2020版高中化学 第1章 第1节 原子结构 第1课时 原子核 核素学案 鲁科版必修2

2020版高中化学 第1章 第1节 原子结构 第1课时 原子核 核素学案 鲁科版必修2

第1课时　原子核　核素 一、原子的构成、质量数 ‎1．原子的构成 原子 ‎2．质量数 ‎(1)概念：将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数，常用A表示。‎ ‎(2)质量数为A，质子数为Z的X元素原子可表示为X。‎ ‎(3)两个关系：‎ ‎①质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。‎ ‎②数量关系：‎ 核电荷数＝质子数＝核外电子数。‎ ‎(4)C的质量数为14，质子数为6，中子数为8。‎ Na＋的质量数为23，质子数为11，核外电子数为10。‎ ‎(1)一个信息丰富的符号解读 X ‎(2)粒子中的电性关系 ‎①电中性微粒(分子或原子)：质子数＝核外电子数。‎ ‎②阳离子Xm＋：质子数＝核外电子数＋m。‎ ‎③阴离子Xm－：质子数＝核外电子数－m。‎ 例1　(2018·邢台市一中3月月考)下列关于F－微粒叙述正确的是(　　)‎ 13‎ A．质量数为19，电子数为9‎ B．质子数为9，中子数为10‎ C．质子数为9，电子数为9‎ D．中子数为10，电子数为8‎ 考点　原子的构成、质量数 题点　离子中构成微粒间的数量关系 答案　B 解析　F－微粒的质量数为19，电子数为10，质子数为9，中子数为10。‎ 特别提示 ‎(1)质量数＝质子数＋中子数，该关系适用于原子和离子。‎ ‎(2)核电荷数(质子数)＝核外电子数，只适用于原子和分子。‎ ‎(3)对离子进行电子数与质子数换算时应该注意阳离子和阴离子的区别。‎ ‎(4)并非所有的原子都是由质子、中子、电子构成，如H不含中子。‎ 例2　已知R原子有b个中子，R2＋核外有a个电子。表示R原子符号正确的是(　　)‎ A.R B.R C.R D.R 考点　原子的构成、质量数 题点　原子构成的表示方法 答案　C 解析　R2＋核外有a个电子，则R原子的质子数为a＋2，质量数为a＋b＋2，则R原子为R。‎ 二、核素、同位素 ‎1．核素 ‎(1)概念：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。‎ ‎(2)实例——氢的三种核素。‎ 原子符号(X)‎ 原子名称 氢元素的原子核 质子数(Z)‎ 中子数(N)‎ H 氕 ‎1‎ ‎0‎ H或D 氘 ‎1‎ ‎1‎ H或T 氚 ‎1‎ ‎2‎ 13‎ ‎2.同位素 ‎(1)概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子(核素)互称为同位素，即同一元素的不同核素互称为同位素，如H、H(D)、H(T)互称为同位素。‎ ‎(2)特点——两同两不同 ‎①两同：质子数相同，元素相同；‎ ‎②两不同：中子数不同，原子不同。‎ ‎(3)用途 ‎①放射性的C用于考古断代。‎ ‎②H和H用于制造氢弹。‎ ‎③U是核反应堆的燃料。‎ ‎④放射性同位素作为放射源(疾病诊断、治疗)和进行同位素示踪。‎ 元素、核素、同位素之间的关系 例3　最近医学界通过用放射性‎14C标记的C60，发现一种C60的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂DNA杀死细胞，从而抑制艾滋病病毒(AIDS)。则有关‎14C的下列说法中正确的是(　　)‎ A．‎14C原子与C60中普通碳原子的化学性质不同 B．‎14C原子与14N原子中所含中子数相同 C．‎14C与C60互为同素异形体 D．‎14C与‎12C、‎13C互为同位素 考点　元素、核素、同位素 题点　相关概念的综合 答案　D 解析　构成C60的碳原子为‎12C，它与‎14C互为同位素，二者化学性质几乎完全相同，A项错误；‎14C原子的中子数为14－6＝8,14N原子的中子数为14－7＝7，二者所含中子数不同，B项错误；‎14C是碳元素的一种核素，是原子，C60是碳元素组成的一种单质，二者不是同素异形体的关系，C项错误；‎12C、‎13C、‎14C质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项正确。‎ 13‎ 思维启迪——同位素、同素异形体的判断 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。‎ 例4　下列说法错误的是(　　)‎ A.H、H、H＋和H2是氢元素的四种不同微粒 B.Ca和Ca、金刚石和石墨分别互为同位素 C.H和H是不同的两种核素 D.C和C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，H和H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，C和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。‎ 思维启迪 ‎(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)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。‎ 例5　230Th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(　　)‎ A．Th元素的质量数是232‎ B．Th元素的相对原子质量是231‎ C．232Th 转换成233U是化学变化 D．230Th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　‎ 13‎ ‎(1)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。‎ ‎(2)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。‎ ‎(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．