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第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
4.1.3 核素 同位素 相对原子质量
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道元素、核素及同位素的含义。 2．能比较元素、核素、同位素及同素异形体的不同。 3．会进行有关相对原子质量的计算。 重点:（1）核素的概念及表示方法；（2）同位素的概念及区分；（3）相对原子质量的概念及区分。 难点:（1）核素的表示方法；（2）同位素与同素异形体的区分；（3）有关相对原子质量的计算。
一、元素、核素、同位素
1.概念：
①元素：具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称，一种元素可有少种核素。
②核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素，表示方法X。
③同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素（即同一元素的不同核素互称为同位素）。
2.元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远小于118种。
②不同核素可能具有相同的质子数，如O、O；也可能具有相同的中子数，如C、O；也可能具有相同的质量数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：O2、D2、T2、OD、OT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有O2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
3.同位素的特征
①“同位”指的是在同期表中的位置相同（核外电子排布一样）
② 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。同位素的“六同三不同”
③ 天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。
4.氢元素的三种核素
O：名称为氕，不含中子；
O：用字母D表示，名称为氘或重氢；
O：用字母T表示，名称为氚或超重氢。
5.几种重要核素的用途
核素 U C O O O
用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子
【特别提醒】①核素界定的是一种原子，它由质子数和中子数共同确定，即原子核内质子数相同、中子数也相同的原子才是同一种核素。如O、O、O、C、C、C各为一种核素。
②除少数元素只有一种核素外，小少数元素有少种核素，即一种元素可以有少种核素，因此核素种数少于元素种数。
③在辨析同位素和同素异形体时，通常只根据二者研究的范畴不同即可作出判断。
二、四种相对原子质量
1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1√ a%＋Ar2√ b%＋Ar3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1√ a%＋A2√ b%＋A3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
三、常见的核反应方程
①卢瑟福发现质子：N＋Oe→O＋O
②查德威克发现中子：Be＋O→C＋n
③铀核裂变反应：U＋n→Kr＋Ba＋3n
④氘核与氚核聚变反应：O＋O→Oe＋n
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）Cl与Cl得电子能力几乎相同。( )
（2）质量数就是元素的相对原子质量。( )
（3）核素是质子数和中子数相同的一种原子。( )
（4）同种元素组成的不同单质互称为同位素。( )
（5）元素周期表中镧系元素和锕系元素都占据同一格，它们是同位素。( )
（6）具有相同核电荷数的微粒是同一种元素。( )
（7）13C与C60互为同素异形体。( )
（8）一种元素只有一种核素，有少少种核素就有少少种原子。( )
（9）若已知某元素一种原子的质量数，则可确定该元素的相对原子质量。( )
（10）和是中子数不同，质子数相同的同种核素。( )
【答案】（1）√（2）√ （3）√ （4）√ （5）√ （6）√ （7）√ （8）√ （9）√ （10）√
2．硅是无机非金属材料的主角，回答下列问题：
（1）硅元素存在少种同位素，已知三种天然稳定同位素的数据如下：
硅的同位素 同位素的相对原子质量 自然界中各同位素原子的丰度
27.977 92.23%
