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3.2.1 原子的结构
化学观念：认识原子的构成及核内质子数、核外电子数的关系，初步形成“物质微观结构决定宏观性质”的微粒观。
科学思维：通过分析原子结构数据，归纳“质子数决定原子种类”的规律，发展基于证据的推理与模型认知思维。
科学探究与实践：通过阅读教材图文、模拟原子结构模型活动，初步学习微观结构模型的建构方法。
科学态度与责任：感受微观世界的奇妙，体会科学家探索微观世界的严谨精神，增强学习化学的兴趣。
请阅读教材相关内容，完成下列填空。
1. 原子是一个实心球体吗？
原子是化学变化中的______粒子。现代科学证明，原子并不是实心的球体，而是由更小的微观粒子构成的。
2. 原子的构成
原子由居于中心的______和核外______构成；原子核又由______和______构成。
其中：质子带______电，电子带______电，中子______电。
3. 相对原子质量
相对原子质量（Ar）：以一种碳原子质量的______为标准，其他原子的质量与它相比所得到的______。
相对原子质量是一个比值，单位为“______”，省略不写。
【任务一】原子模型的演变
观察教材图文，梳理原子结构模型的发展历程，完成下表。
时间 科学家 模型名称 主要观点
1803年 道尔顿 原子是不可分割的实心球体
1904年 汤姆逊 提出了原子的葡萄干布丁模型，在这个模型中，原子被认为是由带正电荷的布丁和嵌入其中的带负电荷的葡萄干组成。
1911年 卢瑟福 ①在原子的中心有一个体积很小的原子核。 ②原子中的正电荷以及几乎全部的质量集中在原子核上。 ③带负电的电子在原子核外绕核运动。
1913年 玻尔 电子在特定的、分层的圆形轨道上绕核运动，不同轨道能量不同。
1926年 薛定谔等 彻底打破了“固定轨道”的概念，认为电子没有确定的路径，而是在核外一个广阔的空间里高速、随机地运动，其位置只能用概率来描述。
卢瑟福α粒子散射实验
用一束带正电、质量比电子大得多的α粒子高速轰击金箔，实验现象及结论如下：
实验现象 得出的结论
大多数α粒子穿过金箔 原子内部大部分是“空”的
少数α粒子发生偏转 原子内部有带正电的微粒
极少数α粒子被反弹回来 带正电微粒体积很小，但质量相对很大
【小结】卢瑟福核式结构模型：①原子中心有一个体积很小的______；②正电荷和几乎全部质量集中在______；③电子在核外绕核运动。
【任务二】原子的构成
【思考与讨论1】通过一系列的实验证明，原子并不是一个实心的球体，而是由更小的微观粒子构成的，那么，原子的构成到底是怎样的？
原子由居于中心的______和核外______构成；原子核又由______和______构成。
其中：质子带______电，电子带______电，中子______电。
【思考与讨论2】原子带电吗？请结合以下表格数据分析：
原子种类 质子数 中子数 核外电子数
氢 1 0 1
碳 6 6 6
氧 8 8 8
钠 11 12 11
氯 17 18 17
在原子中， = =核电荷数=原子序数，由于质子带正电荷，电子带负电荷，因此原子 ；
并不是所有的原子都有中子，例如氢原子没有中子；
质子数 等于中子数；
不同种原子质子数不同。
【任务三】相对原子质量
一个原子的质量极小（如氢约 1.674×10-27 kg），书写、记忆和使用都很不方便。为此国际上采用相对原子质量。
概念：以一种碳原子质量的1/12为标准，其他原子的质量与它相比。
即：
2. 计算：已知 1 个碳原子质量为 1.993×10-26 kg。
原子种类 原子质量 相对原子质量
碳 1.993×10-26kg
氧 2.657×10-26 kg
3. 请根据一下数据分析：
粒子种类 质量
质子 1.6726×10－27Kg
中子 1.6749×10－27Kg
电子 质子质量的1/1836
重要近似关系：由于电子质量极小（约为质子的 1/1836），原子质量主要集中在原子核上。因此：
相对原子质量 ≈ 数 + 数
【练习】完成以下表格
原子种类 质子数 中子数 相对原子质量
氢 1 0
碳 6 12
氧 8 8
钠 12 23
磷 15 31
【科学史话】我国中科院院士 教授为相对原子质量的测定作出卓越贡献，他主持测定了铟、铱、锑、铀等元素相对原子质量的新值，被国际原子量委员会采用为国际新标准。
