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1、第1章原子结构与元素周期律第1节原子结构第1课时原子核核素 引言：通通过过初初中中学学习习同同学学们们已已经经知知道道原原子子是是由由原原子子核核和和核核外外电子电子构成的。但构成的。但 原子核是由什么构成的呢？原子核是由什么构成的呢？电子在原子核外怎样运动的？电子在原子核外怎样运动的？元素的性质与原子结构有什么关系？元素的性质与原子结构有什么关系？这是本节教学要解决的问题。这是本节教学要解决的问题。回顾与回顾与 思考：思考：1.物质是由什么粒子构成的？物质是由什么粒子构成的？2.化学变化的最小粒子是什么？化学变化的最小粒子是什么？3.为什么原子不是一个简单的、不可分割的实心球体？为什么原子不
2、是一个简单的、不可分割的实心球体？4.为什么原子核也不是一个简单的、不可分割的实心球体？为什么原子核也不是一个简单的、不可分割的实心球体？5.原子为什么不显电性？原子为什么不显电性？1.分子、原子等分子、原子等 2.原子原子 3.原子是由居于原子中心的带正电荷的原子核和核外带负电荷的原子是由居于原子中心的带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子构成电子构成4.原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子构成的原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子构成的 5.原子核内质子所带正电荷总数等于核外电子所带负电荷总数原子核内质子所带正电荷总数等于核外电子所带负电荷总数 8.在原子里，电子在原子核外的运动空间“相
3、当的大”8.由由1.7问题你得到什么启发？问题你得到什么启发？7.如果把一个原子比作一个庞大的体育场，而原子核只相当于一只蚂蚁7.你想象中的原子核的体积小到什么程度？你想象中的原子核的体积小到什么程度？6.一个原子跟一个兵乓球体积之比，相当于兵乓球跟地球的体积之比 6.你想象中的原子的体积小到什么程度？你想象中的原子的体积小到什么程度？有有关关原原子子结结构构的的知知识识是是自自然然科科学学的的重重要要基基础础知知识识之之一一。原原子子是是构构成成物质的一种基本粒子，物质的组成、性质和变化都与原子结构密切相关。物质的一种基本粒子，物质的组成、性质和变化都与原子结构密切相关。人人们们对对原原子子
4、、分分子子的的认认识识要要比比对对宏宏观观物物体体的的认认识识艰艰难难得得多多。因因为为原原子子和和分分子子过过于于微微小小，人人们们只只能能通通过过观观察察宏宏观观实实验验现现象象，经经过过推推理理去去认认识识它它们们。一一般般是是通通过过实实验验事事实实提提出出原原子子和和分分子子的的理理论论模模型型，如如果果设设想想的的模模型型不不符符合合新新的的实实验验事事实实，就就必必须须修修正正，甚甚至至摈摈弃弃旧旧的的模模型型，再再创创建建新新的的模模型型。人人们们对对原原子子、分分子子结结构构认认识识的的过过程程实实际际上上是是根根据据科科学学实实验验不不断断创创立、完善模型的过程。立、完善模
5、型的过程。自自从从19世世纪纪初初道道尔尔顿顿建建立立原原子子学学说说以以后后，“原原子子是是不不可可分分割割的的最最小小微微粒粒”在在人人们们脑脑海海中中留留下下深深刻刻的的印印象象。直直到到发发现现电电子子、X射射线线和和放放射射性性现现象象，人人们们才才舍舍弃弃原原子子不不能能再再分分割割的的传传统统观观念念，并并进进而而探探讨讨原原子子的的组组成成和结构问题。和结构问题。小 结 那么、原子的内部结构究竟是怎样的呢？科学家是怎样探索原子内部结构的呢？2.卢瑟福所作卢瑟福所作粒子散射实验粒子散射实验 为什么是：为什么是：绝大多数绝大多数粒子直线通过粒子直线通过;少数少数粒子转向粒子转向;个
6、别个别粒子反弹粒子反弹,这一现象说明什么问题？这一现象说明什么问题？粒子散射实验 表明：原原子子中中正正电电荷荷占占的的空空间间很很小小，因因而而粒粒子子通通过过金金箔箔时时，只只有有极极少少部部分分遇遇到到这这种种质质量量较较大大带带正正电电荷荷的的质质点点的的排排斥斥而而折折回回，这这个个带带正正电电荷荷的的质质点点位位于于原原子子的的中中心心，就就是是原子核原子核；而而大大部部分分粒粒子子是是直直线线通通过过的的，说说明明电电子子在在原原子子核核外外“较较大大”的的空空间间内内运运动动。由由于于电电子子很很轻轻，容容易易被被较较重重的的粒子推开，不会妨碍粒子推开，不会妨碍粒子的通行。粒子