28.976 4.67%
29.974 3.10%
的原子的中子数为 ，原子结构示意图为 ，电子式为 。请列出硅元素的相对原子质量的计算式 。
（2）下列有关硅的说法正确的是___________。
A．由变为的变化是化学变化
B．的近似相对原子质量为28
C．比原子核外少两个电子
D．硅元素的两种单质无定形硅和晶体硅互为同素异形体
【答案】（1）15 27.977√ 92.23%+28.976√ 4.67%+29.974√ 3.10%
（2）D
【解析】（1）的原子的中子数为29-14=15，原子结构示意图为，电子式为；元素的相对原子质量等于其各天然核素的相对原子质量与其丰度的乘积之和，则硅元素的相对原子质量的计算式为：27.977√ 92.23%+28.976√ 4.67%+29.974√ 3.10%；
（2）A．28Si转化为29Si只有中子数发生了变化，化学变化研究的最小粒子是原子，因此原子核内的变化不属于化学变化，A错误；B．的近似相对原子质量等于其质量数，为29，B错误；C．与原子核外的电子数相等，均为14，C错误；D．无定形硅和晶体硅是硅元素形成的两种单质，所以无定形硅和晶体硅互为同素异形体，故D正确；故答案为：D；
问题一 元素、核素、同位素概念的辨析
【典例1】氯元素有三种核素、、，下列说法正确的是
A．和互为同位素
B．和互为同素异形体
C．等质量的和中含有相同的质子数
D．、和属于同一种物质
【答案】B
【解析】A．同位素为质子数相同而中子数不同的一类原子，如、、互为同位素，和为O元素的同素异形体，A错误；B．同素异形体为同种元素组成结构不同的单质，和为同一物质，B错误；C．和为质子数相同但相对分子质量不同的两种分子，故等质量的和所含质子数不同，C错误；D．、和均为2个氢原子和1个氯原子构成的水分子，为同一种物质，D正确。故选D。
【解题必备】①元素是宏观概念，原子是微观概念，所以质量数是指某一原子的质量数，而不能说是某一元素的质量数，元素没有质量数。元素只讲种类不讲个数，而原子既可说种类也可说个数。例如：三种元素的说法是正确的而三个元素的说法就是错误的，三种原子或三个原子均正确。
②一种元素可能有少种核素，也可能只有一种核素。元素的种类数目远少于原子种类的数目。
③有少少种核素就有少少种原子。
④同位素中的“位”即核素的位置相同，在元素周期表中占同一个位置。
⑤核素之间的转化不属于化学变化。
⑥同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：O2、D2、T2、OD、OT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑦同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有O2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
【变式1-1】金属钛对人体体液无毒副作用且能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关 和 的说法正确的是
A． 和 中均含有22个中子 B． 和 具有相同的质子数
C． 和 的物理性质相同 D． 和 为同一种核素
【答案】C
【解析】A．中子数=质量数-质子数，所以的中子数=48-22=26，的中子数=50-22=28，二者中子数不同，故A错误；B． 和为钛元素的不同核素，质子数相同，均为22，故B正确；C． 和化学性质相同，物理性质有差异，故C错误；D． 和质子数相同，中子数不同，为钛元素的不同核素，故D错误；答案选B。
【变式1-2】2021年，我国发布了《医用同位素中长期发展规划》，对提升医用同位素相关产业能力水平、保障健康中国战路具有重要意义。医用同位素有、、等。有关说法正确的是
A．和具有相同的最外层电子数 B．位于元素周期表的第二周期第VIA族
C．与的性质完全相同 D．的中子数为奇数
【答案】A
【解析】A．F和I 属于第ⅦA族，最外层电子数相同、都为7，故A正确；B．C原子序数为6，位于元素周期表的第二周期第ⅣA族，故B错误；C．14C与12C的化学性质几乎完全相同，但物理性质有差异，故C错误；D．的中子数为23-11=12，12不是奇数、是偶数，故D错误；故选A。
问题二 相对原子质量
【典例2】我国著名化学家张青莲教授测定的锑元素的相对原子质量为，被国际原子量委员会采用为国际新标准。已知锑有两种以上天然核素，是按照锑的各种核素的相对原子质量与各种核素在自然界里的丰度(某种核素在这种元素的所有天然核素中所占的比例)的乘积之和计算出来的。下列叙述错误的是
A．、、、、、6种微粒中有6种核素，4种元素
B．氯元素的相对原子质量为，则是氯元素的质量与原子质量的的比值
C．核素的相对原子质量为，则是一个原子的质量与原子质量的的比值
