第14讲 原子结构、核素1．核磁共振技术已广泛应用于复杂分子结构的测定和医学诊断等高科技领域。已知只有质子数或中子数为奇数的原子核才有此性质。下列各组原子均可产生核磁共振现象的是( )A．4He、18O、24Mg B．10B、12C、31PC．2H、14N、40KD．7Li、27Al、28Si2．基态原子的4s能级中只有1个电子的元素共有( )A．1种B．2种C．3种D．8种3．简单原子的原子结构可用如图K14－1所示的方法形象地表示：其中表示质子或电子，表示中子，则下列有关①②③的叙述正确的是( )图K14－1A．①②③互为同位素B．①②③互为同素异形体C．①②③是三种化学性质不同的粒子D．①②③具有相同的质量数4．金属钛对体液无毒且有惰性，能与肌肉和骨骼生长在一起，因而有“生命金属”之称。下列有关Ti和Ti的说法中正确的是( )A.Ti和Ti中均含有22个中子B.Ti和Ti核外均有4个电子层C．分别由Ti和Ti组成的金属钛单质互称为同分异构体D.Ti和Ti的性质完全相同5．2022年3月11日，日本发生里氏9级大地震并引发海啸，福岛核电站发生泄漏。其中I和铯Cs等放射性元素泄漏严重。下列叙述正确的是( )A．碘有28种同位素，因此碘元素相对原子质量为上述多种同位素的核素相对原子质量的个数百分比的平均值B.I的质子数和中子数之差为78C.Cs中137为铯元素的相对原子质量D．CsI为共价化合物6．具有广泛用途的Co放射源首次实现了国内批量生产。另外，钴还有多种原子Co、Co、Co和Co。以下关于钴原子的说法正确的是( )A.Co、Co、Co、Co和Co是摩尔质量不同的五种同素异形体B.Co放射源可以用来治疗癌症，其中中子数与电子数之差等于6C.Co、Co、Co、Co和Co互为同位素，物理性质几乎相同，化学性质不同D.Co、Co、Co、Co和Co互为同分异构体7．以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是( )6\n8．有下列微粒：①H；②H；③H；④16O；⑤18O；⑥12C；⑦14C；⑧40K；⑨40Ca；⑩35Cl2；⑪37Cl2。回答以下问题：(1)以上11种微粒共含有__________种核素，属于________种元素。(2)互为同位素的是________；________；________。(3)质量数相等的微粒是__________。(4)形成的水分子共有________种。(5)核外电子数相等的粒子共有________组。9．[2022·临沂一模]下列说法中，正确的是( )A．34S原子核内的中子数为16B．1H和2H的化学性质相同C．HO与HO互为同素异形体D．Na和Na＋属于同种元素，且性质相同10．[2022·威海一模]甲、乙两元素原子的L层电子数都是其他层电子总数的2倍。下列推断正确的是( )A．甲与乙电子层数相同B．甲与乙最外层电子数相同C．甲与乙的单质都是非金属D．甲与乙的原子序数之和为偶数11．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＋nB．a＝b－m＋nC．a＝b＋m－nD．a＝b－m－n12．基态碳原子的最外能层的各能级中，电子排布的方式正确的是( )A.B.C.D.13．若某基态原子的价电子排布式为4d15s2，则下列说法正确的是( )A．该元素基态原子中共有3个电子B．该元素原子核外有5个电子层C．该元素原子最外层共有3个电子D．该元素原子M能层共有8个电子14．[2022·合肥三模]我国限制稀有金属对外出口，此举对我国战略安全具有重要意义，稀土元素钕(Nd)是制造导弹合金材料的重要元素。下列说法中正确的是( )6\nA．钕原子的摩尔质量等于其相对原子质量B．一个Nd原子的质量约为gC.Nd原子的中子数与质子数之差为80D．14g钕含有6mol电子15．设X、Y、Z代表3种元素。已知：①X＋和Y－两种离子具有相同的电子层结构；②Z元素原子核内质子数比Y原子核内质子数少9个；③Y和Z两种元素可以形成4核42个电子的负一价阴离子。据此，请填空：(1)写出X、Y、Z三种元素的名称X________，Y________，Z________。(2)写出X、Y两种元素最高价氧化物对应水化物相互反应的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。16．