专题2 第三单元 第1课时 人类认识原子结构的历程 原子核的构成-【金版新学案】2024-2025学年新教材高一化学必修第一册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版2019）

第三单元　人类对原子结构的认识 第1课时　人类认识原子结构的历程　原子核的构成 [素养发展目标]　1.知道原子结构模型的演变。2.熟知原子的构成，能进行有关质量数、质子数、中子数、核外电子数的计算。3.知道元素、核素、同位素的概念，并了解它们之间的关系。 一、人类认识原子结构的历程 1．德谟克利特的古代原子学说 他认为万物都是由间断的、不可分割的微粒即原子构成的，原子的结合和分离是万物变化的根本原因。 2．道尔顿的近代原子学说 英国科学家道尔顿是近代原子学说的创始人。他认为物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可再分割，它们在化学反应中保持本性不变。 3．汤姆生的“葡萄干面包式”的原子结构模型 他认为原子是由更小的微粒电子构成的，电子的发现使人们认识到原子是可以再分的。 4．卢瑟福的带核原子结构模型 英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射现象，指出原子是由原子核和核外电子构成的，原子核带正电荷，它几乎集中了原子的全部质量，但只占有很小的体积，核外电子带负电荷，在原子核周围空间作高速运动。 5．玻尔的轨道原子结构模型 丹麦物理学家玻尔指出：原子核外电子在原子核外空间内一系列稳定的轨道上绕核作高速运动，每个轨道都具有一个确定的能量值；核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。 6．电子云模型(现代原子结构学说) 现代科学家根据微观世界的波粒二象性规律，提出用量子力学的方法描述核外电子运动。 【即学即练】 1．如图所示的原子结构模型的演变图中，(1)为道尔顿实心球式原子模型，(2)为卢瑟福行星运转式原子模型，(3)为汤姆生葡萄干面包式原子模型，(4)为近代量子力学原子模型，(5)为玻尔轨道式原子模型。请根据历史演变排序________(填序号)。 答案：　(1)(3)(2)(5)(4) 二、原子核的构成 1．原子的组成和表示方法 (1)组成 原子 (2)表示 2．原子构成微粒之间的数量关系 (1)质量数 将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数，加起来所得的数值。 (2)各微粒之间的关系 ①质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。 ②电量关系：质子所带电荷数＝核外电子所带电荷数。 3．核素和同位素 (1)相关概念 ①核素：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。 ②同位素：质子数相同，质量数(或中子数)不同的核素之间的互称。 (2)特点 ①同一核素的原子结构完全相同，同一元素的不同核素的原子核内中子数不同。 ②属于同位素的各种核素的化学性质几乎相同。 (3)实例 名称 符号 核素表示式 俗名 氕 H H 氘 D H 重氢 氚 T H 超重氢 【即学即练】 2．填空： (1)S2－中的质子数是________，中子数是________，核外电子数是________，质量数是________。 (2)微粒“AXn－”核外有18个电子，则它的核电荷数为________，核内中子数为________。 (3)由1HO与2HO所代表的物质中，共有________种元素，________种原子，________种分子，互为同位素的原子有________。 答案：　(1)16　18　18　34 (2)18－n　A－(18－n) (3)2　4　2　1H和2H、16O和17O 一、原子的构成及构成微粒间的数量关系 1．教材中描述道尔顿提出“物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，它们在化学变化中不可再分割”。对于这些观点你有什么看法？ 提示：物质不是都由原子构成的，原子还可以再分，在化学变化中原子既不能被创造也不能被消灭，只是分子分裂为原子，原子再重新组成新的分子的过程。 2．生物体在生命过程中保留的一种碳原子——碳­14(6C)会在其死亡后衰变，测量考古遗址中发现的生物遗体里碳­14的数量，可以推断出它的存在年代。 你知道碳­14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？ 提示：碳­14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、中子数为8、核外电子数为6。 