01 第1章 第1节 第1课时 原子核 核素(基础课)-【名师导航】2024-2025学年高中化学必修第二册同步讲义(鲁科版)

第1节　原子结构与元素性质 第1课时　原子核　核素(基础课) 素养 目标 1．通过对原子结构的学习掌握原子的内部结构，明确与原子有关的一些数量之间的关系，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。 2．了解一些特殊同位素的应用，激发学习兴趣，培养“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。 旧知 回顾 1．在化学变化中，原子不能再分，它是化学变化的最小粒子。 2．原子的构成 3．核电荷数＝质子数＝核外电子数 4．以一个碳-12原子质量的1/12作为标准，任何一种原子的平均原子质量跟一个碳-12原子质量的1/12的比值，称为该原子的相对原子质量。 5．化学上，元素是具有相同核电荷数的一类原子的总称。 一、原子核 1．原子及其构成微粒 对于原子来说：核电荷数＝质子数＝核外电子数。 2．质量数 3．原子的表示方法 一般用符号表示，字母表示意义如下： 　l表示________为37、________为17、中子数为________的氯原子。 [答案]　质量数　质子数　20 二、核素 1．核素 具有相同数目的质子和相同数目的中子的一类原子。 2．同位素 (1)定义：质子数相同而中子数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 原子 氕 氘 氚续表 俗称 － 重氢 超重氢 符号 H D T 质子数 1 1 1 中子数 0 1 2 (2)分类：同位素分为稳定同位素和放射性同位素。放射性同位素最常见的应用是进行同位素示踪和用作放射源。 3．几种重要的核素 (1)、可用于制造氢弹。 (2)是核反应堆的燃料。 (3)能确定磷在植物中的作用部位的是。 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相对原子质量分别与各种核素在自然界里的丰度的乘积之和。例如，氯元素有两种核素：l，相对原子质量为34.97，其丰度为75.77%；l，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。 　(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)所有核素中都含有质子和中子。 (　　) (3)作为相对原子质量标准的原子为。 (　　) (4)核素的质量数就是核素的相对原子质量。 (　　) [答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 构成原子的微粒及其相互关系 物质是由分子、原子和离子构成的，而原子是化学变化中的最小微粒。 1．请分析14C和14N的原子结构异同点。 提示：质量数相同，质子数和中子数都不同。 2．已知钠原子的质子数是11，质量数为23，则其中子数是多少？ 提示：中子数为23－11＝12。 3．已知R原子中有b个中子，R2+核外有a个电子，则R原子的质量数是多少？ 提示：(a＋2)＋b。 1．元素符号周围数字的含义 2．理解质量数应注意的问题 (1)质量数一定为整数。 (2)质量数仅对原子而言，元素没有质量数。 (3)在计算时，可用质量数代替相对原子质量用于近似计算。 3．构成原子或离子的微粒间的三种关系 (1)质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。 (2)等量关系：对原子而言，核电荷数＝质子数＝核外电子数。 (3)大小关系 阳离子 (Rm＋) 质子数＞电子数 质子数＝ 电子数＋m 阴离子 (Rm－) 质子数＜电子数 质子数＝ 电子数－m 1．(双选)已知：①为纪念著名天文学家哥白尼，国际纯粹与应用化学联合会将112号元素的符号定为“Cn”，汉语名为“”；②合理利用核能符合“低碳经济”的要求，是核反应堆的重要原料；③锂被誉为“高能金属”，制取锂的原料是β-锂辉矿(主要成分是LiAlSi2O6和少量钙、镁杂质)。下列有关对上述表述所涉及元素的说法正确的是(　　) A．的原子核内中子数与核外电子数之差为53 B．和是同位素，核反应属于化学变化 C．40Ca2+与具有相同的电子数 D．中质子总数为80 AC　[的原子核内中子数和核外电子数分别为165、112，两者之差为53，A正确；核反应是核变化，不属于化学变化，B错误；40Ca2+和的电子数都是18，C正确；中电子总数为80，质子总数为76，D错误。] 2．某元素的一个原子形成的离子可表示为n－，下列说法正确的是(　　) A．