2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习教师用书：专题51第一单元　原子结构

第一单元　原子结构

学习任务1　原子结构　同位素

1．人类对原子结构的认识

道尔顿原子结构模型→汤姆生原子结构模型→卢瑟福原子结构模型→玻尔原子结构模型→电子云模型

2．原子的构成

3．构成原子和离子的各粒子间关系

(1)质子数＝核电荷数＝原子序数＝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。

(4)阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。

4．微粒符号周围数字的含义

5．元素、核素、同位素

6．同分异构体、同素异形体、同位素概念辨析

1．某元素形成的离子为 Xn－，则：

(1)Xn－含有的中子数为________。

(2)Xn－含有的电子数为________。

(3)X原子的质量数为________。

(4)1个X原子的质量约为________。

答案：(1)b－a　(2)a＋n　(3)b　(4) g

2．(1)有5种单核粒子，它们分别是 □、□、□＋、□2＋、□(“□”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有________种。

(2)1H、2H、3H三种微粒都属于________。

(3)在 H、H、H、6C、6C、6C、7N、7N中，核素、元素的种数分别为________种、________种。

(4)6C、6C、6C的关系互为____________，因为它们是具有____________________的同一元素的不同原子。其化学性质几乎完全相同。

答案：(1)3　 (2)氢元素　(3)8　3

(4)同位素　相同的质子数和不同的中子数

(1)1H只含有质子和电子，不含中子；1H＋只含有质子，不含中子和电子，又称为质子。另外，H还有 H、H两种同位素。

(2)同位素原子之间化学性质几乎完全相同，物理性质不同。

(3)同位素的研究对象是核素，因此分子之间、离子之间不可能互称为同位素。核素的种类大于元素的种类。

提升一　原子中各种微粒数目之间的关系

1．(2017·高考海南卷)下列分子中，其中子总数为24的是(　　)

A．18O3　　　　　　　　　　 B．2HO2

C．14N16O2   D．14C16O2

解析：选D。A.1 mol 18O中含有中子的物质的量为(18－8) mol＝10 mol，即1 mol 18O3中含有中子的物质的量为3×10 mol＝30 mol，故A错误；B.1 mol 2HO2中含有中子的物质的量为(2×1＋2×9) mol＝20 mol，故B错误；C.1 mol 14N16O2中含有中子的物质的量为(7＋2×8) mol＝23 mol，故C错误；D.1 mol 14C16O2中含有中子的物质的量为(8＋2×8) mol＝24 mol，故D正确。

2．某元素的一种同位素X的质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子，在a g HmX中所含质子的物质的量是(　　)

A.(A－N＋m) mol 

B.(A－N) mol

C.(A－N) mol 

D.(A－N＋m) mol

解析：选A。X原子的质子数为(A－N)，一个HmX中所含的质子数为(A－N＋m)，HmX的摩尔质量约为(A＋m) g·mol－1，所以a g HmX中所含质子的物质的量为(A－N＋m) mol。

提升二　核素、同位素、同素异形体的考查

3．13CNMR(核磁共振)、15NNMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurtǔ Wthrich等人为此获得诺贝尔化学奖。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．14N与 15N互为同位素

D．15N的核外电子数与中子数相同

解析：选C。 13C的质子数为6，中子数为7，15N的质子数为7，中子数为8，A、D不正确。同素异形体指同种元素形成的结构不同的单质，B不正确。

4．(双选)(2020·苏州模拟)我国限制稀土金属对外出口，此举对我国战略安全具有重要意义，稀土元素钕(Nd)是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法中正确的是(　　)

A.Nd和 Nd是同一核素

B．一个 Nd原子的质量约为  g(NA表示阿伏加德罗常数的值)

C.Nd原子的中子数与质子数之差为20

D．14 g钕元素含有6 mol电子

解析：选BC。 Nd和 Nd是不同核素，A项错误；1 mol Nd 原子的质量约为140 g，一个原子的质量约为 g，B项正确；Nd原子的中子数为80、质子数为60，二者之差为20，C项正确；元素的相对原子质量是由该元素的各种天然同位素的相对原子质量及其所占的一定百分比算出的平均值，因此14 g钕元素对应的钕原子的物质的量并非0.1 mol，含有的电子也不是6 mol，D项错误。

同位素、核素概念理解的三个易错点

(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。

(2)有多少种核素就有多少种原子。

(3)不同的核素可能具有相同的质子数，如 H与 H；也可能具有相同的中子数，如 C与 O；也可能具有相同的质量数，如 C与 N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如 H与 6C。