1．下列原子模型中，由卢瑟福通过α粒子散射实验提出的是（）
A． “实心球”模型 B． “枣糕”模型
C． “核式结构”模型 D． “电子云”模型
A． B． C． D．
2．中国科学家通过对嫦娥五号带回的月壤样品进行深入分析，证实了月球矿物中富含氦-3。如图是氦-3原子的构成示意图，其中、、是构成该原子的三种不同微观粒子。下列说法正确的是（）
A．表示质子，表示电子
B．氦-3原子的核电荷数为3
C．氦-3原子的原子核是由、构成的
D．氦-3原子的质量主要集中在和上
3．紫薯中含有被誉为“抗癌大王”的硒元素。已知硒原子的核电荷数为34，中子数为45，则硒原子的相对原子质量为（）
A．10 B．34 C．79 D．44
4．在医学工作中，14C主要用于检查患者是否感染幽门螺旋杆菌，以及评估服用药物清除幽门螺旋杆菌的治疗效果等。14C表示含有6个质子和8个中子的碳原子，则关于该原子的说法错误的是
A．该碳原子的核外电子数是6 B．该碳原子的相对原子质量是14
C．该碳原子的核电荷数是8 D．该碳原子中，原子核所占的体积很小
5．下表列出了几种原子的构成：
原子 质子数 中子数 核外电子数
氢 1 0 1
碳 6 6 6
钾 19 20 19
分析表中信息，下列说法正确的是（）
A．原子核内质子数等于中子数 B．原子核都由质子和中子构成
C．原子只由质子和电子构成 D．原子中质子数等于核外电子数
6．探究原子结构的奥秘。
【情境提供】19世纪以前，人们一直以为原子是不可分的。道尔顿在《化学哲学的新体系》一书中论述了原子论的观点：物质由看不见的原子构成，原子是不可分割的。直到1897年，汤姆孙发现了带负电荷的电子后，才引起人们对原子结构模型的探索。
(1)如图是道尔顿当时采用的元素符号，其中与水分子的模型最接近的是_______（填字母序号）。
A． B． C． D．
【提出问题】电子带负电荷，原子不带电荷，说明原子内存在着带正电荷的部分，它们是均匀分布还是集中分布的呢？
【进行实验】1909年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔实验。实验做法如图甲：
①放射源：放射性物质放出α粒子（带正电荷），质量是电子质量的7000倍；
②金箔：作为靶子，厚度，重叠了3000层左右的金原子；
③荧光屏：α粒子打在上面发出闪光；
④通过显微镜观察闪光，且通过360度转动可观察不同角度α粒子的到达情况。
【收集证据】绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大角度的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过，有的甚至几乎达到，像是被金箔弹了回来。
【猜想与假设】α粒子遇到电子后，就像飞行的子弹碰到灰尘一样运动方向不会发生明显的改变，而结果却出乎意料，除非原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上，否则大角度的散射是不可能的。
【解释与结论】
(2)若原子质量、正电荷在原子内均匀分布，则极少数α粒子就________（填“会”或“不会”）发生大角度散射。卢瑟福所说的“除非原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”中的“很小的结构”指的是________。
(3)金箔包含了3000层金原子，绝大多数α粒子穿过后方向不变，说明________（填字母序号）。
A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的
C．原子是实心的 D．原子中心有一个很大的核
(4)科学家对原子结构的探究经历了三个过程，通过α粒子散射实验，你认为原子________（填字母序号）。
A．是不可再分的实心球体 B．正负电荷均匀分布 C．核位于原子中心，质量集中在原子核上
【拓展与延伸】
(5)卢瑟福进行α粒子散射实验后，认为原子是“行星模型”，即原子是由原子核和核外电子构成的。在分析实验结果的基础上，他提出了图乙所示的原子核式结构，卢瑟福的这一研究过程是_______（填字母序号）。
