文档内容
第 28 讲 原子结构与核素
知识导航
知识精讲
一、原子的构成
1．构成原子的微粒
原子是由原子核和核外电子构成的，而原子核是由质子和中子构成的。
2．质量数
电子的质量远远小于质子和中子，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，
若忽略电子的质量，将质子和中子的相对质量相加，所得的数值叫做质量数，用“A”表示。
即质量数（A）= 质子数（Z）+ 中子数（N）≈ 相对原子质量。
3. 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
4. 符号X中各个字母的含义二、原子的核外电子排布
1．原子结构示意图
2．电子层的表示方法
电子层序数 1 2 3 4 5 6 7
电子层符号 K L M N O P Q
多电子原子里，电子的能量不同。核外电子总是先排布在能量
较低的电子层，然后由里向外依次排布在能量升 高的电子
层。
3．核外电子排布规律
各电子层的电子数
元素
K L M N O P
He（氦） 2
2
Ne（氖） 2 8
10
Ar（氩） 2 8 8
18
Kr（氪） 2 8 18 8
36
Xe（氙） 2 8 18 18 8
54
Rn（氡） 2 8 18 32 18 8
86
（1）各电子层最多容纳_________个电子（n表示电子层）；
（2）最外层电子数不超过_______个（K层为最外层时最多不超过______个电子）；
（3）次外层电子数不超过_______个（当K层 或L层为次外层时分别为___个和___个）
（4）倒数第三层电子数不超过______个。
【答案】2n2； 8 2； 18 2 8; 32
三、元素、核素、同位素和同素异形体
1．相关概念
（1）元素：具有相同核电荷数（即核内质子数）的同一类原子的总称。（2）核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫核素。
如：1H（氕，H），2H（氘，D），3H（氚，T）各为一种核素。
（3）同位素：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。
如：1H，2H，3H互为同位素。
（4）同素异形体：由同种元素形成的不同单质，互称为同素异形体。
如：氧气和臭氧、石墨和金刚石、红磷和白磷。
3．同位素的应用
（1） 、 用于制造氢弹；
2H 3H
1 1
（2）235U 用于制造原子弹、核发电；
92
（3）考古时利用14C测定一些文物的年代；
6
（4）利用放射性同位素释放的射线育种、治疗恶性肿瘤。
对点训练
题型一：原子符号中各数字的含义及数量关系
【变1-2】（2021·上海市建平中学高一期中）已知某原子的质量数和核内中子 数，由此不能确定
A．该元素的相对原子质量 B．该原子属于哪种元素
C．该原子的质子数 D．该原子的核外电子数
【答案】A
【详解】
A．元素的相对原子质量与其核素及核素的丰度有关，所以某原子的质量数和核内中子数，不能确定该元
素的相对原子质量，故A选；
B．质子数+中子数＝质量数，所以根据质量数和中子数可以确定质子数，所以能确定该原子属于哪种元素，
故B不选；
C．质子数+中子数＝质量数，所以根据质量数和中子数可以确定质子数，故C不选；
D．质子数等于核外电子数，因此也可以确定该原子的核外电子数，故D不选；
故选A。
题型二：离子中的数量关系
【变2-3】（2021·安徽·定远县育才学校高一期末）X原子的质 子数为m，X2＋和Y3－的核外电子数相等，
则Y原子的核电荷数是
A．m＋2 B．m-3 C．m＋5 D．m-5
【答案】D【详解】
阳离子核外电子数=质子数－所带电荷数，元素X的核电荷数是m，所以X2+的核外电子数为m-2；阴离子
核外电子数=质子数＋所带的电荷数，设元素Y的核电荷数是b，所以Y3－的核外电子数为b+3，因为阴离
子Y3－与元素X的阳离子X2＋电子层结构相同，即核外电子数相同；所以m-2=b+3，即b=m-5。
故选D。
【变3】（2019·江西·南昌市第一中学高一月考）已知阴离子R2-的原 子核内有n个中子，R原子的质量数
为m，则wgR原子完全转化为R2-时，含有电子的物质的量是
A． mol B． mol
C． mol D． mol
【答案】D
【详解】
由R2-阴离子的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则R原子质子数为m-n，故该离子核外电子数
为m-n+2，wgR的物质的量为 mol，故含有电子物质的量 mol，故答案为D。
题型三：相同电子层结构
【例4】（2021·上海市进才中学高一期中）有三种电子层结构均相同 的微粒为：A3+、B和C2-，它们的质
子数分别为x、y、z，它们的质子数关系正确的是
A． B． C． D．
【答案】B
【分析】
