【暑假初升高】人教版化学初三（升高一）暑假预习-第16讲 原子结构与核素 讲学案

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第16讲 原子结构与核素
【学习目标】
1．知道核外电子能量高低与分层排布的关系。
2．能够根据核外电子排布规律写出常见简单原子及离子的结构示意图。
3．知道元素、质量数、核素及同位素的含义。
4．了解常见的等电子粒子。

【基础知识】

对于原子结构的探究，在历史发展的不同阶段，科学家根据猜想、实验事实，提出了许多模型。
一、原子结构模型的演变


（2022年江苏省徐州市第七中学期中）在原子结构研究的历史中，提出“葡萄干面包式”原子结构模型的是
A．卢瑟福 B．道尔顿 C．玻尔 D．汤姆生
【答案】D
【解析】A项，1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出带核的原子结构模型；B项，英国科学家道尔顿十九世纪初提出近代原子学说，为科学的发展做出了突出的贡献；C项，1913年玻尔研究氢原子光谱，引入了量子理论观点，提出电子分层排布模型；D项，1904年汤姆生提出的葡萄干面包原子模型；答案选D项。
二、原子的构成 质量数
1．构成原子的微粒
原子是由原子核和核外电子构成的，而原子核是由质子和中子构成的。

2．质量数

3．有关粒子间的关系
质量关系
质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)
原子的相对原子质量近似等于质量数
电性关系
电中性微粒(原子或分子)
核内质子数＝核外电子数
带电离子
质子数≠电子数，具体如下表
阳离子(Rm＋)
质子数＞电子数
质子数＝电子数＋m
阴离子(Rm－)
质子数＜电子数
质子数＝电子数－m

数量关系
核电荷数＝质子数＝核外电子数(原子)

符号中各个字母的含义


下列说法正确的是
A．（2022年江苏省常熟市期中）18O和19F具有相同的中子数
B．（2022年江苏省徐州市第七中学期中）质子数为6，中子数为8的微粒C
C．（2022年江苏省淮安市期中）中子数为10的氧原子：O
D．（2022年江苏省江阴市期末）中子数为20的氯原子可以表示为Cl
【答案】A
【解析】A项，18O中子数为18－8＝10，19F的中子数19－9＝10，正确；B项，原子符号左下角为质子数，左上角为质量数，质量数等于质子数与中子数的和，则质子数为6，中子数为8的微粒可表示为：C，错误；C项，氧原子的质子数为8，中子数为10的氧原子其质量数为18，符号为O，错误；D项，中子数为20的氯原子的质量数为17＋20＝37，符号为Cl，错误。


重水(2H2O)与普通水(1H2O)中，氧原子相同而氢原子种类不同，2H与1H是什么关系？
三、元素、核素、同位素

①
②同位素的应用
H、H用于制造氢弹；U用于制造原子弹、核发电；考古时利用C测定一些文物的年代；利用放射性同位素释放的射线育种、治疗恶性肿瘤。

元素、核素、同位素的辨析
①元素是宏观概念，原子是微观概念，所以质量数是指某一原子的质量数，而不能说是某一元素的质量数，元素没有质量数。元素只讲种类不讲个数，而原子既可说种类也可说个数。例如：三种元素的说法是正确的而三个元素的说法就是错误的，三种原子或三个原子均正确。
②一种元素可能有多种核素，也可能只有一种核素。
③有多少种核素就有多少种原子。
④同位素中的“位”即核素的位置相同，在元素周期表中占同一个位置。

（1）核外电子的分层排布

（2）各电子层中最多容纳电子数

（3）最外电子层中最多可容纳电子数

四、原子的核外电子排布
1．排布规律
一低
电子总是尽量先排在能量最低的电子层里，再排能量较高的电子层里
四不超
各电子层最多容纳的电子数为2n2
最外层电子数最多为8个(n＝1时，最多容纳2个电子)
次外层电子数最多为18个
倒数第三层电子数最多为32个
2．核外电子排布的表示方法——结构示意图
（1）原子结构示意图
①用小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核和核电荷数。
如钠的原子结构示意图：

②用弧线表示电子层。
③弧线上的数字表示该电子层上的电子数。
④原子结构示意图中，核内质子数＝核外电子数。
（2）离子结构示意图
①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。
如MgMg2＋
②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，电子层数不变。
如FF－

