高一化學(xué)人教版學(xué)案第四章第一節(jié)第1課時(shí)原子結(jié)構(gòu)

第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期表第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素周期表第1課時(shí)原子結(jié)構(gòu)一、原子的構(gòu)成粒子及其定量關(guān)系1．原子構(gòu)成：在原子中，原子序數(shù)＝核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)，所以整個(gè)原子不顯電性。2．質(zhì)量數(shù)：(1)概念：質(zhì)子和中子的相對(duì)質(zhì)量都近似為1，如果忽略電子的質(zhì)量，將原子核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對(duì)質(zhì)量取近似整數(shù)值相加，所得的數(shù)值叫作質(zhì)量數(shù)。(2)關(guān)系：質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)。二、核外電子排布1．電子層：在含有多個(gè)電子的原子里，電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)。我們把不同的區(qū)域簡(jiǎn)化為不連續(xù)的殼層，也稱作電子層。2．不同電子層的表示及能量關(guān)系：各電子層由內(nèi)到外電子層數(shù)1234567字母代號(hào)KLMNOPQ離核遠(yuǎn)近由近到遠(yuǎn)能量高低由低到高3.電子分層排布：(1)能量最低原理核外電子總是優(yōu)先排布在能量最低的電子層里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的電子層里，即按K→L→M→N……順序排列。(2)電子層最多容納的電子數(shù)①第n層最多容納2n2個(gè)電子。如K、L、M、N層最多容納電子數(shù)分別為2、8、18、32。②最外層電子數(shù)目最多不能超過8個(gè)(K層為最外層時(shí)不能超過2個(gè))。③次外層最多能容納的電子數(shù)不超過18個(gè)。1．判斷下列說法是否正確：(1)原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子帶正電荷，中子帶負(fù)電荷(×)提示：質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電荷。(2)稀有氣體元素的原子最外層都有8個(gè)電子(×)提示：He原子核外電子只有一層(K層)，有2個(gè)電子。(3)中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)－質(zhì)子數(shù)(√)提示：質(zhì)量數(shù)＝中子數(shù)＋質(zhì)子數(shù)。(4)O與O2－的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)不同(√)提示：氧原子得到2個(gè)電子形成O2－，它們的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)不同。2．教材中描述“電子一般總是先從內(nèi)層排起，當(dāng)一層充滿后再填充下一層”，當(dāng)M層有電子時(shí)，K、L層是否一定充滿電子？提示：當(dāng)M層有電子時(shí)，K、L層一定充滿電子，如硫原子K層必須充滿兩個(gè)電子后，再在L層填充8個(gè)電子，M層上才能填充6個(gè)電子。3．我國(guó)科學(xué)家通過測(cè)量26Al和10Be兩種元素的比例來確定“北京人”年齡，這種測(cè)量方法叫鋁鈹測(cè)年法。(1)10Be的原子核內(nèi)中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的差是多少？提示：2。10Be的質(zhì)子數(shù)為4，中子數(shù)為10－4＝6，中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的差是2。(2)5.2g26Al3＋中所含的電子數(shù)約為多少？提示：1.204×1024。5.2g26Al3＋中所含的電子數(shù)約為eq\f(5.2g,26g·mol－1)×(13－3)×NAmol－1≈1.204×1024。探究原子構(gòu)成離子及其定量關(guān)系人類在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小粒子，對(duì)原子結(jié)構(gòu)的探究也是經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的過程。1904年，約瑟夫·約翰·湯姆孫提出了“葡萄干布丁模型”：原子是一個(gè)帶正電荷的球，電子鑲嵌在里面，原子好似一塊“葡萄干布丁”，故名“葡萄干布丁模型”。