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第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
第一课时 原子结构 核外电子排布
【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。
【学习重点】质量数、原子核外电子排布的规律
【学习难点】原子核外电子排布规律的理解
【课前预习】
旧知回顾：1.构成物质的三种基本微粒是 原子、分子和离子 。其中 原子 是化学变化中的最小微
粒， 分子 是保持物质的化学性质中的最小粒子。
2.镁、铝、硫、氯的原子结构示意图分别为：
__ __、__ __、__ __、__ __。
新知预习：1.原子是由居于原子中心的带正电的 原子核 和核外带负电的 核外电子 构成的。
原子核由 质子 和 中子 构成。
2.微粒的核电荷数、质子数和核外电子数的关系：
(1)原子呈电中性→核电荷数＝质子数＝核外电子数。
(2)阳离子带正电荷→核电荷数＝质子数＝核外电子数＋离子的电荷数。
(3)阴离子带负电荷→核电荷数＝质子数＝核外电子数－离子的电荷数。
【课中探究】
情景导入：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。（见PPT视频）
一、原子结构
活动一、原子结构的探索历程
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。
【答案要点】
年代 模型 观点或理论
1803年 道尔顿模型 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
1904年 汤姆孙模型
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
卢瑟福原子
1911年 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
模型
样。
玻尔原子模
1913年 电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。
型
1926～ 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
电子云模型
1935年 同，没有确定的轨道。
说明：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。
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？
【答案要点】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。
【对应练习】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
【答案】 A
【解析】 A.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；B.量子力学模型：电子是一种微观粒子，在原子如此小的空间（直径约10⁻¹⁰m）内运
动，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）的大小，B项错误；C.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；D.卢瑟福核式模型：在原子的中心有一个
很小的核，叫原子核，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，这一模型也被称为“行星模型”，D项错误；故选A。
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
【答案】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。
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？
【答案要点】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。
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？完成表各内容。
【答案要点】
构成原子的粒子 质子 中子 电子
电性 每个质子带1单位正电荷 不显电性 每个电子带1单位负电荷
质量/kg 1.6726×10-27 1.6749×10-27 9.109×10-31
1.007（一个质子子的质量 1.008（一个中子的 1：1836（电子与质子质量
相对质量 与一个12C原子质量的 质量与一个12C原子 比）
1/12的比值） 质 量 的 1/12 的 比
值）
①核电荷数＝质子数=中性原子的核外电子数；②电子的质量很小，原子的质量
结论 主要集中在原子核上,质子和中子的相对质量都近似为1；③原子质量≈原子核质
量＝质子的质量+中子的质量。
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？
【答案要点】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。
A X A X
③根据质量数的定义，我们可以用Z 的形式来表示一个特定的原子，即Z 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。
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何特点？完成表格内容。
【答案要点】
中子数(N
粒子符号 质子数(Z ) 质量数(A ) 电荷数 核外电子数
）
23Na+
11 23 12 1 10
11
37Cl-17 37 20 1 17
17
结论 ①阳离子：核外电子数＝质子数-电荷数；②阴离子：核外电子数＝质子数+电荷
数。
【对应练习】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
【答案】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。
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
【答案】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。
二、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？
【答案要点】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。
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 由近及远
电子能量 由低到高
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？
【答案要点】①1～20号元素的原子结构示意图：
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。
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。
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。【对应练习】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
【答案】B
【解析】A．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；B．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；C．L层是第2电子层，最多容纳8个电子，当其为最外层时，最多容纳8
个电子，因此不管L层是否是最外层，最多可容纳8个电子，C正确；D．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；故合理选项是B。
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
【答案】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。
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？
【答案要点】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：
中，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。
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：
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？
【答案要点】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。
【对应练习】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
【答案】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。
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
【答案】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。
【课后巩固】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
【答案】C
【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．
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
【答案】D
【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。
3．据科学家预测，月球的土壤中吸附着百万吨的氦(3He)，下列关于氦(3He)元素的说法正确的是（
）
A．原子核外电子数为3 B．相对原子质量为2
C．原子的中子数为2 D．原子结构示意图为
【答案】D
【解析】A．氦为元素周期表中2号元素，质子数为2，核外电子数为2，故A错误； B．相对原子质
量等于质子数加中子数等于质量数，所以相对原子质量为3，故B错误；C．中子数=质量数-质子数，故中
子数为1，故C错误；D．氦为元素周期表中2号元素，质子数为2，原子结构示意图为 ，故D正确；
故答案为D。
4．我国导航卫星的“心脏”使用的是铷原子钟。关于铷原子( Rb)说法正确的是( )
A．中子数是37 B．质量数是85
C．电子数是48 D．与 Rb互称同素异形体
【答案】B
【解析】据题意，Rb的质子数为37，质量数为85，故中子数=质量数-质子数=48，核外电子数等于质
子数为37,；同素异形体指有同种元素组成的不同的单质， Rb和 Rb互为同位素，故答案选B。
5．下列关于电子排布的说法正确的是（ ）
A．氧离子( )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
【答案】A
【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。
6．下列是几种粒子的结构示意图，有关说法不正确的是（ ）
① ② ③ ④
A．①和②属同种元素 B．①和③的化学性质相似
C．①和④可形成NaO D．②表示的是阴离子
【答案】C
【解析】A．①和②分别是O和O2-，都属于氧元素，A正确；B．①为氧原子，③为硫原子，其最外
层上均有6个电子，化学性质相似，B正确；C．①是O原子、④是Na原子，所形成的物质是NaO，C错
2
误；D．②为O2-，为阴离子，D正确；故选C。
7．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
【答案】C
【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。
8．近年来，我国航空航天事业成果显著，“北斗三号”导航卫星搭载了精密计时的铷(Rb)原子钟。如
图为铷元素在元素周期表中的信息和铷的原子结构示意图(如图1)。回答下列问题：
(1)下列说法错误的是_______(填字母)。
A． ， B．铷是金属元素
C．铷的相对原子质量是85.47 D．铷原子有5个电子层，最外层有1个电子
(2)Rb原子第一电子层上电子的能量比最外层上电子的能量_______(填“低”或“高”)。
(3)如图2中 所示粒子共表示_______种元素，铷元素原子的化学性质与如图中_______(填字母)
的化学性质相似。
【答案】(1)A (2)低 (3) 三 D
【解析】（1）A．由铷元素在元素周期表中的信息可知，其原子序数为37，则 ，在原子中，
质子数=核外电子数，所以 ，该选项说法错误；B．铷元素属于金属元素，该选项
说法正确；C．铷的相对原子质量是85.47，该选项说法正确；D．由图示可知铷原子有5个电子层，最外
层有1个电子，该选项说法正确；故选A；
（2）离核越近的电子能量越低，故 原子第一电子层上电子的能量比最外层上电子的能量低，故答
案为：低；