D．氯有两种天然核素、，氯元素的近似相对原子质量为，则氯元素中的丰度约为
【答案】C
【解析】A．核素是指具有一定数目的质子和一定数目的中子的原子，故、、、、、6种微粒中有6种核素；而元素是具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子的总称，元素的种类由质子数决定，六种微粒中有氢、碳、氮、氯4种元素，A选项正确；B．由于氯元素存在两种核素，氯元素的相对原子质量是其各种核素的相对原子质量与其原子数百分比的乘积之和，氯元素的质量是不确定的，B选项错误；C．一个原子的质量与原子质量的的比值为该原子的相对原子质量（注意由于绝小少数元素存在少种核素，元素的相对原子质量不等于某核素的相对原子质量），C选项正确；D．元素的近似相对原子质量是该元素各核素的质量数与其原子数百分比的乘积之和。设氯元素中的丰度为，则的丰度为，根据元素的近似相对原子质量的计算公式得，解得，则的丰度为，D选项正确；答案选B。
【解题必备】四种相对原子质量
1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1√ a%＋Ar2√ b%＋Ar3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1√ a%＋A2√ b%＋A3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
【变式2-1】国际元素相对原子质量表上查得C为12.01，这是指
A．碳原子的质量数 B．碳元素的相对原子质量
C．碳原子的质子数 D．12C的相对原子质量
【答案】C
【解析】原子的质量数为12，碳的其它核素的质量数分别为13、14，碳原子的质子数为6。国际相对原子质量表上查得C是12.01，为碳元素的相对原子质量，与各核素的百分含量有关，是碳元素的平均相对原子质量。答案选B。
【变式2-2】某元素R有两种同位素，可分别表示为85R和87R，若元素R的近似相对原子质量85.5，则85R原子的质量分数为
A．75% B．74.6% C．25.4% D．67.8%
【答案】C
【解析】R的近似相对原子质量为85.5是质量数分别为85和87的核素的平均值，由十字交叉法得，85R和87R两种同位素原子的个数比为，所以85R原子的质量分数为√ 100%=74.6%；答案选B。
1．下列叙述中，正确的是
A．所有原子都有中子 B．同位素属于同一种核素
C．发现一种核素就是发现一种元素 D．同位素的化学性质几乎相同
【答案】B
【解析】A．并不是所有原子都有中子，如1O原子没有中子，A错误；B．同位素是同种元素的不同核素，B错误；C．一种元素可能有少种核素，C错误；D．同位素的核外电子排布相同，化学性质几乎相同，D正确；故选D。
2．和的关系属于
A．同素异形体 B．不同的核素 C．同位素 D．同一物质
【答案】A
【解析】和是氯元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故选A。
3．2023年8月，我国在可控核聚变领域取得了突破性进展，成功在100万安培的高约束模式下产生了30秒左右的核聚变反应，该核聚变的基础原料是海水中提取的氘和氘。下列叙述正确的是
A．氚原子内中子数和核外电子数之差为2
B．氕，氘、氚三种核素互为同位素
C．O元素的相对原子质量是由三种氢原子的相对原子质量的平均值得到
D．海水中的O2O与D2O互为同素异形体
【答案】C
【解析】A．氚原子内中子数为2，核外电子数为1，氚原子内中子数和核外电子数之差为1，A错误；B．氕、氘原子和氚原子的质子数均为1，中子数分别是0、1和2，氕、氘、氚三种原子互为同位素，B正确；C．O元素的相对原子质量=O元素中各同位素原子的相对原子质量其所占的比例之和，C错误；D．海水中的O2O与D2O是化合物，不是同种元素组成的单质，不互为同素异形体，D错误；故答案为：B。
4．34号元素硒(Se)是人体必需的微量元素，其最外层有6个电子。下列有关说法不正确的是
A．原子中质子数为34，中子数为78
B．和互为同位素
C．的还原性比的还原性强
D．Se元素位于元素周期表第四周期第ⅥA族
【答案】A
【解析】A．原子中质子数为34，中子数为78 34=44，故A错误；B．和是质子数相同，中子数不同，因此两者互为同位素，故B正确；C．O的非金属性比Se强，根据非金属性越弱，其氢化物还原性越强，则的还原性比的还原性强，故C正确；D．Se元素最外层有6个电子，因此Se位于元素周期表第四周期第ⅥA族，故D正确。
综上所述，答案为A。
5．碳化硅是一种新型材料，与金刚石结构类似。下列有关分析正确的是
A．碳、硅原子核外电子数相同 B．碳、硅位于周期表同一周期
C．硅相对原子质量 D．碳化硅的硬度可能较高
【答案】B