原子中核电荷数=质子数=核外电子数，离子中核电荷数=质子数，阳离子核外电子数=质子数-电荷数，阴
离子核外电子数=质子数+电荷数
【详解】
A3+、B和C2-电子层结构相同，它们的质子数分别为x、y、z，则有x-3=y=z+2，故选B。
题型四：核外电子的排布规律
【变5-1】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）根据核外电子 排布规律，M层最多容纳的电子
数是
A．8 B．10 C．18 D．32
【答案】C
【详解】
根据核外电子排布规则可知，M为3层，即第n层最多容纳2n2个电子，所以M层上最多容纳的电子数是2×32=9×2= 18；
故选C。
【变6】（2021·全国·高一课时练习）两种元素原子X和Y，X原子的M层比Y原子的M层少3个电子，
Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X、Y分别是
A．硅原子和钠原子 B．硼原子和氮原子
C．氮原子和碳原子 D．碳原子和铝原子
【答案】D
【详解】
由于Y原子的M层电子比X原子的M层电子多3个电子，说明Y的M层电子数至少有3个，那么Y的L
层必定有8个电子；Y原子的L层电子数恰好是X原子L层电子数的两倍，则X的L层只有4个电子，M
层无电子。由此推出Y的核外电子总数为13，X的核外电子总数为6；所以X、Y的核电荷数分别是6和
13，即为碳原子和铝原子；故选D。
题型五：核素、同位素
【变7-2】（2021·江苏淮安·高一期中）下列各组物质中，互为同位 素的是
A．12C、13C、14C B． 、 、
C． 、 、 D． 、 、
【答案】A
【详解】
A．12C、13C、14C的质子数均为6，而中子数不同，互为同位素，A符合题意；
B． 、 、 均是由O元素组成的不同种单质，为同素异形体，B不符合题意；
C． 、 、 均是水，属于同一种物质，C不符合题意；
D． 、 、 均是由H元素组成的不同种单质，属于同素异形体，D不符合题意；
答案选A。
【例9】（2021·福建·邵武市第七中学高一期中）用周期表中特殊 位置的短周期元素符号填空
(1)族序数等于周期数3倍的元素：_______；
(2)周期数是族序数3倍的元素是：_______；
Li、 Li、 Na、 Mg、 C、 N中，
(3)_______和_______互为同位素；
(4)_______和_______的质量数相等，但不能互称同位素；【答案】O Na Li Li C N
【详解】
(1)族序数等于周期数3倍的元素是：第二周期第VIA族的O元素；
(2)周期数是族序数3倍的元素是：第三周期第IA族的Na元素；
(3)同位素是指质子数相同，中子数不同的原子之间，故 Li、 Li互为同位素，故答案为： Li； Li；
(4) C和 N的质量数相等，但二者的质子数不同，不能互称同位素，故答案为： C； N。
提分特训
【题1】（2016·浙江·诸暨市教育研究中心高一期末）中国科学技术名词审定委员会已确定第116号元素
Lv的名称为鉝。关于 Lv的叙述正确的是
A．原子序数为116 B．中子数为293
C．核外电子数为177 D．元素Lv的相对原子质量为293
【答案】A
【详解】
A．核素符号左下角的数字为质子数，Lv的质子数为116，原子序数等于质子数，故A正确；
B．核素符号左上角的数字为质量数，293为质量数，不是中子数，故 B错误；
C．原子的核外电子数等于质子数，为116，故C错误；
D．核素的质量数只是近似等于其元素的相对原子质量，故D错误；
答案A。
【题2】（2021·福建·福州四中高一月考）下列说法中正确的是
A．中子数为20的氯原子可以表示为
B．互为同位素的两种核素，它们原子核内的质子数一定相等
C．人们发现了112种元素，即共有112种核素
D．原子结构模型演变历史可以用上图表示
【答案】B
【详解】A．根据质量数等于质子数加中子数，故中子数为20的氯原子可以表示为 ，A错误；
B．同位素是指具有相同数目质子、不同数目中子的同一元素的不同核素之间，故互为同位素的两种核素，
它们原子核内的质子数一定相等，B正确；
C．由于同一元素可能有多种核素，人们发现了112种元素，但共有的核素种类大于112，C错误；
D．19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体，1897年，
英国科学家汤姆生发现了电子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子结构模型，1911年英国物理学家卢瑟
福(汤姆生的学生)提出了带核的原子结构模型，1913年丹麦物理学家波尔(卢瑟福的学生)引入量子论观点，
提出电子在一定轨道上运动的原子结构模型，D错误；
故答案为：B。
【题3】（2021·湖北·高一期中）下列说法中不正确的有