①核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，如当M层不是最外层时，最多可排18个电子，而当它是最外层时，最多排8个电子。
②电子不一定排满M层才排N层，如K和Ca的电子排布为：、

①原子最外层电子数与次外层电子数的关系
特殊关系
元素
最外层电子数等于次外层电子数的一半

最外层电子数等于次外层电子数

最外层电子数等于次外层电子数的2倍

最外层电子数等于次外层电子数的3倍

最外层电子数等于次外层电子数的4倍

最外层电子数等于电子层数

②原子最外层电子数与其他的关系
特殊关系
元素
最最外层电子数＝电子层数

最外层电子数＝电子总数/2

最外层电子数＝内层上电子总数/2

【答案】①Li、Si；Be、Ar；C；O；Ne；H、Be、Al ②H、Be、Al；Be；Li、P
五、常见的等电子微粒
1．常见的“10电子”粒子

分子
离子
一核10电子
Ne
N3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋
二核10电子
HF
OH－
三核10电子
H2O
NH
四核10电子
NH3
H3O＋
五核10电子
CH4
NH
2．常见的“18电子”粒子
分子
阳离子
阴离子
Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4
K＋、Ca2＋
P3－、S2－、HS－、Cl－

【考点剖析】
考点一：原子模型发展史
例1．（2022年江苏省扬州市扬州中学期中）下图为原子结构模型的演变图，

(1)为道尔顿实心球式原子模型 (2)为卢瑟福带核原子模型 (3)为汤姆生葡萄干面包式模型 (4)为近代量子力学原子模型 (5)为玻尔轨道式原子模型。
其中符合历史演变顺序的一组排列是
A．(1)(3)(2)(5)(4) B．(1)(5)(3)(4)(2)
C．(4)(5)(3)(2)(1) D．(1)(3)(5)(4)(2)
【答案】A
【解析】根据化学史分析：19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型，1911年英国物理学家卢瑟福（汤姆生的学生）提出了带核的原子结构模型，1913年丹麦物理学家波尔（卢瑟福的学生）引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，奥地利物理学家薛定谔提出电子云模型（几率说），为近代量子力学原子模型。根据化学史时间顺序分析，顺序为：(1)(3)(2)(5)(4)，故答案为A项。
考点二：核外电子的排布规律
例2．（2022年河北省唐山市遵化市期中）下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是
A．Mg2＋ B．Na＋ C．AI3＋ D．K＋
【答案】A
【解析】A项，Mg2＋带2个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数相等，正确；B项，Na＋带1个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误；C项，AI3＋带3个单位的正电荷，核外电子数为10，有2个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误；D项，K＋带1个单位的正电荷，核外电子数18，有3个电子层数，所以带电荷数与该离子的核外电子层数不相等，错误。
考点三：微粒结构示意图的表示
例3．下列微粒结构示意图错误的是
A．（2022年江苏省宿迁市沭阳县期中）Cl－的结构示意图：
B．（2022年江苏省扬州市邗江区期中）钠离子的结构示意图：
C．（2022年河北省廊坊市期末）S2－的结构示意图：
D．（2022年贵州省贵阳市期末）镁离子的结构示意图：
【答案】D
【解析】A项，Cl－核外有18个电子，结构示意图为，正确；B项，钠离子失去了一个电子，核外有10个电子，结构示意图为，正确；C项，S2－的核内有16个质子，核外有18个电子，核外电子分层排布，其结构示意图为 ，正确；镁离子的结构示意图：，错误。
考点四：原子符号中各数字的含义及数量关系
例4．（2022年甘肃省张掖市期末）核内中子数为N的R2＋，质量数为A，则a g R2＋中含有的电子数物质的量为
A．(A－N)mol mol B．(A－N＋2)mol
C．(A－N－2) D．(A－N－2)mol
【答案】D
【解析】1个R2＋中含有的电子数为A－N－2，a g R2＋的物质的量为＝ mol，故a g R2＋中含有的电子数物质的量为(A－N－2)mol，故选D项。
考点五：核素、同位素
例5．（2022年广西省北海市期末）下列关于Hg的说法中正确的是
A．质子数为198 B．电子数80
C．质量数为278 D．中子数与核外电子数之差为80
【答案】B
【解析】Hg的质子数为80，质量数为198，则中子数为198－80＝118。
A项，质子数为80，错误；B项，电子数为80，正确；C项，质量数为198，错误；D项，中子数与核外电子数之差为118－80＝38，错误。