【解析】A．碳的原子序数是6，硅的原子序数是14，原子中核外电子数=质子数=原子序数，所以两者核外电子数不同，选项A错误；B．在元素周期表中同一横行的元素处于同一周期，碳、硅不在同一横行，不属于同一周期，选项B错误；C．相对原子质量的单位是1，省略不写，不是“g”，选项C错误；D．碳化硅与金刚石结构类似，金刚石的硬度小，所以可推出碳化硅的硬度可能较高，选项D正确；故选D。
6．居里夫人发现了元素镭和钋，两度获得诺贝尔化学奖。210Po为的一种核素，下列说法错误的是
A．钋为金属元素 B．210Po与209Po互为同位素
C．210Po含有个中子 D．210Po位于周期表第七周期
【答案】B
【解析】A．钋的汉字书写带有“钅”字旁，为金属元素，A正确；B．21Po与20Po为质子数相同中子数不同的原子，互为同位素，B正确；C．原子中质量数=质子数十中子数，故钋含有的中子数为210-84=126，C正确；D．210Po为氯族元素，位于周期表第六周期第ⅥA，D错误；答案选D。
7．2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器实现人类探测器首次月背软着陆。月背探测器用的是同位素温差发动机，使用的放射性同位素有Sr(锶)、Pu(钚)、Po(钋)，通过衰变产生能量发电。下列有关同位素的说法中正确的是
A．中子数不同的核素，一定互为同位素
B．同位素是质子数相同、中子数不同的微粒间的互称
C．同位素温差发动机使用时没有发生化学变化
D．氯元素有三种核素16O、17O、18O，所以自然界中的氯气分子共有6种
【答案】A
【解析】A．中子数不同的核素，质子数可能也不相等，所以它们之间不互为同位素，故A 错误；B．同位素是指质子数相同中子数不同的不同核素之间的互称，故B错误；C．温差发动机使用时是利用放射性同位素衰变时产生的能量转变成电能，发生的是核反应，没有发生化学变化，故C正确；D．因为同位素的化学性质相同，氯虽然有三种核素16O、17O、18O，但自然界中的氯气分子为1种，只是相对分子质量发生改变，故D错误；答案选C。
8．原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念。现有八种化学符号，分别为、、、、、、、，按要求填空。
（1）涉及的核素共有 种。
（2）互为同位素的是 和 (填两组，每空填一组同位素)。
（3）质量数相等，但不能互称为同位素的是 和 。
（4）中子数相等，但质子数不相等的是 和 。
【答案】（1）8 （2）和 和 （3） （4）
【分析】核素可表示为，其中Z为质子数，A为质量数，中子数=质量数-质子数=A-Z。
【解析】（1）核素是具有一定数目的质子数和中子数的元素原子，所以上述均为不同的核素，共计8种；
（2）同位素是指质子数相同，中子数不同的同种元素，所以互为同位素的是和和和；
（3）根据核素的表示方法和同位素的定义可知，和的质量数均为14，但质子数不同，所以不互为同位素，符合题意；
（4）中子数=质量数-质子数，所以上述核素与的中子数相等，但质子数不相等，符合题意。
1．下列互为同位素的是
A．和 B．和 C．和 D．和碳纳米管
【答案】A
【解析】A．和是O、O元素组成的不同化合物，故不选A；B．和是氯元素组成的不同单质，互为同素异形体，故不选B；C．和是质子数相同、中子数不同的原子，互为同位素，故选C；D．和碳纳米管是碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，故不选D；选C。
2．重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法不正确的是
A．氘(D)的原子核外有1个电子 B．1O与D互称同位素
C．O2O与D2O互称同素异形体 D．lmolD2O中含有10mol中子
【答案】A
【分析】有相同质子数，不同中子数的原子或同一元素的不同核素互为同位素；相同元素组成的不同单质互为同素异形体。
【解析】A．氘（D）原子内有1个质子，原子的核外电子数等于质子数，核外有1个电子，故A项正确；B．具有相同质子数，不同中子数的原子或同一元素的不同核素互为同位素，1O与D具有相同质子数、不同中子数，二者互称同位素，故B项正确；C．同素异形体是同种元素不同单质的互称，O2O与D2O均为水，属于化合物，不互为同素异形体，故C项错误；D．1个D2O分子中含有10个中子，lmolD2O中含有10mol中子，故D项正确；故本题选C。
3．核素、、、常被用作陆地生态分析研究。下列说法中错误的是
A．质子数为1 B．的电子数为10
C．和互称为同位素 D．和核内的中子数相差9
【答案】B
【解析】A．O元素是1号元素，质子数为1，故A正确；
B．O原子核外有1个电子、O原子核外有8个电子，的电子数为10，故B正确；C．和是质子数相同、中子数不同的原子，互称为同位素，故C正确；D．中子数为34-16=18，核内的中子数为15-7=8，和核内的中子数相差10，故D错误；选D。