1911年盧瑟福在曼徹斯特大學(xué)做放射能實(shí)驗(yàn)時(shí)，用帶正電荷的α射線轟擊金箔，他和他的助手發(fā)現(xiàn)向金箔發(fā)射帶正電的α射線微粒時(shí)有少量被彈回，這使他們非常吃驚，使他們對(duì)“葡萄干布丁模型”產(chǎn)生了懷疑。探究原子構(gòu)成離子及其定量關(guān)系1．盧瑟福用α射線轟擊金箔，絕大多數(shù)的α粒子直穿過薄金箔，但有少數(shù)α粒子方向偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的α粒子被彈回，試用原子的結(jié)構(gòu)解釋此現(xiàn)象。提示：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，電子繞核旋轉(zhuǎn)，α粒子撞擊到原子核會(huì)被彈回，距離原子核較近的α粒子受同種電荷的斥力方向偏轉(zhuǎn)。2．月球上含有核電荷數(shù)為12的鎂原子，其質(zhì)子數(shù)是多少？核外電子數(shù)是多少？原子中質(zhì)子數(shù)、核外電子數(shù)之間有何關(guān)系？提示：鎂原子的質(zhì)子數(shù)為12，核外電子數(shù)為12。原子中，質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)。1．原子的構(gòu)成微粒及作用2．原子的構(gòu)成微粒間的數(shù)目關(guān)系(1)電中性原子(2)帶電原子——離子的電子數(shù)目計(jì)算【思考討論】根據(jù)元素的原子序數(shù)可推知原子的哪些數(shù)據(jù)？①質(zhì)子數(shù)②中子數(shù)③質(zhì)量數(shù)④核電荷數(shù)⑤核外電子數(shù)提示：①④⑤。元素的原子序數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)，質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，所以由原子序數(shù)可以推知原子的質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)?！镜淅糠▏?guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種只有四個(gè)中子構(gòu)成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，也有人稱之為“零號(hào)元素”。下列有關(guān)“四中子”粒子的說法不正確的是()A．該粒子不顯電性B．該粒子的質(zhì)量數(shù)為4C．該粒子為4號(hào)元素D．該粒子的質(zhì)量比氫原子大【解題指南】解答本題需要注意理解以下兩個(gè)方面：(1)原子中各微粒的帶電情況；(2)原子中質(zhì)量數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系?！窘馕觥窟xC?！八闹凶印绷Ｗ又袥]有帶電荷的微粒，所以該粒子不顯電性，A正確；一個(gè)中子的相對(duì)質(zhì)量是1，所以“四中子”的質(zhì)量數(shù)為4，B正確；“四中子”粒子中沒有質(zhì)子，所以不能說是幾號(hào)元素，C錯(cuò)誤；質(zhì)量數(shù)反映了微粒的相對(duì)質(zhì)量大小，由于“四中子”質(zhì)量數(shù)比氫原子大，所以該粒子的質(zhì)量比氫原子大，D正確。(1)如果將題目中的粒子中的四個(gè)中子改為兩個(gè)中子、兩個(gè)質(zhì)子，且該粒子還是電中性，則該粒子是否具有電子？(關(guān)鍵能力—分析與推測(cè))提示：兩個(gè)質(zhì)子帶兩個(gè)單位的正電荷，如果該粒子是電中性，還應(yīng)該有兩個(gè)電子。(2)科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)一種中子數(shù)為9的氧原子，它的質(zhì)量數(shù)為多少？核外電子數(shù)為多少？(關(guān)鍵能力—分析與推測(cè))提示：178?！疽?guī)律方法】原子結(jié)構(gòu)的特殊點(diǎn)：(1)原子的質(zhì)量主要集中在原子核上；(2)原子中既有正電荷，又有負(fù)電荷，但整個(gè)原子不顯電性；(3)原子在化學(xué)變化中不可再分，但在其他變化中仍然可以再分；(4)核電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))＝核外電子數(shù)，只適用于原子和分子。(2021·臺(tái)州高一檢測(cè))我國(guó)科學(xué)家首次人工合成并鑒別出了兩種新核素，其中一種新核素是eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf(鉿)，下列關(guān)于eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf的說法中正確的是()A．是一種新元素B．原子核內(nèi)有185個(gè)質(zhì)子C．