考点12原子结构

1．复习重点

1．  了解原子的组成及同位素的概念；

2．   掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数等基本量间的相互关系 ；了解原子核外电子排布规律

3．关于原子的组成及各粒子间的关系；分子、原子、离子核外电子数的比较；

4。同位素的质量数和平均相对原子质量，求同位素的原子个数比 ；粒子半径大小   

2．难点聚焦

一、原子结构

    1．几个量的关系(X)

    质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)

    质子数=核电荷数=原子序数=原子的核外电子数

    离子电荷数=质子数-核外电子数

    2．同位素

    ⑴要点：同――质子数相同，异――中子数不同，微粒――原子。

    ⑵特点：同位素的化学性质几乎完全相同；自然界中稳定同位素的原子个数百分数不变。

注意：同种元素的同位素可组成不同的单质或化合物，如H₂O和D₂O是两种不同的物质。

    3．相对原子质量

    ⑴原子的相对原子质量：以一个¹²C原子质量的1/12作为标准，其它原子的质量跟它相比较所得的数值。它是相对质量，单位为1，可忽略不写。

    ⑵元素的相对原子质量：是按该元素的各种同位素的原子百分比与其相对原子质量的乘积所得的平均值。元素周期表中的相对原子质量就是指元素的相对原子质量。

    4．核外电子排布规律

    ⑴核外电子是由里向外，分层排布的。

    ⑵各电子层最多容纳的电子数为2n²个；最外层电子数不得超过8个，次外层电子数不得超过18个，倒数第三层电子数不得超过32个。

    ⑶以上几点互相联系。

    核外电子排布规律是书写结构示意图的主要依据。

    5．原子和离子结构示意图

注意：①要熟练地书写1～20号元素的原子和离子结构示意图。

  ②要正确区分原子结构示意图和离子结构示意图(通过比较核内质子数和核外电子数)。

    6．微粒半径大小比较规律

     ⑴同周期元素(稀有气体除外)的原子半径随原子核电荷数的递增逐渐减小。

     ⑵同主族元素的原子半径和离子半径随着原子核电荷数的递增逐渐增大。

     ⑶电子层结构相同的离子，核电荷数越大，则离子半径越小。

     ⑷同种元素的微粒半径：阳离子<原子<阴离子。

     ⑸稀有气体元素的原子半径大于同周期元素原子半径。

     ⑹电子层数多的阴离子半径一定大于电子层数少的阳离子半径，但电子层数多的阳离子半径不一定大于电子层数少的阴离子半径。

7．知识网络

3． 例题精讲

   例1.(全国高考)科学家最近制造出第112号新元素，其原子的质量素为277，这是迄今已知元素中最重的原子。关于该新元素的下列叙述正确的是(   )

        A.其原子核内中子数和质子数都是112     B. 其原子核内中子数为165，核外电子数为112   C.其原子质量是¹²C原子质量的277倍     D. 其原子质量与¹²C原子质量之比为277：12

  解析：原子核内的质子数等于原子的核外电子数，等于原子序数。质量数等于原子核内的质子数与中子数之和。第112号元素有112个质子，其原子有112个电子。因它的质量数是277，所以中子数为277-112=165，故A不正确，B正确。某种原子的相对原子质量，是该原子的质量与¹²C同位素原子质量的1/12之比，而不是与¹²C原子质量之比，所以C不正确，D正确       答案：BD

  命题意图：本题意在考查组成原子的微粒间的关系。本题只涉及一种同位素原子的质量数和相对原子质量，如果涉及多种天然同位素时，其相对原子质量是各有关天然稳定同位素的原子所占的原子百分数（即丰度）与各上述同位素的相对原子质量算出来的平均值。

  例2.有A、B、C、D四种元素，A元素的原子得2个电子，B元素的原子失去2个电子后所形成的微粒均与氖原子有相同的电子层结构。C元素的原子只有1个电子，D元素原子的电子层电子数比层电子数多6个。试写出A、B、C、D的元素符号和名称，并画出A、B两元素的离子结构示意图。

解析：A原子得2e^-和B原子失去2e^-形成的阴、阳离子和氖原子具有相同的电子层结构，（即核外有10e^-），所以A的核电荷数为10-2=8；B的核电荷数为10+2=12，因此A为氧元素、B为镁元素。C的原子只有1e^-，所以C为氢元素。而D原子第M层电子数比N层电子数多6个，因此D原子的K层有2e^-，L层有8e^-，核外共有20e^-，质子数为20，应为钙元素。

