内容正文:
原子结构 元素周期律
第1章
第1节
原子结构与元素性质
学习目标
1.认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。
2.知道元素、核素的含义,了解原子核外电子的排布。
3.能画出1~20号元素的原子结构示意图,能用原子结构解释元素性质及其递变规律,并能结合实验及事实进行说明。
重点难点
重点 1.构成原子的微粒间的关系,核素和同位素的含义。
2.核外电子的排布规律。
难点 1.原子中各组成微粒之间的数量关系,核素与元素的关系。
2.从原子结构角度论证元素原子得失电子能力的比较。
续表
第一课时 原子结构
目录
新知探究(一)——原子构成 质量数
新知探究(二)——元素、核素、同位素
课时跟踪检测
6
新知探究(一)
原子构成 质量数
1.原子的构成
(1)构成微粒
原子
(2)数量关系
核电荷数=______数=__________数
[微点拨] 原子中一定有质子和电子,不一定有中子,如H;离子中一定有质子,不一定有电子和中子,如H+。
质子
核外电子
2.质量数
质子数
中子数
质子数
中子数
相对原子质量
[微点拨]
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.原子的表示方法
[微思考]
原子显电性吗?为什么?
提示:原子不显电性,因为原子核内质子所带正电荷总数等于核外电子所带负电荷总数。
4.构成原子或离子微粒间的三种关系
(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.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)1O的摩尔质量为20 g· mol-1。( )
(2)原子的质量数就是原子的相对原子质量。( )
(3)13C和15N核内中子数相差1。( )
(4)和S2-具有相同的质子数和电子数。( )
[题点多维训练]
√
×
√
√
2.(1)完成下列表格空白
质子数 __ __
中子数 __ ____
核外电子数 __ ____
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8
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8
10
(2)Co的衰变方程为Co Nie-+,其中,是反中微子,它的电荷数为0,静止质量可认为是0。
①下列关于Co的说法中,错误的是______。
A.质子数是27 B.电子数是27
C.质量数是27 D.中子数是60
②在上述衰变方程中,衰变产物Ni的质量数A为_____,核电荷数Z为____。
CD
60
28
3.带有2个单位正电荷的粒子X2+,它的质量数等于137,中子数是81,则其核外电子数为( )
A.56 B.54
C.58 D.137
√
解析:X2+的质子数=质量数-中子数=137-81=56,则X2+的核外电子数为56-2=54。
4.(2025·重庆高一检测)嫦娥五号带回的月壤中含有大量安全无污染的核聚变原料He3 (如图所示)。下列关于He3的说法正确的是( )
A.He-3是一种新元素
B.He-3原子中含有1个质子,2个电子
C.He-3原子中含有3个质子,没有中子
D.He-3原子中含有2个质子,1个中子,2个电子
√
解析:He-3属于氦元素,不属于新元素,故A错误;在原子中,质子数=核外电子数,He-3原子中含有2个质子,2个电子,故B错误;He-3原子中含有2个质子,中子数为3-2=1,故C错误;He-3原子中含有2个质子,1个中子,2个电子,故D正确。
5.某元素的一种同位素X的原子质量数为A,含N个中子,它与2H原子组成HmX分子,在a g HmX中所含质子的物质的量是 ( )
A.(A-N)mol B.(A-N+m)mol
C.(A-N+m)mol D.(A-N)mol
√
解析:HmX分子的相对分子质量是A+2m,即摩尔质量是(A+2m)g·mol-1,所以a g HmX的物质的量是 mol,而1个HmX分子中含质子数是m+A-N,所以a g HmX所含质子的物质的量是(A-N+m)mol。
新知探究(二)
元素、核素、同位素
1.元素
(1)概念:具有相同质子数(核电荷数)的一类原子的总称。
(2)决定元素种类的是_________。
质子数
2.核素
(1)概念:具有相同数目的_____和相同数目的_____的一类原子。
(2)表示方法——原子符号 。
质子
中子
(3)几种元素的核素
①氢的三种核素
核素名称 氕 氘 氚
俗称 — 重氢 超重氢
原子符号
质子数 1 1 1
中子数 0 1 2
②其他常见元素的核素
元素名称 碳 氧 铀 氯
元素符号 C O U Cl
常见核素 CC、
C OO、
O UU、
U Cl、
Cl
(4)决定原子(核素)种类的是_________和________。
