高考化学原子结构(提高)

高考总复习原子结构

【考纲要求】

1．了解元素、核素和同位素的含义。

2．了解原子构成。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。

4．能运用核外电子排布规律推断元素的种类和性质。

5．了解相对原子质量的定义，并能比较几种量之间的关系。

6．了解微粒半径大小的比较方法。

【考点梳理】

要点一、原子

1．原子的构成

A

Z

X的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。

2．原子微粒间的数量关系：

①质量数(A)＝质子数(Z)+中子数(N)

②中性原子：核电荷数＝质子数＝核外电子数

③阳离子：质子数=核电荷数=核外电子数+离子电荷数

④阴离子：质子数=核电荷数=核外电子数-离子电荷数

3．原子结构的表示方法

原子结构示意图：表示原子的核电荷数和核外电子在原子核外各电子层排布的图示。如：

要点二、元素、核素、同位素

【高清课堂：原子结构】

元素同位素核素

概念具有相同核电荷数的同一

类原子的总称

质子数相同而中子数不同的同

一种元素的不同原子互称为同

位素

具有一定数目的质子数和

一定数目的中子数的一种

原子

2．几种重要的核素及其应用： ①氢元素的三种核素

②氧元素的核素有168O 、178O 、188O ，常用于示踪原子的是18

8O 。如酯化反应或酯的水解反应机理的研究。 ③碳元素的核素有126C 、136C 、14

6C ，作元素原子相对原子质量标准的碳原子是12C ；具有放射性，在考古时用于测定一些文物年代的碳原子是14

6C

。

④铀元素的核素有23592U 、23892U 、23592U ，其中235

92U 是制造原子弹的材料和核反应堆的燃料。

⑤同位素分放射性同位素和非放射性同位素两种。应用放射性同位素发射出的射线，可进行金属制品探伤、食物保鲜、肿瘤治疗和生物育种等。

要点三、几种相对原子质量的含义与辨析

1．核素的相对原子质量

核素的相对原子质量是某个原子的质量与12C 原子质量的

112

的比值。如16

8O 原子的质量为2.657×10―26 kg ，12C 原子的质量为1.993×10

―26

kg ，则16

8

O 的相对原子质量为：2616r 8

26

2.65710kg (O)15.99811.99310

kg 12

A --?=

=??

。

2．元素的相对原子质量：指某元素各种核素的相对原子质量与该核素所占的原子个数百分比的乘积之和。其计算式为：

M=M 1×a%+M 2×b%+…+M i ×x%

M i 代表各核素的相对原子质量，x%代表各天然核素的原子数目百分数。

3．近似相对原子质量：指某元素各种核素的质量数与该核素原子所占的原子个数百分比的乘积之和。 4．示例分析

从原子的组成看，原子的质量数均为整数，但氯元素的相对原子质量却是35.5，这是为什么？

35 35 34.969 75.77%

37 37 36.966 24.23%

由上表数据可得：

氯元素的相对原子质量=34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.45

氯元素的近似相对原子质量=35×35.77%+37×24.23%=35.5。

要点四、原子核外电子排布

【高清课堂：原子结构】

1．排布规律

（1）在含有多个电子的原子里，电子依能量的不同是分层排布的，其主要规律是：

核外电子总是尽先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层。

（2）原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。

（3）原子最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)。

（4）次外层电子数目不能超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不能超过32个。

注意：以上规律既相互联系，又互相制约，不能孤立片面的理解。如M层为最外层的时候，最多为8个，而不是18个。

2．原子结构的特殊性（短周期元素）

（1）原子核中无中子的原子是1

1

H。

（2）最外层有1个电子的元素是H、Li、Na。

（3）最外层有2个电子的元素是Be、Mg、He。

（4）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C，3倍的是O。

（5）电子层数与最外层电子数相等的元素是H、Be、Al。

（6）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素是Li和Si。

（7）内层电子总数是最外层电子数2倍的元素是Li和P。

（8）地壳中含量最高的非金属元素是O，金属元素是Al。

2电子微粒（1）分子有：H2、He；（2）阴离子有：H－；（3）阳离子有：Li＋。

10电子微粒（1）分子：CH4、NH3、H2O、HF、Ne （2）阴离子：N3―、O2―、F―、OH―、NH2―（3）阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、H3O+、NH4+