学习任务2　核外电子排布

1．核外电子排布规律

2．原子结构示意图

3．核外电子排布与元素性质的关系

(1)金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。

(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易获得电子，活泼非金属元素原子易形成阴离子，在化合物中主要显负化合价。

(3)稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。

1．短周期元素中(填元素符号)：

(1)原子核中无中子的原子是________；

(2)最外层有一个电子的元素是________；

(3)最外层电子数等于次外层电子数的元素为________；

(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是________，是次外层电子数3倍的元素是________；

(5)电子层数与最外层电子数相等的元素是________。

答案：(1)H　(2)H、Li、Na　(3)Be、Ar　(4)C　O

(5)H、Be、Al

2．如图为几种粒子的结构示意图，完成以下填空。

(1)属于阳离子结构的离子是________(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____________；既能得电子，又能失电子的粒子是____________________。

(4)③粒子半径________④粒子半径(填“大于”“小于”或“等于”)。

(5)某元素R形成的氧化物为R2O3，则R的离子结构示意图可能是________。

答案：(1)③⑤⑧　(2)②　(3)③⑤　①④⑥　⑦⑧

 (4)小于　(5)⑤

核外电子排布与元素推断规律(短周期)

提升一　核外电子排布规律判断及应用

1．两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前10号元素中，满足上述关系的元素共有(　　)

A．1对　　　　　　　　　　 B．2对

C．3对   D．4对

解析：选B。解答此类习题时，首先把指定范围内的元素符号、原子序数写出，然后根据指定条件和要求进行联想、重组得出结论。在周期表的前10号元素中，两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则只能为1∶2，满足此关系的元素有H和Be、He和C，共2对。

2．核电荷数小于18的某元素X，其原子核外电子层数为a，最外层电子数为(2a＋1)。下列有关元素X的说法中不正确的是(　　)

A．元素X的原子核内质子数为(2a2－1)

B．元素X的原子半径一定小于钠的原子半径

C．由元素X形成的某些化合物，可能具有杀菌消毒的作用

D．元素X形成的简单离子，各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层数)

解析：选D。若a＝2，则X为N，若a＝3，则X为Cl。由原子结构、相关元素及化合物的性质推知A、B、C项正确；氯离子最外层电子数未达到2n2个，D项错误。

提升二　破解“10电子”“18电子”微粒的应用

3．下列各微粒：①H3O＋、NH、Na＋；②OH－、NH、F－；③O2、Na＋、Mg2＋；④CH4、NH3、H2O。具有相同质子数和电子数的一组是(　　)

A．①②③　　　　　　　　　 B．①②④

C．②③④   D．①③④

解析：选B。第③组中，质子数分别为16、11、12，电子数分别为18、10、10。

4．用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子的八种微粒(离子或分子)，请回答下列问题：

(1)A元素是________，B元素是________，C元素是________。(用元素符号表示)

(2)D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是______。

(3)E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是________。

(4)F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是________；电子式是________。

(5)G分子中含有4个原子，其分子式是________。

(6)H分子中含有8个原子，其分子式是________。

解析：(1)A＋有18个电子，则A原子有19个电子，所以A元素是K；B－有18个电子，则B原子有17个电子，所以B元素是Cl；同理，C元素是S。(2)D是由两种元素组成的双原子分子，且含18个电子，所以只能是HCl。(3)含18个电子的微粒中氧化能力强的分子有F2、H2O2，但H2O2的氧化能力不及F2。(4)F是由两种元素组成的三原子分子，且含18个电子，所以是H2S，注意电子式书写的规范性。(5)G分子中含有4个原子，且含18个电子，H2O2和PH3均可。(6)H分子中含有8个原子，且含18个电子，平均每个原子含电子少于3个，分子中应含有多个氢原子，所以是C2H6。

答案：(1)K　Cl　S　(2)HCl　(3)F2　(4)H2S

HH　(5)H2O2(或PH3)　(6)C2H6

常见等电子微粒

(1)“10电子”微粒

(2)“18电子”微粒

(3)其他等电子微粒

①“14电子”微粒：Si、N2、CO、C2H2、C；

②“16电子”微粒：S、O2、C2H4、HCHO。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)(2019·高考江苏卷)中子数为18的氯原子：Cl。(　　)

(2)(2019·高考江苏卷)Na＋的结构示意图：。(　　)

(3)(2018·高考江苏卷)中子数为8的氮原子：N。(　　)

(4)(2018·高考江苏卷)Cl－的结构示意图：。(　　)

(5)(2017·高考江苏卷)质量数为31的磷原子：P。(　　)

(6)(2017·高考江苏卷)氟原子的结构示意图：。(　　)

(7)(2016·高考江苏卷)中子数为10的氧原子：O。(　　)