原子核內(nèi)有185個(gè)中子D．原子核內(nèi)中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之差為41【解析】選D。eq\o\al(\s\up1(185),\s\do1(72))Hf中質(zhì)量數(shù)為185，質(zhì)子數(shù)為72，中子數(shù)為185－72＝113?！景胃哳}組】1.原子的構(gòu)成示意圖如圖，下列敘述正確的是()A.原子是實(shí)心球體B．質(zhì)子、中子、電子均勻分布在原子中C．質(zhì)子與電子質(zhì)量相等D．整個(gè)原子的質(zhì)量主要集中在原子核上【解析】選D。原子不是實(shí)心的球體，故A錯(cuò)誤；正中央有原子核，核外有電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；一個(gè)電子的質(zhì)量約為一個(gè)質(zhì)子質(zhì)量的eq\f(1,1836)，故C錯(cuò)誤；整個(gè)原子的大部分質(zhì)量集中在原子核上，原子核中有質(zhì)子和中子，質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝電子數(shù)，電子質(zhì)量很少，忽略不計(jì)，故D正確。2．(2021·天津西青區(qū)高一檢測(cè))下列說法中正確的是()A．有一種氫原子中的原子核中有2個(gè)中子，1個(gè)質(zhì)子，則其質(zhì)量數(shù)為3B．鈉原子和鈉離子質(zhì)量相差很大C．在原子中質(zhì)子數(shù)一定等于中子數(shù)D．所有的原子都是由質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成【解析】選A。質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，故A正確；鈉原子失去1個(gè)電子形成鈉離子，電子的質(zhì)量很小，可以忽略，所以鈉原子和鈉離子的質(zhì)量幾乎相等，故B錯(cuò)誤；在原子中質(zhì)子數(shù)不一定等于中子數(shù)，例如eq\o\al(\s\up1(23),\s\do1(11))Na中質(zhì)子數(shù)就不等于中子數(shù)，故C錯(cuò)誤；并不是所有的原子都是由質(zhì)子、中子、電子構(gòu)成，例如eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H中不含有中子，故D錯(cuò)誤。3．科學(xué)家已研究出高能微粒Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))，則Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))的結(jié)構(gòu)可能是()A．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是由5個(gè)氮原子構(gòu)成的單質(zhì)B．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中只有質(zhì)子，沒有中子和電子C．每個(gè)Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35個(gè)質(zhì)子和34個(gè)電子D．Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35個(gè)質(zhì)子和35個(gè)電子【解析】選C。由離子符號(hào)知，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是一種離子，而不是單質(zhì)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；氮原子中含有質(zhì)子、中子和電子，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是N5失去一個(gè)電子得到的微粒，含有質(zhì)子、中子和電子，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；氮原子質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)均為7，N5的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)均為35，Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))是N5失去一個(gè)電子得到的微粒，所以每個(gè)Neq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(5))中含有35個(gè)質(zhì)子和34個(gè)電子，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。科學(xué)家通過粒子加速器獲得了6個(gè)非常罕見的鐵(26號(hào)元素)原子，該鐵原子的質(zhì)量數(shù)為45。