聚焦原子結(jié)構(gòu)直擊知識規(guī)律

殷永蘭

原子結(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)規(guī)律是化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是高考重要的命題點，下面將對原子結(jié)構(gòu)的核心知識進行深入分析，并總結(jié)知識規(guī)律。

一、原子的基本結(jié)構(gòu)

原子是由原子核和核外電子兩部分組成，而原子核又由質(zhì)子和中子兩部分組成。在學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)時需要掌握原子的基本組成，并理解其中的兩個數(shù)量關(guān)系，即微粒之間的等量關(guān)系和數(shù)量關(guān)系，核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)，而質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)，前一式為原子的電中性關(guān)系式，而后一式是原子質(zhì)量換算式，分析問題時可依據(jù)上述兩式來開展。

例1 已知某種元素對應(yīng)的一種同位素為X，X的質(zhì)量數(shù)為A，內(nèi)含N個中子，與1H原子組成的分子為HmX，若現(xiàn)有HmX的質(zhì)量a g，則所含有的質(zhì)子的物質(zhì)的量為（ ?）。

A.aA+mA-N+mmol B.aAA-Nmol

C. aA+mA-NmolD.aAA-N+mmol

解析 原子X質(zhì)子數(shù)的確定可以根據(jù)數(shù)量關(guān)系A(chǔ)（質(zhì)量數(shù)）=Z（質(zhì)子數(shù)）+N（中子數(shù)）來獲得，即質(zhì)子數(shù)為A-N，而分子的質(zhì)子數(shù)等于原子內(nèi)所有質(zhì)子數(shù)之和，因此可以先求出單分子內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，然后借助阿伏加德羅常數(shù)求出一定物質(zhì)的量的分子中所含質(zhì)子的物質(zhì)的量。一個HmX分子所含有的質(zhì)子數(shù)為A-N+m，而HmX的相對分子質(zhì)量為A+m，則a g的HmX的物質(zhì)的量為aA+mmol，所以對應(yīng)的質(zhì)子的物質(zhì)的量為aA+mA-N+mmol，正確答案為A。

二、外延概念的關(guān)系辨析

質(zhì)子數(shù)相同的同類原子稱之為元素，而與元素相關(guān)的外延概念包括核素和同位素，理解上述三者之間的相互關(guān)系，并能靈活運用分析是對該章節(jié)內(nèi)容的基本要求。其中核素是具有一定數(shù)目質(zhì)子和中子的一種原子，可用符號AZX來表示;而同位素指的是質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同，由同一種元素構(gòu)成的不同原子，因此可將具有該特點的不同原子互稱為同位素。在分析該類外延概念問題時要嚴(yán)格按照概念定義，結(jié)合特點來辨析。

例2 下列選項是關(guān)于幾種微粒的說法，其中敘述錯誤的是（ ?）。

A. 13C和14C同屬一種元素，可以互稱為同位素

B. 1H和2H屬于不同的核素，但兩者的質(zhì)子數(shù)相等

C. 14C和14N的質(zhì)量數(shù)相等，但兩者的中子數(shù)不相等

D. 6Li和7Li的電子數(shù)和中子數(shù)均相等

解析 上述是分析微粒數(shù)關(guān)系和相關(guān)概念的考題，首先需要理解對應(yīng)原子內(nèi)部的組成，然后基于元素、核素和同位素的概念來分析。A選項中的13C和14C均為同一種碳元素，因此含有的質(zhì)子數(shù)相等，只是中子數(shù)不相同，故為同位素關(guān)系;B選項中的1H和2H同樣為同一種元素組成，則質(zhì)子數(shù)相同，因此可以稱之為H的兩種不同的核素;C選項中的14C和14N的質(zhì)量數(shù)均為14，但由于是不同的元素組成，則質(zhì)子數(shù)不等，根據(jù)數(shù)量關(guān)系“A（質(zhì)量數(shù)）=Z（質(zhì)子數(shù)）+N（中子數(shù)）”可知兩者的中子數(shù)不相等;D選項的6Li和7Li為鋰元素的兩種不同核素，兩者的質(zhì)子數(shù)相等，核外電子數(shù)均為3，而中子數(shù)分別為3和4，故中子數(shù)不相等。根據(jù)上述分析可知選項D錯誤。

三、核外電子的排布規(guī)律

原子有原子核和核外電子兩部分組成，而電子在原子核外部并不是雜亂排布的，而是具有一定的規(guī)律性，掌握其排布規(guī)律對于微粒的性質(zhì)研究極為重要。總體來說其排布規(guī)律分為三部分，即最內(nèi)層的排布、中間層的排布和最外層的排布，其中最內(nèi)層K層最多排2個，中間層最多容納2n2個（n表示電子層數(shù)，n>2），但次外層不超過18個，倒數(shù)第三層不超過32個，最外層電子數(shù)則不超過8個，K層為最外層時除外。因此在分析核外電子排布規(guī)律時需要嚴(yán)格按照排布規(guī)律進行。

例3 下列關(guān)于核外電子排布敘述一定不正確的是（ ?）。

A. 某一原子的K層上只存在一個電子

B. 某一原子的M層和L層上的電子數(shù)存在如下關(guān)系：n（M）=4n（L）

C. 某一離子的M層和L層與K層上的電子數(shù)有如下關(guān)系：n（M）=n（L）=4n（K）

D. 某一離子的核外電子數(shù)與最外層電子數(shù)之間存在相等關(guān)系

解析 本題目為核外電子排布規(guī)律的應(yīng)用分析題，需要結(jié)合上述總結(jié)的三部分規(guī)律來分析。A選項中若K層為最外層，其上只有1個電子的形式是存在的，此時為氫原子;B選項中M層是L層上電子數(shù)的4倍，L層若排8個，則M層上就有32個，超過了18個，不符合中間層的排布規(guī)律，一定錯誤;C選項分析M層、L層與K層的電子數(shù)排布，若K層有兩個電子，則為2、8、8排布結(jié)構(gòu)，可以為K+、Ca2+、Cl-等離子;D選項分析核電核數(shù)與最外層電子數(shù)關(guān)系，當(dāng)離子為O2-時，則均為8，存在該對應(yīng)關(guān)系。故選項B一定不正確。

四、電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表

微粒的核外電子排布與元素在周期表中的位置之間具有對應(yīng)的關(guān)系，通過分析其電子排布可以確定元素的主族，進而確定元素的金屬或非金屬性，在學(xué)習(xí)該部分知識時除了需要利用電子的核外排布規(guī)律外，還需要綜合利用元素周期表中元素的分布規(guī)律和遞變規(guī)律。

例4 下列關(guān)于核電荷數(shù)為1～18的元素的敘述正確的是（ ?）。

A. 若元素最外層只有1個電子，則該元素必定不為非金屬元素

B. 若元素最外層有2個電子，則該元素必為金屬元素

C. 若原子核外各層的電子數(shù)均相等，則該元素必為非金屬元素

D. 若原子核外電子數(shù)為17，則更容易獲得電子，性質(zhì)活潑

解析 上述分析元素核外電子排布和元素周期表的關(guān)系，A選項若為氫原子則其為非金屬，錯誤;B選項若為氦原子，則其為非金屬，錯誤;C選項若為2、2排布，則為鈹原子，錯誤;D選項為元素氯，容易獲得電子。所以正確選項為D。

（收稿日期：2018-12-10）