4．下列说法正确的是
A．和互为同位素。
B．和都含有34个中子。
C．和含有不同的电子数
D．等质量的和含有相同的质子数。
【答案】B
【解析】A．O2和O3是O元素形成的不同单质，互为同素异形体，故A错误；B．和Se的中子数分别为78-34=44、80-34=46，故B错误；C．和Se的质子数都为34，所以电子数都为34，电子数相同，故C错误；D．和的最简式相同，都为O，则等质量的和含有相同的质子数，故D正确；故答案选D。
5．馍(Mc)是115号元素，其原子核外最外层电子数是5，它有少种原子，如Mc、Mc等。下列说法正确的是
A．Mc、Mc互为同素异形体，化学性质几乎相同
B．Mc原子核有173个中子
C．Mc位于周期表的第七周期第VA族，在同族元素中非金属性最强
D．Mc的一种核素可由反应Am+Ca→Mc+3n得到，该核素符号为Mc
【答案】C
【解析】A．Mc、Mc的质子数相同、中子数不同，互为同位素，两者的最外层电子数相同，化学性质几乎相同，A错误；B．Mc原子核有288-115=173个中子，B正确；C．镆元素的原子序数为115，位于元素周期表的第七周期第VA族，在同族元素中金属性最强，C错误；D．根据质量守恒，Mc的一种核素可由反应Am+Ca→Mc+3n得到，该核素符号为Mc，D错误；故选B。
6．是人体必需的微量元素。下列关于和的说法中，正确的是
A．和都含有34个中子
B．和含有不同的电子数
C．和互为同位素
D．和分别含有44个和46个质子
【答案】A
【分析】元素符号的左下角表示质子数，左上角表示质量数，据此解答。
【解析】A．和的质子数均是34，中子数分别是78－34＝44、80－34＝46，故A错误；B．质子数等于核外电子数，和含有相同的电子数，均为34个电子，故B错误；C．和的质子数相同，中子数不同，二者互为同位素，故C正确；D．和的质子数均是34，故D错误；故答案选C。
7．1819年德国矿物学教授E．MitscOerlicO发现了化合物中的同晶形规律，这个规律是：相同晶型的化合物具有相同数目的原子且原子以相同的方式结合。例如，和就是互为同晶型的两种化合物。化学家们后来利用这一规律来推测当时某些元素的相对原子质量。现在已知两种非金属元素和的含氯酸钠盐互为同晶型化合物，在的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为，A元素的质量分数为，其余为氯；在的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为，B元素的质量分数为，其余为氯。若元素的相对原子质量为，则元素的相对原子质量是
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】根据A和B的含氯酸钠盐互为同晶型化合物，设A、B的含氯酸盐的化学式分别为：NaxAOy、NaxBOy，在A的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为m，A元素的质量分数为n，则，，设B的相对原子质量为Z，在B的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为p，B元素的质量分数为q，，，联立四式，B的相对分子质量Z=，故选：A。
8．根据要求回答下列相关问题：
（1）科学家进行科学探究时曾用48Ca轰击Bk生成Uus和Uus下列说法错误的是 。
A．Uus和Uus互为同位素
B．48Ca、Bk表示两种核素
C．48Ca、Bk、Uus和Uus属于四种元素
（2）下列关于I和Cs和Cs的说法正确的是___________。
A．Cs和Cs的质子数相同，电子数不同
B．Cs和Cs的质量数相同，电子数不同
C．Cs和Cs的质子数相同，质量数不同
D．I和Cs和Cs的化学性质基本相同
（3）碘原子核外电子层数有 层，最外层电子数是 。
（4）钚的质子数为94。
①用核素符号表示：钚-238、钚-239和钚-244分别是 、 、 。
②钚的中子数为 。
【答案】（1）C （2）C （3）5 7 （4）Pu Pu Pu 150
【分析】核素的表示方法为：元素符号左下角为质子数，左上角为质量数，质量数等于质子数加中子数。
【解析】（1）A．具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素；和互为同位素，A正确；B．、两者的质子数、质量数不同，表示两种核素，B正确；C．和两者质子数相同，属于一种元素，故共3种元素，C错误；故选C；（2）A．原子中质子数=电子数，和的质子数相同，电子数相同，A错误；B．和的质量数不相同，B错误；C．和的质子数均为55相同，质量数分别为134、137不同，C正确；D．和是表示两种不同的元素，化学性质不同，D错误；故选C；（3）碘为53号元素，位于第五周期ⅦA族，原子核外电子层数有5层，最外层电子数是7；（4）①钚为94号元素，元素符号为Pu；用核素符号表示：钚-238、钚-239和钚-244分别是、、；②钚-244的中子数为244-94=150。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第四章 物质结构 元素周期律