(8)(2016·高考江苏卷)Mg2＋的结构示意图：。(　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√

2．(2019·高考北京卷)2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值，被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周期。下列说法不正确的是(　　)

A．In是第5周期第ⅢA族元素

B.In的中子数与电子数的差值为17

C．原子半径：In>Al

D．碱性：In(OH)3>RbOH

解析：选D。Rb为碱金属，属于第5周期元素，故In亦为第5周期元素，In与Al同主族，即为第ⅢA族元素，A项正确；In的中子数为115－49＝66，质子数为49，质子数等于核外电子数，故中子数与电子数之差为17，B项正确；同主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大，故原子半径：In>Al，C项正确；同周期主族元素从左到右，金属性逐渐减弱，故其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，即碱性In(OH)3<RbOH，D项错误。

一、单项选择题

1．(2020·唐山一模)H、H、H、H＋、H2是(　　)

A．氢的五种同位素　　 　　 B．五种氢元素

C．氢的五种核素   D．氢元素的五种不同粒子

解析：选D。 H、H、H三种微粒质子数相同，都为1，但中子数分别为0、1、2，它们是同一种元素的三种不同核素，互为同位素。H＋是质子数为1，电子数为0，带一个单位正电荷的微粒。H2是由两个H原子构成的分子。总之，它们属于氢元素的五种不同粒子。

2．(2020·南开月考)下列说法中肯定错误的是(　　)

A．某原子K层只有一个电子

B．某原子M层电子数为L层电子数的4倍

C．某离子M层和L层的电子数均为K层电子数的4倍

D．阳离子的最外层电子数可能为2，也可能为8

解析：选B。H原子K层只有一个电子，A项正确；当M层排有电子时，L层一定排满了8个电子，而M层最多只能排18个电子，B项错误；K层最多只能排2个电子，M层和L层都为8个电子的离子可能为S2－、Cl－、K＋或Ca2＋等，C项正确；Li＋的最外层电子数为2，Na＋的最外层电子数为8，D项正确。

3．据新闻网报道：科学家首次合成第117号元素，被美国《时代》周刊评选为当年十大科学发现。假如第117号元素符号暂时定为Up，下列关于 Up和 Up的说法中正确的是(　　)

A.Up和 Up是两种元素

B.Up和 Up互为同位素

C.Up和 Up质子数不同、中子数相同

D.Up和 Up质量数相同、电子数不同

解析：选B。 Up和Up是同种元素的两种核素，元素符号左上角的数字表示该核素的质量数，左下角的数字表示该核素的质子数，它们的质子数相同，中子数不同，互为同位素，A选项错误，B选项正确；Up和 Up的质子数、电子数都是117，而质量数分别为293、294，中子数分别为176、177，C、D选项均错误。

4．近20年来，同位素分析法在植物生理学、生态学和环境科学研究中获得广泛应用。例如：在陆地生态研究中，2H、13C、15N、18O、34S等被视为环境分析指示原子。下列说法正确的是(　　)

A．34S原子核内的中子数为16

B．1H2 18O的摩尔质量为20 g/mol

C．13C和15N核内的质子数相差2

D．2H＋的核外电子数为2

解析：选B。A项中S为16号元素，质量数为34，则中子数为34－16＝18，错误；B项中1HO的摩尔质量为(1×2＋18) g/mol＝20 g/mol，正确；C项中C为6号元素，N为7号元素，质子数相差1，错误；D项中2H＋的核外电子数为0，错误。

5．下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是(　　)

A．H3O＋ 和OH－   B．CO和N2

C．HNO2和NO   D．CH 和NH

解析：选D。中性微粒：核外电子数等于核内质子数；阳离子：电子数等于质子数减所带的电荷数；阴离子：电子数等于质子数加所带的电荷数。CH中的电子数为8，NH中的电子数为10，二者不相等。

6．氕化锂、氘化锂、氚化锂可作为启动火箭的优良炸药。下列说法正确的是(　　)

A．LiH、LiD、LiT的摩尔质量之比为1∶2∶3

B．它们都是强氧化剂

C．H、D、T之间互称为同素异形体

D．它们都是强还原剂

解析：选D。LiH、LiD、LiT的摩尔质量之比等于它们的相对分子质量之比，应为8∶9∶10，A错；氕化锂、氘化锂、氚化锂中氕、氘、氚均为－1价，处于最低价态，具有强还原性，是强还原剂，B错，D对；H、D、T之间互称为同位素，C错。

7．已知R元素的某种同位素能形成化合物AmRn，其中A的化合价为＋n。该化合物中一个R微粒的核外电子数为a，核内中子数为b，则该同位素的原子符号是(　　)

