考點(diǎn)12原子結(jié)構(gòu)

1．復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1．  了解原子的組成及同位素的概念；

2．   掌握原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)等基本量間的相互關(guān)系 ；了解原子核外電子排布規(guī)律

3．關(guān)于原子的組成及各粒子間的關(guān)系；分子、原子、離子核外電子數(shù)的比較；

4。同位素的質(zhì)量數(shù)和平均相對原子質(zhì)量，求同位素的原子個(gè)數(shù)比 ；粒子半徑大小   

2．難點(diǎn)聚焦

一、原子結(jié)構(gòu)

    1．幾個(gè)量的關(guān)系(X)

    質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)

    質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=原子序數(shù)=原子的核外電子數(shù)

    離子電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)-核外電子數(shù)

    2．同位素

    ⑴要點(diǎn)：同――質(zhì)子數(shù)相同，異――中子數(shù)不同，微粒――原子。

    ⑵特點(diǎn)：同位素的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同；自然界中穩(wěn)定同位素的原子個(gè)數(shù)百分?jǐn)?shù)不變。

注意：同種元素的同位素可組成不同的單質(zhì)或化合物，如H₂O和D₂O是兩種不同的物質(zhì)。

    3．相對原子質(zhì)量

    ⑴原子的相對原子質(zhì)量：以一個(gè)¹²C原子質(zhì)量的1/12作為標(biāo)準(zhǔn)，其它原子的質(zhì)量跟它相比較所得的數(shù)值。它是相對質(zhì)量，單位為1，可忽略不寫。

    ⑵元素的相對原子質(zhì)量：是按該元素的各種同位素的原子百分比與其相對原子質(zhì)量的乘積所得的平均值。元素周期表中的相對原子質(zhì)量就是指元素的相對原子質(zhì)量。

    4．核外電子排布規(guī)律

    ⑴核外電子是由里向外，分層排布的。

    ⑵各電子層最多容納的電子數(shù)為2n²個(gè)；最外層電子數(shù)不得超過8個(gè)，次外層電子數(shù)不得超過18個(gè)，倒數(shù)第三層電子數(shù)不得超過32個(gè)。

    ⑶以上幾點(diǎn)互相聯(lián)系。

    核外電子排布規(guī)律是書寫結(jié)構(gòu)示意圖的主要依據(jù)。

    5．原子和離子結(jié)構(gòu)示意圖

注意：①要熟練地書寫1～20號元素的原子和離子結(jié)構(gòu)示意圖。

  ②要正確區(qū)分原子結(jié)構(gòu)示意圖和離子結(jié)構(gòu)示意圖(通過比較核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù))。

    6．微粒半徑大小比較規(guī)律

     ⑴同周期元素(稀有氣體除外)的原子半徑隨原子核電荷數(shù)的遞增逐漸減小。

     ⑵同主族元素的原子半徑和離子半徑隨著原子核電荷數(shù)的遞增逐漸增大。

     ⑶電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，核電荷數(shù)越大，則離子半徑越小。

     ⑷同種元素的微粒半徑：陽離子<原子<陰離子。

     ⑸稀有氣體元素的原子半徑大于同周期元素原子半徑。

     ⑹電子層數(shù)多的陰離子半徑一定大于電子層數(shù)少的陽離子半徑，但電子層數(shù)多的陽離子半徑不一定大于電子層數(shù)少的陰離子半徑。

7．知識網(wǎng)絡(luò)

3． 例題精講

   例1.(全國高考)科學(xué)家最近制造出第112號新元素，其原子的質(zhì)量素為277，這是迄今已知元素中最重的原子。關(guān)于該新元素的下列敘述正確的是(   )

        A.其原子核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都是112     B. 其原子核內(nèi)中子數(shù)為165，核外電子數(shù)為112   C.其原子質(zhì)量是¹²C原子質(zhì)量的277倍     D. 其原子質(zhì)量與¹²C原子質(zhì)量之比為277：12

  解析：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)等于原子的核外電子數(shù)，等于原子序數(shù)。質(zhì)量數(shù)等于原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。第112號元素有112個(gè)質(zhì)子，其原子有112個(gè)電子。因它的質(zhì)量數(shù)是277，所以中子數(shù)為277-112=165，故A不正確，B正確。某種原子的相對原子質(zhì)量，是該原子的質(zhì)量與¹²C同位素原子質(zhì)量的1/12之比，而不是與¹²C原子質(zhì)量之比，所以C不正確，D正確       答案：BD

