1、疱丁巧解牛知识巧学一、原子核、核素1.原子核的构成(1)原子和原子核的构成要点提示 原子是电中性的，1个质子带1个单位的正电荷，1个电子带1个单位的负电荷，所以原子中核电荷数=质子数=核外电子数。原子的质量主要是由质子和中子决定的。取近似整数值时，原子的相对质量等于质子数和中子数之和。(2)质量数质量数的概念：人们将原子核中质子数和中子数之和称为质量数。 概念公式：质子数(Z)+中子数(N)=质量数(A)误区警示 质量数是原子的质量数，不是元素的质量数。一种元素可以有多种不同的原子，每种原子都有自己的质量数。 原子的质量数与原子的相对原子质量的近似整数值相等，即Ar(B)A(B)。如：Ar(1
2、6O)A(16O)=16Ar(14C)A(14C)=14Ar(37Cl)A(37Cl)=37符号的含义：符号代表1个质量数为A、质子数为Z的原子。原子内中子数为：N=A-Z。如核内中子数为16-8=8，核内中子数为：17-8=9，核内中子数为18-8=10。要点提示 X可以是原子，也可以是离子。如：核内中子数为：35-17=18，核内中子数为：37-17=20，核内中子数为：23-11=12。辨析比较 和原子结构上的异同原子原子核核外电子质子中子666686异同同异同2.核素(1)元素 元素是具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称。同种元素的原子，质子数一定相同，中子数可以相同，也可以不
3、同。(2)核素 人们把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称为核素。核素与原子的关系：核素是原子，但不是指单个的原子，而是指1种(或1类)原子，这类原子的共同点是质子数相同、中子数也相同。如H原子有很多，但其核素只有3种：、。核素与元素的关系：多数元素具有多种核素，少数元素只有1种核素。元素的相对原子质量：元素的各种天然核素相对原子质量与其原子百分组成乘积的代数和。 概念公式：Ar(E)=Aa%+Bb%+Cc%+ 其中A、B、C是E的各种天然核素的相对原子质量，a%、b%、c%是E的各种天然核素的原子个数百分含量。如Cl元素的两种天然核素和的相对原子质量及原子个数百分含量分别为34.969
4、和36.966，75.77%和24.23%，则Cl元素的相对原子质量为：Ar(Cl)=34.96975.77%+36.96624.23%=35.45。要点提示 元素的相对原子质量是一个算术平均值，所以又称为元素的平均相对原子质量。元素周期表和相对原子质量表中的数值就是元素的相对原子质量，而非核素(或原子)的相对原子质量。元素的近似相对原子质量。元素的各种天然核素相对原子质量取近似整数值(即各种天然核素的质量数)与其原子百分组成乘积的代数和。如：氯元素的近似相对原子质量为：Ar(Cl)=3575.77%+3724.23%=35.5。(3)同位素 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同
5、位素。同位素与核素的关系：核素是一种(或一类)原子，同位素是同一元素的不同核素间的互称。知识拓展 互为同位素的核素，质子数相同，是同一种元素的不同原子，它们在元素周期表中处于相同的位置。其化学性质相似，物理性质有的相同或相近，有的差别很大。同位素的种类放射性同位素的用途 作为放射源：用于肿瘤治疗。 进行同位素示踪：进行疾病诊断、食品保鲜、金属制品探伤等。、用作制造氢弹的原料，是制造原子弹的材料和核反应堆的燃料。二、核外电子排布1.核外电子的运动特征(1)具有“广阔”的运动空间。(2)运动速率很快，接近光速。(3)所处位置和运动速率不能同时准确测定。2.人类对原子结构的认识过程(1)道尔顿原子模
