高中化学第一节 原子结构与元素周期表第1课时学案设计

这是一份高中化学第一节 原子结构与元素周期表第1课时学案设计，共20页。学案主要包含了原子的构成粒子及其定量关系，核外电子排布等内容，欢迎下载使用。

一、原子的构成粒子及其定量关系
1．原子构成：
原子 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原子核\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(质子（相对质量近似为1，带1个单位正电荷）,中子（相对质量近似为1，不带电）)),核外电子（质量可忽略，带1个单位负电荷）))
在原子中，原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数，所以整个原子不显电性。
2．质量数：
(1)概念：质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫作质量数。
(2)关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
二、核外电子排布
1．电子层：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。我们把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作电子层。
2．不同电子层的表示及能量关系：
3.电子分层排布：
(1)能量最低原理
核外电子总是优先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外排布在能量逐步升高的电子层里，即按K→L→M→N……顺序排列。
(2)电子层最多容纳的电子数
①第n层最多容纳2n2个电子。如K、L、M、N层最多容纳电子数分别为2、8、18、32。
②最外层电子数目最多不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个)。
③次外层最多能容纳的电子数不超过18个。
1．判断下列说法是否正确：
(1)原子核由质子和中子构成，质子带正电荷，中子带负电荷( × )
提示：质子带正电荷，中子不带电荷。
(2)稀有气体元素的原子最外层都有8个电子( × )
提示：He原子核外电子只有一层(K层)，有2个电子。
(3)中子数＝质量数－质子数( √ )
提示：质量数＝中子数＋质子数。
(4)O与O2－的质子数相同，核外电子数不同( √ )
提示：氧原子得到2个电子形成O2－，它们的质子数相同，核外电子数不同。
2．教材中描述“电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层”，当M层有电子时，K、L层是否一定充满电子？
提示：当M层有电子时，K、L层一定充满电子，如硫原子K层必须充满两个电子后，再在L层填充8个电子，M层上才能填充6个电子。
3．生物体在生命存续期间保留的一种碳原子——C­14会在其死亡后衰变，测量考古遗址中发现的遗物里C­14的数量，可以推断出它的存在年代。
你知道C­14的“14”是什么含义吗？这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少？
提示：C­14的“14”是指这种碳原子的质量数为14，此碳原子的质子数为6，核外电子数＝质子数＝6，中子数＝质量数－质子数＝8。
探究原子构成离子及其定量关系
人类在很长的一段时间内一直认为原子是组成物质的最小粒子，对原子结构的探究也是经历了相当长的过程。
1904年，约瑟夫·约翰·汤姆孙提出了“葡萄干布丁模型”：原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”，故名“葡萄干布丁模型”。
1911年卢瑟福在曼彻斯特大学做放射能实验时，用带正电荷的α射线轰击金箔，他和他的助手发现向金箔发射带正电的α射线微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊，使他们对“葡萄干布丁模型”产生了怀疑。
探究原子构成离子及其定量关系
1．卢瑟福用α射线轰击金箔，绝大多数的α粒子直穿过薄金箔，但有少数α粒子方向偏转，极少数的α粒子被弹回，试用原子的结构解释此现象。
提示：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子绕核旋转，α粒子撞击到原子核会被弹回，距离原子核较近的α粒子受同种电荷的斥力方向偏转。
2．月球上含有核电荷数为12的镁原子，其质子数是多少？核外电子数是多少？原子中质子数、核外电子数之间有何关系？
提示：镁原子的质子数为12，核外电子数为12。原子中，质子数＝核外电子数。
1．原子的构成微粒及作用：
2．原子的构成微粒间的数目关系：
(1)电中性原子
(2)带电原子——离子的电子数目计算
【思考讨论】
根据元素的原子序数可推知原子的哪些数据？
①质子数 ②中子数 ③质量数 ④核电荷数
