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1.1 课时1　原子核　核素
【学习目标】
1.认识原子结构,能知道符号X中各字母的含义,能正确理解质子、中子、电子、质量数之间的关系。
2.能从宏观和微观相结合的视角认识元素、核素、同位素的含义。
3.通过了解同位素的应用,培养“科学态度与社会责任”的学科素养。
【自主预习】
一、原子核
1.原子及构成微粒
原子
对于一个确定的原子存在关系:
核电荷数=　　　　=核外　　　。
2.质量数
3.原子的表示方法
一般用符号X表示,字母表示意义如下:
X——表示　　　　　
如Cl表示　　　　为37、　　　 为17、中子数为　　　　的氯原子。
【微点拨】
(1)原子中不一定含有中子,且中子数不一定等于质子数,如H。
(2)同种元素的原子与其相应离子的质量数相等,如23Na与23Na+。
二、核素
1.核素
具有一定数目的　　　　和一定数目的　　　　的一类原子。
2.同位素
　　　　相同而　　　　不同的同一种元素的不同核素互为同位素。
如氢元素的三种核素
H H H
俗称 — 重氢 超重氢
符号 　　 　　 　　
质子数 1 1 1
中子数 　　 1 　　
【微思考】到目前为止,人类发现的元素有118种,能否说发现的原子有118种 为什么
【答案】不能。因为很多元素存在同位素。
3.几种重要的核素
(1)制造氢弹的原料为　　　　、　　　　。
(2)核反应堆的燃料是　　　　。
(3)作为相对原子质量和阿伏加德罗常数测定用的标准原子为C。
【微点拨】
同位素的两个特点
(1)相同存在形态的同位素,化学性质几乎完全相同,物理性质不同。
(2)天然存在的某种元素,不论是化合态还是游离态,各种同位素在自然界里的丰度一般是不变的。
4.元素的相对原子质量
元素的相对原子质量是其各种核素的　　　　　　分别与各种核素在自然界里的　　　　的乘积之和。
如氯元素有两种核素Cl,相对原子质量为34.97,其丰度为75.77%Cl,相对原子质量为36.97,其丰度为24.23%。故氯元素的相对原子质量为34.97×75.77%+36.97×24.23%≈35.45。
【微点拨】
近似相对原子质量
(1)核素的近似相对原子质量就是核素的质量数。
(2)元素的近似相对原子质量就是按照该元素各种核素的质量数和各种核素原子在自然界中的丰度算出的平均值。
【答案】一、1.中子　质子数　电子数
2.质子数　中子数
3.质量数　质子数　元素符号　质量数　质子数　20
二、1.质子　中子
2.质子数　中子数　H　D　T　0　2
3.(1HH　(2U　4.相对原子质量　丰度
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)有些元素有多种核素,有些元素只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。 (　　)
(2)核聚变如HHHen,因为有新微粒生成,所以该变化是化学变化。 (　　)
(3)O2和O3、红磷和白磷均互称同位素。 (　　)
(4)同位素原子的物理、化学性质均完全相同。 (　　)
(5)40K和40Ca原子中的质子数和中子数都相等。 (　　)
(6CCC是碳元素的不同核素。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
2.生物体在生命存续期间保留的一种碳原子——C-14会在其死亡后衰变,测量考古遗址中发现的遗物里C-14的含量,可以推断出它的存在年代。
你知道C-14中的“14”是什么含义吗 这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少
【答案】C-14中的“14”是指这种碳原子的质量数为14,此碳原子的质子数为6,核外电子数=质子数=6,中子数=质量数-质子数=8。
3.将下列表格填充完整:
符号 质子数 (Z) 中子数 (N) 质量数 (A) 核外电 子数 核电 荷数
O 8 16
Na 12 23
Ar 18 22
Al3+ 13 27
S2- 16
【答案】8　8　8　11　11　11　40　18　18　14　10　13　16　32　18　16(从左到右,从上到下)