18电子微粒（1）分子；SiH4、PH3、H2S、HCl、Ar、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、CH3F、H2N—NH2等

（2）阴离子：S2―、HS―、Cl―、O22―

（3）阳离子：K+、Ca2+

核外电子总数和质子总数均相同的微粒（1）Na+、NH4+、H3O+（2）F―、OH―、NH2―

【高清课堂：原子结构】

1．同周期，从左向右，随核电荷数的递增，原子半径越来越大，到惰性气体原子半径突然增大。

2．同主族，从上向下，随电子层数递增，原子半径、离子半径越来越大。

3．同种元素的不同微粒，核外电子数越多，半径越大，即：阳离子半径小于原子半径、阴离子半径大于原子半

径。

4．核外电子层结构相同的不同微粒，核电荷数（即质子数）越多，对电子的吸引力越强，微粒半径越小。 注意：在周期表中处于右上到左下对角线位置的微粒，可以比较原子、离子半径，但处于左上到右下对角线位置的微粒，原子和离子半径接近，不好比较。

【典型例题】

类型一：原子（或离子）的构成

例1、某元素的一种核素X 的原子质量数为A ，含N 个中子，它与1H 原子组成H m X 分子，在a g H m X 分子中含质子的物质的量是（ ）

A ．

()mol a A N m A m -++ B ．()mol a

A N A - C ．()mol a A N A m -+ D ．()mol a A N m A

-+

【答案】A

【解析】X 所含质子数为（A ―N ），H m X 含质子数为（A ―N+m ），则a g H m X 含质子的物质的量为

()a

A N m A m

-++mol 。 【总结升华】X A

Z 中各数量间的关系与互求一直是高考考查的重点和热点，题目往往以信息题的形式给出，但起点高，落点低，只要牢固掌握原子结构的基础知识，细心分析就能得出正确答案。 举一反三：

【变式1】已知质量数为A 的某阳离子R n+,核外有X 个电子，则核内中子数为（ ）

A ．A-x

B ．A-x-n

C ．A-x+n

D ．A+x-n

【答案】B

【变式2】核内中子数为N 的R 2＋

离子，质量数为A ，则ng 它的氧化物中所含质子的物质的量是( )

【答案】A

【解析】题目给出了R 2＋

离子的质量数为A ，根据质量数＝质子数＋中子数，推知R 原子中的质子数Z ＝A －N 。由R 2＋

离子所带电荷数可知R 显＋2价，其氧化物的分子式为RO ，RO 的摩尔质量为(A ＋16)g/mol ，ngRO 的物质的量为

mol 。1molRO 中含有质子(A －N ＋8)mol ，则

mol RO 中所含质子的物质的量为

。

类型二：原子核外电子的排布

例2、有X 、Y 、Z 三种元素，已知：X 元素原子的M 电子层上只有1个电子；Y 元素原子的M 层电子数只有K

层和L 层电子总数的

1

2

；Z 元素原子的L 电子层比Y 元素原子的L 电子层少2个电子。 （1）试推断X 、Y 、Z 三种元素的核电荷数。

（2）画出Y 元素原子的原子结构示意图________。

（3）含有X 、Y 、Z 三种元素的化合物的化学式（任写一种）：________。 【答案】（1）X ：11，Y ：15，Z ：8。

（2

）

（3）Na 3PO 4 Na 2

HPO 4 NaH 2PO 4

【解析】由于X 元素原子的M 电子层上只有1个电子，可推知其电子层结构为 ，则X 为

11号元素Na ；由于Y 元素原子的M 层上电子数为K 层和L 层电子总数的

1

2

，则Y 元素原子的电子层结构为 ，则Y 为P 元素；由于Z 元素原子的L 层比Y 元素原子的L 层电子数少2，则其电子层结构为

Z 为O 元素。 举一反三：

【变式1】有X 、Y 两种原子，X 原子的M 电子层比Y 原子的M 电子层少3个电子，Y 原子的L 电子层的电子数恰好为X 原子L 电子层电子数的2倍，X 和Y 分别是( )

