高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表课时作业

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第一节 原子结构与元素周期表
第1课时 原子结构
课程学习目标
1．回顾初中所学原子结构知识，了解核外电子能量高低与分层排布的关系。
2．依据稀有气体元素原子的电子排布，总结出核外电子排布规律，学会书写简单原子的原子结构示意图。
学科核心素养
通过对“原子结构”的学习，培养微观探析、证据推理和模型认知的意识和习惯。
【知识回顾】【】
1．元素是具有相同__核电荷数__(即__质子数__)的同一类原子的总称。
2．原子中的质子数＝__核电荷数__＝__核外电子数__。
3．镁、铝、硫、氯的原子结构示意图分别为：
____、____、____、____。
4．什么核外电子排布结构是稳定的结构？
__最外层达到8电子(只有1层电子时是2电子)结构。__
【新知学习】
一．原子的组成
1.原子是由居于原子中心的带正电的 原子核 和核外带负电的 核外电子 构成的。
原子核由 质子 和 中子 构成。
2.构成原子的粒子及其性质
思考：（1）从表格得出原子的质量主要取决于哪些微粒？
原子的质量主要集中在 原子核 ，质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将核内所有 质子和中子的数目和 叫做质量数。
（2）构成原子的微粒间的两个关系
①质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N）
②质子数＝核外电子数＝核电荷数＝原子序数
二．核外电子的分层排布
在多电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动，在离核较近的区域内运动的电子能量较 低 ，在离核较远的区域内运动的电子能量较 高 ，把不同的区域简化为不连续的壳层，也称作 电子层 (如右图)。电子总是先从 内层 层排起，这又叫核外电子的分层排布。其关系如下表：
1．核外电子的排布规律
（1）各电子层最多容纳__2n2__个电子；
（2）最外层电子数不超过__8___个 (K层为最外层时不超过__2__个)；
（3）次外层电子数不超过__18__个；倒数第三层电子数不超过__32__个
（4）核外电子总是尽先排布在能量 较低 的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步_升高_的电子层。
[特别提醒]
以上四条规律相互联系和制约，一般以少为准，如K原子为
而不能写成，因为尽管第三层最多可排2×32＝18个，但作为最外层不能超过8个。
2．结构示意图
结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。
在原子结构示意图中，“圈”表示原子核及核内质子数，“弧”表示各电子层，弧线上的数字表示该电子
层上的电子数，核内质子数与核外电子数相等。
在离子结构示意图中，核内质子数与核外电子数不相等。
思考题：试用原子结构示意图表示下列粒子：Na+、O、S2-、Cl－。
3．核外电子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。
4．原子结构模型的演变
【知识进阶】
核外电子的分层排布
【问题探究】洋葱是我们非常熟悉的一种蔬菜，洋葱切开后，我们会看到里面一层一层地呈现，电子层模型就类似于切开的洋葱。请思考：
(1)原子核周围是否真实存在这样的壳层？
电子层不是真实存在的，是科学家为了表达形象，根据电子经常出现的区域而设想的结构模型。
(2)电子在原子核外是否沿固定轨迹做高速旋转？
电子在某一区域内做无规则运动。
【知识归纳总结】
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。
①小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数。
②弧线表示电子层。
③弧线内数字表示该层中的电子数。
(2)离子结构示意图。
①当主族中的金属元素原子失去最外层所有的电子变为离子时，电子层数减少一层，形成与上一周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如
②非金属元素的原子得电子形成简单离子时，形成和同周期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如
【典例】A、B两种原子，A的M电子层比B的M电子层少3个电子，B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。A和B分别是( )
A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氦原子
C．氯原子和碳原子D．碳原子和铝原子
【答案】D
【解析】
A原子的M层比B原子的M层少3个电子，B原子的L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍，说明A、B为第二、第三周期元素；L层最多排8个电子，B原子的L层电子数恰为A原子L层电子数的2倍，说明B原子的L层有8个电子，A原子的L层有4个电子，故A是碳原子；A原子的M层比B原子的M层少3个电子，故B为铝原子。
〔变式训练〕下列各原子结构示意图中所表示的核外电子排布正确的是( C )
【答案】C
【解析】
据核外电子排布规律A项应为，B项应为，D项应为，所以选C。
【效果检测】
