①②是同种元素的微粒，且①是原子，②是正离子
C．②③是同种元素的原子
D．①②是同种元素的微粒，且①是负离子，②是原子
答案 B
解析 ①②是同种元素的微粒，①为Al原子，②为Al3＋，且①是原子，②是正离子，故A错误、B正确、D错误；②为Al3＋，③为Ne原子，为不同元素的微粒，故C错误。
4．根据下列叙述，写出元素名称并画出原子结构示意图。
答案 (从左到右，从上到下)硼 钠 氧
解析 当次外层为K层时，A元素原子最外层电子数为3，是硼，当次外层为L层时，A元素原子最外层电子数为1.5×8＝12，违背了电子排布规律，故不可能；B元素原子的质子数为10＋1＝11，故为钠，当次外层为K层时，C为氧，当次外层为L层时，最外层则有24个电子，故不可能。
题组一 原子结构
1．铍的密度是钛的一半，铍元素被称为“未来的航天元素”。中国是世界上有能力提炼铍的少数国家之一。已知铍的一种同位素eq \\al(9,4)Be，其核内中子数为( )
A．4 B．5 C．9 D．13
答案 B
解析 该原子的质子数为4，质量数为9，中子数＝质量数－质子数＝9－4＝5，故B正确。
2．月球土壤中含有钍元素，eq \\ar(232, 90)Th(中文名“钍”)是一种天然放射性核素，通常用来制造合金，提高金属强度，也是一种极有前途的能源。下列关于eq \\ar(232, 90)Th的说法不正确的是( )
A．质子数为90 B．核外电子数为90
C．中子数为142 D．质量数为322
答案 D
3．(2022·重庆高一检测)钴-60(eq \\al(60,27)C)放射源的应用非常广泛，在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害等。下列有关说法错误的是( )
A．钴的相对原子质量是60
B．60C与60Fe具有相同的质量数
C．60C与59C核外电子数相同
D.eq \\al(60,27)C核内中子数与核外电子数之差为6
答案 A
解析 60是钴-60(eq \\al(60,27)C)原子的质量数，不是钴的相对原子质量，故A错误；60C与60Fe的质量数均为60，故B正确；60C与59C的质子数均为27，且核外电子数＝质子数＝27，故C正确；eq \\al(60,27)C中的27为质子数，则核外电子数也为27,60为质量数，而中子数＝质量数－质子数＝60－27＝33，则中子数与核外电子数之差为33－27＝6，故D正确。
题组二 原子核外电子排布规律
4．下列说法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18
D．各电子层(n)最多可容纳的电子数为n2
答案 D
解析 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(n)最多可容纳的电子数为2n2，D错误。
5．下列关于核外电子排布的说法不正确的是( )
A．第二电子层最多容纳的电子数为8
B．次外层最多可容纳的电子数为18
C．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 根据核外电子排布规律可知，第二电子层最多可容纳的电子数为8，A正确；次外层最多可容纳的电子数为18，B正确；最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层，即K层，C正确；由于最外层电子数不超过8，因此最多可容纳8个电子的电子层不一定是第二电子层，D错误。
题组三 原子(离子)结构示意图的理解及判断
6.认识原子的结构有利于理解元素的性质。某元素X的原子结构示意图如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a＝16
B．该元素原子可得2个电子达到稳定结构
C．该元素的最高化合价为＋10
D．该元素单质在空气中燃烧的产物的化学式为SO2
答案 C
解析 a为质子数，质子数＝核外电子数＝16，故A正确；硫原子最外层电子数为6，得2个电子形成稳定结构，故B正确；硫元素原子最外层电子数为6，其最高化合价为＋6，故C错误；硫在空气中燃烧生成二氧化硫，故D正确。
7．某粒子的结构示意图为，关于该粒子的说法不正确的是( )
A．属于阴离子
B．核外有3个电子层
C．核外电子数为18
D．在化学反应中易得电子
答案 D
解析 该粒子为氯离子，为阴离子，故A正确；依据粒子结构示意图可知，核外有3个电子层，核外电子数为18，故B、C正确；该离子为氯离子，最外层达到8电子稳定结构，不能得电子，反应中易失去电子，故D错误。