接著，科學(xué)家又使用特制的測(cè)量?jī)x器觀測(cè)到，這6個(gè)原子中有4個(gè)發(fā)生了衰變，這一實(shí)驗(yàn)證實(shí)了曾經(jīng)預(yù)言的雙質(zhì)子衰變方式，即有一個(gè)原子同時(shí)變出兩個(gè)質(zhì)子的衰變方式。(1)該鐵原子的核內(nèi)中子數(shù)是多少？該原子的核外電子數(shù)是多少？提示：鐵元素為26號(hào)元素，中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)－質(zhì)子數(shù)＝45－26＝19，核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝26。(2)該鐵原子的衰變是化學(xué)變化嗎？說明理由。提示：不是?；瘜W(xué)變化中原子種類不變，即原子所含質(zhì)子數(shù)不變，衰變時(shí)質(zhì)子數(shù)減少，故衰變不屬于化學(xué)變化。(3)通過粒子加速器發(fā)現(xiàn)了一種釹原子，其核外電子數(shù)是60，相對(duì)原子質(zhì)量是144，則該釹原子的中子數(shù)是多少？提示：84。因?yàn)橄鄬?duì)原子質(zhì)量≈質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子數(shù)＝原子的核外電子數(shù)＝60，所以該釹原子的中子數(shù)是144－60＝84。核外電子排布規(guī)律已知存在于月球表面的元素包括氧(O)、硅(Si)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、錳(Mn)和鈦(Ti)。其中最豐富的是氧、鐵和硅。氧含量估計(jì)為45%(按重量計(jì))，碳(C)和氮(N)似乎僅存在于來自太陽(yáng)風(fēng)沉積的痕量。探究核外電子排布規(guī)律1．月球中含有豐富的鋁元素。(1)該原子的核外電子中能量最低的電子層是K層，有2個(gè)電子。(2)鋁原子的13個(gè)電子在核外應(yīng)該怎么排布？提示：K層2個(gè)，L層8個(gè)，M層3個(gè)。(3)根據(jù)初中所學(xué)，畫出鋁原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖。提示：。2．按照電子排布規(guī)律，鈣原子核外共有20個(gè)電子，M電子層最多可容納18個(gè)電子，某同學(xué)認(rèn)為鈣原子的核外電子排布應(yīng)該為K層2個(gè)，L層8個(gè)，M層10個(gè)。這種排布是否正確？若不正確，應(yīng)該怎么排布？提示：若鈣原子的M層排布10個(gè)電子，此時(shí)M層就成為最外層，這與電子排布規(guī)律中“最外層上排布的電子數(shù)不能超過8個(gè)”相矛盾。電子排布應(yīng)為K層2個(gè)，L層8個(gè)，M層8個(gè)，N層2個(gè)。3．月球中所含的鋁元素失去電子變?yōu)閹齻€(gè)單位正電荷的Al3＋。原子與其形成的離子之間既有相同之處，又有不同之處。原子和離子微粒間的數(shù)量關(guān)系：(1)原子：核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)，如N原子：。(2)陽(yáng)離子：核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)－所帶電荷數(shù)，如Na＋：。(3)陰離子：核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋所帶電荷數(shù)，如S2－：。1．原子核外電子排布規(guī)律及其之間的關(guān)系：2．原子核外電子排布的表示方法：①原子結(jié)構(gòu)示意圖粒子符號(hào)→Na②離子結(jié)構(gòu)示意圖離子核外電子排布特點(diǎn)舉例陽(yáng)離子與上周期的稀有氣體排布相同陰離子與同周期的稀有氣體排布相同【思考討論】氖氣(Ne)是一種無色、無味、非易燃的稀有氣體。通常氖可以作為彩色霓虹燈的充裝氣體用于戶外廣告顯示；此外，它還可用于可視發(fā)光指示燈、電壓調(diào)節(jié)，以及激光混合氣成分。核外電子排布與Ne原子相同的陽(yáng)離子有哪些？提示：Na＋、Mg2＋、Al3＋?！镜淅肯铝姓f法正確的是()A．某微粒核外電子排布為2、8、8結(jié)構(gòu)，則該微粒一定是氬原子B．最外層電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的微粒只能是稀有氣體的原子C．F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋是與Ne原子具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子D．某元素原子的最外層只有2個(gè)電子，則該元素一定是金屬元素【解題指南】解答本題需要注意理解以下兩個(gè)方面：(1)陰陽(yáng)離子的核外電子排布有可能與惰性氣體原子相同。