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专题2 研究物质的基本方法
第三单元　人类对原子结构的认识
原子核外电子排布的一般规律
(1)核外电子总是尽量先排在能量最低的电子层，然后再排在能量较高的电子层，即最先排K层，当K层排满后，再排L层等。
(2)各电子层最多容纳的电子数为2n2个，最外层不超过8个电子(K层为最外层时，最多只能容纳2个电子)。
(3)次外层电子数不超过18个，倒数第三层电子数不超过32个。
(4)稀有气体元素原子中最外电子层都已经填满，形成了稳定的电子层结构。
核外电子排布的几条规律是互相联系的，不能孤立地理解或应用。如钙
原子由于受最外层电子数不超过8个的限制，其原子结构示意图为 ，而不
是 。
原子核外电子排布
1.核外电子排布规律的理解
核外电子排布规律中的各项是相互联系的，不能孤立地理解，电子总是尽量先排在能量最低的电子层，即电子先排满K层，当K层排满再排L层，排满L层才排M层，但是不能继续向后推电子排满M层后，再排N层。如钾原子按这种排法，其原子结构就如图1所示，虽然M层排9个电子并不超过最多18个，但是与最外层不能超过8个电子相矛盾，所以钾原子的核外电子排布结构如图2所示。
图1
图2
2.元素性质与原子核外电子排布的关系
(1)当原子最外层电子数达到8(只有一个电子层时为2)时，该原子处于稳定结构，化学性质较稳定。
(2)元素化合价的数值与原子的电子层结构，特别是最外层电子数有关。例：①钠原子最外层只有1个电子，容易失去这个电子而达到稳定结构，因此钠元素在化合物中通常显＋1价。②氯原子最外层有7个电子，只需得到1个电子便可达到稳定结构，因此氯元素在化合物中常显－1价。
3.1～18号元素原子核外电子排布的特点
(1)最外层电子数为1的原子有H、Li、Na。
(2)最外层电子数是次外层电子数2倍的原子是C。
(3)最外层电子数是次外层电子数3倍的原子是O。
(4)最外层电子数是电子层数3倍的原子是O。
(5)内层电子数是最外层电子数2倍的原子是Li、P。
(6)最外层电子数是电子层数2倍的原子是He、C、S。
下列叙述正确的是(　　)
A.两种微粒，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同
B.凡是单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布
C.两种原子，如果核外电子排布相同，则一定属于同种元素
D.原子最外层电子数为6的元素，其最高化合价一定为＋6
C
核外电子排布完全相同的微粒，可能是不同的离子，如F－和Na＋，二者的化学性质不相同，A错误；H＋不具有稀有气体元素原子的核外电子排布，B错误；两种原子，如果核外电子排布相同，则它们的质子数一定相同，一定属于同种元素，C正确；氧元素原子的最外层电子数是6，但氧元素没有＋6价，D错误。
A
传统文化
以下是《本草纲目》中的常考化学知识。
①利用太阳能取火：卷六“艾火条”提到：“阳燧，火镜也。以铜铸成，其面凹，摩热向日，以艾承之，则得火。”这是利用凹面铜镜将日光聚于一点产生高温来
取火。
②鬼火现象：卷六“阳火阴火条”中记载：“野外之鬼磷，其火色青，其状如炬，或聚或散，俗称鬼火，实乃诸血之磷光也。”描述了人或动物死亡后，身体中的磷在细菌作用下变成磷的氢化物，能在空气中自燃发出蓝绿色火光的现象。
③提取碱：卷七“冬灰条”记载：“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣，发面。”李时珍总结了从植物燃烧后的灰烬中可提取碱，草木灰的主要成分之一为碳酸钾(K2CO3)，用水淋取得碳酸钾溶液，水蒸发后可析出固体。
④铅丹的制备：卷八“铅丹条”记载了炒铅丹法：“用铅一斤，土硫黄十两，消石一两。熔铅成汁，下醋点之，滚沸时，下硫一块、少顷下消少许，沸定再点醋，依前下少许消、黄待为末，则成丹矣。”这里的“消石”即硝石(KNO3)。
