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第一節 原子結構與元素周期表
4.1.1 原子結構和核素
第四章 物質結構 元素周期律
學習目標
1.了解原子的表示方法，掌握有關質量數、質子數、中子數、電子數的相關計算(重點)。
2.能從微觀角度認識原子的構成，掌握原子核外電子排布規律，能畫出1～20號元素的原子結構示意圖(重點)。
3.能根據原子的結構特征確定元素(難點)。
4.知道元素、核素、質量數、同位素的含義，能比較它們的不同
1、豐富多彩的物質世界是由一百多種元素組成的。最初，人們通過分類整理的方法對元素之間的聯系進行研究的。隨著元素周期表的建立和元素周期律的發現，特別是原子結構的奧秘被揭示，人們從微觀角度探索元素之間的內在聯系，進一步認識了元素性質及其遞變規律，并通過研究粒子間的相互作用，認識化學反應的本質；逐步建立了結構決定性質的觀念。請簡要講訴人們對原子結構的認識的發展過程？
思考
.......
道爾頓—
實心球模型
湯姆生—
“棗糕”模型
盧瑟福—
行星模型
玻爾—
量子軌道模型
現代電子
云模型
一、原子的表示方法、質量數及原子結構
1、原子結構
構成原子的微粒
原子核
原子
核外電子
質子
中子
按照核電荷數由小到大給元素編號，得到的序號叫原子序數。
(帶正電荷)
(不帶電)
(帶負電)
原子核所帶的電荷數，稱為核電荷數
質子數
=
原子序數 = 核電荷數 = 質子數
原子不帶電
原子序數 = 核電荷數 = 質子數=原子的核外電子數
【注意】原子結構記憶口訣：
原子構成三子(質子、中子、電子)奇(奇妙)；質子正電扛大旗；電子抗衡帶負電；中子不帶電保中立
思考
粒子種類 質 量 相對質量
質子 1.6726×10-27 kg　　 1.007
中子 1.6749×10-27 kg 1.008　
電子 質子質量的1/1836 1/1836
2、分析表格中的數據思考，原子的質量主要由哪些微觀粒子決定？
原子的質量主要集中在原子核上，質子和中子的相對質量都近似為1，如果忽略電子的質量，將原子核內所有質子和中子的相對質量取近似整數值相加，可知原子質量≈原子核質量＝質子的質量+中子的質量
2、質量數
(1)概念
原子核內所有質子和中子的相對質量取近似整數值后相加所得的數值
(2)構成原子的微粒間的兩個關系
①質量數(A)＝質子數(Z )＋中子數(N )
②質子數＝核外電子數＝核電荷數＝原子序數
3、原子的質量數是否就是原子的相對原子質量 請舉例說明。
思考
不一定。S的質量數為32，而硫原子的相對原子質量為32.06，兩者數值上相近但不相等。
【注意】
①相對原子質量≈質量數
②相對原子質量和質量數是兩個不同的概念，不能混為一談，可以認為在數值上二者相等
X
A
Z
質量數 —
質子數 —
—元素符號
3、原子表示方法
原子 質子數(Z) 中子數(N) 表示方法
F 9 10
Na 11 12
Al 13 14
F
19
9
Na
23
Al
27
13
11
粒子符號 質量數（A） 質子數(Z) 中子數(N) 核外電子數
16 8 8 8
23 11 12 11
Na
23
11
【練一練】
1.完成下列內容
粒子符號 質量數（A） 質子數(Z) 中子數(N) 所帶 電荷數 核外電子數
F
O2-
16
8
Na+
23
11
16 8 8
23 11 12
-2
+1
4、如果是離子，各微觀粒子數又如何變化？
思考
8+2=10
11-1=10
19
9
19 9 10
0
9-0=9
5、原子和離子中微粒間的數量關系
(1)原子
核外電子數＝質子數＝核電荷數，如N原子：
(2)陽離子
核外電子數＝質子數－所帶電荷數，如Na＋：
(3)陰離子
核外電子數＝質子數＋所帶電荷數，如S2－：
陽離子(Rm＋) 質子數＞電子數 核外電子數＝質子數-m
陰離子(Rm－) 質子數＜電子數 核外電子數＝質子數+m
①任何微粒中，質量數＝質子數＋中子數，但質子數與電子數不一定相等，如：陰、陽離子中
②有質子的微粒不一定有中子，如：1H；有質子的微粒不一定有電子，如：H＋
③質子數相同的微粒不一定屬于同一種元素，如：F與OH－
④核外電子數相同的微粒，其質子數不一定相同，如：Al3＋和Na＋、F－等，NH4＋與OH－等
⑤微粒包括分子，原子，電子，質子，中子，原子團等
【幾點強調】
(1)原子呈電中性是因為中子不帶電(　　)
(2)質子數和中子數決定原子的質量(　　)
(3)原子的質量數就是原子的相對原子質量(　　)
