1、第五章 物质结构 元素周期律第 14 讲 原子结构 核外电子排布考纲要求学法点拨1.了解元素、核素和同位素的含义。2了解原子的构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3了解原子核外电子排布规律。在探究元素及其化合物知识告一段落之后，本讲内容将是中学化学重要的基本理论之一，是学习元素周期表、元素周期律知识的重要基础，这一部分需要记忆的东西很多。预计今后高考考查的重点仍会以元素及其化合物知识为载体，用物质结构理论来解释现象、定性推断、定量计算，向多方位、多角度、多层次方向发展，主要表现在以下几个方面：一是元素、核素和同位素的概念及性质；二是原子结构及各粒子“
2、量”之间的关系；三是 8e结构判断及等电子微粒的判断及应用，如 10e、18e微粒。考点一 原子构成 同位素Z 知识梳理hi shi shu li1原子的构成原子AZX原子核质子_Z_个每个质子带一个单位_正_电荷相对质量约为_1_中子_AZ_个中子_不带_电相对质量约为_1_核外电子_Z_个围绕原子核做高速运动每个电子带一个单位_负_电荷相对质量约为一个质子中子的 11836(1)决定元素种类的是_质子数(核电荷数)_。(2)决定元素化学性质的是_最外层电子数_。(3)决定原子种类的是_质子数和中子数_。(4)决定原子相对质量的是_质子数和中子数_。2原子结构中微粒之间的关系(1)AZX 中
3、，质子数(Z)_核电荷数_核外电子数_(2)质量数(A)_质子数_(Z)_中子数_(N)(3)阳离子AZXn的核外电子数质子数_阳离子所带的电荷数_Zn_(4)阴离子AZXm的核外电子数质子数_阴离子所带的电荷数_Zm_3一个信息丰富的符号4元素、核素、同位素、同素异形体(1)同素异形体。同种元素组成的不同_单质_，比如白磷与红磷，石墨、金刚石与 C60，O2 与 O3 等。(2)元素、核素、同位素。关系图示：同位素的特征。相同存在形态的同位素，化学性质_相同_，物质性质_不同_。天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数一般_保持不变_。常见的重要核素及其应用。核素23592U_146C_21
4、H31H188O用途核燃料用于考古断代制_氢弹_示踪原子5.“四量”比较原子质量原子的相对原子质量元素的相对原子质量质量数定义指某元素某种核素的一个原子的真实质量一个原子的真实质量与一个_12_6C 原子质量_的 112的比值该元素各种核素原子的相对原子质量与其在自然界中所占原子个数百分比的乘积之和一 个 原 子 核 内_ 质 子 数 _ 与_ 中 子 数 _ 之和实例一个 16 8O 原子的质量是 2.6571026 kg16 8O 的相对原子质量约为 16Ar Ar1a%Ar2b%(其 中 a%b%1)18 8O 的质量数为 18备注某核素的质量数可视为该核素的近似相对原子质量X 小题速练
5、iao ti su lian1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。导学号 50812332(1)中子数为 10 的氧原子：108O()(2)质子数为 17、中子数为 20 的氯原子：2017Cl()(3)3517Cl 与3717Cl 得电子能力相同()(4)质子数为 35、中子数为 45 的溴原子：8035Br()(5)所有的原子中都含有质子和中子。()(6)2H核外电子数为 2。()(7)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。()(8)H3O和 OH中具有相同的质子数和电子数。()(9)质子数就是元素的相对原子质量。()(10)核聚变如21H31H42He
