2023届新高考化学一轮复习(多选)鲁科版第五章第1课时　原子结构学案.docx

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1、第1课时原子结构1.认识原子结构;了解原子核外电子的排布;能画出120号元素的原子结构示意图;能用原子结构解释元素性质,并能结合实验及事实进行说明。2.知道元素、核素的含义。3.能说明微观粒子的运动状态与宏观物体运动特点的差异。4.能结合能量最低原理、泡利原理、洪特规则书写136号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式,并说明含义。5.能说明建构思维模型在人类认识原子结构过程中的重要作用;能论证证据与模型建立及其发展之间的关系;能简要说明原子核外电子运动规律的理论探究对研究元素性质及其变化规律的意义。原子结构核素1.原子构成(1)构成原子的微粒及作用(2)微粒的表示及微粒之间的关系2.元素、

2、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系(2)同位素的特征同一元素的各种核素的中子数不同,质子数相同,化学性质几乎完全相同,物理性质不同。同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分比(丰度)不变。(3)几种重要核素及其用途核素 92235U 614C 12H(或用D表示,名称为氘或重氢) 13H(或用T表示,名称为氚或超重氢) 818O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子(4)相对原子质量原子(即核素)的相对原子质量:一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的112的比值。理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“”)(1)所有原子核内一定有质子和中子。()(2)H2、D2、

3、HD三者互为同素异形体。()(3)1H218O的摩尔质量为20 gmol-1。()(4)核聚变如 12H+13H24He+01n,因为有新微粒生成,所以该变化是化学变化。()解析:(1)原子核内不一定都有中子,如 11H。(2)同素异形体是同种元素原子构成的不同单质,H2、D2、HD为氢元素不同核素构成的同种单质,不互为同素异形体。(4)核聚变属于物理变化。答案:(1)(2)(3)(4)2.想一想(1)质子数相同的微粒是否一定属于同一种元素?核外电子数相同的微粒,其质子数是否一定也相同?提示:质子数相同的微粒不一定属于同一种元素,如F与OH-;核外电子数相同的微粒,其质子数不一定相同,如Mg2

4、+与Na+、F-等,NH4+与OH-等。(2)如何判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构?提示:首先,若某化合物中有氢原子,则氢原子一定不会达到8电子稳定结构;其次,判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构,应从其结构式或电子式结合原子最外层电子数进行判断,如COCl2,可根据结构式判断各原子达到8电子稳定结构;N2,其电子式为NN,据此可判断两氮原子均达到8电子稳定结构。3.做一做有9种微粒:11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2+、2656Fe3+、 816O2、816O3。(1)11H、12H分别是氢元素的一种,它们互称为。(2)互为同素异形体

5、的微粒是。(3)2656Fe2+的中子数为,核外电子数为。(4)上述9种微粒中有种核素,含有种元素。解析:(1)11H、12H分别是氢元素的一种核素;11H、12H是质子数相同而中子数不同的氢元素的不同原子,它们互称为同位素。(2)816O2和 816O3是由氧原子构成的不同单质,互为同素异形体。(3)2656Fe2+的中子数为56-26=30,阳离子是原子失去2个电子形成的,核外电子数为26-2=24。(4)9种微粒(11H、12H、613C、614C、714N、2656Fe2+、2656Fe3+、 816O2、816O3)中有7种核素,为 11H、12H、613C、614C、714N、 2

6、656Fe、816O,有5种元素,为H、C、N、Fe、O。答案:(1)核素同位素(2)816O2、816O3(3)3024(4)75 微粒中“粒子数”的确定1.“天问一号”着陆火星,“嫦娥五号”采回月壤,腾飞中国离不开化学。已知一个 612C原子的质量为a g,一个 23He原子的质量为b g,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(C)A.23He和 24He的中子数相等B.火星陨石中的20Ne中子数为20C.23He的相对原子质量为12baD.23He的摩尔质量为bNA解析:23He比 24He少一个中子,A错误;元素符号左上角数字为质量数,所以火星陨石中的20Ne质量数为20,中子