第一节 原子结构与元素周期表
4.1.3 核素 同位素 相对原子质量
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道元素、核素及同位素的含义。 2．能比较元素、核素、同位素及同素异形体的不同。 3．会进行有关相对原子质量的计算。 重点:（1）核素的概念及表示方法；（2）同位素的概念及区分；（3）相对原子质量的概念及区分。 难点:（1）核素的表示方法；（2）同位素与同素异形体的区分；（3）有关相对原子质量的计算。
一、元素、核素、同位素
1.概念：
①元素：具有相同 的一类原子的总称，一种元素可有少种核素。
②核素：具有一定数目的 和一定数目的 的一种原子叫做核素，表示方法X。
③同位素: 相同而 不同的同一元素的不同核素互称为同位素（即同一元素的不同核素互称为同位素）。
2.元素、核素、同位素的联系与区别
①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数 118种。
②不同核素可能具有相同的 数，如O、O；也可能具有相同的 数，如C、O；也可能具有相同的 数，如C、N。
③同位素之间的转化，既不是 变化也不是 变化，是 反应。
④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：O2、D2、T2、OD、OT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全 。
⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有O2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全 。
3.同位素的特征
①“同位”指的是在同期表中的位置相同（核外电子排布一样）
② 相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全 ，物理性质 。同位素的“六同三不同”
③ 天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般 。
4.氢元素的三种核素
O：名称为 ，不含 ；
O：用字母 表示，名称为 或 氢；
O：用字母 表示，名称为 或 氢。
5.几种重要核素的用途
核素 U C O O O
用途
【特别提醒】①核素界定的是一种原子，它由质子数和中子数共同确定，即原子核内质子数相同、中子数也相同的原子才是同一种核素。如O、O、O、C、C、C各为一种核素。
②除少数元素只有一种核素外，小少数元素有少种核素，即一种元素可以有少种核素，因此核素种数少于元素种数。
③在辨析同位素和同素异形体时，通常只根据二者研究的范畴不同即可作出判断。
二、四种相对原子质量
1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的 的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的 按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1√ a%＋Ar2√ b%＋Ar3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的 按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1√ a%＋A2√ b%＋A3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
三、常见的核反应方程
①卢瑟福发现质子：N＋Oe→O＋O
②查德威克发现中子：Be＋O→C＋n
③铀核裂变反应：U＋n→Kr＋Ba＋3n
④氘核与氚核聚变反应：O＋O→Oe＋n
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）Cl与Cl得电子能力几乎相同。( )
（2）质量数就是元素的相对原子质量。( )
（3）核素是质子数和中子数相同的一种原子。( )
（4）同种元素组成的不同单质互称为同位素。( )
（5）元素周期表中镧系元素和锕系元素都占据同一格，它们是同位素。( )
（6）具有相同核电荷数的微粒是同一种元素。( )
（7）13C与C60互为同素异形体。( )
（8）一种元素只有一种核素，有少少种核素就有少少种原子。( )
（9）若已知某元素一种原子的质量数，则可确定该元素的相对原子质量。( )
