探索原子构成：科学家们的漫长探究之路

为了揭示原子的构成,科学家们经历了漫长的探究过程,著名物理学家卢瑟福等人在1911年通过实验揭示了原子内部结构的奥秘,并得出以下结论:①原子内部有相对较大的空间;②原子核带正电,电子绕核做高速运动;③原子核的体积很小．

左图A为卢瑟福实验示意图．图B为α粒子运动轨迹示意图．

知能概述

一、原子的构成

二、相对原子质量

三、构成原子的粒子间有如下关系

核电荷数＝质子数＝核外电子数．

相对原子质量(近似值)＝质子数＋中子数．

问题解决

例1　下列关于原子的叙述正确的是(　)．

①一切原子都是由质子、中子和电子构成的

②原子在不停地运动

③原子是化学变化中的最小粒子

④原子由原子核和核外电子构成

⑤原子中不存在电荷,因而原子不带电

A．②③④　B．①②④

C．①③⑤　D．①②③④⑤

(山西省竞赛题)

原子中,质子所带正电荷与核外电子所带负电荷电量相同,电性相反,所以原子呈电中性．

解题思路　讨论事物的规律时,无论宏观或微观都有其一般规律与特殊典例,原子是由质子、中子、核外电子构成,但氢原子的原子核中无中子,因此表述时“一切原子”就不准确了．

例2　反质子、正电子都属于反粒子,它们分别与质子、电子的质量、电量相等,但电性相反．欧洲的科研机构曾宣称已制造出了反氢原子,那么,根据你的理解,下列关于反氢原子结构的叙述中正确的是(　)．

A．由一个带正电的质子和一个带负电的电子构成

B．由一个带负电的质子和一个带正电的电子构成

C．由一个带负电的质子和一个带负电的电子构成

D．由一个带负电的质子和两个带负电的电子构成

解题思路　解此题突出一个“反”字,质子带正电荷,电子带负电荷,若为反粒子,则质子带负电荷,电子带正电荷．

例3　(双选)下列说法错误的是(　)．

A．原子核由质子、中子构成

B．花香四溢主要是分子之间有间隔

C．保持水化学性质的微粒是水分子

D．化学反应前后原子的种类不会改变

(山东省潍坊市中考题)

解题思路　原子核由质子、中子构成,除氢原子外,氢原子核内只有一个质子,而无中子;分子的运动使花香四溢;水是由分子构成的物质,由分子构成的物质其化学性质由该分子保持;化学变化中,原子核不会发生变化,则化学变化中原子种类不变,原子是化学变化中最小的粒子．

例4　“朝核问题”引发了国际关注,核问题的关键是核能如何利用．已知某种核原料的原子核中含有1个质子和2个中子．下列说法不正确的是(　)．

A．该原子是一种氢原子　B．该元素是非金属元素

C．该原子核外有3个电子　D．该原子相对原子质量约为3

(湖北省竞赛题)

解题思路　原子由原子核和核外电子构成,原子呈电中性是由于原子核中带正电的质子数目与核外带负电荷的电子数目相同,且每一质子、每一电子电荷数均为1,即原子中质子与电子的所带电荷电量相同、电性相反,原子不显电性．原子相对原子质量的近似值为原子核中质子数与中子数之和．

科学家们设想宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质,物质与反物质相遇,会释放出巨大的能量,这在能源研究领域中前景可观．

例5　(双选)等电子体具有原子数目相同、电子数目相同的特征．下列各组中的物质属于等电子体的是(　)．

A．NO和　B．CO和N2

C．NO2和CO2　D．SO2和ClO2

(全国复赛题)

解题思路　将各组物质中原子数目进行比对,再将构成该分子的原子中电子数目进行比对．要注意带一个单位正电荷,不是氧分子,一个中电子数目为(16－1)个．

例6　某市的初中化学教材中,引入“物质的量”的教学内容．物质的量是一种新的物理量,其单位是摩尔(mol),1mol物质大约含有6．02×1023个该物质的微粒．如1mol氢气含有6．02×1023个H2分子,含有2×6．02×1023个H原子．据此回答:

(1)物质的量与物质的质量、物质的数量是_________(填“相同”或“不同”)的物理量．

(2)1mol硝酸(HNO3)中含有_________个H原子,含有_________个N原子．

(3)1mol水中含有________mol氢原子,含有________个原子．

解题思路　物质的量是一不同于物质的质量、物质的数量的物理量,1mol物质中含有约6．02×1023个该物质的粒子,因此物质的量是一个将物质的质量与粒子的数量相联系的新的物理量．

1．下列观点中正确的是(　)．

A．通过化学变化一定能改变物质的性质

B．改变物质的性质一定要通过化学变化

C．在化学变化中原子的电子数不会发生变化

D．任何变化中原子核都不会发生变化

(山西省竞赛题)

2．已知氮原子核内有7个质子．科学家已研究出高能微粒,则有关说法正确的是(　)．

A．是由5个氮原子构成的单质

B．中只有质子,没有中子和电子

C．每个中含有35个质子和34个电子

D．中含有35个质子和35个电子

(江苏省竞赛题)

在标准状况(0℃,101kPa)时,1mol的任何气体所占有的体积均为22．4L,所含气体的分子数目仍为6．02×1023个．

原子中:质子数不一定等于中子数；但质子数一定等于核外电子数；质子数与中子数之和等于相对原子质量的近似值．

3．考古学家通过测定碳14的含量等方法,将人类生活在黄土高原的历史推前至距今212万年前．碳14原子的核电荷数为6,相对原子质量为14,则该原子核外电子数为(　)．

A．6　B．8　C．14　D．20

(2019年江西省中考题)

4．(双选)闪电时空气中有臭氧生成,下列说法正确的是(　)．

A．相同的分子数的O2和O3具有相同的质子数

B．等质量的O2和O3具有相同的原子数

C．由O2转变成O3的变化属于物理变化

D．由O2转变成O3的变化属于化学变化(www.xing528.com)

(湖北省竞赛题)

5．重水的主要用途是在核反应堆中作减速剂,一个重水分子是由两个重氢原子和一个氧原子构成的．重氢原子核电荷数为1,相对原子质量为2,下列说法中正确的是(　)．

A．重氢原子核外有2个电子　B．重氢分子相对分子质量为2

C．重水的式量为20　D．重氢原子核内有2个质子

(上海市竞赛题)

6．据报道,科学家已成功合成了少量N4,有关N4的说法正确的是(　)．

A．N4的摩尔质量是56

B．N4与N2互为同素异形体

C．N4比N2稳定

D．等质量的N4与N2所含原子个数比为2∶1

(上海市竞赛题)

7．硒元素有防癌抗癌作用．硒原子的结构示意图及硒元素在周期表中的信息如图所示．下列说法正确的是(　)．

A．x的数值为4

B．硒元素属于金属元素

C．硒原子的质子数为34

D．硒的相对原子质量为78．96g

第7题图

(2019年广东省中考题)

8．下列粒子可以通过得到电子变成原子的是(　)．

A．F　B．S2－　C．　D．

(2019年广西壮族自治区北部湾经济区中考题)

由于O2与O3的相对分子质量不同,等质量O2与O3所含分子个数不同,但原子数目相同．

化学式中各原子的相对原子质量总和称为式量,若该物质由分子构成,也叫作相对分子质量．

1mol物质的质量称为摩尔质量．摩尔质量在数值上与相对分子质量相等,单位为g．通常表示为g/mol．

阳离子原子阴离子

9．生物体死亡后,体内含有的碳14会逐渐减少(称为衰变)．因此科学家可通过测量生物体遗骸中碳14的含量,来计算它存活的年代,这种方法称之为放射性碳测年法．碳14原子核中含6个质子与8个中子,在衰变时,一个中子变成质子,形成新的原子核．下列关于新原子核的说法正确的是(　)．

