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专题5微观结构与物质的多样性第一单元原子结构专题5微观结构与物质的多样性1．了解元素、核素和同位素的含义。2.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。3.了解原子核外电子排布规律。4.掌握原子结构示意图的表示方法。原子结构同位素[知识梳理]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．原子的构成原子元素化学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．元素、核素、同位素核电荷数质子中子质子数中子数5．同分异构体、同素异形体、同位素概念辨析同分异构体同素异形体同位素概念分子式相同，结构不同的化合物之间互为同分异构体同种元素组成的结构不同的单质之间互为同素异形体质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子间互为同位素同分异构体同素异形体同位素对象一般为有机化合物之间单质之间原子之间化学性质可能相似，也可能不同相似，一定条件下可以相互转变几乎完全相同[自我检测]1．某元素形成的离子为baXn－，则：(1)baXn－含有的中子数为________。(2)baXn－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)b6.02×1023g2．(1)有5种单核粒子，它们分别是4019□、4018□、4019□＋、4020□2＋、4120□(“□”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________，因为它们是具有相同____________的同一类原子。(3)在11H、21H、31H、126C、136C、146C、147N、157N中，核素、元素的种数分别为________种、________种。(4)126C、136C、146C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)氢元素核电荷数(质子数)(3)83(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，不含有中子；1H＋只含质子，不含中子和电子，又称为质子。另外，11H还有21H、31H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。(2018·高考全国卷Ⅲ，8，6分)下列叙述正确的是()A．24g镁与27g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．1mol重水与1mol水中，中子数比为2∶1D．1mol乙烷和1mol乙烯中，化学键数相同[解析]24g镁与27g铝的物质的量均为1mol，但Mg、Al的质子数分别为12、13，A项错误；1molO2含有16mol电子，1molO3含有24mol电子，质量相同(设为mg)的O2、O3含有的电子的物质的量分别为m32×16mol＝m2mol、m48×24mol＝m2mol，B项正确；1molD2O含有10mol中子，1molH2O含有8mol中子，C项错误；1molCH3—CH3含有7mol共价键，1molCH2===CH2含有6mol共价键，D项错误。[答案]BD2O的摩尔质量为____________，2.0gD2O中，质子数为________mol，中子数为________mol。答案：20g/mol11在区别同位素、同素异形体的概念时，可从概念的字面加深理解。同位素的研究对象是原子，“同位”是指同一种元素的几种核素在元素周期表中的位置相同，即质子数相同，中子数不同；同素异形体的研究对象为单质，“同素”是指元素种类相同。题组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．18O3B．2H172O2C．14N16O2D．14C16O2解析：选D。A.1mol18O中含有中子的物质的量为(18－8)mol＝10mol，即1mol18O3中含有中子的物质的量为3×10mol＝30mol，故A错误；B.1mol2H172O2中含有中子的物质的量为(2×1＋2×9)mol＝20mol，故B错误；C.1mol14N16O2中含有中子的物质的量为(7＋2×8)mol＝23mol，故C错误；D.1mol14C16O2中含有中子物质的量为(8＋2×8)mol＝24mol，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agHmX中所含质子的物质的量是()A.aA＋m(A－N＋m)molB．aA(A－N)molC.aA＋m(A－N)molD．aA(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agHmX中所含质子的物质的量为aA＋m(A－N＋m)mol。题组二核素、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，KurtǔWthrich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．(2019·邯郸模拟)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(14060Nd)是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法中正确的是()A.14060Nd和14260Nd是同一核素B．一个14060Nd原子的质量约为140NAg(NA表示阿伏加德罗常数的值)C.14060Nd原子的中子数与质子数之差为80D．14g钕元素含有6mol电子解析：选B。14060Nd和14260Nd是不同核素，A项错误；1mol14060Nd原子的质量约为140g，一个原子的质量约为140NAg，B项正确；14060Nd原子的中子数为80、质子数为60，二者之差为20，C项错误；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14g钕元素对应的钕原子的物质的量并非0.1mol，含有的电子也不是6mol，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11H与31H；也可能具有相同的中子数，如146C与168O；也可能具有相同的质量数，如146C与147N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如11H与126C。核外电子排布[知识梳理]1．核外电子排布规律低高2n28218322．原子结构示意图电子层质子数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_________电子，形成阳离子，表现出_____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____________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。失去还原获得[自我检测]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)CO(5)H、Be、Al2．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)③⑤①④⑥⑦⑧(4)小于(5)⑤核外电子排布与元素推断规律(短周期)(2016·高考全国卷Ⅱ，9，6分)a、b、c、d为短周期元素，a的原子中只有1个电子，b2－和c＋离子的电子层结构相同，d与b同族。下列叙述错误的是()A．a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为＋1B．b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物C．c的原子半径是这些元素中最大的D．d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性[解析]根据a原子中只有1个电子可确定a为H，由b2－和c＋电子层结构相同，可知b和c分别位于第2、3周期，则b、c分别为O和Na，d与b同族，则d为S。二元化合物H2O、H2S中H均为＋1价，而NaH中H为－1价，A项错误；O与其他三种元素可分别形成H2O和H2O2、Na2O和Na2O2、SO2和SO3，B项正确；根据四种元素在周期表中的位置可确定原子半径：NaSOH，C项正确；H2S在溶液中部分电离而使溶液呈弱酸性，D项正确。[答案]A(1)试写出b2－和c＋离子的结构示意图：________、________。(2)试写出由a、b、c三种元素形成的化合物的电子式：________。答案：题组一核外电子排布规律判断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。题组二核外电子排布规律应用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；D项氯离子最外层电子数未达到2n2个。3．(2019·厦门模拟)某元素X，其原子的电子层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法中正确的是()A．X可能是金属元素B．由X形成的含氧酸均为强酸C．X不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D．元素X的气态氢化物一定极易溶于水解析：选D。由X原子的最外层电子数为(2n－1)可以推知n≤4，则X的电子层数≤3，X为短周期元素。当n＝4时，X为Cl元素；当n＝3时，X为N元素；当n＝2或n＝1时，不符合题意，A错误；HNO2和HClO均为弱酸，B错误；Cl元素能形成KClO4，C错误；NH3和HCl均极易溶于水，D正确。题组三破解“10电子”“18电子”微粒的应用