1、第 1 节 原子结构第 1 课时 原子核 核素学习目标定位 1.了解原子的结构，知道AZX 的含义，掌握构成原子的各微粒数的关系。2.知道元素、核素、同位素的含义及其区别。一、原子的构成1构成原子的微粒有电子、质子和中子，其中质子和中子构成原子核。微粒电子质子中子质量/kg9.10910311.67310271.6751027相对质量0.5481031.0071.008电量/C1.60210191.60210190电荷110N 原子中微粒数77根据表中数据，讨论下列问题：(1)决定原子质量的微粒有哪些？答案 质子和中子。(2)若一个质子和一个中子的相对质量都近似等于 1，则原子的相对质量又近似
2、等于什么？答案 等于质子数与中子数之和，这个数值叫做质量数，用 A 表示。(3)在原子中质子数、中子数、核外电子数、核电荷数、原子序数、质量数之间的关系如何？答案 质子数核电荷数原子序数核外电子数，质量数质子数中子数。(4)原子为什么显电中性？答案 因为原子核所带正电荷数与核外电子所带负电荷数相等。2原子组成表示方法一般用符号AZX 表示，字母表示意义如下：如3717Cl 表示质量数为 37、质子数为 17、中子数为 20 的氯原子。根据质量数和质子数可计算出中子数，所以根据符号AZX，就知道了该元素原子原子核的组成情况。1原子及构成微粒原子原子核质子：带有一个单位正电荷中子：不带电核外电子：
3、带有一个单位负电荷2原子、离子组成中的数量关系(1)核电荷数质子数核外电子数。(2)质量数(A)质子数(Z)中子数(N)。(3)阳离子中：质子数核电荷数核外电子数离子电荷数。(4)阴离子中：质子数核电荷数核外电子数离子电荷数。3原子的相对原子质量(Ar)原子质量m126C12质量数(A)。关键提醒(1)11H 原子不含中子。(2)原子的种类由质子和中子共同决定。1据新华社报道，我国科学家首次合成了 B 一种新核素镅(23595Am)，这种新核素同铀(23592U)比较，下列叙述正确的是()A具有相同的质子数B原子核中具有相同的中子数C具有相同的质量数D原子核外电子总数相同答案 C解析 2359
4、5Am 的质子数是 95，质量数为 235，核外电子数为 95，中子数是 23595140；23592U 的质子数是 92，质量数为 235，核外电子数为 92，中子数是 23592143，它们的质量数都是 235，只有 C 项正确。易错警示 不同元素原子的质量数可能相同；原子种类由质子数和中子数共同决定，而不是由质量数决定。2用AZX 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 A
5、2所含电子的物质的量为_。答案(1)AZ(2)Axn(3)Axn(4)22(5)nmx2mmol解析 根据“质子数中子数质量数”的关系可知：(1)NAZ。(2)AXn共有 x 个电子，中性原子 X 的电子数为 xn，则 NAxn。(3)AXn共有 x 个电子，中性原子 X 的电子数为 xn，则 NAxn。(4)12C16O2 分子中的中子数为 68822。(5)A2所含电子数为 mx2，则 n g A2所含电子的物质的量为nmx2mmol。方法规律 原子的相对原子质量近似等于原子的质量数；简单离子(如3717Cl)的质量数与原子(3717Cl)的质量数相等。二、核素1填写下表原子126C136
6、C146C质量数121314质子数666中子数678核外电子数6662.分析上表，回答下列问题：(1)三种碳原子结构上的相同点是质子数相同，核外电子数相同。(2)三种碳原子结构上的不同点是中子数不同，质量数也不同。(3)通过上表分析可知，三种碳原子的质子数都是 6，因而都属于碳元素，但中子数不相同，它们属于不同的核素。(4)126C、136C、146C 它们之间的关系是互为同位素。3请将下列核素与其用途连线。126C a考古中推断生物体的存在年代146Cb核反应堆的燃料21H 和31Hc相对原子质量的标准原子23592Ud同位素示踪3215Pe制造氢弹答案 c；a；e；b；d归纳总结1元素、核