⑤核外电子数
提示：①④⑤。元素的原子序数＝质子数＝核电荷数＝核外电子数，质量数＝质子数＋中子数，所以由原子序数可以推知原子的质子数、核电荷数、核外电子数。
【典例】法国科学家发现一种只有四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，也有人称之为“零号元素”。下列有关“四中子”粒子的说法不正确的是( )
A．该粒子不显电性
B．该粒子的质量数为4
C．该粒子为4号元素
D．该粒子的质量比氢原子大
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：
(1)原子中各微粒的带电情况；
(2)原子中质量数与中子数的关系。
【解析】选C。“四中子”粒子中没有带电荷的微粒，所以该粒子不显电性，A正确；一个中子的相对质量是1，所以“四中子”的质量数为4，B正确；“四中子”粒子中没有质子，所以不能说是几号元素，C错误；质量数反映了微粒的相对质量大小，由于“四中子”质量数比氢原子大，所以该粒子的质量比氢原子大，D正确。

(1)如果将题目中的粒子中的四个中子改为两个中子、两个质子，且该粒子还是电中性，则该粒子是否具有电子？(关键能力—分析与推测)
提示：两个质子带两个单位的正电荷，如果该粒子是电中性，还应该有两个电子。
(2)科学家还发现一种中子数为9的氧原子，它的质量数为多少？核外电子数为多少？(关键能力—分析与推测)
提示：17 8。
【规律方法】原子结构的特殊点：
(1)原子的质量主要集中在原子核上；
(2)原子中既有正电荷，又有负电荷，但整个原子不显电性；
(3)原子在化学变化中不可再分，但在其他变化中仍然可以再分；
(4)核电荷数(质子数)＝核外电子数，只适用于原子和分子。
(双选) eq \\al(\s\up1(90),\s\d1(38)) Sr常用于放射性同位素电池。下列关于 eq \\al(\s\up1(90),\s\d1(38)) Sr的说法正确的是( )
A．电子数为38 B．质子数为52
C．中子数为38 D．质量数为90
【解析】选A、D。 eq \\al(\s\up1(90),\s\d1(38)) Sr的质子数为38，电子数为38，质量数为90，中子数为90－38＝52。
【拔高题组】
1.原子的构成示意图如图，下列叙述正确的是( )

A．原子是实心球体
B．质子、中子、电子均匀分布在原子中
C．质子与电子质量相等
D．整个原子的质量主要集中在原子核上
【解析】选D。原子不是实心的球体，故A错误；正中央有原子核，核外有电子围绕原子核运动，故B错误；一个电子的质量约为一个质子质量的 eq \f(1,1 836) ，故C错误；整个原子的大部分质量集中在原子核上，原子核中有质子和中子，质子数＝核电荷数＝电子数，电子质量很少，忽略不计，故D正确。
2．(2021·天津西青区高一检测)下列说法中正确的是( )
A．有一种氢原子中的原子核中有2个中子，1个质子，则其质量数为3
B．钠原子和钠离子质量相差很大
C．在原子中质子数一定等于中子数
D．所有的原子都是由质子、中子、电子构成
【解析】选A。质量数＝质子数＋中子数，故A正确；钠原子失去1个电子形成钠离子，电子的质量很小，可以忽略，所以钠原子和钠离子的质量几乎相等，故B错误；在原子中质子数不一定等于中子数，例如 eq \\al(\s\up1(23),\s\d1(11)) Na中质子数就不等于中子数，故C错误；并不是所有的原子都是由质子、中子、电子构成，例如 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1)) H中不含有中子，故D错误。
3．科学家已研究出高能微粒N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) ，则N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 的结构可能是( )
A．N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 是由5个氮原子构成的单质
B．N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 中只有质子，没有中子和电子
C．每个N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 中含有35个质子和34个电子
D．N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 中含有35个质子和35个电子