4.氕、氘、氚是H元素的三种核素,氕(H)原子核内有1个质子,无中子;氘(D)原子核内有1个质子、1个中子,丰度为0.016%;氚(T)原子核内有1个质子、2个中子。
上图中有几种元素 几种核素 这些核素之间属于何种关系
【答案】图中有1种元素,3种核素,这3种核素是同一种元素的不同核素,互为同位素。
【合作探究】
任务1　原子结构及各微粒数间的定量关系
情境导入　科学家通过粒子加速器获得了6个非常罕见的铁(26号元素)原子,该铁原子的质量数为45。接着,科学家又使用特制的测量仪器观测到,这6个原子中有4个发生了衰变,这一实验证实了曾经预言的双质子衰变方式,即由一个原子同时释放出两个质子的衰变方式。
问题生成
1.该铁原子的核内中子数是多少 该原子的核外电子数是多少
【答案】铁元素为26号元素,中子数=质量数-质子数=45-26=19,核外电子数=质子数=26。
2.通过粒子加速器发现了一种钕原子,其核外电子数是60,质量数是144,则该钕原子的中子数是多少
【答案】84。质量数=质子数+中子数,质子数=原子的核外电子数=60,所以该钕原子的中子数是144-60=84。
3.铁原子变为铁离子后,核外电子数有什么变化 氧原子变为氧离子后,核外电子数有什么变化
【答案】铁离子核外电子数为26-3=23,比铁原子少了3个电子;氧离子核外电子数为8+2=10,比氧原子多了2个电子。
【核心归纳】
1.原子的构成微粒及作用
2.原子的构成微粒间的数目关系
(1)电中性原子
(2)带电原子——离子的电子数目计算
【典型例题】
【例1】Se广泛应用于机械的无损检测。下列关于Se的说法正确的是(　　)。
A.质子数是75
B.中子数是34
C.核外电子数是34
D.质量数是109
【答案】C
解析Se的质子数是34,A项错误Se的中子数是75-34=41,B项错误;原子中核外电子数等于质子数,Se的电子数是34,C项正确Se的质量数是75,D项错误。
【例2】　已知R2+核外有a个电子、b个中子,下列表示R原子符号正确的是(　　)。
AR BR
CR DR
【答案】C
【解析】由R2+核外有a个电子可知,R原子的电子数为a+2,原子的核外电子数等于质子数,再由“质子数+中子数=质量数”可得R的质量数为a+b+2。
任务2　核素　同位素
情境导入　我国第一颗原子弹使用枪式构型,将一块低于临界质量的235U用炸药射向三个同样处于低临界的环形235U,造成整块超临界质量的铀引发裂变连锁反应。而1967年研发的氢弹主要利用氢的同位素(2H、3H)的核聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏,同样质量的氢弹威力最高约为原子弹的100倍。
问题生成
1.所有的核素中都含有质子、中子和核外电子吗
【答案】不是H中只含有质子和电子,不含中子。
2.235U、234U与238U都是U元素,但是三者的质量数不同,它们属于什么关系呢
【答案】235U、234U与238U具有相同的质子数和核外电子数,但中子数不同,互为同位素。
3.2H2和3H2互为同位素吗
【答案】2H2和3H2是分子,不互为同位素。
4.质子数相同而中子数不同的微粒一定互为同位素吗
【答案】不一定,如OH-和F-,它们的质子数相同而中子数不同,不互为同位素。
5.互为同位素的不同核素的物理性质不同,而它们的化学性质为什么几乎相同
【答案】互为同位素的不同核素的电子层结构相同,故它们的化学性质几乎相同。
【核心归纳】
元素、核素、同位素、同素异形体四者之间的区别与联系
1.区别
项目 元素 核素 同位素 同素异形体
本质 质子数相同的一类原子的总称 质子数、中子数都一定的原子 质子数相同、中子数不同的核素 同种元素形成的不同单质
范畴 同类原子 原子 原子 单质
特性 只有种类,没有个数 化学反应中的最小微粒 化学性质几乎相同 所含元素相同、性质不同
决定 因素 质子数 质子数、中子数 质子数、中子数 组成元素、结构
举例 H、C、O三种元素 HHH三种核素 HHH互为同位素 O2与O3互为同素异形体
2.联系
【典型例题】
【例3】　医学上通过研究并实现了利用含放射性元素32P的“纸贴”治疗疤痕、疙瘩。下列有关32P和31P的叙述正确的是(　　)。
A.32P和31P属于同一种核素