7、数为10,B错误;一个原子的真实质量与一个 612C原子质量的112的比值是该核素的相对原子质量,因此 23He的相对原子质量为12ba,C正确;23He的摩尔质量为bNA gmol-1,D错误。2.某元素的一个原子形成的离子可表示为 baXn-,下列说法正确的是(D)A. baXn-含有的中子数为a+bB.baXn-含有的电子数为a-nC.X原子的质量数为a+b+nD.1个X原子的质量约为b6.021023 g解析: baXn-中a表示质子数,b表示质量数,“n-”表示X得到n个电子,则其含有的中子数为b-a,电子数为a+n,A、B、C项错误;1 mol baX的质量约为b g,则1个X原子

8、的质量约为b6.021023g,D项正确。3.已知阴离子R2-的原子核内有n个中子,R原子的质量数为m,则w g R原子完全转化为R2-时,含有电子的物质的量是(D)A.m-n-2wmmol B.w(m-n)nmolC.w(m-n-2)mmolD.w(m-n+2)m mol解析:R原子的质子数为m-n,其核外电子数也为m-n,所以R2-的核外电子数为m-n+2,而w g R原子的物质的量为wmmol,所以w g R原子完全转化为R2-时含有电子的物质的量为w(m-n+2)m mol,故选D。 元素、核素、同位素的概念辨析4.“玉兔”号月球车用 94238Pu作为热源材料。下列关于 94238P

9、u的说法正确的是(D)A.94238Pu与 92238U互为同位素B.94238Pu与 94239Pu互为同素异形体C.94238Pu与 92238U具有完全相同的化学性质D.94238Pu与 94239Pu具有相同的最外层电子数解析: 94238Pu与 92238U的质子数不同,不互为同位素,A错误;94238Pu与 94239Pu均是核素,不是单质,不互为同素异形体,B错误;94238Pu与 92238U的质子数不同,属于不同的元素,不可能具有完全相同的化学性质,C错误;94238Pu与 94239Pu的质子数相同,具有相同的最外层电子数,D正确。5.“神舟七号”的燃料是氢化锂LiH、Li

10、D、LiT。其中Li的质量数为7,对这三种物质的下列说法正确的是(C)A.质子数之比为123B.中子数之比为111C.相对分子质量之比为8910D.化学性质不相同解析:H、D、T互为同位素,因此LiH、LiD、LiT的质子数都是4,A错误;LiH、LiD、LiT的中子数分别是4、5、6,B错误;LiH、LiD、LiT的相对分子质量分别是8、9、10,C正确;该三种物质的化学性质相同,D错误。求一定质量的某物质中粒子数的答题模板物质的质量物质的量指定粒子的物质的量指定粒子数核外电子排布1.能层、能级与构造原理(1)能层(n)和能级能层(n):在多电子原子中,核外电子的能量是不同的,按照电子的能量

11、差异将其分成不同能层,即电子层。通常用K、L、M、N表示,能量依次升高。能级:在多电子原子中,同一能层里的电子,能量也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示,同一能层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高,即E(ns)E(np)E(nd)E(nf)。(2)构造原理如图为构造原理示意图,基态原子核外电子按如图所示的能级顺序填充。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。(3)核外电子的空间运动状态电子云:由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形象地称作电子云。电子云很难绘制,常使用电子云轮廓图(把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来)。原子轨道:量

12、子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。同一能层中同一能级各轨道能量相同,如2px、2py、2pz。电子云轮廓图s电子的原子轨道呈球形对称p电子的原子轨道呈哑铃形各能级上的原子轨道数目s能级:1个p能级:3个d能级:5个f能级:7个能量关系相同能层上原子轨道能量的高低:nsnpndnf形状相同的原子轨道能量的高低:1s2s3s4s同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相同,如2px、2py、2pz轨道的能量相同 任一能层的能级总是从s能级开始,能层数=电子层数,能级数目=能层序数。当出现d轨道时,电子按ns、(n-1)d、np顺序排布,这样的排布方式使体系的能量最低