7、素、同位素和同素异形体的区别与联系(1)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质子数、中子数都一定的原子质子数相同、中子数不同的核素同种元素形成的不同的单质范畴同类原子，存在游离态、化合态两种形式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由同位素组成的单质，化学性质几乎相同，物理性质不同由一种元素组成，可独立存在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、N 三种元素11H、21H、31H 三种核素23492U、23592U、23892U互为同位素石墨与金刚石(2)联系2同位素的性质(1)同一种元素的各种核素化学性质几乎相同，物理性
8、质有一定的差异。(2)天然存在的某元素的核素，不论是游离态还是化合态，各种核素所占的原子个数百分比一般是不变的。关键提醒(1)元素可以有若干种核素，也可以只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(2)多数元素有同位素，个别元素没有同位素。(3)不同核素间的转化不属于化学变化，而属于核反应。3科学家通过用 14C 标记的 C60 发现了一种 C60 的羧酸衍生物，它在特定条件下可以通过断裂 DNA 分子来抑制艾滋病毒。下列有关 14C 的叙述正确的是()A14C 与 12C60 的碳原子化学性质不同B14C 与 14N 核内中子数相同C14C 与 12C60 互为同素异形体D14C 与 12C
9、、13C 互为同位素答案 D解析 决定原子化学性质的最主要因素是核电荷数和核外电子数(特别是最外层电子数)，14C与 12C 核电荷数、核外电子数完全相同，仅核内中子数不同，则 14C 与 12C60 的碳原子化学性质基本相同，A 项错误；14C、14N 核内中子数分别为 8 和 7，B 项错误；同素异形体是指由同种元素形成的不同单质，而 14C 是碳元素的一种原子(核素)，12C60 是碳元素的一种单质，C项错误。易错警示 同位素与同素异形体判断的关键：同位素的研究对象是原子，而同素异形体的研究对象是单质，其结构不同。如 D2O 和 H2O,16O2 和 18O2,16O3 和 18O2 都
10、不是同位素。D2O 和H2O、16O2 和 18O2 都不是同素异形体，16O3 和 18O2 是同素异形体。4下列说法错误的是()A.11H、21H、H和 H2 是氢元素的四种不同微粒B.4020Ca 和4220Ca、金刚石和石墨分别互为同位素C.11H 和21H 是不同的两种核素D.126C 和146C 互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎相同答案 B解析 A 项，四种粒子是氢元素的四种不同微粒，正确；B 项，金刚石和石墨是由碳元素组成的不同单质，它们互为同素异形体，错误；C 项，11H 和21H 是质子数均为 1、中子数不同的氢原子，它们是不同的核素，正确；D 项，126C 和146
11、C 的质子数均为 6，而中子数分别为 6 和8，故它们互为同位素，其物理性质不同，化学性质几乎完全相同，正确。易错警示 由同位素组成的单质或化合物的化学性质相同，物理性质不同。5230Th 和 232Th 是钍的两种同位素，232Th 可以转化成 233U。下列有关 Th 的说法正确的是()ATh 元素的质量数是 232BTh 元素的相对原子质量是 231C232Th 转换成 233U 是化学变化D230Th 和 232Th 的化学性质相同答案 D解析 Th 有质量数为 230、232 的两种核素，不能说 Th 元素的质量数为 232，A 项错误；元素的相对原子质量是由各种同位素的相对原子质量
12、与其百分含量求得的平均值，B 项错误；化学变化是生成新物质的变化，原子不变，C 项错误；同位素的物理性质可以不同，但同位素的质子数和核外电子数相同，故化学性质相同，D 项正确。易错警示(1)元素的相对原子质量是由各种同位素的相对原子质量与百分含量求得的平均值，某核素的相对原子质量近似为该核素的质量数，而不是该元素的相对原子质量。(2)由于多数元素有不同的核素，因此不能说元素的质量数，而可以说是某原子或某核素的质量数。(3)原子是化学变化中的最小微粒，核素之间的转化不属于化学变化。1.23592U 是重要的核工业原料，下面列出该原子核内中子数与核外电子数之差的数据正确的是()A51B92C143