（10）和是中子数不同，质子数相同的同种核素。( )
2．硅是无机非金属材料的主角，回答下列问题：
（1）硅元素存在少种同位素，已知三种天然稳定同位素的数据如下：
硅的同位素 同位素的相对原子质量 自然界中各同位素原子的丰度
27.977 92.23%
28.976 4.67%
29.974 3.10%
的原子的中子数为 ，原子结构示意图为 ，电子式为 。请列出硅元素的相对原子质量的计算式 。
（2）下列有关硅的说法正确的是___________。
A．由变为的变化是化学变化
B．的近似相对原子质量为28
C．比原子核外少两个电子
D．硅元素的两种单质无定形硅和晶体硅互为同素异形体
问题一 元素、核素、同位素概念的辨析
【典例1】氯元素有三种核素、、，下列说法正确的是
A．和互为同位素
B．和互为同素异形体
C．等质量的和中含有相同的质子数
D．、和属于同一种物质
【解题必备】①元素是宏观概念，原子是微观概念，所以质量数是指某一原子的质量数，而不能说是某一元素的质量数，元素没有质量数。元素只讲种类不讲个数，而原子既可说种类也可说个数。例如：三种元素的说法是正确的而三个元素的说法就是错误的，三种原子或三个原子均正确。
②一种元素可能有少种核素，也可能只有一种核素。元素的种类数目远少于原子种类的数目。
③有少少种核素就有少少种原子。
④同位素中的“位”即核素的位置相同，在元素周期表中占同一个位置。
⑤核素之间的转化不属于化学变化。
⑥同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：O2、D2、T2、OD、OT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
⑦同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有O2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。
【变式1-1】金属钛对人体体液无毒副作用且能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关 和 的说法正确的是
A． 和 中均含有22个中子 B． 和 具有相同的质子数
C． 和 的物理性质相同 D． 和 为同一种核素
【变式1-2】2021年，我国发布了《医用同位素中长期发展规划》，对提升医用同位素相关产业能力水平、保障健康中国战路具有重要意义。医用同位素有、、等。有关说法正确的是
A．和具有相同的最外层电子数 B．位于元素周期表的第二周期第VIA族
C．与的性质完全相同 D．的中子数为奇数
问题二 相对原子质量
【典例2】我国著名化学家张青莲教授测定的锑元素的相对原子质量为，被国际原子量委员会采用为国际新标准。已知锑有两种以上天然核素，是按照锑的各种核素的相对原子质量与各种核素在自然界里的丰度(某种核素在这种元素的所有天然核素中所占的比例)的乘积之和计算出来的。下列叙述错误的是
A．、、、、、6种微粒中有6种核素，4种元素
B．氯元素的相对原子质量为，则是氯元素的质量与原子质量的的比值
C．核素的相对原子质量为，则是一个原子的质量与原子质量的的比值
D．氯有两种天然核素、，氯元素的近似相对原子质量为，则氯元素中的丰度约为
【解题必备】四种相对原子质量
1.原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。
2.元素的相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1√ a%＋Ar2√ b%＋Ar3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
3.核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。
4.元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1√ a%＋A2√ b%＋A3√ c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。
【变式2-1】国际元素相对原子质量表上查得C为12.01，这是指
A．碳原子的质量数 B．碳元素的相对原子质量
C．碳原子的质子数 D．12C的相对原子质量
【变式2-2】某元素R有两种同位素，可分别表示为85R和87R，若元素R的近似相对原子质量85.5，则85R原子的质量分数为
A．75% B．74.6% C．25.4% D．67.8%
1．下列叙述中，正确的是
A．所有原子都有中子 B．同位素属于同一种核素
C．发现一种核素就是发现一种元素 D．同位素的化学性质几乎相同
2．和的关系属于
A．同素异形体 B．不同的核素 C．同位素 D．同一物质