6、10n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。()2问题思考：导学号 50812333(1)11H、21H、31H 与 16O、17O、18O 能组成_18_种不同的水分子？(2)有 5 种单核粒子，它们分别是4019 、4018 、4019 、4020 2、4120 (“”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有_3_种。(3)1H、2H、3H 三种微粒都属于_氢元素_，因为它们是具有相同_质子数_的同一类原子。(4)在11H、21H、31H、126C、136C、146C、147N、157N 中，核素、元素的种数分别为_8_种、_3_种。(5)126C、136C、146C 的关系为_同位
7、素_，因为它们是具有_相同的质子数和不同的中子数_的同一元素的不同原子，它们的化学性质几乎完全相同。题组一 原子中各种微粒数目之间的关系及计算1(2018陕西西安期末)YBa2Cu8Ox(Y 为元素钇)是磁悬浮列车中的重要超导材料，关于8939Y 的说法中正确的是 导学号 50812334(B)A.8939Y 的质子数与中子数之差为 50B.8939Y 和9039Y 互为同位素C.8939Y 和9039Y 的核外电子数不相等D.8939Y 和9039Y 是钇元素的两种不同的核素，具有不同的化学性质解析 中子数893950，中子数与质子数之差503911，故 A 错误；8939Y 和9039Y
8、是质子数相同、中子数不同的同种元素的不同核素，互为同位素，故 B 正确；8939Y 和9039Y质子数相同，核外电子数相同，故 C 错误；8939Y 和9039Y 具有相同的化学性质，故 D 错误。2(2018山东潍坊检测)某元素的一种核素 X 的质量数为 A，含 N 个中子，它与 1H 原子组成 HmX 分子，在 a g HmX 中所含质子的物质的量是 导学号 50812335(A)A.aAm(ANm)mol BaA(AN)molC.aAM(AN)mol DaA(ANm)mol解析 X 原子的质子数为(AN)，一个 HmX 分子中所含的质子数为(ANm)，HmX的摩尔质量为(Am)gmol1
9、，所以 a g HmX 中所含质子的物质的量为aAm(ANm)mol。萃取精华：(1)并不是所有的原子都由质子和中子构成，如11H 中不含中子。(2)质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如 Ne 和 H2O。(3)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。(4)核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如 Al3和 Na、F等，NH4 和 OH等。题组二 核素与同位素3(2018安徽合肥期末)最近医学界通过用放射性 14C 标记 C60，发现一种 C60 的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂 DNA 杀死细胞，从而抑制艾滋病(AIDS)。下列有关 14C 的叙述正
10、确的是 导学号 50812336(D)A14C 与 C60 中普通碳原子的化学性质不同B14C 与 14N 含的中子数相同C14C 是 C60 的同素异形体D14C 与 12C 互为同位素解析 14C 与 C60 中普通碳原子，为同种元素的原子，其化学性质相同，A 错误；14C的中子数为 1468,14N 的中子数为 1477，B 错误；14C 是原子，不是单质，与 C60 不是同素异形体，C 错误；14C 与 12C 的质子数均为 6，中子数分别为 8、6，二者互为同位素，D 正确。4(2018经典习题选萃)下列说法正确的是 导学号 50812337(C)1H、2H、3H 为三种不同的核素1
11、H、2H、3H 互为同位素1H、2H、3H 互为同素异形体114 号元素位于周期表第七周期A 族氢元素质量数为 1同位素的“同位”指核素的质子数相同，在元素周期表中占相同的位置互为同位素的原子性质相同A BC D解析 1H、2H、3H，质子数均为 1，中子数分别为 0、1、2，是氢元素的三种不同的核素，故正确；1H、2H、3H 是氢元素的三种不同的核素，互为同位素，故正确；1H、2H、3H 是三种不同的核素，不是单质，因此不是同素异形体，故错误；114 号元素位于周期表第七周期A 族，故错误；质量数是指某种原子的质子数与中子数之和，对元素无意义，错误；同位素的“同位”指核素的质子数相同，在元素