答案：A：O（氧）B：Mg（镁）C：H（氢）D：Ca（钙）A^2-：        B²⁺：

命题意图：原子结构的特点和规律是研究物质结构的基础。本题的主要考查意图在于检查考生能否灵活运用有关规律进行分析和推断元素。

例3：X和Y属短周期元素，X原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，Y位于X的前一周期，且最外层只有一个电子，则X和Y形成的化合物的化学式可能表示为（    ）A.XY      B.XY₂             C.XY₃                    D.X₂Y₃              

解析：根据题意X可能为Li或Si。若X为Li，则Y是H，可组成LiH即XY；若X为Si，则Y为Li，Li和Si不能形成化合物。答案：A

命题意图：本题主要考查1∽18号元素的原子核外电子排布的特点及核外电子的排布规律

例4设某元素某原子核内的质子数为m，中子数为n，则下述论断中正确的是

     A. 不能由此确定该元素的相对原子质量

     B. 这种原子的相对原子质量为m+n

     C. 若碳原子质量为wg，此原子的质量为(m+n)wg

     D. 核内中子的总质量小于质子的质量

[解析]元素的相对原子质量和原子的相对原子质量是两个不同的概念，要求元素的相对原子质量，必须知道其各种同位素的相对原子质量和原子个数百分数，否则无法求解，故选项A正确。质子数m+中子数n应为质量数，不是相对原子质量，选项B错误。由相对原子质量的数学表达式可知，某原子的质量=×一种碳原子质量×该原子的相对原子质量，故选项C错误。1个质子的质量略小于1个中子的质量，但核内质子的总质量与中子的总质量还要取决于质子和中子数目的多少，选项D错误。

    本题正确答案为A。本题要求熟悉有关的基本概念，要注意区分一些易混淆的概念，如相对原子质量与质量数，元素的相对原子质量与原子的相对原子质量，核素与同位素等。

 例5周期表中相邻的A、B、C三元素中，A、B同周期，A、C同主族。已知三种元素的原子最外层电子数之和为19，三种元素的原子核中质子数之和为41。则这三种元素是A______、B_______、C________、D_________(填元素符号)。

[解析]本题采用平均值法解答比较简单。由A、B、C三元素为相邻元素以及它们的平均质子数41/3≈14<18，可知A、B、C三元素为短周期元素；又根据最外层电子数的平均值19/3≈6.3<7，推知其中必有最外层电子数为7的元素，所以A、B、C三种元素应分布在ⅥA、ⅦA族，经推断A为S，B为Cl、C为O符合题意。

例6已知某主族金属元素X的原子核内质子数和中子数之比为1:1，含该金属阳离子0.192g的溶液恰好能将20mL0.4mol/L的Na₂CO₃溶液中的CO₃^2-全部沉淀，推断X是什么元素及在周期表中的位置。

[解析]周期表中质子数与中子数相等的金属元素只有Mg和Ca两种，它们都是+2价金属。设金属的相对原子质量为M，由关系式 X²⁺～Na₂CO₃得：M:1=0.192:(0.4×0.02)，解得M=24。则X为镁，位于第3周期第ⅡA族。

4．实战演练

1.与OH^-  有相同质子数和电子数的微粒是(  ) A.Cl^- B.F^- C.NH₂^- D.NH₃

A

B

C

D

质子

u夸克

1

2

1

2

d夸克

2

1

2

1

中子

u夸克

1

1

2

1

d夸克

2

2

1

1

    2.(02全国理科综合测试)目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克的带电量为2e/3，d夸克的带电量为-1e/3，e为基本电荷。下表中关于质子和中子组成的两类夸克数目论断可能确的是       (   )    

3. (03.广州.五月) 中国科学院近代物理研究所合成了²³⁹₉₁Pa原子，在世界尚属首次，下列有关该原子的说法不正确的是        (       )          

   A.该原子属于一种金属原子B.该原子核内中子数                                                  为148    C .合成该原子就是创造了一种元素      D.这种原子具有放射性

4. (03.上海) 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，Kurt W üthrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关¹³C、¹⁵N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. ¹⁵N的核外电子数与中子数相同

5. (02.宣武) 下列说法是报纸和广告中的用语，其中正确的是        (      )

A.     某报纸报道“从尿液中分离出的‘青春素’是一种对人体有益的元素”

B.      长期饮用纯净的蒸馏水比饮用矿泉水对人体有益

C.      某广告称：负氧离子发生器由于产生O₃，对人体有益无害

D.     与夏季比较，冬季大气中的SO₂含量偏高，这主要是燃烧含硫煤造成的

6. (02全国高考) 周期表中16号元素和4号元素的原子相比较，前者的下列数据是后者的4倍的是  (  )         A.电子数   B.最外层电子数 C.电子层数  D.次外层电子数  

7. (02广州模拟) 与羟基具有相同的质子数和电子数的微粒是  (      ) 