3．已知2 g AO 中电子数比质子数多3.01×1022个，则A的相对原子质量为多少？ 提示：多出来的电子数就是离子所带的电荷数。 AO　 　～　　　　　　　电子数比质子数多的数目 [48＋M(A)] g 2×6.02×1023 2 g 3.01×1022 得M(A)＝32。 1．构成原子的微粒及作用 原子(X) 2．微粒符号的含义及微粒之间的数量关系 (1)微粒符号周围数字的含义 (2)微粒之间的数量关系 ①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数； ②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N); ③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数； ④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。 1．Sr常用于放射性同位素电池。下列关于Sr原子的说法正确的是(　　) A．电子数为38 B．质子数为52 C．中子数为38 D．质量数为52 A　[Sr原子中质子数为38、质量数为90、中子数为(90－38)＝52、核外电子数为38。] 2．在离子RO中共有x个核外电子，R原子的质量数为A，则R原子核内含有的中子数目是(　　) A．A－x＋n＋18 B．A－x＋n＋24 C．A－x－n－24 D．A＋x－n－24 B　[R原子的质量数为A，质量数＝质子数＋中子数，质子数＝核外电子数，R原子核内含有的中子为A－(x－n－3×8)＝A－x＋n＋24。] 二、辨析：元素、核素、同位素 1．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，丰度为99.98%；氘D(又叫重氢)原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016%；氚T(又叫超重氢)原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004%。 (1)上图中有几种元素？几种核素？这些核素之间属于何种关系？ 提示：题图中有1种元素，3种核素，这3种核素是同一种元素的不同核素，互称同位素。 (2)H、H、H＋和H2是氢元素的四种核素吗？ 提示：不是，H、H、H＋和H2是氢元素的四种不同粒子。 (3)教材中描述“质子数相同、质量数(或中子数)不同的核素互称为同位素”。H2、D2、T2互称为同位素吗？ 提示：不是同位素，它们是单质不是原子。 2．许多元素有多种核素，如氧元素有16O、17O、18O，碳元素有12C、13C、14C。氧元素的3种同位素与碳元素的3种同位素最多可能组成多少种二氧化碳分子？ 提示：18种。一种碳原子与3种氧原子可组成6种分子，C16O2、C17O2、C18O2、C16O17O、C16O18O、C17O18O，3种碳原子可形成18种二氧化碳分子。 “三素”比较 元素 核素 同位素 概念 具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称，与核外电子数无关 具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子 质子数相同而中子数(或质量数)不同的同一元素的不同原子或同一种元素的不同核素 范围 宏观概念，对同类原子而言，既有游离态又有化合态 微观概念，对某种元素的一种原子而言 微观概念，对某种元素的原子而言。因同位素的存在而使原子种类多于元素种类 特性 主要通过形成的单质或化合物来体现 不同的核素可能质子数相同，或中子数相同，或质量数相同，或各数均不相同 同位素(之间)质量数不同，化学性质基本相同 实例 氢元素、氧元素 H、H、7N、6C、Mg 是不同的核素 H、H、H为氢元素的同位素 1．13C­NMR(核磁共振)、15N­NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wuthrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是(　　) A．13C与15N有相同的中子数 B．13C与C60互为同素异形体 C．15N与14N互为同位素 D．15N的核外电子数与中子数相同 C　[A.13C与15N的中子数分别为13－6＝7、15－7＝8，不相等，故A错误；B.13C是原子，不是C60的同素异形体，故B错误；C.15N与14N都是N原子，质子数相同，中子数不同，互为同位素，故C正确；D.15N的核外电子数为7，中子数15－7＝8，核外电子数与中子数不相同，故D错误。] 