组成原子、离子的各种微粒及相互关系

考点四：等电子微粒
例4．（2022年山西省太原市期末）在以下分子中，含10个电子的分子是
A．H2O B．HCl
C．C2H2 D．CO
【答案】A
【解析】A项，H2O为含10个电子的分子，符合题意；B项，HCl为含18个电子的分子，不符合题意；C项，C2H2为含14个电子的分子，不符合题意；D项，CO为含14个电子的分子，不符合题意。

【真题演练】
1．（2022年黑龙江省大庆铁人中学期末）我国成功研制的铯（Cs）原子钟，使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒。已知该铯原子的核外电子数为55，则该原子的中子数和质子数之差为
A．133 B．78 C．55 D．23
【答案】D
【解析】原子的核外电子数等于质子数，中子数＝质量数－质子数＝133－55＝78，则该原子的中子数和质子数之差为78－55＝23，答案选D项。
2．（2022年福建省福州市福清高中联合体期中）下列表示金属元素原子结构示意图的是
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】A项，是氧离子，不符合题意；B项，是镁原子，符合题意；C项，是氦元素，不符合题意；D项，是钙离子，不符合题意。
3．（2022年北京市房山区期中）高铁动车车厢禁止吸烟。高铁装有的离子式烟雾传感器具有稳定性好、灵敏度高的特点，其主体是一个放有镅(Am)放射源的电离室。下列关于Am的说法中不正确的是

A．质子数为95 B．中子数为146
C．质量数为241 D．核外电子数为146
【答案】D
【解析】A项，Am的质子数为95，正确；B项，Am中子数为241－95＝146，正确；C项，Am质量数为241，正确；D项，原子中核外电子数＝质子数，Am核外电子数为95，错误。
4．（2022年广西省钦州市期末）某元素原子的核外电子中，L层电子一定比K层电子
A．数目少 B．数目多 C．能量低 D．能量高
【答案】D
【解析】A项，L层电子数目可以是8，K层电子数目为2，错误；B项，L层电子数目可以是1，K层电子数目为2，错误；C项，离核越近能量越低，离核越远能量越高，错误；D项，离核越近能量越低，离核越远能量越高，正确。
5．（2022年江苏省宿迁市沭阳县期中）C呼吸法在医学上常用于幽门螺旋杆菌的诊新，C可用来测定文物年代，下列有关C和C的说法不正确的是
A．C和C原子中均含有6个质子 B．C的原子核内中子数比质子数少
C．C和C互为同位素 D．C和C原子的核外电子排布相同
【答案】B
【解析】A项，C和C原子中均含有6个质子，正确；B项，C的原子核内中子数是13－6＝7，质子数是6，中子数比质子数多1，错误；C项，C和C质子数相同、中子数不同，互为同位素，正确；D项，C和C原子的核外电子都是6，电子排布相同，正确。
6．（2022年江苏省天一中学期末）下列说法正确的是
A．H2、D2、T2是氢元素的同素异形体
B．H2、D2、T2摩尔质量之比为1∶2∶3
C．由H、D、T与16O、17O、18O能形成9种水分子
D．D、T发生核聚变成为其他元素，属于化学变化
【答案】B
【解析】A项，H2、D2、T2均为氢气，为同种物质，错误；B项，H2、D2、T2摩尔质量分别为2 g·mol－1、4 g·mol－1、6 g·mol－1，摩尔质量之比为1∶2∶3，正确；C项，一个水分子中含有两个氢原子和一个氧原子，水分子所含有的氢原子可以是同一种氢原子，也可以是不同种氢原子。当氧原子是16O时，若是同一种氢原子，则能组成的水分子种类有3种；若是不同种氢原子，则由H、D、16O组成的水分子有1种，由D、T、16O组成的水分子有1种，由H、T、16O组成的水分子有1种，共有3种水分子，共有6种水分子。同理，当氧原子是17O、18O时，又分别有6种水分子，共6×3＝18种，错误；D项，氘(D)、氚(T)聚变反应属于物理变化，不属于化学变化，错误。
7．（2022年广西省河池市期末）下列有关C、C、C的说法正确的是
A．三者与C60互为同位素
B．三者是碳元素三种不同的核素
C．三者中子数相等
D．C和14N所含的质量数相等，所以是同一种元素
【答案】B
【解析】A项，同位素是指具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素，C60是单质，错误；B项，一种原子就是一种核素，故三种碳原子就是碳元素的三种不同核素，正确；C项，中子数不相同，分别为6、7、8，错误；D项，元素是具有相同的核电荷数(核内质子数)的一类原子的总称，选项所给二者质子数不相同，不是同一种元素，错误。
8．（2022年河北省唐山市遵化市期中）下列叙述中正确的是
A．U和U是中子数不同质子数相同的同种核素
B．中子数为20的氯原子可以表示为
C．同种元素的原子均有相同的质子数和中子数
D．F－的结构示意图可以表示为
【答案】D
【解析】A项，U和U是同种元素的两种不同核素，错误；B项，中子数为20的氯原子，其质量数为20＋17＝37，其符号为Cl，错误；C项，互为同位素元素的原子的质子数相同，但中子数不同，错误；D项，F－的核电荷为9，核外有10个电子，其结构示意图为，正确。