6、型(1803年)：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。(2)汤姆生原子模型(1904年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。(3)卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。(4)玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。(5)量子力学模型电子云模型(19271935年)：在原子核外运动的电子并不遵循宏观物体的运动规律。人们统计出电子在核外空间某处出现机会的多少，用电子云
7、形象地表示。人们又将电子运动所处的区域形象地称为“轨道”，如s轨道、p轨道、d轨道等。不同轨道的电子云形状不同，s轨道是球形的，p轨道是纺锤形的，d轨道是花瓣形或陀螺形的。传统的原子结构模型(1)(4)都有不妥之处，如玻尔原子模型中电子的圆周运动就是错误的。 现在，科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。3.核外电子的排布规律 在含有多个电子的原子里，电子依据能量不同分层排布，其主要规律是：(1)各层最多能容纳的电子数是2n2(n表示电子层序数)个。(2)各原子最外电子层上能容纳的电子数不超过8个(K层为最外层时
8、不超过2个)。(3)次外电子层上不超过18个电子，倒数第3层上最多不超过32个电子。(4)核外电子总是尽先排在能量最低的电子层里，然后由里往外依次排布在能量逐渐升高的电子层里。4.原子结构示意图(1)原子结构示意图的含义(2)120号元素的原子结构示意图:(3)120号元素中常见离子的结构示意图：2电子离子H-: Li+: Be2+:10电子离子N3-: O2-: F-: Na+: Mg2+: Al3+:18电子离子P3-: S2-: Cl-: K+:Ca2+:(4)稀有气体原子的核外电子排布枋电荷数元素名称元素符号各电子层的电子数KLMNOP2氦He210氖Ne2818氩Ar28836氪Kr
9、2818854氙Xe281818886氡Rn2818321885.原子结构与元素性质的关系(1)稀有气体最外层电子数为8(He为2)，结构稳定，性质不活泼。(2)金属元素最外层电子数一般小于4，较易失去最外层电子。(3)非金属元素最外层电子数一般大于或等于4，较易获得电子，形成8电子稳定结构。6.原子结构与元素化合价的关系(1)稀有气体原子结构为稳定结构，常见化合价为零。(2)金属元素失去最外层电子，达到稳定结构，其最高正价为+m(m为最外层电子数)。(3)非金属元素得到一定数目的电子，达到稳定结构，其最低负价为m-8(H为m-2)，最高正价(除O、F外)为+m。方法点拨 通过原子结构，特别是
10、原子的最外层电子数，可以判定元素的化合价，进而推断出形成物质的原子个数比及彼此可能的连接方式，从而有利于理解物质的结构。通过原子结构，特别是原子的最外层电子数，可以判定元素化合时得失电子的能力，认识物质的氧化性和还原性。问题探究问题1 英国物理学家卢瑟福设计了粒子散射实验，准备对他的老师汤姆逊关于原子结构的“葡萄干蛋糕”原子模型进行验证。实验前先预测，如果真那样，则粒子应该都通过“金箔”。可是结果却是：绝大多数通过；少数转向；极少数反弹。请完成下列问题：(1)上述结果说明了原子结构的什么情况？(2)在(1)的结论的基础上，你又会有什么联想和质疑？思路:问题(1)要善于对实验结果进行联想和质疑。
11、这里，还要知道，粒子就是氦核，带正电，具有较大的能量，它的质量是电子质量的七千多倍。在此基础上，运用电性作用原理和碰撞原理便可得到解决。问题(2)是启发性联想和质疑问题，也可以是个开放性质疑问题。探究:原子是由原子核和核外电子构成，原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。 绝大部分粒子不改变运动方向，说明穿过时没受到阻碍；少数粒子有较大偏转，其原因是这部分粒子受到斥力的作用，施力者不是电子，因电子质量太小，只能是有一个带正电的大质量的“物体”；极少数粒子方向改变180，只能是带正电粒子与大质量“物体”正碰的结果。比较绝大多数、少数、极少数，可知一定有一个体积很小