8．(2022·上海闵行区高一期中)某粒子(原子或离子)的结构示意图如图所示，下列说法错误的是( )
A．若n＝8，则该粒子所对应元素的符号一定为Ar
B．若该粒子带两个单位负电荷，且n＝8，则该粒子的符号为S2－
C．若m－n＜10，则该粒子是一个阴离子
D．若m－n＝10，则该粒子一定是原子
答案 A
解析 若n＝8，则该粒子所对应元素的符号不一定为Ar，可能是K＋、Ca2＋等，故A错误；若该粒子带两个单位负电荷，且n＝8，说明原子的最外层电子数为6，是硫元素原子形成的阴离子，则该粒子的符号为S2－，故B正确；若m－n＜10，说明核电荷数小于核外电子数，则该粒子是一个阴离子，故C正确；若m－n＝10，说明核电荷数等于核外电子数，则该粒子一定是原子，故D正确。
9．(2023·青岛高一检测)eq \\al(3,2)He是核聚变的重要原料，主要存在于月球上，地球上氦元素主要以eq \\al(4,2)He的形式存在。已知一个12C原子的质量为a g，一个eq \\al(3,2)He原子的质量为b g，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.eq \\al(3,2)He比eq \\al(4,2)He多一个中子
B．氦元素的近似相对原子质量为3
C.eq \\al(3,2)He的相对原子质量为eq \f(12b,a)
D.eq \\al(3,2)He的摩尔质量为2bNA g·ml－1
答案 C
解析 eq \\al(3,2)He的中子数为3－2＝1，eq \\al(4,2)He的中子数为4－2＝2，eq \\al(3,2)He比eq \\al(4,2)He少1个中子，故A错误；eq \\al(3,2)He的相对原子质量为eq \f(b,\f(a,12))＝eq \f(12b,a)，故C正确；eq \\al(3,2)He的摩尔质量在数值上与1 ml原子的质量相同，则其摩尔质量为bNA g·ml－1，故D错误。
10．下列各组粒子：①H3O＋、NHeq \\al(＋,4)、Na＋、②OH－、NHeq \\al(－,2)、F－、③O2－、Na＋、Mg2＋、④CH4、NH3、H2O。具有相同质子数和电子数的组合是( )
A．①②③ B．②③④
C．①②④ D．①③④
答案 C
解析 ①中三种离子均为10个电子、11个质子；②中三种离子均为10个电子、9个质子；③中三种离子均为10个电子，质子数分别为8、11、12；④中三种分子均为10个电子、10个质子。
11．两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是( )
A．硅原子和钠原子
B．硼原子和氮原子
C．氮原子和碳原子
D．碳原子和铝原子
答案 D
解析 由于Y原子的M层比X原子的M层多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L层必定有8个电子，X的L层只有4个电子，M层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6。所以X、Y的核电荷数分别是6和13，即为碳原子和铝原子。
12．(2023·吉林高一检测)核内中子数为N的R2＋的质量数为A，R2＋与16O所形成的W g氧化物中所含质子的物质的量为( )
A.eq \f(W,A＋16) (A－N＋8) ml
B.eq \f(W,A＋16)(A－N＋10) ml
C．(A－N＋8) ml
D.eq \f(W,A＋16)(A－N＋6) ml
答案 A
解析 R2＋带2个单位正电荷，所以其氧化物的化学式为RO，该氧化物的摩尔质量为(A＋16) g·ml－1，W g该氧化物的物质的量为eq \f(W,A＋16) ml；核内中子数为N的R2＋的质量数为A，所以质子数为A－N,1 ml氧化物中含有(A－N＋8) ml质子，所以W g该氧化物中所含质子的物质的量为eq \f(W,A＋16)(A－N＋8) ml，A符合题意。
13．某微粒A的结构示意图为：
(1)若x＝8，则此阴离子与上图表示的带一个正电荷的阳离子形成一种常见化合物的化学式是________________________________________________________________________。
(2)1 ml微粒A含有10 ml电子，下列微粒各1 ml，也含有10 ml电子的有_______(填序号)。
①CH4 ②H2O2 ③HF ④Al3＋ ⑤Cl－ ⑥NHeq \\al(＋,4)
(3)若A的阳离子为An＋且质量数为a，则其质子数为________，中子数为________(用含有a、n的代数式表达)。