(2)金屬元素原子的最外層電子數(shù)目小于4，但最外層電子數(shù)目小于4的原子不一定是金屬元素的原子?！窘馕觥窟xC。電子排布為2、8、8結(jié)構(gòu)的微粒還可能為S2－、Cl－等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；O2－、F－、Cl－、Li＋、Na＋、Mg2＋等微粒最外層電子數(shù)均達(dá)到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋核外電子排布均為2、8結(jié)構(gòu)，與Ne原子的電子層結(jié)構(gòu)相同，C項(xiàng)正確；He原子的最外層只有2個(gè)電子，但He元素是稀有氣體元素，D項(xiàng)錯(cuò)誤。(1)某原子核外電子排布為2、7結(jié)構(gòu)，該原子是什么原子？(關(guān)鍵能力—分析與推測(cè))提示：F原子。核外電子總數(shù)為9，質(zhì)子數(shù)＝核外電子數(shù)＝9，為F原子。(2)該原子在化學(xué)反應(yīng)中易得電子還是易失電子？(關(guān)鍵能力—分析與推測(cè))提示：F原子最外層電子數(shù)目為7，在化學(xué)反應(yīng)中易得到一個(gè)電子。(3)寫出該元素與鈉元素組成化合物的化學(xué)式。(關(guān)鍵能力—?dú)w納與論證)提示：NaF。F原子最外層電子數(shù)目為7，在化學(xué)反應(yīng)中易得到一個(gè)電子，F(xiàn)元素在化合物中的化合價(jià)為－1價(jià)，Na在化合物中的化合價(jià)為＋1價(jià)?！疽?guī)律方法】原子核外電子排布規(guī)律的應(yīng)用1．確定元素的種類根據(jù)原子核外電子排布的某些特點(diǎn)可以確定元素的種類，注意1～20號(hào)元素原子結(jié)構(gòu)的特殊關(guān)系。特殊關(guān)系元素最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的一半Li、Si最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)Be、Ar最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的2倍C最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的3倍O最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的4倍Ne最外層電子數(shù)等于電子層數(shù)H、Be、Al最外層有1個(gè)電子H、Li、Na、K最外層有2個(gè)電子He、Be、Mg、Ca內(nèi)層電子數(shù)之和是最外層電子數(shù)2倍的元素Li、P電子總數(shù)為最外層電子數(shù)2倍的元素Be2.推斷元素的性質(zhì)元素最外層電子數(shù)得失電子能力化學(xué)性質(zhì)主要化合價(jià)稀有氣體元素8(He為2)一般不易得失電子較穩(wěn)定，一般不參與化學(xué)反應(yīng)金屬元素＜4易失電子金屬性只有正價(jià)，一般是＋1→＋3非金屬元素≥4易得電子非金屬性既有正價(jià)又有負(fù)價(jià)【誤區(qū)警示】(1)核外電子排布的規(guī)律是相互聯(lián)系的，不能孤立地理解，如當(dāng)M層不是最外層時(shí)，最多可以排布18個(gè)電子，而當(dāng)它是最外層時(shí)，最多可以排布8個(gè)電子。(2)電子不一定排滿M層才排N層，如Ca的核外電子排布情況為。某元素的原子核外有三個(gè)電子層，M層的電子數(shù)是L層電子數(shù)的eq\f(1,2)，則該元素的原子是()A．LiB．AlC．SiD．K【解析】選C。三個(gè)電子層即K、L、M，K層2個(gè)電子，L層8個(gè)電子，可知M層4個(gè)電子，該元素的核外電子排布為2、8、4，是Si元素。【拔高題組】1．(2021·嘉興高一檢測(cè))有A、B、C三種元素，核電荷數(shù)均小于18。已知A元素原子的核電荷數(shù)大于B元素原子的核電荷數(shù)，但兩種元素的原子具有相同數(shù)目的電子層，A元素最外層電子數(shù)為B元素的兩倍，A元素原子第三層電子數(shù)為第一層電子數(shù)的三倍，C元素原子的核電荷數(shù)是電子層數(shù)的4倍，其質(zhì)子數(shù)為最外層電子數(shù)的6倍。請(qǐng)回答下列問題：(1)A的原子結(jié)構(gòu)示意圖：_________________________________________；A元素的名稱：_____________________________________________。(2)B的原子結(jié)構(gòu)示意圖：__________________________________________；B元素的名稱：_______________________________________________。(3)C的離子結(jié)構(gòu)示意圖：_______________