A．建立模型的过程 B．得出结论的过程 C．提出问题的过程 D．验证证据的过程
(6)1919年，卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，结果有粒子从氮原子中被打出，而α粒子留在了氮原子中，将氮原子变成了氧原子，并释放出一个质子，实现了人类历史上第一次人工核反应。该变化不属于化学变化，你认为该变化和化学变化的根本不同点是__________________。从现代观点看，被打出的粒子一定是________。
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3.2.1 原子的结构
化学观念：认识原子的构成及核内质子数、核外电子数的关系，初步形成“物质微观结构决定宏观性质”的微粒观。
科学思维：通过分析原子结构数据，归纳“质子数决定原子种类”的规律，发展基于证据的推理与模型认知思维。
科学探究与实践：通过阅读教材图文、模拟原子结构模型活动，初步学习微观结构模型的建构方法。
科学态度与责任：感受微观世界的奇妙，体会科学家探索微观世界的严谨精神，增强学习化学的兴趣。
请阅读教材相关内容，完成下列填空。
1. 原子是一个实心球体吗？
原子是化学变化中的化学变化粒子。现代科学证明，原子并不是实心的球体，而是由更小的微观粒子构成的。
2. 原子的构成
原子由居于中心的原子核和核外电子构成；原子核又由质子和中子构成。
其中：质子带正电，电子带负电，中子不带电。
3. 相对原子质量
相对原子质量（Ar）：以一种碳原子质量的为标准，其他原子的质量与它相比所得到的比。
相对原子质量是一个比值，单位为“1”，省略不写。
【任务一】原子模型的演变
观察教材图文，梳理原子结构模型的发展历程，完成下表。
时间 科学家 模型名称 主要观点
1803年 道尔顿 原子是不可分割的实心球体
1904年 汤姆逊 提出了原子的葡萄干布丁模型，在这个模型中，原子被认为是由带正电荷的布丁和嵌入其中的带负电荷的葡萄干组成。
1911年 卢瑟福 ①在原子的中心有一个体积很小的原子核。 ②原子中的正电荷以及几乎全部的质量集中在原子核上。 ③带负电的电子在原子核外绕核运动。
1913年 玻尔 电子在特定的、分层的圆形轨道上绕核运动，不同轨道能量不同。
1926年 薛定谔等 彻底打破了“固定轨道”的概念，认为电子没有确定的路径，而是在核外一个广阔的空间里高速、随机地运动，其位置只能用概率来描述。
卢瑟福α粒子散射实验
用一束带正电、质量比电子大得多的α粒子高速轰击金箔，实验现象及结论如下：
实验现象 得出的结论
大多数α粒子穿过金箔 原子内部大部分是“空”的
少数α粒子发生偏转 原子内部有带正电的微粒
极少数α粒子被反弹回来 带正电微粒体积很小，但质量相对很大
【小结】卢瑟福核式结构模型：①原子中心有一个体积很小的原子核；②正电荷和几乎全部质量集中在原子核；③电子在核外绕核运动。
【任务二】原子的构成
【思考与讨论1】通过一系列的实验证明，原子并不是一个实心的球体，而是由更小的微观粒子构成的，那么，原子的构成到底是怎样的？
原子由居于中心的原子核和核外电子构成；原子核又由质子和中子构成。
其中：质子带正电，电子带负电，中子不带电。
【思考与讨论2】原子带电吗？请结合以下表格数据分析：
原子种类 质子数 中子数 核外电子数
氢 1 0 1
碳 6 6 6
氧 8 8 8
钠 11 12 11
氯 17 18 17
在原子中，质子数=核外电子数=核电荷数=原子序数，由于质子带正电荷，电子带负电荷，因此原子不带电；
并不是所有的原子都有中子，例如氢原子没有中子；
质子数不一定等于中子数；
不同种原子质子数不同。
【任务三】相对原子质量
一个原子的质量极小（如氢约 1.674×10-27 kg），书写、记忆和使用都很不方便。为此国际上采用相对原子质量。
概念：以一种碳原子质量的1/12为标准，其他原子的质量与它相比。
即：
2. 计算：已知 1 个碳原子质量为 1.993×10-26 kg。
原子种类 原子质量 相对原子质量
碳 1.993×10-26kg 12
氧 2.657×10-26 kg 16
3. 请根据一下数据分析：
粒子种类 质量
质子 1.6726×10－27Kg
中子 1.6749×10－27Kg
电子 质子质量的1/1836
