2021届一轮复习人教版原子结构学案

2021届一轮复习人教版原子结构学案

第1讲 原子结构 学习指导意见 核心素养 ‎1.掌握原子结构示意图、电子式的表示方法。‎ ‎2.了解原子的构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数之间的关系。了解元素、核素、同位素的概念。‎ ‎3.了解原子核外电子排布规律——核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写1～36号元素原子核外电子、价电子排布式、轨道表示式。‎ ‎4.了解电离能、电负性的概念，能用此说明元素的性质。‎ ‎5.了解原子模型、电子在原子轨道间的跃迁及简单应用。‎ ‎1.变化观念与平衡思想：能多角度、动态地分析核外电子的运动状态及原子结构的变化规律、认识元素性质的变化规律。‎ ‎2.证据推理与模型认知：能运用原子结构模型揭示化学现象的本质及规律，能运用构造原理和能量最低原理，揭示元素原子核外电子排布的规律。‎ ‎3.科学探究与创新意识：能发现和提出有探究价值的原子结构及性质的问题，如核外电子排布、元素第一电离能的特殊性等，面对异常现象敢于提出自己的见解。‎ 考点一 原子结构与核素、同位素 ‎［学在课内］‎ ‎1.原子结构 ‎（1）原子的构成 ‎（2）原子内的等量关系 ‎①质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）；‎ ‎②质子数＝原子序数＝核电荷数＝核外电子数；‎ 图示：‎ ‎③阳离子：质子数＝核外电子数＋电荷数；‎ ‎④阴离子：质子数＝核外电子数－电荷数。‎ ‎（3）原子符号 ‎ ‎ ‎2.元素、核素、同位素 ‎（1）“三素”概念的辨析：‎ ‎（2）几种重要的核素及其应用 核素 U H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 ‎[名师点拨]‎ ‎①同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。‎ ‎②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。‎ ‎3．特征电子数粒子 ‎(1)2e－微粒　H2←H－←→Li＋→Be2＋‎ ‎(2)10e－微粒 ‎(3)18e－微粒 ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(√)‎ ‎(2)不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、质量数均不相同。(√)‎ ‎(3)核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。(×)‎ ‎(4)中子数不同而质子数相同的微粒一定互为同位素。(×)‎ ‎(5)通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化。(×)‎ ‎(6)Cl与Cl得电子能力几乎相同。(√)‎ ‎(7)H＋核外电子数为2。(×)‎ ‎(8)两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同。(×)‎ ‎(9)13C与C60互为同素异形体。(×)‎ ‎(10)所有的原子中都含有质子和中子。(×)‎ 拓展应用 ‎(1)①H、H、H分别是氢元素的三种________，它们互称为________。‎ ‎②Fe2＋的质子数为________，中子数为________，核外电子数为________。‎ 答案　①核素(原子)　同位素 ‎②26　30　24‎ ‎(2)某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在a g HmX中所含原子的物质的量为________，所含中子的物质的量为________，所含质子数为________，所含电子数为________。‎ 答案　(m＋1)NA　N NA　×(m＋A－N)NA　(m＋A－N)NA 思维探究 两种质子数相同的微粒一定是同位素吗？‎ 答案　不一定。其中关系有：‎ ‎①如Na、Na＋　同种元素的原子和离子 ‎②如23Na、25Na　同位素 ‎③Na　NH　不同物质的原子和离子 ‎[基础点巩固]‎ ‎1．中国计量科学研究院研制的NIM5铯原子喷泉钟，2000万年不差一秒，目前成为国际计量局认可的基准钟之一，参与国际标准时间修正。关于Cs元素，下列说法错误的是(　　)‎ A．137Cs和133Cs互为同位素 B．单质Cs与水反应非常缓慢 C．137Cs比133Cs多4个中子 D．