2．金属钛有“生物金属”之称。下列有关Ti和Ti的说法正确的是(　　) A．Ti和Ti原子中子数相同 B．Ti和Ti属于同位素 C．Ti和Ti的化学性质不同 D．Ti和Ti为同一种核素 B　[A.Ti和Ti原子中质子数为22，相同，中子数不相同，分别为26、28，故A错误；B.Ti和Ti原子中质子数为22，相同，中子数不相同，属于同位素，故B正确；C.Ti和Ti原子中质子数为22，相同，价电子数相同，化学性质相同，故C错误；D.Ti和Ti为质子数相同中子数不同的两种核素，故D错误；故选B。] 同位素的“六同三不同” 2．下列各组物质中，互为同位素的是(　　) A．12C、13C、14C B．O2、O3、O4 C．H2O、D2O、T2O D．H2、D2、T2 A　[A.12C、13C、14C的质子数均为6，而中子数不同，互为同位素，A符合题意；B.O2、O3、O4均是由O元素组成的不同种单质，为同素异形体，B不符合题意；C.H2O、D2O、T2O均是水，属于同一种物质，C不符合题意；D.H2、D2、T2均是由三种不同H原子构成的氢分子，D不符合题意。] 3．下列有关碳及其化合物的说法中，正确的是(　　) A．12C、13C、14C是碳元素的三种核素 B．干冰与二氧化碳气体互为同素异形体 C．石墨转化为金刚石改变了碳原子的排列方式，是物理变化 D．石墨和石墨烯都是碳元素形成的单质，性质完全相同 A　[根据核素、同位素的基本概念进行判断，化学变化的特点是有无新物质生成。A.核素是具有一定质子数和一定中子数的原子，12C、13C、14C是碳元素的三种核素，故A正确；B.干冰是固态二氧化碳，和二氧化碳是同一种物质，故B不正确；C.石墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化，故C不正确；D.石墨和石墨烯在物理性质上不同，故D不正确。] 4．某元素的一种同位素X的原子质量数为A，中子数为N，它与1H＋组成XH，则a g XH中所含质子的物质的量是(　　) A．(A－N＋m) mol B．(A－N) mol C．(A－N) mol D．(A－N＋m) mol A　[XH的相对分子质量为A＋m，a g XH的物质的量为n(XH)＝＝ mol，X原子的质量数为A，含N个中子，则质子数为A－N，所以在a g XH中含质子的物质的量＝ mol×(A－N＋m)＝(A－N＋m)mol。] 5．氡(Rn)对应的单质是氡气，为无色、无臭、无味的惰性气体，具有放射性，当人吸入体内后，氡发生衰变的阿尔法粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤，引发肺癌。而建筑材料是室内氡的最主要来源。如花岗岩、砖砂、水泥及石膏之类，特别是含放射性元素的天然石材，最容易释出氡。请回答下列问题： (1)该原子的质量数是______，质子数是________，中子数是________。 (2)请根据Rn的原子结构预测氡气的化学性质________(填字母，下同)。 A．非常活泼，容易与氧气等非金属单质反应 B．比较活泼，能与钠等金属反应 C．不太活泼，与氮气性质相似 D．很难与其他物质发生反应 你选择该选项的理由是________________________________________________。 解析：　(1) Rn的质量数是222，质子数是86，中子数是222－86＝136。(2)由Rn的原子结构可知其最外层已达8电子稳定结构，故其性质很稳定，D项正确。(3)这三种是同种元素形成的原子，由于其质子数相同，而中子数不同，故互为同位素。 答案：　(1)222　86　136　(2)D　Rn原子最外层已达8电子稳定结构，故其性质很稳定　(3)AB 课时精练(八)　人类认识原子结构的历程　原子核的构成 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) [基础达标] 1．19世纪初，某科学家提出了原子学说，他认为物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学反应中不能再分，这个科学家是(　　) A．道尔顿 B．汤姆生 C．卢瑟福 D．玻尔 A　[19 世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为物质由原子组成，原子不能被创造也不能被毁灭，在化学变化中原子不可再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变。] 2．遥感三十号07组卫星于2020年10月26日准确送入预定轨道。该导航系统应用了星载氢原子钟和铷原子钟。下列有关铷Rb的说法错误的是(　　) A．