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)所有的原子都由质子、中子和核外电子构成(　　)‎ ‎(2)同种元素的原子均有相同的质子数和中子数(　　)‎ ‎(3)质子数相同的微粒一定属于同一种元素(　　)‎ ‎(4)2H＋核外电子数为2(　　)‎ ‎(5)1H218O的摩尔质量为‎20 g·mol－1(　　)‎ ‎(6)O和S2－具有相同的质子数和电子数(　　)‎ ‎(7)‎13C和15N核内中子数相差1(　　)‎ ‎(8)H3O＋和OH－中具有相同的质子数和电子数(　　)‎ ‎(9)U和U是中子数不同、质子数相同的同种核素(　　)‎ ‎(10)H2、D2、T2互为同位素(　　)‎ ‎(11)D216O中，质量数之和是质子数之和的两倍(　　)‎ ‎(12)在‎18 g 18O2中含有NA个氧原子 考点　原子构成 题点　相关综合 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√　(8)×　(9)×　(10)×　(11)√　(12)√‎ 13‎ ‎2．2017年5月中国科学院等联合公布了113号、115号、117号、118号元素的中文名称，其中第118号元素用中文命名为“”(ào)，已知该元素的某种核素的质量数为293，则该核素的中子数与质子数之差为(　　)‎ A．57 B．‎47 C．175 D．293‎ 答案　A 解析　根据“质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)”，可得中子数(N)＝293－118＝175。中子数与质子数之差为175－118＝57。‎ ‎3．在RO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(　　)‎ A．A－x＋n＋48 B．A－x＋n＋24‎ C．A－x－n－24 D．A＋x－n－24‎ 答案　B 解析　R的质子数为x－8×3－n＝x－24－n，所以其中子数为A－x＋24＋n，B项正确。‎ ‎4．(2018·济南外国语学校月考)Ne是最早发现的Ne元素的稳定同位素，汤姆逊(J.J.Thomson)和阿斯通(F.W.Aston)在1913年发现了Ne。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.Ne和Ne是同素异形体 B.Ne和Ne属于不同的核素 C.Ne和Ne的性质完全相同 D.Ne转变为Ne为化学变化 考点　元素、核素、同位素 题点　两种核素的比较 答案　B 解析　Ne和 Ne的质子数相同，中子数不同，互为同位素，A错误；Ne和 Ne的质子数相同，中子数不同，属于不同的核素，B正确；Ne和 Ne的化学性质完全相同，物理性质不同，C错误；Ne转变为 Ne中没有新物质生成，不是化学变化，D错误。‎ ‎5．锎是锕系中的一种元素，1 mg锎(Cf)每秒钟约能释放出2.34×109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.Cf的摩尔质量为252‎ B.Cf和Cf互为同位素 C.Cf中，质子数和电子数均为98‎ D.Cf的中子数与质子数之差为56‎ 答案　A 13‎ 解析　Cf的摩尔质量为‎252 g·mol－1，A项错误；Cf与Cf互为同位素，B项正确；Cf原子中，质子数和电子数相等，均为98，C项正确；Cf的中子数与质子数之差为(252－98)－98＝56，D项正确。‎ ‎6．已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A，确定m g R2＋中含有电子的物质的量为(　　)‎ A. mol B. mol C. mol D. mol 答案　C 解析　R2＋核外电子数为(A－N－2)，m g R2＋的物质的量为＝ mol，m g R2＋中含有电子的物质的量为(A－N－2) mol。‎ ‎7．(1)在Li、Li、Na、Mg、C、N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。‎ ‎①它们分属________种元素，属于氢元素的核素有________种；‎ ‎②互为同位素的为________、________；‎ ‎③质量数相等的为__________________；‎ ‎④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。‎ 答案　(1)Li　Li　C　N　 Na　Mg ‎(2)①7　3　②1H、2H、3H　234U、235U、238U　③40K、40Ca；14N、‎14C　④18　7‎ 解析　(1)6Li与7Li质子数相同，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)①题列粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C 7种元素。②1H、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。③40K和40Ca 质量数都为40；14N和‎14C 质量数都为14。④H2‎ 13‎ O 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(O、O、O)，这样水的种类共有：6×3＝18种，其相对分子质量分别为18、19、20、21、22、23、24共7种。‎ ‎ [对点训练]‎ 题组一　原子的构成及其微粒间的关系 ‎1．(2018·上海市崇明区月考)歼20将Po涂于表面以屏蔽雷达，起到隐身作用。该Po(钋)原子核外电子数是(　　)‎ A．42 B．‎84 C．125 D．209‎ 考点　原子的构成、质量数 题点　原子中构成微粒间的数量关系 答案　B 解析　原子的质子数等于核外电子数，该Po(钋)原子核外电子数是84，答案选B。‎ ‎2．受台风影响，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I和Cs含量升高，关于这两种微粒的说法正确的是(　　)‎ A.I通过化学反应生成Cs B.I比Cs少6个中子 C.Cs核外电子数为88‎ D.I核内中子数为78‎ 答案　D ‎3．德国某研究所在高能加速器中，将Zn撞入一个Pb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(　　)‎ A．278 B．277‎ C．166 D．