A．碳原子核,含7个质子,8个中子

B．氮原子核,含7个质子,7个中子

C．碳原子核,含6个质子,7个中子

D．氧原子核,含7个质子,8个中子

(全国复赛题)

10．据报道,“火星快车”号探测器在火星大气层中发现了一种二氧化碳分子,它的化学式可表示为C16O18O(元素符号左上角的数字代表该原子中质子数和中子数之和)．回答:

(1)18O中的质子数是_________,中子数是_________．

(2)相同分子数的C16O2和C16O18O,分别与足量CaO化合,全部转化为CaCO3,生成CaCO3的质量前者_________(选填“大于”“小于”或“等于”)后者．

(2019年浙江省杭州市中考题)

11．将下列粒子的序号填入到合适的横线上:

①分子;②原子;③原子核;④质子;⑤中子;⑥电子．

(1)能直接构成物质的粒子有________;

(2)能保持物质化学性质的粒子有________;

(3)不显电性的粒子有________;

(4)带正电荷的粒子有________;

(5)带负电荷的粒子有________．

12．居里夫妇在1898年从几吨铀盐废料中提炼出0．3g镭．镭具有放射性,镭原子会分裂,变成一个质子数为86、中子数为136的氡原子和一个具有2个中子和2个电子的氦原子,并放出能量．试推测镭原子的核电荷数为_________,相对原子质量为_________．

13．道尔顿在著作中说:“一切物质都是由数量巨大的,极微小的粒子(原子)构成的,这些粒子通过引力互相结合,我们不能创造原子,也不能分裂原子,我们能实现的变化,无非是把原先结合在一起的原子分开,或原先分开的原子结合起来．”有人对其观点作如下修正,你认为其中正确的是_________．(填序号)

①“一切物质”应改为“有的物质”;②“变化”只能指“化学变化”而不能指其他任何变化;③不能“创造”或“分裂”原子,应指明不能用物理变化或化学变化的方法“创造”或“分裂”原子．

14．下表是某些原子(在中X为元素符号,Z为原子的质子数,A为该原子的质量数)的相关数据:

分析以上数据,你得到了哪些结论?请写出其中三条:

(1)_______________________________________________________;

(2)_____________________________________________________;

(3)_______________________________________________________．

(湖北省竞赛题)

氧原子同位素有16O,17O,18O三种,但无论哪种氧原子,其原子核中的质子数都为8,则三种氧原子的原子核的中子数是不同的．

无论是物理变化还是化学变化均不能“创造”或“分裂”原子,只有核裂变和核聚变才能实现原子的“创造”和“分裂”．

15．科学家发现,细胞膜中存在着某种只允许水分子出入的通道——水通道．右图是2003年诺贝尔化学奖获得者彼得·阿格雷公布的世界上第一张水通道蛋白的示意图．

(1)右图水通道中的每个“”表示:

①__________________________;

②__________________________．

第15题图

(2)根据示意图,由于水通道中间的正电荷对H＋离子有________作用,所以,H＋离子不能通过该水通道．

人体中存在不同的带电微粒,由于同性电荷相排斥,所以在水通道中H＋不能通过．

例1　A　例2　B　例3　AB　例4　C　例5　AB

例6　(1)不同　(2)6．02×1023　6．02×1023　(3)2　3×6．02×1023

1．A　2．C　3．A　4．BD　5．C　6．B　7．C　8．D　9．B

10．(1)8　10　(2)小于

11．(1)①②　(2)①②　(3)①②⑤　(4)③④　(5)⑥

12．88　226

13．①②③

14．(1)同种元素可以有不同的原子；　(2)同种元素不同原子具有相同的质子数；　(3)同种元素不同原子具有不同的中子数；　(4)质子数＝核外电子数；　(5)质量数＝质子数＋中子数；　(6)不是所有原子都含有中子．

15．(1)①水分子　②每个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成　(2)排斥