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第一节 原子结构与元素周期表
第2课时：元素周期表 核素、同位素
第四章 物质结构 元素周期律
原子结构
01
核外电子排布
02
学习目标
1.通过旧知回顾、阅读思考，了解质量数的概念，知道原子的结构及构成原子的微粒间的关系；
2.通过对比分析、讨论交流，根据原子核外电子的排布规律，能画出1 20号元素的原子和离子的结构示意图，知道原子、阳离子、阴离子的质子数和核外电子数之间的关系；
3.通过分析与讨论原子核外电子排布规律，了解预测、假设、模型等方法在科学家研究原子结构中的重要作用，体验科学探究的过程，培养微观探析与科学态度的化学核心素养。
丰富多彩的物质世界是由一百多种元素组成，那么这些元素之间是如何相互结合形成多种多样的物质，元素的原子结构与元素周期表之间又有什么样的关系呢？在初中我们学习过原子结构和元素周期表，知道原子结构和元素周期表揭示了元素之间的内在联系，下面我们将继续学习原子结构的相关知识，进一步探究原子结构与元素周期表之间的关系。
【原子结构模型的发展】
原子结构
原子结构
活动一、原子结构的探索历程
1803年，道尔顿提出：构成物质的最小粒子是原子，原子是不可再分的实心球体。
1897年，汤姆生在原子内部发现了电子，人们终于抛弃了原子不可分割的陈旧观念。
1911年，卢瑟福通过精密的实验证明在原子中心有一个极小的核，电子绕核做高速旋转。
实心球模型
枣糕模型
行星有核模型
原子结构
电子在核外做无规则的高速运转
现代原子结构：
电子
中子
质子
原子核
原子结构
任务一、回顾初中学习的原子结构有关知识，查阅资料，简述原子结
构的发展经历了哪些过程？完成表跟内容。
年代 模型 观点或理论
1803年
1904年
1911年
道尔顿模型
汤姆孙模型
卢瑟福原子模型
原子是构成物质的基本粒子，是坚实的、不可再分的实心球。
原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成了中性原子。
在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。
原子结构
年代 模型 观点或理论
1913年
1926～1935年
玻尔原子模型
电子云模型
电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运动规律与一般物体不同，没有确定的轨道。
电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动
①原子结构模型是科学家根据科学猜想和分析，通过对原子结构的形象描摹而建
构的揭示原子本质的认知模型。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。
②目前，科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜摄制显示原子图像的照
片。随着现代科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。
【温馨提示】
原子结构
任务二、讨论交流：原子结构模型的演变过程对我们有何启示？
①化学认识发展的形式与科学认识发展的形式一样,都是继承、积累、突
破和革命。
②实验方法是科学研究的一种重要方法,实验手段的不断进步是化学发展
的一个关键。
③科学研究、科学发现是无止境的。
对应训练
【典例1】描述电子在原子核外空间具有确定半径的轨道上绕核进行高速
圆周运动的原子模型是（ ）
A．玻尔电子分层排布模型 B．量子力学模型
C．汤姆逊“葡萄干布丁”模型 D．卢瑟福核式模型
A
【解析】 玻尔电子分层排布模型描述电子在原子核外空间具有确定半径的轨道上绕核进行高速圆周运动，A项正确；量子力学模型：电子是一种微观粒子，核外电子的运动与宏观物体运动不同，没有确定的方向和轨迹，只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会（几率）大小，B项错误；汤姆逊“葡萄干布丁”模型：原子呈圆球状充斥着正电荷，而带负电荷的电子则像一粒粒葡萄干一样镶嵌其中，C项错误；卢瑟福核式模型：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转D项错误；故选A。
