高中化学人教版 (2019)必修 第一册第一节 原子结构与元素周期表学案

2022-2023学年高一化学同步学习高效学与练（自主学案）

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

第3课时  核素

课程学习目标

1.了解元素、核素和同位素的含义。

2.了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。

3．熟悉X中各微粒数间的关系。

学科核心素养

通过对“X”的学习，培养宏观辨识和微观探析能力。

【知识回顾】

1．元素是指原子核内__质子数(核电荷数)__相同的一类原子的总称。

2．原子一般由__质子__、__中子__和__核外电子__构成，其中__质子__数等于__核外电子__数。

3．碳原子、氯原子中的质子数分别为__6__、__17__，Na＋、Cl－中的电子数分别为__10__、__18__。

4．金刚石和石墨、O2和O3互为__同素异形体__。

【新知学习】

一．原子的表示

在化学上，我们为了方便地表示某一原子，在元素符号的左下角标出其质子数，左上角标出其质量数：X

【思考】它表示的含义是什么？

质子数为1，质量数为1的氢原子。

【科学探究】1．填写下表，总结A与相对原子质量的关系。

2．原子形成离子之后构成原子的微粒哪些发生了变化？如何改变？质量数呢？

原子失去电子后，质子数多于核外电子数，形成阳离子，带正电；

原子得到电子后，质子数少于核外电子数，形成阴离子，带负点。质量几乎不改变。

【课堂练习】1．完成表格1

2．完成表格2

【总结和比较】：和 中的质子数、中子数、质量数和电子数。

     质子数Z  中子数A-Z  质量数A  电子数Z-N         

       质子数Z  中子数A-Z  质量数A  电子数Z+N              

二．核素和同位素

核素： 把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子称为核素。一种原子即为一种核素  

有的元素有多种核素，如H元素  C元素；有的元素只有一种核素如：Na元素。

同位素： 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素     

如H,D,T 三种核素都是氢的   同位素    。同位即指核素的质子数相同，在周期表中占有         的位置。互为同位素的核素化学性质 相同   ，物理性质有的相同或相近，有的差别很大。

【思考与交流】

1．元素、核素、同位素的不同和联系。在周期表中收入了118种元素，是不是就只有118种原子呢？

不是，有的元素存在同位素，有多种核素。原子种类多于118种。

2．Cl元素有两种天然同位素 、。

⑴在形成的Cl2分子中，会有 3 种不同的分子，它的相对分子质量分别为  70  、  72  、  74  。

⑵从原子的组成看，原子的质量数均为整数，但氯元素的相对原子质量却是35.5，这是为什么？

这是根据三种核素在自然界中的丰度，计算的平均相对原子质量。

【注意】同素异形体

同种元素形成的不同单质；如O2和O3为同素异形体。

三．相对原子质量的计算

1.原子的相对原子质量（1）含义：原子的相对原子质量是该同位素的一个原子的质量与12C质量的1/12的比值。

（2）计算公式：原子的相对原子质量==

（3）常用关系：原子的近似相对原子质量===质量数

2.元素的相对原子质量

（1）元素的平均相对原子质量：

①含义：根据各种核素的相对原子质量和它们在原子总数中所占的组成分数计算平均值。

②计算公式 ==A*a%+B*b%+C*c%+ …… 其中A、B、C分别为各同位素的相对原子质量；a%、b%、c%分别为自然界中各种同位素所占的原子的含量或原子个数的组成分数，是元素的平均相对原子质量。

③实例：如氧有三种天然同位素，它们的同位素原子的相对原子质量和各同位素原子含量（即原子个数百分比）的数据分别为：

15.995  99.759%     16.999  0.037%       17.999  0.204% 

则氧元素的相对原子质量为： == 15.995×99.759%+16.999×0.037%+17.999×0.204% == 15.999

④元素的近似相对原子质量

可根据各种核素（同位素）的质量数按上法计算

【知识进阶】

原子结构与微粒数目间的关系“四同”概念比较

问题探究：

1．质子数相同而中子数不同的微粒一定是同位素吗？

2．同位素在周期表中位于同一位置，那么在周期表中位于同一位置的元素一定为同位素吗？

探究提示：1.不一定，如Ne和H2O中质子数相同，中子数不同，但二者不是同位素。

2．不一定。因为同位素的质子数(原子序数)相同，所以在周期表中位于同一位置；但在周期表中位于同一位置的镧系和锕系元素，因其质子数不同，不属于同种元素，不属于同位素。

