1、第 68 课时 原子结构与原子核(双基落实课)命题者说 本课时主要包括原子的核式结构、原子的跃迁、氢原子光谱、原子核的衰变、核反应方程的书写、核能的计算等。高考对本课时知识点的考查一般为单独命题，有时会把原子核的衰变和动量结合进行综合命题。对本课时的学习，应侧重理解和识记。一、原子的核式结构1.电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了，提出了原子的“枣糕模型”。2 粒子散射实验(1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数 粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数 粒子甚至被“撞了回来”。电子3原子的核式结构模型(1)粒子散射实
2、验结果分析核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变。汤姆孙模型不能解释 粒子的大角度散射。绝大多数 粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数 粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对 粒子有斥力的正电荷；极少数 粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别 粒子正对着质量比 粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释 粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。小
3、题练通1(2013福建高考)在卢瑟福 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：粒子与原子核均带正电荷，所以 粒子受到原子核的作用力为斥力，据此可排除选项 A、D；粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，B 错误。答案：C2(2016上海高考)卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在()A电子 B中子C质子D原子核解析：卢瑟福在 粒子散射实验中观察到绝大多数 粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的 粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项
4、 D 正确。答案：D3如图是卢瑟福的 粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的 粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C 粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的 粒子发生大角度偏转解析：卢瑟福根据 粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项 A 正确，B 错误；电子质量太小，对 粒子的影响不大，选项 C 错误；绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D 错误。答案：A二、能级跃迁1.氢原子光谱(1)光谱
5、：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类波长(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1R122 1n2(n3,4,5，R 是里德伯常量，R1.10107 m1)。(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。特征谱线2氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态：原子只能处于一系列的能量状态中，在这些能量状态中原子是的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能
6、量为 h 的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 h。(h 是普朗克常量，h6.631034 Js)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是，因此电子的可能轨道也是。不连续稳定EmEn不连续的不连续的(2)几个概念能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级。基态：原子能量的状态。激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的。(3)氢原子的能级公式：En 1n2E1(n1,2,3，)，其中 E1 为基态能量，其数值为 E1 eV。(4)氢原子的半径公式：rn(n1,2,
7、3，)，其中 r1 为基态半径，又称玻尔半径，其数值为 r1 0.531010 m。最低正整数13.6n2r13氢原子的能级图能级图如图所示小题练通1.(2016北京高考)处于 n3 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A1 种B2 种C3 种D4 种解析：大量氢原子从 n3 能级向低能级跃迁时，能级跃迁图如图所示，有 3 种跃迁情况，故辐射光的频率有 3 种，选项 C 正确。答案：C2氢原子从能级 m 跃迁到能级 n 时辐射红光的频率为 1，从能级 n 跃迁到能级 k 时吸收紫光的频率为 2，已知普朗克常量为 h，若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m，则()A吸收光子的能量为
8、h1h2B辐射光子的能量为 h1h2C吸收光子的能量为 h2h1D辐射光子的能量为 h2h1解析：氢原子从能级 m 跃迁到能级 n 时辐射红光，说明能级 m 高于能级 n，而从能级 n 跃迁到能级 k 时吸收紫光，说明能级 k 也比能级 n 高，而紫光的频率 2 大于红光的频率 1，所以 h2h1，因此能级 k 比能级 m 高，所以若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m，应辐射光子，且光子能量应为 h2h1。故选项 D 正确。答案：D3(多选)(2014山东高考)氢原子能级图如图，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm。以下判断正确的是()A氢原子从 n2 跃迁到
9、n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmB用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级C一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3种谱线D用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到n3 的能级解析：根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n2 能级跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此 A 选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知 B 选项错误，D 选项正确；一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生 3 种频率的光子，所以 C 选项正确。答案：CD解答氢原子能级图与原子
10、跃迁问题的注意事项(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hEmEn 求得，若求波长可由公式 c 求得。(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n1。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：用数学中的组合知识求解：NCn2nn12。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。三、原子核的衰变规律1.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系核电荷数质子数(Z)元素的原子序数。质量数(A)质子数中子数。(3)X 元素的原子核的符
11、号为AZX，其中 A 表示，Z 表示核电荷数。核子核外电子数核子数质量数2天然放射现象(1)天然放射现象放射性元素地发出射线的现象，首先由发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有的结构。(2)三种射线构成符号电荷量质量电离能力 贯穿本领 射线氦核42He2e4 u最强最弱 射线电子01eeu1 840较强较强 射线光子00最弱最强 自发贝可勒尔复杂(3)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。应用：消除静电、工业探伤、做等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。3原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变定义：原子核放出 粒子或 粒子，变成另
12、一种。天然人工示踪原子原子核三类衰变 衰变：AZXA4Z2Y ，典型方程：238 92U234 90Th42He 衰变：AZX AZ1Y ，典型方程：234 90Th234 91Pa 01e 衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 衰变，有的发生 衰变，同时伴随着 辐射。(2)半衰期定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间。影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。公式：N 余N 原12t，m 余m 原12t(t 表示衰变时间，表示半衰期)42He 01e半数小题练通1(2016上海高考)放射性元素 A 经过 2 次 衰变