7、的通行。这这个个实实验验推推翻翻了了原原子子是是一一个个“实实心心球球”的的假假设设，为为现代原子结构现代原子结构理论奠定了基础。理论奠定了基础。卢瑟福通过粒子散射实验认识了原子核的存在，提出了核式原子模型原子中心有一个原子核，它集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，而带负电荷的电子在核外空间饶核高速运动。实 验 预 测 观 察 模 型 葡萄干布丁 粒子散射通过 转向 反弹 核式原子模型科学家的这些探索过程给你有什么启发？你心中的原子结构模型是怎样的?人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，才一步一步地走向深入，一步一步接近事物的本质。人类对原子结构的深入认识，都是建立在实验人类对原子结构的深
8、入认识，都是建立在实验研究基础上的。实验是揭示原子结构的重要手研究基础上的。实验是揭示原子结构的重要手段。段。汤汤姆姆生生、卢卢瑟瑟福福、玻玻尔尔、海海森森伯伯四四代代师师生生都都是是诺诺贝贝尔尔科科学学奖奖获获得得者者，正正是是因因为为有有了了他他们们这这样样的的探探索索者者，正正是是因因为为有有了了他他们们怀怀疑疑科科学学上上的的“定定论论”，不不迷迷信信权权威威，向向自自己己的的恩恩师师挑挑战战，为为科科学学的的发发展展做做出出了了重重要要贡贡献献。在在他他们们的的身身上上闪烁着科学探索精神的光辉！闪烁着科学探索精神的光辉！1、原子核的构成据表中的数据据表中的数据,各小组讨论汇报并回答下
9、列问题各小组讨论汇报并回答下列问题:微微 粒粒电电 子子 质质 子子 中中 子子质量（质量（kg）9.10910311.67310271.6751027相对质量相对质量0.0054841.0071.008电量电量/C1.60210191.60210190电荷电荷-1+10（1）在原子中，质子数、核电荷数、核外电子数之间存在什么关系？）在原子中，质子数、核电荷数、核外电子数之间存在什么关系？（2）原子的质量由哪些微粒决定？）原子的质量由哪些微粒决定？（3）忽略电子质量，原子的相对质量与质子数、中子数有什么关系？）忽略电子质量，原子的相对质量与质子数、中子数有什么关系？原子的构成：每一个质子带每一
10、个质子带 电荷电荷 相对质量约为相对质量约为 ，质子的数目决定，质子的数目决定 中子不带电，相对质量约为中子不带电，相对质量约为 围绕原子核作高速运动，每个电子带围绕原子核作高速运动，每个电子带原子 电荷。电荷。相对质量为一个质子（中子）的 。最外层电子数目决定 。质量数：定义：核电荷数（Z）质 量 数（A）一般用符号 表示一个质量数 A 为、质子数为 Z 的原子。原子核 核外电子质子中子一个单位正电荷1元素的种类1一个单位负电荷1/1836元素的化学性质质子数(Z)核外电子数质子数(Z)中子数(N)原子核内质子数和中子数取近似整数值的相对原子质量之和2、核素【回顾回顾】元素的种类是由原子核内
11、的质子数决定的。元素是具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称。【质疑质疑】同种元素原子的质子数相同，那么，中子数是否也相同呢?“观察思考观察思考”三种不同的氢原子【比较比较】三种氢原子结构的异同。三种氢原子结构的异同。【质疑质疑】它们是不是同一种元素？它们是不是同一种元素？2.核素核素元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子的总称核核素素：人人们们把把具具有有一一定定数数目目质质子子和和一一定定数数目目中中子子的的一一种种原原子子 称为核素。称为核素。同同位位素素：质质子子数数相相同同而而中中子子数数不不同同的的同同一一元元素素的的不不同同核核素素互互为同位素。为同位素。H H H
12、 它们是同一种元它们是同一种元素吗？它们的原子结构有什么异同素吗？它们的原子结构有什么异同？1112131H.1H.1H即氕即氕(H).氘氘(D).氚氚(T)就称为氢元素的就称为氢元素的三种核素三种核素.231核素核素(1)元素元素:具有相同具有相同质子数质子数(核电荷数核电荷数)的同一类原子的总称的同一类原子的总称8 O168O178O18(2)核素核素:具有具有一定数目一定数目质子质子和和一定数目一定数目中子中子的一种的一种原子原子氢元素三种核素氢元素三种核素:氕氕 氘氘 氚氚1HHH11123(3)同位素同位素:质子数质子数相同而相同而中子数中子数不同的同一元素的不同的同一元素的不同不同