(4)微粒中的質子數與核外電子數一定相等(　　)
(5)某種氯原子的中子數是18，則其質量數是35，核外電子數是17(　　)
×
√
2、判斷正誤
×
×
√
【練一練】
3、下列有關鈀原子( 10646Pd)的說法錯誤的是(　　)
A．原子序數為46 B．質子數為46 C．電子數為46 D．中子數為46
D
4、小組討論:看到符號 ，你能得到哪些信息？
Cl
37
17
(1)是一種氯原子，質子數為17，質量數為35。
(2)氯是一種非金屬元素。
(3)原子結構示意圖為：
(4)氯易得到一個電子，具有氧化性。
【練一練】
5、根據數據分析電子運動的特征:①速度:炮彈2 km/s，人造衛星7.8 km/s，宇宙飛船11 km/s，氫核外電子2.2×108 m/s;②乒乓球半徑:4×10-2m;原子半徑:約10-10 m。
電子在原子核外是如何運動的 多電子的原子呢 有沒有什么規律呢
思考
繞核運動，電子質量小;運動空間小;運動速度快。
二、原子核外電子的排布規律
第一層
第二層
第三層
鈉原子的結構
（11個電子）
電子怎么分層，依據是什么？
1、電子的能量
(1)在多電子原子里，電子的能量不同
(2)在離核近的區域運動的電子的能量較低，在離核遠的區域運動的電子的能量較高
2、電子層
(1)概念
在多電子原子里，把電子運動的能量不同的區域簡化為不連續的殼層，稱作電子層
【注意】電子層不是真實存在的，只是為了研究方便假設的
洋蔥式結構
(2)不同電子層的表示及能量關系
各電子層由內到外 電子層數(n) 1 2 3 4 5 6 7
字母代號 K L M N O P Q 最多容納電子數(2n2) 2 8 18 32 50 72 98 離核遠近 由近到遠 能量高低 由低到高 由于原子中的電子是處在原子核的引力場中(類似于地球上的萬物處于地心引力場中)，電子一般總是先從內層排起，當一層充滿后再填充下一層。
3、電子層的表示方法
原子的結構示意圖
核內質子數等于核外電子數
離子結構示意圖
陽離子：核外電子數小于核電荷數
陰離子：核外電子數大于核電荷數
核電荷數 元素名稱 元素符號 各電子層的電子數 K L M N O P
2 氦 He 2
10 氖 Ne 2 8
18 氬 Ar 2 8 8
36 氪 Kr 2 8 18 8
54 氙 Xe 2 8 18 18 8
86 氡 Rn 2 8 18 32 18 8
6、閱讀課本上的思考討論并回答問題，找出原子核外電子排布的規律？
思考
4、原子核外電子的排布規律
(1)能量最低原則
核外電子總是先排布在能量最低的電子層里，然后再按照由里向外的順序依次排布在能量逐漸升高的電子層里，即按K→L→M→N...順序排列
(2)分層排布原則
①每層最多容納的電子數為2n2個(n是電子層序數)
②最外層不超過8個(K層為最外層時不超過2個)
③次外層不超過18個，倒數第三層不超過32個
④未容納滿的內層電子數符合2n2的數字特征。
⑤以上四條規律相互聯系和制約(同時滿足)。
【注意】
①核外電子排布的幾條規律是相互聯系的，不能孤立地理解，必須同時滿足各項要求，如：M層不是最外層時，最多能容納18個電子，當M層為最外層時，最多容納8個電子；
②電子不一定排滿M層才排N層，如K和Ca的核外電子排布情況
思考
7、某同學在畫某種元素的一種單核微粒的結構示意圖時，忘記在圓圈內標出質子數，請你根據核外電子排布，推測可能的微粒符號。
可能為中性原子Ne,
也可能為陽離子Na+、Mg2+、Al3+
也可能為陰離子F-、O2-、N3-
5、畫出核電荷數為1～20號的元素的原子結構示意圖
【練一練】
6、按要求填空 (前三周期元素，1~18號元素) (填元素符號)
(1)最外層電子數為1的元素有____________
(2)最外層電子數為2的元素有____________
(3)最外層電子數與次外層電子數相等的元素有____________
(4)最外層電子數是次外層電子數2倍的元素是_______________
(5)最外層電子數是次外層電子數3倍的元素是____________
(6)次外層電子數是最外層電子數2倍的元素有____________
(7)內層電子總數是最外層電子數2倍的元素有____________
(8)電子層數與最外層電子數相等的元素有____________
(9)最外層電子數是電子層數2倍的元素有____________
(10)最外層電子數是電子層數3倍的元素有____________
【練一練】
