2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題1化學(xué)家眼中的物質(zhì)世界第三單元人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識學(xué)案蘇教版必修1

PAGE12-第三單元人類對原子結(jié)構(gòu)的相識一、原子結(jié)構(gòu)模型的演化二、原子核外電子排布1．原子核外電子是分層排布的。在化學(xué)反應(yīng)過程中原子核不發(fā)生改變，但原子的核外電子可能會發(fā)生改變?；顫娊饘倥c活潑非金屬反應(yīng)時(shí)，金屬簡單失去電子，表現(xiàn)為正化合價(jià)，非金屬簡單得到電子，表現(xiàn)為負(fù)化合價(jià)?；顫娊饘僭卦邮ル娮雍突顫姺墙饘僭卦拥玫诫娮佣夹纬煞€(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)。2．鈉、鎂、鋁等活潑金屬與活潑非金屬反應(yīng)時(shí)簡單失去電子，氧、氟、氯等活潑非金屬與活潑金屬反應(yīng)時(shí)簡單得到電子。3．鎂原子最外層只有2個(gè)電子，在反應(yīng)過程中簡單失去2個(gè)電子，所以鎂元素在化合物中常顯＋2價(jià)。寫出鎂分別跟氧、氯、氮、硫形成的化合物的化學(xué)式：MgO、MgCl2、Mg3N2、MgS。氧原子最外層有6個(gè)電子，在反應(yīng)過程中簡單得到2個(gè)電子，所以氧元素在化合物中常顯－2價(jià)。三、原子核的組成1．原子的構(gòu)成質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)；質(zhì)子數(shù)(Z)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)。2．原子核位于原子的中心，它由帶正電荷的質(zhì)子和不顯電性的中子構(gòu)成(氫原子核內(nèi)沒有中子，是一個(gè)特例)，電子在原子核外做高速運(yùn)動，1個(gè)電子帶1個(gè)單位的負(fù)電荷，原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)相等，所以原子是呈電中性的。3．原子質(zhì)量主要集中在原子核上。質(zhì)子、中子的相對質(zhì)量分別是1.007、1.008，將原子核內(nèi)全部的質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取整數(shù)再相加所得到的數(shù)值叫原子的質(zhì)量數(shù)。eq\o\al(A,Z)X表示的含義是含有Z個(gè)質(zhì)子、(A－Z)個(gè)中子的X原子。電子的質(zhì)量約是質(zhì)子質(zhì)量的1/1836，原子由質(zhì)子、中子、電子等基本粒子構(gòu)成。1964年，美國科學(xué)家蓋爾曼設(shè)計(jì)了夸克模型，提出質(zhì)子、中子由更小的夸克構(gòu)成。4．具有肯定質(zhì)子數(shù)和肯定中子數(shù)的一種原子稱為一種核素，如氫元素存在eq\o\al(1,1)H(氕)、eq\o\al(2,1)H(氘)、eq\o\al(3,1)H(氚)3種核素，質(zhì)子數(shù)相同質(zhì)量數(shù)(或中子數(shù))不同的核素互稱為同位素。如16O、17O、18O是氧元素的3種核素(原子)，它們之間互稱同位素。作為相對原(分)子質(zhì)量基準(zhǔn)的12C原子指的是含有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的碳原子，用于考古斷代的碳元素的放射性同位素是eq\o\al(14,6)C。探究點(diǎn)一原子核外電子排布1．原子核外電子的分層排布原子由原子核和核外電子構(gòu)成，對于多電子原子，可以近似認(rèn)為電子在原子核外是分層排布的。如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氫(H)、氧(O)、鎂(Mg)等原子的核外電子排布的狀況如下圖所示?，F(xiàn)在發(fā)覺元素原子核外電子最少的有1層，最多的有7層。最外層電子數(shù)最多不超過8個(gè)(只有1層的不超過2個(gè))。2．原子結(jié)構(gòu)示意圖(1)人們常用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示原子的核外電子排布。如1～18號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖如下：(2)圖解原子結(jié)構(gòu)示意圖符號的意義。以鈉原子的結(jié)構(gòu)示意圖為例進(jìn)行說明：3．原子結(jié)構(gòu)與元素化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系(1)原子結(jié)構(gòu)確定元素在化學(xué)改變中的性質(zhì)。鎂離子和氧離子的形成過程如下圖所示：(2)元素的化合價(jià)及其與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。金屬元素易失去電子，顯正價(jià)。