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第一节 原子结构与元素周期表
4.1.1 原子结构和核素
第四章 物质结构 元素周期律
学习目标
1.了解原子的表示方法，掌握有关质量数、质子数、中子数、电子数的相关计算(重点)。
2.能从微观角度认识原子的构成，掌握原子核外电子排布规律，能画出1～20号元素的原子结构示意图(重点)。
3.能根据原子的结构特征确定元素(难点)。
4.知道元素、核素、质量数、同位素的含义，能比较它们的不同
1、丰富多彩的物质世界是由一百多种元素组成的。最初，人们通过分类整理的方法对元素之间的联系进行研究的。随着元素周期表的建立和元素周期律的发现，特别是原子结构的奥秘被揭示，人们从微观角度探索元素之间的内在联系，进一步认识了元素性质及其递变规律，并通过研究粒子间的相互作用，认识化学反应的本质；逐步建立了结构决定性质的观念。请简要讲诉人们对原子结构的认识的发展过程？
思考
.......
道尔顿—
实心球模型
汤姆生—
“枣糕”模型
卢瑟福—
行星模型
玻尔—
量子轨道模型
现代电子
云模型
一、原子的表示方法、质量数及原子结构
1、原子结构
构成原子的微粒
原子核
原子
核外电子
质子
中子
按照核电荷数由小到大给元素编号，得到的序号叫原子序数。
(带正电荷)
(不带电)
(带负电)
原子核所带的电荷数，称为核电荷数
质子数
=
原子序数 = 核电荷数 = 质子数
原子不带电
原子序数 = 核电荷数 = 质子数=原子的核外电子数
【注意】原子结构记忆口诀：
原子构成三子(质子、中子、电子)奇(奇妙)；质子正电扛大旗；电子抗衡带负电；中子不带电保中立
思考
粒子种类 质 量 相对质量
质子 1.6726×10-27 kg　　 1.007
中子 1.6749×10-27 kg 1.008　
电子 质子质量的1/1836 1/1836
2、分析表格中的数据思考，原子的质量主要由哪些微观粒子决定？
原子的质量主要集中在原子核上，质子和中子的相对质量都近似为1，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，可知原子质量≈原子核质量＝质子的质量+中子的质量
2、质量数
(1)概念
原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值后相加所得的数值
(2)构成原子的微粒间的两个关系
①质量数(A)＝质子数(Z )＋中子数(N )
②质子数＝核外电子数＝核电荷数＝原子序数
3、原子的质量数是否就是原子的相对原子质量 请举例说明。
思考
不一定。S的质量数为32，而硫原子的相对原子质量为32.06，两者数值上相近但不相等。
【注意】
①相对原子质量≈质量数
②相对原子质量和质量数是两个不同的概念，不能混为一谈，可以认为在数值上二者相等
X
A
Z
质量数 —
质子数 —
—元素符号
3、原子表示方法
原子 质子数(Z) 中子数(N) 表示方法
F 9 10
Na 11 12
Al 13 14
F
19
9
Na
23
Al
27
13
11
粒子符号 质量数（A） 质子数(Z) 中子数(N) 核外电子数
16 8 8 8
23 11 12 11
Na
23
11
【练一练】
1.完成下列内容
粒子符号 质量数（A） 质子数(Z) 中子数(N) 所带 电荷数 核外电子数
F
O2-
16
8
Na+
23
11
16 8 8
23 11 12
-2
+1
4、如果是离子，各微观粒子数又如何变化？
思考
8+2=10
11-1=10
19
9
19 9 10
0
9-0=9
5、原子和离子中微粒间的数量关系
(1)原子
核外电子数＝质子数＝核电荷数，如N原子：
(2)阳离子
核外电子数＝质子数－所带电荷数，如Na＋：
(3)阴离子
核外电子数＝质子数＋所带电荷数，如S2－：
阳离子(Rm＋) 质子数＞电子数 核外电子数＝质子数-m
阴离子(Rm－) 质子数＜电子数 核外电子数＝质子数+m
①任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如：阴、阳离子中
②有质子的微粒不一定有中子，如：1H；有质子的微粒不一定有电子，如：H＋
③质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如：F与OH－
④核外电子数相同的微粒，其质子数不一定相同，如：Al3＋和Na＋、F－等，NH4＋与OH－等
⑤微粒包括分子，原子，电子，质子，中子，原子团等
【几点强调】
(1)原子呈电中性是因为中子不带电(　　)
(2)质子数和中子数决定原子的质量(　　)
(3)原子的质量数就是原子的相对原子质量(　　)
