高考化学分类解析06——原子结构

高考化学分类解析06——原子结构

高考化学分类解析(六)——原子结构 ‎●考点阐释 ‎1.了解原子的组成及同位素的概念。掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数，以及质量数与质子数、中子数之间的相互关系。‎ ‎2.以第1、2、3周期的元素为例，了解原子核外电子排布规律。会分析比较原子、离子核外电子层结构，掌握典型原子或离子的核外电子层结构特征。‎ ‎●试题类编 ‎(一)选择题 ‎1.(2002年上海，11)已知自然界氧的同位素有16O、17O、18O，氢的同位素有H、D，从水分子的原子组成来看，自然界的水一共有 A.3种 B.6种 C.9种 D.12种 ‎2.(2002年上海综合，44)碳元素有多种同位素，其中14C具有放射性，它能自发放出某种射线，而衰变成其他元素。考古学对出土生物遗骸的年代断定可以使用多种方法，其中较精确的一种是基于14C放射性的方法，但被断定的年代一般不超过5万年。下列考古遗址发现的遗物中能用14C测定年代的是 A.战国曾侯乙墓的青铜编钟(距今约2400年)‎ B.马家窑文化遗址的粟(距今约5300年)‎ C.秦始皇兵马俑(距今约2200年)‎ D.元谋人的门齿(距今约170万年)‎ ‎3.(2002年上海，2)C60与现代足球 有很相似的结构，它与石墨互为 A.同位素 B.同素异形体 C.同分异构体 D.同系物 ‎4.(2001年春，16)氯的原子序数为17，35Cl是氯的一种同位素，下列说法正确的是 A.35Cl原子所含质子数为18‎ B.mol的H35Cl分子所含中子数约为6.02×1023‎ C.3.5 g的35Cl2气体的体积为2.24 L D.35Cl2气体的摩尔质量为70 g·mol－1‎ ‎5.(2001年春，12)下列四组物质中，两种分子不具有相同核外电子总数的是 A.H2O2和CH3OH B.HNO2和HClO C.H2O和CH4 D.H2S和F2‎ ‎6.(2001年春，14)酸根RO所含电子数比硝酸根NO的电子数多10，则下列说法正确的是 A.R原子的电子层数比N的电子层数多1‎ B.RO中R的化合价与NO中N的化合价相等 C.RO和NO只能被还原，不能被氧化 D.R和N为同族元素 ‎7.(2001年上海，2)美国科学家将两种元素铅和氪的原子核对撞，获得了一种质子数为118、中子数为175的超重元素，该元素原子核内的中子数与核外电子数之差为 A.57 B.47 C.61 D.293‎ ‎8.(2000年全国，2) C—NMR(核磁共振)可以用于含碳化合物的结构分析。C表示的碳原子 A.核外有13个电子，其中6个能参与成键 B.核内有6个质子，核外有7个电子 C.质量数为13，原子序数为6，核内有7个质子 D.质量数为13，原子序数为6，核内有7个中子 ‎9.(2000年春，9)某元素一种同位素原子的质子数为m，中子数为n，则下列说法正确的是 A.不能由此确定该元素的相对原子质量 B.这种元素的相对原子质量为(m＋n)‎ C.若碳原子质量为w g，此原子的质量为(m＋n)w g D.核内中子的总质量小于质子的总质量 ‎10.(2000年上海，3)据报道，某些建筑材料会产生放射性同位素氡Rn，从而对人体产生伤害。该同位素原子的中子数和质子数之差是 A.136 B.50 C.86 D.222‎ ‎11.(2000年上海，6)具有下列电子排布式的原子中，半径最大的是 A.1s22s22p63s23p1 B.1s22s22p1‎ C.1s22s22p3 D.1s22s22p63s23p4‎ ‎12.(2000年上海，21)氯只有35Cl和37Cl两种稳定同位素，它们在氯气中的原子数之比35Cl∶37Cl为3∶1。则相对分子质量为70、72、74的氯气分子数之比可能是 A.5∶2∶1 B.5∶2∶2‎ C.9∶3∶1 D.9∶3∶2‎ ‎13.(2000年广东，1)1999年新发现的114号元素的同位素，其中子数为184，该同位素原子的质量数为 A.70 B.114 C.228 D.298‎ ‎14.(1999年全国，3)原计划实现全球卫星通讯需发射77颗卫星，这与铱(Ir)元素的原子核外电子数恰好相等，因此称为“铱星计划”。已知铱的一种同位素是Ir，则其核内的中子数是 A.77 B.114 C.191 D.268‎ ‎15.