高中化学知识要点--原子结构

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2、离子核外电子数的计算：

阴离子核外电子数=质子数+电荷数

阳离子核外电子数=质子数-电荷数

3、原子核外电子排布规律：

① 电子是在原子核外距核由近及远、能量由低至高的不同电子层上分层排布；

② 每层最多容纳的电子数为2n²(n代表电子层数)；

③ 电子一般总是尽先排在能量最低的电子层里，即最先排第一层，当第一层排满后，再排第二层，等等。

④ 最外层电子数则不超过8个(第一层为最外层时,电子数不超过2个)。

核外电子第一层最多排2个电子。 核外电子第二层最多8个电子。 核外电子第三层最多18个电子。 核外电子最外层最多不超过8个电子。 （只有1层的最多不超过2 个电子。

【总结】1～20号元素原子核外电子排布的特殊性

1．最外层电子数为1的原子有H、Li、Na、K。

2．最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg、Ca。

3．最外层电子数和次外层电子数相等的原子有Be、Ar。

4．最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C。

5．最外层电子数是次外层电子数3倍的原子是O。

6．最外层电子数是次外层电子数4倍的原子是Ne。

7．次外层电子数是最外层电子数2倍的原子有Li、Si。

8．内层电子总数是最外层电子数2倍的原子有Li、P。

9．电子层数和最外层电子数相等的原子有H、Be、Al。

10．电子层数是最外层电子数2倍的原子是Li。

11．最外层电子数是电子层数2倍的原子有He、C、S。

12．最外层电子数是电子层数3倍的原子是O。

4、核素、同位素

⑴ 核素：把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。如¹²C、¹³C、¹⁴C就是碳元素的三种不同核素。

⑵ 同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。即同一元素的不同核素之间互称为同位素，如¹H、²H、³H三种核素均是氢元素的同位素。

⑶ 同位素的两个特征

① 同一种元素的各种同位素的化学性质相同；

② 在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子百分比是相同的。

⑷ 同位素的用途

① ¹⁴C在考古工作中用于测定文物的年代；

② 12H、13H用于制造氢弹；

③ 利用放射性同位素释放的射线育种、治疗癌症和肿瘤等。

重难突破

一、元素的确定

元素是具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子总称。

典例1有六种微粒，它们分别是1940M、2040N、1840X、1940Q^＋、2040Y^2＋、1740Z^－，它们所属元素的种类为()

A.3种  B.4种  C.5种  D.6种

【答案】B

【解析】质子数决定元素的种类，1940M、1940Q^＋表示K元素形成的微粒，2040N、2040Y^2＋表示Ca元素形成的微粒；1840X表示Ar原子，1740Z^－表示Cl^－。

归纳总结：判断元素、同位素和核素时，要抓住各种微粒的本质区别。答题时要认真分析表示原子符号的n组数字。ZAX，只要Z相同，就是同种元素；Z和A均相同，是同种核素；Z相同，A不相同的互称同位素；Z不相同的无论A是否相同，均不是同种元素，更不能称为同位素。

典例2现有下列基本粒子：¹H、²H、³H、¹H^＋、²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U、⁴⁰K、⁴⁰Ca、Cl₂、¹⁴N、¹⁴C，请回答下列问题：

(1)其中，它们分属________种元素，属于氢元素的核素有________种，属于铀元素的核素有__________种。互为同位素的原子分别为________、________。

(2)质量数相等的粒子为________、________、________(可不填满、也可补充)。

【答案】(1)733¹H、²H、³H²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U

(2)⁴⁰K、⁴⁰Ca¹⁴N、¹⁴C¹H、¹H^＋

【解析】(1)本题列出的12种粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C 7种元素；¹H和¹H^＋是同一种核素的不同粒子，¹H、²H、³H属于氢元素的3种不同核素，且互为同位素；²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U属于铀元素的3种不同核素，也互为同位素。

