2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題1化學(xué)家眼中的物質(zhì)世界第三單元人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)學(xué)案含解析蘇教版必修1

PAGE7-第三單元人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的相識(shí)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道原子的構(gòu)成。能夠運(yùn)用質(zhì)子、中子、電子的電荷關(guān)系和質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。2.能夠運(yùn)用鈉、鎂、氯等常見(jiàn)元素原子和離子的結(jié)構(gòu)示意圖相識(shí)核外電子的排布狀況，以及微粒結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。3.能夠表示氧化鎂的形成，并能夠以此相識(shí)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。4.能夠依據(jù)原子結(jié)構(gòu)組成符號(hào)eq\o\al(A,Z)X推斷原子的構(gòu)成，并能夠從原子的結(jié)構(gòu)、組成角度相識(shí)核素、同位素的存在及概念。一、原子結(jié)構(gòu)模型的演化1．古希臘科學(xué)家提出的物質(zhì)由原子構(gòu)成的猜想是人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)相識(shí)的初始階段，初步揭示了物質(zhì)是eq\o(□,\s\up5(01))由原子構(gòu)成的這一基本觀點(diǎn)。2．道爾頓提出了“實(shí)心原子”這一觀點(diǎn)，他認(rèn)為eq\o(□,\s\up5(02))物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子是不能被創(chuàng)建，也不能被毀滅的實(shí)心球體。3．湯姆生發(fā)覺(jué)電子后提出“葡萄干面包式”或“西瓜式”原子模型，使人們相識(shí)到eq\o(□,\s\up5(03))原子是由更小的微粒構(gòu)成的，原子是可以再分的。4．盧瑟福在α粒子散射試驗(yàn)中發(fā)覺(jué)：當(dāng)用帶正電荷的α粒子轟擊金箔時(shí)，大部分的α粒子穿過(guò)金箔，就像它不存在一樣，但也有少量的α粒子偏離了原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，甚至有極少數(shù)的α粒子被筆直地彈回。依據(jù)這一試驗(yàn)現(xiàn)象，盧瑟福提出了“核式”原子結(jié)構(gòu)模型：eq\o(□,\s\up5(04))原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核帶正電荷，位于原子的中心，并且集中了原子的絕大部分質(zhì)量，電子帶負(fù)電荷，在原子核四周空間做高速運(yùn)動(dòng)，就像行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣。5．玻爾把eq\o(□,\s\up5(05))量子論引入核式結(jié)構(gòu)的原子模型，提出原子的量子態(tài)理論：eq\o(□,\s\up5(06))原子核外，電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)軌道都有一個(gè)確定的能量值；核外電子在這些穩(wěn)定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不放出能量，也不汲取能量。二、原子的結(jié)構(gòu)1．原子的構(gòu)成原子eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\o(□,\s\up5(01))質(zhì)子帶正電荷,\o(□,\s\up5(02))中子)),\o(□,\s\up5(03))核外電子帶負(fù)電荷))2.eq\o\al(A,Z)X的含義：表示質(zhì)量數(shù)為A、質(zhì)子數(shù)為Z的X原子。質(zhì)量數(shù)(A)——eq\o(□,\s\up5(04))將原子核內(nèi)全部的質(zhì)子和中子的相對(duì)質(zhì)量取整數(shù)相加所得的數(shù)值。A(質(zhì)量數(shù))＝(Zeq\o(□,\s\up5(05))質(zhì)子數(shù))＋(Neq\o(□,\s\up5(06))中子數(shù))3．質(zhì)子數(shù)、電子數(shù)、核電荷數(shù)之間的關(guān)系在元素的原子中，質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)。4．核素：eq\o(□,\s\up5(07))具有肯定質(zhì)子數(shù)和肯定中子數(shù)的一種原子。如eq\o\al(16,)8O。5．同位素：eq\o(□,\s\up5(08))質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的核素互稱為同位素。如eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；eq\o\al(12,)6C、eq\o\al(13,)6C、eq\o\al(14,)6C。1．相對(duì)原子質(zhì)量的定義為“某原子的質(zhì)量與C－12原子質(zhì)量的1/12的比”，C－12原子指的是什么原子？提示：C－12原子指原子核內(nèi)有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的碳原子。2．全部的原子核都是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的嗎？提示：不肯定，eq\o\al(1,1)H原子核中只有質(zhì)子沒(méi)有中子。3．16O2和18O2互為同位素嗎？提示：不是，16O2和18O2為分子，而同位素探討的是同一元素形成的不同原子(或核素)。一、原子結(jié)構(gòu)與元素化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系1．原子核外電子排布電子依據(jù)能量的不同分層排布，其主要規(guī)律是：(1)核外電子總是盡先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步上升的電子層(能量最低原理)。(2)原子核外各電子層最多容納2n2個(gè)電子。(3)原子最外層電子數(shù)目不超過(guò)8個(gè)(K層為最外層時(shí)不超過(guò)2個(gè))。(4)次外層電子數(shù)目不能超過(guò)18個(gè)(K層為次外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè))，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過(guò)32個(gè)。