H、Li、Na　
He、Be、Mg
Be、Ar　
C
O
Li、Si　
Li、P　
H、Be、Al　
He、C、S
O
7.根據下列敘述，寫出元素名稱并畫出原子結構示意圖。
信息 元素名稱 原子結構示意圖
A元素原子核外M層電子數是L層電子數的一半
B元素原子最外層電子數是次外層電子數的1.5倍
C元素＋1價離子C＋的電子層排布與Ne相同
D元素原子次外層電子數是最外層電子數的
硅
硼
鈉
氧
【練一練】
核外電子總數相同的微粒可以是分子，原子，也可以是離子，可以是單核(一個原子核)微粒，也可以是多核(多個原子核)微粒。
如尋找10電子微粒與18電子微粒的方法:以 Ne、Ar為基準,聯系同周期非金屬元素的陰離子及其氫化物,下一周期金屬元素的陽離子,并利用非金屬元素的陰離子得到H+后電子數不變、2個9電子基團可組合成1個18電子微粒等現律,歸納出常見的10電子、18電子微粒。
5.電子數相等的微粒組成規律
8.原子的質量主要由原子核決定。已知質量數為A的某陽離子Rn＋，核外有X個電子，則核內中子數為（ ）
A.A－X B.A－X－n C.A－X＋n D.A＋X－n
B
4.已知R2＋核內共有N個中子，R的質量數為A，確定m g R2＋中含有電子的物質的量為（ ）
C
【練一練】
9.若元素X和Y的核電荷數都小于18，最外層電子數分別為n和(m－5)，次外層分別有(n＋2)個和m個電子。
(1)對于元素X，n_____(填“≥”或“≤”)8，(n＋2)個電子所在電子層為____層，(n＋2)＝____，n＝____。
(2)對于元素Y, 0<(m－5)______(填“≥”或“≤”)8；次外層有m個電子，則m＝______；m個電子所在電子層為_____層。
(3)據此推斷元素X和Y，其元素名稱為：X______，Y______。
≤
L
8
6
≤
8
L
硫
鋁
【練一練】
10.已知A、B、C三種元素的原子中，質子數為A(1)三種元素的元素符號：
A________；B________；C________。
(2)畫出三種元素的原子結構示意圖：
A________；B________；C_________。
C
Si
Cl
【練一練】
11.A、B兩種原子，A的M電子層的電子數比B的M電子層的電子數少3個電子，B的L電子層的電子數恰為A的L電子層的電子數的 2倍。A和B分別是( )
A.硅原子和鈉原子 B.硼原子和氦原子
C.氯原子和碳原子 D.碳原子和鋁原子
D
【練一練】
8、周期表中有118種元素，是不是就只有118種原子呢 試分析下列三種原子結構的異同 它們是不是同一種元素
思考
原子名稱 質子數(Z) 中子數(N) 原子符號
氕(pie）
氘(dao）
氚(chuan）
1
0
1
1
1
2
H
1
1
H或D(重氫)
2
1
H或T(超重氫)
3
1
三、元素、核素、同位素
1、元素
具有相同核電荷數(即核內質子數)的一類原子的總稱
【注意】①同種元素原子的原子核中質子數是相同的。而精確實驗證明，同種元素原子的原子核中，中子數不一定相同，如：氫元素的原子核；
②元素屬于宏觀概念，只論種數不論個數，元素的種類是由質子數決定的，只要原子的質子數相同就屬于同一種元素。
把具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子叫做核素，如：11H、21H、31H就各為一種核素。
2、核素
【注意】①核素屬于微觀概念，核素界定的是一種原子，由質子數和中子數共同確定的，即原子核內質子數相同，中子數相同的原子是同一種核素。
②同一元素的不同核素，中子數不同、質量數不同，但質子數一定相同。
③除少數元素只有一種核素外，大多數元素都包含多種核素，即一種元素可以有多種核素，比如氫元素的3種的核素。
(1)概念
質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子互稱為同位素(即同一元素的不同核素互稱為同位素)，如：11H、21H、31H互為同位素。
3、同位素
(2)特點
兩同兩不同
①兩同：質子數相同，核外電子相同(元素相同)
②兩不同：質量數不同，中子數不同(原子不同)
(3)性質
①同位素在周期表里占據同一位置
②同位素的化學性質幾乎相同
③天然存在的同位素，不論是游離態還是化合態，相互間保持一定的比率
13C：檢測幽門螺旋桿菌
氘、氚聚變反應制造氫彈
14C：測定文物年代
(4)同位素的應用
同位素分為天然同位素和人造同位素
①核能：21H、31H是制造氫彈的原料；
