2020版高考化学（经典版）一轮复习教师用书：第五章第1节原子结构

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

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。

(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)并不是所有的原子都由质子和中子构成，如H中不含中子。

(2)质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如Ne和H2O。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

(6)核聚变、核裂变属于核反应，不是化学变化。

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。

   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；核素的种类是由质子数和中子数共同决定的，238Pu、239Pu和241Pu属于同种元素的不同核素，B正确；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；3He和4He是氦元素的两种核素，互为同位素，B正确；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

3．一定量的锎(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

解析　锎(Cf)是锎元素的一种同位素，其质量数为252，核外电子数＝核内质子数＝98，中子数＝252－98＝154。锎元素的相对原子质量等于锎元素的各种同位素的相对原子质量与它们的原子个数百分比之积的和，而不等于某一核素的质量数，故D错误。

4.Fe的现身揭秘了超新星爆炸历史真相。下列说法中正确的是(　　)

A.Fe的核内质子数比中子数多8

B.Fe―→Fe原子核发生了变化，属于化学反应

C．1 mol Fe与1 mol Fe与足量盐酸反应时均可得到1 mol H2

D．等物质的量的Fe与Fe，前者质量比后者多2 g

答案　C

解析　Fe的核内质子数比中子数少8，A错误；原子核发生了改变属于核反应，不是化学反应，B错误；Fe、Fe与盐酸反应时均被氧化成Fe2＋，C正确；“等物质的量”并不能确定物质的量是多少，D错误。

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－。

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。

(5)镁离子的结构示意图为。(×)

错因：镁离子的结构示意图为。

  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　符合题意的元素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)[H]－

(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

解析　18电子微粒来源大体分为三个部分：一是第三周期的气态氢化物及失去H＋的对应离子；二是第四周期的金属阳离子；三是由第二周期气态氢化物去掉一个氢原子后，两两结合得到的分子。阴离子有P3－、S2－、HS－、Cl－；阳离子有K＋、Ca2＋；分子有HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4等，结合题目所给条件，不难确定所需答案。

常见10电子和18电子微粒

(1)10电子微粒：以Ne为核心，推断同周期的非金属元素形成的微粒和下一周期的金属元素形成的微粒。

(2)18电子微粒：以Ar为核心，推断同周期的非金属元素形成的微粒和下一周期的金属元素形成的微粒。

高考真题实战

1.(高考集萃)判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)(2017·江苏高考)质量数为31的磷原子：P。(　　)

(2)(2017·江苏高考)氟原子的结构示意图：。(　　)

(3)(2016·江苏高考)中子数为10的氧原子：O。(　　)

(4)(2016·江苏高考)Mg2＋的结构示意图：。(　　)

(5)(2015·江苏高考)质子数为17、中子数为20的氯原子：Cl。(　　)

(6)(2014·江苏高考)质子数为35、中子数为45的溴原子可表示为Br。(　　)

(7)(2014·江苏高考)硫离子的结构示意图为 。(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×

解析　(1)磷原子质子数为15，质量数为31，可表示为P，正确。

(2)氟原子的结构示意图为，错误。

(3)中子数为10的氧原子，质量数为18，应表示为O，错误。

(5)元素的左上角表示质量数，应为17＋20＝37，错误。

(7)硫离子的结构示意图为，错误。

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HO，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：H＋[ ]－

C．NH3的结构式：

D．Cl－的结构示意图：

答案　C

解析　中子数为8的氮原子的质量数为15，表示为7N，A错误；HCl中只含共价键，HCl的电子式为H ，B错误；NH3中含3个N—H键，NH3的结构式为，C正确；Cl－最外层有8个电子，Cl－的结构示意图为，D错误。

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。非金属性强弱顺序为Cl>S>H，A正确；H2S、HCl为共价化合物，KH为离子化合物，B错误；KH、K2S、KCl均为离子化合物，C正确；最高化合价和最低化合价分别是：H为＋1和－1，代数和为0，S为＋6和－2，代数和为4，Cl为＋7和－1，代数和为6，D正确。

5．(2014·上海高考)“玉兔”号月球车用238 94Pu作为热源材料。下列关于238 94Pu的说法正确的是(　　)

A．238 94Pu与238 92U互为同位素

B．238 94Pu与239 94Pu互为同素异形体

C．238 94Pu与238 92U具有完全相同的化学性质

D．238 94Pu与239 94Pu具有相同的最外层电子数

答案　D

解析　238 94Pu与238 92U的质子数不同，不是同位素，A错误；238 94Pu与239 94Pu互称同位素，不是同素异形体，B错误，D正确；238 94Pu与238 92U中电子数不同，最外层电子数也不同，化学性质不同，C错误。