质子数
中子数
3.同位素
概念 ________相同而_________不同的同一种元素的不同核素互为同位素;如HH(D)H(T)互为同位素
分类 同位素分为稳定同位素和放射性同位素
特点 ①同位素的_____性质基本相同,______ 性质有一定的差别。②天然存在的某种元素,无论是化合态还是游离态,各种同位素所占的原子个数百分比一般是______的
质子数
中子数
化学
物理
不变
4.常见同位素的用途(同位素与用途之间连线)
5.同位素的“六同三不同”
6.元素、核素、同位素、同素异形体辨析
(1)联系
(2)区别
名称
内容
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 质子数相同、中子数相同的一类原子 质子数相同、中子数不同的核素 同种元素形成的不同单质
续表
研究对象 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 化学性质几乎完全相同,物理性质有一定差异 组成元素相同,物理性质不同,化学性质相同或不同
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分别属于三种元素 HH、
H是三种核素 HH、
H互称为同位素 O2与O3互为同素异形体
续表
应用化学
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。这个湖大约有20公里宽,在一个巨大的极地冰川下,位于火星表面下1.5公里处。
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O、OOHHH。
1.上述所给微粒中有多少种核素?
提示:一种原子就是一种核素,故有6种核素。
2.这些原子可以构成水分子,其可构成多少种水分子?
提示HHH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H2O,可以构成6×3=18种水分子。
3.这六种原子构成的水分子中,相对分子质量有几种情况?
提示: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。
4.O2O 2是同位素吗?是同分异构体吗?是同素异形体吗?并说明原因。
提示:二者既不是同位素也不是同分异构体,同位素是同一元素不同原子之间的互称,二者是单质不是原子;两者也不是同素异形体,二者是同一单质:氧气,只不过两者的形成原子不同,但属于同一元素形成的同一单质,同素异形体的定义是:同一元素形成的不同单质互为同素异形体,如:氧气(O2)和臭氧(O3)才是同素异形体。
题点(一) 同位素概念的理解及应用
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Ti和Ti的说法正确的是( )
A.Ti和Ti中均含有22个中子 BTi和Ti具有相同的质子数
CTi和Ti的物理性质相同 DTi和Ti为同一种核素
[题点多维训练]
√
解析:因为质量数=质子数+中子数,Ti和Ti的中子数分别为26、28,故A错误;同一种核素是质子数相同、中子数也相同的原子Ti和Ti的质子数均为22,而中子数不同,属于不同的核素,故B正确、D错误;同位素的化学性质几乎完全相同,物理性质不同,故C错误。
√
2.下列叙述中错误的是 ( )
A.13C和14C属于同一种元素,它们互为同位素
B.1H和2H是不同的核素,它们的化学性质基本相同
C.14C和14N的质量数相等,它们的中子数不等
D.6Li和7Li的电子数相等,中子数也相等
解析:13C和14C都属于同一种元素(碳元素),二者是质子数相同、质量数不同的两种碳原子,它们互为同位素,A正确;1H和2H都是氢元素的原子,质子数相同、质量数不同,所以是不同的核素,但化学性质基本相同,B正确;14C和14N的质量数都为14,但质子数分别为6、7,它们的中子数分别为8、7,C正确;6Li和7Li的质子数都为3,电子数都为3,但中子数分别为3、4,不相等,D错误。
3. 氯只有35Cl和37Cl两种稳定同位素,它们在氯气中的原子数之比为35Cl∶37Cl =3∶1,则相对分子质量为70∶72∶74的氯气分子数之比可能是 ( )
A.5∶1∶2 B.5∶2∶2
C.9∶3∶1 D.9∶3∶2
√
解析:设相对分子质量为70、72、74的Cl2分子个数分别为X、Y、Z个,相对分子质量为70的Cl2是由 2个35Cl组成的,故X个相对分子质量为70的Cl2中含有的35Cl原子个数为 2X个;相对分子质量为72的Cl2是由一个35Cl和一个37Cl组成,故Y个相对分子质量为72的Cl2中含有的35Cl原子和37Cl原子个数分别为Y、Y个;相对分子质量为74的Cl2是由 2个37Cl组成的,故Z个相对分子质量为74的Cl2中含有的37Cl原子个数为2Z个;