13、核素核素互互称为同位素称为同位素三者关系三者关系:核素核素核素核素 元素元素(同位素同位素)【迁移与应用】1请你描述构成原子的各种微粒与元素、核素间的关系。2请你描述元素、核素、同位素间的关系.1H.1H.1H即氕即氕(H).氘氘(D).氚氚(T)就称为氢元素的就称为氢元素的三种核素三种核素.231原原 子子氕（氕（）氘（氘（）氚（氚（）名名 称称 氢氢重重 氢氢超重氢超重氢 符符 号号 H D T 质子数质子数 1 1 1中子数中子数 0 1 2 质量数质量数 1 2 3氢元素的三种核素氢元素的三种核素同位素性质：a.同位素的同位素的化学性质化学性质相同，相同，物理性质物理性质有一定差别。有
14、一定差别。b.天天然然存存在在的的同同一一元元素素的的各各同同位位素素所所占占的的原原子子百百分组成不变。分组成不变。应用：应用：金属探伤金属探伤 消除静电消除静电 治疗肿瘤治疗肿瘤 示踪原子，跟踪研究化学反应示踪原子，跟踪研究化学反应 作核燃料作核燃料 用用14C考古考古 环保治污等环保治污等元素的相对原子质量1、定定义义：由由各各种种天天然然核核素素相相对对原原子子量量与与其其原原子子百百分分组组成计算出的平均值成计算出的平均值。2、计计算算式式：M M1n1%M2n2%M3n3%同同位位素素Cl的的相相对对原原子子质质量量为为34.969，在在自自然然界界占占75.77%(原原子子数数的
15、的百百分分含含量量)，Cl为为36.966，在在自自然然界界中中 占占 24.23%，则则 Cl的的 相相 对对 原原 子子 质质 量量 为为：34.96975.77%36.96624.23%35.45 思考：计算元素的相对原子质量还可以用哪些方法？思考：计算元素的相对原子质量还可以用哪些方法？用质量数代替核素的相对原子质量，求其平均值。用质量数代替核素的相对原子质量，求其平均值。元元 素素 核核 素素 同同 位位 素素 概念概念 范围范围 特性特性 实例实例具有相同核电具有相同核电荷数荷数(质子数质子数)的同类原子的的同类原子的总称总称宏观概念，对宏观概念，对同类原子而言，同类原子而言，既有
16、游离态又既有游离态又有化合态有化合态主要通过形主要通过形成的单质或成的单质或化合物来体化合物来体现现H、O具有相同数目的具有相同数目的质子和一定数目质子和一定数目的中子的一种原的中子的一种原子子微观概念，对微观概念，对某种元素的一某种元素的一种原子而言种原子而言不同的核素可能不同的核素可能质子数相同，或质子数相同，或中子数相同，或中子数相同，或质量数相同，或质量数相同，或各类数均不相同各类数均不相同1 H、2 H、3 H+、12 C、24 Mg不同不同核素核素质子数相同而中子数不同的质子数相同而中子数不同的同一元素的原子或同一元素同一元素的原子或同一元素的不同核素的不同核素微观概念，对某种元素
17、的原微观概念，对某种元素的原子而言。因同位素的存在而子而言。因同位素的存在而使原子种类多于元素种类使原子种类多于元素种类同位素质量数不同，化学性同位素质量数不同，化学性质相同；天然同位素所占原质相同；天然同位素所占原子百分含量一般不变；同位子百分含量一般不变；同位素构成的化合物如素构成的化合物如H20、D20、T20物理性质不同，但化学物理性质不同，但化学性质相同性质相同1 H、2 H、3 H为为H的同位素的同位素 同位素、元素、同素异形体的比较：同位素、元素、同素异形体的比较：元素元素 同位素同位素 同素异形体同素异形体定义定义对象对象 广义的原子广义的原子 原子原子 单质单质定义定义具有相
18、同核电荷数具有相同核电荷数的同的同一类一类原子的总原子的总称称质子数相同，中质子数相同，中子数不同的同一子数不同的同一元素的元素的不同不同原子原子由同种元素组成由同种元素组成的结构和性质不的结构和性质不同的单质同的单质实例实例 H C11H、21H、31H金刚石与石墨金刚石与石墨氧气与臭氧氧气与臭氧 区别与联系：区别与联系：1、联系：同位素属于同一元素的原子；联系：同位素属于同一元素的原子；同素异形体由同一元素的原子构成。同素异形体由同一元素的原子构成。2、区别：同位素有、区别：同位素有1800余种，元素只有余种，元素只有100多种。多种。亚原子粒子简介：亚原子粒子简介：人人们们将将组组成成原