13、D235答案 A解析 23592U 质子数为 92，质量数为 235，原子核内质子数原子核外电子数，质量数质子数中子数。所以原子核内中子数与核外的电子数的差为(23592)9251。2在 ROn3 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是()AAxn48BAxn24CAxn24DAxn24答案 B解析 R 的质子数为 x83nx24n，所以其中子数为 Ax24n，B 项正确。316O 和 18O 是氧元素的两种核素，NA 表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是()A16O2 与 18O2 是氧元素的两种核素B16O 与 18O 核外电子排布方式不同C通过化
14、学变化可以实现 16O 与 18O 之间的相互转化D标准状况下，1.12 L 16O2 和 1.12 L 18O2 均含有 0.1NA 个氧原子答案 D解析 核素是指具有一定数目质子和中子的原子，16O2 与 18O2 都是氧气的单质，A 项错误；16O 与 18O 核外电子数相等，核外电子排布也相同，B 项错误；16O 与 18O 之间的转化是原子核的变化，不是化学变化，C 项错误；标准状况下，1.12 L 16O2 和 1.12 L 18O2 的物质的量均为 0.05 mol，含有的氧原子数均为 0.1NA，D 项正确。4锎是锕系中的一种元素，1 mg 锎(25298Cf)每秒钟约能释放出
15、 2.34109 个中子，在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关说法错误的是()A.25298Cf 的摩尔质量为 252B.25298Cf 和25498Cf 互为同位素C.25298Cf 中，质子数和电子数均为 98D.25298Cf 的中子数与质子数之差为 56答案 A解析 25298Cf 的摩尔质量为 252 gmol1，A 项错误；25298Cf 与25498Cf 互为同位素，B 项正确；25298Cf原子中，质子数和电子数相等，均为 98，C 项正确；25298Cf 的中子数与质子数之差为(25298)9856，D 项正确。5已知 R2核内共有 N 个中子，R 的质量数为 A，确
16、定 m g R2中含有电子的物质的量为()A.mANAmolB.mAN2AmolC.mAN2AmolD.mAN2Amol答案 C解析 R2核外电子数为(AN2)，m g R2的物质的量为m gA gmol1mA mol，m g R2中含有电子的物质的量为mA(AN2)mol。6(1)在63Li、73Li、2311Na、2412Mg、146C、147N 中：_和_互为同位素；_和_的质量数相等，但不能互称同位素；_和_的中子数相等，但质子数不等，所以不是同一种元素。(2)在下列基本粒子中：1H、2H、3H、234U、235U、238U、40K、40Ca、Cl2、14N、14C。它们分属_种元素，
17、属于氢元素的核素有_种；互为同位素的为_、_；质量数相等的为_；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_种；可得相对分子质量不同的水分子为_种。(3)质量相同的 H162 O 和 D162 O 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_，质量之比为_。答案(1)63Li 73Li 146C 147N 2311Na 2412Mg(2)7 3 1H、2H、3H 234U、235U、238U 40K、40Ca；14N、14C 18 7(3)109 89 109 59解析(1)6Li 与 7Li 质子数相同，
