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第四章物质结构元素周期律第一节原子结构与元素周期表第1课时原子结构一、原子的构成1.构成(2)关系:原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数(原子电中性)【微思考】什么是质子或中子的相对质量?提示:一个质子或中子的质量与12C原子质量的(1.66×10-27kg)相比较所得的数值。1122.质量数(1)概念:质子和中子的相对质量都近似为1,忽略电子的质量,将原子核内所有_____和_____的相对质量取近似整数值相加,所得的数值叫做质量数。(2)关系:质量数(A)=____________________质子中子质子数(Z)+中子数(N)【巧判断】(1)某种硫原子的中子数是18,则其质量数是34。()提示:√。硫的质子数为16,根据质量数=质子数+中子数可知,硫的质量数为34。(2)质量数就是相对原子质量。()提示:×。质量数是将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加所得,与相对原子质量不是同一概念。二、核外电子排布1.电子层(1)概念:在多电子原子里,把电子运动的_________的区域简化为_____________,称作电子层。能量不同不连续的壳层(2)不同电子层的表示及能量关系各电子层由内到外电子层数1234567字母代号KLMNOPQ离核远近由___到___能量高低由___到___近远低高【情境·思考】洋葱是我们非常熟悉的一种蔬菜,洋葱切开后,我们会看到里面一层一层地呈现,电子层模型就类似于切开的洋葱。请思考:(1)原子核周围是否真实存在这样的壳层?提示:电子层不是真实存在的,是科学家为了表达形象,根据电子经常出现的区域而设想的结构模型。(2)电子在原子核外是否沿固定轨迹做高速旋转?提示:电子在某一区域内做无规则运动。2.电子分层排布(1)能量最低原理:核外电子总是优先排布在_________的电子层里,然后再由里往外排布在_____________的电子层里,即按K→L→M→N……顺序排列。能量最低能量逐步升高(2)电子层最多容纳的电子数①各电子层最多容纳___个电子。如K、L、M、N层最多容纳的电子数分别为_____________。2n22、8、18、32②最外层电子数目最多不能超过__个(K层为最外层时不能超过__个)。③次外层最多能容纳的电子数不超过___个。8218【做一做】根据电子分层排布的原理,写出3号、9号、11号、17号、19号元素的原子结构示意图。提示:3.原子结构模型的演变年代模型观点或理论1803年道尔顿模型原子是构成物质的基本粒子,是坚实的、不可再分的实心球。年代模型观点或理论1904年汤姆孙模型原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。年代模型观点或理论1911年卢瑟福原子模型在原子的中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就像行星环绕太阳运转一样。年代模型观点或理论1913年玻尔原子模型电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。1926～1935年电子云模型电子在原子核外很小的空间内做高速运动,其运动规律与一般物体不同,没有确定的轨道。【巧判断】(1)汤姆孙原子模型理论认为原子是个实心球,不可再分。()提示:×。道尔顿模型理论认为原子是个实心球,不可再分。(2)电子云模型理论认为电子在原子核外运动没有固定轨道。()提示:√。电子云模型理论认为电子的运动不同于一般物体的运动,没有固定轨道。知识点核外电子的分层排布【重点释疑】1.原子核外电子排布规律及其之间的关系2.原子核外电子排布的表示方法(1)原子结构示意图。①小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数。②弧线表示电子层。③弧线内数字表示该层中的电子数。(2)离子结构示意图。①当主族中的金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时,电子层数减少一层,形成与上一周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。如②非金属元素的原子得电子形成简单离子时,形成和同周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。如【思考·讨论】(1)当M层有电子时,K、L层是否一定充满电子?当N层有电子时,M层是否充满电子?提示:当M层有电子时,K、L层一定充满电子,当N层有电子时,M层不一定充满。(2)M电子层最多容纳18个电子,钙原子的核外电子排布不是而是,请说明理由。提示:若钙原子的M层排10个电子,此时M层就成为最外层,这和电子排布规律中的“最外层上排布的电子数不能超过8个”相矛盾,不符合电子排布的规律,即M层不是最外层时最多排18个电子,而它作为最外层时最多只能排8个电子。【案例示范】【典例1】(2019·济南高一检测)A元素的原子最外层电子数是a,次外层电子数是b;B元素的原子M层电子数是(a-b),L层电子数是(a+b),则A、B两元素形成化合物的化学式最可能表示为()A.B3A2B.BA2C.A3B2D.AB2【思维建模】解答有关电子排布题的思维流程如下:【解析】选B。因为B的L层电子数为(a+b)且有M层,所以a+b=8,又因A原子最外层电子数为a,次外层电子数为b,且满足a+b=8,所以A原子有两个电子层,且K层为2个电子,L层为6个电子,所以a=6,b=2。进而推知B的各电子层上的电子数分别为2、8、4。即A为O,B为Si。A、B两元素形成化合物的化学式最可能为SiO2。【典例2】A、B两种原子,A的M电子层比B的M电子层少3个电子,B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。A和B分别是()A.硅原子和钠原子B.硼原子和氦原子C.氯原子和碳原子D.碳原子和铝原子【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)提取有用信息,“A的M电子层比B的M电子层少3个电子”,说明B元素的M电子层一定存在电子。(2)当原子的M电子层存在电子时,则L层一定为8个电子。【解析】选D。