  命題意圖：本題意在考查組成原子的微粒間的關(guān)系。本題只涉及一種同位素原子的質(zhì)量數(shù)和相對原子質(zhì)量，如果涉及多種天然同位素時(shí)，其相對原子質(zhì)量是各有關(guān)天然穩(wěn)定同位素的原子所占的原子百分?jǐn)?shù)（即豐度）與各上述同位素的相對原子質(zhì)量算出來的平均值。

  例2.有A、B、C、D四種元素，A元素的原子得2個(gè)電子，B元素的原子失去2個(gè)電子后所形成的微粒均與氖原子有相同的電子層結(jié)構(gòu)。C元素的原子只有1個(gè)電子，D元素原子的電子層電子數(shù)比層電子數(shù)多6個(gè)。試寫出A、B、C、D的元素符號和名稱，并畫出A、B兩元素的離子結(jié)構(gòu)示意圖。

解析：A原子得2e^-和B原子失去2e^-形成的陰、陽離子和氖原子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，（即核外有10e^-），所以A的核電荷數(shù)為10-2=8；B的核電荷數(shù)為10+2=12，因此A為氧元素、B為鎂元素。C的原子只有1e^-，所以C為氫元素。而D原子第M層電子數(shù)比N層電子數(shù)多6個(gè)，因此D原子的K層有2e^-，L層有8e^-，核外共有20e^-，質(zhì)子數(shù)為20，應(yīng)為鈣元素。

答案：A：O（氧）B：Mg（鎂）C：H（氫）D：Ca（鈣）A^2-：        B²⁺：

命題意圖：原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和規(guī)律是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本題的主要考查意圖在于檢查考生能否靈活運(yùn)用有關(guān)規(guī)律進(jìn)行分析和推斷元素。

例3：X和Y屬短周期元素，X原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，Y位于X的前一周期，且最外層只有一個(gè)電子，則X和Y形成的化合物的化學(xué)式可能表示為（    ）A.XY      B.XY₂             C.XY₃                    D.X₂Y₃              

解析：根據(jù)題意X可能為Li或Si。若X為Li，則Y是H，可組成LiH即XY；若X為Si，則Y為Li，Li和Si不能形成化合物。答案：A

命題意圖：本題主要考查1∽18號元素的原子核外電子排布的特點(diǎn)及核外電子的排布規(guī)律

例4設(shè)某元素某原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)為m，中子數(shù)為n，則下述論斷中正確的是

     A. 不能由此確定該元素的相對原子質(zhì)量

     B. 這種原子的相對原子質(zhì)量為m+n

     C. 若碳原子質(zhì)量為wg，此原子的質(zhì)量為(m+n)wg

     D. 核內(nèi)中子的總質(zhì)量小于質(zhì)子的質(zhì)量

[解析]元素的相對原子質(zhì)量和原子的相對原子質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念，要求元素的相對原子質(zhì)量，必須知道其各種同位素的相對原子質(zhì)量和原子個(gè)數(shù)百分?jǐn)?shù)，否則無法求解，故選項(xiàng)A正確。質(zhì)子數(shù)m+中子數(shù)n應(yīng)為質(zhì)量數(shù)，不是相對原子質(zhì)量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由相對原子質(zhì)量的數(shù)學(xué)表達(dá)式可知，某原子的質(zhì)量=×一種碳原子質(zhì)量×該原子的相對原子質(zhì)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。1個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量略小于1個(gè)中子的質(zhì)量，但核內(nèi)質(zhì)子的總質(zhì)量與中子的總質(zhì)量還要取決于質(zhì)子和中子數(shù)目的多少，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

    本題正確答案為A。本題要求熟悉有關(guān)的基本概念，要注意區(qū)分一些易混淆的概念，如相對原子質(zhì)量與質(zhì)量數(shù)，元素的相對原子質(zhì)量與原子的相對原子質(zhì)量，核素與同位素等。

 例5周期表中相鄰的A、B、C三元素中，A、B同周期，A、C同主族。已知三種元素的原子最外層電子數(shù)之和為19，三種元素的原子核中質(zhì)子數(shù)之和為41。則這三種元素是A______、B_______、C________、D_________(填元素符號)。

[解析]本題采用平均值法解答比較簡單。由A、B、C三元素為相鄰元素以及它們的平均質(zhì)子數(shù)41/3≈14<18，可知A、B、C三元素為短周期元素；又根據(jù)最外層電子數(shù)的平均值19/3≈6.3<7，推知其中必有最外層電子數(shù)為7的元素，所以A、B、C三種元素應(yīng)分布在ⅥA、ⅦA族，經(jīng)推斷A為S，B為Cl、C為O符合題意。