①臭氧(O )、四聚氧(O )和红氧 (O )都是氧元素的同素异形体
3 4 8
②酸性氧化物都是非金属氧化物
③碱性氧化物都是金属氧化物
④丁达尔效应是胶体粒子对光线反射形成的
⑤ 溶于水，在通电条件下才能发生电离
⑥不是电解质的化合物一定是非电解质
⑦有单质参加或有单质生成的反应一定是氧化还原反应
A．2个 B．3个 C．4个 D．5个
【答案】C
【详解】
①臭氧 、四聚氧 和红氧 都是氧元素构成的不同的单质，互为同素异形体，故①正确；
②有些金属氧化物也是酸性氧化物，如 ，故②错误；
③碱性氧化物都是金属氧化物，但金属氧化物不一定都是碱性氧化物，如 是酸性氧化物， 是
两性氧化物，故③正确；
④丁达尔效应是胶体粒子对光线散射形成的，故④错误
⑤ 溶于水，是水分子破坏阴阳离子间的作用力从而电离出自由移动的阴阳离子，故⑤错误；
⑥化合物不是电解质就是非电解质，因此不是电解质的化合物一定是非电解质，故⑥正确；
⑦有单质参加的反应或有单质生成的反应不一定是氧化还原反应，如 是非氧化还原反应，故
⑦错误；
由上错误的有4个，选项C符合题意；
答案为C。
【题4】（2021·四川·南充西南大学实验学校高一月考）下列说法错误的是A．相同质量的DO和HO含有的电子数之比为9：10
2 2
B． 和 、石墨和金刚石均互为同位素
C． 、 、 和H 是氢元素的四种不同粒子
2
D．12C和14C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同
【答案】B
【详解】
A．设DO和HO的质量都是18g，则n(H O)= ＝1mol，n(D O)= ＝0.9mol，DO和HO
2 2 2 2 2 2
含有的电子数之比为0.9mol×(1×2+8)：1mol×(1×2+8) =9：10，故A正确；
B． 和 都是Ca元素的不同原子，所以互称同位素，金刚石、石墨都是由碳元素组成的不同单质，
不属于同位素，故B错误；
C． 、 、 和H 是分别表示：质子数为1中子数为0的氢原子、质子数为1，中子数为1的氢原子、
2
带一个单位正电荷的氢离子、氢气单质，同属于氢元素的四种不同粒子，故C正确；
D．有相同质子数，不同中子数的原子互为同位素，元素的原子的最外层电子数决定了元素性质，而同位
素的外层电子数相等，所以它们的化学性质几乎完全相同，而原子不同，则物理性质不同，12C和14C质子
数都为6，互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同，故D正确；
答案选B。
【点睛】
质子数决定了元素的种类，原子的最外层电子数决定了元素的化学性质，同位素的化学性质几乎完全相同。
【题5】（2020·云南·梁河县第一中学高一开学考试）关于原子核外电子排布的下列叙述正确的是( )
A．原子核外电子的能量按K、L、M、N电子层的顺序依次减小
B．原子核外次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个
C．某原子的K电子层为最外层，该电子层最多可容纳8个电子
D．某原子核外有三个电子层，其L层为次外层，最多可容纳18个电子
【答案】B
【分析】
（1）在不违反泡利原理、和洪特规则的条件下，电子优先占据能量较低的原子轨道，使整个原子体系能
量处于最低；
（2）泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳 2个自旋状态 相反的电子；
（3）洪特规则是在等价轨道（相同电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不同的
轨道，且自旋方向相同。
【详解】
A. 原子核外电子的能量按K、L、M、N电子层的顺序依次增大，选项A错误；
B. 原子核外次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个，选项B正确；C. 某原子的K电子层为最外层，该电子层最多可容纳2个电子，选项C错误；
D. 某原子核外有三个电子层，其L层为次外层，最多可容纳8个电子，选项D错误；
答案选B。
【点睛】
题考查能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则的定义，难度不大，注意基础知识的积累。
【题6】（2021·四川·攀枝花市成都外国语学校高一期中）某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N
个中子，它与1H原子组成H X分子。在ag H X中所含质子的物 质的量是
m m
A． (A—N) mol B． mol
C． (A—N＋m) mol D． (A—N＋m) mol
【答案】C
【详解】
由同位素X的原子质量数为A，含N个中子可知，同位素X的质子数为(A—N)，H X分子的摩尔质量为
m