A ．碳和铝

B ．硅和钠

C ．硼和氮

D ．氯和碳

【答案】A

【变式2】A 元素原子的L 层比B 元素原子的L 层少3个电子，B 元素的原子核外电子总数比A 元素原子的核外电子总数多5个，则A 与B 可形成的化合物类型为 A. AB B. BA 2 C. AB 4 D. B 3A 2

【答案】D

类型三： 有关元素、核素、同位素的考查

例3、我国稀土资源丰富，下列有关稀土元素14462Sm 与150

62Sm 的说法正确的是（ ）

A ．14462Sm 与150

62Sm 互为同位素 B ．14462Sm 与150

62Sm 的质量数相同 C ．14462Sm 与150

62Sm 是同一种核素

D ．14462Sm 与150

62Sm 的核外电子数和中子数均为62

【答案】A

【解析】14462Sm 和15062Sm 质子数都是62，都是Sm 元素；其中14462Sm 的质量数为144，中子数为82，150

62Sm

+11 +15

的质量数为150，中子数为88；故B、D项错；根据核素的定义可知144

62Sm、150

62

Sm为两种核素，故C项错。

【总结升华】在进行同位素、同素异形体、同分异构体的判断时，要抓住其概念的最核心部分，如同位素描述的是两个原子，而同素异形体则为两种不同的单质，同分异构体则为不同的化合物，因此可以根据所描述微粒的类别迅速作出判断。

举一反三：

【变式1】下列叙述错误的是()

A．13C和14C属于同一种元素，它们互为同位素

B．1H和2H是不同的核素，它们的质子数相等

C．14C和14N的质量数相等，它们的中子数不等

D．6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等

【答案】D

【解析】13C、14C互为同位素；14C、14N质量数都为14，中子数分别为8、7；1H、2H互为同位素，质子数相等；6Li、7Li互为同位素，质子数和电子数都对应相等，但中子数不相等。

类型四：相对原子质量的计算方法和“五种量”的相互区别与联系

例4、设某元素某原子核内的质子数为m，中子数为n，则下述论断正确的是

A．不能由此确定该元素的相对原子质量

B．这种元素的相对原子质量为m+n

C．若碳原子质量为Wg，此原子的质量为（m+n）Wg

D．核内中子的总质量小于质子的总质量

【答案】A

【解析】题目所给仅是一种核素的相对原子质量，不能确定元素的相对原子质量，因为元素的相对原子质量是各种同位素的相对原子质量与其原子个数百分比乘积所求出的平均值。质量数等于质子数加中子数，m+n 仅是这种元素的质量数，不是元素的相对原子质量，故A中的论断是正确的，B中的论断是不对的。C中的论断是不对的，核素的相对原子质量是某原子质量与原子质量1/12的比值，而不是与原子质量的比值。D

中的论断是不准确的，中子的总质量不一定小于质子的总质量。

【总结升华】本题考查元素的相对原子质量和同位素的相对原子质量的概念。同时还涉及原子组成中的质子、中子、电子的相对质量和质量关系。元素的相对原子质量等于各种核素的相对原子质量乘以各自原子百分比的加和值。

元素的近似相对原子质量：各种核素的质量数乘以各自的百分比的加和值。

举一反三：

【变式1】氯元素在自然界有35Cl和37Cl两种同位素，在计算式34.969×75.77%+36.966×24.23% =35.453中A．75.77%表示35Cl的质量分数B．24.23%表示35Cl的丰度

C．35. 453表示氯元素的相对原子质量D．36.966表示37Cl的质量数

【答案】C

【解析】本题考查同位素相对原子质量的计算方法和元素丰度及质量数的理解。34.969和75.77%分别表示35Cl的相对原子质量和丰度。

【变式2】下列叙述正确的是

A．CH4O和C2H6O一定互为同系物

B．16 g CH4与18 g NH4＋所含质子数相等

C．32S与33S的核外电子数相等，是同一种核素

D．质量相等、体积不等的N2和C2H4的分子数相等

【答案】D

【解析】A项，C2H6O可能为乙醇或二甲醚；B项，1个CH4有10个质子，1个NH4＋有11个质子；C项，32S与33S是同一种元素；D项，与“体积不等”无关。

【变式3】铜有两种天然同位素6329Cu和6529Cu，若铜的相对原子质量为63.5，估算6329Cu的原子个数百分含量约是

A．25% B．25.6% C．75% D．74.4%

【答案】C

【解析】根据元素的近似相对原子质量＝A1×n1%×＋A2×n2%，有63×n1%＋65×(1－n1%)＝63.5，可求得n1%＝75%，即6329Cu的原子个数百分含量为75%。