12、周期表中占相同的位置，故正确；互为同位素的原子化学性质相同，物质性质不同，故错误。萃取精华：(1)一种元素可以有若干种不同的核素，也可以只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。因此，原子的种类大于元素的种类。(2)同位素的研究对象是原子，“同位”是指同一种元素的几种核素在元素周期表中的位置相同，即质子数相同，中子数不同；同素异形体的研究对象为单质，“同素”是指元素种类相同。(3)2H2 和 3H2 既不是同位素，也不是同素异形体，是同种物质。(4)核聚变、核裂变属于核反应，既不是物理变化，也不是化学变化。(5)同位素的“6 同 3 不同”(辨析点)题组三 相对原子质量的概念辨析5(2018天
13、津高三检测)铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。元素周期表中的铟的数据如图，下列说法中完全正确的是 导学号 50812338(D)49 In 铟 5s25p1 114.8A铟元素的质量数是 114.8B铟元素的相对原子质量是 114C铟元素是一种副族元素D铟原子最外层有 3 个电子解析 该元素的原子序数为 49，位于第五周期，第A 族和 Al 处于同一主族，故 D正确。6(2018河北衡水检测)已知硒酸钠中各元素的质量分数为 Naa、Seb，其余为氧；硫酸钠中各元素的质量分数为 Nac、Sd，其余为氧。用以上数据测定 Se 元素的相对原子质量时，还需要用到的数据是 导学号 50812339(B
14、)ANa 元素的相对原子质量BS 元素的相对原子质量CO 元素的相对原子质量DSe 元素各同位素的丰度解析 M(Na2SeO4)MSeb，M(Na2SO4)MSd，MSebMSd M(Se)M(S)，所以M(Se)MSebMSd M(S)，只要知道 S 元素的相对原子质量，就可以求得 Se 元素的相对原子质量。考点二 原子核外电子排布的规律Z 知识梳理hi shi shu li1电子的运动特征运动速度_很快_，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定_速度_和_位置_，不能描绘_运动轨迹_。2电子层的表示方法及能量变化3核外电子排布规律4核外电子排布的表示方法(原子或离子结构示意图)5核外电子
15、排布与元素性质的关系(1)金属元素原子的最外层电子数一般小于 4，较易_失去_电子，形成阳离子，表现出_还原_性，在化合物中显正化合价。(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于 4，较易_得到_电子，活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。(3)稀有气体元素的原子最外层为 8 电子(氦为 2 电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为 0 价。6120 号元素原子核外电子排布的特点与规律(1)原子核中无中子的原子：11H。(2)最外层只有一个电子的原子：H、Li、Na、K；最外层有两个电子的原子：He、Be、Mg、Ca。(3)最外层电子数等于次外层电子数的原子：Be、
16、Ar；最外层电子数是次外层电子数 2 倍的原子：C；最外层电子数是次外层电子数 3 倍的原子：O。(4)电子层数与最外层电子数相等的原子：H、Be、Al；最外层电子数是电子层数 2 倍的原子：He、C、S；最外层电子数是电子层数 3 倍的原子：O。(5)次外层电子数是最外层电子数 2 倍的原子：Li、Si。(6)内层电子总数是最外层电子数 2 倍的原子：Li、P。7核外等电子微粒(1)10 电子微粒。10 电子微粒间的转化。若 A、B、C、D 均为 10 电子微粒，且它们之间存在如图转化：图中的常见转化一定是 NH4 OHNH3H2O，即 A 为 NH4、B 为 OH、C 为NH3、D 为 H