137Cs最外层只有1个电子 解析　137Cs和133Cs质子数相同，因此质量数不同，中子数不同，前者比后者多4个中子，两者互为同位素，A、C两项正确；Cs位于周期表中第六周期第IA族，其原子最外层只有1个电子，Cs金属性很强，能与水剧烈反应，B项错误，D项正确。‎ 答案　B ‎2．中国科学院近代物理研究所人员成功合成了新核素89Ac，主要用于宇航飞行器的热源。205Ac可由207Ac转化而成，下列有关205Ac、207Ac的说法中正确的是(　　)‎ A．核外电子数分别为116、118‎ B．205 Ac、207Ac化学性质相同 C．205Ac、207Ac在周期表中的位置不同 D．物质的量相等的205Ac、207Ac质量相同 解析　205Ac、207Ac为同位素，核外电子数都是89个，A项错误；205Ac、207Ac的核外电子排布相同，故二者的化学性质相同，B项正确；205Ac、207Ac互为同位素，在元素周期表中的位置相同，C项错误；205Ac、207Ac的质量数不同，其摩尔质量不同，则相同物质的量的二者质量不同，D错误。‎ 答案　B ‎3．随着科学技术不断进步，研究物质的手段和途径越来越多，N、H3、O4、C60等已被发现。下列有 关说法中正确的是(　　)‎ A．N中含有36个电子 B．O2与O4属于同位素 C．C60是有机物 D．H2与H3属于同种元素组成的单质 解析　氮原子的质子数为7，所以N中含有电子：35－1＝34个，A错误；“质同中不同”属于同位素，O2与O4属于单质，它们是氧元素的同素异形体，B错误；C60是单质，不是有机物，C错误；H2与H3属于单质，它们互为同素异形体，D正确。‎ 答案　D ‎[名师点拨]‎ ‎(1)同位素的“6同3不同”‎ ‎(2)“同”字概念的区分 区分时抓住概念的关键点——研究对象，同位素——原子，同素异形体——单质，同分异构体——化合物。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．所含质子数和电子数相等的粒子一定是原子 B．两种离子如果核外电子排布相同，化学性质就一定相同 C．质量数相同的原子其化学性质一定相同 D．具有相同核电荷数的原子或简单的离子，一定是同种元素 解析　HF和H2O所含的质子数、电子数均相等，但它们是分子而不是原子。Na＋、Mg2＋核外电子排布相同，但它们的化学性质却有很大差异。元素的化学性质取决于原子核外的最外层电子数，与质量数无关。A、B、C都不正确。核电荷数即质子数决定元素的种类，所以D正确。‎ 答案　D ‎5．下列说法不正确的是(　　)‎ ‎①质子数相同的粒子一定是同一元素　②质子数相同且电子数也相同的两种粒子不可能一种是分子，另一种是离子　③电子数相同的粒子不一定是同种元素　④一种元素不能形成不同单质　⑤某元素的相对原子质量取整数值就是质量数 A．②④⑤ B．①④⑤ C．②③④ D．②③‎ 解析　粒子包括分子、原子、离子、质子、中子等，质子数相同、中子数不同的同一类原子是同一元素。但质子数相同，若一种是分子而另一种是原子时，则不是同一元素，如H2O、Ne，所以①不正确、③正确。质子数相同且电子数也相同的两种粒子电性必然相同，不可能一种是分子，另一种是离子，故②正确。由同一元素形成的不同单质互为同素异形体，如O2、O3，所以④不正确。元素的相对原子质量是元素的所有同位素的质量数与其在自然界的含量相乘之后再相加求出的平均数，而核素的质量数是其质子数与中子数之和，所以⑤不正确。故不正确的是①④⑤，选B。‎ 答案　B ‎6．已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去)：‎ ‎(1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A、D的电子式：A________；D________。‎ ‎(2)如果A和C是18电子的粒子，B和D是10电子的粒子，请写出。‎ ‎①A与B在溶液中反应的离子方程式为________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎②根据上述离子方程式，可以判断C与B结合质子的能力大小是_______________________________________________________________‎ ‎(用化学式或离子符号表示)‎ 答案　(1) ‎ ‎(2)①H2S＋2OH－===S2－＋2H2O　②OH－>S2－‎ ‎[名师点拨]‎ 构成原子微粒的关系的几个易失分点 易失分点一　任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如阴、阳离子中。