B.32P原子中所含的质子数为16
C.31P原子中所含的中子数为16
D.32P的摩尔质量为32
【答案】C
【解析】32P和31P的中子数不同,属于不同的核素,A项错误;32P原子中所含的质子数为15,B项错误;31P原子中所含的中子数为31-15=16,C项正确;32P的摩尔质量为32 g·mol-1,D项错误。
【例4】　现有下列基本粒子:1H、2H、3H、1H+、234U、235U、238U、40K、40Ca、Cl2、14N、14C。请回答下列问题:
(1)它们分属　　　　种元素,属于氢元素的核素有　　　　种,属于铀元素的核素有　　　　种。互为同位素的原子分别为　　　　　,　　　　　。
(2)质量数相等的粒子为　　　　,　　　　(可不填满,也可补充)。
【答案】(1)7　3　3　1H、2H、3H　234U、235U、238U
(2)40K、40Ca　14N、14C
【解析】本题考查元素、核素、同位素的相互关系,解决本题的关键在于理解并能灵活运用所学知识。(1)本题列出的粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C 7种元素,1H和1H+是同一种核素的不同粒子,1H、2H、3H属于氢元素的3种不同核素,且互为同位素。234U、235U、238U属于铀元素的3种不同核素,也互为同位素。
【随堂检测】
1.我国导航卫星的“心脏”使用的是铷原子钟。下列关于铷原子Rb)的说法正确的是(　　)。
A.中子数是37
B.质量数是85
C.电子数是38
D.与Rb互称同素异形体
【答案】B
【解析】铷原子Rb)中子数=85-37=48,A项错误;铷原子Rb)的质量数为85,B项正确;铷原子(Rb)的质子数=核外电子数=37,C项错误;Rb与Rb互称同位素,D项错误。
2.现有bXn-和 aYm+两种离子,它们的核外电子数相同,则下列等式正确的是(　　)。
A.a=b-m-n B.a=b+m+n
C.a=b-m+n D.a=b+m-n
【答案】B
【解析】阳离子中:质子数=核外电子数+|电荷数|;阴离子中:质子数=核外电子数-|电荷数|。由题意知a-m=b+n,则a=b+m+n。
3.科学家于2000年发现了核电荷数为116的元素Lv。下列有关质量数为293的Lv原子的描述错误的是(　　)。
A.质子数为116
B.中子数为177
C.电子数为116
D.原子中质子数比中子数多61
【答案】D
【解析】原子中核电荷数=质子数=核外电子数=116,该元素原子的中子数=质量数-质子数=293-116=177,故A、B、C三项正确;原子中中子数比质子数多61,D项错误。
4.金属钛对人体体液无毒且能与肌肉和骨骼生长在一起,有“生物金属”之称。下列有关48Ti和50Ti的说法正确的是(　　)。
A.48Ti和50Ti的质子数相同,互为同位素
B.48Ti和50Ti的质量数不同,属于两种元素
C.48Ti和50Ti的质子数相同,是同一种核素
D.48Ti和50Ti的质子数相同,中子数不同,互为同素异形体
【答案】A
【解析】A项,48Ti和50Ti的质子数相同,中子数不同,互为同位素,正确;B项,48Ti和50Ti属于同种元素,错误;C项,48Ti和50Ti属于不同的核素,错误;D项,同素异形体是指由同一种元素组成的性质不同的单质,48Ti和50Ti是原子,不是单质,错误。
5.(1)中性原子X的中子数:N=　　　　。
(2)阳离子的中子数:AXn+共有x个电子,则N=　。
(3)阴离子的中子数:AXn-共有x个电子,则N=　。
(4)中性分子的中子数:12C16O2分子中,N=　　　　。
(5)A2-原子核内有x个中子,其质量数为m,则n g A2-所含电子的物质的量为　　　　mol。
【答案】(1)A-Z
(2)A-x-n
(3)A-x+n
(4)22
(5)(m-x+2)
【解析】(1)质量数(A)=中子数(N)+质子数(Z)。
(2)阳离子中,质子数(Z)=核外电子数(x)+电荷数(n)。
(3)阴离子中,质子数(Z)=核外电子数(x)-电荷数(n)。
(4)分子中的中子数等于各原子所含中子数之和。
(5)质量数近似等于相对原子质量。
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