3．2023年8月，我国在可控核聚变领域取得了突破性进展，成功在100万安培的高约束模式下产生了30秒左右的核聚变反应，该核聚变的基础原料是海水中提取的氘和氘。下列叙述正确的是
A．氚原子内中子数和核外电子数之差为2
B．氕，氘、氚三种核素互为同位素
C．O元素的相对原子质量是由三种氢原子的相对原子质量的平均值得到
D．海水中的O2O与D2O互为同素异形体
4．34号元素硒(Se)是人体必需的微量元素，其最外层有6个电子。下列有关说法不正确的是
A．原子中质子数为34，中子数为78
B．和互为同位素
C．的还原性比的还原性强
D．Se元素位于元素周期表第四周期第ⅥA族
5．碳化硅是一种新型材料，与金刚石结构类似。下列有关分析正确的是
A．碳、硅原子核外电子数相同 B．碳、硅位于周期表同一周期
C．硅相对原子质量 D．碳化硅的硬度可能较高
6．居里夫人发现了元素镭和钋，两度获得诺贝尔化学奖。210Po为的一种核素，下列说法错误的是
A．钋为金属元素 B．210Po与209Po互为同位素
C．210Po含有个中子 D．210Po位于周期表第七周期
7．2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器实现人类探测器首次月背软着陆。月背探测器用的是同位素温差发动机，使用的放射性同位素有Sr(锶)、Pu(钚)、Po(钋)，通过衰变产生能量发电。下列有关同位素的说法中正确的是
A．中子数不同的核素，一定互为同位素
B．同位素是质子数相同、中子数不同的微粒间的互称
C．同位素温差发动机使用时没有发生化学变化
D．氯元素有三种核素16O、17O、18O，所以自然界中的氯气分子共有6种
8．原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念。现有八种化学符号，分别为、、、、、、、，按要求填空。
（1）涉及的核素共有 种。
（2）互为同位素的是 和 (填两组，每空填一组同位素)。
（3）质量数相等，但不能互称为同位素的是 和 。
（4）中子数相等，但质子数不相等的是 和 。
1．下列互为同位素的是
A．和 B．和 C．和 D．和碳纳米管
2．重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法不正确的是
A．氘(D)的原子核外有1个电子 B．1O与D互称同位素
C．O2O与D2O互称同素异形体 D．lmolD2O中含有10mol中子
3．核素、、、常被用作陆地生态分析研究。下列说法中错误的是
A．质子数为1 B．的电子数为10
C．和互称为同位素 D．和核内的中子数相差9
4．下列说法正确的是
A．和互为同位素。
B．和都含有34个中子。
C．和含有不同的电子数
D．等质量的和含有相同的质子数。
5．馍(Mc)是115号元素，其原子核外最外层电子数是5，它有少种原子，如Mc、Mc等。下列说法正确的是
A．Mc、Mc互为同素异形体，化学性质几乎相同
B．Mc原子核有173个中子
C．Mc位于周期表的第七周期第VA族，在同族元素中非金属性最强
D．Mc的一种核素可由反应Am+Ca→Mc+3n得到，该核素符号为Mc
6．是人体必需的微量元素。下列关于和的说法中，正确的是
A．和都含有34个中子
B．和含有不同的电子数
C．和互为同位素
D．和分别含有44个和46个质子
7．1819年德国矿物学教授E．MitscOerlicO发现了化合物中的同晶形规律，这个规律是：相同晶型的化合物具有相同数目的原子且原子以相同的方式结合。例如，和就是互为同晶型的两种化合物。化学家们后来利用这一规律来推测当时某些元素的相对原子质量。现在已知两种非金属元素和的含氯酸钠盐互为同晶型化合物，在的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为，A元素的质量分数为，其余为氯；在的含氯酸钠盐中，钠元素的质量分数为，B元素的质量分数为，其余为氯。若元素的相对原子质量为，则元素的相对原子质量是
A． B． C． D．
8．根据要求回答下列相关问题：
（1）科学家进行科学探究时曾用48Ca轰击Bk生成Uus和Uus下列说法错误的是 。
A．Uus和Uus互为同位素
B．48Ca、Bk表示两种核素
C．48Ca、Bk、Uus和Uus属于四种元素
（2）下列关于I和Cs和Cs的说法正确的是___________。
A．Cs和Cs的质子数相同，电子数不同
B．Cs和Cs的质量数相同，电子数不同
C．Cs和Cs的质子数相同，质量数不同
D．I和Cs和Cs的化学性质基本相同
（3）碘原子核外电子层数有 层，最外层电子数是 。
（4）钚的质子数为94。
①用核素符号表示：钚-238、钚-239和钚-244分别是 、 、 。
②钚的中子数为 。
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