2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第5章第1节原子结构

第五章  物质结构　元素周期律

第1节　原子结构

[考试说明]　1.掌握原子结构示意图、分子式、结构式和结构简式的表示方法。2.了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。3.了解元素、核素和同位素的含义。4.了解原子的构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。5.了解原子核外电子排布规律。

[命题规律]　本部分内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题。考查原子(离子)的结构及微粒间的数量关系，也常考查对元素、核素、同位素概念的理解以及结合元素周期表的推断等。

考点1　原子结构　同位素

知识梳理

1.原子结构

(1)原子的构成

(2)原子结构中微粒之间的关系

①X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Xn＋的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数(Z－n)。

④阴离子Xm－的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数(Z＋m)。

(3)元素符号周围数字的意义

2．元素、核素、同位素

(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系

(2)同位素的性质

①当某种元素具有多种天然、稳定的核素时，无论是游离态还是化合态，其各核素的原子个数百分比一般是不变的。

②同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。

(3)几种重要的核素

(1)决定元素种类的是质子数(核电荷数)。

(2)决定元素化学性质的是最外层电子数。

(3)决定原子种类的是质子数和中子数。

(4)并不是所有的原子都由质子和中子构成，如H中不含中子。

(5)质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如Ne和H2O。

(6)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NH与OH－等。

(7)一种元素可有若干种不同的核素，也可只有一种核素，因此，核素的种类大于元素的种类。

(8)2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体，而是同种分子，同位素是原子的互称。

(9)核聚变、核裂变属于核反应，不是化学变化。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。

(1)同种元素的原子均有相同的质子数和中子数。(×)

错因：同种元素的不同原子质子数相同而中子数不同。

(2)16O和18O是氧元素的两种核素，16O2与18O2互为同分异构体。(×)

错因：16O2与18O2属同种分子。

(3)14C可用于文物的年代鉴定，14C与13C互为同素异形体。(×)

错因：14C与13C互为同位素。

(4)35Cl与37Cl的原子核外电子排布不同，得电子能力相同。(×)

错因：35Cl与37Cl的原子核外电子排布相同。

(5)最外层只有1个电子的原子一定是金属元素的原子。(×)

错因：H最外层也只有1个电子。

(6)原子中都含有质子、中子和电子。(×)

错因：H原子中不含中子。

2．下列说法正确的是(　　)

①在氮原子中，质子数为7而中子数不一定为7　

②O与O是不同的核素，因此分别由这两种原子构成的分子化学性质不同　

③O2和O3互为同素异形体　

④Ti和Ti的质量数不同，属于两种元素　

⑤实际存在的H、H、H、H＋和H2，是氢的五种核素

⑥H2、H2、H2互为同位素　

⑦稀土元素Sm与Sm是同一种核素

A．①⑥  B．②④

C．⑤⑦  D．①③

答案　D

题组训练

题组一 元素、核素、同位素的概念辨析

1．“钚­239”是氢弹的重要原料。下列有关说法正确的是(　　)

A．239Pu原子的原子核中含有239个质子

B．238Pu、239Pu和241Pu属于不同的核素

C．238Pu与238U在元素周期表中的位置相同

D．239Pu衰变成235U属于化学变化

答案　B

解析　239Pu中的239表示的是其质量数，A错误；238Pu与238U核电荷数不同，属于不同的元素，在元素周期表中的位置不同，C错误；由于化学变化不涉及原子核的变化，故元素的衰变不是化学变化，D错误。

2．月球表面土壤里有一种非常有用的资源——3He，它是可控核聚变的原料，关于3He的叙述正确的是(　　)

A．3He和4He是同种原子

B．3He和4He互为同位素

C．核聚变时，原子核发生了变化，发生的是化学变化

D．在3He中存在：质子数＝中子数＝核外电子数

答案　B

解析　3He和4He的质子数相同，质量数、中子数不同，属于同种元素的不同原子，A错误；核聚变是核反应，不属于化学变化，C错误；3He的质子数、中子数、核外电子数分别为2、1、2，D错误。

题组二 原子中各种微粒数目之间的关系与计算

3．锎(Cf)在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关锎的说法错误的是(　　)

A.Cf原子中，中子数为154

B.Cf原子中，质子数为98

C.Cf原子中，核外电子数为98

D．锎元素的相对原子质量为252

答案　D

4．某元素的一种核素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

答案　A

解析　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。

考点2　原子核外电子排布

知识梳理

1.原子核外电子排布

2．核外电子排布的表示方法：原子或离子结构示意图

(1)核外电子排布的几条规律之间既相互独立又相互统一，不能孤立地应用其中一条。如当M层不是最外层时，最多排布的电子数为2×32＝18个；而当它是最外层时，则最多只能排布8个电子。

(2)核外电子排布相同的微粒，其化学性质不一定相同，如S2－、Cl－。

(3)寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法

①“10电子”微粒

②“18电子”微粒

(4)记忆其他等电子微粒

“2电子”的粒子：He、H－、Li＋、Be2＋、H2。

“9电子”的粒子：—F、—OH、—NH2、—CH3(取代基)。

“14电子”的粒子：Si、N2、CO。

“16电子”粒子：S、O2、C2H4、HCHO。

(5)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系

①可以是两种原子，如同位素原子

②可以是两种分子，如CH4、NH3等

③可以是两种带电荷数相同的阳离子，如NH、H3O＋

④可以是两种带电荷数相同的阴离子，如OH－、F－

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。

(1)多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高。(×)