对应训练
【典例2】表明原子具有复杂结构的发现是（ ）
①电子的发现； ②质量守恒定律的发现；
③元素放射性现象的发现；④空气组成的发现
A．①② B．①③
C．①④ D．③④
B
【解析】 汤姆生发现了电子，认为原子是枣糕式模型；元素放射性现象的发现说明了原子具有内部结构，这些发现表明原子具有复杂结构。质量守恒定律的发现以及空气组成的发现与原子具有复杂结构没有关系。答案选B。
原子结构
活动二、认识原子结构
任务一、联系初中所学原子结构的特点，观察教材P92页图4-2，请描
述原子是怎样构成的？
①原子是由原子核以及核外电子组成的，而原子核又
由质子和中子构成。
②相对于原子而言，原子核的体积很小，电子都在核
外进行高速运动；
③原子的质量几乎都集中在原子核上，电子的质量可
以忽略，而质子和中子的质量近似相等。
带电情况： ，质量1.6749×10-27kg
带电情况： ，质量9.109×10-31kg
带电情况： ，质量1.6726×10-27kg
质
子
中
子
(中心，带正电)
(核外，带负电)
原子核
核外电子
每个质子带1单位正电荷
不带电
每个电子带1单位负电荷
核电荷数
决定原子的种类
质量很小，可忽略不计
【结论】原子质量≈原子核质量＝质子的质量+中子的质量
原子的质量主要集中在原子核上
原子结构
任务二、讨论交流：构成原子的各种微粒在电性、质量等方面有和特点？
原子
原子结构
任务三、阅读教材P92页内容，思考什么是质量数？如何表示一个特定
的原子？
①质量数是忽略电子的质量，将核内所有质子和
中子的相对质量取近似整数值相加所得的数值。
②质量数用A表示，质子数用Z表示，中子数用
N表示，可以得到公式：A=Z+N。
③根据质量数的定义，我们可以用 的形式来表示一个特定的原子，即 表示
具有Z个质子，Z个电子和(A－Z)个中子的原子。如12C表示具有6个质子、6个电子、
6个中子的碳原子。
X
A
Z
—元素符号
质量数—
质子数—
原子结构
任务四、问题探究：以Na+和Cl-为例，回答简单离子中各微观粒子数
目有和特点？完成表格内容。
粒子符号 质子数(Z ) 质量数(A ) 中子数(N ） 电荷数 核外电子数
结论 ①阳离子： ②阴离子： Na+
11
23
Cl-
17
37
核外电子数＝质子数-电荷数
核外电子数＝质子数+电荷数
11 23 12 1 10
17 37 20 1 17
对应训练
【典例1】下列关于具有放射性的 的说法正确的是（ ） A．是一种新元素 B．中子数是125
C．其化学性质与 有很大区别 D．质子数是53
D
【解析】A． 的质子数为53，为碘元素，不是新元素，A错误；B． 的中子数为125-53=72，B错误；C．元素的化学性质主要由最外层电子数决定， 与 属于同一种元素，具有相同的电子层结构，化学性质相同，C错误；D． 左下角的数字53为质子数，所以 的质子数为53，D正确。答案选D。
对应训练
【典例2】利用宇宙射线产生的放射性同位素碳-14来测定含碳物质
的年龄，叫碳-14测年。下列关于 的叙述不正确的是（ ）
A． 原子核外电子数为6 B． 原子核外中子数为14
C． 具有放射性 D． 与 化学性质基本相同
B
【解析】A． 原子的质子数为6，对原子来说，质子数=原子核外电子数，则其原子核外电子数为6，A正确；B． 原子的质量数为14，质子数为6，则核内中子数为14-6=8，核外不存在中子，B不正确；C． 是碳的放射性同位素，则 具有放射性，C正确；D． 与 互为同位素，二者的化学性质基本相同，则 与 的化学性质基本相同，D正确；故选B。
核外电子排布
核外电子排布
活动一、探究核外电子的分层排布规律
任务一、阅读教材P92页内容，结合原子结构的演变模型，思考什么
是电子层？
①在多电子的原子里，原子的核外电子
在原子核外的不同区域运动，我们将这
些不同的区域简化为电子层。
②用n=1，2，3，4，5，6，7或K、L、
M、N、O、P、Q来表示由内向外的电
子层。
核外电子排布
③离核较近的电子层中的电子能量低，
所以电子总是由内向外排列的。