【解析】选C。由离子符号知，N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 是一种离子，而不是单质，故A项错误；氮原子中含有质子、中子和电子，N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 是N5失去一个电子得到的微粒，含有质子、中子和电子，故B项错误；氮原子质子数和电子数均为7，N5的质子数和电子数均为35，N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 是N5失去一个电子得到的微粒，所以每个N eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(5)) 中含有35个质子和34个电子，故C项正确，D项错误。

科学家通过粒子加速器获得了6个非常罕见的铁(26号元素)原子，该铁原子的质量数为45。接着，科学家又使用特制的测量仪器观测到，这6个原子中有4个发生了衰变，这一实验证实了曾经预言的双质子衰变方式，即有一个原子同时变出两个质子的衰变方式。
(1)该铁原子的核内中子数是多少？该原子的核外电子数是多少？
提示：铁元素为26号元素，中子数＝质量数－质子数＝45－26＝19，核外电子数＝质子数＝26。
(2)该铁原子的衰变是化学变化吗？说明理由。
提示：不是。化学变化中原子种类不变，即原子所含质子数不变，衰变时质子数减少，故衰变不属于化学变化。
(3)通过粒子加速器发现了一种钕原子，其核外电子数是60，相对原子质量是144，则该钕原子的中子数是多少？
提示：84。因为相对原子质量≈质量数＝质子数＋中子数，质子数＝原子的核外电子数＝60，所以该钕原子的中子数是144－60＝84。
核外电子排布规律
月球一直保持着神秘的色彩，其也伴随了地球数十亿年。月球也是太阳系中最大的卫星之一，很多专家也始终认为月球约在45亿年前形成。自2013年12月14日月面软着陆以来，我国嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。其拍摄的月面照片是人类时隔40多年首获最清晰的月面照片，其中包含大量科学信息。
已知存在于月球表面的元素包括氧(O)、硅(Si)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、铝(Al)、锰(Mn)和钛(Ti)。其中最丰富的是氧、铁和硅。氧含量估计为45%(按重量计)，碳(C)和氮(N)似乎仅存在于来自太阳风沉积的痕量。
探究核外电子排布规律
1．月球中含有丰富的铝元素。
(1)该原子的核外电子中能量最低的电子层是K层，有2个电子。
(2)铝原子的13个电子在核外应该怎么排布？
提示：K层2个，L层8个，M层3个。
(3)根据初中所学，画出铝原子的原子结构示意图。
提示：。
2．按照电子排布规律，钙原子核外共有20个电子，M电子层最多可容纳18个电子，某同学认为钙原子的核外电子排布应该为K层2个，L层8个，M层10个。这种排布是否正确？若不正确，应该怎么排布？
提示：若钙原子的M层排布10个电子，此时M层就成为最外层，这与电子排布规律中“最外层上排布的电子数不能超过8个”相矛盾。电子排布应为K层2个，L层8个，M层8个，N层2个。
3．月球中所含的铝元素失去电子变为带三个单位正电荷的Al3＋。原子与其形成的离子之间既有相同之处，又有不同之处。原子和离子微粒间的数量关系：
(1)原子：核外电子数＝质子数＝核电荷数，如N原子：。
(2)阳离子：核外电子数＝质子数－所带电荷数，如Na＋：。
(3)阴离子：核外电子数＝质子数＋所带电荷数，如S2－：。
1．原子核外电子排布规律及其之间的关系：
2．原子核外电子排布的表示方法：
①原子结构示意图
粒子符号―→Na
②离子结构示意图
【思考讨论】
氖气(Ne)是一种无色、无味、非易燃的稀有气体。通常氖可以作为彩色霓虹灯的充装气体用于户外广告显示；此外，它还可用于可视发光指示灯、电压调节，以及激光混合气成分。核外电子排布与Ne原子相同的阳离子有哪些？
提示：Na＋、Mg2＋、Al3＋。
【典例】(双选)下列说法正确的是( )
A．某微粒核外电子排布为2、8、8结构，则该微粒一定是氩原子
B．最外层电子达到稳定结构的微粒只能是稀有气体的原子
C．F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋是与Ne原子具有相同电子层结构的离子
D．某元素原子的最外层只有2个电子，则该元素不一定是金属元素
【解题指南】解答本题需要注意理解以下两个方面：
(1)阴阳离子的核外电子排布有可能与惰性气体原子相同。
(2)金属元素原子的最外层电子数目小于4，但最外层电子数目小于4的原子不一定是金属元素的原子。
【解析】选C、D。电子排布为2、8、8结构的微粒还可能为S2－、Cl－等，A项错误；O2－、F－、Cl－、Li＋、Na＋、Mg2＋等微粒最外层电子数均达到了稳定结构，B项错误；F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋核外电子排布均为2、8结构，与Ne原子的电子层结构相同，C项正确；He原子的最外层只有2个电子，但He元素是稀有气体元素，D项正确。

(1)某原子核外电子排布为2、7结构，该原子是什么原子？(关键能力—分析与推测)
提示：F原子。核外电子总数为9，质子数＝核外电子数＝9，为F原子。