‎ 易失分点二　有质子的微粒不一定有中子，如1H，有质子的微粒不一定有电子，如H＋。‎ 易失分点三　质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如F与OH－。‎ 易失分点四　核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－、NH与OH－等。‎ ‎7．“玉兔”号月球车用Pu作为热源材料，下列关于Pu的说法正确的是(　　)‎ A.Pu与U互为同位素 B.Pu与Pu互为同素异形体 C.Pu与U具有完全相同的化学性质 D.Pu与Pu具有相同的最外层电子数 解析　Pu与U是两种不同的元素，不属于同位素，A项不正确；Pu与Pu的质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项正确；同素异形体的研究对象是单质，Pu与Pu为同种元素的两种核素，是同位素，而不是同素异形体，B项不正确；Pu与U属于两种元素的核素，化学性质不同，C项不正确。‎ 答案　D 考点二　原子核外电子排布 ‎[学在课内]‎ ‎1．能层与能级 ‎(1)能层(n)：在多电子原子中，核外电子的能量是不同的，按照电子的能量差异将其分成不同能层。‎ ‎(2)能级：同一能层里电子的能量也可能不同，又将其分成不同的能级，通常用s、p、d、f等表示。‎ ‎(3)能层与能级的关系 能层 一 二 三 四 五…‎ 符号 K L M N O…‎ 能级 ‎1s ‎2s 2p ‎3s 3p 3d ‎4s 4p 4d 4f ‎5s 5p…‎ 最多电子数 ‎2‎ ‎2　6‎ ‎2　6　10‎ ‎2　6　10　14‎ ‎2　6…‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎8‎ ‎18‎ ‎18‎ 电子离核远近 近→远 电子能量高低 低→高 ‎2.原子轨道的形状、数目与能量关系 原子轨道：电子云轮廓图给出了电子在核外经常出现的区域。这种电子云轮廓图称为原子轨道。‎ ‎3．基态原子核外电子排布 ‎(1)排布原则 ‎(2)填充顺序——构造原理 如图为构造原理示意图——书写基态原子核外电子排布的依据 ‎(3)电子排布式和电子排布图(或轨道表达式)‎ 以硫原子为例 电子排布式 ‎1s22s22p63s23p4‎ 简化电子排布式 ‎[Ne]3s23p4‎ 电子排布图(或轨道表示式)‎ 价电子排布式 ‎3s23p4‎ ‎[名师点拨]‎ 书写基态原子核外电子式（图）时警示点 ‎ (1)① (违反能量最低原理)‎ ‎②(违反泡利原理)‎ ‎③(违反洪特规则)‎ ‎④ (违反洪特规则)‎ ‎(2)半充满、全充满状态的原子结构稳定 如ns2、np3、np6; nd5、nd10‎ Cr:3d54s1 Mn:3d54s2 Cu:3d104s1 Zn:3d104s2‎ ‎ (3)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充，但在书写时，仍把(n-1)d放在ns前。‎ ‎4．原子状态与原子光谱 ‎(1)原子的状态。‎ ‎①基态原子：处于最低能级的原子。‎ ‎②激发态原子：基态原子的电子吸收能量后，从低能级跃迁到高能级状态的原子。‎ ‎(2)原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或放出不同的光，用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素，称为光谱分析。‎ ‎(3)基态、激发态及光谱示意图。‎ ‎5．原子结构示意图 ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)p能级的能量一定比s能级的能量高。(×)‎ ‎(2)同一原子中，2p、3p、4p能级的轨道数依次增多。(×)‎ ‎(3)2p和3p轨道形状均为哑铃形，能量也相等。(×)‎ ‎(4)2px、2py、2pz的能量相等。(√)‎ ‎(5)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。(×)‎ ‎(6)Cr的基态原子的简化电子排布式为[Ar]3d44s2。(×)‎ ‎(7)钾元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1。(×)‎ ‎(8)第4周期元素中，锰元素价电子层中未成对电子数最多。(×)‎ ‎(9)电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理。