235U用于制造原子彈、核發電
②考古：根據14C遺留數量的多少可以推斷生物體的存在年代
(3)醫療：利用放射性同位素釋放的射線治療癌癥和腫瘤等
4、元素、核素、同位素的判斷方法
(1)判斷元素、核素和同位素時，要抓住各種粒子的本質。質子數相同的原子就是同種元素；質子數和中子數均相同的就是同種原子，也稱為核素，同種元素的不同核素互稱同位素
(2)分析原子表示符號的幾組數字。AZX，只要Z 相同，就是同種元素；Z 和A均相同，是同種核素；Z 相同，A不相同的互稱同位素；Z不相同的不論A是否相同，均不是同種元素，更不能稱為同位素
5、元素、核素、同位素的區別與聯系
內容 元素 核素 同位素 同素異形體
定義 把具有相同質子數的一類原子的總稱。 把具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子叫做核素。 質子數相同、中子數不同的原子（核素） 由一種元素組成的不同單質
對象 同類原子 原子 原子 單質
性質 只有種類，沒有個數 化學反應中最小的微粒 化學性質幾乎一樣，物理性質有差異 化學性質相似，物理性質差別較大
決定因素 質子數 質子數、中子數 子數、中子數 組成元素，物質結構
實例 H、C、O三種元素 12C、14C三種核素 H、D、T 金剛石與石墨
聯系 ①現行元素周期表已發現的元素有118種，由于同位素的存在，故核素的種數遠大于118種。
②不同核素可能具有相同的質子數，如 1H、2H；也可能具有相同的中子數，如 14C、16O；也可能具有相同的質量數，如14C、14N。
③一種元素可以有多種核素，也可能只有一種核素。
④同位素之間的轉化，既不是物理變化也不是化學變化，是核反應。
⑤同位素是指同一元素的不同“原子”間的關系，同素異形體是指同一元素的不同“單質”間的關系。
⑥同位素之間可形成不同的同位素單質。如氫分子有六種：H2、D2、T2、HD、HT、DT。同位素之間可形成不同的同位素化合物。如水分子有：H2O(普通的水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。H、D、T與16O、17O、18O可形成3×6＝18種水分子，相對分子質量不同。它們的物理性質(如密度)有所不同，但化學性質幾乎完全相同。
【幾點強調】
9、質量數相同的原子是否為同種元素？
思考
不能根據質量數來確定元素的種類，如14C和14N的質量數相同，但它們屬于兩種不同的元素。
【練一練】
(1)上述10種物質中包含幾種元素
(2)上述10種物質屬于核素的有幾種 分別是什么
(3)上述物質屬于同位素的是哪些粒子
(4)上述物質屬于同素異形體的是哪些物質
四、原子的相對原子質量與元素的相對原子質量
1、原子(或核素)的相對原子質量
以一個12C原子質量的1/12作為標準，X原子的質量跟它相比所得的數值即為X的相對原子質量,取該值的正整數即為該核素的質量數
MX=
某核素的實際質量
1/12× 12C原子的質量
質量數等于核素的相對原子質量的近似值（取整數）
2、元素的相對原子質量
因天然元素往往不只一種原子，因而用上述方法定義元素的相對原子質量就不合適了。元素的相對原子質量是該元素的各種核素的原子數百分比與其相對原子質量的乘積所得的平均值
如：A、B、C…為某元素的不同核素，其原子數百分比分別為a%、b%、c%…則該元素的相對原子質量為MA·a%＋MB·b%＋MC·c%＋….,其中MA、MB、MC…分別表示核素A、B、C…的相對原子質量
3、元素的近似相對原子質量
若用同位素的質量數替代其相對原子量進行計算，其結果就是元素的近似相對原子質量(計算結果通常取整數)。我們通常采用元素的近似相對原子質量進行計算
【練一練】
13、將某文獻資料上記載的相對原子質量數據摘錄如下：
35Cl 34.969 75.77% 35Cl 35 75.77%
37Cl 36.966 24.23% 37Cl 37 24.23%
平均 35.453 平均 35.485 試回答下列問題：
(1) 34.969是表示 ；
(2) 35.453是表示 ；
(3) 35是表示 ；
(4) 35.485是表示 ；
(5) 24.23%是表示
同位素35Cl的相對原子質量
氯元素的相對原子質量
同位素35Cl的質量數
氯元素的近似相對原子質量
同位素37Cl占的原子個數百分比

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