1．（2021·福建福州·高一期中）随着自然科学的发展，科学家们依据实验事实，提出了各种假说和原子结构模型，其中提出“带核原子结构模型”的科学家是
A．汤姆生B．波尔C．卢瑟福D．道尔顿
【答案】C
【详解】
A．汤姆生提出葡萄干面包式原子结构模型，A不符合题意；
B．波尔在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型，B不符合题意；
C．卢瑟福通过α粒子轰击金箔实验提出带核的原子结构模型，C符合题意；
D．道尔顿提出实心球原子结构模型，D不符合题意；
故选C。
2．（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）根据核外电子排布规律，M层最多容纳的电子数是
A．8B．10C．18D．32
【答案】C
【详解】
根据核外电子排布规则可知，M为3层，即第n层最多容纳2n2个电子，所以M层上最多容纳的电子数是2×32=9×2= 18；
故选C。
3．（2021·上海市晋元高级中学高一期中）原子核外电子是分层排布的，在不同电子层上运动着的电子能量是不同的，下列电子层上运动的电子能量最低的是
A．A层B．K层C．N层D．M层
【答案】B
【详解】
原子核外电子是分层排布的，距离原子核越近，能量越低，最近的电子层是K层，故选B。
4．A、B两种原子，A的L电子层比B的M电子层少3个电子，B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。A和B分别是
A．硅原子和钠原子B．硼原子和氦原子
C．碳原子和氯原子D．碳原子和铝原子
【答案】C
【详解】
A的L层比B的M层少3个电子，B的L层电子数恰为A的L层电子数的2倍，说明A、B的核外电子层数分别为2、3；L层最多排8个电子，B的L层电子数恰为A的L层电子数的2倍，说明B的L层有8个电子，A的L层有4个电子，A是碳原子；A的L层比B的M层少3个电子，B为氯原子，故选C。
5．（2021·山东·高密市第五中学高一月考）下列说法中正确的是
A．某单核微粒的核外电子排布为，则该微粒一定是氩原子
B．最外层只有3个电子的元素一定是金属元素
C．与H3O+具有相同的质子数和电子数
D．最外层电子数是次外层电子数2倍的元素的原子容易失去电子成为阳离子
【答案】C
【详解】
A．某单核粒子的核外电子排布为，由于核电荷数x未知，该微粒不一定是氩原子，可能为K+、Ca2+、S2-等，A错误；
B．原子最外层只有3个电子的元素不一定是金属元素，可能为硼元素，硼是非金属元素，B错误；
C．与H3O+具有相同的质子数11和电子数10，C正确；
D．最外层电子数是次外层电子数2倍的元素为碳元素，最外层有4个电子，既难得电子也难失电子，D错误；
故选C。
6．下列有关原子核外电子的说法错误的是
A．每个电子层作为最外层时，最多可容纳8个电子
B．电子在核外是分层排布的
C．电子不停地做高速运动
D．离原子核近的电子能量低，离原子核远的电子能量高
【答案】A
【详解】
A．第一个电子层作为最外层时，最多可容纳2个电子，如氦原子，故A错误；
B．电子在原子中处于不同的能量状态，按照能量不同分层排布，故B正确；
C．原子核外的电子，在核外不停的作无规则高速移动，故C正确；
D．原子核外区域能量可能不同，距核由近到远，能量由低到高，即离原子核近的电子能量低，离核远的电子能量高，故D正确；
故选A。
7．（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）下列元素中，最外层电子数等于次外层电子数的是
A．硼B．氧C．氯D．氩
【答案】D
【详解】
A．硼是5号元素的最外层电子数为3，次外层电子数为2，A不符合题意；
B．氧是8号元素的最外层电子数为6，次外层电子数为2，B不符合题意；
C．氯是17号元素的最外层电子数为7，次外层电子数为8，C不符合题意；
D．氩是18号元素的最外层电子数为8，次外层电子数为8，D符合题意；
故选D；
8．元素的原子最外层电子得到或失去后，一定不会改变的是
①元素种类；②化学性质；③相对原子质量；④微粒电性；⑤原子核；⑥电子层数；⑦最外层电子数；⑧核外电子总数。
A．②③⑤B．②④⑥⑧C．②⑤D．①③⑤
【答案】D
【详解】
元素的原子最外层电子得到或失去后：①元素种类不变；②化学性质发生改变；③相对原子质量与电子数无关，不会改变；④变成阳离子或阴离子，微粒的电性发生改变；⑤原子核不会发生改变；⑥原子失去最外层电子，电子层数减少；⑦最外层电子数一定会变；⑧核外电子总数一定会变；综上所述，元素的原子最外层电子得到或失去后，一定不会改变的是①元素种类、③相对原子质量、⑤原子核，答案选D。
9．（2021·重庆·西南大学附中高一月考）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116B．中子数为177
C．电子数为116D．原子中质子数比中子数多61
【答案】D
【详解】
由题意可知，质量数为293的Lv原子的质子数为116、中子数为293—116=177，原子中中子数比质子数多177—116=61，故D错误。
10．（2021·上海中学高一月考）据科学家预测，月球的土壤中吸附着百万吨的氦(3He)，下列关于氦(3He)元素的说法正确的是
A．原子核外电子数为3B．相对原子质量为2
C．原子的中子数为2D．原子结构示意图为
【答案】D
【详解】
A．氦为元素周期表中2号元素，质子数为2，核外电子数为2，故A错误；
B．相对原子质量等于质子数加中子数等于质量数，所以相对原子质量为3，故B错误；
C．中子数=质量数-质子数，故中子数为1，故C错误；
D．氦为元素周期表中2号元素，质子数为2，原子结构示意图为，故D正确；
