第24講 原子結(jié)構(gòu)(基礎(chǔ)課)
1.了解元素、核素和同位素的含義。 2.了解原子的構(gòu)成，了解原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。 3.了解核外電子排布規(guī)律，掌握原子、離子結(jié)構(gòu)示意圖。 4.了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、能級(jí)分布和排布原理，能正確書(shū)寫(xiě)1～36號(hào)元素原子核外電子、價(jià)層電子的電子排布式和軌道表示式(又稱(chēng)電子排布圖)。
原子結(jié)構(gòu) 同位素
1．原子構(gòu)成
(1)原子符號(hào)(eq \\al(A,Z)X)與原子構(gòu)成
原子eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 原子核\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(質(zhì)子?Z個(gè)?——決定元素的種類(lèi),中子[?A－Z?個(gè)]\f(在質(zhì)子數(shù)確定后,決定原子種類(lèi))同位素)), 核外電子?Z個(gè)?——最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)))
(2)粒子中“各數(shù)”間的關(guān)系
①質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)。
② 電性關(guān)系eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 原子?\\al(A,Z)X?：核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)?Z?＝核電,荷數(shù)＝原子序數(shù),陰離子?\\al(A,Z)Xn－?：核外電子數(shù)＝Z＋n,陽(yáng)離子?\\al(A,Z)Xn＋?：核外電子數(shù)＝Z－n))
2．元素、核素、同位素
(1)“三素”關(guān)系及含義
(2)同位素的特點(diǎn)
①天然存在同一元素的各核素所占原子百分?jǐn)?shù)一般不變。
②同位素的“六相同”與“三不同”
(3)幾種重要的核素及其應(yīng)用
(4)氫元素的三種核素
eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、eq \\al(3,1)H用字母H、D、T表示，名稱(chēng)為氕、氘、氚。
3．相對(duì)原子質(zhì)量與平均相對(duì)原子質(zhì)量
(1)原子(即核素)的相對(duì)原子質(zhì)量
一個(gè)原子(即核素)的質(zhì)量與一個(gè)12C質(zhì)量的eq \f(1,12)的比值。一種元素有幾種同位素，就有幾種不同核素的相對(duì)原子質(zhì)量。
(2)元素的相對(duì)原子質(zhì)量是按該元素各種天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。
(3)核素的近似相對(duì)原子質(zhì)量＝質(zhì)量數(shù)。
(4)元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量＝A1×a%＋A2×b%＋……。
核聚變與核裂變?yōu)楹朔磻?yīng)，不屬于化學(xué)反應(yīng)。
1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)所有原子均是由核外電子、核內(nèi)質(zhì)子和中子構(gòu)成。( )
(2)中子數(shù)為20的氯原子符號(hào)為eq \\al(20,17)Cl。( )
(3)16O和18O的化學(xué)性質(zhì)相同。( )
(4)核聚變?nèi)鏴q \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H―→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n，因?yàn)橛行挛⒘Ｉ桑栽撟兓腔瘜W(xué)變化。( )
(5)H2、D2、HD均為氫元素的不同單質(zhì)，三者互為同素異形體。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2．現(xiàn)有下列9種微粒：eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H、eq \\al(13, 6)C、eq \\al(14, 6)C、eq \\al(14, 7)N、eq \\al(56,26)Fe2＋、eq \\al(56,26)Fe3＋、eq \\al(16, 8)O2、eq \\al(16, 8)O3。按要求完成以下各題：
(1)eq \\al(1,1)H、eq \\al(2,1)H分別是氫元素的一種________，它們互稱(chēng)為_(kāi)_______。
(2)互為同素異形體的微粒是________。
(3)eq \\al(56,26)Fe2＋的中子數(shù)為_(kāi)_______，核外電子數(shù)為_(kāi)_______。
(4)上述9種微粒中含有________種元素。