错因：多电子原子中，能量低的电子在离核较近的区域内运动。

(2)某元素原子的最外层电子数是次外层的a倍(a>1)，则该原子核外电子有三层。(×)

错因：该原子核外只有两层电子。

(3)1.00 mol NaCl中，所有Na＋的核外电子总数为8NA。(×)

错因：应为10NA。

(4)32S2－和34S2－的离子结构示意图不相同。(×)

错因：32S2－和34S2－的离子结构示意图相同，都是。

2．按要求填空(均为短周期元素)。

(1)最外层电子数为1的元素有________(填元素符号，下同)。

(2)最外层电子数为2的元素有________。

(3)最外层电子数与次外层电子数相等的元素有________。

(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是________。

(5)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是________。

(6)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素有________。

(7)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素有________。

(8)电子层数与最外层电子数相等的元素有________。

(9)最外层电子数是电子层数2倍的元素有________。

(10)最外层电子数是电子层数3倍的元素有________。

答案　(1)H、Li、Na　(2)He、Be、Mg　(3)Be、Ar

(4)C　(5)O　(6)Li、Si　(7)Li、P　(8)H、Be、Al　

(9)He、C、S　(10)O

题组训练

题组一 核外电子排布规律的应用——元素推断

1．原子的核电荷数小于18的某元素X，其原子的电子层数为n，最外层电子数为2n＋1，原子核内质子数为2n2－1。下列有关X的说法中不正确的是(　　)

A．X能形成化学式为X(OH)3的碱

B．X能与某些金属元素形成化合物

C．X原子的最外层电子数和核电荷数肯定为奇数

D．X可能形成化学式为KXO3的盐

答案　A

解析　当电子层数n＝1时，最外层电子数2n＋1＝3，不合理；当n＝2或3时符合题意，元素X可能是氮或氯，故A不正确。

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。则4种元素的元素符号依次是A________，B________，C________，D________。

答案　S　Cl　K　Ca

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S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的核电荷数是(2＋8)×2＝20，D为Ca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Cl元素，C为K元素。

题组二 等电子粒子的判断与应用

3．A＋、B＋、C－、D、E五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有10个电子，已知：

①A＋＋C－===D＋E↑；②B＋＋C－===2D。

请回答：

(1)C－的电子式是________________。

(2)分别写出A＋和D反应、B＋和E反应的离子方程式：

____________________、____________________。

(3)除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子的分子式________________。

答案　(1)

(2)NH＋H2ONH3·H2O＋H＋　H3O＋＋NH3===NH＋H2O

(3)CH4、HF

解析　因A＋、C－、D、E均为10电子粒子，且A＋＋C－===D＋E↑，则A＋为NH，C－为OH－，E为NH3，D为H2O，进而推知B＋为H3O＋。

4．用A＋、B－、C2－、D、E分别表示含有18个电子的五种微粒(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________，含有的化学键是________。

(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__________，其与水反应的化学方程式为________________________________。

答案　(1)K　Cl　S　(2)HCl　极性共价键　(3)F2　2F2＋2H2O===4HF＋O2

高考真题实战

1.(高考集萃)判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)(2019·北京高考)In的中子数与电子数的差值为17。(　　)

(2)(2019·江苏高考)中子数为18的氯原子：Cl。(　　)

(3)(2019·江苏高考)Na＋的结构示意图。(　　)

(4)(2017·江苏高考)质量数为31的磷原子：P。(　　)

(5)(2017·江苏高考)氟原子的结构示意图：。(　　)

(6)(2016·江苏高考)中子数为10的氧原子：O。(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×

2．(2018·全国卷Ⅲ)下列叙述正确的是(　　)

A．24 g 镁与27 g铝中，含有相同的质子数

B．同等质量的氧气和臭氧中，电子数相同

C．1 mol重水与1 mol水中，中子数之比为2∶1

D．1 mol乙烷和1 mol乙烯中，化学键数相同

答案　B

解析　1个Mg原子中有12个质子，1个Al原子中有13个质子。24 g镁和27 g铝物质的量都是1 mol，所以24 g 镁含有的质子数为12NA,27 g铝含有的质子数为13NA，A错误。设氧气和臭氧的质量都是x g，则氧气(O2)的物质的量为 mol，臭氧(O3)的物质的量为 mol，所以两者含有的氧原子分别为×2＝ mol和×3＝ mol，即此时氧气和臭氧中含有的氧原子是一样多的，而每个氧原子都含有8个电子，所以同等质量的氧气和臭氧中一定含有相同的电子数，B正确。重水为H 8O，其中H含有1个中子，O含有8个中子，所以1个重水分子含有10个中子，1 mol重水含有10 mol中子。水为H 8O，其中H没有中子，O含有8个中子，所以1个水分子含有8个中子，1 mol水含有8 mol 中子。两者的中子数之比为10∶8＝5∶4，C错误。乙烷(C2H6)分子中有6个C—H键和1个C—C键，所以1 mol乙烷有7 mol共价键。乙烯(C2H4)分子中有4个C—H键和1个C===C键，所以1 mol乙烯有6 mol 共价键，D错误。

3．(2018·江苏高考)用化学用语表示NH3＋HCl===NH4Cl中的相关微粒，其中正确的是(　　)

A．中子数为8的氮原子：N

B．HCl的电子式：

C．NH3的结构式：

D．Cl－的结构示意图：

答案　C

4．(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

答案　B

解析　H－与He的电子层结构相同，所以a为H；b、c的次外层电子数为8，最外层电子数分别为6、7，所以b、c分别为S和Cl；Cl－与d＋的电子层结构相同，所以d为K。