【知识归纳总结】

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

3．微粒的符号表示

质量数质子数元素化合价离子所带电荷数原子个数

4．元素、核素、同位素和同素异形体的区别和联系：

(1)区别

(2)联系

2．同位素的“六同三不同”

←――→

点拨：同位素、同素异形体的判断和理解

(1)同种元素可以有多种不同的核素，即可存在不同的原子，所以元素的种类数远小于原子的种类数。

(2)1H2、1HD是由氢元素的不同同位素形成的氢气单质，既不属于同位素，也不属于同素异形体。

(3)判断某微粒是同位素还是同素异形体，关键是要确定微粒的类别。只有原子才可能是同位素，单质才可能是同素异形体。

【典例】核素是具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。下列说法错误的是(　 　)

A．H、H、H＋和H2是氢元素的四种不同粒子

B．Ca和Ca、石墨和金刚石均为同素异形体

C．H和H是不同的核素

D．12C和14C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同

【答案】B

【解析】

A项中的四种微粒是氢元素的四种不同粒子，H和H是质子数均为1，中子数不等的不同的氢原子，它们是不同的核素，12C和14C由于其质子数均为6，而中子数分别为6和8，故它们互为同位素，同理，Ca和Ca也互为同位素，其物理性质不同，但化学性质几乎完全相同；金刚石与石墨是由碳元素组成的不同的单质，它们互为同素异形体。

〔变式训练〕用X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＝__________。

(3)AXn－共有x个电子，则该阴离子的中子数N＝__________。

(4)12C16O2分子中的中子数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______________。

【答案】A－Z     A－x－n    A－x＋n   22    mol

【解析】

(1)根据“质子数＋中子数＝质量数”的关系，得N＝A－Z。(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)AX n－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分子中的中子数为6＋8＋8＝22。(5)A2－所含电子数为m－x＋2，则n g A2－所含电子的物质的量为 mol。

【效果检测】

1．下列核素中，中子数和质子数相等的是 (    )

①18O；②12C；③26Mg；④40K；⑤32S

A．①② B．②⑤ C．只有④ D．③④

【答案】B

【解析】

①18O的质子数8，中子数为18-8=10，故①错误；

②12C的质子数6，中子数为12-6=6，故②正确；

③26Mg的质子数12，中子数为26-12=14，故③错误；

④40K的质子数19，中子数为40-19=21，故④错误；

⑤32S的质子数16，中子数为32-16=16，故⑤正确；

中子数和质子数相等的是②⑤，故选B。

2．某种元素原子的质量是ag，12C原子的质量是bg，NA是阿伏加德罗常数的值，下列说法不正确的是（    ）

A．由已知信息可得NA=

B．Wg该原子中含有个该原子

C．Wg该原子的物质的量一定是mol

D．该原子的摩尔质量是aNAg

【答案】D

【解析】

A．一个原子的质量为bg，个原子的质量为12g，可得，故A正确；

B．一个该原子的质量是ag，则Wg该原子的原子数目为，故B正确；

C．该原子的摩尔质量为，Wg该原子的物质的量为，故C正确；

D．摩尔质量的单位是'，故D错误；

综上所述，答案为D。

3．近年来我国政府强化了对稀土元素原料的出口管制，引起了美、日等国家的高度关注与不满。所谓“稀土元素”是指镧系元素及第五周期ⅢB族的钇(39Y)，它们被称为“工业味精”。它们在军工生产、高科技领域中有极为重要的作用，下列有关“稀土元素”的说法正确的是              (　　)。

A．它们的原子核外均有5个电子层

B．它们的原子最外层均含有3个电子

C．它们均是金属元素

D．76Y、80Y中子数不同，化学性质不同

【答案】C

【解析】

A．镧系元素属于第六周期，而周期序数等于电子层数，则原子核外有6个电子层，选项A错误；

B．过渡元素最外层电子均只有1-2个，选项B错误；

C．过渡元素均为金属元素，选项C正确；

D．76Y、80Y互为同位素，化学性质几乎相同，选项D正确；

答案选C。

4．下列说法正确的是(    )

A．红磷转化为白磷，属于物理变化

B．石墨导电、金刚石不导电，故二者不是同素异形体

C．O2和O3分子式不同，结构相同

D．单质硫有S2、S4、S6等，它们都是硫的同素异形体

【答案】D

【解析】

A、红磷变成白磷，有新物质生成，属于化学变化，A错误；

B、石墨和金刚石是由碳元素构成的不同单质，属于同素异构体，B错误；

C、氧气和臭氧和分子式不同，结构也不同，C错误；

D、S2、S4、S6等都是硫元素形成的不同单质，属于硫的同素异形体，D正确。

答案选D。

5．意大利科学家最近合成了一种新型的氧分子，其化学式为O4，对其说法正确的是(    )