(2)该原子在化学反应中易得电子还是易失电子？(关键能力—分析与推测)
提示：F原子最外层电子数目为7，在化学反应中易得到一个电子。
(3)写出该元素与钠元素组成化合物的化学式。(关键能力—归纳与论证)
提示：NaF。F原子最外层电子数目为7，在化学反应中易得到一个电子，F元素在化合物中的化合价为－1价，Na在化合物中的化合价为＋1价。
【规律方法】原子核外电子排布规律的应用
1．确定元素的种类
根据原子核外电子排布的某些特点可以确定元素的种类，注意1～20号元素原子结构的特殊关系。
2.推断元素的性质
【误区警示】
(1)核外电子排布的规律是相互联系的，不能孤立地理解，如当M层不是最外层时，最多可以排布18个电子，而当它是最外层时，最多可以排布8个电子。
(2)电子不一定排满M层才排N层，如Ca的核外电子排布情况为。
某元素的原子核外有三个电子层，M层的电子数是L层电子数的 eq \f(1,2) ，则该元素的原子是( )
A．Li B．Al C．Si D．K
【解析】选C。三个电子层即K、L、M，K层2个电子，L层8个电子，可知M层4个电子，该元素的核外电子排布为2、8、4，是Si元素。
(2021·嘉兴高一检测)有A、B、C三种元素，核电荷数均小于18。已知A元素原子的核电荷数大于B元素原子的核电荷数，但两种元素的原子具有相同数目的电子层，A元素最外层电子数为B元素的两倍，A元素原子第三层电子数为第一层电子数的三倍，C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍，其质子数为最外层电子数的6倍。请回答下列问题：
(1)A的原子结构示意图：__________________________________________；
A元素的名称：___________________________________________________。
(2)B的原子结构示意图：____________________________________________；
B元素的名称：___________________________________________________。
(3)C的离子结构示意图：_____________________________________________；
C元素的符号：____________________________________________________。
【解析】因为最内层最多容纳2个电子，又已知A元素第三层电子数是第一层电子数的3倍，所以第三层电子数为2×3＝6，则A为硫。B元素最外层的电子数为6÷2＝3，则B为铝。已知C元素原子的核电荷数是电子层数的4倍，质子数为最外层电子数的6倍，4与6的最小公倍数为12，可见该元素原子的核内质子数应为12的倍数，又因为核电荷数小于18，故为Mg元素。
答案：(1) 硫 (2) 铝
(3) Mg
【拔高题组】
1．下列数字为几种元素原子的核电荷数，其中原子核外最外层电子数最多的是( )
A．8 B．19 C．16 D．9
【解析】选D。核电荷数为8的元素原子核外电子排布为2、6；核电荷数为19的元素原子核外电子排布为2、8、8、1；核电荷数为16的元素原子核外电子排布为2、8、6；核电荷数为9的元素原子核外电子排布为2、7。
2．(2021·北京海淀区高一检测)下列有关1～18号元素的原子核外电子排布规律的描述正确的是( )
A．最外层电子数为1的金属元素有3种
B．最外层电子数为2的元素一定是金属元素
C．第一电子层与第二电子层电子数之比为1∶2的元素有2种
D．最外层电子数为8的元素一定是稀有气体元素
【解析】选D。1～18号元素中最外层电子数为1的金属元素有Li和Na，共2种，A项错误；1～18号元素中最外层电子数为2的元素有He、Be和Mg，其中He是非金属元素，B项错误；1～18号元素中第一电子层与第二电子层电子数之比为1∶2的元素只有碳，C项错误；1～18号元素中最外层电子数为8的元素有Ne、Ar，均为稀有气体元素，D项正确。
1．(水平1)科学家于2000年发现了核电荷数为116的元素(Lv)。下列有关质量数为293的Lv原子的描述错误的是( )
A．质子数为116
B．中子数为177
C．电子数为116
D．原子中质子数比中子数多61
【解析】选D。原子中核电荷数＝质子数＝核外电子数＝116，该元素原子的中子数＝质量数－质子数＝293－116＝177，故A、B、C项正确；原子中中子数比质子数多61，D项错误。
【补偿训练】
下列说法正确的是( )
A．所有原子都是由质子、中子和核外电子构成的
B．只要知道粒子的质子数，就一定能确定它是什么元素
C.由于质量数＝质子数＋中子数，所以电子是没有质量的
D.分子的质子数等于该分子中各原子质子数之和
【解析】选D。有些原子没有中子，A项错；粒子可以指原子、分子、离子，B项错；电子不是没有质量，而是很小可以忽略，C项错。
2．(水平1)结构决定性质，性质体现结构，这是化学乃至自然科学的基本规律之一。下列粒子结构示意图中，表示具有稳定结构的原子是( )