2．8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(1)稀有氣體具有的穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)：通常把最外層有8個(gè)電子(K為最外層時(shí)為2個(gè))的結(jié)構(gòu)，稱為相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。稀有氣體的原子就是這種結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般不與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(2)在化學(xué)反應(yīng)中，各元素的原子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移后傾向于形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。(3)推斷化合物中某元素的原子是否達(dá)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的方法有：①明確化合物中各原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)電子式或微粒的結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行推斷。②對(duì)于非金屬元素(H除外)，可以用其原子最外層電子數(shù)與化合價(jià)的肯定值之和進(jìn)行推斷，假如二者之和等于8，則該元素原子在化合物中達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。3．元素的金屬性與非金屬性(1)原子的核外電子排布，特殊是最外層電子數(shù)確定著元素的主要化學(xué)性質(zhì)(如化合價(jià)、金屬性或非金屬性等)。(2)金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中比較簡(jiǎn)單失去電子而達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出金屬性；而非金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般多于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中簡(jiǎn)單得到電子而達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出非金屬性。(3)Naeq\o(→,\s\up17(－e－))Na＋、Mgeq\o(→,\s\up17(－2e－))Mg2＋、Cleq\o(→,\s\up17(＋e－))Cl－、Oeq\o(→,\s\up17(＋2e－))O2－。(4)MgO的形成可表示為：[練習(xí)與實(shí)踐]1．元素的化學(xué)性質(zhì)主要確定于原子的()A．質(zhì)子數(shù) B．中子數(shù)C．核外電子數(shù) D．最外層電子數(shù)答案D解析最外層電子數(shù)主要確定主族元素的化學(xué)性質(zhì)。2．據(jù)報(bào)道，某些建筑材料會(huì)產(chǎn)生放射性同位素eq\o\al(222,86)Rn，從而對(duì)人體產(chǎn)生損害。該同位素原子中的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之差是()A．136B．50C．86D．222答案B解析中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之差為(222－86)－86＝50。二、同位素與物質(zhì)的組成1．同位素原子間生成的同類物質(zhì)形成純凈物。如eq\o\al(35,17)Cl、eq\o\al(37,17)Cl構(gòu)成的eq\o\al(35,17)Cl2、eq\o\al(35,17)Cleq\o\al(37,17)Cl、eq\o\al(37,17)Cl2混在一起應(yīng)為純凈物，不是混合物；eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H生成6種雙原子分子混在一起為純凈物。2．同位素形成物質(zhì)的推斷兩種同位素可形成3種雙原子分子；三種同位素可形成6種雙原子分子，且它們的化學(xué)性質(zhì)相同。[練習(xí)與實(shí)踐]3．下列對(duì)同位素的描述正確的是()A．有相像化學(xué)性質(zhì)的不同元素B．有不同質(zhì)量數(shù)的同種元素的原子C．最外電子層上有不同電子數(shù)的原子D．有相同質(zhì)量數(shù)的不同元素的原子答案B解析同位素是質(zhì)子數(shù)相同(即核電荷數(shù)相同)，質(zhì)量數(shù)不同的同種元素的不同原子。4．下列敘述錯(cuò)誤的是()A．13C和14C屬于同一種元素，它們互為同位素B．1H和2H是不同的核素，它們的質(zhì)子數(shù)相等C．14C和14N的質(zhì)量數(shù)相等，它們的中子數(shù)不等D．6Li和7Li的電子數(shù)相等，中子數(shù)也相等答案D解析13C、14C互為同位素，14C、14N質(zhì)量數(shù)都為14，中子數(shù)分別為8、7。1H、2H互為同位素，質(zhì)子數(shù)相等。6Li、7Li互為同位素，質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)都對(duì)應(yīng)相等，但中子數(shù)不相等。5．原子、元素、核素、同位素等都屬于重要的化學(xué)基本概念，原子的構(gòu)成屬于重要的化學(xué)基本理論。下列八種化學(xué)符號(hào)：eq\o\al(1,1)Heq\o\al(2,1)H2eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(6,3)Lieq\o\al(23,11)Naeq\o\al(14,7)Neq\o\al(7,3)Lieq\o\al(24,12)Mg(1)涉及的核素共有()種。(2)互為同位素的是()和()。(3)質(zhì)量數(shù)相等，但不能互稱為同位素的是()和()。(4)中子數(shù)相等，但質(zhì)子數(shù)不相等的是()和()。答案(1)8(2)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(7,3)Li(3)eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(14,7)N(4)eq\o\al(23,11)Naeq\o\al(24,12)Mg解析(1)核素，即具有肯定的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子，一種核素就是一種原子，該題中有8種核素。