18、中子数不同；14C 与 14N，质子数不同，不能互为同位素；23Na与 24Mg 中子数相同，质子数不同。(2)题列粒子分属 H、U、K、Ca、Cl、N、C 7 种元素。1H、2H、3H 属于氢元素的 3 种不同核素，且互为同位素。234U、235U、238U 属于铀元素的3 种不同核素，也互为同位素。40K 和 40Ca 质量数都为 40；14N 和 14C 质量数都为 14。H2O可以看作两个氢原子结合一个氧原子，首先是两个氢原子的组合方式有以下几种共 6 种组合方式，每一种结合氧原子的可能性有 3 种(168O、178O、188O)，这样水的种类共有：6318 种，其相对分子质量分别为
19、18、19、20、21、22、23、24 共 7 种。(3)设质量都为 1 g，H162 O 与 D162 O 的质子数之比为 118 120109，中子数之比为(1188)(12010)89，电解产生的氢气同温同压下的体积比即为物质的量之比为 118 120109，质量比为(1182)(1204)59。基础过关题组 1 原子组成及其微粒间的数量关系1关于微粒3717X，下列说法正确的是()A该微粒的中子数为 17B该微粒的核外电子数为 17C该微粒的中子数为 20D该微粒的质子数为 37答案 C解析 3717X表示质子数为 17，中子数为 20，核外电子数为 18 的氯离子，C 项正确。2受
20、台风影响，日本福岛在 2013 年 10 月 11 日排泄废核污染水，经测定周围海域13153I 和13755Cs含量升高，关于这两种微粒的说法正确的是()A.13153I 通过化学反应生成13755CsB.13153I 比13755Cs 少 6 个中子C.13755Cs 核外电子数为 88D.13153I 核内中子数为 78答案 D3德国某研究所在高能加速器中，将7030Zn 撞入一个20882Pb 的原子核并释放出一个中子后，合成一种人造超重元素的原子。该元素原子内中子数为()A278B277C166D165答案 D解析 7030Zn20882Pb277112X10n，所以该元素原子内中子
21、数为 277112165。4某元素的一个原子形成的离子可表示为baXn，下列说法正确的是()A.baXn含有的中子数为 abB.baXn含有的电子数为 anCX 原子的质量数为 abnDX 原子的质量约为b6.021023 g答案 D解析 中子数质量数质子数，为(ba)，A 项错误；该离子含有的电子数为(an)，B 项错误；质量数与核外电子数无关，所以 X 原子的质量数为 b，C 项错误。题组 2 核素、同位素、同素异形体的区别5重水(D2O)是重要的核工业原料，下列说法错误的是()A氘(D)原子核外有 1 个电子B1H 与 D 互称同位素CH2O 与 D2O 互称同素异形体D1H182 O
22、与 D162 O 的相对分子质量相同答案 C解析 氘(21H)是氢元素的一种核素，含有 1 个质子、1 个中子和 1 个电子，与 1H 互为同位素，A、B 项正确；由同种元素形成的性质不同的单质之间互称为同素异形体，H2O 与 D2O 为化合物，C 项错误；1H182 O 与 D162 O 的相对分子质量均为 20，D 项正确。6下列微粒中，互为同位素的是()AD2O 和 H2OB.4019X 和4020XC.12652Y 和12852YDO2 和 O3答案 C解析 同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素。D2O和H2O 均为化合物，O2 和 O3 均为单质，4019X 和402
23、0X 的质子数不同，是两种不同元素的原子，12652Y 和12852Y 互为同位素。7分析发现，某陨石中含有一种半衰期极短的放射性原子2812Mg，下列关于该原子的说法正确的是()A该原子核内中子数是 12B它和2412Mg 互为同位素C它和2814Si 互为同位素D该原子极不稳定，与2412Mg 的化学性质有很大差异答案 B解析 该原子核内中子数应是 16；它与2814Si 不是同位素；该原子虽不稳定，但它与2412Mg 的化学性质是相同的。8对于符号：35Cl 和 37Cl、H2 和 D2、1H162 O 和 2H182 O。下列有关说法正确的是()A35Cl 和 37Cl 互称为同素异形