(2)是为“质量数相等的粒子”，而非“质量数相等的原子”，否则“¹H和¹H^＋”不能为答案。 

二、原子中各微粒数的计算

典例3用ZAX表示原子：

(1)中性原子的中子数N＝__________。

(2)^AX^n＋共有x个电子，则该阳离子的中子数N＝________。

(3)^AX^n－共有x个电子，则该阴离子的中子数 N＝________。

(4)¹²C¹⁶O₂分子中的中子数N＝________。

(5)A^2－原子核内有x个中子，其质量数为m，则n g A^2－所含电子的物质的量为________。

【答案】(1)A－Z(2)A－x－n(3)A－x＋n

(4)22(5)mn(m－x＋2) mol

【解析】(1)根据“质子数＋中子数＝质量数”的关系，得N＝A－Z。(2)^AX^n＋共有x个电子，中性原子X的电子数为x＋n，则N＝A－x－n。(3)^AX^n－共有x个电子，中性原子X的电子数为x－n，则N＝A－x＋n。(4)¹²C¹⁶O₂分子中的中子数为6＋8＋8＝22。(5)A^2－所含电子数为m－x＋2，则 n g A^2－所含电子的物质的量为mn(m－x＋2) mol。

三、元素、核素、同位素、同素异形体的区别和联系

1. 区别

名称	元素	核素	同位素	同素异形体
本质	质子数相同的一类原子的总称	质子数、中子数都一定的原子	质子数相同、中子数不同的核素	同种元素形成的不同单质
范畴	同类原子	原子	原子	单质
特性	只有种类，没有个数	化学反应中的最小微粒	化学性质几乎完全相同	元素相同、性质不同
决定因素	质子数	质子数、中子数	质子数、中子数	组成元素、结构
举例	H、C、O三种元素	11H、12H、13H三种核素	11H、12H、13H互称同位素	O2与O3互为同素异形体

2. 联系

(1) 在辨析核素和同素异形体时，通常只根据二者研究范畴不同即可作出判断。

(2) 同种元素可以有多种不同的同位素原子，所以元素的种类数目远少于原子种类的数目。

(3) 自然界中，元素的各种同位素的含量基本保持不变。

典例4下列共有十二种化学符号：

①O₂ 

②₆¹⁴C  

③²³⁸U  

④₁₁²³Na  

⑤O₃ 

⑥₇¹⁴N  

⑦₁₂²⁴Mg  

⑧ 

⑨²³⁵U   

⑩

（11）  

（12）

其中：

（1）表示核素的符号共有＿＿＿种.

（2）互为同位素的是＿＿＿（填序号，以下相同）

（3）质量数相等，但不能互称同位素的是＿＿；

（4）中子数相等，但质子数不相等的是＿＿＿.；

（5）互为同素异形体的是＿＿＿；           

（6）互为同分异构体的是＿＿＿。

【答案】（1）6；（2） ③⑨；（3） ②⑥；（4） ④⑦；( 5) ①⑤；（6） （11）（12。

【解析】（1）核素是具有一定数目的质子和一定数目的中子的原子，表示核素的符号共有②₆¹⁴C  ；③²³⁸U ；④₁₁²³Na； ⑥₇¹⁴N ； ⑦₁₂²⁴Mg；⑨²³⁵U一共有6种；（2）同位素是质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，互为同位素的是③⑨；（3）质量数相等，但不能互称同位素的是②⑥；（4）中子数相等，但质子数不相等的是④⑦；（5）同素异形体是由同种元素组成的不同性质的单质，互为同素异形体的是①⑤；（6）同分异构体是分子式相同而结构不同的化合物，互为同分异构体的是（11）（12）。

典例5同学们学习了同位素、同素异形体、同系物、同分异构体，下面列出了几组物质，请用物质的组号填写下表。 

③CH₄和CH₃CH₂CH₃   ④金刚石和石墨   ⑤H、D、T   ⑥¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O

⑦乙醇（CH₃CH₂OH）和甲醚（CH₃OCH₃）   ⑧臭氧（O₃）和氧气（O₂）

⑨2,2—二甲基丙烷 和 新戊烷   ⑩CH₃CH₂OH 和 HOCH₂CH₃

类别	同位素	同素异形体	同分异构体	同系物	同一种物质
组号

       【答案】⑤⑥，④⑧，②⑦，①③，⑨⑩

【解析】若化学式为元素，可能是同位素;若化学式为单质，则可能是同素异形体;若化学式为分子式相同、结构不同的有机化合物，则为同分异构体;若是分子式不同结构相似的有机化合物，则为同系物.所以

①同系物; ②为同分异构体;

③为同系物;④为同素异形体;

⑤为同位素;⑥为同位素;

⑦为同分异构体;⑧为同素异形体. 

⑨2,2—二甲基丙烷 和 新戊烷，分子式、结构都相同，为同一种物质

⑩CH₃CH₂OH 和 HOCH₂CH₃，分子式、结构都相同为同一种物质。

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