【解析】选B。原子核内质子数＝核外电子数，且最外层没有形成8个电子(K层为最外层时2个电子)的稳定结构，故C错误，A、D项属于稳定结构，但表示的微粒为离子，故A、D错误，B项表示氦原子，正确。
【补偿训练】
下列是几种粒子的结构示意图，有关说法不正确的是( )
A.①和②属同种元素
B．②属于稀有气体元素
C．①和③的化学性质相似
D．④属于金属元素
【解析】选B。A项，①和②分别是O和O2－，都属于氧元素，正确；B项，②属于氧元素，不属于稀有气体元素，错误；C项，③为硫原子，①为氧原子，其最外层上均有6个电子，化学性质相似，正确；D项，④为金属元素钠，正确。
3．(双选)下列叙述正确的是( )
A．电子的能量越低，运动区域离核越远
B．核外电子的分层排布即核外电子的分层运动
C．稀有气体元素原子的最外层都排有8个电子
D．当M层是最外层时，最多可排布8个电子
【解析】选B、D。原子核外的电子的分层排布是指核外电子在不同的区域运动，能量越低的电子运动区域离核越近，A错；电子的分层排布即电子的分层运动，B正确；稀有气体元素中He的原子最外层只有2个电子，C错；M层为最外层时，最多只能排8个电子，D正确。
4．(水平2)某阳离子Mn＋ 的核外共有x个电子，核内有a个中子，则M的质量数为( )
A．a＋x－n B．a＋x＋n
C．a－x－n D．a－x＋n
【解析】选B。阳离子Mn＋的核外共有x个电子，则该微粒的质子数＝x＋n。又因为质子数＋中子数＝质量数，则质量数＝x＋n＋a。
5．(水平2)A元素的原子最外层电子数是a，次外层电子数是b；B元素的原子M层电子数是(a－b)，L层电子数是(a＋b)，则A、B两元素形成的化学式可表示为( )
A．BA B．BA2
C．B3A2 D．A2B
【解析】选B。由“M层电子数是(a－b)”得a＞b，则b＝2，则A是第二周期元素。由“L层电子数是(a＋b)”得a＝6，推知A是氧元素，B是硅元素，其氧化物的化学式为BA2(SiO2)，B正确。
6．(水平2·教材习题改编)以下是四种粒子的结构示意图：
(1)上述粒子中其单质既能与酸反应又能与碱反应的元素是________(填字母序号)，将其加入氢氧化钠溶液反应的离子方程式为_________________________。
(2)B单质与水发生反应的离子方程式为_________________________________
___________________________________________________________________。
(3)电子层结构与C相同、化学性质最稳定的元素原子的核电荷数是____________，用原子结构与元素性质的关系说明它化学性质稳定的原因__________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)在核电荷数1～10的元素内，列举两个与C的电子层结构相同的离子，写出离子的符号：________________。
【解析】四种粒子按A～D的顺序依次是C、Cl、Na＋、Al3＋，其中单质既能与酸反应又能与碱反应的元素为Al，Al能与NaOH溶液反应生成H2；Cl2能与水反应产生HCl和HClO；电子层结构与Na＋相同的原子为Ne，其最外层已达8电子稳定结构，故化学性质稳定；在核电荷数1～10的元素内，O原子的核外共有8个电子，其最外层上是6个电子，O原子得到2个电子后形成的O2－与C的电子层结构相同；F原子的核外共有9个电子，其最外层上是7个电子，F原子得到1个电子后形成的F－与C的电子层结构相同。
答案：(1)D 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋3H2↑
(2)Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO
(3)10 该原子最外层已达8电子稳定结构，故化学性质稳定
(4)O2－、F－各电
子层
由内
到外
电子层数
1
2
3
4
5
6
7
字母代号
K
L
M
N
O
P
Q
离核远近
由近到远
能量高低
由低到高
离子
核外电子排布特点
举例
阳离子
与上周期的稀
有气体排布相同
阴离子
与同周期的稀
有气体排布相同
特殊关系
元素
最外层电子数等于次外层电子数的一半
Li、Si
最外层电子数等于次外层电子数
Be、Ar
最外层电子数等于次外层电子数的2倍
C
最外层电子数等于次外层电子数的3倍
O
最外层电子数等于次外层电子数的4倍
Ne
最外层电子数等于电子层数
H、Be、Al
最外层有1个电子
H、Li、Na、K
最外层有2个电子
He、Be、Mg、Ca
内层电子数之和是最外层电子数2倍的元素
Li、P
电子总数为最外层电子数2倍的元素
Be
元素
最外层
电子数
得失电
子能力
化学性质
主要化合价
稀有气
体元素
8(He
为2)
一般不易
得失电子
较稳定，一般不
参与化学反应
金属
元素
＜4
易失
电子
金属性
只有正
价，一般是
＋1→＋3
非金
属元素
≥4
易得
电子
非金
属性
既有正价
又有负价