(2)同位素，即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子，也就是同種元素里的不同的核素(或原子)。同位素的微粒對(duì)象是原子，這些原子的存在范圍是同一種元素。eq\o\al(6,3)Li與eq\o\al(7,3)Li的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)都是3，中子數(shù)分別是3和4，它們是鋰元素里的不同種原子。eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(2,1)H是同位素，但由于eq\o\al(2,1)H2是一種分子而不是原子，所以eq\o\al(1,1)H與eq\o\al(2,1)H2不是同位素。(3)質(zhì)量數(shù)相等的是eq\o\al(14,6)C與eq\o\al(14,7)N(都是14)，但eq\o\al(14,6)C的質(zhì)子數(shù)是6，屬于碳元素，eq\o\al(14,7)N的質(zhì)子數(shù)是7，屬于氮元素，所以eq\o\al(14,6)C與eq\o\al(14,7)N質(zhì)量數(shù)相等，但又不能互稱為同位素。(4)eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核內(nèi)質(zhì)子數(shù)分別是11和12，依據(jù)原子核內(nèi)“質(zhì)量數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)”的公式進(jìn)行推斷，eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg的核內(nèi)中子數(shù)都是12。三、元素的相對(duì)原子質(zhì)量和同位素的相對(duì)原子質(zhì)量1．同位素(eq\o\al(A,Z)X)的相對(duì)原子質(zhì)量Ar＝eq\f(一個(gè)同位素原子的質(zhì)量,一個(gè)12C原子的質(zhì)量×\f(1,12))且Ar≈A，質(zhì)量數(shù)即為核素的近似相對(duì)原子質(zhì)量。2．元素的相對(duì)原子質(zhì)量(1)含義：元素(精確)的相對(duì)原子質(zhì)量是依據(jù)本元素各種核素的相對(duì)原子質(zhì)量和它們?cè)谠涌倲?shù)中所占的組成分?jǐn)?shù)計(jì)算的平均值。(2)計(jì)算公式：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Ar＝Ar1·a%＋Ar2·b%＋Ar3·c%＋…,a%＋b%＋c%＋…＝1))其中Ar1、Ar2、Ar3分別為各同位素的相對(duì)原子質(zhì)量；a%、b%、c%分別為自然界中各同位素所占的原子的含量或原子個(gè)數(shù)的組成分?jǐn)?shù)；Ar是元素的相對(duì)原子質(zhì)量。(3)元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量：依據(jù)元素各種核素的質(zhì)量數(shù)和它們?cè)谠涌倲?shù)中所占的組成分?jǐn)?shù)計(jì)算的平均值。eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\x\to(A)r＝A1·a%＋A2·b%＋…,a%＋b%＋…＝1))其中A1、A2為各同位素的質(zhì)量數(shù)。如：氧有三種自然同位素，它們的同位素原子的相對(duì)原子質(zhì)量和各同位素原子含量(即原子個(gè)數(shù)百分比)的數(shù)據(jù)分別為：eq\o\al(16,8)O15.99599.759%eq\o\al(17,8)O16.9960.037%eq\o\al(18,8)O17.9990.204%則氧元素的相對(duì)原子質(zhì)量為：Ar＝15.995×99.759%＋16.996×0.037%＋17.999×0.204%≈15.999。氧元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量為：Ar＝16×99.759%＋17×0.037%＋18×0.204%≈16.004。學(xué)問(wèn)拓展1．與稀有氣體原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子(1)與He原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子有：H－、Li＋、Be2＋。(2)與Ne原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子有：F－、O2－、N3－、Na＋、Mg2＋、Al3＋。(3)與Ar原子電子層結(jié)構(gòu)相同的離子有：Cl－、S2－、P3－、K＋、Ca2＋。2．核外電子總數(shù)為10的粒子有(1)陽(yáng)離子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(2)陰離子：N3－、O2－、F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)。(3)分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4。3．核外電子總數(shù)為18的粒子有(1)陽(yáng)離子：K＋、Ca2＋。(2)陰離子：P3－、S2－、HS－、Cl－。(3)分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4等。4．核外電子總數(shù)及質(zhì)子總數(shù)均相同的粒子有(1)Na＋、NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(2)F－、OH－、NHeq\o\al(－,2)。(3)Cl－、HS－。(4)N2、CO、C2H2等。[練習(xí)與實(shí)踐]6．某元素的一種同位素原子的質(zhì)子數(shù)為m，中子數(shù)為n，則下述論斷正確的是()A．不能由此確定該元素的相對(duì)原子質(zhì)量B．這種元素的相對(duì)原子質(zhì)量為m＋nC．若碳原子質(zhì)量為Wg，此原子的質(zhì)量為(m＋n)WgD．核內(nèi)中子的總質(zhì)量小于質(zhì)子的總質(zhì)量答案A解析相對(duì)原子質(zhì)量全稱是元素的平均相對(duì)原子質(zhì)量，不是某一個(gè)原子的相對(duì)原子質(zhì)量，因此選項(xiàng)B看上去好像是正確的，實(shí)際是錯(cuò)誤的；任一原子的質(zhì)量不行能是碳原子質(zhì)量與此原子質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和的乘積，而且碳原子有多種同位素，選項(xiàng)C中的W是沒(méi)有被指定的數(shù)值，只從這一點(diǎn)來(lái)看，選項(xiàng)C也不能成立；題目沒(méi)有指明m和n的詳細(xì)值，故選項(xiàng)D