【最新】2020届高考化学一轮复习讲练测专题5.1原子结构(讲)【含答案】.pdf

专题 5.1原子结构1.掌握元素、核素、同位素、相对原子质量、相对分子质量、原子构成、原子核外电子排布的含义。2.掌握原子序数、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.掌握 118 号元素的原子结构示意图的表示方法。本部分内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题。考查原子(离子)的结构及微粒间的数量关系，也常考查对元素、核素、同位素概念的理解以及结合元素周期表的推断等。知识点一原子结构、同位素1原子结构(1)原子的构成粒子原子AZX)原子核质子Z个 决定元素的种类中子(A Z)个在质子数确定后决定原子种类同位素核外电子Z个 最外层电子数决定元素的化学性质(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系原子中：质子数(Z)核电荷数核外电子数。质量数(A)质子数(Z)中子数(N)。阳离子的核外电子数质子数阳离子所带电荷数。如Mg2的核外电子数是10。阴离子的核外电子数质子数阴离子所带电荷数。如Cl的核外电子数是18。(3)一个信息丰富的符号【特别提醒】原子中不一定都含有中子，如11H 中没有中子。电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。易失去1 个电子形成 1 价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1 个电子形成H。形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li为 2 个电子稳定结构。2核素、同位素(1)概念辨析(2)同位素的特征相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。(3)同位素的“六同三不同”(4)常见的重要核素及其应用核素235 92U 14 6C 21H(D)31H(T)18 8O 用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子(5)元素、核素、同位素的联系与区别现行元素周期表已发现的元素有118 种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118 种。不同核素可能具有相同的质子数，如21H、31H；也可能具有相同的中子数，如14 6C、16 8O；也可能具有相同的质量数，如14 6C、14 7N。同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。【典例 1】【2017 北京卷】2016 年 IUPAC 命名 117 号元素为Ts（中文名，ti n），Ts 的原子核外最外层电子数是7。下列说法不正确的是（）ATs是第七周期第A 族元素BTs 的同位素原子具有相同的电子数CTs 在同族元素中非金属性最弱D中子数为176 的 Ts 核素符号是176117Ts【答案】D【解析】元素周期表中第七周期0 族应当排列118 号元素。117 号元素位于118 号左侧即 A族，所以 Ts 是第七周期第A 族元素，A 正确；同位素是同种元素不同原子之间的互称，因此Ts的同位素原子具有相同的电子数，B 正确；元素周期表同一列从上往下非金属性依次减弱，所以Ts 在同族元素中非金属性最弱，C 正确；中子数为176 的 Ts核素，其质量数为176+117=293，所以这种核素符号是293117Ts，D 错误。【变式 1】【2017 海南】下列分子中，其中子总数为24 的是（）A.18O3B.2H217O2C.14N16O2D.14C16O2【答案】D【解析】1mol18O 中含有中子物质的量为(188)mol=10mol，即 1mol18O3中含有中子物质的量为 3 10mol=30mol，A 错误；1mol2H217O2中含有中子物质的量为(2 12 9)mol=20mol，B 错误；1mol14N16O2中含有中子物质的量为(72 8)mol=23mol，C 错误；1mol14C16O2中含有中子物质的量为(82 8)mol=24mol，D 正确。知识点二核外电子排布1.核外电子排布(1)核外电子排布规律核外电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再按照由里向外的顺序依次排布在能量逐渐升高的电子层里。每层最多容纳的电子数为2n2个。最外层不超过8 个(K 层为最外层时不超过2 个)。次外层不超过18 个，倒数第三层不超过32 个。【特别提醒】核外电子排布的几条规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求，如 M 层不是最外层时，最多能容纳18 个电子，当M 层为最外层时，最多容纳8 个电子。(2)最外层电子数与元素性质的关系稀有气体元素原子最外层已排满8 个电子(He 排满 2 个)，既不易得到电子又不易失去电子，通常表现为0 价。金属元素原子最外层电子数一般小于4，常易失去最外层电子，形成 8 电子或 2 电子(如 Li)稳定结构的阳离子，在化合物中显正化合价。非金属元素原子最外层电子数一般大于或等于4，易得到电子或形成共用电子对，达到最外层 8 电子稳定结构，在化合物中既显正价又显负价(F 无正价)。2原子结构示意图如 Mg2结构示意图为Cl结构示意图为3常见的“10 电子”、“18 电子”粒子(1)常见的“10 电子”粒子(2)常见的“18 电子”粒子4短周期常见原子的核外电子排布规律原子核中无中子的原子11H 最外层有1 个电子的元素H、Li、Na 最外层有2 个电子的元素Be、Mg、He 最外层电子数等于次外层电子数的元素Be、Ar 最外层电子数是次外层电子数2 倍的元素C最外层电子数是次外层电子数3 倍的元素O最外层电子数是次外层电子数4 倍的元素Ne最子层数与最外层电子数相等的元素H、Be、Al 最子总数为最外层电子数2 倍的元素Be次外层电子数是最外层电子数2 倍的元素Li、Si 内层电子总数是最外层电子数2 倍的元素Li、P【典例 2】（2019福建双十中学模拟）某元素X，其原子的电子层数为(n 1)，最外层电子数为(2n1)。下列有关元素X 的说法中正确的是()AX 可能是金属元素B由 X 形成的含氧酸均为强酸CX 不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D元素 X 的气态氢化物一定极易溶于水【答案】D【解析】由X 原子的最外层电子数为(2n1)可以推知n4，则 X 的电子层数 3，X 为短周期元素。