A．O4是一种化合物

B．O4是由O2组成的混合物

C．O4 和 O2互为同素异形体

D．一个 O4 分子由 2个O2分子构成

【答案】C

【解析】

A. O4只含有氧元素，属于单质，A错误；

B. O4是具有明确化学式的单质，属于纯净物，B错误；

C. O4和 O2属于同种元素形成的不同单质，互为同素异形体，C正确；

D. 一个 O4分子由 4个O原子构成，D错误。

答案为C。

6．13C﹣NMR（核磁共振）、15N﹣NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，Kurt Wu thrich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互为同位素

C．15N与14N互为同位素

D．15N的核外电子数与中子数相同

【答案】C

【解析】

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. C60是碳元素组成的单质，不是原子，不是13C的同位素，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；

故选C。

7．最近，美伊关系风云变化，2020 年 1 月 6 日，伊朗宣布中止履行伊核协议。重水（D2O） 是重要的核工业原料，下列有关说法错误的是 (    )

A．H2O 与 D2O 互称同素异形体 B．氘（D）原子核外有 1 个电子

C．1H 与 D 互称同位素 D．1H218O 与 D2O 的相对分子质量相同

【答案】A

【解析】

A．H2O 与 D2O均为水，属于化合物，不互为同素异形体，A错误；

B．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，B正确；

C．1H与D具有相同质子数、不同中子数，二者互称同位素，C正确；

D．1H218O的相对分子质量为：1×2+18=20， D2O的相对分子质为2×2+16=20， D正确；

故选A。

8．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，N、H3、O4、12C60等已被发现。下列有关说法正确的是（    ）

A．N中含有36个电子 B．O2和O4互为同位素

C．12C60中含720个中子 D．H2和H3互为同素异形体

【答案】D

【解析】

A.中含有的电子数为，A错误；

B.和是由氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，B错误；

C.每个12C原子含有6个中子，则中含有的中子数为，C错误；

D.和是由氢元素组成的不同单质，互为同素异形体，D正确；

答案选D。

9．在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮。后来科学家利用，又制出、、、及含的化合物等。下列说法正确的是(    )

A．、、、都是氮的同位素

B．是化学变化

C．高聚氮与、、、、互为同素异形体

D．NO和互为同素异形体

【答案】B

【解析】

A.、、、都是氮元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故A错误；

B.转化为的过程中有新物质生成，属于化学变化，故B正确；

C.同素异形体是同种元素形成的不同种单质的互称，是阳离子，不是单质，与、、、互为同素异形体，故C错误；

D.同素异形体是同种元素形成的不同种单质的互称，NO和是化合物，不互为同素异形体，故D错误；

故选B。

10．科学家们发现氢元素有三种同位素原子。

（1）分别写出它们的名称：________、________、___________。写出用做制造氢弹原料的同位素原_____________。

（2）已知氯有2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________，电解产生的氢气在同温同压下体积之比为________。

【答案】氕    氘    氚    D、T    5    10:9    8:9    10:9   

【解析】

【分析】

(1) 同位素具有相同的质子数，不同中子数，其质量数不同，氢有三种同位素1H、2H、3H，2H和3H都是制造氢弹的原料；

(2) 氢原子有三种同位素和氯原子有两种同位素，它们两两结合生成氯化氢进行判断；

(3) 先计算H2O和D2O的物质的量，再计算分子中质子数之比和中子数之比；

【详解】

(1) 氢元素质子数为1，具有相同的质子数，不同中子数互称为同位素，氢有三种同位素，分别为：1H氚（氢）、2H氘（重氢）、3H氚（超重氢），其中2H和3H都是制造氢弹的原料，故答案为：氕、氘、氚；D、T；

(2) 氢原子有三种同位素H、D、T，氯原子有两种同位素35Cl、37Cl，故氯化氢分子可能为：H35Cl、H37Cl、D35Cl、D37Cl、T35Cl、T37Cl，相对分子质量分别为：36、38、37、39、38、40，则形成的氯化氢分子的相对分子质量种类有5种，故答案为：5；

(3) 质量相同的H216O和D216O的物质的量之比为，所以质子数之比为10：9，中子数之比为10×8：9×10=8：9，电解产生的氢气来源于水中的H和D，故在同温同压下体积之比为等于物质的量之比，即10：9，故答案为：10：9；8：9；10：9。