19、原子子的的微微粒粒叫叫亚亚原原子子粒粒子子。亚亚原原子子粒粒子子曾曾经经也也叫叫基基本本粒粒子子,近近些些年年越越来来越越多多的的文文献献就就将将其其叫叫粒粒子子。迄今科学上发现的粒子已达数百种之多。迄今科学上发现的粒子已达数百种之多。与化学相关的某些亚原子粒子的性质与化学相关的某些亚原子粒子的性质名称名称 符号符号质量质量/u电荷电荷/e电子电子 质子质子 中子中子 正电子正电子 粒子粒子 粒子粒子光子光子ep ne+5.4861041.0073 1.0087(氦原子的核氦原子的核)(原子核射出的原子核射出的e-)(原子核射出的电磁波原子核射出的电磁波)1105.48610412 10夸克简
20、介夸克简介名称名称 下夸克下夸克 上夸克上夸克 奇夸克奇夸克 粲夸克粲夸克 底夸克底夸克 顶夸克顶夸克符号符号 d u s c b t电荷电荷 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3质量质量 均为质子的均为质子的1/100或或1/200 质子的质子的 200倍倍发现年代发现年代 1974 1977 1995某些最重要的夸克某些最重要的夸克 根根据据 1961 年年由由盖盖尔尔-曼曼（Gell M-Mann）建建立立的的新新模模型型，质质子子和和中中子子都都是是由由更更小小的的粒粒子子夸夸克克组组成成的的，但但现现有有的的理理论论还还不不能能预预言言(当然更不用说从实验上证明
21、当然更不用说从实验上证明)电子是可分的。电子是可分的。宏观、微观运动的不同宏观物体宏观物体微观粒子微观粒子质量质量很大很大很小很小速度速度较小较小很大（接近光速）很大（接近光速）位移位移可测可测位移、能量位移、能量不可同时测定不可同时测定能量能量可测可测轨迹轨迹可描述可描述（画图或函数描述）（画图或函数描述）用电子云描述用电子云描述（用出现机会的大小描述）（用出现机会的大小描述）电子云电子云电子云：是用统计的方法对核外电子运：是用统计的方法对核外电子运动规律所作的一种描述。动规律所作的一种描述。描述方法描述方法：用点的密度大小表示电子在：用点的密度大小表示电子在某处出现机会的多少。某处出现机会
22、的多少。过程过程：给原子拍照。：给原子拍照。结果结果：很像在原子核外有一层疏密不等：很像在原子核外有一层疏密不等的的“云云”。理解电子云 注意：每一个小黑点注意：每一个小黑点只代表电子在该处出现只代表电子在该处出现一次，并不代表有一个一次，并不代表有一个电子。电子。一个点没有多大意义，一个点没有多大意义，众多点的疏密不同才有众多点的疏密不同才有意义。意义。第2课时核外电子排布核外电子分层排布电子按能量高低在核外分层排布。电子按能量高低在核外分层排布。1234567KLMNOPQ由内到外，能量逐渐升高由内到外，能量逐渐升高排 布 规 律电子总是尽先排布在能电子总是尽先排布在能量最低的电子层里。量
23、最低的电子层里。每个电子层最多只能排每个电子层最多只能排布布2n2个电子。个电子。K层为最外层时，最多层为最外层时，最多只能容纳只能容纳2个电子。个电子。其它各层为最外层时，其它各层为最外层时，最多只能容纳最多只能容纳8个电子。个电子。次外层最多不超过次外层最多不超过18个个电子。电子。K L MN O P2 8 183250 2n21 2 3 4 5 6稀有气体元素原子电子层排布核电核电荷数荷数元素元素名称名称元素元素符号符号各电子层的电子数各电子层的电子数KLMNOP最外层电最外层电子数子数2氦氦He2210氖氖Ne28818氩氩Ar288836氪氪Kr28188854氙氙Xe281818
24、8886氡氡Rn2818321888各层最多电子数各层最多电子数281832?原子结构示意图1原子结构示意图2金属单质Na、Mg能分别与非金属单质O2、Cl2反应生成氧化物和氯化物，请写出这些氧化物和氯化物的化学式。元素元素化合价化合价原子最外层电原子最外层电子数目子数目失去（或得到）失去（或得到）电子的数目电子的数目Na +1 1 1Mg +22 2O -26 2Cl-1 7 1根据Na、Mg、O、Cl原子在反应中失去或得到电子的数目和该原子的最外层电子数目，推断其氧化物和氯化物中元素的化合价，将结果填入下表：一些元素的原子得失电子的情况Na2O、MgO、NaCl、MgCl2课堂练习11.下