17、2O。(4)18 电子微粒。“双九”微粒。F、OH、NH2、CH3 的相互组合，如：F2、H2O2、N2H4、C2H6、CH3F、CH3OH、CH3NH2X 小题速练iao ti su lian1判断正误，正确的画“”，错误的画“”。导学号 50812340(1)M 层是最外层时，最多能容纳 18 个电子()提示：最外层最多只能容纳 8 个电子。(2)原子最外层电子数相同的元素，其化学性质一定相似()提示：由 H、Na 可知错误。(3)地壳中含量最多的金属元素为 O()提示：“金属元素”，O 不属于金属元素。(4)LiCl 中各原子均满足 8 电子的稳定结构()提示：15 号元素原子 H、He
18、、Li、Be、B 与其他原子结合后，一定达不到 8 电子稳定结构，所在判断最外层是否达到 8 电子结构时，一定要注意这几种原子。(5)最外层有 5 个电子的原子都是非金属原子。()(6)核外电子排布相同的微粒化学性质也相同。()(7)NH4 与 PH3 均是 10 电子微粒。()2下图为几种粒子结构示意图，完成以下填空。导学号 50812341 (1)属于阳离子结构的粒子是_(填编号，下同)。(2)具有稳定性结构的原子是_。(3)只能得电子的粒子是_；只能失电子的粒子是_；既能得电子，又能失电子的粒子是_。3按要求填空(均为短周期元素)。导学号 50812342(1)最外层电子数为 1 的元素
19、有_H、Li、Na_(填元素符号，下同)。(2)最外层电子数为 2 的元素有_He、Be、Mg_。(3)最外层电子数与次外层电子数相等的元素有_Be、Ar_。(4)最外层电子数是次外层电子数 2 倍的元素是_C_。(5)最外层电子数是次外层电子数 3 倍的元素是_O_。(6)次外层电子数是最外层电子数 2 倍的元素有_Li、Si_。(7)内层电子总数是最外层电子数 2 倍的元素有_Li、P_。(8)电子层数与最外层电子数相等的元素有_H、Be、Al_。(9)最外层电子数是电子层数 2 倍的元素有_He、C、S_。(10)最外层电子数是电子层数 3 倍的元素有_O_。4已知某粒子的结构示意图为。
20、试回答：导学号 50812343(1)当 xy10 时，该粒子为_原子_(填“原子”“阳离子”或“阴离子”)。(2)当 y8 时，粒子可能为(填粒子符号)_Ar_、_Cl_、_S2_、_K_、_Ca2_。(合理即可)(3)写出 y3 与 y7 的元素最高价氧化物对应水化物间发生反应的离子方程式：_Al(OH)33H=Al33H2O_。题组一 核外电子排布规律1(2018试题调研)在第 n 电子层中，当它作为原子的最外层时，容纳电子数最多与(n1)层相同；当它作为原子的次外层时，其电子数比(n1)层多 10 个，则此电子层是导学号 50812344(C)AK 层 BL 层 CM 层 DN 层解析
21、 原子最外层(第 n 电子层)最多容纳电子数是 8 个，即第(n1)层容纳 8 个电子，那么第(n1)层为 L 层，第 n 电子层为 M 层；再对照 M 层作为次外层时最多可容纳 18 个电子，比 L 层多 10 个电子。2(2018经典习题选萃)两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前 10 号元素中，满足上述关系的元素共有 导学号 50812345(B)A1 对 B2 对 C3 对 D4 对解析 前 10 号元素的核外电子层数与最外层电子数分别为：1H：1,1；2He；1,2；3Li：2,1；4Be：2,2；5B：2,3；6C：2,4；7N：2,5；8O：2,6
22、；9F：2,7；10Ne：2,8。核外电子层数之比与最外层电子数之比相同的为 H 和 Be(11)与 He 和 C(12)，共 2 对，B 项符合题意。题组二 根据核外电子排布推断元素3(2018山东滨州高三检测)两种元素原子 X 和 Y，X 原子的 M 层比 Y 原子的 M 层少3 个电子，Y 原子的 L 层电子数恰好是 X 原子 L 层电子数的两倍，则 X、Y 分别是导学号 50812346(D)A硅原子和钠原子 B硼原子和氮原子C氮原子和碳原子 D碳原子和铝原子解析 由于 Y 原子的 M 层电子比 X 原子的 M 层电子多 3 个电子，说明 Y 的 M 层电子数至少有 3 个，那么 Y