【过关检测】
1．（2022年河北省廊坊市期末）原子结构模型是科学家根据科学猜想和分析，通过对原子结构的形象描摹而建构的揭示原子本质的认知模型。下列原子结构模型的演变顺序正确的是
①道尔顿模型 ②汤姆孙原子模型 ③卢瑟福原子模型 ④玻尔原子模型 ⑤电子云模型
A．①②③④⑤ B．②①③④⑤ C．③①②④⑤ D．⑤①②③④
【答案】A
【解析】19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型。1911年英国物理学家卢瑟福提出了带核的原子结构模型。1913年丹麦物理学家波尔引入量子论观点，提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型。奥地利物理学家薛定谔提出电子云模型，为近代量子力学原子模型。故原子结构模型的演变的过程为：道尔顿模型→汤姆孙原子模型→卢瑟福原子模型→玻尔原子模型→电子云模型，故选A项。
2．（2022年江苏省盐城市响水中学期中）近日，日本政府决定将核废水排放入海，多个国家一致提出反对意见。因核废水中含有氚、锶、铯、碘等放射性核素，对海洋生物、环境以及人们自身造成威胁。Sr原子核内中子数与核外电子数之差为
A．14 B．38 C．52 D．90
【答案】A
【解析】核素Sr中质子数为38，质量数为90，质量数＝质子数＋中子数，即中子数为：90－38＝52，质子数＝原子核外电子数，即核外电子数为38，中子数与核外电子数之差为52－38＝14，故答案为A项。
3．（2022年上海市静安区期末）下列各组物质中，互为同位素的一组是
A．CO与CO2 B．12C与14C C．O2和O3 D．H2O与D2O
【答案】B
【解析】A项，CO和CO2是组成元素相同，但分子式不同的两种物质，错误；B项， 12C与14C，是质子数相同，但中子数不同的原子，则互为同位素，正确；C项，O2和O3是同种元素组成的不同单质，属于同素异形体，错误；D项，H2O和H2O2是组成元素相同，但分子式不同的两种物质，错误。
4．（2022年广西省桂林市期末）核素15N常用作生物医药示踪剂。下列关于15N的说法不正确的是
A．质子数是7 B．电子数是8 C．中子数是8 D．质量数是15
【答案】B
【解析】A项，氮的原子序数为7，对于原子：原子序数＝质子数＝核外电子数，因此质子数为7，正确；B项，氮的原子序数为7，对于原子：原子序数＝质子数＝核外电子数，因此氮的电子数为7，错误；C项，中子数＝质量数－质子数，因此氮的中子数＝15－7＝8，正确；D项，15N的质量数为15，正确。
5．（2022年安徽省宣城市期末改编）科学家以钙离子撞击锎(Cf)靶，产生了一种超重元素—据(Og)，其反应可表示为：Cf＋Ca―→Og＋3n。下列说法正确的是
A．Ca与Ca互为同素异形体 B．n与H互为同位素
C．Ca的结构示意图为 D．Cf原子核内有249个中子
【答案】C
【解析】A项，Ca与Ca是质子数相同，中子数不同，两者互为同位素，错误；B项，n与H，两者质子数不相同，因此两者不互为同位素，错误；C项，Ca的结构示意图为，正确；D项，Cf原子核内有249−98＝151个中子，错误。
6．（2022年北京市顺义区期末）某粒子的结构示意图为，关于该粒子的说法不正确的是
A．核外电子数为18 B．核外有3个电子层
C．属于带负电荷的粒子 D．在化学反应中易得电子
【答案】D
【解析】中核电荷数为16，核外电子层数为3，核外电子总数为18，说明该粒子为硫离子，然后根据硫的结构与性质进行判断。
A项，核外电子数为18，正确；B项，核外有3个电子层，正确；C项，属于带2个单位负电荷的粒子，正确；D项，S2－在化学反应中易失电子，错误。