故答案为D。
11．（2021·广东惠州·高一期末）2017年5月9日，我国公布了117号元素Ts的中文名称为“石田”。有关其核素294Ts的说法不正确的是
A．质子数为117B．中子数为177
C．质量数为411D．核外电子数为117
【答案】C
【详解】
A．原子序数等于原子的质子数，117号元素Ts的质子数为117，A正确；
B．中子数等于质量数减去质子数，核素294Ts的中子数为294-117＝177，B正确；
C．核素294Ts的质量数为294，C错误；
D．原子核外电子数等于质子数，为117，D正确；
故选C。
12．（2021·浙江南湖·高一期中）在离子 Rn- 中，共有x个核外电子，R原子的质量数为 A，则R原子核内含有的中子数目是
A．A–x+nB．A–xC．A–x-nD．A+x-n
【答案】A
【详解】
Rn-离子有x个电子，电荷数为n，阴离子的核外电子数=质子数+电荷数，所以质子数=核外电子数-电荷数= x- n，中子数=质量数-质子数= A-(x-n)= A-x+n；故选A。
13．（2021·四川·攀枝花市成都外国语学校高一期中）某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子。在ag HmX中所含质子的物质的量是
A． (A—N) mlB． ml
C．(A—N＋m) mlD．(A—N＋m) ml
【答案】C
【详解】
由同位素X的原子质量数为A，含N个中子可知，同位素X的质子数为(A—N)，HmX分子的摩尔质量为(A+M)g/ml，含有的质子数为(A—N+m)，则ag HmX中所含质子的物质的量为×(A—N+m)=(A—N＋m) ml，故选C。
14．原子是由居于原子中心的___________和核外___________构成的。其中___________带正电荷，___________带负电荷。所带正电荷___________(填“大于”、“小于”或“等于”)负电荷。原子核又是由___________和___________两种微粒构成的，其中___________不带电，每个质子带一个单位的___________电荷。
【答案】原子核 电子 原子核 核外电子 等于 质子 中子 中子 正
【详解】
原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的；其中原子核带正电荷，核外电子带负电荷；所带正电荷等于负电荷，因此原子不显电性；原子核又是由质子和中子两种微粒构成的，其中中子不带电，每个质子带一个单位的正电荷。
15．填表
【答案】17 20 37 7 13 14 27 3 18 18 34 8
【分析】
根据元素符号各个角标的含义：左下角表示原子序数，左上角表示质量数，右上角表示微粒带有的电荷数目及电性，根据微粒数目关系：原子序数=原子核内质子数=原子核外电子数，阴离子核外电子数=原子核外电子数+离子带有的电荷数目，根据原子核外电子排布特点，推断出各种微粒的具体数值。
【详解】
(1)Cl：质子数：17，核外电子数：17；中子数=37-17=20；质量数：37；Cl原子核外电子排布式是2、8、7，可见其最外层电子数：7；
(2)Al：质子数：13，核外电子数：13；中子数=27-13=14；质量数：27；Al原子核外电子排布式是2、8、3，可见其最外层电子数：3；
(3)S2-：质子数：16，核外电子数：16+2=18；中子数=34-16=18；质量数：34；S2-核外电子排布式是2、8、8，可见其最外层电子数：8。
【点睛】
本题考查了物质构成微粒组成及各个数值的关系。掌握元素符号各个角标的含义及原子显电中性、原子与离子的关系是本题解答的关键。
16．请试着总结1～18号元素原子结构特点：
（1）原子核中无中子的原子：___________；
（2）最外层有一个电子的元素：___________；
（3）最外层有两个电子的元素：___________；
（4）最外层电子数等于次外层电子数的元素：___________；
（5）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：___________；是次外层电子数3倍的元素：___________；是次外层电子数4倍的元素：___________；
（6）电子层数与最外层电子数相等的元素：___________；
（7）电子总数为最外层电子数2倍的元素：___________；
（8）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：___________；
（9）内层电子总数是最外层电子数2倍的元素：___________；
（10）)最外层电子数等于最内层电子数的元素：___________。
【答案】
（1）H
（2）H Li Na
（3）He Be Mg
（4）Be Ar
（5） C O Ne
（6）H Be Al
（7）Be
（8）Li Si
（9）Li P
（10）Be Mg
【分析】（1）原子核中无中子的原子是，属于H元素；
（2）最外层有一个电子的元素是第IA是元素，在短周期元素中第IA的元素有H、Li、Na元素。
（3）最外层有两个电子的元素有核外电子排布是2的He元素及第IIA的核外电子排布是2、2的Be元素、核外电子排布是2、8、2的Mg元素。
（4）最外层电子数等于次外层电子数的元素有核外电子排布是2、2的Be元素及核外电子排布是2、8、8的Ar元素。
（5）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素有核外电子排布是2、4的C元素；最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是核外电子排布为2、6的O元素；最外层电子数是次外层电子数4倍的元素是核外电子排布是2、8的Ne元素。