13、,即1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p2.基态原子的核外电子排布(1)排布规律能量最低原理:电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态,即电子尽可能地先占有能量低的轨道,然后进入能量高的轨道。泡利原理:在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋方向相反。如2s轨道上的轨道表示式为,不能表示为。洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自旋方向相同。如2p3的轨道表示式为或,不能表示为或。洪特规则特例:当能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低,如2

14、4Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。(2)基态核外电子排布的表示方法表示方法以硫原子为例意义原子结构示意图直观地反映核外电子分层排布和核内质子数电子式S表示原子最外层电子数电子排布式1s22s22p63s23p4直观地反映核外电子的能层、能级和各能级上的电子数简化电子排布式Ne3s23p4相比电子排布式更简洁且突出价电子排布价层(外围)电子排布式3s23p4能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数电子排布图(轨道表示式)反映各轨道的能量的高低,各轨道上的电子分布情况及自旋状态(3)基态、激发态与原子光谱原子光谱:用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发

15、射光谱,总称原子光谱。利用原子光谱上的特征谱线可以鉴定元素,称为光谱分析。 价电子:主族元素原子价电子数=主族序数=最外层电子数;过渡元素原子价电子不仅仅是最外层电子,包括部分次外层电子,如Fe的价层电子排布为3d64s2。理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“”)(1)基态Be原子的2s2的轨道表示式为。()(2)磷元素基态原子的电子排布图为。()(3)铁元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d6。()(4)电子排布式(21Sc)1s22s22p63s23p63d3违反了能量最低原理。()(5)Cr的基态原子的简化电子排布式为Ar3d44s2。()(6)最外层

16、有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4。短周期元素中分别为C、Si和O、S。()(7)霓虹灯发出有色光、激光器产生激光、燃放的焰火以及棱镜分光均与核外电子的跃迁有关。()解析:(1)违背了泡利原理。(2)违背了洪特规则。(3)按照能层由低到高顺序,铁元素基态原子的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d64s2。(5)违背了洪特规则特例。(7)棱镜分光与电子跃迁无关。答案:(1)(2)(3)(4)(5) (6)(7) 基态原子核外电子排布及表示方法1.下列电子排布式或轨道表示式正确的是(D)基态C原子的轨道表示式:基态Cr原子的电子排布式:1s22s22p63s23p63d

17、44s2基态O原子的轨道表示式:基态Br原子的价层电子排布式:3d104s24p5基态B原子的轨道表示式:A. B.C.D.只有解析:违背了能量最低原理,电子优先填满能量低的轨道;违背了洪特规则特例;基态Br原子的最外层电子为第四能层的7个电子,不包括3d能级上的电子;每个原子轨道里只能容纳两个自旋方向相反的电子,违背了泡利原理。2.C、N及第四周期过渡元素不仅能生产传统材料,也是很多新材料的关键元素。回答下列问题:(1)(2021广东汕头二模)光刻胶常含C、N等元素,在基态C原子中,核外存在对自旋方向相反的电子,N的3个2p轨道的取向为。(2)(2021河北唐山三模)基态Sc原子的核外电子排

18、布式为;其价电子中未成对电子数与成对电子数之比为。(3)(2021河北张家口三模)写出基态锰原子的价电子排布图:。(4)(2021山东济南三模)铁及其化合物具有广泛的应用,其形成的离子常见的有Fe2+和Fe3+,基态Fe2+的价电子排布式为,相同条件下,Fe3+比Fe2+稳定,原因是。(5)(2021河北邯郸三模)氧原子价电子层上的电子可以进行重排以便提供一个空轨道与氮原子形成配位键,该氧原子重排后的价电子排布图为,电子重排后的氧原子能量有所升高,原因是不符合(填“泡利原理”或“洪特规则”)。解析:(1)基态C原子的电子排布式为1s22s22p2,同一轨道内两个电子自旋方向相反,故1s和2s轨