[答案] (1)核素 同位素 (2)eq \\al(16, 8)O2、eq \\al(16, 8)O3 (3)30 24 (4)5
1.eq \\al(14, 6)C的衰變反應(yīng)為eq \\al(14, 6)C―→eq \\al(14, Z)X＋eq \\al(0,－1)e，其半衰期(反應(yīng)物的量被消耗到其初始量的一半需要的時(shí)間)為5 730年。下列說(shuō)法正確的是( )
A.eq \\al(14, 6)C與eq \\al(14, Z)X互為同位素
B.eq \\al(14, 6)C與eq \\al(14, Z)X的中子數(shù)相同
C.eq \\al(12, 6)C和eq \\al(14, 6)C的價(jià)層電子數(shù)相差2
D．某考古樣品中eq \\al(14, 6)C的量應(yīng)為其11 460年前的eq \f(1,4)
D [A.Z＝7，eq \\al(14, 6)C與eq \\al(14, Z)X質(zhì)子數(shù)不相同，不互為同位素，A錯(cuò)誤；B.eq \\al(14, 6)C與eq \\al(14, Z)X的中子數(shù)分別為14－6＝8、14－7＝7，中子數(shù)不同，B錯(cuò)誤；C.eq \\al(12, 6)C和eq \\al(14, 6)C的核外電子數(shù)均為6，核外電子排布相同，價(jià)層軌道電子數(shù)相同，C錯(cuò)誤；D.根據(jù)半衰期的定義，某考古樣品中eq \\al(14, 6)C的量應(yīng)為其5 730年前的eq \f(1,2)，為5 730×2＝11 460年前的eq \f(1,4)，D正確。]
2．某元素(X)構(gòu)成的雙原子單質(zhì)分子有三種，其相對(duì)分子質(zhì)量分別為158、160、162，在天然單質(zhì)中，這三種單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶1∶1，由此推斷以下結(jié)論正確的是( )
A．此元素有3種不同的同位素
B．其中一種同位素質(zhì)量數(shù)為80
C．其同位素79X占原子總數(shù)的eq \f(1,2)
D．單質(zhì)X2的平均相對(duì)分子質(zhì)量為162
C [由題意知元素X有兩種同位素，A項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)X的兩種同位素分別為a、b，則對(duì)應(yīng)單質(zhì)化學(xué)式分別為a2、ab、b2，由a2、b2可求得a、b的質(zhì)量數(shù)為79和81，B項(xiàng)錯(cuò)誤；質(zhì)量數(shù)為79的核素占原子總數(shù)的分?jǐn)?shù)為eq \f(1×2＋1,6)＝eq \f(1,2)，C項(xiàng)正確；單質(zhì)X2的平均相對(duì)分子質(zhì)量為158×eq \f(1,3)＋160×eq \f(1,3)＋162×eq \f(1,3)＝160，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
3.某元素的一種同位素X原子的質(zhì)量數(shù)為A，含N個(gè)中子，它與1H原子構(gòu)成HmX分子，在a g HmX中所含原子的物質(zhì)的量為_(kāi)_____，所含中子的物質(zhì)的量為_(kāi)_____，所含質(zhì)子數(shù)為(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下同)______，所含電子數(shù)為_(kāi)_____。
[答案] eq \f(a?m＋1?,A＋m) ml eq \f(aN,A＋m) ml eq \f(a?m＋A－N?NA,A＋m) eq \f(a?m＋A－N?NA,A＋m)
4．H、D、T形成的氫氣分子有____________；H、D、T與16O、17O可形成的水分子有________種；其中相對(duì)分子質(zhì)量相同的有_________________________；這些水分子的物理性質(zhì)________，化學(xué)性質(zhì)________。
[答案] H2、D2、T2、HD、HT、DT 12 HT16O與Deq \\al(16,2)O、HT17O與Deq \\al(17,2)O、HD16O與Heq \\al(17,2)O、HD17O與Deq \\al(16,2)O 不同 幾乎相同

“三同”比較
核外電子排布與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
1．電子層、能級(jí)和原子軌道
2.原子軌道的形狀、數(shù)目及能量關(guān)系
(1)軌道形狀eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(s電子的原子軌道呈球形對(duì)稱(chēng),p電子的原子軌道呈啞鈴形))
(2)軌道伸展半徑：s、p、d、f各能級(jí)的原子軌道半徑隨電子層數(shù)(n)的增大而增大。
(3)能量關(guān)系
①同一電子層內(nèi)形狀相同而伸展方向不同的原子軌道的能量相等，如2px、2py、2pz軌道的能量相同。
②同一電子層伸展方向不同原子軌道能量：ns

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