(A+M)g/mol，含有的质子数为(A—N+m)，则ag H X中所含质子的物质的量为 ×(A—N+m)=
m
(A—N＋m) mol，故选C。
提分作业
【练1】（2021·北京海淀·高三期中）下列有关放射性核素 的说法中，不正确的是
A． 原子核外电子数为15 B． 原子的质量数为15
C． 可能用于同位素示踪 D． 和 的化学性质基本相同
【答案】B
【详解】
A．原子符号左下角数字表示质子数， 的质子数为15，核外电子数等于质子数，所以原子核外电子数
为15，故A正确；
B．原子符号左上角数字表示质量数， 原子的质量数为32，故B错误；
C． 是 的同位素，被广泛用于同位素示踪技术，故C正确；
D．同位素原子质量数不同，质子数相同，化学性质基本相同， 和 都是由磷原子形成的氢化物，因此化学性质基本相同，故D正确；
答案选B。
【练2】（2021·河北·高一期中）“碳达峰”“碳中和”成为全国两会的热词。下列有关 和 的说法中正确
的是
A． 和 的质子数相同，互称为同位素
B． 和 的质量数相同，互称为同位素
C． 和 的质子数相同是同一种核素
D． 和 的核外电子数相同，中子数不同，不能互称为同位素
【答案】A
【详解】
A． 和 的质子数相同，中子数不同，二者互称为同位素，A正确；
B． 和 的质子数相同，中子数不同，因此质量数不相同，B错误；
C． 和 的质子数相同，但中子数不同，不是同一种核素，C错误；
D． 和 的核外电子数相同，质子数相同，中子数不同，二者互称为同位素，D错误；
答案选A。
【练3】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）根据核外电子排布规律，M层最多容纳的电子数
是
A．8 B．10 C．18 D．32
【答案】C
【详解】
根据核外电子排布规则可知，M为3层，即第n层最多容纳2n2个电子，所以M层上最多容纳的电子数是
2×32=9×2= 18；
故选C。
【练4】（2021·福建·福州四中高一月考）原子X核内质子数等于中子数，其阳离子Xn+核外共有a个电子，
X的质量数为
A． B． C． D．
【答案】A
【详解】
根据阳离子Xn+核外共有a个电子，则有Z-n=a，故X原子核内有a+n个电子，又原子X核内质子数等于中子数，其 X的质量数等于质子数加中子数，故为 ，故答案为：A。
【练5】（2021·上海·同济大学第二附属中学高一期中）下列元素中，最外层电子数等于次外层电子数的是
A．硼 B．氧 C．氯 D．氩
【答案】D
【详解】
A．硼是5号元素的最外层电子数为3，次外层电子数为2，A不符合题意；
B．氧是8号元素的最外层电子数为6，次外层电子数为2，B不符合题意；
C．氯是17号元素的最外层电子数为7，次外层电子数为8，C不符合题意；
D．氩是18号元素的最外层电子数为8，次外层电子数为8，D符合题意；
故选D；
【练6】（2021·全国·高一课时练习）下列数字为几种元素的核电荷数，其中原子核外最外层电子数最多的
是
A．8 B．14 C．16 D．17
【答案】D
【详解】
选项中各原子的最外层电子数分别为6、4、6、7，最外层电子数最多的是7；
故选D。
【练7】（2021·福建省建瓯市芝华中学高一月考）下列关于原子核外电子排布规律的说法错误的是
A．K层是能量最低的电子层
B．原子失电子时先失去能量低的电子
C．核外电子总是优先排布在能量较低的电子层上
D．N层为次外层时，最多可容纳的电子数为18
【答案】B
【详解】
A．原子核外区域能量不同，距核由近到远，能量由低到高，即离原子核近的电子能量低，离原子核远的
电子能量高，则K层是能量最低的电子层，A正确；
B．原子最先失去最外层电子，最外层电子的能量最高，所以原子失电子时先失去能量高的电子，B错误；
C．原子核外区域能量不同，距核由近到远，能量由低到高，所以核外电子总是优先排布在能量较低的电
子层上，C正确；
D．次外层最多容纳18个电子，所以N层为次外层时，最多可容纳的电子数为18，D正确；
故选B。
【练8】（2021·江苏淮安·高一期中）用 表示原子：
(1)中性原子的中子数N=___________。
(2) 共有x个电子，则该阳离子的中子数N=___________。(3) 共有x个电子，则该阴离子的中子数N=___________。
【答案】A-Z A-x-n A-x+n
【详解】
(1)在表示原子组成时元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，又因为中子数＋质子数=质量数，
据此可知中性原子的中子数N=A-Z；
(2)中性原子的核外电子数=质子数，所以如果AXn+共有x个电子，则质子数=X＋n，因此该阳离子的中子数
N=A-x-n；
(3)同(2)分析可知，如果AXn-共有x个电子，则质子数=X-n，因此该阴离子的中子数N=A-x+n。关注更新免费领取，淘宝唯一每月更新店铺:知二教育