Naeq\o(→,\s\up17(失去e－))Na＋(由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià))；Mgeq\o(→,\s\up17(失去2e－))Mg2＋(由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià))非金屬元素易得到電子，顯負(fù)價(jià)。Cleq\o(→,\s\up17(得到e－))Cl－(由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià))；Oeq\o(→,\s\up17(得到2e－))O2－(由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià))1．如何正確理解原子結(jié)構(gòu)示意圖和離子結(jié)構(gòu)示意圖？提示：(1)原子結(jié)構(gòu)示意圖與離子結(jié)構(gòu)示意圖不同。當(dāng)原子發(fā)生改變時(shí)，往往是最外層電子發(fā)生改變，所以同一元素的原子和離子的結(jié)構(gòu)示意圖中改變的一般只是最外層電子排布狀況。(2)原子一般傾向于形成稀有氣體原子結(jié)構(gòu)，所以不同離子可以具有相同的電子排布狀況。如O2－、Mg2＋的電子排布相同。(3)從結(jié)構(gòu)示意圖可以看出微粒的帶電狀況，若電子層上的電子數(shù)之和小于核電荷數(shù)，則該微粒為陽離子；若電子層上的電子數(shù)之和大于核電荷數(shù)，則為陰離子。2．怎樣理解原子結(jié)構(gòu)的作用？提示：(1)結(jié)構(gòu)定性①定元素種類之性：最外層電子數(shù)較少(1～4個(gè))的元素為金屬元素(H、He除外)；最外層電子數(shù)較多(5～8個(gè))的元素一般為非金屬元素。②定原子反應(yīng)之性：最外層電子數(shù)較少的原子在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，簡單失去最外層電子，而最外層電子數(shù)較多的原子在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，簡單得到電子。③定元素穩(wěn)定之性：具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子一般最外層為8電子或2電子。(2)結(jié)構(gòu)定價(jià)一般而言，最外層電子數(shù)能夠反映元素具有的化合價(jià)狀況。一般狀況下，最外層電子數(shù)＝最高正化合價(jià)，最低負(fù)化合價(jià)＝最外層電子數(shù)－8。【例1】依據(jù)給出的原子或離子結(jié)構(gòu)示意圖，回答下列問題(填字母)：(1)電子層排布相同的是________。(2)屬于同種元素的是________。(3)屬于金屬元素的是________。(4)屬于稀有氣體元素的是________，稀有氣體一般不參與化學(xué)反應(yīng)的緣由是___________________________。(5)寫出D參與化學(xué)反應(yīng)后所得離子的結(jié)構(gòu)示意圖________。【思路分析】金屬元素的最外層電子數(shù)一般小于4，在反應(yīng)中易失去電子，非金屬元素的最外層電子數(shù)一般大于4，在反應(yīng)中易得到電子。推斷電子層排布是否相同時(shí)，不用考慮原子核，只分析核外電子層數(shù)和各層上電子數(shù)是否相同即可；質(zhì)子數(shù)確定元素種類，最外層電子數(shù)確定元素性質(zhì)。【解析】電子層排布相同是指電子層數(shù)和各電子層上的電子數(shù)均相同；確定元素種類的是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，即核電荷數(shù)；金屬元素原子的最外電子層上的電子數(shù)一般較少；稀有氣體原子是電中性微粒，即核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)，且最外電子層上一般為8個(gè)電子，He最外層為2個(gè)電子。【答案】(1)BC(2)AB(3)D(4)C原子的最外層電子已達(dá)到8(或2)電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，既不易失去電子也不易得到電子(5)依據(jù)下列幾種粒子的結(jié)構(gòu)示意圖，回答問題(填字母)：(1)屬于陰離子的是B。(2)屬于金屬元素的是D。(3)具有相像化學(xué)性質(zhì)的是AC。解析：A、B、C、D表示的微粒分別是O、O2－、S、Mg，A和C都是原子，其最外層電子數(shù)相同，所以具有相像的化學(xué)性質(zhì)。探究點(diǎn)二相識原子核1．原子的組成(1)原子的特點(diǎn)：①原子的大部分質(zhì)量集中在原子核，原子顯電中性。②原子核的體積很小，約為整個(gè)原子體積的1/1015。③原子內(nèi)原子核的密度特別大，約為金屬鈾的密度(18.07g·cm－3)的5×1012倍。④電子在原子核外做不規(guī)則的高速運(yùn)動。(2)原子的組成：原子符號eq\o\al(A,Z)X。原子(eq\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(質(zhì)子Z個(gè),中子A－Z個(gè))),核外電子Z個(gè)))eq\o\al(A,Z)X的含義：代表一個(gè)質(zhì)量數(shù)為A，質(zhì)子數(shù)為Z的原子。如eq\o\al(35,17)Cl表示一個(gè)質(zhì)量數(shù)為35，質(zhì)子數(shù)為17的氯原子。