因此35Cl原子有(2X+Y)个,37Cl原子有(Y+2Z)个,已知35Cl和37Cl的个数之比为3∶1,则(2X+Y)∶(Y+2Z)=3∶1,即3Y+6Z=2X+Y,解得X=Y+3Z,满足此关系就可。将X=5、Y=1、Z=2分别代入关系式X=Y+3Z,可知该式子不成立,A错误;将X=5、Y=2、Z=2分别代入关系式X=Y+3Z,可知该式子不成立,B错误;将X=9、Y=3、Z=1分别代入关系式X=Y+3Z,可知该式子不成立,C错误;将X=9、Y=3、Z=2分别代入关系式X=Y+3Z,可知该式子成立,D正确。
题点(二) “四素”辨析
4.(2025·邢台市第二中学期末)对于符号:35Cl和37Cl、H2和D2、1O和2O。下列有关说法正确的是( )
A.35Cl和37Cl是同种核素
B.H2和D2互称为同素异形体
C.1O和2O化学性质相同
D.35Cl和37Cl物理性质几乎完全相同
√
解析:35Cl和37Cl的质子数相同、质量数不同,是同种元素的不同核素,互为同位素,A错误;同素异形体是由同种元素组成的不同单质,H2和D2均为氢分子,属于同一元素形成的同一单质,不能互称为同素异形体,B错误;O均是水分子,化学性质相同,C正确; 35Cl和37Cl质子数相同、质量数不同,物理性质不尽相同、化学性质几乎完全相同,D错误。
5.(2025·祁东县期末)氟-29(29F)原子核与液氢靶相撞,敲除多余的质子,形成氧的一种稀有同位素——氧-28(28O)。下列有关说法正确的是( )
A.28O的质量为28 g
B.28O与28Si互为同位素
C.28O的中子数与质子数之差为12
D.上述将29F转化为28O的过程发生了化学变化
√
解析:28O的质量数为28,故A错误;28O与28Si质子数不同,二者不互为同位素,故B错误;28O的中子数为28-8=20,则中子数与质子数之差为20-8=12,故C正确;题述将29F转化为28O的过程生成了新元素,发生的不是化学变化,故D错误。
6.下列几种化学符号HLiCC、NaN、Mg、O2、O3。
(1)表示核素的符号共_____种。
7
C
C
解析:核素是具有一定质子数和中子数的原子,O2、O3为分子不属于核素范畴,属于核素的是HLiCCNaNMg,共7种。
(2)互为同位素的是______和________。
解析:质子数相同、中子数不同的原子互为同位素,故为CC。
(3)互为同素异形体的是______和______。
O2
O3
Na
Mg
8∶9
解析:同素异形体是指由同种元素形成的不同单质,故为O2、O3。
(4)中子数相等,但质子数不相等的核素是_______和________。
解析:Na和Mg的中子数相等,均为12,但质子数不同。
(5)质量相同的O和O所含中子数之比为________。
解析:O和O所含中子数分别为8、10,O和O的摩尔质量分别为18 g· mol-1、20 g· mol-1,设O和O的质量均为m g,则所含中子数之比为∶=8∶9。
课时跟踪检测
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解析:根据Al可知,质子数=核电荷数=13,中子数为42-13=29,根据Al的核外电子排布可知最外层电子数为3。
一、选择题
1.科学家利用粒子加速器在实验室创造出了超重铝Al,下列有关Al说法错误的是( )
A.质子数为13 B.中子数为29
C.最外层电子数为13 D.核电荷数为13
√
2.已知R2+核内共有N个中子,R的质量数为A,R2+中所含质子数为 ( )
A.A+N B.A-N-2
C.A-N+2 D.A-N
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解析:R2+的核内有N个中子,R的质量数为A,则R原子质子数为A-N,故该离子所含质子数为A-N。
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3.(2025·广州市第六中学期末) 稀土有工业“黄金”之称。下列有关稀土元素Y与Y的说法不正确的是( )
A.元素Y的原子序数为39
BY与Y的物理性质相同
C.核素Y的原子核内有52个中子
DY与Y互为同位素
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解析:稀土元素Y的左下角数字39表示质子数,与其原子序数相同,故A正确Y与Y互为同位素,物理性质不同,故B错误;核素Y的原子核内有91-39=52个中子,故C正确Y与Y的中子数分别为51、52,是Y元素的不同核素,二者互为同位素,故D正确。
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4.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是一种稳定的核素,称为重氧。下列有关说法不正确的是 ( )
A.1.8 g 18O2的物质的量是0.05 mol
