2021届高考化学（江苏专用）一轮教师用书：专题5第1单元　原子结构　核外电子排布

第一单元　原子结构　核外电子排布

原子结构和核素、同位素

1．原子结构

(1)原子的构成

(2)核素(原子)符号表示

AZX表示质子数为Z、质量数为A、中子数为A－Z的核素，如氘H。

(3)微粒中的“各数”间的关系

①质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。

②电性关系

[补短板]

原子结构中的“不一定”

(1)原子中不一定都含有中子，如H中没有中子；(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子；(3)易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，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一定是8个电子，如Li＋为2电子稳定结构；(5)阳离子不一定均有电子，如H＋。

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

(3)氢元素的三种核素

H：用字母H表示，名称为氕，不含中子。

H：用字母D表示，名称为氘或重氢，含1个中子。

H：用字母T表示，名称为氚或超重氢，含2个中子。

[补短板]

(1)现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素(或原子)的种数远大于118种。(2)不同核素可能具有相同的质子数，如H、H；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相同的质量数，如C、N。(3)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。(4)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。(5)同位素是指同一元素的不同“原子”间的关系，同素异形体是指同一元素的不同“单质”间的关系。

[基础判断]

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)H2与H2互为同位素。 (　　)

(2)H2、D2、HD均为单质。 (　　)

(3)质子数为35、中子数为45的该原子符号为Br。 (　　)

(4)D2O与H2O中含有的质子数与中子数均不同。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×

[知识应用]

(1)H的质子数为________，中子数为________，质量数为________；Fe2＋的中子数为________，质子数为________，核外电子数为________；Cl－的中子数为________，质子数为________，核外电子数为________。

(2)2.0 g D2O中核外电子数为________，质子数为________，中子数为________。

[答案]　(1)1　2　3　30　26　24　20　17　18

(2)6.02×1023　6.02×1023　6.02×1023

◎命题点1　原子结构的粒子构成及数目计算

1．国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)公布了118号元素符号为Og。下列关于Og的说法错误的是(　　)

A．原子序数为118

B．中子数为179

C．核外电子数为118

D．质子数与中子数之差为179

D　[质子数为118，质量数为297，中子数为297－118＝179，质子数与中子数之差为179－118＝61，D错误。]

2．铁60同位素的现身，揭秘了超新星爆炸历史的真相。下列说法中正确的是(　　)

A．铁元素的质量数为60

B.Fe的核内质子数比中子数多8

C.Fe与Fe的核外电子数相同，属于同一种核素

D．30 g铁60中含有的中子约为17 mol

D　[Fe这种铁原子的质量数为60，而不是铁元素的质量数，A错；Fe的核内质子数(26)比中子数(34)少8，B错；Fe与Fe的质子数相同但中子数不同，是两种不同的核素，C错；30 g 60Fe中含有的中子约为×34 mol＝17 mol，D正确。]

3．某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在a g Hm X中所含原子的物质的量为________，所含中子的物质的量为________，所含质子数为________，所含电子数为________。

[答案]　(m＋1) mol　N mol　(m＋A－N)NA　(m＋A－N)NA

◎命题点2　元素、核素、同位素的判断

4．(2018·锦州期末)地表水和地下水都来源于大气降水，但重水和轻水中同位素含量是不同的，有时差别还相当大，氢包括两种稳定核素：H和D，氧常见的核素16O、17O和18O，下列有关说法正确的是(　　)

A．H2和D2互为同分异构体，其化学性质完全相同

B．HO、HO、HO互为同位素，都能与金属钠发生反应

C．18O2和18O3互为同素异形体，其密度之比为2∶3

D．电解一定量的DO时，阴、阳两极所得气体的质量之比约为2∶9

D　[同分异构体一般指分子式相同，结构不同的有机物，H2和D2为组成和结构都相同的无机物，A错误；16O、17O、18O互为同位素，HO、HO、HO既不互为同位素，也不是同素异形体，B错误；18O2和18O3互为同素异形体，但只有在同温同压下，它们的密度之比才为2∶3，C错误；电解一定量的DO时，阴、阳两极会收集到物质的量之比为2∶1的D2和18O2，其质量之比约为2∶9，D正确。]

5．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是(　　)

A．14C与12C是两种不同的元素或核素

B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化

C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体

D．铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子

D　[A项，14C与12C是同种元素的不同核素，错误；B项，16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，错误；C项，35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，错误；D项，铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子，正确。]

6．重水(D2O)是重要的核工业原料。下列说法错误的是(　　)

A．氘(D)原子核外有1个电子

B．1H与D互称同位素

C．H2O与D2O互称同分异构体

D．1HO与DO的相对分子质量相同

[答案]　C

核外电子排布与等电子粒子

1．核外电子排布规律

提醒：核外电子排布的几条规律之间既相互独立，又相互统一，不能独立地应用其中一条，如M层最多排18个电子，但钾原子的M层排8个电子。

2．原子或离子结构示意图

3．等电子粒子

(1)2电子粒子：He、H－、Li＋、Be2＋、H2。

(2)10电子粒子：

(3)18电子粒子：

[知识应用]

1．在1～18号元素间选填相应元素符号。

(1)原子序数与电子层数相同的元素为________。

(2)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：______；最外层电子数是次外层电子数3倍的元素：________；最外层电子数是次外层电子数4倍的元素：________。