A.R   B.R

C.R   D.R

解析：选D。由题意可知，在化合物AmRn中，R的化合价为－m，其离子符号为Rm－，已知一个Rm－的核外电子数为a，则该同位素的核内质子数为a－m，质量数＝质子数＋中子数＝a－m＋b，D正确。

二、不定项选择题

8．(2020·镇江高三模拟)下列关于指定粒子构成的几种描述中不正确的是(　　)

A．37Cl与 39K具有相同的中子数

B．第114号元素的一种核素 X与 82Pb具有相同的最外层电子数

C．H3O＋与OH－具有相同的质子数和电子数

D．O和S2－具有相同的质子数和电子数

解析：选C。 37Cl的中子数为20，39K的中子数为20，A项正确；原子序数为114的元素位于第7周期第ⅣA族，与Pb处于同主族，最外层电子数相等，B项正确；H3O＋的质子数和电子数分别为11、10，OH－的质子数和电子数分别为9、10，C项错误；O的质子数为16、电子数为18，S2－的质子数为16、电子数为18，D项正确。

9．(2020·常州联考)下列关于元素的说法正确的是(　　)

A．随着人工合成的同位素种类不断增加，许多元素的相对原子质量会随之变化

B．核素的质量数与其相对原子质量完全相同

C．短周期主族元素的族序数一定等于原子的最外层电子数

D．周期表中非金属元素均位于过渡元素右侧

解析：选C。A.元素的相对原子质量指元素的平均相对原子质量，它是根据天然同位素原子所占的原子个数百分比和其相对原子质量计算出的平均值，与人工合成的同位素种类没有关系，故A错误；B.核素的质量数＝质子数＋中子数，该核素的近似相对原子质量以g·mol－1为单位，数值上等于质量数，并不完全相同，故B错误；C.短周期主族元素的族序数一定等于原子的最外层电子数，故C正确；D.周期表中非金属元素大多位于过渡元素右侧，而氢却位于过渡元素左侧，故D错误。

10．X是第3周期非金属元素，该原子如果要达到8电子稳定结构，需要的电子数小于其次外层和最内层的电子数之差，且等于最内层电子数的整数倍。下列说法正确的是(　　)

A．X最高价氧化物对应的水化物一定是强酸

B．X元素的气态氢化物化学式一定为H2X

C．X的单质可能是良好的半导体材料

D．X元素的氧化物一定能与烧碱反应

解析：选CD。根据已知信息推断，X为Si或S。A项，最高价氧化物对应的水化物为H2SiO3或H2SO4，前者是弱酸，后者是强酸，错误；B项，气态氢化物为SiH4或H2S，错误；C项，单质为Si或S，前者是半导体材料，后者是绝缘体材料，正确；D项，氧化物为SiO2或SO2、SO3，都是酸性氧化物，都能与烧碱反应，正确。

三、非选择题

11．6种粒子的结构示意图分别为

请回答下列问题：

(1)依次写出6种粒子的符号：_______________________________________。

(2)A、B、C、D、E、F共表示________种元素、________种原子、________种阳离子、________种阴离子。

(3)上述微粒中，阴离子与阳离子可构成两种化合物，这两种化合物的化学式为__________。

解析：A为F，B为F－，C为Ne，D为Na＋，E为Mg2＋，F为Mg。

答案：(1)F、F－、Ne、Na＋、Mg2＋、Mg

(2)4　3　2　1

(3)NaF、MgF2

12．(2020·承德高三月考)现有部分短周期主族元素的性质或原子结构如下表所示：

(1)写出X、Y、Z、N四种元素的名称：X____________，Y____________，Z____________，N____________。

(2)由X、Y、Z、M、N五种元素两两组成的分子中，许多分子含有的电子数相等，写出符合下列要求的分子式：

①含10e－且呈正四面体结构的分子：__________；

②含14e－的双原子分子：__________；

③含16e－且能使溴水褪色的分子：__________；

④含18e－且常温下呈液态的分子：__________。

解析：(1)根据周期序数＝主族序数＝原子序数，推知X为氢元素；根据电子数：Z原子L层＝a＋b，M层＝a－b，Y原子最外层为a，次外层为b，得出b＝2，a＝6，从而推得Y、Z分别为氧元素、硅元素；金刚石在自然界中的硬度最大，故M为碳元素；N位于第3周期，最外层电子数是电子层数的2倍，则推得N为硫元素。(2)①CH4为含10e－的正四面体分子，②CO为双原子14e－分子，③乙烯能和溴水发生加成反应，使溴水褪色，且为16e－分子，④H2O2在常温下为18e－的液态分子。