重要近似关系：由于电子质量极小（约为质子的 1/1836），原子质量主要集中在原子核上。因此：
相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数
【练习】完成以下表格
原子种类 质子数 中子数 相对原子质量
氢 1 0 1
碳 6 6 12
氧 8 8 16
钠 11 12 23
磷 15 16 31
【科学史话】我国中科院院士张青莲教授为相对原子质量的测定作出卓越贡献，他主持测定了铟、铱、锑、铀等元素相对原子质量的新值，被国际原子量委员会采用为国际新标准。
1．下列原子模型中，由卢瑟福通过α粒子散射实验提出的是（C）
A． “实心球”模型 B． “枣糕”模型
C． “核式结构”模型 D． “电子云”模型
A． B． C． D．
【详解】A.道尔顿提出了原子的“实心球”模型，A不符合题意；
B.汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型”，B不符合题意；
C.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的“核式结构”模型，C符合题意；
D.“电子云”模型是现代原子结构理论，D不符合题意。
2．中国科学家通过对嫦娥五号带回的月壤样品进行深入分析，证实了月球矿物中富含氦-3。如图是氦-3原子的构成示意图，其中、、是构成该原子的三种不同微观粒子。下列说法正确的是（C）
A．表示质子，表示电子
B．氦-3原子的核电荷数为3
C．氦-3原子的原子核是由、构成的
D．氦-3原子的质量主要集中在和上
【详解】A. 原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成，在原子中，质子数=核外电子数，则a表示电子，b表示质子，c表示中子，错误；
B. 质子数=核电荷数，氦-3的质子数为2，则氦-3原子的核电荷数为2，错误；
C. 结合A的分析，氦-3原子的原子核由b和c构成，正确；
D. 原子的质量几乎全部集中在原子核（即和）上，电子质量极小可忽略，错误。
3．紫薯中含有被誉为“抗癌大王”的硒元素。已知硒原子的核电荷数为34，中子数为45，则硒原子的相对原子质量为（C）
A．10 B．34 C．79 D．44
【详解】原子中，因此硒原子的质子数为34； 原子的相对原子质量近似等于质子数与中子数之和；代入数据计算：，故选C。
4．在医学工作中，14C主要用于检查患者是否感染幽门螺旋杆菌，以及评估服用药物清除幽门螺旋杆菌的治疗效果等。14C表示含有6个质子和8个中子的碳原子，则关于该原子的说法错误的是（C）
A．该碳原子的核外电子数是6 B．该碳原子的相对原子质量是14
C．该碳原子的核电荷数是8 D．该碳原子中，原子核所占的体积很小
【详解】A. 在原子中，质子数=核外电子数，则该碳原子的核外电子数是6，正确；
B. 相对原子质量≈质子数+中子数，则该碳原子的相对原子质量为：6+8=14，正确；
C. 质子数=核电荷数，则该碳原子的核电荷数是6，错误；
D. 在原子中，原子核所占的体积很小，但是质量很大，正确。
5．下表列出了几种原子的构成：
原子 质子数 中子数 核外电子数
氢 1 0 1
碳 6 6 6
钾 19 20 19
分析表中信息，下列说法正确的是（D）
A．原子核内质子数等于中子数 B．原子核都由质子和中子构成
C．原子只由质子和电子构成 D．原子中质子数等于核外电子数
【详解】A. 原子核内质子数和中子数不一定相等，如钾原子质子数19、中子数20，错误；
B. 不是所有原子核都由质子和中子构成，如氢原子核中不含中子，错误；
C. 大多数原子由质子、中子、核外电子共同构成，并非只由质子和电子构成，错误；
D. 正确。
6．探究原子结构的奥秘。
【情境提供】19世纪以前，人们一直以为原子是不可分的。道尔顿在《化学哲学的新体系》一书中论述了原子论的观点：物质由看不见的原子构成，原子是不可分割的。直到1897年，汤姆孙发现了带负电荷的电子后，才引起人们对原子结构模型的探索。
(1)如图是道尔顿当时采用的元素符号，其中与水分子的模型最接近的是B（填字母序号）。
A． B． C． D．
【提出问题】电子带负电荷，原子不带电荷，说明原子内存在着带正电荷的部分，它们是均匀分布还是集中分布的呢？