n－含有的中子数为a B．n－含有的电子数为a－n C．原子的质量数为a＋b D．1个原子的质量约为 g D　[该离子含有的中子数为a－b，故A项错误；该离子含有的电子数为b＋n，故B项错误；原子的质量数为a，故C项错误；原子的摩尔质量近似等于a g·mol-1，1 mol 原子的质量约为a g，含有的原子个数约为6.02×1023，所以1个原子的质量约为，故D项正确。] 3．假设R元素没有同位素，R原子的质量数为A，Rm－的核外电子数为x，则W g Rm－所含中子的物质的量为(　　) A．(A－x＋m) mol　　　　　 B．(A－x－m) mol C．(A－x＋m) mol D．(A－x－m) mol C　[Rm－的核外电子数为x，则R原子的质子数是x－m。因此R的中子数是A－x＋m，所以W g Rm－所含中子的物质的量为×(A－x＋m)mol，C项正确。] 原子的质量数和相对原子质量的含义不同，但是原子的质量数一般近似等于该原子相对原子质量数值的整数部分。 元素、核素、同位素、同素异形体的辨析 化学家利比发明了利用测定年代的技术，并于1960年获得诺贝尔化学奖。是碳元素的放射性同位素，半衰期是5 730年。环境中和、的比例几乎不变，活的有机体中与稳定的碳原子的比例一定。然而，当一个有机体死去后，它就停止了与环境交换碳元素。有机体中残存的放射性没有被交换掉，而是以的特定衰变速度进行衰变。为了测定已死生物的年龄，科学家们测定残存物中与稳定碳原子的比例，并把它与活的有机体中的比例进行比较。例如，已死有机体中的比例值为活有机体比例值的一半，那么它的年龄就是的半衰期——5 730年。 1．材料中提到的、、属于同一种元素吗？确定各自含有的质子数、中子数，并判断三者是同一种核素吗？ 提示：含有的质子数是6、中子数是6，含有的质子数是6、中子数是7，含有的质子数是6、中子数是8，三者质子数相同，属于同一种元素；中子数不同，是不同的核素。 2．和互为同素异形体吗？二者是什么关系？试着列举两种碳的同素异形体。 提示：同素异形体是指由同种元素形成的不同单质间的互称，和不互为同素异形体，二者互为同位素。金刚石、石墨、C60互为同素异形体，均是碳单质。 3．、、的物理性质和化学性质是否相同？ 提示：互为同位素的不同原子，最外层电子数相同，化学性质几乎完全相同；中子数不同，质量数不同，物理性质不同。 1．元素、核素、同位素、同素异形体之间的关系 2．同位素的“六同三不同” 3．元素、核素、同位素、同素异形体的辨析 元素 核素 同位素 同素异形体 概念 具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称 具有相同数目的质子和相同数目的中子的一类原子称为核素 质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素 同种元素形成的不同单质互为同素异形体 范围 宏观概念，只有种类，没有个数，是具有相同质子数的一类原子的总称 微观概念，指元素具体的某一种原子 微观概念，指同种元素的不同种原子之间的关系 单质 特点 — 化学反应中的最小微粒 物理性质不同，化学性质几乎完全相同 组成元素相同，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 实例 、 都属于氧元素 、 是不同的核素 、 互为同位素 O2与O3互为同素异形体 1．(双选)e是最早发现的氖元素的稳定同位素，某些科学家在1913年发现了e。下列有关说法正确的是(　　) A．e和e是同素异形体 B．e和e属于不同的核素 C．e和e的性质完全相同 D．e转变为e时原子核发生了变化 BD　[e和e的质子数相同，中子数不同，互为同位素，A错误；e和e的质子数相同，中子数不同，属于不同的核素，B正确；e和e的化学性质几乎完全相同，物理性质不同，C错误；e转变为e时中子数发生了变化，中子位于原子核，D正确。] 2．下列说法正确的是(　　) A．12C、13C、14C、金刚石、石墨都是碳元素的核素 B．同种元素的原子，质量数一定相同 C．互为同位素的原子，质子数一定相同 D．由同种元素组成的物质，一定是纯净物 C　[金刚石、石墨都是由碳元素形成的单质，故A错误；同种元素的原子，质子数一定相同，中子数可能不同，则质量数不一定相同，故B错误；质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，因此互为同位素的原子，质子数一定相同，故C正确；由同种元素组成的物质，不一定是纯净物，如O2和O3组成的混合物，故D错误。] 3．随着科学技术的不断进步，研究物质的手段和途径越来越多，、H3、O4、12C60等已被发现。下列有关说法正确的是(　　) A．