答案：(1)氢　氧　硅　硫　(2)①CH4　②CO

③C2H4　④H2O2

13．已知A、B、C、D均为短周期元素，它们的原子序数依次增大。A是原子最外层只有一个电子的非金属元素，C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍；C和D可形成两种固态化合物，其中一种为淡黄色固体；B和C可形成多种气态化合物。A、B、C三种元素可形成离子化合物，该化合物中各元素原子的物质的量之比为n(A)∶n(B)∶n(C)＝4∶2∶3。请回答下列问题：

(1)写出C和D形成的淡黄色固体化合物的电子式：________________________。

(2)各元素原子的物质的量之比为n(A)∶n(B)∶n(C)＝4∶2∶3的化合物的名称为________，其水溶液呈________性。

(3)请写出与A2C和BA3分子中电子数相同，且仍由A、B、C元素中任意两种元素组成的粒子的符号(举两例)：________、________。

(4)写出由B、C元素组成的原子质量比为7∶12的化合物的化学式：____________。

解析：A是原子最外层只有一个电子的非金属元素，则必为H；C原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，故为O；C和D可形成两种固态化合物，其中一种为淡黄色固体，则D是Na，淡黄色固体是Na2O2；B和C可形成多种气态化合物，则B为N。

答案：(1)Na＋[]2－Na＋　(2)硝酸铵　酸

(3)NH　OH－(其他正确答案也可)　(4)N2O3

14．元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4，M元素原子的最外层电子数与次外层电子数之比为3∶4，且M原子的质子数是Y原子的2倍；N－、Z＋、X＋的半径逐渐减小；化合物XN在常温下为气体，据此回答下列问题：

(1)写出Z与N形成的化合物的电子式：________________________________。

(2)X与Y可分别形成10电子和18电子的分子，写出18电子分子转化成10电子分子的化学方程式：__________________________________(分解反应)。

(3)如图表示由上述元素组成的两种气体分子在一定条件下的密闭容器中充分反应前后的转化关系，请写出该转化过程的化学方程式：________________________。

(4)A、B均为由上述五种元素中的三种元素组成的强电解质，且组成元素的原子个数之比为1∶1∶1。若在各自的水溶液中，A能抑制水的电离，B能促进水的电离，则A的化学式为________，B的化学式为________。

解析：由题意知Y只能为O元素，M为S元素，结合N－、Z＋、X＋的半径逐渐减小，XN常温下为气体，可判定N为Cl元素，Z为Na元素，X为H元素。

答案：(1)Na＋[]－　

(2)2H2O22H2O＋O2↑

(3)2SO2＋O22SO3

(4)NaOH　NaClO(或NaHS)

15．X、Y、Z、W是四种短周期元素，X原子M层上的电子数是原子核外电子层数的2倍；Y原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；Z元素的单质为双原子分子，Z的氢化物水溶液呈碱性；W元素最高正价是＋7价。回答下列问题：

(1)元素X的原子结构示意图为_____________________________________。

(2)元素Y的一种同位素可测定文物年代，这种同位素的符号是________。

(3)元素Z能与氢元素形成一价阴离子，该阴离子的电子总数是________，与该离子电子总数相等的Z与氢元素形成的微粒是____________。

(4)ZW3常温下呈液态，可与水反应生成一种酸和一种碱，反应的化学方程式为___________________________________________________。

(5)探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。X、Y、Z、W四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种酸的是________(用酸的分子式表示)。

解析：(1)X原子M层上的电子数是原子核外电子层数的2倍，说明X共有3个电子层，且M层上有6个电子，即，为硫元素；Y原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，说明Y只有2个电子层，且最外层有4个电子，Y为碳元素；Z的氢化物水溶液显碱性，中学阶段要求掌握的碱性气体只有NH3，因此Z为氮元素；W元素最高正价为＋7价，而氟元素无正价，因此W为氯元素。

(2)碳的放射性同位素C可用于考古。

(3)氮元素与氢元素形成－1价阴离子，由于氮元素显－3价，氢显＋1价，因此该阴离子为NH，其电子总数是10，与该离子电子总数相等的还有NH3、NH。

(4)NCl3与H2O反应生成物中有碱，只能是NH3·H2O；NCl3中N为－3价，Cl为＋1价，故生成的酸应为HClO。

(5)H2SO4、H2CO3、HNO3、HClO4中化学性质明显不同于其他三种酸的是H2CO3，H2CO3为弱酸。

答案：(1)

(2)C

(3)10　NH、NH3

(4)NCl3＋4H2O===3HClO＋NH3·H2O

(5)H2CO3