A原子的M层比B原子的M层少3个电子,B原子的L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍,说明A、B为第二、第三周期元素;L层最多排8个电子,B原子的L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍,说明B原子的L层有8个电子,A原子的L层有4个电子,故A是碳原子;A原子的M层比B原子的M层少3个电子,故B为铝原子。【规律方法】1～18号元素中12类原子结构的特点(1)最外层电子数为1的原子有H、Li、Na。(2)最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg。(3)最外层电子数与次外层电子数相等的原子有Be、Ar。(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C。(5)最外层电子数是次外层电子数3倍的原子是O。(6)最外层电子数是次外层电子数4倍的原子是Ne。(7)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有Li、Si。(8)内层电子总数是最外层电子数2倍的原子有Li、P。(9)电子层数与最外层电子数相等的原子有H、Be、Al。(10)电子层数是最外层电子数2倍的原子是Li。(11)最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S。(12)最外层电子数是电子层数3倍的原子是O。【迁移·应用】1.(2019·南京师大附中高一检测)下列各原子结构示意图中所表示的核外电子排布正确的是()【解析】选C。A项,应先排满K层再排L层;B项与各层最多排2n2个电子不符,K层最多排2个电子;D项不符合最外层最多排8个电子的规律。2.(2019·长春高一检测)根据下列叙述,写出元素名称并画出原子结构示意图。信息元素名称原子结构示意图A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半信息元素名称原子结构示意图B元素原子最外层电子数是次外层电子数的1.5倍C元素+1价离子C+的电子层排布与Ne相同信息元素名称原子结构示意图D元素原子次外层电子数是最外层电子数的13【解析】L层有8个电子,则M层有4个电子,故A为硅。当次外层为K层时,B元素原子最外层电子数则为3,是硼;当次外层为L层时,B元素原子最外层电子数为1.5×8=12,违背了排布规律,故不可能。C元素原子的质子数为10+1=11,故为钠。当次外层为K层时,D为氧;当次外层为L层时,最外层则有24个电子,故不可能。答案:(从左到右,从上到下)硅硼钠氧【补偿训练】1.(2019·长沙高一检测)原子核外电子分层排布遵循一定数量规律并相互制约。下列说法中肯定错误的是()A.某原子K层上只有一个电子B.某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍C.某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍D.某原子的核电荷数与最外层电子数相等【解析】选B。K、L、M电子层上最多容纳的电子数分别为2、8、18;K层上可排1个电子,也可排2个电子,所以A项有可能;当M层上排有电子时,L层上一定排满了8个电子,而M层上最多只能排18个电子,又188×4,所以B项一定是错误的;K层上最多只能排2个电子,2×4=8,即存在M层和L层都为8,所以C项正确;当K层作为最外电子层时,原子的核电荷数与最外层电子数相等,如H、He,所以D项正确。2.(2019·郑州高一检测)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形成的单质既能作氧化剂又能作还原剂C.元素X形成的简单离子,各电子层的电子数均达到2n2(n表示电子层数)D.由元素X形成的某些化合物,可能具有杀菌、消毒的作用【解析】选C。因电子层数不可能为小数,只能为整数,根据题意,1≤a≤3,又因最外层电子数小于或等于8,即2a+1≤8,得1≤a≤3。当a=1时,不成立;当a=2时,最外层电子数为5,元素X为N;当a=3时,最外层电子数为7,元素X为Cl。当X为氮元素时,质子数=2a2-1=2×22-1=7,当X为氯元素时,质子数=2a2-1=2×32-1=17,A正确;由X的单质为Cl2或N2,根据氧化还原规律可知,中间价态的物质既具有氧化性又具有还原性,B正确;Cl-的核外电子排布为,最外层电子数达不到2n2,C错误;如果X为Cl,则可形成HClO,具有杀菌、消毒的作用,D正确。3.X、Y、Z为1～18号元素的三种元素,X原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍,Y原子的次外层电子数是最外层电子数的2倍,Z原子的次外层电子数是最外层电子数的4倍。则X、Y、Z三种元素可能的组合是()A.C、Si、MgB.Li、C、MgC.C、Mg、LiD.C、O、Mg【解析】选A。短周期元素中,最外层电子数是次外层电子数的2倍的元素是C,次外层电子数是最外层电子数2倍的有Li和Si,次外层电子数是最外层电子数4倍的是Mg,故答案为A项。【素养提升】如图所示为原子核外电子运动的三维立体图:图中所有电子均已画出。(1)该图所描述的是哪种元素的原子?提示:该原子共8个电子,故属于氧元素。(2)请用另一种形式表示该元素原子的电子排布。提示:【备选要点】等电子粒子(1)利用元素排布寻找“10电子”微粒的方法(2)利用元素排布寻找“18电子”微粒的方法【针对训练】1.(2019·太原高一检测)与OH-具有相同质子数和电子数的粒子是()A.H2OB.F-C.Na+D.NH3【解析】选B。OH-具有9个质子,10个电子;H2O具有10个质子,10个电子;F-具有9个质子,10个电子;Na+具有11个质子,10个电子;NH3具有10个质子,10个电子。2.用A+、B-、C2-、D、E、F和G分别表示含有18个电子的七种微粒(离子或分子),请回答:(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________。【解析】常见的18e-微粒有:阳离子:K+、Ca2+;阴离子:P3-、S2-、HS-、Cl-;分子有Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2等。结合题目所给条件可确定答案。答案:(1)KClS(2)HCl【课堂回眸】