(1999年全国，4)已知自然界中铱有两种质量数分别为191和193的同位素，而铱的平均相对原子质量为192.22，这两种同位素的原子个数比应为 A.39∶61 B.61∶39 C.1∶1 D.39∶11‎ ‎16.(1999年上海，4)据报道，上海某医院正在研究用放射性同位素碘I治疗肿瘤。该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是 A.72 B.19 C.53 D.125‎ ‎17.(1998年上海，4)钛(Ti)金属常被称为未来钢铁。钛元素的同位素Ti、Ti、Ti、‎ Ti、Ti中，中子数不可能为 A.30 B.28 C.26 D.24‎ ‎18.(1997年全国，2)下列各组粒子中，核外电子总数相等的是 A.K＋和Na＋ B. CO2和NO2‎ C.CO和CO2 D.N2和CO ‎19.(1997年全国,25)X、Y、Z和R分别代表四种元素。如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－四种离子的电子层结构相同(a、b、c、d为元素的原子序数)，则下列关系正确的是 A.a－c=m－n B.a－b=n－m C.c－d=m＋n D.b－d=n＋m ‎20.(1996年全国，6)科学家最近制造出第112号新元素，其原子的质量数为277，这是迄今已知元素中最重的原子。关于该新元素的下列叙述正确的是 A.其原子核内中子数和质子数都是112‎ B.其原子核内中子数为165，核外电子数为112‎ C.其原子质量是12C原子质量的277倍 D.其原子质量与12C原子质量之比为277∶12‎ ‎21.(1995年全国，4)据报导，1994年12月科学家发现了一种新元素，它的原子核内有161个中子，质量数为272。该元素的原子序数为 A.111 B.161 C.272 D.433‎ ‎22.(1995年上海，10)H、H、H、H＋、H2是 A.氢的五种同位素 B.五种氢元素 C.氢的五种同素异形体 D.氢元素的五种不同粒子 ‎23.(1995年上海，13)硼有两种天然同位素B、B，硼元素的相对原子质量10.80，则对硼元素中B质量分数的判断正确的是 A.20％ B.略大于20％‎ C.略小于20％ D.80％‎ ‎24.(1994年全国，6)已知元素X、Y的核电荷数分别是a和b，它们的离子Xm＋和Yn－的核外电子排布相同，则下列关系式中正确的是 A.a=b＋m＋n B.a=b－m＋n C.a=b＋m－n D.a=b－m－n ‎25.(1994年上海，4)某粒子用Rn＋表示，下列关于该粒子的叙述正确的是 A.所含质子数=A－n B.所含中子数=A－Z C.所含电子数=Z＋n D.质量数=Z＋A ‎(二)笔答题 ‎26.(2002年江苏综合，34)自然界中的铀和钴都有同位素。‎ ‎(1)铀主要以三种同位素的形式存在，三种同位素的原子百分含量分别为：U 0.005%、U 0.72%、U 99.275%。请列出计算U元素近似原子量的计算式(不必算出具体数值)：___________。‎ ‎(2)放射性同位素40Co能够产生γ射线。高速运动的γ射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生___________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种。此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ射线能___________。在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体防护。操作完毕后，人体___________ (可以、不可以)直接触摸射线处理过的材料。‎ ‎27.(2002年上海综合，45)放射性同位素测定也是生物学研究的一种常用手段。科学家曾利用14C对河姆渡遗址遗存稻谷的年代进行测定，稻谷中仅由C、H、O三种元素组成的有机物是脂肪和___________，因而可对它们进行14C测定。‎ 放射性同位素在遗传学研究上应用的一个典型事例是___________实验，在该实验中，科学家利用了放射性的35S和32P，从而得到了___________的直接证据。‎ ‎●答案解析 ‎(一)选择题 ‎1.答案：C 解析：从水分子的原子组成来看，每个H原子分别与16O、17O、18O形成H216O、H217O、H218O等3种分子；同理每个D原子分别与三种氧原子形成D216O、D217O、D218O等3种分子；而H、D两原子也可分别与三种氧原子形成H16OD、H17OD、H18OD等3种分子；故自然界的水一共有9种。