第三单元　人类对原子结构的认识多媒体教学设计及其点评

专题1 第三单元

人类对原子结构的认识教学设计

一、学习目标：

1．了解人类对原子结构的探索历史。

2．会表示原子、离子结构示意图。

3．认识原子的组成。

4．会辨析元素、核素和同位素的概念。

二、问题探究：

【问题1】人类认识原子，经历了哪些过程？（哪些科学家提出了怎样的观点？）

提示：（1）公元前5世纪，古希腊的德谟克利特等提出原子论思想。——认为万物由原子构成的。

（2）19世纪初，英国科学家道尔顿称为“原子之父”。——认为物质是由原子组成的，原子不能被分割，原子不会创造和消失。

（3）1897年，英国科学家道尔顿发现原子中存在电子，提出“葡萄干面包式”的原子结构模型。——认为正电荷均匀分布在原子之中，而电子就像葡萄干面包中的葡萄干一样散布在原子的正电荷之中。

（4）1911年，英国物理学家卢瑟福发现原子中存在电子核，提出“核式模型”。——认为原子由原子核和核外电子构成，原子核带正电，位于原子中心，电子带负电荷，在原子核外作高速运动，即“行星绕太阳”式的原子结构模型。

（5）1913年，卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔引入量子论观点，提出原子轨道模型。——认为不同能量的电子在不同的轨道上运动。

（6）20世纪初，爱因斯坦、德布罗意和薛定谔等科学科提示了微观世界波粒二象性的规律。——认为原子核外电子运动不遵循经典力学原理，必须用量子力学模型来描述核外电子的运动。

【问题2】原子核外电子是如何排布的？离子核外电子又是如何排布的？这两者有何异同？

提示：（1）核外电子是分层排布。

（2）举例：Na原子结构示意图为

，Na＋离子结构示意图为

。O原子结构示意图为

，O2－离子结构示意图为

（3）相同点：原子与离子的结构示意图中，圈内的质子数（核电荷数不变）。

不同点：最外层电子数不同。

（4）规律：原子最外层电子数小于4（金属原子），则原子易失去电子形成稳定结构；原子最外层电子数大于4（非金属原子），则原子易得到电子形成稳定结构。原子外层电子数等于4，则原子不易得到，也不易失去电子。

【问题3】稀有气体的原子最外层电子均已达到稳定结构，那它能否发生化学反应呢？

提示：（1）在稀有气体元素的原子中，电子在各个电子层中的排列，刚好达到稳定数目，因此原子不容易失去或得到电子，也就很难与其它物质发生化学反应，因此这些元素被称为“惰性气体元素”。

（2）第一个稀有气体化合物——六氟合铂酸氙（XePtF6）奇迹般地出现了，震惊了整个化学界，标志着稀有气体化学的建立，开创了稀有气体化学研究的崭新

领域。柯拉森（H．H．Classen）在加热加压的情况下，以1∶5体积比混合氙与氟时，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。

【问题4】元素的化合价与原子核外电子排布有什么关系吗？

提示：金属元素，失去的电子数，即等于正化合价（最高）。非金属元素，得到的电子数，即等于负化合价（最低）的绝对值。

【问题5】原子在化学变化中不能发生变化，那么原子可以再分吗？

提示：

【问题6】构成原子中的质子、中子、电子的电性、质量怎样？

提示：（1）电性分析。原子为中性，但原子核带正电，核外电子带负电，故原子核所带的正电应等于核外电子所带的负电。原子核中的质子带正电，中子不带电，即原子核所带的正电来自于质子所带的正电。由电性关系可得：质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数。

（2）质量分析。原子的质量几乎集中在原子核上面，电子的质量相对于原子的质量可以忽略。原子核的质量等于质子与中子的质量之和。由质量关系可得：质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。质量数是指将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来的所得到的数值。

【问题7】相对原子质量定义为“某原子的真实质量与C-12原子质量的1/12的比”。阿伏加德罗常数定义为“0.012kgC-12中所含碳原子数”。这些里面的C-12原子指的是什么原子？

提示：因为碳元素中存在不同的碳原子，有C-12、C-13、C-14。“12、13、14”指的是碳原子的质量数。把这些具体的原子（给定质子和中子）称为一种核素。

【问题8】一种核素表示的含义是什么？

提示：X是这种核素的元素符号，Z表示质子数，A表示质量数。中子数=质量数－质子数，即“上减去下”，得：N=A－Z。

【问题9】元素、核素、同位素是如何区分的？

提示：（1）三者之间的关系：

（2）同位素的“三不同、六同”：

（3）举例：

①氢元素存在三种氢核素（氢原子），分别为，它们之间互为同位素。这三种氢核素分别称为氕、氘、氚，符号分别为H、D、T，称为普通氢、重氢、超重氢。

②碳元素存在三种碳核素（氢原子），分别为，它们之间互为同位素。

【问题10】同位素的性质均相同吗？

提示：性质分为化学性质和物理性质。

（1）化学性质取决于原子的最外层电子数，同位素中不同核素的质子数相同，则核外电子排布相同，故化学性质相似。

（2）物理性质表现为质量、密度等。同位素的原子，其质量数不等，即每个原子的质量是不相等的，对应的密度是不同的，故物理性质不同。

【问题11】同位素有什么应用？

提示：（1）氢元素的三种核素中只有D、T可以用于制造氢弹。

（2）碳元素的三种核素中，12C用于标定相对原子质量和阿伏加德罗常数，14C用于考古，可判断出土文物的年代。

（3）铀元素的多种核素中，只有235U可用于制造原子弹，其它的U核素不可以。

【问题12】同位素的相对原子质量是如何确定的？

提示：

（1）同位素相对原子质量：同位素的相对原子质量是把该同位素原子质量与作为相对原子质量标准的碳原子质量的1/12的比值，通常它不是整数。由于一种元素通常有几种同位素，这几种同位素原子由于其核内中子数目不同而有着不同的质量，与12C的1/12的比值也不相同。如氯元素的两种同位素35Cl和37Cl，它们的相对原子质量分别是34.969和36.966。