25、列原子结构示意图中下列原子结构示意图中,正确的是正确的是:2.某元素原子的原子核外有三个电子层某元素原子的原子核外有三个电子层,最外层有最外层有4个电子个电子,该原子该原子核内的质子数为核内的质子数为:A.14 B.15 C.16 D.173.下列叙述正确的是下列叙述正确的是:A.电子在原子核外作高速圆周运动电子在原子核外作高速圆周运动B.电子云示意图中的小黑点表示一个电子电子云示意图中的小黑点表示一个电子C.次外层电子数一定是次外层电子数一定是2或或8D.最外层只有一个电子的原子不一定是碱金属元素的原子最外层只有一个电子的原子不一定是碱金属元素的原子A.B.C.D.答案：答案：1.B 2.A
26、 3.D课堂练习21.根据下列叙述根据下列叙述,写出元素名称并画出原子结构示意图。写出元素名称并画出原子结构示意图。（1）A元素原子核外元素原子核外M层电子数是层电子数是L层电子数的层电子数的1/2；_ （2）B元素原子的最外层电子数是次外层电子数的元素原子的最外层电子数是次外层电子数的1.5倍；倍；_ （3）C元素的次外层电子数是最外层电子数的元素的次外层电子数是最外层电子数的1/4；_ 2.X和和Y是原子序数小于是原子序数小于18的元素，的元素，X原子比原子比Y原子多原子多1个个电子层；电子层；X原子的最外层中只有原子的最外层中只有1个电子；个电子；Y原子的最外原子的最外层电子层中有层电子
27、层中有7个电子。这两种元素形成的化合物的化学个电子。这两种元素形成的化合物的化学式是式是_.答案：答案：1.(1)硫硫 2 8 4(2)硼硼 2 3 (3)氖氖 2 8 2.NaF原子的发现史公元前公元前5 5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。子。1.1.道尔顿原子模型道尔顿原子模型(1803(1803年）年）2.2.汤姆生原子模型（汤姆生原子模型（19041904年）年）3.3.卢瑟福原子模型（卢瑟福原子模型（19111911年）年）4.4.波尔原子模型波尔原子模型(1
28、913(1913年）年）5.5.电子云模型（量子力学模型）电子云模型（量子力学模型）（1927193519271935年）年）道尔顿原子模型道尔顿原子模型 原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。汤姆生原子模型汤姆生原子模型 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，中和了正电荷，从而形成了中性原子。卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型 原子中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的原子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量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星环绕太阳运转一样。绕太阳运转一样
29、。波尔原子模型 电子在原子核外空间的一定轨道上电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。绕核做高速的圆周运动。电子云模型现代物质结构学说。波粒二象性。根据原子光谱和理论分析根据原子光谱和理论分析核电荷数为核电荷数为120的元素原子核外电子层排布的元素原子核外电子层排布CaK+35 2 8 18 7Br补充练习11.某元素原子核外某元素原子核外L层电子数是其它层电子数之和的层电子数是其它层电子数之和的2倍，则倍，则该元素的核电荷数为：该元素的核电荷数为：A.6 B.8 C.12 D.162.两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在核电荷数为等，则在核电荷数为110的元素中。满足上述关系的元的元素中。满足上述关系的元素共有：素共有：A.1对对 B.2对对 C.3对对 D.4对对3.A元素原子的元素原子的L层比层比B元素原子的元素原子的L层少层少3个电子，个电子，B原子核原子核外电子总数比外电子总数比A原子核外电子总数多原子核外电子总数多5个，则个，则A与与B形成的形成的化合物的化学式为：化合物的化学式为：A.A2B3 B.BA2 C.AB4 D.B3A2答案：答案：1.AC 2.B 3.D