已知元素X、Y的核电荷数小于31，且能形成XY2型的化合物。回答下列问题：(1)若X、Y均为非金属元素，写出你所知道的XY2的化学式________、________、________、________________________________________________________________________等。(2)若X原子的外围电子层排布为3d104s2，Y可能是________元素或________元素(写元素符号)。(3)若Y的阴离子与Ar有相同的电子层结构，则X的原子外围电子层排布构型有：________、________________________________________________________________________、________、________、________、________等。17．X～N是元素周期表中的短周期元素，其性质或结构信息如下表：元素XYZMN性质或结构信息 单质为有色气体，有毒，也可用于自来水消毒其单质是日常生活中常见金属，用电解熔融的氧化物法得到 原子核外p电子数比s电子数少1 带二个单位负电荷的阴离子其核外电子层结构与Ar原子相同 基态原子最外层电子排布为nsnnpn 回答下列问题：(1)X在元素周期表中的位置是______________，M2－核外电子排布式为________。(2)Z的单质特别稳定，原因在于________________________________________________________________________；X、M和N三种元素中电负性最大的是________。(3)X和Y形成的化合物的水溶液呈酸性，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用离子方程式说明)。6\n(4)NM2常温下呈液态，是一种常见的溶剂。已知NM2在氧气中完全燃烧，生成M和N的＋4价氧化物，若0.1molNM2在1molO2中完全燃烧，则所得气体混合物在标准状况下的体积为________L。(5)已知：①Z2(g)＋O2(g)===2ZO(g) ΔH＝＋180kJ·mol－1；②2ZO2(g)===Z2(g)＋2O2(g) ΔH＝－67.8kJ·mol－1。则反应4ZO(g)===2ZO2(g)＋Z2(g)的ΔH为________。18．科学家们发现：具有2、8、20、28、50、82、114、126等数目的质子或中子的原子核具有特别的稳定性，并将这些偶数称为“幻数”，而具有双幻数的He、Ni、Sn、Pb等尤为稳定。据此信息回答下列问题：(1)写出前三种幻数为质子数时的元素原子结构示意图：__________、__________、__________。(2)已知氧有O、O、O三种同位素，根据上述幻数规律，氧的同位素中原子核最稳定的是__________。(3)根据现有元素周期律推算，R位于元素周期表的第________周期________族，原子核稳定性R________R(填“<”、“>”或“＝”)。6\n1．C [解析]A项，4He、18O、24Mg三种原子的质子数和中子数均为偶数；B项，12C原子的质子数和中子数均为偶数；C项，2H、14N、40K三种原子的质子数、中子数均为奇数；D项，28Si原子的质子数和中子数均为偶数。2．C [解析]根据原子核外电子排布规律和构造原理可知符合条件的有如下几种元素：①K：[Ar]4s1；②Cr：[Ar]3d54s1；③Cu：[Ar]3d104s1。3．A [解析]从图示知①、②、③中的质子数等于电子数且都等于1，可知分别为H、H、H。4．B [解析]Ti和Ti互为同位素，中子数必定不相等，故A、C错误。Ti和Ti的电子层结构相同，化学性质几乎完全相同，但物理性质不完全相同(如密度)，故D错误。5．A [解析]同位素问题一直是高考题的热点，特别是发生了日本福岛核泄漏之后，更应该成为高考热点，A选项正是元素相对原子质量的定义；B、C选项围绕质量数、质子数、中子数的计算，质量数＝质子数＋中子数，故都不正确；D选项由于金属铯的活泼性极强，故为离子化合物。6．B [解析] Co、Co、Co、Co和Co互为同位素，物理性质不同，化学性质相同，故A、C、D错；Co的中子数为60－27＝33，与电子数之差为33－27＝6，故B正确。7．D [解析]A项只能表示核外电子数；B项只表示核外电子分层排布情况；C项具体到亚层电子数；而D项则包含了能层、能级、轨道以及轨道内电子自旋方向，故该项正确。