④电子层与电子能量的关系：
电子层序数 1 2 3 4 5 6 7
电子层符号 K L M N O P Q
电子离核距离 电子能量 由近及远
由低到高
第一层
第二层
第三层
【小结】原子的核外电子运动情况—钠原子为例
根据电子的能量差异和通常运动区域离核的远近不同，将能量不同的电子运动区域称为电子层。
核外电子排布
核外电子排布
任务二、结合教材P93页“思考与讨论”，观察元素周期表中1～20号元
素的原子核外电子排布，思考原子核外电子排布有何特点和规律？
①1～20号元素的原子结构示意图：
核外电子排布
②核外电子总是尽先排布在能量较低 的电子层，然后由里向外，依次排布在能量
逐步升高的电子层。
③每个电子层最多可以容纳2×n2个电子；
④最外层最多可以容纳8个电子（K层为最外层时，
最多容纳2个）；次外层最多容纳18个电子。
⑥核外电子排布规律是根据原子光谱和理论分析的结果而得出的，其中页包括从
元素周期表得到的启示。
⑤以上四条规律相互联系和制约，一般以少为准，如K原子为 ，而不能写
成 ，因为尽管第三层最多可排2×32＝18个，但作为最外层不能超过8个。
对应训练
【典例1】下列关于核外电子层结构的说法中错误的是（ ）
A．N层为最外层时，最多只可容纳8个电子
B．N层为最外层时，最多只可容纳18个电子
C．不管L层是否是最外层，最多可容纳8个电子
D．K层，最多只可容纳2个电子
B
【解析】除K层外，当其它电子层为最外层时，最多只可容纳8个电子，A正确；N层是第4层，原子核外最多容纳32个电子，由于原子核外最外层是8个电子时是稳定结构，故当其为最外层时，最多只可容纳8个电子，B错误；L层是第2电子层，不管L层是否是最外层，最多可容纳8个电子，C正确；K层是原子核外的第1电子层，最多只可容纳2个电子，D正确；故选项是B。
对应训练
【典例2】A、B两种原子，A的L电子层比B的M电子层少3个电子，
B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。A和B分别是
（ ）
A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氦原子
C．碳原子和氯原子 D．碳原子和铝原子
C
【解析】A的L层比B的M层少3个电子，B的L层电子数恰为A的L层电子数的2倍，说明A、B的核外电子层数分别为2、3；L层最多排8个电子，B的L层电子数恰为A的L层电子数的2倍，说明B的L层有8个电子，A的L层有4个电子，A是碳原子；A的L层比B的M层少3个电子，B为氯原子，故选C。
核外电子排布
活动二、探究核外电子排布的表示方法
任务一、讨论交流：观察教材P92页图4-1和图4-2，结合原子结果示
意图，思考结构示意图的表示方法有什么特点？
①结构示意图包括原子结构示意图和离子结构示意图。原子的结构示意图：
+11
2 8 1
原子核
质子数或核电荷数
电子层
各层的电子数
小圆圈和圆圈内的符号及数字表示原子核及核内质子数；弧线表示电子层；弧线内数字表示该层中的电子数，核内质子数与核外电子数相等。
核外电子排布
②在离子结构示意图中，核内质子数与核外电子数不相等。当主族中的金属元
素原子失去最外层所有的电子变为离子时，电子层数减少一层，形成与上一周
期的稀有气体元素原子相同的电子层结构。
如：
③非金属元素的原子得电子形成简单离子时，形成和同周期的稀有气体元素原
子相同的电子层结构。
如：
核外电子排布
任务二、问题探究：洋葱是我们非常熟悉的一种蔬菜，洋葱切开后，
我们会看到里面一层一层地呈现，电子层模型就类似于切开的洋葱。
请思考原子核周围是否真实存在这样的壳层？电子在原子核外是否沿
固定轨迹做高速旋转？
①电子层不是真实存在的，是科
学家为了形象表达电子的运动情
况，根据电子经常出现的区域而设想的结构模型。
②宏观物质与微观电子运动是不同的，宏观物体的运动可以准确地测定出它们在
某一时刻所处的位置及运动的速度，可以描画它们的运动轨迹等。微观粒子如电
子质量极小，在原子内某一极小区域绕核做无规则的高速运动。
对应训练
【典例1】下列有关1~18号元素的原子核外电子排布规律的描述正确
的是（ ）
A．最外层电子数为1的金属元素有3种
B．最外层电子数为2的元素一定是金属元素