(4)微粒中的质子数与核外电子数一定相等(　　)
(5)某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17(　　)
×
√
2、判断正误
×
×
√
【练一练】
3、下列有关钯原子( 10646Pd)的说法错误的是(　　)
A．原子序数为46 B．质子数为46 C．电子数为46 D．中子数为46
D
4、小组讨论:看到符号 ，你能得到哪些信息？
Cl
37
17
(1)是一种氯原子，质子数为17，质量数为35。
(2)氯是一种非金属元素。
(3)原子结构示意图为：
(4)氯易得到一个电子，具有氧化性。
【练一练】
5、根据数据分析电子运动的特征:①速度:炮弹2 km/s，人造卫星7.8 km/s，宇宙飞船11 km/s，氢核外电子2.2×108 m/s;②乒乓球半径:4×10-2m;原子半径:约10-10 m。
电子在原子核外是如何运动的 多电子的原子呢 有没有什么规律呢
思考
绕核运动，电子质量小;运动空间小;运动速度快。
二、原子核外电子的排布规律
第一层
第二层
第三层
钠原子的结构
（11个电子）
电子怎么分层，依据是什么？
1、电子的能量
(1)在多电子原子里，电子的能量不同
(2)在离核近的区域运动的电子的能量较低，在离核远的区域运动的电子的能量较高
2、电子层
(1)概念
在多电子原子里，把电子运动的能量不同的区域简化为不连续的壳层，称作电子层
【注意】电子层不是真实存在的，只是为了研究方便假设的
洋葱式结构
(2)不同电子层的表示及能量关系
各电子层由内到外 电子层数(n) 1 2 3 4 5 6 7
字母代号 K L M N O P Q 最多容纳电子数(2n2) 2 8 18 32 50 72 98 离核远近 由近到远 能量高低 由低到高 由于原子中的电子是处在原子核的引力场中(类似于地球上的万物处于地心引力场中)，电子一般总是先从内层排起，当一层充满后再填充下一层。
3、电子层的表示方法
原子的结构示意图
核内质子数等于核外电子数
离子结构示意图
阳离子：核外电子数小于核电荷数
阴离子：核外电子数大于核电荷数
核电荷数 元素名称 元素符号 各电子层的电子数 K L M N O P
2 氦 He 2
10 氖 Ne 2 8
18 氩 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、阅读课本上的思考讨论并回答问题，找出原子核外电子排布的规律？
思考
4、原子核外电子的排布规律
(1)能量最低原则
核外电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再按照由里向外的顺序依次排布在能量逐渐升高的电子层里，即按K→L→M→N...顺序排列
(2)分层排布原则
①每层最多容纳的电子数为2n2个(n是电子层序数)
②最外层不超过8个(K层为最外层时不超过2个)
③次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个
④未容纳满的内层电子数符合2n2的数字特征。
⑤以上四条规律相互联系和制约(同时满足)。
【注意】
①核外电子排布的几条规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求，如：M层不是最外层时，最多能容纳18个电子，当M层为最外层时，最多容纳8个电子；
②电子不一定排满M层才排N层，如K和Ca的核外电子排布情况
思考
7、某同学在画某种元素的一种单核微粒的结构示意图时，忘记在圆圈内标出质子数，请你根据核外电子排布，推测可能的微粒符号。
可能为中性原子Ne,
也可能为阳离子Na+、Mg2+、Al3+
也可能为阴离子F-、O2-、N3-
5、画出核电荷数为1～20号的元素的原子结构示意图
【练一练】
6、按要求填空 (前三周期元素，1~18号元素) (填元素符号)
(1)最外层电子数为1的元素有____________
(2)最外层电子数为2的元素有____________
(3)最外层电子数与次外层电子数相等的元素有____________
(4)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是_______________
(5)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是____________
(6)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素有____________
(7)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素有____________