7．（2022年广东省汕头市潮南区期末）重水（2H2O）是重要的核工业原料，下列说法不正确的是
A．氘（2H）原子核内有1个质子 B．1H2O与2H2O互为同位素
C．1H218O与2H216O的相对分子质量相同 D．1H与2H是不同的核素
【答案】B
【解析】元素符号的左上角是质量数，左下角是质子数，核素是具有一定数目质子和中子的原子，核素之间称为同位素。
A项，氢是1号元素，含有1个质子，正确；B项，同位素是核素之间的互称，如氕、氘、氚原子互为同位素，错误；C项，1H218O的相对分子质量为：1×2＋18＝20，2H216O的相对分子质量为：2×2＋16＝20，正确；D项，1H与2H是不同的核素，正确。
8．（2022年黑龙江省大庆铁人中学期末）“神舟七号”所用动力燃料之一为氢化锂“三兄弟”——7LiH、7LiD、7LiT。有关LiH、LiD、LiT叙述正确的是
A．质子数之比为1∶2∶3
B．中子数之比为1∶1∶1
C．摩尔质量之比为8∶9∶10
D．化学性质不相同
【答案】C
【解析】A项，质子数相同，均为4，错误；B项，中子数分别为[(7－3)＋0]＝4、[(7－3)＋1]＝5、[(7－3)＋2]＝6，错误；C项，摩尔质量分别为(7＋1)＝8、(7＋2)＝9、(7＋3)＝10，正确；D项，化学性质相同，错误。
9．（2022年甘肃省张掖市期末）核电荷数1～18元素中，a元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍；b元素原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍；c元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半；d元素原子最外层有1个电子，d的阳离子与b的阴离子电子层结构相同，则四种元素的核电荷数关系中正确的是
A．c＞d＞b＞a B．d＞b＞a＞c C．a＞d＞c＞b D．b＞a>c＞d
【答案】A
【解析】核电荷数1～18元素中，a元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则a有2个电子层，最外层电子数为4，a为碳元素；b元素最外层电子数是其内层电子总数3倍，则b原子有2个电子层，最外层电子数为6，b为氧元素；c元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半，有3个电子层，M层电子数为4，故c为Si元素；d元素原子最外层有1个电子， d的阳离子与b的阴离子(O2－)电子层结构相同，则d为Na元素，故核电荷数c＞d＞b＞a，故选A项。
10．（2022年河南省濮阳市期末）据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60；4H是主要来源于宇宙射线的初级粒子，人类在月球上发现了储量丰富的3H。下列说明正确的是
A．N60与C60互为同素异形体 B．3H与4H互为同位素
C．N60可能是一种新型电解质 D．3H2O与4H2O互为同素异形体
【答案】B
【解析】A项，同素异形体为同种元素的不同单质，N和C是不同种元素，则N60与C60不是同素异形体，错误；B项，3H与4H的质子数相同，中子数不同，互为同位素，正确；C项，N60是单质，电解质是指在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，则不是电解质，错误；D项，同素异形体为同种元素的不同单质，3H2O与4H2O是化合物，不是同素异形体，错误。