24、体BH2 和 D2 是氢元素的两种同位素C35 和 37 表示的是质量数D1H162 O 和 2H182 O 表示同一种水分子答案 C解析 35Cl 和 37Cl 是不同种原子，是氯元素的两种同位素，A 项错误；H2 和 D2 是单质，B项错误；1H162 O 由 2 个普通氢原子(1H)和 1 个 16O 原子构成，其质量数之和为 18，而 2H182 O由 2 个重氢原子(2H)和 1 个 18O 原子构成，其质量数之和为 22，是不同种水分子，D 项错误。题组 3 原子结构的综合9钛(Ti)元素的同位素有4622Ti、4722Ti、4822Ti、4922Ti、5022Ti，下列说法中不正
25、确的是()A上述同位素中，Ti 原子核中的中子数不可能是 30B题述中包括 5 种钛元素，且质子数都是 22C题述中包括 5 种钛原子，即钛的 5 种核素D钛的相对原子质量不可能为 46，也不可能为 50答案 B解析 4622Ti、4722Ti、4822Ti、4922Ti、5022Ti 是 5 种具有一定数目的质子(均为 22)和一定数目的中子(分别是 24、25、26、27、28)的原子，它们是 5 种核素。元素的相对原子质量是按各种天然同位素原子所占的一定百分比算出来的平均值，故钛的相对原子质量应介于 46 和 50 之间。10某元素的一种同位素 X 的原子质量数为 A，含 N 个中子，它
26、与 1H 原子构成 HmX 分子。在 a g HmX 中所含质子的物质的量是()A.aAm(ANm)molB.aA(AN)molC.aAm(AN)molD.aA(ANm)mol答案 A解析 能力提升11用符号表示下列原子：(1)质子数为 a，中子数为 b 的 X 原子_。(2)质子数和中子数都为 9 的氟原子_。(3)中子数为 2 的氢原子_。(4)中子数分别为 8、9、10 的氧原子_。(5)质量数分别为 35、37 的氯原子_。(6)已知 R2核外有 a 个电子，它含有 b 个中子。表示 R 原子符号的是_。答案(1)ab aX(2)189F(3)31H(4)168O、178O、188O(
27、5)3517Cl、3717Cl(6)ab2 a2R解析 解答此题须明确AZX 中各符号的含义。A质量数，Z质子数，X元素符号。R2的核外电子数为 a，则其核电荷数为(a2)，质量数质子数中子数a2b。12(1)用 A.质子数、B.中子数、C.核外电子数，填写下列各空格(填字母)。原子种类由_决定。元素种类由_决定。元素的同位素由_决定。核素的相对原子质量由_决定。简单离子(如 Na)的电荷数由_决定。(2)Be 有两种核素 10Be 和 9Be，这两种核素_(填字母)。a具有相同的化学性质b通过化学变化可以实现 10Be 和 9Be 间的相互转化c是同种原子，具有相同的中子数d互为同素异形体(
28、3)科学家发现 C60 后，近年又合成了许多球形分子(富勒烯)，如 C50、C70、C120、C540 等，它们互称为_(填字母)。a同种物质b同种核素c同素异形体d同位素(4)科学研究表明，月球上有丰富的32He 资源，可开发利用作未来的新型能源。32He 的中子数是_；32He 与42He 互称为_；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 粒子含有_个质子和_个中子；在32He、42He 两种核素中，原子核内的中子数之差为_，与 粒子有相同质子数和中子数的是_。答案(1)AB A AB AB AC(2)a(3)c(4)1 同位素 2 2 1 42He解析(2)10B
29、e 和 9Be 属于同种元素，原子最外层电子数相同，化学性质相同，故 a 正确；化学变化中原子保持不变，则通过化学变化不能实现 10Be 和 9Be 间的相互转化，故 b 错误；原子种类由质子数和中子数共同决定，10Be 和 9Be 的中子数分别为 6、5，中子数不同，不属于同种原子，故 c 错误；同素异形体是同种元素形成的性质不同的单质间的关系，10Be 和 9Be属于原子，故 d 错误。(3)由同一元素形成的不同单质称为同素异形体；核素是指具有确定数目质子和中子的原子；质子数相同中子数不同的原子互称同位素。C50、C70、C120、C540 等物质都是由碳元素组成的单质，是同素异形体。(4