8．(1)11 6(2)H、H、H 16O、18O 12C、14C(3)40K、40Ca (4)12 (5)4[解析](1)质子数和中子数只要其一不相同就属于不同核素；(2)质子数相同，而中子数不同的核素互称为同位素；(3)原子符号左上角的数字为质量数；(4)每种氧原子(如16O)可与三种氢的同位素形成的水分子分别是：HO、HO、HO、H16OH、H16OH、H16OH，所以两种氧的核素与三种氢的核素可形成12种水分子。(5)同位素的核外电子数相等；由同位素构成的原子数相同的分子中核外电子数相等。9．B [解析]A．34S原子核内的中子数为34－16＝18，错误；B．1H和2H互为同位素，化学性质相同，正确；C.同素异形体指的是单质，HO与HO不是同素异形体，错误；D.Na和Na＋属于同种元素，但由于核外电子数不同，所以性质不同，错误。10．D [解析]本题主要信息是原子的电子排布特点。可以先根据核外电子排布规律确定可能的元素名称，再确定位置，从而推断单质的性质等。L层最多可有8个电子，当其他层共有4个电子时符合题意，根据核外电子排布规律，Mg符合条件；当L层未填满电子时，K层的2个电子已填入，此时L层应有4个电子，碳符合条件，则甲、乙指的是碳和镁，D选项符合题意。11．A [解析]在原子中，核电荷数等于核外电子数；在阳离子中，核电荷数减去离子所带电荷数等于核外电子数；在阴离子中，核电荷数加上离子所带电荷数等于核外电子数。因为Xm＋和Yn－具有相同的核外电子排布，所以，Xm＋和Yn－具有相同的核外电子数，aXm＋的核外电子数等于a－m，bYn－的核外电子数为：b＋n，则：a－m＝b＋n。12．C [解析]A项违反泡利不相容原理和能量最低原理；B项违反泡利不相容原理；D项违反能量最低原理。13．B [解析]该元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2。由此可见：该元素原子中共有39个电子，分5个电子层，其中M能层(即第三层)上有18个电子，最外层上有2个电子。14．B [解析]摩尔质量和相对原子质量的单位不同，A错；1molNd原子质量约为140g，一个原子的质量为g，B对；Nd原子的中子数为80、质子数为60，二者之差为20，C错；元素的平均相对原子质量是各种核素共同表现出来的，因此14g钕对应的钕原子的物质的量并非0.1mol，电子也不是6mol，D错。6\n15．(1)钾 氯 氧 (2)OH－＋H＋===H2O[解析]由②③推测4核42电子的负一价阴离子为ClO，则Y为Cl，Z为O，那么X为K。16．(1)CO2 SO2 SiO2 CS2(2)F Cl(3)2s2、3s2、4s2、3d54s2、3d64s2、3d104s1、3d104s2[解析]由题意可知：(1)X、Y能形成的XY2型化合物，Y只能是第ⅥA族的O或S，X可能是C、Si、S元素，可组合成四种物质。(2)可推知X是Zn元素，这样Y只能是F或Cl元素。(3)与Ar原子电子层结构相同又是阴离子则Y可以是S2－或Cl－，则X可能是Be、Mg、Ca、C、Si、Mn、Fe、Cu和Zn等元素。17．(1)第三周期，ⅦA族 1s22s22p63s23p6(2)氮气分子中氮氮键为氮氮三键，键长短，键能大，难断裂 X(或Cl)(3)Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋(4)22.4(5)－292.2kJ/mol[解析]短周期中有色气体有氟气和氯气，氯气用于自来水消毒，则X是氯。因Y是常见金属且用电解法制取，故Y是铝。从Z原子核外电子的数据可以看出，该元素是氮。因M2＋的离子结构与Ar相同，故M是硫。因s最多容纳2个电子，故N的核外电子排布式为2s22p2，所以N是碳。(4)CS2燃烧是气体体积不变的反应。(5)根据盖斯定律，反应物关系符合－(②＋①×2)，同样反应热也符合该计算关系。18．(1)(2)8O (3)七 ⅣA >[解析](1)、(2)根据题意不难完成；(3)根据元素在周期表中的位置进行推断：原子序数为2、10、18、36、54、86、118，分别对应元素为第一、二、三、四、五、六、七周期的0族元素，114号可看成在118号元素的位置(第七周期的0族)再往前数四个位置，即为114号元素所在的位置，它为第七周期ⅣA族。6