⑤黄铜的制法：卷八“赤铜条”记载：“赤铜，以炉甘石炼为黄铜，其色如金。”赤铜矿的主要成分为氧化亚铜(Cu2O)，炉甘石的主要成分为碳酸锌(ZnCO3)，二者与木炭共炼可产生黄色的铜锌合金。
⑥汞的特性：卷八“银屑条”记载：“银用水银煎消，制银成泥入药。”这里体现了汞能溶解金属的特性。
⑦水银相关化合物的制备：卷九“水银粉条”记载：“水银乃至阴之毒物，因火煅丹砂而出，加以盐、矾炼而为轻粉，加以硫黄升而为银朱。”概括了水银(Hg)、轻粉(Hg2Cl2)、银朱(HgS)等制备所用的化学原料和方法。
(2025·扬州第一中学高二期中)中国传统文化对人类文明贡献巨大。下列古文献涉及的化学知识，对其说明正确的是(　　)
A.《本草纲目》中“用浓酒和糟入甑，蒸令气上，用器承滴露”，利用的分离方法是过滤
B.《天工开物》中“凡石灰经火焚炼为用”里的“石灰”指的是Ca(OH)2
C.《本草经集注》中记载了区分硝石(KNO3)和朴硝(Na2SO4)的方法：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”，这是古人利用焰色反应鉴别物质
D.《梦溪笔谈》中“高奴县出脂水，燃之如麻，但烟甚浓”所述的“脂水”是地
沟油
C
“用浓酒和糟入甑，蒸令气上，用器承滴露”所指分离方法是利用互溶混合物的沸点差异进行的蒸馏操作，A错误；“凡石灰经火焚炼为用”里的“石灰”指的是CaCO3，B错误；“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”所指的方法为利用焰色反应鉴别硝酸钾和硫酸钠，C正确；文中所述“脂水”是现在的石油而不是地沟油，
D错误。
《本草纲目》记载了烧酒的制造工艺：“凡酸坏之酒，皆可蒸烧……以烧酒复烧二次……价值数倍也。”其方法与分离下列物质的实验方法原理上相同的是
(　　)
A.四氯化碳和水
B.硝酸钾和氯化钠
C.食盐水和泥沙
D.分离CCl4(沸点为76.75℃)和甲苯(沸点为110.6℃)的混合物
D
烧酒的制造工艺利用的是蒸馏的方法，该方法可用于分离沸点不同的液体混合物。四氯化碳和水互不相溶，可用分液的方法分离，A不符合题意；硝酸钾和氯化钠的溶解度不同，可用重结晶的方法分离，B不符合题意；泥沙不溶于水，可用过滤的方法分离，C不符合题意；CCl4和甲苯的沸点相差较大，可以用蒸馏的方法分离，
D符合题意。
微观分析原子结构
原子是构成物质的基本粒子，它由位于中心的原子核和核外电子构成，原子核中一般含质子与中子。以碳原子为例：
(1)每个质子带一个单位的正电荷。质子数决定了元素的种类和原子的序数。碳原子的质子数是6，所有质子数为6的原子都属于碳元素。
(2)中子呈电中性，质量与质子相近。因中子数不同，同种元素有不同的同位素。
碳－12的质子数为6、中子数为6，碳－14的质子数为6、中子数为8，它们是碳元素的两种同位素。
(3)核外电子按照一定规律分层排布在原子核外的不同区域。从微观角度看，原子结构中的原子核决定了原子的种类和质量，核外电子的排布则决定了原子的化学性质。
原子的化学性质主要由其最外层电子数决定。稀有气体原子的最外层电子数达到了稳定结构(氦为2个，其他稀有气体为8个)，它们的化学性质非常稳定，不易发生化学反应。而钠原子的最外层电子数为1，容易失去这个电子，形成带一个单位正电荷的钠离子。氯原子的最外层电子数为7，容易得到一个电子，形成带一个单位负电荷的氯离子。
B
“嫦娥五号”带回的月壤中含有大量安全无污染的核聚变原料He－3(如图所示)，下列关于He－3的说法正确的是(　　)
A.He－3是一种新元素
B.He－3原子中含有1个质子、2个电子
C.He－3原子中含有3个质子，没有中子
D.He－3原子中含有2个质子、1个中子、2个电子
D