‎ ‎2.答案：B 解析：文物考古工作者应用14C断代法，取得了许多重大成就。该法建立在活的有机体中14C与12C之比保持恒定，而死去有机体中14C的含量由于衰变而逐渐减少这一基础上。‎ ‎3.答案：B 解析：此题考查了一组基本概念。同位素是对同一元素的不同原子来讲的；同素异形体是指同一元素组成的不同单质；同分异构体与同系物都是有关有机化合物的概念。C60和石墨都是碳元素的单质。‎ ‎4.答案：BD 解析：此题考查了原子组成的基本的计算方法。35Cl原子所含质子数为17；故A错；选项C中，没有气体的条件，也不对。‎ ‎5.答案：B 解析：选项A、D中的四种分子的核外电子总数都是18，选项C中两分子的核外电子数都是10；选项B中HNO2的电子总数为24，而HClO分子中电子总数为26。‎ ‎6.答案：AB 解析：酸根RO所含电子数为42，其中R原子内所含电子数为42－24－1＝17，故R为氯元素，RO为ClO，其中Cl的价态为＋5，既能被氧化，又能被还原。‎ ‎7.答案：A 解析：中性原子中，原子核内质子数等于核外电子数，则该元素原子核内的中子数与核外电子数之差为：175－118＝57。‎ ‎8.答案：D 解析：化学符号是化学中最基本的传递信息的载体，元素符号的上下标，更含有有关原子结构的丰富的信息。这是中学化学一个重要的知识点。本题旨在考查学生是否知道：元素符号左下角的数字代表原子序数、原子核中的质子数或者电中性时原子核外的电子数。而左上角的数字则代表原子质量数，即质子数加中子数。故此题正确选项为D。‎ ‎9.答案：A 解析：元素的相对原子质量是各同位素原子相对原子质量的平均值，所以，A正确，B不正确。由相对原子质量的定义可知：设该元素原子的质量为ｘ，则：＝m＋n，即x＝(m＋n)w／12；在原子核内，一个中子质量比一个质子的质量略大，且中子数等于或大于质子数，故中子的总质量大于质子的总质量。‎ ‎10.答案：B 解析：质子数＋中子数＝质量数。中子数为222－86＝136，中子数与质子数之差为：136－86＝50。‎ ‎11.答案：A 解析：一般情况下，原子半径最大的原子应是电子层数最多的。电子层数相同的原子，即同周期元素的原子，因同周期从左到右原子半径减小，所以最外层电子数最少的原子半径最大。‎ ‎12.答案：AD 解析：本题用试探法解决比较简便。分子量为70的分子是由两个35Cl原子构成的,分子量为72的是由一个35Cl和一个37Cl原子构成的,分子量为74的分子是由两个37Cl原子构成的,由此可以计算出每个选项中分子数比对应的35Cl与37Cl原子个数比值。分子数为5∶2∶1时：35Cl∶37Cl＝(2×5＋1×2)∶(1×2＋2×1)＝3∶1；分子数为5∶2∶2时，35Cl∶37Cl＝(2×5＋1×2)∶(1×2＋2×2)＝2∶1，分子数为9∶3∶1时，35Cl∶37Cl＝(2×9＋1×3)∶(1×3＋2×1)＝21∶5，分子数为9∶3∶2时，35Cl∶37Cl＝(2×9＋1×3)∶(1×3＋2×2)＝3∶1。‎ ‎13.答案：D 解析：质量数＝中子数＋质子数，由此可得该同位素的质量数＝114＋184＝298。‎ ‎14.答案：B 解析：此题比较基本，但考查的知识点非常明确：一是原子组成的表示方法即X所代表的意义；二是原子中各粒子间的质量关系，即质量数=质子数＋中子数。‎ ‎15.答案：A 解析：此题有多种解法，可用十字交叉法进行计算判断。也可进行更简单的推理判断，假设二者原子个数比为1∶1，则平均相对原子质量应为192，则小于实际的192.2，所以Ir的含量大。只能选A。‎ ‎16.答案：B 解析：此题考查了核组成符号中数字的含义和中子数与核外电子数、质量数三者的关系。中子数与核外电子数之差=125－2×53=19。‎ ‎17.答案：A 解析：依据质量数=中子数＋质子数，Ti的五种同位素的中子数分别为：24、25、26、27、28。‎ ‎18.答案：D 解析：A组K、Na原子序数差为8，分别失一个电子后，仍不等；B组分子中都含2个氧原子，但C、N电子数不等，故分子的电子总数不等；C组分子相差一个氧原子也不等，故选D。注意计算分子的电子总数不必看成键情况，无论得失还是共用电子，都在分子内，所以直接按分子中原子的电子数之和计算即可。‎ ‎19.答案：D 解析：四种离子的电子层结构相同则有：a－m=b－n=c＋n=d＋m。对照选项整理知b－d=n＋m合理，故选D。