12、的“物体”存在，并且带正电，还集中了原子的几乎全部质量。由此，得到原子核式结构的结论。问题2 元素、原子、核素和同位素四个概念有什么区别和联系？思路:对元素、原子、核素和同位素四个概念的比较，首先应从它们的定义入手，比较它们的区别和联系，然后再从它们的结构进行比较。它们的含义、决定因素、数量标准、相对原子质量等不同，但又有联系。探究:元素是具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称，其决定因素是质子数。元素是一类原子的“总称”，不是微观粒子，是个宏观概念，只可以论种，不能论个，无质量数；元素的相对原子质量是由它的各种天然核素的相对原子质量与原子个数百分比计算出来的平均值。原子是具有一定质子和
13、一定中子的单核中性微粒，它是化学变化的最小(基本)粒子；其决定因素是质子数、中子数和电子数，是微观概念，属微观粒子，可以论种类，也可以论个数。每种原子都有其相应的质量数，其相对原子质量就是用该原子的实际质量与一种的原子的实际质量的1/12相比而得到的比值。核素，其实就是一种原子。而同位素，是质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素(原子)的互称，是不同核素(原子)的一种特殊关系，其决定因素是质子数和中子数。大多数的元素都有几种核素而存在同位素关系，同位素关系的存在而导致了元素的相对原子质量是个平均值。典题热题例1 已知R2+核内共有N个中子，R的质量数为A，m g R2+中含电子的物质的量
14、为( )A.m(A-N)/A mol B.m(A-N+2)/A molC.(A-N+2)/A mmol D.m(A-N-2)/A mol解析: 由于电子质量很小，其质量可忽略不计，所以R原子的质量数=R2+离子质量数=A，故R2+的质子数Z=A-N，而阳离子R2+的核外电子数=Z-2=A-N-2，即1 mol R2+含电子为(A-N-2)mol。m g R2+的物质的量为m/A mol，所以m g R2+含电子的物质的量为m(A-N-2)/A mol。答案：D深化升华 本题考查的是“质子数+中子数=质量数”的关系、离子与其相应原子的粒子关系、原子符号的表示方法、物质的量与摩尔质量之间的关系等重
15、要知识。通过此题，使本节知识之间、新旧知识之间建立了联系，并引导我们用联系的观点看问题。例2 有X、Y两种元素，X原子核外M层电子数是Y原子核外M层电子数的1/3，Y原子核外L层电子数是M层电子数的4/9，也是N层电子数的4倍。则其原子结构示意图为：X_，Y_。解析:根据原子核的电子排布规律和X、Y原子的电子层结构特征，可确定X、Y原子的K层电子数都是2，L层电子数都是8，这是因为它们的M层均有电子，K、L层都应是饱和的，所以，Y原子M层电子数是：x4/9=8，x=18，N层电子数是8/4=2，且为最外层。Y的核电荷数为：2+8+18+2=30；X原子的M层电子数是：18/3=6，且为最外层。
16、X的核电荷数为：2+8+6=16。答案： 误区警示 原子结构示意图和核外电子排布是最易混淆的表示方式，核外电子排布只包括电子层和各电子层上的电子数，不包括原子核和核内质子数。原子结构示意图则包括原子核和核内质子数，还须注明原子的名称或符号。例3 下列粒子的中子数一定相同的是( )A.K和K+ B.40Ca和40Ca2+ C.14C和14N D.18O和16O2-解析:K和K+的质量数指代不明，不能作出准确判断，A项不可选；40Ca和40Ca2+质量数和质子数相同，中子数都是40-20=20，B项可选；14C和14N质量数相同，质子数不同，则中子数不同，14C的中子数是14-6=8，14N的中子数是14-7=7，C项不可选；18O和16O2-质子数相同，质量数不同，则中子数不同，18O核内的中子数是18-8=10，16O2-核内的中子数是16-8=8，D项不可选。答案：B 深化升华 此类题的解题依据是原子或离子的中子数与其所带电荷数无关。同种核素的原子和离子，具有相同的中子数，也具有相同的质子数和质量数。不同核素的原子和离子，质子数不同，中子数和质量数可能相同，也可能不同。