(8)电子层数与最外层电子数相等的元素有____________
(9)最外层电子数是电子层数2倍的元素有____________
(10)最外层电子数是电子层数3倍的元素有____________
【练一练】
H、Li、Na　
He、Be、Mg
Be、Ar　
C
O
Li、Si　
Li、P　
H、Be、Al　
He、C、S
O
7.根据下列叙述，写出元素名称并画出原子结构示意图。
信息 元素名称 原子结构示意图
A元素原子核外M层电子数是L层电子数的一半
B元素原子最外层电子数是次外层电子数的1.5倍
C元素＋1价离子C＋的电子层排布与Ne相同
D元素原子次外层电子数是最外层电子数的
硅
硼
钠
氧
【练一练】
核外电子总数相同的微粒可以是分子，原子，也可以是离子，可以是单核(一个原子核)微粒，也可以是多核(多个原子核)微粒。
如寻找10电子微粒与18电子微粒的方法:以 Ne、Ar为基准,联系同周期非金属元素的阴离子及其氢化物,下一周期金属元素的阳离子,并利用非金属元素的阴离子得到H+后电子数不变、2个9电子基团可组合成1个18电子微粒等现律,归纳出常见的10电子、18电子微粒。
5.电子数相等的微粒组成规律
8.原子的质量主要由原子核决定。已知质量数为A的某阳离子Rn＋，核外有X个电子，则核内中子数为（ ）
A.A－X B.A－X－n C.A－X＋n D.A＋X－n
B
4.已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A，确定m g R2＋中含有电子的物质的量为（ ）
C
【练一练】
9.若元素X和Y的核电荷数都小于18，最外层电子数分别为n和(m－5)，次外层分别有(n＋2)个和m个电子。
(1)对于元素X，n_____(填“≥”或“≤”)8，(n＋2)个电子所在电子层为____层，(n＋2)＝____，n＝____。
(2)对于元素Y, 0<(m－5)______(填“≥”或“≤”)8；次外层有m个电子，则m＝______；m个电子所在电子层为_____层。
(3)据此推断元素X和Y，其元素名称为：X______，Y______。
≤
L
8
6
≤
8
L
硫
铝
【练一练】
10.已知A、B、C三种元素的原子中，质子数为A(1)三种元素的元素符号：
A________；B________；C________。
(2)画出三种元素的原子结构示意图：
A________；B________；C_________。
C
Si
Cl
【练一练】
11.A、B两种原子，A的M电子层的电子数比B的M电子层的电子数少3个电子，B的L电子层的电子数恰为A的L电子层的电子数的 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.氯原子和碳原子 D.碳原子和铝原子
D
【练一练】
8、周期表中有118种元素，是不是就只有118种原子呢 试分析下列三种原子结构的异同 它们是不是同一种元素
思考
原子名称 质子数(Z) 中子数(N) 原子符号
氕(pie）
氘(dao）
氚(chuan）
1
0
1
1
1
2
H
1
1
H或D(重氢)
2
1
H或T(超重氢)
3
1
三、元素、核素、同位素
1、元素
具有相同核电荷数(即核内质子数)的一类原子的总称
【注意】①同种元素原子的原子核中质子数是相同的。而精确实验证明，同种元素原子的原子核中，中子数不一定相同，如：氢元素的原子核；
②元素属于宏观概念，只论种数不论个数，元素的种类是由质子数决定的，只要原子的质子数相同就属于同一种元素。
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：11H、21H、31H就各为一种核素。
2、核素
【注意】①核素属于微观概念，核素界定的是一种原子，由质子数和中子数共同确定的，即原子核内质子数相同，中子数相同的原子是同一种核素。
②同一元素的不同核素，中子数不同、质量数不同，但质子数一定相同。
③除少数元素只有一种核素外，大多数元素都包含多种核素，即一种元素可以有多种核素，比如氢元素的3种的核素。
(1)概念
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互称为同位素)，如：11H、21H、31H互为同位素。
3、同位素
(2)特点
两同两不同
①两同：质子数相同，核外电子相同(元素相同)
②两不同：质量数不同，中子数不同(原子不同)
(3)性质
①同位素在周期表里占据同一位置
②同位素的化学性质几乎相同
③天然存在的同位素，不论是游离态还是化合态，相互间保持一定的比率
13C：检测幽门螺旋杆菌
氘、氚聚变反应制造氢弹