B.0.1 mol O所含的中子数约为6.02×1023
C.0.2 mol 18O2的体积约为4.48 L
D.18O2的摩尔质量为36 g· mo
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解析:A中1.8 g 18O2的物质的量为=0.05 mol,A项正确;一个O分子中所含的中子数为18-8=10,所以0.1 mol O中的中子数约为6.02×1023,B项正确;0.2 mol 18O2 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· mo,D项正确。
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5.核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子相比较,下列数据前者是后者4倍的是( )
①电子数 ②最外层电子数 ③电子层数 ④次外层电子数
A.①④ B.①③④
C.①②④ D.①②③④
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解析:核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子的电子数分别是16和4,最外层电子数分别是6和2,电子层数分别是3和2,次外层电子数分别为8和2,A项正确。
√
6.通过对用14C标记的C60进行跟踪研究,医学界发现了一种C60的羧酸衍生物在特定的条件下可通过断裂DNA杀死艾滋病病毒。下列有关C60和14C的叙述正确的是 ( )
A.金刚石与C60具有相同的物理性质
B.14C转变为12C的过程属于化学变化
C.12C60与14C60互为同位素
D.12C与14C的原子中含有的中子数之比为3∶4
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解析:C60与金刚石互为同素异形体,二者物理性质不相同,故A错误;在化学变化过程中原子种类不变,14C转变为12C的过程中原子核发生了变化,不属于化学变化,故B错误;12C60与14C60属于单质,不属于原子,不互为同位素,故C错误;中子数=质量数-质子数,12C与14C的原子中含有的中子数分别为6、8,中子数之比为3∶4,故D正确。
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7.已知阳离子R2+的原子核内有n个中子,原子的质量数为m,则w g R2+所含电子的物质的量为 ( )
A.(m-n-2) mol B. mol
C. mol D.(m-n+2) mol
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解析:原子的质量数=中子数+质子数,原子中,质子数=核外电子数,R2+中所含电子数为(m-n-2),w g R2+的物质的量为n= mol,所含电子数为(m-n-2) mol。
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8.1911年,卢瑟福做了用α粒子He)X原子核的实验,实现了原子核的人工转变,发现了质子HeX YH。其中Y的某种单质可用作自来水消毒剂。下列说法错误的是( )
A.X与Y均能与氢组成含18电子的化合物
B.Y存在YYY多种同位素
CY与X的中子数相同
D.该转化过程不属于化学反应
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解析:Y的质量数为17,Y的某种单质可用作自来水消毒剂,则该单质为臭氧,所以Y为O元素,Y的质子数为8,则Z=7,则X为N元素,据此分析解答。由分析可知,X为N,Y为O,可以形成H2O2和N2H4含18电子的化合物,故A正确;16O、17O、18O互为同位素,故B正确;根据质量守恒定律,W=14,14N有7个中子,17O有9个中子,故C错误;该转化过程中原子核发生了变化,不属于化学变化,故D正确。
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9.(2025·日照高一期末)氢有氕、氘、氚三种同位素,通过XHe
OHYHe OH反应可以人工合成氘和氚。下列说法正确的是( )
A.Y的中子数为8
B.X、Y互为同素异形体
C.产生O的反应为化学反应
D.氘和氚具有放射性,不能用于示踪研究化学反应历程
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解析:由核反应前后质子数和质量数均不变,可得Y的质子数为7,质量数为15,又质量数=质子数+中子数,所以Y的中子数为8,故A正确;由上述核反应可得X的质子数为7,质量数为14,所以X、Y互为同位素,故B错误;产生O的反应为核反应,不属于化学反应研究的范畴,故C错误;氘不具有放射性,故D错误。