He－3的质子数为2，属于氦元素，不是一种新元素，A错误；He－3原子中含有2个质子、2个电子，B错误；He－3原子的质量数为3，质子数为2，则中子数为3－2＝1，C错误；He－3原子的质量数为3，质子数为2、电子数为2，则中子数为3－2＝1，D正确。
物质制备中的基本操作
(1)试纸的使用：常用的有红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、pH试纸、碘化钾淀粉试纸和品红试纸等。在使用试纸检验溶液的性质时，一般先把一小块试纸放在表面皿或玻璃片上，用蘸有待测溶液的玻璃棒点试纸的中部，观看试纸颜色的变化，推断溶液的性质。在使用试纸检验气体的性质时，一般先用蒸馏水把试纸润湿，粘在玻璃棒的一端，用玻璃棒把试纸放到盛有待测气体的导管口或集气瓶口(注意不要接触)，观看试纸颜色的变化状况来推断气体的性质。使用pH试纸不能用蒸馏水润湿。
(2)过滤：过滤是除去溶液里混有不溶于溶剂的杂质的方法。过滤时应注意一贴、二低、三靠。
(5)升华：升华是指固态物质吸热后不经过液态直接变成气态的过程。利用某些物质具有升华的特性，可以将这种物质和其他受热不升华的物质分开，例如加热使碘升华，来分解I2和NaCl的混合物。
(6)萃取和分液：萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。分液是把两种互不相溶、密度也不一样的液体分离的方法。
(2025·江西新八校联考期末改编)某科研小组以废弃催化剂(含Ni2＋、Cu2＋、Fe3＋、Ca2＋、Mg2＋等)为原料，按下列流程制备NiCl2·6H2O晶体。
已知：SOCl2与水反应可生成两种酸性气体，NiCl2·6H2O在HCl气氛中加热可制得无水NiCl2。下列说法错误的是(　　)
A.滤渣1的主要成分为CuS、S
B.“除杂”步骤中X和Y可分别选择
KMnO4、Ni(OH)2　
C.操作A需要用的玻璃仪器有酒精灯、
漏斗、烧杯、玻璃棒等
D.将所得NiCl2·6H2O与SOCl2混合加热可制备无水NiCl2
B
废弃催化剂中含Ni2＋、Cu2＋、Fe3＋、Ca2＋、Mg2＋等，加入稀盐酸除去有机物，加入H2S后，将Cu2＋转化为CuS沉淀，同时可将Fe3＋还原为Fe2＋，S2－还可被
Fe3＋氧化为S单质，因此过滤后滤渣1中存在CuS和S，滤液1中存在Ni2＋、Fe2＋、
Ca2＋、Mg2＋、H＋等，
加入试剂X和Y，起到将Fe2＋氧化为Fe3＋和调节滤液的pH的作用，此时可使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀，过滤形成滤液2，向滤液2中加入NH4F，将Ca2＋和Mg2＋转化成CaF2和MgF2沉淀，过滤后得到滤液3，向滤液3中加入Na2CO3，将Ni2＋转化为NiCO3沉淀，在沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解，得NiCl2溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤和洗涤得NiCl2·6H2O晶体。由分析可知，滤渣1中存在CuS和S，A正确；
“除杂”步骤中X作氧化剂，将Fe2＋氧化为Fe3＋，Y用于调节滤液的pH，选择KMnO4会引入新的杂质，X应选择H2O2，Y可选择Ni(OH)2，B错误；操作A为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，需要用的玻璃仪器有酒精灯、漏斗、烧杯、玻璃棒等，C正确；将所得NiCl2·6H2O与SOCl2混合加热可生成SO2、HCl两种酸性气体，由题意可知，可用此法制备无水NiCl2，D正确。
电荷守恒思想
在电解质溶液中，阳离子所带的正电荷总数一定等于阴离子所带的负电荷总数。
B

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