14C：测定文物年代
(4)同位素的应用
同位素分为天然同位素和人造同位素
①核能：21H、31H是制造氢弹的原料；
235U用于制造原子弹、核发电
②考古：根据14C遗留数量的多少可以推断生物体的存在年代
(3)医疗：利用放射性同位素释放的射线治疗癌症和肿瘤等
4、元素、核素、同位素的判断方法
(1)判断元素、核素和同位素时，要抓住各种粒子的本质。质子数相同的原子就是同种元素；质子数和中子数均相同的就是同种原子，也称为核素，同种元素的不同核素互称同位素
(2)分析原子表示符号的几组数字。AZX，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不相同的不论A是否相同，均不是同种元素，更不能称为同位素
5、元素、核素、同位素的区别与联系
内容 元素 核素 同位素 同素异形体
定义 把具有相同质子数的一类原子的总称。 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。 质子数相同、中子数不同的原子（核素） 由一种元素组成的不同单质
对象 同类原子 原子 原子 单质
性质 只有种类，没有个数 化学反应中最小的微粒 化学性质几乎一样，物理性质有差异 化学性质相似，物理性质差别较大
决定因素 质子数 质子数、中子数 子数、中子数 组成元素，物质结构
实例 H、C、O三种元素 12C、14C三种核素 H、D、T 金刚石与石墨
联系 ①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如 1H、2H；也可能具有相同的中子数，如 14C、16O；也可能具有相同的质量数，如14C、14N。
③一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。
④同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
⑤同位素是指同一元素的不同“原子”间的关系，同素异形体是指同一元素的不同“单质”间的关系。
⑥同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢分子有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT。同位素之间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与16O、17O、18O可形成3×6＝18种水分子，相对分子质量不同。它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
【几点强调】
9、质量数相同的原子是否为同种元素？
思考
不能根据质量数来确定元素的种类，如14C和14N的质量数相同，但它们属于两种不同的元素。
【练一练】
(1)上述10种物质中包含几种元素
(2)上述10种物质属于核素的有几种 分别是什么
(3)上述物质属于同位素的是哪些粒子
(4)上述物质属于同素异形体的是哪些物质
四、原子的相对原子质量与元素的相对原子质量
1、原子(或核素)的相对原子质量
以一个12C原子质量的1/12作为标准，X原子的质量跟它相比所得的数值即为X的相对原子质量,取该值的正整数即为该核素的质量数
MX=
某核素的实际质量
1/12× 12C原子的质量
质量数等于核素的相对原子质量的近似值（取整数）
2、元素的相对原子质量
因天然元素往往不只一种原子，因而用上述方法定义元素的相对原子质量就不合适了。元素的相对原子质量是该元素的各种核素的原子数百分比与其相对原子质量的乘积所得的平均值
如：A、B、C…为某元素的不同核素，其原子数百分比分别为a%、b%、c%…则该元素的相对原子质量为MA·a%＋MB·b%＋MC·c%＋….,其中MA、MB、MC…分别表示核素A、B、C…的相对原子质量
3、元素的近似相对原子质量
若用同位素的质量数替代其相对原子量进行计算，其结果就是元素的近似相对原子质量(计算结果通常取整数)。我们通常采用元素的近似相对原子质量进行计算
【练一练】
13、将某文献资料上记载的相对原子质量数据摘录如下：
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 试回答下列问题：
(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的相对原子质量
氯元素的相对原子质量
同位素35Cl的质量数
氯元素的近似相对原子质量
同位素37Cl占的原子个数百分比

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