(3)最外层电子数是电子层数3倍的元素：________。

[答案]　(1)H　(2)C　O　Ne　(3)O

2．下图为几种粒子结构示意图，完成以下填空。

(1)属于阳离子结构的粒子是________(填编号，下同)。

(2)具有稳定性结构的原子是________________。

(3)只能得电子的粒子是________；只能失电子的粒子是________。

[答案]　(1)③⑤　(2)②　(3)③⑤　①④⑥

◎命题点1　核外电子排布规律的应用——元素推断

1．(2019·鞍山模拟)短周期元素X和Y，元素X原子的最外层电子数为a，次外层电子数为b；元素Y原子的M层电子数为(a－b)，L层电子数为(a＋b)。则X、Y两元素形成的化合物可能具有的性质是(　　)

A．和水反应　　 B．和硫酸反应

C．和氢氧化钠反应   D．和氯气反应

C　[根据Y原子的L层电子数为(a＋b)，M层电子数为(a－b)，知a＋b＝8，再根据X原子次外层电子数为b，可知b＝2，则a＝6，进而确定X为氧(O)，Y为硅(Si)。两元素形成SiO2，SiO2为酸性氧化物，可与NaOH反应。]

2．A、B、C、D 4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。

(1)这4种元素的元素符号依次是A________、B________、C________、D________。

(2)C的原子结构示意图为________。

(3)D的离子结构示意图为________。

(4)B的单质与D的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为____________________________________________________。

(5)A单质与浓硫酸共热的化学方程式为___________________

____________________________________________________。

[解析]　A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，所以A的核电荷数为2×8＝16，A为硫元素。D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半，所以D原子的核电荷数是(2＋8)×2＝20，D为钙元素。根据核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8，可以判断出B为氯元素，C为钾元素。

[答案]　(1)S　Cl　K　Ca

(2)

(4)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

(5)S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O

◎命题点2　等电子粒子及转化

3．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同多核粒子，它们之间存在如下关系：

(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出：

A与B反应的离子方程式为________________________。

(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，举例写出：

①A与B在溶液中反应的离子方程式为__________________。

②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)_______________ ____________。

(3)已知肼(H2N—NH2)和甲胺(H3C—NH2)都是18电子的分子。分析肼和甲胺的结构特点并从中得到启发，写出与其具有相同电子数的有机化合物的结构简式：_______________(至少写两个)。

[解析]　(1)若A、B、C、D均为10e－粒子，根据图可知A为NH，B为OH－，C为NH3，D为H2O。

(2)若A、C为18e－粒子，B、D为10e－粒子，由图示可知A可以为H2S，B为OH－，则C为HS－，D为H2O。

(3)根据H2N—NH2、H3C—NH2均为18e－的分子，可得—NH2、—CH3均为9e－基团，其他为9e－基团的还有—OH、—F。故构成18e－的有机分子为CH3—OH、CH3—F、CH3—CH3。

[答案]　(1)NH＋OH－NH3↑＋H2O

(2)①H2S＋OH－===HS－＋H2O

②OH－>HS－(答案合理即可)

(3)CH3—CH3、CH3—F、CH3—OH(任写两个)

1．下列说法正确的是________(填序号)。

①(2019·全国卷Ⅱ)3 g 3He含有的中子数为1NA

②(2018·全国卷Ⅰ)22.4 L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA

③(2018·全国卷Ⅲ)24 g镁与27 g铝中，含有相同的质子数

④(2018·全国卷Ⅲ)1 mol重水与1 mol水中，中子数比为2∶1

⑤(2018·全国卷Ⅲ)同等质量的氧气和臭氧中，电子数相同

⑥(2017·全国卷Ⅲ)0.1 mol的11B中，含有0.6NA个中子

[解析]　③项，24 g(1 mol)Mg含质子12 mol,27 g(1 mol)Al含质子13 mol；④项，1 mol D2O中含中子10NA,1 mol水中含中子8NA，中子数之比为5∶4。

[答案]　①②⑤⑥

2．(2015·全国卷Ⅰ)W、X、Y、Z均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　)

A．单质的沸点：W>X

B．阴离子的还原性：W>Z

C．氧化物的水化物的酸性：Y<Z

D．X与Y不能存在于同一离子化合物中

B　[W、X、Y、Z四种元素均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，故W是第1周期的H元素，X是第2周期的N元素，Y、Z是第3周期元素，因为四种元素的最外层电子数之和为18，故Y、Z最外层电子数之和为18－(1＋5)＝12，又因为第3周期主族元素最外层电子排布是1～7，故只有Y的最外层电子数是5，Z的最外层电子数是7才能满足条件，则Y是P元素，Z是Cl元素。

A．H2和N2都是分子晶体，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，故沸点：N2＞H2，A不正确。

B．Cl元素的非金属性强于H元素，元素得电子能力越强，其对应阴离子越不容易失去电子，故对应阴离子的还原性：Cl－弱于H－，B正确。

C．P元素的非金属性弱于Cl元素的非金属性，元素非金属性越弱，其最高价氧化物对应水化物的酸性越弱，故酸性：H3PO4＜HClO4，题目中未说明“最高价”，C不正确。

D．铵盐是离子化合物，N和P可能存在于同一离子化合物中，如(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等，D不正确。]

3．(2015·全国卷Ⅱ)原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a－的电子层结构与氦相同，b和c的次外层有8个电子，c－和d＋的电子层结构相同。下列叙述错误的是(　　)

A．元素的非金属性次序为c>b>a

B．a和其他3种元素均能形成共价化合物

C．d和其他3种元素均能形成离子化合物

D．元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6

B　[由a的最外层电子数为1，a－的电子层结构与氦相同可知，a为H。b和c的次外层有8个电子，则b、c处于第3周期，又知b、c的最外层电子数分别为6、7，从而推知，b、c分别为S、Cl。由c－和d＋的电子层结构相同可知，d为K。]