例6已知某主族金屬元素X的原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之比為1:1，含該金屬陽離子0.192g的溶液恰好能將20mL0.4mol/L的Na₂CO₃溶液中的CO₃^2-全部沉淀，推斷X是什么元素及在周期表中的位置。

[解析]周期表中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相等的金屬元素只有Mg和Ca兩種，它們都是+2價(jià)金屬。設(shè)金屬的相對原子質(zhì)量為M，由關(guān)系式 X²⁺～Na₂CO₃得：M:1=0.192:(0.4×0.02)，解得M=24。則X為鎂，位于第3周期第ⅡA族。

4．實(shí)戰(zhàn)演練

1.與OH^-  有相同質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)的微粒是(  ) A.Cl^- B.F^- C.NH₂^- D.NH₃

A

B

C

D

質(zhì)子

u夸克

1

2

1

2

d夸克

2

1

2

1

中子

u夸克

1

1

2

1

d夸克

2

2

1

1

    2.(02全國理科綜合測試)目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克的帶電量為2e/3，d夸克的帶電量為-1e/3，e為基本電荷。下表中關(guān)于質(zhì)子和中子組成的兩類夸克數(shù)目論斷可能確的是       (   )    

3. (03.廣州.五月) 中國科學(xué)院近代物理研究所合成了²³⁹₉₁Pa原子，在世界尚屬首次，下列有關(guān)該原子的說法不正確的是        (       )          

   A.該原子屬于一種金屬原子B.該原子核內(nèi)中子數(shù)                                                  為148    C .合成該原子就是創(chuàng)造了一種元素      D.這種原子具有放射性

4. (03.上海) ¹³C-NMR(核磁共振)、¹⁵N-NMR可用于測定蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的空間結(jié)構(gòu)，Kurt W üthrich等人為此獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。下面有關(guān)¹³C、¹⁵N敘述正確的是 (     )   A. ^13C與¹⁵N有相同的中子數(shù)      B. ^13C 與C₆₀互為同素異形體      

C.¹⁵N 與¹⁴N互為同位素         D. ¹⁵N的核外電子數(shù)與中子數(shù)相同

5. (02.宣武) 下列說法是報(bào)紙和廣告中的用語，其中正確的是        (      )

A.     某報(bào)紙報(bào)道“從尿液中分離出的‘青春素’是一種對人體有益的元素”

B.      長期飲用純凈的蒸餾水比飲用礦泉水對人體有益

C.      某廣告稱：負(fù)氧離子發(fā)生器由于產(chǎn)生O₃，對人體有益無害

D.     與夏季比較，冬季大氣中的SO₂含量偏高，這主要是燃燒含硫煤造成的

6. (02全國高考) 周期表中16號元素和4號元素的原子相比較，前者的下列數(shù)據(jù)是后者的4倍的是  (  )         A.電子數(shù)   B.最外層電子數(shù) C.電子層數(shù)  D.次外層電子數(shù)  

7. (02廣州模擬) 與羥基具有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)的微粒是  (      ) 

A.  OH^-          B. N      C. -NH₂          D.   CH₄

8 . (02上海高考) 已知自然界氧元素的同位素有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，氫的同位素有H、D，從水分子中原子的組成來看，自然界中的水分子一共有(    )A.3種  B.6種 C.9種 D .12種

9. (02高考試測) 已知硼化物BxHy^z-，與B₁₀C₂H₁₂的電子數(shù)相同，則BxHy^z-的正確表達(dá)式為  (     )  A. B₉H₁₅^2-        B. B₁₀H₁₄^2-       C. B₁₁H₁₃^2-      D. B₁₂H₁₂^2-

10.  (03高考試測) 具有相同質(zhì)子數(shù)的兩種粒子(  )

  A.一定是同種元素 B.一定是一種分子和一種離子 C.一定是不同的離子   D.無法判斷

11. (03揚(yáng)州模擬) ( ) 1999年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者哈邁得.澤維爾開創(chuàng)了“飛秒(10^-15s)化學(xué)”的新領(lǐng)域,使運(yùn)用激光光譜觀測化學(xué)反應(yīng)中原子的運(yùn)動(dòng)成為可能.你認(rèn)為運(yùn)用該技術(shù)能觀測到的是  A. 化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂     B. Na⁺與 Na中電子層的差別 

C. 化學(xué)反應(yīng)中新分子的形成     D. 同位素原子中中子數(shù)的差別

12.(01.石家莊) 近期，科學(xué)家用NaNO₃和Na₂O在573K反應(yīng)制得了離子化合物Na₃NO₄.