中含有36个电子 B．O2和O4互为同位素 C．12C60中含有720个中子 D．H2和H3互为同素异形体 D　[中的核外电子数比质子数少1，即含有的电子数为7×5－1＝34，A项错误；12C60中的中子数为(12－6)×60＝360，C项错误；质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素，同种元素形成的不同单质互为同素异形体，则O2和O4互为同素异形体，H2和H3互为同素异形体，B项错误，D项正确。] [教材　观察·思考] 目前科学家们在火星上发现了巨大的地下蓄水层，这增大了火星上存在生命的可能性。 我们知道水是由氢、氧两种元素组成的物质，在自然界中存在的氧原子和氢原子有以下六种：、、、、、。 (1)上述所给微粒中有多少种核素？ (2)上述所给微粒中互为同位素的有哪些？ (3)这些原子可以构成水分子，其可构成多少种水分子？ (4)这六种原子构成的水分子中，相对分子质量有几种情况？ [答案]　(1)一种原子就是一种核素，故有6种核素。 (2)、、互称为同位素，、、互称为同位素。 (3)、、三种原子可以形成六种组合，它们分别与16O、17O、18O三种原子形成水分子，可以构成6×3＝18种水分子。 (4)形成的18种水分子中，相对分子质量有7种情况，分别为18、19、20、21、22、23、24。 1．下列有关原子的说法正确的是(　　) ①原子是由核外电子和原子核构成的　②原子不能再分　③原子在化学变化中不能再分　④原子在化学变化中不发生变化　⑤原子的质量主要集中在原子核上 A．①②③　　 B．①③④ C．①②⑤ D．①③⑤ D　[所有原子都是由原子核和核外电子构成的，①正确；原子是由原子核和核外电子构成的，可以再分，②错误；原子是化学变化中的最小微粒，所以原子在化学变化中不能再分，③正确；原子在化学变化中可以通过得失电子变为离子，④错误；由于电子的质量很小，所以原子的质量主要集中在原子核上，⑤正确。] 2．1919年，科学家第一次实现了人类多年的梦想——人工转变元素。这个核反应如下：。下列叙述正确的是(　　) A．原子核内有9个质子 B．原子核内有1个中子 C．O2和O3互为同位素 D．通常情况下，He和N2化学性质都很稳定 D　[原子核内质子数是8，A错误；原子核内中子数是1－1＝0，B错误；O2和O3互为同素异形体，C错误；通常情况下，He和N2化学性质都很稳定，D正确。] 3．(双选)对于符号：35Cl和37Cl、H2和D2、O和O。下列有关说法正确的是(　　) A．35Cl和37Cl互为同素异形体 B．H2和D2是氢元素的两种同位素 C．35和37表示的是质量数 D．1H216O和2H218O表示不同的水分子 CD　[35Cl和37Cl是不同种原子，是氯元素的两种核素，互为同位素，A错；H2和D2是单质，B错；35Cl和37Cl中35和37表示的是质量数，C正确；1H216O由2个氕原子(1H)和1个16O构成，其质量数之和为18，而2H218O由2个氘原子(2H)和1个18O构成，其质量数之和为22，显然是不同种水分子，D正确。] 4．用以下微粒的化学式回答下列问题： ①　②i　③　④　⑤　⑥C60　⑦C70　⑧a　⑨ (1)上述微粒共涉及________种元素(填数字)。 (2)互为同位素的核素是________。 (3)上述核素中，中子数相同的核素为________和________，________和________。 [解析]　(1)质子数决定元素的种类，上述微粒中含Li、C、N、O、Na、Mg 6种元素。(2)、i的质子数均为3，中子数不同，二者互为同位素。(3)题给微粒中为核素的是、i、、、、a和，和的中子数均为8，a和的中子数均为12。 [答案]　(1)6　(2)、i　(3)　(两者可互换位置)　a　(两者可互换位置) 课时分层作业(一)　原子核　核素 (选择题只有一个选项符合题目要求) 1．在一个电中性的原子中，一定含有的微粒是(　　) A．质子，中子，电子 B．质子，中子 C．质子，电子 D．中子，电子 C　[在一个电中性的原子中，一定含有的微粒是质子和电子，但不一定含有中子，例如中不存在中子，答案选C。] 2．e广泛应用于机械的无损检测。下列关于e的说法正确的是(　　) A．质子数是75 B．中子数是34 C．电子数是34 D．质量数是109 C　[e的质子数是34，故A错误；e的中子数是75－34＝41，故B错误；原子中电子数等于质子数，e的电子数是34，故C正确；e的质量数是75，故D错误。] 3．铋(Bi)在医药方面有重要应用。下列关于和i的说法中，不正确的是(　　) A．和i都含有83个质子 B．和i互为同位素 C．和i的核外电子数相同 D．