(×)‎ ‎(10)磷原子的基态电子排布图为(10)磷原子的基态电子排布图为 ‎ (×)‎ ‎(11)氧原子和碳原子中未成对电子数均为2。(√)‎ ‎(12)节假日燃放的焰火与电子的跃迁有关。(√)‎ ‎(13)最外层电子排布式为4s1的元素一定是K元素。(×)‎ ‎(14)最外层电子数为8的粒子一定是稀有气体元素原子。(×)‎ ‎(15)16O与18O是氧元素的两种核素，16O与18O核外电子排布方式相同。(√)‎ 拓展应用 ‎(1)Fe3＋的电子排布式_________________________________________，‎ 钒元素的价层电子排布图为_________________________________________。‎ 答案　(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5‎ ‎ (2)写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。‎ 原子 电子排布式 简化电子排布式 N Cl Ca Fe Cu As 答案　1s22s22p3　[He]2s22p3‎ ‎1s22s22p63s23p5　[Ne]3s23p5‎ ‎1s22s22p63s23p64s2　[Ar]4s2‎ ‎1s22s22p63s23p63d64s2　[Ar]3d64s2‎ ‎1s22s22p63s23p63d104s1　[Ar]3d104s1‎ ‎1s22s22p63s23p63d104s24p3　[Ar]3d104s24p3‎ ‎(3)已知某粒子的结构示意图为 试回答：‎ ‎①当x－y＝10时，该粒子为________(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。‎ ‎②当y ‎＝8时，粒子可能为________、________、________、________、________(填微粒符号)‎ 答案　①原子　②S2－、Cl－、Ar、K＋、Ca2＋‎ ‎(4)核外电子排布与元素推断 ‎(在短周期元素中，请在相应的横线上填写相应的元素符号)‎ 思维探究 金属元素焰色反应的实质是什么？‎ 答案　灼烧时，电子吸收能量从低能级跃迁到高能级，高能状态不稳定又从高能级回到低能级释放出的能量形成发射光谱，落在可见光范围内即可产生焰色反应。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1．下列各组表述中，两个原子不属于同种元素原子的是(　　)‎ A．3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布式为1s22s22p63s23p2的原子 B．2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子和原子的最外层电子排布式为2s22p5的原子 C．M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2的原子 D．最外层电子数是核外电子总数的原子和最外层电子排布式为4s24p5的原子 解析　A项，3p能级有一个空轨道的基态原子，按洪特规则可得其3p轨道上只能有两个电子，所以两个原子是同种元素的原子；B项，2p能级无空轨道，且有一个未成对电子的基态原子，它的2p能级上只能是5个电子，所以两原子是同种元素的原子；C项，M层全充满而N层为4s2的原子，其M层应为18个电子，而后者的M层上只有8个电子，所以两原子不是同种元素的原子；D项，最外层电子数是核外电子总数的 的原子中，最外层电子数要小于或等于8个电子，且电子总数为5的倍数，所以可得该原子可能是原子序数为5、10、15、20、25、30、35、40，其中满足最外层电子数是核外电子总数的且符合核外电子排布规则的只能是35号元素，该元素原子的外围电子排布式为4s24p5，所以两原子是同种元素的原子。‎ 答案　C ‎2．肯定属于同族元素且性质相似的是(　　)‎ A．原子核外电子排布式：A为1s22s2，B为1s2‎ B．结构示意图：A为，B为 C．A原子基态时2p轨道上有1个未成对电子，B原子基态时3p轨道上也有1个未成对电子 D．A原子基态时2p轨道上有一对成对电子，B原子基态时3p轨道上也有一对成对电子 解析　C中，由于p能级有三个轨道，若有一个未成对电子，意味着p轨道有两种电子排布情况，即np5或np1，所以A、B两种元素不一定属于同一族元素。‎ 答案　D ‎3．具有下列电子层结构的原子，其对应的元素一定属于同一周期的是(　　 )‎ A．两种元素原子的电子层上全部都是s电子 B．3p能级上只有一个空轨道的原子和3p能级上只有一个未成对电子的原子 C．