质子数为37 B．属于金属元素 C．中子数为85 D．核外电子数为37 C　[A.Rb的质子数为37，A正确；B.Rb属于金属元素，B正确；C.质子数＋中子数＝质量数，则Rb的中子数为85－37＝48，C错误；D.质子数等于核外电子数，则Rb的核外电子数为37，D正确。] 3．Se是人体必需的微量元素，下列关于Se和Se的说法正确的是(　　) A．都含有34个中子数 B．Se和Se互为同位素 C．Se和Se分别含44个和46个质子数 D．Se和Se含有不同的电子数 B　[A.Se和Se的质子数均是34，中子数分别是78－34＝44、80－34＝46，A错误；B.Se和Se的质子数相同，中子数不同，二者互为同位素，B正确；C.Se和Se的质子数均是34，C错误；D.质子数等于核外电子数，Se和Se含有相同的电子数，D错误。] 4．据报道，科学家已经成功合成了少量N4气体分子，下列说法正确的是(　　) A．N4是一种新型化合物 B．相同质量的N4和N2原子个数比为 1∶1 C．14N原子和15N原子化学性质不同 D．N4与N2互为同位素 B　[A.N4是一种单质，不是化合物，A错误；B.N4和N2都是氮元素的不同单质，分子均由氮原子构成，相同质量的N4和N2原子个数比为 1∶1，B正确；C.14N原子和15N原子互为同位素，具有相同的电子数，核外电子排布方式相同、化学性质相同，C错误；D.N4与N2都是氮元素的不同单质，互为同素异形体，不互为同位素，D错误。] 5．有5种单核微粒，它们分别是、、＋、2+、(“”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有(　　) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 B　[元素的种类由质子数决定。题给5种单核微粒中，有18、19、20共3种质子数，属于3种不同元素。] 6．14C是一种放射性同位素，在高层大气中，由宇宙射线产生的中子或核爆炸产生的中子轰击14N可使它转变为14C。下列说法正确的是(　　) A．14C和14N的中子数相同 B．14C和C60是同素异形体 C．14C和14N是同位素 D．14CO2含有的质子数为22 D　[14C和14N的质子数分别为6、7，中子数分别为8、7，中子数不同，故A错误；同素异形体为同种元素的不同单质，其中C60为碳的一种单质，而14C为碳元素的一种原子，故B错误；14C和14N质子数不同，不是同位素，故C错误；14CO2的质子数为22，故D正确。] 7．近20年来，同位素分析法在植物生理学、生态学和环境科学研究中获得广泛应用。如在陆地生态研究中，2H、13C、15N、18O、34S等被视作环境分析指示原子。下列说法中正确的是(　　) A．34S原子核内的中子数为16 B．1HO的摩尔质量为20 g·mol-1 C．13C和15N核内的质子数相差2 D．2H＋核外电子数为2 B　[A项中S为16号元素，质量数为34，中子数为34－16＝18，错误；B项中1HO的摩尔质量＝(1×2＋18) g·mol-1＝20 g·mol-1，正确；C项中C为6号元素，N为7号元素，质子数相差1，错误；D项中2H＋核外电子数为0，错误。] 8．已知R2-的核内有n个中子，R原子的质量数为M，则m g R2-中含有电子的物质的量为(　　) A． mol B． mol C． mol D． mol D　[R2-含有的电子数为M－n＋2，m g R2-的物质的量为 mol，则m g R2-含有电子的物质的量为 mol。] 9．现有下列基本微粒： 1H、2H、3H、1H＋、234U、235U、238U、14N、40K、40Ca、Cl2、14N、14C，请回答下列问题： (1)在给出的微粒中，含有________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是__________，________。 (2)质量数相等的微粒为________、________、____________。 (3)氢的同位素1H、2H、3H与氧的同位素16O、17O、18O相互结合为水，可得水分子的种数为________，可得________种不同的相对分子质量。 (4)0.1 mol 14N中共含________mol中子，含________个电子。 解析：　(1)共有7种元素，氢元素中有1H、2H、3H三种核素，铀元素有234U、235U、238U三种核素，上述三种氢原子、三种铀原子各自互为同位素。(2)质量数相等的微粒有：1H与1H＋、40K与40Ca、14N与14C。(3)结合成水分子种数：①每2个相同氢原子核素分别与三个氧原子结合成9种；②任意2个不同氢原子核素分别与三个氧原子结合成9种，共有18种；得到水分子的相对分子质量为18、19、20、21、22、23、24，共7种。