当 n4 时，X 为 Cl 元素；当n3 时，X 为 N 元素；当n2 或 n1 时，不符合题意，A错误；HNO2和 HClO 均为弱酸，B 错误；Cl 元素能形成KClO4，C 错误；NH3和 HCl 均极易溶于水，D 正确。【变式 2】（2019江西临川一中模拟）某元素X，其原子的电子层数为(n 1)，最外层电子数为(2n1)。下列有关元素X 的说法中正确的是()AX 可能是金属元素B由 X 形成的含氧酸均为强酸CX 不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D元素 X 的气态氢化物一定极易溶于水【答案】D【解析】由X 原子的最外层电子数为(2n1)可以推知n4，则 X 的电子层数 3，X 为短周期元素。当 n4 时，X 为 Cl 元素；当n3 时，X 为 N 元素；当n2 时，不符合题意，A 错误；HNO2和 HClO 均为弱酸，B 错误；Cl 元素能形成KClO4，C 错误；NH3和 HCl 均极易溶于水，D正确。考点一同位素与同素异形体【典例 3】（2019青岛潍坊二中模拟）科学家从化肥厂生产的(NH4)2SO4中检验出组成为N4H4(SO4)2的物质，经测定该物质易溶于水，在水中以SO24和 N4H44两种离子形式存在，植物的根系极易吸收N4H44，但它遇到碱时，会生成一种形似白磷的N4分子。N4分子不能被植物吸收。下列有关说法不正确的是()AN4和 N2互为同素异形体B14N 与14C 互为同位素CN4H4(SO4)2不能与草木灰混合使用DN4和 N2是不同的两种分子，化学性质不同【答案】B【解析】N4与 N2都是 N 的单质互为同素异形体，A 正确；14N 与14C 是不同元素的原子，B错误；草木灰水解显碱性，N4H4(SO4)2中的 N4H44在碱性条件下生成N4分子不能被植物吸收，C正确；N4和 N2是不同的两种分子，化学性质不同，D 正确。【易错警示】元素的种类由原子核内的质子数决定，因此划分元素种类的唯一标准是质子数(即核电荷数)。元素概念中的原子是泛指，即各种状况下的原子或离子(包括游离态和化合态)，所以 H、D、T、H、H都属于氢元素。元素是个宏观概念，元素只讲种类，不讲个数，元素组成物质。【变式 3】(2019 安徽合肥一中期末)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 的叙述正确的是()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【答案】D【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。考点二“1 0 电子”“18 电子”微粒的应用【典例 4】（2019广东惠州一中模拟）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)：(1)如果 A、B、C、D 均是 10电子的粒子，请写出 A、D 的化学式：A_；D_。(2)如果 A 和 C 是 18 电子的粒子，B 和 D 是 10 电子的粒子。A 与 B 在溶液中反应的离子方程式为_。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(用化学式或离子符号表示)_。【答案】(1)NH4(或 HF)H2O(2)HS OH=S2 H2O(或 H2S2OH=S22H2O 或 H2SOH=HSH2O)OHS2(或 OHHS)【解析】(1)由框图可知，结合10 电子微粒可联想到NH4 OH=NH3 H2O 或 HFOH=FH2O，故 A 为 NH4或 HF，D 为 H2O。(2)结合 OH和 H2O 属于 10 电子微粒，联想酸碱中和反应，可知 A 与 B 在溶液中的离子方程式为H2SOH=HSH2O 或 HSOH=S2H2O 或 H2S2OH=S2 2H2O；由反应AB=C D 看出，A 中的质子被B 结合，A失去质子变成了C，易知结合质子的能力：BC。【方法技巧】寻找“10 电子”微粒和“18 电子”微粒的方法(1)“10电子”微粒(2)“18电子”微粒【变式 4】(2019 山东潍坊一中模拟)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：A C=D E；BC=2D。请回答：(1)C离子的电子式是_。(2)分别写出A和 D 反应、B和 E 反应的离子方程式_、_。(3)除 D、E 外，请再写出两种含10 个电子的分子的分子式_。(4)除 A、B外，请再写出两种含10 个电子的阳离子_。【答案】(1)O H(2)NH4H2ONH3 H2OH、H3ONH3=NH4H2O。(3)CH4、Ne(4)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=D E，推知 A应为 NH4、C为 OH、D 为 H2O、E 为 NH3，将其结果代入B C=2D，推知 B应为 H3O。考点三利用核外电子排布规律推断元素【典例 5】(2016 课标全国甲，9)a、b、c、d 为短周期元素，a的原子中只有1 个电子，b2和 c离子的电子层结构相同，d 与 b 同族。下列叙述错误的是()Aa 与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为1 Bb 与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物Cc 的原子半径是这些元素中最大的Dd 和 a 形成的化合物的溶液呈弱酸性【答案】A【解析】根据a 原子中只有1 个电子可确定a 为 H，由 b2和 c电子层结构相同，可知b 和 c分别位于第二、三周期，则b、c 分别为 O 和 Na，d 与 b 同族，则d 为 S。二元化合物H2O、H2S中 H 均为 1价，而 NaH 中 H 为 1 价，A 项错误；O 与其他三种元素可分别形成H2O 和 H2O2、Na2O和 Na2O2、SO2和 SO3，B 项正确；根据四种元素在周期表中的位置可确定原子半径：NaSOH，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。【变式 5】（2019福建福州第一中学期末）X、Y、Z 三种短周期元素，X 原子的最外层电子数是次外层电子数的2 倍，Y 原子的次外层电子数是最外层电子数的2 倍，Z 原子的次外层电子数是最外层电子数的4 倍。则 X、Y、Z 三种元素，可能的组合是()AC、Si、Mg BLi、C、Mg CC、Mg、Li DC、O、Mg【答案】A【解析】短周期元素中最外层电子数是次外层电子数的2 倍的元素是C，次外层电子数是最外层电子数 2 倍的有 Li 和 Si，次外层电子数是最外层电子数4 倍的是 Mg，故答案为A 项。