（6）电子层数与最外层电子数相等的元素有核外电子排布是1的H元素、核外电子排布是2、2的Be及核外电子排布是2、8、3的Al元素。
（7）电子总数为最外层电子数2倍的元素是核外电子排布是2、2的Be元素；
（8）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素有核外电子排布是2、1的Li及核外电子排布是2、8、4的Si元素。
（9）内层电子总数是最外层电子数2倍的元素有核外电子排布是2、1的Li元素及核外电子排布是2、8、5的P元素。
（10）最外层电子数等于最内层电子数的元素有核外电子排布是2、2的Be元素和核外电子排布是2、8、2的Mg元素。
17．（2021·四川省华蓥中学高一月考）有X、Y、Z三种元素：
（1）X元素原子的核电荷数为8，其原子核内的质子数为_______，该元素的二价阴离子中，核外电子数为_______，中子数为9的核素表示为_______。
（2）Y元素的一价阳离子核外有18个电子，质量数为40，该元素原子的原子核内中子数为_______。
（3）2gZO中电子数比质子数多3.01×1022个，则Z的相对原子质量为_______。
【答案】（1） 8 10 O
（2）21
（3）32
【分析】
（1）原子的核电荷数等于原子核内的质子数，X元素原子的核电荷数为8，则X元素为氧元素，原子的原子核内的质子数为8；氧原子得到2个电子形成氧离子，则氧离子中核外电子数为8+2=10；中子数为9的氧原子的质量数为17，核素表示为O，故答案为：8；10；O；
（2）Y元素的一价阳离子核外有18个电子，则Y元素原子的核内的质子数为18+1=19，Y元素为K元素，质量数为40的钾原子的原子核内中子数为40—19=21，故答案为：21；
（3）设Z的相对原子质量为M，由2gZO中电子数比质子数多3.01×1022个可得：×2=，解得M=32，故答案为：32。
18．金属铝在生产生活中有着广泛的用途。回答下列问题：
(1)铝元素在周期表中的位置是_______________。
(2)比较原子结构示意图：它们的共同之处是___________选填编号，下同；不同之处是___________。
a.电子层数 b.次外层电子数 c.最外层电子数 d.质子数
(3)常温下铝制容器可以用来盛放浓硫酸而不被溶解，这种现象称为___________。
氢氧化铝和盐酸反应的化学方程式为_________________________________。
能把溶液中的铁离子和铝离子分离开的试剂是___________。选填编号
a.盐酸 b.硫酸铜溶液 c.氨水 d.氢氧化钠溶液
【答案】第三周期第IIIA族 ab cd 钝化反应 Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O d
【详解】
(1)铝是13号元素，在周期表中的位置是第三周期第IIIA族；
(2)从三个原子结构示意图中可看出，均有3个电子层、次外层电子数均为8，故相同的之处是ab；而最外层电子数均不相同、核内质子数也都不同，故不同之处是cd；
(3)常温下铝与浓硫酸反应生成氧化铝，在铝表面形成一层致密的氧化铝薄膜，阻止硫酸进一步与铝制容器反应，这种现象叫钝化反应；
氢氧化铝和盐酸反应的化学方程式为：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O；
铁离子能与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀，铝离子也能与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，但氢氧化铝是两性氢氧化物，可与NaOH继续反应，化学方程式为：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，即铁离子转为氢氧化铁难溶物、铝离子转化为NaAlO2可溶物，则氢氧化钠溶液能分离铁离子和铁离子，答案选d。
质量/kg
相对质量
电性和电量/C
质子
1．673×10-27
1．007
+1．602×10-19
中子
1．675×10-27
1．008
0
电子
9．109×10-31
1/1836
-1．602×10-19
电子层(n)
1
2
3
4
5
6
7
符号
K
L
M
N
O
P
Q
离核远近
由近到远
能量高低
由低到高
年代
模型
观点或理论
1803年
道尔顿模型
原子是构成物质的基本粒子，是坚实的、不可再分的实心球。
1904年
汤姆孙模型
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。
1911年
卢瑟福原子模型
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。
1913年
玻尔原子模型
电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
1926～1935年
电子云模型
电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般物体不同，没有确定的轨道。
微粒
核外电子数
中子数
质量数
最外层电子数
Cl
__________
____________
_________
_________
Al
_________
___________
_________
____________
S2-
___________
________
______
________