‎ ‎20.答案：BD 解析：该元素原子为X，中子数为277－112=165，质子数=112=核外电子数，故B正确，又其原子质量之比等于质量数之比，故其原子质量与12C原子质量之比为277∶12。即D正确。‎ ‎21.答案：A 解析：质量数=质子数＋中子数；可求出质子数=272－161=111,而质子数等于原子序数，故选A。‎ ‎22.答案：D ‎23.答案：C 解析：设10B、11B的相对原子质量分别为a、b；10B占x，由元素相对原子质量概念10.8=ax＋b(1－x)，解得x=，现如用两同位素的质量数代替其相对原子质量即x==‎ ‎20％，但实际上同位素的相对原子质量都略小于其质量数，所以用同位素的相对原子质量代入上式中求出x值必小于20％(实际值为19.78％)。‎ ‎24.答案：A 解析：已知Xm＋和Yn－核外电子排布相同，即核外电子数相同，所以a－m=b＋n,即a=b＋m＋n。‎ ‎25.答案：B 解析：符号Rn＋含义：A质量数，Z质子数，且质量数=质子数＋中子数 n＋离子电荷数 ‎ (二)笔答题 ‎26.答案：(1)(234×0.005＋235×0.72＋238×99.275)×10－2 (2)基因突变 杀菌 可以 解析：此题是化学和生物相交叉的综合题。在解答这类题目时，要多联想化学和生物知识的结合点，往往这类题起点高，落点低，如求算U元素的近似原子量。实际上是化学上计算公式的直接运用。‎ ‎27.答案：“糖类”或“麦芽糖”“淀粉”“葡萄糖”“蔗糖” 噬菌体侵染 DNA是遗传物质 ‎●命题趋向与应试策略 ‎(一)重视基础 形成知识规律 ‎1.构成原子或离子的各基本粒子间的数量关系 ‎(1)质子数＋中子数＝质量数＝原子的近似相对原子质量 ‎(2)原子的核外电子数＝核内质子数＝核电荷数 ‎(3)阳离子核外电子数＝核内质子数－电荷数 ‎(4)阴离子核外电子数＝核内质子数＋电荷数 ‎2.元素的原子半径、离子半径大小比较规律 ‎(1)同周期原子半径随原子序数递增逐渐减小(稀有气体元素除外)。如第三周期中：Na＞Mg＞Al＞Si＞P＞S＞Cl ‎(2)同主族原子半径随原子序数的递增逐渐增大。如第ⅠA族中：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs ‎(3)同周期阳离子半径随原子序数递增逐渐减小。如第三周期中：Na＋＞Mg2＋＞Al3＋‎ ‎(4)同周期阴离子半径随原子序数递增逐渐减小。如第三周期中：P3－＞S2－＞Cl－‎ ‎(5)同主族阳离子半径随原子序数递增逐渐增大。如第ⅠA族中：Na＋＜K＋＜Rb＋＜Cs＋‎ ‎(6)同主族阴离子半径随原子序数递增逐渐增大。如第Ⅶ族中：F－＜Cl－＜Br－＜I－‎ ‎(7)阳离子半径总比相应原子半径小。如：Na＋＜Na，Fe2＋＜Fe ‎(8)阴离子半径总比相应原子半径大。如：S2－＞S，Br－＞Br ‎(9)电子层结构相同的离子半径随核电荷数的增大而减小。如：S2－＞Cl－＞K＋＞Ca2＋，‎ Al3＋＜Mg2＋＜Na＋＜F－‎ ‎(10)同一元素不同价态的离子半径，价态越高则离子半径越小。如：Fe＞Fe2＋＞Fe3＋，‎ H－＞H＞H＋‎ ‎3.核外电子数相同的粒子规律 ‎(1)核外电子总数为10个电子的粒子共有15种。阳离子有：Na＋，Mg2＋，Al3＋，NH，H3O＋；阴离子有：N3－，O2－，F－，OH－，NH；分子有：Ne，HF，H2O，NH3，CH4。‎ ‎(2)核外电子总数为18个电子的粒子共有16种。阳离子有K＋，Ca2＋，阴离子有P3－，‎ S2－，HS－，Cl－；分子有Ar，HCl，H2S，PH3，SiH4，F2，H2O2，C2H6，CH3OH，N2H4。‎ ‎(3)核外电子总数及质子总数均相同的离子有：Na＋，NH，H3O＋(或F－，OH－，NH)。‎ ‎(二)分析热点 把握命题趋向 原子结构和同位素的考查，常以重大科技成果为知识背景，寓教于考，突出教育性与实践性，常考的热点有：‎ ‎1.关于原子的组成及各基本粒子之间的关系，即质量数=中子数＋质子数。常常结合新发现的元素或同位素来考查，题目翻新，但题型不变，考查的知识点不变。‎ ‎2.注重对电性关系的考查。依据是：中性原子中，核外电子数=质子数；阳离子中，核外电子数＜质子数；阴离子中，核外电子数＞质子数。此类题目有一定的难度，解题时要注意方法技巧。‎ ‎3.同位素的概念及应用。要注意理解有关概念的内涵和外延，并能区分易混淆的概念如同素异形体、同分异构体等。‎ ‎4.