C．K层与L层电子数之比为1：2的元素有2种
D．最外层电子数为8的元素一定是稀有气体元素
D
【解析】A. 1~18号元素中最外层电子数为1的金属元素有Li、Na，共2种，A错误；B. 1~18号元素中最外层电子数为2的元素可能是He、Be、Mg，因此不一定是金属元素，B错误；C. K层与L层电子数之比为1：2的元素只有C元素一种，C错误；D. 1~18号元素中最外层电子数为8的元素可能是Ne、Ar，二者都是稀有气体元素，D正确；故合理选项是D。
对应训练
【典例2】下列关于Na、Na+二种粒子的判断中，正确的是（ ）
①核电荷数相同②核外电子数相等⑧电子层结构完全相同④质量几
乎相等⑤质子数等⑥Na+比Na稳定
A．①④⑤ B．①③⑤⑥
C．①④⑤⑥ D．②⑧④
C
【解析】Na失去一个电子变为Na+，最外层电子数、电子层、核外电子数均发生改变，由于核电荷数=质子数，两者均不变；由于原子的质量主要集中在原子核上，故失去一个电子对质量影响很小，质量几乎相等；Na+具有8个电子的稳定结构，故比Na稳定。故①④⑤⑥正确。故选：C。
1．如图表示的意义为：①道尔顿实心球式原子模型；②玻尔轨道式原
子模型；③汤姆生葡萄干面包式原子模型；④卢瑟福行星运转式原子
模型．其中符合历史演变顺序的一组排列是（　　）
A．①②③④ B．③②①④ C．①③④② D．①③②④
① ② ③ ④
【解析】①1808年，英国科学家道尔顿提出了原子论认为原子是一个实心的球体； ②1913年玻尔提出轨道式原子模型；③1904年汤姆孙发现了电子，并提出的葡萄干面包原子模型；④1911年卢瑟福提出原子结构行星模型．
C
2．科学家于2000年发现了核电荷数为116的元素(Lv)。下列有关质量数
为293的Lv原子的描述错误的是（ ）
A．质子数为116 B．中子数为177
C．电子数为116 D．原子中质子数比中子数多61
【解析】由题意可知，质量数为293的Lv原子的质子数为116、中子数为293—116=177，原子中中子数比质子数多177—116=61，故D错误。
D
3．下列关于电子排布的说法正确的是（ ）
A．氧离子(O2-)的核电荷数与最外层电子数相等
B．在多电子的原子中，能量高的电子通常在离核近的区域内运动
C．核外电子总是先排在能量高的电子层上
D．某原子M层电子数为L层电子数的4倍
【解析】A． 氧离子的核电荷数为8，最外层电子数为8，二者相等，故A正确；B． 在多电子的原子中，能量高的电子通常在离核远的区域内运动，故B错误；C． 核外电子总是先排在能量低的电子层上，故C错误；D． 若有M层，则L层一定排满电子，L层为8个电子，而M层最多容纳18个电子，若M层作为最外层电子，最多8个电子，故D错误；故选A。
A
4．下列叙述正确的是(　　)
A．两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同
B．凡单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布
C．两原子，如果核外电子排布相同，则一定属于同种元素
D．阴离子的核外电子排布一定与比它原子序数小的稀有气体元素原子
的核外电子排布相同
【解析】两种粒子，若核外电子排布完全相同，则其化学性质不一定相同，例如钠离子和氟离子，A项错误；凡单原子形成的离子，不一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布，例如H＋肯定不满足稀有气体元素原子的核外电子排布，B项错误；两原子，如果核外电子排布相同，那么质子数相同，则一定属于同种元素，C项正确；阴离子是原子得电子后的离子，则阴离子的核外电子排布与同周期的稀有气体元素原子的核外电子排布相同，D项错误。
C
原子
结构
原子结构的探索历程
原子核外
电子排布
构成原子的微粒及性质—质子、中子、电子
构成原子的微粒之间的关系—A=Z+N
原子的表示方法—
核外电子排布的表示方法—原子结构示意图
X
A
Z
原子的构成
核外电子运动规律—高速无规则运动
电子层的表示方法及能量—由里到外升高

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