23、的 L 层必定有 8 个电子，则 X 的 L 层只有 4 个电子，M 层无电子。由此推出 Y 的核外电子总数为 13，X 的核外电子总数为 13，X 的核外电子总数为 6。所以X、Y 的核电荷数分别是 6 和 13，即为碳原子和铝原子，D 项正确。4(2018山东潍坊检测)短周期主族元素 W、X、Y、Z 原子序数依次增大。W 原子的最外层电子数是 X 原子最外层电子数的两倍，质子数比 X 原子少 5 个，Y 原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，Z 和 W 在同一主族。下列说法正确的是 导学号 50812347(C)A原子半径：WXYZBX、Y、Z 单质的熔点：ZYXC简单气态氢化物的热稳定
24、性：YZWDZ 元素的最高价氧化物对应水化物的分子中存在非极性共价键解析 W 原子的最外层电子数是 X 原子最外层电子数的两倍，质子数比 X 少 5，则应为第二周期元素，X 为第三周期元素，设 W 的最外层电子数为 2x，则 X 的最外层电子数为 x，则有(28x)522x，x3，则 W 的原子序数为 8，为 O 元素；X 的原子序数为 13，为 Al 元素；Z 和 W 在同一主族，则 Z 为 S 元素；Y 原子的最外层电子数是次外层电子数的一半，且 Y 的原子序数大于 O，所以 Y 为 Si。原子半径：WZYX，故 A 错误；单质的熔点：SAlSi，故 B 错误；元素的非金属性越强，其简单气
25、态氢化物越稳定，则简单气态氢化物的热稳定性：YZSOH，C 项正确；H2S 在溶液中部分电离而使溶液呈弱酸性，D 项正确。6 (2018 东 北 三 省 四 市 联 合 体 一 模)现 有 部 分 元 素 的 原 子 结 构 特 点 如 表：导学号 50812349XL 层电子数是 K 层电子数的 3 倍Y核外电子层数等于原子序数ZL 层电子数是 K 层和 M 层电子数之和W最外层电子数是次外层电子数的 2.5 倍(1)画出 W 原子结构示意图_。(2)元素 X 与元素 Z 相比，非金属性较强的是_氧_(填元素名称)，写出一个能表示 X、Z 非金属性强弱关系的化学反应方程式_2H2SO2=2H
26、2O2S(其他合理答案亦可)_。(3)X、Y、Z、W 四种元素形成的一种离子化合物，其水溶液显强酸性，该化合物的化学式为_NH4HSO4_。(4)元素 X 和元素 Y 以原子个数比 1：1 化合形成的化合物 Q，元素 W 和元素 Y 化合形成的化合物 M，Q 和 M 的电子总数相等。以 M 为燃料，Q 为氧化剂，可作火箭推进剂，最终生成无毒的，且在自然界中稳定存在的物质，写出该反应的化学方程式_N2H42H2O2=点燃 N24H2O_。解析 X 元素原子的 L 层电子数是 K 层电子数的 3 倍，根据核外电子排布规律，可知 L 层为 6 个电子，所以 X 为氧元素。Y 元素原子的核外电子层数等
27、于原子序数，Y 只能是氢元素。Z 元素原子的 L 层电子数是 K 层和 M 层电子数之和，L 层有 8 个电子，则其 M层电子数为 6，所以 Z 是硫元素。W 元素原子的最外层电子数是次外层电子数的 2.5 倍，其次外层只能是 K 层有 2 个电子，所以 W 为氮元素。(2)能说明氧元素比硫元素非金属性强的事实很多，但是单质之间的置换反应生成 S 比较直观。(3)H、N、O、S 四种非金属元素形成离子化合物只能是铵盐，其水溶液显强酸性应是强酸的酸式盐，因为铵盐水解酸性不如其酸式盐溶液酸性强，故应为 NH4HSO4。(4)H 和 O 按原子个数比 11 化合形成的化合物为H2O2 共有 18 个