（2）同位素近似原子量：等于同位素的质量数(考试要用)。是同位素原子中质子和中子相对质量的整数部分之和，它是个正整数。质量数是对某种同位素而言的，如35Cl的质量数是35，其近似原子量为35；37Cl的质量数是37，其近似原子量为37。对于一种元素来说，没有一种质量数跟它相对应，因此讲氯元素的质量数是35或37均是错误的。

（3）元素相对原子质量：（化学书后查到的相对原子质量）。元素的相对原子质量是按该元素的各种天然同位素的相对原子质量和所占的原子的物质的量分数算

出来的平均值，即元素的相对原子质量=MA·a%+MB·b%+MC·c%+…(式中MA，MB，MC…是各同位素的相对原子质量，a%，b%，c%…是各同位素原子的物质的量分数)。《国际原子量表》中列出的相对原子质量，就是各元素的平均相对原子质量。

（4）元素近似原子质量：是按该元素的各种天然同位素的质量数和所占的原子的物质的量分数计算出来的平均值。上述计算公式中MA，MB，MC…表示各同位素的质量数。

举例：2H2O的相对分子质量为20，而不是18，14C18O2的相对分子质量为50，而不是44。

三、典型例题：

考点一、人类对原子结构的认识

例1（2014昆山市期中考试）下列四位科学家都对原子结构的认识起到过重要的推动作用，其中首先提出原子核外的电子在一系列稳定的轨道上动动的是

A．道尔顿B．汤姆生C．卢瑟福D．玻尔

考点二、原子组成及结构的表达

例2（2015昆山市期中考试）已知最外层电子数相同的原子具有相似的化学性质。下列原子中与氧原子化学性质相似的是

例3（2013苏州市期末考试）明矾（KAl(SO4)2·12H2O）中Al元素的结构示意图为。

例4（2017苏州市期末考试）下列化学用语正确的是

A．中子数为20的氯原子：

B．硫酸的电离方程式：H2SO4=H2++ SO42－

C．S2－的结构示意图：

D．明矾的化学式：KAl(SO4)2·12H2O 例5（2016昆山市期中考试）a 粒子是带2个单位正电荷、质量数为4的原子核，由此可推断a 粒子的质子数和中子数分别为

A．2个和0个B．2个和2个

C．2个和4个D．4个和2个

例6（2016昆山市期中考试）与Ne的核外电子排布相同的离子跟与Ar核外电子排布相同的离子所形成的化合物可以是

A．Na2SB．MgF2 C．KCl D．CaO 考点三、核素的概念及表达：

例7（2015苏州市期末考试）三种原子，它们具有相同的

A．质子数B．中子数

C．质量数D．电子数

例8（2015昆山市期中考试）下列说法中，正确的是

A．氘（D）和氚（T）是氢元素的两种不同的核素

B．某原子（含6个电子、7个中子）的化学符号是

C．H2O和CH4分子中具有相同的质子数和原子数

D．稀有气体的原子最外层达到稳定结构，故都不能与别的物质发生反应

例9（2014苏州市期末考试）下列描述中错误的是

A．14N与15N具有相同的质子数

B．18O与17O具有相同的电子数

C．12C与13C具有相同的质量数

D．13C与14N具有相同的中子数

例10（2016昆山市期中考试）中子数为8的碳原子：（）

例11（2014昆山市期中考试）氘（D）和氚（T）都是制造氢弹的原料，其中T的核素符号为。

例12（2013苏州市期末考试）碳元素的一种同位素原子可用于考古断代，其核素符号是。

考点四、质子、中子、质量数的计算：

例13（2012昆山市期中考试）放射性同位素可用于治疗肿瘤，该核素内的中子数与电子数之差为

A．19 B．53 C．72 D．125 例14（2014昆山市期中考试）1999年俄罗斯科学家合成了第114号元素的原子，该原子的质量数为289，存在时间达到30s，这项成果具有重要意义。该原子的中子数与电子数之差是

A．61 B．114 C．175 D．289 例15（2013苏州市期末考试）2011年3月11号日本发生9.0级地震并发生海啸，致使部分核电站核电机组爆炸放出具有放射性，从而对人体产生伤害。该元素原子的中子数是

A．53 B．78 C．131 D．25 例16（2013昆山期中、2016苏州期末）核内中子数为N的R2＋，质量数为A，则该离子的核外电子数为

A．A－N－2 B．A + N－2

C．A－N + 2 D．A + N + 2 考点五、质量数与相对分子质量的关系：

例17（2013昆山市期中考试）10g由2H和16O组成的水分子中含有的中子数为。

例18（2016苏州市期末考试）标准状况下，20 g D2O中含有的电子数为10 NA（）

例19（2016昆山市期中考试）10g由D和16O组成的水分子中含有的质子数为。