A.  OH^-          B. N      C. -NH₂          D.   CH₄

8 . (02上海高考) 已知自然界氧元素的同位素有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，氢的同位素有H、D，从水分子中原子的组成来看，自然界中的水分子一共有(    )A.3种  B.6种 C.9种 D .12种

9. (02高考试测) 已知硼化物BxHy^z-，与B₁₀C₂H₁₂的电子数相同，则BxHy^z-的正确表达式为  (     )  A. B₉H₁₅^2-        B. B₁₀H₁₄^2-       C. B₁₁H₁₃^2-      D. B₁₂H₁₂^2-

10.  (03高考试测) 具有相同质子数的两种粒子(  )

  A.一定是同种元素 B.一定是一种分子和一种离子 C.一定是不同的离子   D.无法判断

11. (03扬州模拟) ( ) 1999年度诺贝尔化学奖获得者哈迈得.泽维尔开创了“飞秒(10^-15s)化学”的新领域,使运用激光光谱观测化学反应中原子的运动成为可能.你认为运用该技术能观测到的是  A. 化学反应中化学键的断裂     B. Na⁺与 Na中电子层的差别 

C. 化学反应中新分子的形成     D. 同位素原子中中子数的差别

12.(01.石家庄) 近期，科学家用NaNO₃和Na₂O在573K反应制得了离子化合物Na₃NO₄.

(1)  经测定Na₃NO₄中的各原子的最外层电子都达到了8电子稳定结构，则NO₄^3-的电子式为              

(2)  Na₃NO₄与二氧化碳或水都能剧烈反应而转化为常见物质，写出这两个反应的化学方程式                                                                                         

13. (02上海高考) ^12₆C与¹⁴₆C结构上的差别在于其                的不同，如¹⁴CO₂与碳在高温条件下反应：¹⁴CO₂ + C↔2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含¹⁴C的微粒有                 A. ¹⁴CO₂  B. ¹⁴CO₂ 、¹⁴CO  C. ¹⁴CO₂、 ¹⁴CO、 ^{14C  D. 14}CO

14. 有若干克某金属,其各原子核内共有3.5x6.02x10²³个中子,同质量的该金属和足量稀硫酸反应共有0.2mol e^-发生转移,生成6.02x10²²个阳离子,这些阳离子共有3.0x6.02x10²³个质子,则该金属在反应中表现的化合价为              ,它的摩尔质量为           (不考虑它的同位素),其核组成符号为(元素符号用X表示)       

15. 有A、B、C、D四种单质，在一定条件下，A、B、C与D分别发生化合反应，相应的生成X、Y、Z （X、Y、Z 每个分子中都含有10个电子），而B和C 发生化合反应生成W，另外又知这些单质化合物之间发生如下反应：①A+Y?―→B+X, ② B+Z―――→Y+W ③ Z+W――――――→C+Y ,  试回答下列问题：

（1）       单质D和化合物X、Y、Z、W的化学式是                                                 

（2）       反应①②③的化学方程式是①                                        

②                              ③                                 

16. (03.崇文) (1)A⁺、B⁺、C^-、D、E五种微粒(分子或离子),它们都分别含有10个电子,已知它们有如下转化关系; ①A⁺+ C^-→D+E, ②B⁺+ C^-→2D Ⅰ.写出①的离子方程式                  ，写出②的离子方程式             ，Ⅱ.除外，请再写出二种含10个电子的分子                      ，Ⅲ.除A⁺ 、B⁺外，请再写出二种含10个电子的阳离子                .(2) 在相同条件下进行与反应的对照实验，相关数据如下：

Mg的质量

酸量

开始时反应速率

产生H₂总量

Ⅰ

0.24g

HClmolL^-1100ml

V₁

n₁

Ⅱ

0.24g

HAcmolL^-1100ml

V₂

n₂

① 试比较有关量的大小：V₁        V₂，n₁     n₂ （填“?”“?”“?”），②现欲改变有关条件，使实验Ⅰ中V₁降低，但不改变n₁的值，试写出两种可行的方法。方法Ⅰ.                       

                               方法Ⅱ.                     

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

BC

B

C

C

D

D

C

C

D

D

AC

  12. (1).           (2). Na₃NO₄+CO₂=NaNO₃+Na₂CO₃, Na₃NO₄+H₂O=NaNO₃+2NaOH

  13.原子核内中子数的不同,C.  14. +2, 65g/mol,  ⁶⁵₃₀X.   15. (1). H₂.HF,H₂O,NH₃,NO

(3)    ①2F₂+2H₂O=4HF+O₂ .②4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O ③4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O

16. (1).Ⅰ.①NH₄⁺+OH^-=NH₃↑②H₃O⁺+OH^-=2H₂O.  Ⅱ.Ne,CH₄,HF  Ⅲ.Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺  .(2). ①> ,= ②.加少量水;降温;加少量NaAc