19、道中电子自旋方向相反,2p能级有3个原子轨道,两个电子分别填充在2个轨道上且自旋方向相同,则在基态C原子中,核外存在2对自旋方向相反的电子;2p能级有3个原子轨道,可表示为2px、2py、2pz,三个等价轨道取向相互垂直。(2)Sc是21号元素,基态Sc原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2(或Ar3d14s2);其价电子排布式为3d14s2,故价电子中未成对电子数与成对电子数之比为12。(3)锰是25号元素,基态锰原子的价电子排布式为3d54s2,则价电子排布图为。(4)铁为26号元素,在元素周期表中的位置为第四周期第族,基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,则

20、基态Fe2+的价电子排布式为3d6;由于基态Fe3+的价电子排布为3d5的半充满结构,能量低,故Fe3+比Fe2+稳定。(5)O是8号元素,氧原子核外电子排布式是1s22s22p4,价层电子排布式是2s22p4,氧原子价电子层上的电子可以进行重排以便提供一个空轨道与氮原子形成配位键,该氧原子重排后的价电子排布图为,其核外电子排布没有优先单独占据一个轨道,所以不符合洪特规则。答案:(1)2相互垂直(2)1s22s22p63s23p63d14s2(或Ar3d14s2)12(3)(4)3d6基态Fe3+的价电子排布为3d5的半充满结构,能量低,结构稳定(5)洪特规则 电子跃迁与原子光谱3.下列有关原

21、子光谱的说法不正确的是(B)A.原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因B.原子光谱只有发射光谱C.通过原子光谱可以发现新的元素D.通过光谱分析可以鉴定某些元素解析:电子在基态和激发态之间的跃迁会引起能量的变化,并以光的形式体现,用光谱仪摄取得到光谱。电子从基态向激发态的跃迁会吸收能量,形成吸收光谱;电子从激发态向基态的跃迁会放出能量,形成发射光谱。原子中的电子在跃迁时会发生能量的变化,能量的表现形式之一是光(辐射),这也是原子光谱产生的原因,选项A正确;原子光谱既有发射光谱又有吸收光谱,选项B不正确;通过原子光谱可以发现新的元素,选项C正

22、确;通过光谱分析可以鉴定某些元素,选项D正确。4.(双选)(2021天津滨海三模节选)下列状态的N原子或离子在跃迁时,用光谱仪可捕捉到发射光谱的是(CD)A.1s22s22p3B.1s22s2C.1s22s12p4D.1s22s12p3解析:从激发态跃迁到基态时,用光谱仪可捕捉到发射光谱,故C、D正确。书写原子核外电子排布时的注意事项(1)分清核外电子排布的两类化学用语电子排布式核外电子排布式,如Cu:1s22s22p63s23p63d104s1简化核外电子排布式,如Cu:Ar3d104s1价层(外围)电子排布式,如Cu:3d104s1(2)化学用语应注意是原子还是离子,对于阳离子,先失去最外

23、层电子再失去次外层电子,如Fe2+的电子排布式为Ar3d6。(3)准确理解“两原理,一规则”,常出现的错误如下:违背能量最低原理;违背泡利原理;违背洪特规则;违背洪特规则(4)当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前。1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)(1)(2021全国甲卷)18 g重水(D2O)中含有的质子数为10NA。()(2)(2021湖南卷)18 g H218O含有的中子数为10NA。()(3)(2021浙江6月选考)标准状况下,1.12 L 18O2中含有中子数为NA。()(4)(2021河北卷)22.4

24、 L(标准状况)氟气所含的质子数为18NA。()(5)(2021广东卷)月壤中的3He与地球上的3H互为同位素。()(6)(2020全国卷)1 L 1 molL-1 NaCl溶液含有28NA个电子。()解析:(1)D2O的质子数为10,18 g D2O的物质的量为18 g20 g/mol=0.9 mol,则18 g重水(D2O)中所含质子数为9NA,错误。(2)18 g H218O的物质的量为18 g20 g/mol=0.9 mol,1个H218O含10个中子,则18 g H218O含有的中子数为9NA,错误。(3)标准状况下,1.12 L 18O2的物质的量为0.05 mol,一个18O中含