(1)  經(jīng)測定Na₃NO₄中的各原子的最外層電子都達(dá)到了8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則NO₄^3-的電子式為              

(2)  Na₃NO₄與二氧化碳或水都能劇烈反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為常見物質(zhì)，寫出這兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式                                                                                         

13. (02上海高考) ^12₆C與¹⁴₆C結(jié)構(gòu)上的差別在于其                的不同，如¹⁴CO₂與碳在高溫條件下反應(yīng)：¹⁴CO₂ + C↔2CO，達(dá)到化學(xué)平衡后，平衡混合物中含¹⁴C的微粒有                 A. ¹⁴CO₂  B. ¹⁴CO₂ 、¹⁴CO  C. ¹⁴CO₂、 ¹⁴CO、 ^{14C  D. 14}CO

14. 有若干克某金屬,其各原子核內(nèi)共有3.5x6.02x10²³個(gè)中子,同質(zhì)量的該金屬和足量稀硫酸反應(yīng)共有0.2mol e^-發(fā)生轉(zhuǎn)移,生成6.02x10²²個(gè)陽離子,這些陽離子共有3.0x6.02x10²³個(gè)質(zhì)子,則該金屬在反應(yīng)中表現(xiàn)的化合價(jià)為              ,它的摩爾質(zhì)量為           (不考慮它的同位素),其核組成符號為(元素符號用X表示)       

15. 有A、B、C、D四種單質(zhì)，在一定條件下，A、B、C與D分別發(fā)生化合反應(yīng)，相應(yīng)的生成X、Y、Z （X、Y、Z 每個(gè)分子中都含有10個(gè)電子），而B和C 發(fā)生化合反應(yīng)生成W，另外又知這些單質(zhì)化合物之間發(fā)生如下反應(yīng)：①A+Y?―→B+X, ② B+Z―――→Y+W ③ Z+W――――――→C+Y ,  試回答下列問題：

（1）       單質(zhì)D和化合物X、Y、Z、W的化學(xué)式是                                                 

（2）       反應(yīng)①②③的化學(xué)方程式是①                                        

②                              ③                                 

16. (03.崇文) (1)A⁺、B⁺、C^-、D、E五種微粒(分子或離子),它們都分別含有10個(gè)電子,已知它們有如下轉(zhuǎn)化關(guān)系; ①A⁺+ C^-→D+E, ②B⁺+ C^-→2D Ⅰ.寫出①的離子方程式                  ，寫出②的離子方程式             ，Ⅱ.除外，請?jiān)賹懗龆�種含10個(gè)電子的分子                      ，Ⅲ.除A⁺ 、B⁺外，請?jiān)賹懗龆�種含10個(gè)電子的陽離子                .(2) 在相同條件下進(jìn)行與反應(yīng)的對照實(shí)驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

Mg的質(zhì)量

酸量

開始時(shí)反應(yīng)速率

產(chǎn)生H₂總量

Ⅰ

0.24g

HClmolL^-1100ml

V₁

n₁

Ⅱ

0.24g

HAcmolL^-1100ml

V₂

n₂

① 試比較有關(guān)量的大�。篤₁        V₂，n₁     n₂ （填“?”“?”“?”），②現(xiàn)欲改變有關(guān)條件，使實(shí)驗(yàn)Ⅰ中V₁降低，但不改變n₁的值，試寫出兩種可行的方法。方法Ⅰ.                       

                               方法Ⅱ.                     

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

BC

B

C

C

D

D

C

C

D

D

AC

  12. (1).           (2). Na₃NO₄+CO₂=NaNO₃+Na₂CO₃, Na₃NO₄+H₂O=NaNO₃+2NaOH

  13.原子核內(nèi)中子數(shù)的不同,C.  14. +2, 65g/mol,  ⁶⁵₃₀X.   15. (1). H₂.HF,H₂O,NH₃,NO

(3)    ①2F₂+2H₂O=4HF+O₂ .②4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O ③4NH₃+6NO=5N₂+6H₂O

16. (1).Ⅰ.①NH₄⁺+OH^-=NH₃↑②H₃O⁺+OH^-=2H₂O.  Ⅱ.Ne,CH₄,HF  Ⅲ.Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺  .(2). ①> ,= ②.加少量水;降溫;加少量NaAc