和i分别有209和210个中子 D　[铋元素的两种原子质子数和核外电子数相同，都是83，中子数不同，分别是126、127，二者互为同位素，D项错误。] 4．有六种微粒，它们分别是、、、、、，则它们所属元素的种类为(　　) A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 B　[、的质子数相同，所以是同一种元素；、的质子数相同，所以是同一种元素；是质子数为18的元素，是质子数为17的元素，所以共有4种元素。] 5．下列有关说法正确的是(　　) A．、、三种核素的中子数均为6 B．、、的物理性质相同 C．、H－、H＋均属于氢元素 D．、H－、H＋的化学性质相同 C　[、、三种核素的中子数分别为6、7、8，A错误；、、的质量数不同，中子数不同，则物理性质不同，B错误；为氢元素的一种核素，H－和H＋为两种氢离子，均属于氢元素，C正确；、H－、H＋的核外电子数分别为1、2、0，所以化学性质不同，D错误。] 6．已知R元素的某种同位素能形成化合物AmRn，其中A的化合价为＋n。该化合物中一个R微粒的核外电子数为a，核内中子数为b，则该同位素的原子符号是(　　) A． B． C． D． C　[在化合物AmRn中，A的化合价为＋n，则R的化合价为－m，其离子符号为Rm－，已知一个Rm－的核外电子数为a，则R元素的原子核内质子数为a－m，由于质量数＝质子数＋中子数，所以其质量数为a－m＋b，原子符号可表示为，C正确。] 7．我国某物理研究所取得重大科技成果，研制出由18O所构成的单质气体。18O是一种稳定的同位素，称为重氧。下列有关说法不正确的是(　　) A．1.8 g 18O构成的气体的物质的量是0.05 mol B．0.1 mol H218O所含的中子数约为6.02×1023 C．0.2 mol 18O2气体的体积约为4.48 L D．18O2的摩尔质量为36 g·mol-1 C　[1.8 g 18O构成的气体为18O2，所以其物质的量为＝0.05 mol，A项正确；一个H218O分子中所含的中子数为18－8＝10，所以0.1 mol H2 18O的中子数约为6.02×1023，B项正确；0.2 mol 18O2气体所处的状态不一定是标准状况，其体积不一定为4.48 L，C项错误；18O2的摩尔质量为36 g·mol-1，D项正确。] 8．Ⅰ．(1)写出表示含有8个质子、10个中子的原子的化学符号________。 (2)原子种类由________决定；元素种类由________决定；元素的同位素由________决定；元素的化学性质由________决定。 Ⅱ．有①、、　②H2O、D2O　③石墨、金刚石　④H、D、T四组微粒或物质，回答下列问题： (1)互为同位素的是________。 (2)互为同素异形体的是________。 (3)由①和④中微粒能结合成含三个原子的化合物，这些化合物中相对分子质量最大的是________(填化学式)。 [解析]　Ⅰ．(1)含有8个质子的原子为氧原子，含有10个中子，质量数为18，则该原子的化学符号为。(2)质子数和中子数完全相同的原子才是同种原子，否则为不同种原子；质子数相同的原子是同种元素，否则不是同种元素；只有质子数相同、中子数不同的原子才互为同位素；最外层电子数决定元素的化学性质。Ⅱ．互为同位素的应该是质子数相同而中子数不同的原子，所以答案选①④；互为同素异形体的应该是相同元素形成的性质不同的单质，答案应该选③；由①和④中微粒能结合成含三个原子的化合物，这些化合物中相对分子质量最大的应该是质量数最大的两种原子形成的分子，应该是T2。 [答案]　Ⅰ．(1)　(2)质子数和中子数　质子数　中子数　最外层电子数 Ⅱ．(1)①④　(2)③　(3)T2 (选择题有一个或两个选项符合题目要求) 9．神舟七号所用动力燃料之一为氢化锂“三兄弟”LiH、LiD、LiT。下列有关LiH、LiD、LiT的叙述正确的是(　　) A．质子数之比为1∶2∶3 B．中子数之比为1∶1∶1 C．摩尔质量之比为8∶9∶10 D．化学性质不相同 C　[LiH、LiD、LiT质子数均为4，A项错误；LiH、LiD、LiT的中子数分别为4、5、6，B项错误；LiH、LiD、LiT摩尔质量分别为8 g·mol-1、9 g·mol-1、10 g·mol-1，C项正确；LiH、LiD、LiT化学性质相同，D项错误。] 10．一种微粒的质子数和核外电子数与另一种微粒的质子数和核外电子数分别相等，则下列对这两种微粒之间的关系说法错误的是(　　) A．一定是同一种原子 B．可能是不同的分子 C．它们可能是同位素 D．可能是一种分子和一种离子 AD　[微粒可能是原子，也可能是原子团，A错误；分子中质子数＝核外电子数，离子中质子数不等于核外电子数，因此一种分子与一种离子的质子数和核外电子数不可能都相等，D错误。] 