25、有中子数为18-8=10,所以1.12 L 18O2中含有中子数为NA,正确。(4)在标准状况下,22.4 L氟气的物质的量为1 mol,1个氟气分子含质子数为18,所以1 mol氟气含质子数为18NA,正确。(5)同位素必须为同种元素,3He和3H的质子数不同,不互为同位素,错误。(6)1 mol NaCl中含有28NA个电子,但该溶液中除NaCl外,水分子中也含有电子,错误。答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(2021浙江6月选考,6)下列说法正确的是(B)A.C60和C70互为同位素B.C2H6和C6H14互为同系物C.CO和CO2互为同素异形体D.CH3COOH和CH3OO

26、CH是同一种物质解析:同位素是指质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素之间的互称,C60和C70都属于碳的单质,两者不互为同位素,互为同素异形体,A错误;C2H6和C6H14均为烷烃,分子组成相差4个CH2,两者互为同系物,B正确;CO和CO2均不属于单质,两者不互为同素异形体,C错误;CH3COOH为乙酸,CH3OOCH为甲酸甲酯,两者不是同一种物质,D错误。3.(2021河北卷,5)用中子轰击 ZNX原子产生粒子(即氦核 24He)的核反应为:ZNX+01n P7Y+24He。已知元素Y在化合物中呈+1价。下列说法正确的是(A)A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B.Y单质

27、在空气中燃烧的产物是Y2O2C.X和氢元素形成离子化合物D.6Y和7Y互为同素异形体解析:根据元素Y在化合物中呈+1价及 ZNX+ 01nP7Y+24He可知,X为B元素、Y为Li元素。H3BO3为弱酸,可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液,A正确;Li单质在空气中燃烧的产物是Li2O,B错误;B元素与H元素可形成多种共价化合物,如B2H6、B4H10等,C错误;同素异形体是指由同一种元素组成的不同的单质,故6Y和7Y不互为同素异形体,两者互为同位素,D错误。4.(2020全国卷,11)1934年约里奥-居里夫妇在核反应中用粒子(即氦核 24He)轰击金属原子 WZX,得到核素 Z+230Y,开

28、创了人造放射性核素的先河: WZX+24HeZ+230Y+01n其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是(B)A.WZX的相对原子质量为26B.X、Y均可形成三氯化物C.X的原子半径小于Y的D.Y仅有一种含氧酸解析:由 WZX+24HeZ+230Y+01n可得W+4=30+1,则W=27,设X的最外层电子数为x,结合题给信息可知,x+x+2=8,解得x=3,又X为金属原子,可得Z=13,X为Al,Y为P。1327Al的相对原子质量为27,A项错误;X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物,分别为AlCl3、PCl3,B项正确;根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知,X(Al)

29、的原子半径大于Y(P)的,C项错误;Y(P)有多种含氧酸,如H3PO3和H3PO4等,D项错误。5.(2021全国乙卷,35节选)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。对于基态Cr原子,下列叙述正确的是(填标号)。A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为Ar3d54s1B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大解析:轨道处于半充满状态时体系总能量低,基态Cr原子核外电子排布式为Ar3d54s1,A正确;由量子力学的基本理论可知,4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置,B错误;铬的电负

30、性比钾的大,对键合电子的吸引力比钾的大,C正确。答案:AC6.回答下列问题。(1)(2021山东卷)基态F原子核外电子的运动状态有种。(2)(2021广东卷)很多含巯基(SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。基态硫原子价电子排布式为。(3)(2021河北卷)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是(填离子符号)。原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+12表示,与之相反的用-12表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为。解析:(1)基态F原子共有9个核外电子,则每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种。(2)基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,因此基态硫原子价电子排布式为3s23p4。(3)KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子分别为H+(或H-)、O2-、K+、P3-,其中核外电子排布相同的是K+、P3-。对于基态的磷原子,其价电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;根据洪特规则可知,其3p轨道的3个电子的自旋状态相同,因此基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为+32或-32。答案:(1)9(2)3s23p4(3)K+、P3-+32或-32