本题也可用十字交叉法求解：

类型五：10电子微粒和18电子微粒

例5、用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子八种微粒（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。

（3）E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是。

（4）F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是，电子式是。

（5）G分子中含有4个原子，其分子式是。

（6）H分子中含有8个原子，其分子式是。

【答案】（1）K Cl S （2）HCl （3）F2（4）H2S

（5）H2O2（或PH3）（6）C2H6

【解析】（1）a A＋含有18个电子，则其质子数a=18+1=19，A为K元素；b B－含有18个电子，则其质子数b=18－1=17，B为Cl元素；同理知C为S元素。（2）由两种元素组成的双原子18电子分子只有HCl。（3）氧化能力最强的分子是F2。（4）由两种元素组成的三原子18电子分子只有H2S。（5）H2O2和PH3都是含有4个原子的18电子分子。含有8个原子的18电子分子是C2H6。

【总结升华】10电子、18电子微粒多由前20号常见元素构成，这些微粒能够很好地反映原子核外电子排布规律，在多年高考命题中很受重视，现归纳如下：

单核双核三核四核四核以上

10电子微粒N3-、O2-、F-、Na+、

Mg2+、Al3+、Ne

HF、OH-H2O、NH2-NH3、H3O+CH4、NH4+

【变式1】通常情况下，微粒A和B为分子，C和E为阳离子，D为阴离子，它们都含有10个电子；B溶于A 后所得的物质可电离出C和D；A、B、E三种微粒反应后可得C和一种白色沉淀。请回答：（1）用化学符号表示下列4种微粒：

A：_______ ；B：_______ ；C：__ ____；D：________。

（2）写出A、B、E三种微粒反应的离子方程式：________________。

【答案】（1）H2O NH3NH4+OH―

（2）Al3++3NH3+3H2O==Al(OH)3↓+3NH4+或Mg2++2NH3+2H2O==Mg(OH)2↓+2NH4+

类型六：微粒半径大小比较

例6、下列化合物中，阴离子半径和阳离子半径之比最大的是()

A．LiI B．NaBr C．KCl D．CsF

【答案】A

【解析】第ⅦA族元素阴离子半径大小顺序是I－>Br－>Cl－>F－，第ⅠA族元素阳离子半径大小顺序是Cs＋>K ＋>Na＋>Li＋，故阴离子半径和阳离子半径之比最大的是LiI。

【总结升华】本题考查了同主族元素离子半径大小的递变规律。下面总结一下规律：在中学要求范畴内可按“三看”规律来比较粒子半径的大小：

一看电子层数：在电子层数不同时，电子层越多，半径越大；

二看核电荷数：在电子层数相同时，核电荷数（原子序数）越多，半径越小，即“序大径小”。

三看电子数：在电子层和核电荷数相同时，电子数越多，半径越大。

举一反三：

【变式1】X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构，X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径，Z和Y两元素的原子核外电子层数相同，Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是（）

A．X＞Y＞Z B．Y＞X＞Z C．Z＞Y＞X D. X＞Z＞Y

【答案】C

【变式2】已知短周期元素的离子：a A2＋、b B＋、c C3－、d D－都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是() A．原子半径：A>B>D>C B．原子序数：d>c>b>a

C．离子半径：C>D>B>A D．单质的还原性：A>B>D>C

【答案】C

【解析】对电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小，由题可判断：aA2＋＝Mg2＋，bB＋＝Na＋，cC3－＝N3－，dD－＝F－，故原子半径：Na>Mg>N>F，原子序数：a>b>d>c，离子半径：N3－>F－>Na＋>Mg2＋，还原性：Na>Mg>N>F。