答案 (1)Na2O (2)①③④⑥ (3)10＋n a－(10＋n)
解析 (1)当x＝8时，核内质子数小于核外电子数，该粒子是氧离子，与钠离子形成一种常见化合物的化学式是Na2O。(2)①C原子含有6个电子，H原子中含有1个电子，CH4共含有10个电子；②H原子中含有1个电子，O原子中含有8个电子，H2O2共含有18个电子；③H原子中含有1个电子，F原子含有9个电子，HF共含有10个电子；④Al原子含有13个电子，Al失去3个电子形成Al3＋，Al3＋含有10个电子；⑤Cl原子含有17个电子，Cl得到1个电子形成Cl－，Cl－含有18个电子；⑥N原子含有7个电子，H原子中含有1个电子，NHeq \\al(＋,4)带有1个正电荷，所以NHeq \\al(＋,4)含有10个电子。(3)A失去n个电子形成An＋，An＋含有10个电子，则A中含有(10＋n)个电子，核外电子数等于质子数，所以质子数为10＋n；中子数＋质子数＝质量数，所以中子数为a－(10＋n)。
14．按要求填写下列空白。
(1)ARn＋共有x个电子，则该阳离子的中子数为______________。
(2)AXn－共有x个电子，则该阴离子的中子数为______________。
(3)已知R原子有b个中子，R2＋核外有a个电子，则R原子的组成符号是______________。
(4)A2－原子核内有x个中子，其质量数为m，则n g A2－所含电子的物质的量为______________。
(5)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 R原子完全转化为R2－，其中含有的电子数为______________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (1)A－x－n (2)A－x＋n (3)eq \\al(a＋b＋2, a＋2)R (4)eq \f(n,m)(m－x＋2) ml (5)eq \f(W,m)(m－x＋2)NA
解析 (1)ARn＋中的质子数＝核外电子数＋电荷数＝x＋n，中子数＝质量数－质子数＝A－(x＋n)。(2)AXn－中的质子数＝核外电子数－电荷数＝x－n，中子数＝质量数－质子数＝A－(x－n)。(3)阳离子R2＋中的质子数＝核外电子数＋电荷数＝a＋2，质量数＝质子数＋中子数＝a＋2＋b，表示元素R的原子组成符号为eq \\al(a＋b＋2, a＋2)R。(4)n g A2－中所含电子的物质的量为eq \f(n,m)(m－x＋2) ml。(5)R原子的质量数为m，W g R原子，其物质的量为eq \f(W,m) ml，阴离子R2－原子核内有x个中子，则质子数为m－x，核外电子数为m－x＋2，则W g R2－的原子核外电子数为eq \f(W,m)(m－x＋2)NA。
15．(2022·邯郸一中高一月考)有四种元素A、B、C、D，其中B2－与C＋核外都有两个电子层，B原子的质子数与C原子的质子数之和等于D原子的质子数，A原子失去一个电子后变成一个质子，试回答：
(1)A、B、C、D的元素符号分别为______、________、__________、__________。
(2)D原子的原子结构示意图为__________，C＋的离子结构示意图为__________。
(3)写出与C＋具有相同电子数的四种分子：______、__________、__________、__________(填化学式)。
答案 (1)H O Na K (2) (3)H2O NH3 CH4 HF
解析 四种元素A、B、C、D，其中B2－与C＋核外都有两个电子层，则B为O、C为Na；B原子的质子数与C原子的质子数之和等于D原子的质子数，则D的质子数为8＋11＝19，故D为K元素；A原子失去1个电子后变成一个质子，则A为H元素。原子
质子数(Z)
中子数(N)
表示方法
F
9
10
eq \\ar(19, 9)F
Na
11
12
eq \\al(23,11)Na
Al
13
14
eq \\al(27,13)Al
粒子符号
质子数(Z)
质量数(A)
中子数(N)
电荷数
核外电子数
eq \\al(23,11)Na＋
11
23
12
1
10
eq \\al(37,17)Cl－
17
37
20
1
18
各电子层由内到外
电子层数
1
2
3
4
5
6
7
字母代号
K
L
M
N
O
P
Q
离核远近
由近到远
能量高低
由低到高
信息
元素名称
原子结构示意图
A元素原子最外层电子数是次外层电子数的1.5倍
B元素＋1价离子B＋的电子层排布与Ne相同
C元素原子次外层电子数是最外层电子数的eq \f(1,3)