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10.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121.760,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同位素,则121.760是 ( )
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A.按照锑的各种天然同位素的质量数与这些同位素所占的原子百分比计算出来的平均值
B.按照锑的各种天然同位素的相对原子质量与这些同位素所占的原子百分比计算出来的平均值
C.一个锑原子的质量与12C原子质量的的比值
D.锑元素的质量与12C原子质量的的比值
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解析:元素的相对原子质量为各种天然同位素的相对原子质量与这些同位素所占的原子百分比计算出来的平均值,故A错误,B正确;一个锑原子的质量与12C原子质量的的比值,为该锑原子的相对原子质量,故C错误;元素为一类原子的总称,锑元素的质量是不确定的,故D错误。
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11.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是 ( )
A.2.0 g O与D2O的混合物中所含中子数一定为NA
B.等物质的量的水与重水(D2O)含有的中子数之比为4∶5
C.18 g D2O和18 g H2O中含有的质子数均为10NA
D.H3O+、N、Na+这三种粒子中所具有的质子数和电子数均相同
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解析:1个O分子和1个D2O分子均含有10个中子,二者的摩尔质量均为20 g· mo,则2.0 g O与D2O的混合物的总物质的量为0.1 mol,所含中子数为NA,A正确;1个H2O分子和1个D2O分子分别含有8个和10个中子,故等物质的量的水和重水所含中子数之比为4∶5,B正确;18 g D2O的物质的量为0.9 mol,则所含质子数为9NA,C错误;H3O+、N、Na+这三种粒子中所含质子数均为11,电子数均为10,D正确。
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12.载人飞船所用动力燃料之一为氢化锂三兄弟:LiH、LiD、LiT,其中Li的质量数为7,下列有关叙述不正确的是( )
A.等质量的三种物质质子数之比为1∶1∶1
B.等物质的量的三种物质中子数之比为4∶5∶6
C.等物质的量的三种物质摩尔质量之比为8∶9∶10
D.三种物质的化学性质基本相同
√
12
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4
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9
10
11
13
14
15
3
解析:LiH、LiD、LiT质子数相同、摩尔质量不同,等质量的三种物质的物质的量不同,质子数之比也不相同,A项错误;LiH、LiD、LiT中子数分别为4、5、6,等物质的量的三种物质中子数之比为4∶5∶6,B项正确;质量数数值与相应原子摩尔质量相同,LiH、LiD、LiT摩尔质量数值分别为8、9、10,等物质的量的三种物质摩尔质量之比为8∶9∶10,C项正确;H、D、T都是氢元素的原子,化学性质基本相同,物理性质不同,故三种物质的化学性质基本相同,D项正确。
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二、非选择题
13.(7分)近年来,科学家通过粒子加速器进行了一周的实验,获得了6个非常罕见的Fe原子,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,即有一个原子同时放出两个质子的衰变方式。回答下列问题:
(1)Fe原子的核内中子数为_____,该原子的核外电子数为
____。
19
26
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3
(2)某同学认为Fe在一定条件下也可与氧气反应,他的判断依据是_________________________________________________。
Fe与Fe的核外电子数相同,化学性质几乎完全相同
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3