30、)32He 表示质子数为 2、质量数为 3 的一个氦原子，其中子数是 321；32He 与42He 互称为同位素；根据 粒子是一个原子核可知 粒子中不含电子，再由 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 的原子核推断出 粒子含有 2 个中子；32He 中有 2 个质子和 1 个中子，42He 中有 2 个质子和 2 个中子，故二者中子数之差为 1；在42He 中有 2 个质子和 2 个中子，与 粒子有相同质子数和中子数。13(1)选择合适的序号填空。AO2、O3、O4 B.4020Ca、4018Ar CFe2、Fe3 D氕、氘、氚 EH2O、D2O、T2O
31、F金刚石、石墨 GNa、Na。属于同位素的是_，属于同素异形体的是_，质量数相同的原子是_，属于同种元素的不同离子的是_。(2)有下列微粒：11H；21H；31H；16O；18O；12C；13C；40K；40Ca。上述微粒中，共含有_种核素，分为_种不同的元素，互为同位素的是(填序号，下同)_，质量数相等的微粒是_，形成的水分子共有_种，构成的二氧化碳分子中，其相对分子质量最多可能有_种。答案(1)D AF B C(2)9 5；12 6解析(1)同位素是指质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素，选 D；同素异形体是指由同种元素形成的不同单质，选 A、F；4020Ca 和4018Ar 两种
32、原子，质量数都是 40；Fe2、Fe3是铁元素带有 2 个单位正电荷和 3 个单位正电荷的不同离子。(2)一个水分子由 2 个氢原子和 1 个氧原子构成，不同的氢、氧原子构成不同的水分子，如 1H162O、1H182 O、2H162 O、2H18O 等为不同的水分子。从相对分子质量来看，这些原子构成的二氧化碳分子中相对分子质量最大的是 13181849，最小的是 12161644，按组合方式可得相对分子质量最多有 6 种。14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子_。(2)已知氯元素有 2 种常见同位素原子 35Cl、37Cl
33、，氯气与氢气形成的氯化氢分子的相对分子质量有_种。(3)36 g H162 O 与 80 g D162 O 的物质的量之比是_，分子中所含质子数之比是_，所含中子数之比是_，它们分别与 Na 反应时，所放出气体体积之比(同条件)是_，质量之比是_。答案(1)氕 氘 氚 21H、31H(或 D、T)(2)5(3)12 12 25 12 14解析(1)熟记氢元素的三种同位素的符号、名称及俗称。(2)氯化氢有：H35Cl、H37Cl、D35Cl、D37Cl、T35Cl、T37Cl；但 H37Cl 与 T35Cl 的相对分子质量相同，所以相对分子质量有 5 种。(3)H162 O 和 D162 O 的
34、相对分子质量分别为 18 和 20，所以其物质的量分别为 2 mol 和 4 mol，质子的物质的量分别为 20 mol 和 40 mol，中子的物质的量分别为 16 mol 和 40 mol，与钠反应生成的气体物质的量之比与水的物质的量之比相同，气体质量之比等于气体物质的量之比再分别乘以其摩尔质量。15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4526Fe 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)4526Fe 原子的核内中
35、子数为_，该原子的核外电子数为_。(2)以下关于4526Fe 的叙述正确的是_(填字母)。A.4526Fe 与5626Fe 是两种核素B科学家获得了一种新元素C.4526Fe 的衰变不是化学变化D这种铁原子衰变放出两个质子后变成4326Fe(3)某同学认为4526Fe 在一定条件下也可与氧气反应，他的判断依据是_。答案(1)19 26(2)AC(3)4526Fe 与5626Fe 的核外电子数相同，化学性质几乎完全相同解析(1)4526Fe 的中子数质量数质子数452619，核外电子数质子数26。(2)4526Fe 与5626Fe 的质子数相同，属同一元素 Fe 元素，但中子数不同，是两种不同的核素；Fe元素不是一种新元素；4526Fe 衰变放出两个质子后变为质子数为 24 的新原子，原子是化学变化中最小的微粒，原子核发生了变化，不是化学变化。