28、电子，则 H 和 N 形成的 18 电子微粒只能是 N2H4，根据信息写出方程式即可。题组三 等电子粒子的判断与应用7(2018经典习题选萃)下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是 导学号 50812350(D)AH3O和 OH BCO 和 N2CHNO2 和 NO2 DCH3 和 NH4解析 H3O的电子数为 11110，OH的电子数为 9110，故 A 不符合题意；CO 的电子数为 14，N2 的电子数为 14，故 B 不符合题意；HNO2 的电子数为 24，NO2 的电子数为 14，故 B 不符合题意；HNO2 的电子数为 24，NO2 的电子数为 23124，故 C 不符合题意；CH3
29、 的电子数为 918，NH4 的电子数为 11110，电子数不同，故 D 符合题意。8(2018佛山模拟)设 X、Y、Z 代表元素周期表中前四周期的三种元素，已知 X和 Y具有相同的电子层结构；Z 元素的原子核内质子数比 Y 元素的原子核内质子数少 9；Y 和Z 两种元素可形成含 4 个原子核、42 个电子的负一价阴离子。下列说法不正确的是导学号 50812351(D)A元素 Z 的简单氢化物分子中含有 10 个电子B元素 Y 的气态氢化物分子中含有 18 个电子C元素 Z 与元素 X 形成的化合物 X2Z 中离子都达到稳定结构D元素 Y、Z 组成的化合物属于离子化合物解析 由 X和 Y具有相
30、同的电子层结构知 X和 Y的最外层都有 8 个电子，推知 X为A 族元素，Y 为A 族元素；又因 Z 元素的原子核内质子数比 Y 元素的原子核内质子数少 9，故 Y 为氯、Z 为氧、X 为钾。水分子中含有 10 个电子，氯化氢分子中含有 18 个电子，K2O 中的钾离子、氧离子均达到最外层 8 电子稳定结构，氯、氧元素组成的化合物为共价化合物，故选 D。9(2018山东潍坊高三检测)A、B、C、D、E 五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有 10 个电子，已知：导学号 50812352AC=DE；BC=2D。请回答：(1)C离子的电子式是_OH_。(2)分别写出 A和 D 反应、B和 E 反应
31、的离子方程式_NH4 H2ONH3H2OH_、_H3ONH3=NH4 H2O_。(3)除 D、E 外，请再写出两种含 10 个电子的分子的分子式_CH4、Ne_。(4)除 A、B外，请再写出两种含 10 个电子的阳离子_Na、Mg2_。解析 本题中五种粒子均有 10 个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物知识可知，10 电子的粒子中，原子有 Ne；阴离子有 N3、O2、F、OH、NH2，阳离子有Na、Mg2、Al3、NH4、H3O；分子有 CH4、NH3、H2O、HF。根据题意有：AC=DE，推知 A应为 NH4、C为 OH、D 为 H2O、E 为 NH3，将其结果代入BC=2D，推知
32、B应为 H3O。10(2018山东潍坊高三检测)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)：导学号 50812353(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_HOH_。(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：A 与 B 在溶液中反应的离子方程式为_HSOH=S2H2O_。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_OHS2_(用化学式或离子符号表示)。要点速记：1牢记的一个符号：AZXab。A 表示质量数，Z 表示质子数，X 表示元素符号，m 表示化合价数，a 表示电荷数，b 表示粒子中所含原子数。2熟记“两素”“三同”：元素、核素；同位素、同素异形体、同分异构体。3理解三条原子核外电子排布的规律(1)能量最低原则。(2)每层最多容纳 2n2 个电子。(3)最外层电子数不超过 8(K 层为最外层不超过 2)，次外层电子数不超过 18，倒数第三层电子数不超过 32。4掌握原子中的两个关系(1)质子数核电荷数核外电子数原子序数(2)质量数(A)质子数(Z)中子数(N)