(4)每个14N中含质子数为7×3＝21，中子数为(14－7)×3＝21，电子数为22，则0.1 mol 14N含2.1 mol中子，含2.2NA个电子。 答案：　(1)7　3　3　1H、2H、3H　234U、235U、238U　(2)1H与1H＋　40K与40Ca　14N与14C　(3)18　7　(4)2.1　2.2NA [能力提升] 10．1909年，科学家卢瑟福用带正电荷的α粒子轰击金箔，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。依据上述实验现象可以得出的推论是(　　) A．金原子内的质量是均匀分布的 B．金原子内的正电荷和负电荷是均匀分布的 C．金原子内有体积很小，质量远大于α粒子的核 D．金原子核内含有质子和中子 C　[A.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，说明原子内部绝大部分空间是空的，故A错误；B.若原子内的正电荷和负电荷是均匀分布的，则不只是少数α粒子发生偏转，而是大多数发生偏转，故B错误；C.少数α粒子发生了较大的偏转，原因是α粒子在运动中途经原子核附近时，受到斥力，能说明金原子内有体积很小，质量远大于α粒子的核，故C正确；D.通过上述实验，能说明原子核位于原子中心，质量主要集中在原子核上，但不能说明金原子核内含有质子和中子，故D错误。] 11．下列各微粒：①H3O＋、NH、Na＋；②OH－、NH、F－；③O2-、Na＋、Mg2+；④CH4、NH3、H2O，具有相同质子数和电子数的一组是(　　) A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．①③④ B　[①H3O＋、NH、Na＋各有11个质子和10个电子；②OH－、NH、F－各有9个质子和10个电子；④CH4、NH3、H2O各有10个质子和10个电子。] 12．下列说法中不正确的是(　　) ①质子数相同的微粒一定属于同一种元素　②同位素的性质相同　③质子数相同，电子数也相同的两种微粒，不可能是一种分子和一种离子　④电子数相同的微粒不一定是同一种元素　⑤一种元素只能有一种质量数　⑥某种元素的相对原子质量取整数，就是其质量数　⑦Cl2中35Cl与37Cl的原子个数之比与HCl中的35Cl与37Cl的原子个数之比相等 A．②③⑤⑥⑦ B．①②④⑤ C．①②⑤⑥ D．③④⑥⑦ C　[质子数相同，电子数也相同的微粒不一定是同一种元素，如H2O与Ne，①错误，④正确；一种分子和一种离子，如果质子数相同，则它们的电子数一定不同，③正确；同位素原子质子数相同，化学性质基本相同，但其质量数不同，故物理性质不同，在自然界中其原子个数比不变，②错误，⑦正确；质量数是针对某种核素即某个原子而言，而不是针对元素而言的，因一种元素往往有几种同位素，它们的质量数各不相同，⑤⑥错误。] 13．科学家发现氢元素有三种同位素原子。 (1)分别写出它们的名称：________、__________、________。 写出用作制造氢弹原料的同位素原子 ________。 (2)已知氯有两种常见同位素原子35Cl、37Cl，氯气与氢气形成的氯化氢分子的相对分子质量有________种。 (3)质量相同的HO和DO所含质子数之比为______，中子数之比为________。 解析：　(1)熟记氢的三种同位素的符号、名称及俗称。(2)氯化氢有H 35Cl、H 37Cl、D 35Cl、D 37Cl、T 35Cl、T 37Cl；但H 37Cl与T 35Cl的相对分子质量相同，所以相对分子质量有5种。(3)设质量都为1 g，HO与DO的质子数之比为∶＝10∶9，中子数之比为(×8)∶(×10)＝8∶9。 答案：　(1)氕　氘　氚　H、H(或D、T)　(2)5 (3)10∶9　8∶9 14．用X表示原子： (1)中性原子的中子数：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)中性分子或原子团的中子数：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________。 解析：　(1)N＝A－Z。 (2)x＝Z－n，故N＝A－Z＝A－x－n。 (3)x＝Z＋n，故N＝A－Z＝A－x＋n。 (4)N＝(12－6)＋2×(16－8)＝22。 (5)A2-的摩尔质量近似为m g·mol-1，质子数为m－x，故所含电子数为m－x＋2，含电子的物质的量为(m－x＋2)mol。 答案：　(1)A－Z　(2)A－x－n　(3)A－x＋n　(4)22　(5)(m－x＋2) mol 学科网（北京）股份有限公司 $$