确定一定质量的某种离子中所含某一基本粒子(如电子)的数目，此类问题具有一定的综合性，常用到有关物质的量的计算。‎ 考查原子结构的试题大多以选择题形式出现，模式也较为稳定。由于原子结构的发现源于物理学中α粒子的运动实验，无疑，原子结构成了理化学科间综合的素材。预计这一知识会成为“3＋X”综合测试命题的依据。‎ ‎［例题］同位素概念是1913年由英国科学家索迪(1877~1956年)提出的。同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同。在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。同位素原子在许多方面有着广泛的应用。回答下列问题：‎ ‎(1)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是，拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍断续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。‎ ‎①写出α粒子轰击铝箔(Al)‎ 产生中子的核反应方程式，并比较与普通的化学方程式的本质区别。‎ ‎②上述产生的具有放射性的同位素叫作放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式。‎ ‎③简要说明放射性同位素的应用。并至少举出两个实际应用的例子。‎ ‎(2)已知硼元素有两种同位素，分别为B和B，硼元素的相对原子质量为10.8，计算B占硼元素的质量分数。‎ ‎(3)①用CH3COOH与H18OC2H5在酸催化下发生酯化反应，18O最后存在于哪种产物中？‎ ‎②在2SO2＋O22SO3的可逆反应达平衡后，充入18O2，问过一段时间重新建立平衡后，18O存在于哪些物质中？‎ ‎(4)用32P标记噬菌体的DNA，侵染细菌后32P可出现在 A.噬菌体残留的外壳内 B.细菌的残体内 C.全部子代噬菌体内 D.极少数子代噬菌体内 ‎(5)现有从生物体内提取的一个DNA分子和标记了放射性同位素3H的四种脱氧核苷酸，要在实验室合成新的DNA分子。‎ ‎①合成新的DNA分子除需上述物质外，还需要 和 等。‎ ‎②在合成的两个子代的DNA分子中，每个DNA都含有 条含有3H的脱氧核苷酸链。‎ ‎(6)放射性同位素的蜕变反应速率为：2.303 lg(c0/c)=kt［其中：c0为放射性物质的初浓度，c为某一指定时刻的浓度，t为反应所经历的时间，k为速率常数，单位为(时间)－1］。在蜕变反应中，反应物消耗一半(或反应物浓度减少到初浓度的一半)所需要的时间称为半衰期，利用放射性元素的半衰期可以确定岩石、古代动植物化石的“年龄”。‎ 碳的放射性同位素14C在自然界树木中的分布基本保持在总碳量的1.10×10－13%。某考古队在一山洞中发现一些古代木头燃烧的灰烬，经分析14C的含量为总碳量的9.87×10－15%，已知14C半衰期为5700年，试计算该灰烬距今约为多少年？‎ 解答：本综合题横跨化学、物理、生物三个学科。涉及到核物理和同位素知识，而半衰期知识则为新信息，运用于古代动植物的年龄测定。‎ ‎(1)①Al＋HeP＋n 与普通化学方程式的区别是：普通化学反应原子核不变，而核反应过程中原子核发生了变化，②PSi＋e，③放射性同位素的应用主要分两类：一是利用它的射线，二是做示踪原子，例如：利用钴－60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼或裂纹，这叫γ射线探伤。农业施肥中在肥料中加一些放射性同位素，就会知道哪种农作物在什么季节最能吸收含哪种元素的肥料。另外在生物学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用；‎ ‎(2)0.2；(3)①18O存在于酯中，②18O存在于所有的物质中；(4)D；(5)①磷酸，含氮碱基 ‎ ‎②1(每个DNA分子中，只有做模板的母链上有3H，子链上没有)‎ ‎(6)解：由半衰期求t,当c=c0/2时，t/t1/2。代入速率方程：‎ ‎2.030 lg(c0/c)=kt1/2(t1/2=5700年)‎ k=1.216×10－4年－1，根据14C浓度变化可得：2.303 lg(c0/c)=1.216×10－4t，c0=1.10×‎ ‎10－13%；c=9.87×10－15%。代入上式得：t=19831年。‎