14.(11分) 我国展开“嫦娥探月”工程,向月球发起探索。2020年嫦娥五号一次带回1 700多克月壤样本。研究表明,月球上有丰富的He资源,可开发用作未来的新型能源。
(1)He与He的原子结构不同之处:___________。
中子数不同
解析:He与He具有相同的质子数,不同的中子数,它们的原子结构不同之处是中子数不同。
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(2)α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的氦离子,由此推断一个α粒子含有____个中子和___个电子,α粒子是 ______ (填正或负离子),它的结构示意图为 _____。
2
0
正离子
解析:α粒子带2个单位正电荷,是正离子;核电荷数=质子数=核外电子数=2,中子数=质量数-质子数=4-2=2;α粒子带2个单位正电荷,所以不含电子;它的结构示意图为 。
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3
(3)利用核聚变发电,3He是最安全的最清洁的能源,下列说法正确的是______。
A.3He、4He的化学性质基本相同
B.3He、4He具有相同的电子数
C.3He核聚变是化学变化
D.3He液化是化学变化
AB
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3
解析:3He和4He互为同位素,化学性质基本相同,故A正确;3He、4He具有相同的电子数,中子数不同,故B正确;核聚变时原子核发生变化,不属于化学变化,故C错误;液化是状态改变,属于物理变化,故D错误。
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3
(4)同温同压下,下列关于氦气和氧气的叙述中,正确的是____。
①氦气和氧气所含的分子数相同
②氦分子间的平均距离和氧分子间的平均距离几乎是相等的
③氦分子与氧分子的大小几乎相同
④氦分子和氧分子本身大小对于气体体积影响可以忽略不计
⑤氦气与氧气的密度之比等于32∶4
A.①② B.②④ C.③⑤ D.②③
B
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3
解析:没说明体积是否相等,无法确定氦气和氧气所含的分子数是否相同,故①错误;同温同压下,气体分子间的平均距离几乎是相等的,故②正确;氦原子与氧原子大小不同,所以氦分子与氧分子的大小不同,故③错误;分子直径远远小于分子之间距离,所以分子直径大小不影响气体体积大小,则氦分子和氧分子本身大小对于气体体积影响可以忽略不计,故④正确;同温同压下,气体密度之比等于摩尔质量之比,氦气与氧气的密度之比等于4∶32,故⑤错误。
15.(14分)计算填空(用表示原子)
(1)中性原子的中子数N=______。
(2)AXn+共有x个电子,则该阳离子的中子数N=________。
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3
A-Z
A-x-n
解析:(2)AXn+共有x个电子,中性原子X的电子数为x+n,则N=A-x-n。
(3)AXn-共有x个电子,则该阴离子的中子数N=________。
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A-x+n
22
解析:AXn-共有x个电子,中性原子X的电子数为x-n,则N=A-x+n。
(4)12C16O2分子中的中子数N=______。
解析:12C16O2分子中的中子数为6+8+8=22。
(5)A2-原子核内有x个中子,其质量数为m,则n g 所含电子的物质的量为____________。
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3
mol
解析:A2-所含电子数为m-x+2,则n g 所含电子的物质的量为 mol。
(6)常温下,16 g O2O3的混合气体中原子的物质的量为_______。
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3
1 mol
6
解析:O2O3均是由同一种氧原子形成的单质,则常温下,16 g O2O3的混合气体中原子的物质的量为=1 mol。
(7)由1H、2H和16O、18O构成的水分子有____种。
解析:由1H、2H和16O、18O构成的水分子有2O、2O、1O、1O、1H2H16O、2H1H18O,共6种。
本课结束
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H
H或D
H或T
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