11．设某元素原子的核内质子数为m，中子数为n，则下列判断正确的是(　　) A．不能由此确定该元素的相对原子质量 B．这种元素的相对原子质量为m＋n C．若碳原子质量为w g，此原子的质量约为(m＋n)·w g D．若该元素符号为A，则该元素原子符号为m＋nmA AD　[元素的相对原子质量是按照该元素各种核素原子所占的一定百分比计算出的平均值，B项错误，A项正确；此原子的质量约为(m＋n) ×w g，C项错误；该元素原子的符号为，D项正确。] 12．科学研究表明，月球上有丰富的e资源，可开发用作未来的新型能源。 (1)e的中子数是________，e与e互称为________。 (2)α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的原子核，由此推断α粒子含有________个质子和________个中子。 (3)在e、e两种核素中，原子核内的中子数之差为________，与α粒子有相同质子数和中子数的是________。 (4)利用核聚变发电，3He是最安全的最清洁的能源，地球上3He仅有15吨左右。月球上的3He最保守估计可供全世界开采500年。地球上的氦元素主要以4He形式存在，而月球土壤中吸附着数百万吨3He。下列说法正确的是________(填标号)。 ①3He、4He的化学性质基本相同 ②3He、4He具有相同的中子数 ③3He核聚变是化学变化 ④3He液化是物理变化 ⑤3He和4He组成的气体单质，在相同条件下密度之比为3∶4 [解析]　(1)e表示质子数为2、质量数为3的一个氦原子，其中子数是3－2＝1；e与e互称为同位素。(2)根据α粒子是一个原子核可知，α粒子中不含电子，再由α粒子带有2个单位正电荷可知，其含有2个质子，进而可以根据质量数为4推断出α粒子含有2个中子。(3)e有2个质子和1个中子，e有2个质子和2个中子，故二者中子数之差为1；e有2个质子和2个中子，与α粒子有相同的质子数和中子数。(4)同位素具有相同的质子数和核外电子数、不同的中子数和质量数，故同位素的化学性质基本相同，而物理性质不同，则①正确，②错误；化学变化研究的是分子、原子之间的变化，核聚变属于核反应，不属于化学变化的范畴，③错误；3He液化没有新物质的生成，是物理变化，④正确；相同条件下，不同气体的密度之比等于摩尔质量之比，⑤正确。 [答案]　(1)1　同位素　(2)2　2　(3)1　e　(4)①④⑤ 13．请按要求填空： (1)简单原子的原子结构可用下图形象地表示： 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________(填字母，下同)。 A．①②③是三种不同的核素 B．①②③具有相同的质量数 C．①②③互为同位素 D．①②③核外电子数不同 (2)科学家已发现一种新型氢分子(H3)，则相同条件下，等质量的H3和H2相同的是________。 A．分子数　 B．原子数 C．体积 D．电子数 (3)微粒AXn＋核外有a个电子，则它的核内中子数为________。 (4)与10 g D2O含有相同电子数的NH3在标准状况下的体积是________。 (5)已知：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，将23 g钠与过量的重水(D2O)反应，产生气体的质量是________。 [解析]　(1)A项，该题运用图形形象地表示了原子的构成和原子核的构成，三种原子的质子数、电子数均为1，而中子数分别为0、1、2，因此三者是氢元素的三种核素，正确；B项，由于中子数不同，因此三者的质量数不同，错误；C项，三种核素均为H元素，互为同位素，正确；D项，同位素的质子数相同，因此电子数也相同，错误。(2)A项，分子数等于2∶3，不符合题意；B项，两种物质均由H原子构成，因此等质量的两种物质所含的H原子个数相等，符合题意；C项，相同条件下，H3与H2的体积之比等于分子数之比，等于2∶3，体积不同，不符合题意；D项，H原子数相同，因此电子数也相同，符合题意。(3)AXn＋核外有a个电子，因此AX核外有a＋n个电子，因此质子数＝a＋n，即中子数＝A－a－n。(4)D2O的相对分子质量为20，因此10 g D2O的物质的量为0.5 mol，1个氨分子和1个D2O分子均含有10个电子，因此含相同电子数时氨气的物质的量为0.5 mol，即在标准状况下的体积是11.2 L。(5)23 g钠的物质的量为1 mol，生成0.5 mol D2，D2的相对分子质量为4，因此质量为2 g。 [答案]　(1)AC　(2)BD　(3)A－a－n　(4)11.2 L　(5)2 g 1/1 学科网（北京）股份有限公司 $$