最外层电子排布为2s22p6的原子和最外层电子排布为2s22p6的离子 D．原子核外M层上的s、p能级上都填满了电子，而d轨道未排电子的两种原子 解析　元素原子的电子层上全部都是s电子，即1s1或1s2或1s22s1或1s22s2，对应的元素为H、He、Li、Be，它们可能属于第1周期或第2周期；3p能级上只有一个空轨道的原子即：1s22s22p63s23p2，是Si元素；3p能级上只有1个未成对电子的原子即：1s22s22p63s23p1或1s22s22p63s23p5，是Al元素或Cl元素，都属于第3周期。最外层电子排布为2s22p6的原子是Ne原子，属于第2周期元素；最外层电子排布为2s22p6的离子可能为O2－、F－、N3－、Na＋、Mg2＋、Al3＋‎ ‎，不一定属于同一周期元素。原子核外M层上的s、p能级上都填满电子而d轨道未排电子的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p6或1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p64s2，为Ar或K或Ca，不一定属于同一周期。‎ 答案　B ‎4．气态电中性基态原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸收能量最多的是(　　)‎ A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1‎ B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2‎ C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3‎ D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1‎ 解析　np3处于半充满状态，结构稳定，失去一个电子吸收的能量多。‎ 答案　B ‎[能力点提升]‎ ‎5．下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　)‎ A．Na＋的电子排布图：‎ B．Na＋的结构示意图：‎ C．Na的电子排布式：1s22s22p53s2‎ D. Na的简化电子排布式：[Ne]3s1‎ 解析　A项，钠离子核外电子数为10，核外电子排布式为1s22s22p6，电子排布图：；B项，Na＋的结构示意图为；C项，基态Na原子的电子排布式：1s22s22p63s1，符合题意；D项，Na的简化电子排布式：[Ne]3s1。‎ 答案　C ‎6．有四种短四周期元素，它们的结构、性质等信息如下表所述：‎ 元素 结构、性质等信息 A 短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素，该元素的某种合金是原子反应堆的导热剂 B B与A同周期，其最高价氧化物的水化物呈两性 C 在空气中含量第二，在地壳中含量第一 D 是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素，其单质或化合物也是自来水生产过程中常用的消毒杀菌剂 请根据表中信息填写：‎ ‎(1)A原子的核外电子排布式为_____________________________________。‎ ‎(2)B元素在周期表中的位置是________；离子半径：B________A(填“大于”或“小于”)。‎ ‎(3)C原子的电子排布图是________，其原子核外有________个未成对电子，能量最高的电子为________轨道上的电子，其轨道呈________形。‎ ‎(4)D原子的电子排布式为________，D－的结构示意图是____________。‎ ‎(5)B的最高价氧化物对应的水化物与A的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为__________________________________________________。‎ 与D的氢化物的水溶液反应的化学方程式为___________________________。‎ 解析　根据题中信息可推出：A为Na，B为Al，C为O，D为Cl。(1)A为Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1。‎ ‎(2)B为Al，其在元素周期表中的位置为第三周期第ⅢA族，Na＋与Al3＋核外电子排布相同，核电荷数Al3＋大于Na＋，故r(Al3＋)

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