13、和 1 次 衰变后生成一新元素 B，则元素 B 在元素周期表中的位置较元素 A的位置向前移动了()A1 位B2 位C3 位D4 位解析：粒子是42He，粒子是01e，因此发生一次 衰变电荷数减少 2，发生一次 衰变电荷数增加 1，据题意，电荷数变化为：2213，所以新元素在元素周期表中的位置向前移动了 3 位。故选项 C 正确。答案：C 2(多选)(2014全国卷)关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和 三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和 三种射线解析
14、：并不是所有的元素都可能发生衰变，原子序数越大，越易发生，A 错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关，与外界的温度无关，B 正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性，C 正确；在、射线中，射线的穿透能力最强，D 正确；一个原子核在一次衰变过程中，可以是 衰变或 衰变，同时伴随 射线放出，E 错误。答案：BCD3(2015北京高考)实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生 衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则()A轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面
15、向里D轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：根据动量守恒定律，原子核发生 衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为 p。根据 qvBmv2r，得轨道半径 rmvqB pqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹 1 是电子的，轨迹 2 是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里。选项 D 正确。答案：D4(1)(多选)232 90Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变，变成208 82Pb(铅)。以下说法中正确的是()A铅核比钍核少 8 个质子B铅核比钍核少 16 个中子C共经过 4 次 衰变和 6 次 衰变D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变解析：(1)设 衰变次数为 x，衰变次数为
16、y，由质量数守恒和电荷数守恒得 2322084x90822xy解得 x6，y4，C 错、D 对。铅核、钍核的质子数分别为 82、90，故 A 对。铅核、钍核的中子数分别为 126、142，故 B 对。答案：(1)ABD4.(2)约里奥居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了 1935 年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是_。3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图所示，请估算 4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩 0.25 mg?解析：(2)写出衰变方程3015P
17、3014Si01e，故这种粒子为01e(正电子)，由 m-t 图知3215P 的半衰期为 14 天，由 m 余m 原12t，得 025 mg4 mg12t14，故 t56 天。答案：(2)正电子 56 天1一个区别：静止的原子核在磁场中发生 衰变和 衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆。2两个结论(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒。(2)每发生一次 衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次 衰变，原子核的质子数增大“1”。四、核反应方程与核能计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例 衰变自发238 92 U234 90 Th42He衰变 衰变自发234 90 Th
18、234 91 Pa01e14 7 N42He17 8 O11H(卢瑟福发现质子)42He94Be12 6 C10n(查德威克发现中子)2713Al42He3015P10n人工转变人工控制3015P3014Si01e(约里奥居里夫妇发现人工放射性)类型可控性核反应方程典例235 92U10n144 56Ba8936Kr310n重核裂变比较容易进行人工控制235 92U10n136 54Xe9038Sr1010n轻核聚变很难控制21H31H42He10n2核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(10n)、粒子(42He)、粒子(01e)、
19、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等。(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。3对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即 Emc2。方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损 m，其能量也要相应减少，即 Emc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 m，
20、吸收的能量为 Emc2。4核能的计算方法(1)根据 Emc2 计算时，m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E 的单位是“J”。(2)根据 Em931.5 MeV 计算时，m 的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能核子比结合能核子数。小题练通1(多选)(2016全国丙卷节选)一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为 1.0107 m/s 的质子 p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*。下列说法正确的是()A核反应方程为 p2713Al2814Si*B核反应过程中系统动量守恒C核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量
21、之和D硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度的方向一致解析：核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为 p2713Al2814Si*，A 正确。核反应过程中遵从动量守恒，B 正确。核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，C 错误。根据动量守恒定律有 mpvpmSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度方向一致，D 正确。答案：ABD2(2016全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_。(填正确答案标号)A.14 6C14 7N 01eB.3215P3216S
22、 01eC.238 92U234 90Th42HeD.14 7N42He17 8O11HE.235 92U10n140 54Xe9438Sr210nF.31H21H42He10n解析：衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出 粒子的现象，选项 C 为 衰变；衰变为衰变过程中释放出 粒子的现象，选项 A、B 均为 衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项 E 是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项 F 是典型的核聚变过程。答案：C AB E F3一个静止的钚核239 94Pu 自发衰变成一个铀核235 92U 和另一个原子核X，并释放出一定的能量。其
23、核衰变方程为：239 94Pu235 92UX。(1)方程中的“X”核符号为_；(2)钚核的质量为 239.052 2 u，铀核的质量为 235.043 9 u，X 核的质量为 4.002 6 u，已知 1 u 相当于 931 MeV，则该衰变过程放出的能量是_ MeV；(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和 X 核的动能，则 X核与铀核的动能之比是_。解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，得 X 核的质量数为 2392354，核电核数为 94922，故“X”核为氦核，符号为42He。(2)钚核衰变过程中的质量亏损 m239.052 2 u235.043 9 u4.002 6 u0.005 7 u，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量 E0.005 7931 MeV5.31 MeV。(3)钚核衰变成铀核和 X 核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据 Ek12mv2 p22m，得 X 核和铀核的动能之比EkmEkMMm58.7。答案：(1)42He(2)5.31(3)58.7核能计算的思路方法(1)应用质能方程解题的流程图：正确书写核反应方程 计算质量亏损m 利用Emc2计算释放的核能(2)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。(3)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能。课时达标检测点击此处阶段综合评估点击此处