留意：質(zhì)量數(shù)即原子的近似相對原子質(zhì)量，等于質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。(3)構(gòu)成原子的微粒及其性質(zhì)：說明：表中①是指與C-12原子(原子核內(nèi)有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的碳原子)質(zhì)量的1/12(1.661×10－27kg規(guī)律：一個(gè)中子的質(zhì)量大于一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量。(4)粒子符號中各數(shù)字的含義：規(guī)律：原子、離子中組成微粒的關(guān)系：①原子：核電荷數(shù)(Z)＝核內(nèi)質(zhì)子數(shù)(Z)＝核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)②離子：陽離子：核電荷數(shù)(Z)＝核內(nèi)質(zhì)子數(shù)(Z)＝核外電子數(shù)＋n質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)＝中子數(shù)(N)＋核外電子數(shù)＋n陰離子：核電荷數(shù)(Z)＝核內(nèi)質(zhì)子數(shù)(Z)＝核外電子數(shù)－n質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)＝中子數(shù)(N)＋核外電子數(shù)－n2．元素、核素、同位素說明：(1)同種元素可能有不同的同位素，互為同位素必為同種元素。(2)大部分元素都有同位素，即有不同的核素(原子)；少量元素沒有同位素，即只有一種核素(原子)。(3)假如不特殊說明，所說的原子一律是指常見的一般原子，如氧原子一般指eq\o\al(16,8)O原子。1．質(zhì)量數(shù)相同的核素是否互為同位素？提示：不互為同位素。質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，同位素之間質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同，則同位素之間的質(zhì)量數(shù)不相同。反之，質(zhì)量數(shù)相同的核素不互為同位素，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(2,2)He質(zhì)量數(shù)相同，但它們不互為同位素。2．同位素之間的化學(xué)性質(zhì)有什么關(guān)系？提示：確定原子化學(xué)性質(zhì)的是原子的核電荷數(shù)和核外電子排布，而不是核內(nèi)中子數(shù)。各同位素具有相同的核電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))和核外電子排布，各同位素間不同的是核內(nèi)中子數(shù)。因此，各同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)?！纠?】原子、元素、核素、同位素等都屬于重要的化學(xué)基本概念。下列八種化學(xué)符號：eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H2、eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(6,3)Li、eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(14,7)N、eq\o\al(7,3)Li、eq\o\al(24,12)Mg。(1)涉及的核素共有________種。(2)互為同位素的是________和________。(3)質(zhì)量數(shù)相等，但不能互稱為同位素的是________和________。(4)中子數(shù)相等，但質(zhì)子數(shù)不相等的是________和________?！舅悸贩治觥空_理解同位素、核素的含義是解答這類題目的關(guān)鍵。在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，對所學(xué)過的易混淆的內(nèi)容進(jìn)行歸類、對比，往往會收到事半功倍的效果?！窘馕觥恳环N核素就是一種原子。在這八種化學(xué)符號中，eq\o\al(2,1)H2涉及的核素是eq\o\al(2,1)H，其余的七種各為一種核素的符號。同位素探討的對象是原子，這些原子屬于同一種元素。eq\o\al(6,3)Li和eq\o\al(7,3)Li的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)都是3，中子數(shù)分別是3和4，它們是鋰元素的不同種原子。eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)H是同位素，但eq\o\al(2,1)H2是一種分子而不是原子，所以eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(2,1)H2不是同位素。質(zhì)量數(shù)相等的是eq\o\al(14,6)C和eq\o\al(14,7)N(都是14)，但eq\o\al(14,6)C的質(zhì)子數(shù)是6，屬于碳元素，eq\o\al(14,7)N的質(zhì)子數(shù)是7，屬于氮元素，所以eq\o\al(14,6)C與eq\o\al(14,7)N質(zhì)量數(shù)相等，但又不能互稱為同位素。eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)分別是11和12，依據(jù)原子核內(nèi)“質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)”的公式進(jìn)行推斷，eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核內(nèi)中子數(shù)都是12?！敬鸢浮?1)8(2)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(7,3)Li(3)eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(14,7)N(4)eq\o\al(23,11)Naeq\o\al(24,12)Mg2011年3月28日晚，日本東京電力公司宣布福島第一核電站廠區(qū)采集的土壤樣本首次檢測出放射性元素钚(Pu)。钚有二十種放射性同位素，下列關(guān)于eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu的說法正確的是(B)A.eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu都含有94個(gè)中子B.eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu互為同位素C.eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu的核外電子數(shù)不同D.eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu分別含有146和147個(gè)質(zhì)子解析：eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu是Pu元素的兩種不同核素，它們互稱為同位素。A項(xiàng)eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu都含有94個(gè)質(zhì)子，中子數(shù)不同；C項(xiàng)eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu的核外電子數(shù)相同；D項(xiàng)eq\o\al(240,94)Pu和eq\o\al(241,94)Pu分別含有146和147個(gè)中子，故選B。1．對于原子結(jié)構(gòu)模型的演化過程，下列依次正確的是(C)①湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型②道爾頓原子結(jié)構(gòu)模型③玻爾原子結(jié)構(gòu)模型④盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型⑤量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)模型A．①②③④⑤B．②①③④⑤C．②①④③⑤D．②①③⑤④解析：原子結(jié)構(gòu)模型的演化過程：古代原子學(xué)說→道爾頓原子結(jié)構(gòu)模型→湯姆生原子結(jié)構(gòu)模型→盧瑟福原子結(jié)構(gòu)模型→玻爾原子結(jié)構(gòu)模型→量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)(電子云)模型。2．下列化學(xué)用語或說法正確的是(C)A．中子數(shù)為8的氧原子：eq\o\al(18,8)OB．氯離子的結(jié)構(gòu)示意圖：C．中子數(shù)不同、質(zhì)子數(shù)相同的核素互為同位素D．質(zhì)子數(shù)相同的微粒肯定是同種元素解析：中子數(shù)為8的氧原子的質(zhì)量數(shù)為16，A項(xiàng)錯誤；氯離子的核電荷數(shù)為17，B項(xiàng)錯誤；中子數(shù)不同、質(zhì)子數(shù)相同的核素互為同位素，C項(xiàng)正確；質(zhì)子數(shù)相同的一類原子是同種元素，D項(xiàng)錯誤。3．下列表述正確的是(A)A．硫離子M層上和L層上的電子數(shù)均為K層的4倍B．Cl－的結(jié)構(gòu)示意圖：C．盧瑟福提出了“葡萄干面包式”的原子結(jié)構(gòu)模型D．14C和14解析：硫離子的第M層和第L層上的電子數(shù)均為8，第K層上的電子數(shù)為2，第M層和第L層上的電子數(shù)均為第K層的4倍，A正確；Cl－的結(jié)構(gòu)示意圖應(yīng)為，B錯誤；湯姆生提出了“葡萄干面包式”的原子結(jié)構(gòu)模型，C錯誤；質(zhì)子數(shù)相同、質(zhì)量數(shù)(或中子數(shù))不同的核素互稱同位素，14C和14N為不同元素的核素，不互為同位素，D錯誤。4．下列關(guān)于化合價(jià)的說法正確的是(C)A．非金屬元素在化合物里總是顯負(fù)價(jià)B．同種元素在同一化合物中化合價(jià)肯定相同C．在任何化合物中，正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和都等于0D．一種元素只有一種化合價(jià)解析：本