【进行实验】1909年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔实验。实验做法如图甲：
①放射源：放射性物质放出α粒子（带正电荷），质量是电子质量的7000倍；
②金箔：作为靶子，厚度，重叠了3000层左右的金原子；
③荧光屏：α粒子打在上面发出闪光；
④通过显微镜观察闪光，且通过360度转动可观察不同角度α粒子的到达情况。
【收集证据】绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大角度的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过，有的甚至几乎达到，像是被金箔弹了回来。
【猜想与假设】α粒子遇到电子后，就像飞行的子弹碰到灰尘一样运动方向不会发生明显的改变，而结果却出乎意料，除非原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上，否则大角度的散射是不可能的。
【解释与结论】
(2)若原子质量、正电荷在原子内均匀分布，则极少数α粒子就不会（填“会”或“不会”）发生大角度散射。卢瑟福所说的“除非原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”中的“很小的结构”指的是原子核。
(3)金箔包含了3000层金原子，绝大多数α粒子穿过后方向不变，说明B（填字母序号）。
A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的
C．原子是实心的 D．原子中心有一个很大的核
(4)科学家对原子结构的探究经历了三个过程，通过α粒子散射实验，你认为原子C（填字母序号）。
A．是不可再分的实心球体 B．正负电荷均匀分布 C．核位于原子中心，质量集中在原子核上
【拓展与延伸】
(5)卢瑟福进行α粒子散射实验后，认为原子是“行星模型”，即原子是由原子核和核外电子构成的。在分析实验结果的基础上，他提出了图乙所示的原子核式结构，卢瑟福的这一研究过程是A（填字母序号）。
A．建立模型的过程 B．得出结论的过程 C．提出问题的过程 D．验证证据的过程
(6)1919年，卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，结果有粒子从氮原子中被打出，而α粒子留在了氮原子中，将氮原子变成了氧原子，并释放出一个质子，实现了人类历史上第一次人工核反应。该变化不属于化学变化，你认为该变化和化学变化的根本不同点是原子种类是否改变。从现代观点看，被打出的粒子一定是质子。
【详解】（1）水分子由氢原子和氧原子构成，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，故水分子的模型最接近B；
（2）极少数α粒子散射的原因是受到了一个体积小但质量相对较大的粒子的斥力，说明原子质量、正电荷在原子内并不是均匀分布的。若原子质量、正电荷在原子内均匀分布，则极少数α粒子就不会发生大角度散射。
由原子的结构可知，原子核集中了原子的大部分质量，且体积很小。卢瑟福所说的“除非原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”中的“很小的结构”指的是原子核。
（3）绝大多数α粒子穿过金箔后方向不变，是因为它们穿过了原子内部的空间，说明原子内部空间很大，故选B；
（4）通过α粒子散射实验可得，原子核位于原子中心，原子的质量集中在原子核上，故选C；
（5）卢瑟福在分析实验结果的基础上，构建原子核式结构模型，这一研究过程是建立模型的过程，选A；
（6）卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，有粒子从氮原子中被打出，而α粒子留在了氮原子中，将氮原子变成了氧原子，并释放出一个质子，该变化原子核发生改变，生成新的原子，不属于化学变化的根本不同点是原子种类是否改变；
元素种类由质子数决定，氮原子变成了氧原子，核内质子数发生变化，故被打出的粒子一定是质子。
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