165‎ 答案　D 13‎ 解析　Zn＋Pb―→X＋n，所以该元素原子内中子数为277－112＝165。‎ ‎4．某元素的一个原子形成的离子可表示为Xn－，下列说法正确的是(　　)‎ A.Xn－含有的中子数为a＋b B.Xn－含有的电子数为a－n C．X原子的质量数为a＋b＋n D．X原子的质量约为 g 答案　D 解析　中子数＝质量数－质子数，为(b－a)，A项错误；该离子含有的电子数为(a＋n)，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。‎ ‎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1H原子构成HmX分子。在a g HmX中所含质子的物质的量是(　　)‎ A.(A－N＋m)mol B.(A－N)mol C.(A－N)mol D.(A－N＋m)mol 答案　A 解析　‎ 题组二　核素、同位素、同素异形体 ‎6．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 B．1H与D互称同位素 C．H2O与D2O互称同素异形体 D．1H218O与D216O的相对分子质量相同 答案　C 解析　氘(H)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；1H218O与D216O的相对分子质量均为20，D项正确。‎ 13‎ ‎7．(2017·淮北高一检测)下列各组微粒属同位素的是(　　)‎ ‎①16O2和18O2　②H2和D2　③O和O ‎④1H218O和2H216O　⑤Cl和Cl A．①② B．③⑤ C．④ D．②③‎ 考点　元素、核素、同位素 题点　同位素、同异素形体的识别与判断 答案　B 解析　同位素是原子和原子之间的互称，①②④均不是原子，只有③⑤是原子，而且质子数相同，中子数不同，符合同位素的定义，所以选B。‎ ‎8．分析发现，某陨石中含有一种半衰期极短的放射性原子——Mg，下列关于该原子的说法正确的是(　　)‎ A．该原子核内中子数是12‎ B．它和Mg互为同位素 C．它和Si互为同位素 D．该原子极不稳定，与Mg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Si不是同位素；该原子虽不稳定，但它与Mg的化学性质几乎是相同的。‎ ‎9．对于符号：35Cl和37Cl、H2和D2、1H216O和2H218O。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．35Cl和37Cl互称为同素异形体 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；1H216O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2H218O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。‎ ‎10．有六种微粒，它们分别是M、N、X、Q＋、Y2＋、Z－，它们所属元素的种类为(　　)‎ A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 考点　元素、核素、同位素 13‎ 题点　多种微粒的元素及核素种类的判断 答案　B 解析　质子数决定元素的种类，M、Q＋表示K元素形成的微粒，N、Y2＋表示Ca元素形成的微粒；X表示Ar原子，Z－表示Cl－。‎ 题组三　质量数与原子的相对原子质量 ‎11．(2017·洛阳模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．由H、D、T构成的氢分子有3种 B．H2、D2、T2互为同素异形体 C．H2、D2、T2在相同条件下的密度之比为1∶2∶3‎ D．核聚变属于化学变化 考点　质量数与相对原子质量 题点　不同核素构成分子的相对分子质量的判断 答案　C 解析　H、D、T组合有H2、D2、T2、HD、HT、DT 6种，故A项错误；H2、D2、T2不互为同素异形体，故B项错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度之比等于气体相对分子质量之比，为2∶4∶6＝1∶2∶3，故C项正确；核聚变不是化学变化，故D项错误。‎ ‎12．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重氧水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 考点　质量数与原子的相对原子质量 题点　质量数与相对原子质量的关系 答案　C 解析　‎1.8 g 18O所构成的气体为18O2，所以其物质的量为＝0.05 mol，A项正确；H218O中所含的中子数为18－8＝10，所以0.1 mol H218O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。‎ 13‎ ‎[综合强化]‎ ‎13．(2018·山东选课走班二调)在Al、Si、P、S、Lr、Lr中：‎ ‎(1)____________和____________互为同位素。‎ ‎(2)____________和____________的质量数相等，但不互为同位素。‎ ‎(3)____________和____________的中子数相等，但质子数不等，所以不是同一种元素。‎ ‎(4)以上所列共有____________种核素。‎ 考点　元素、核素、同位素 题点　核素的相关综合 答案　(1)Lr　Lr　(2)P　S　(3)Al　Si　(4)6‎ ‎14．(2018·承德一中第三次月考)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________。‎ 考点　原子的构成、质量数 题点　微粒间数量关系的相关综合 答案　(1)A－Z　(2)A－x－n　(3)A－x＋n (4)22　(5) 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)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。‎ ‎15．(1)已知氢有3种常见原子：H、H、H(或H、D、T)，氯有2种常见核素原子：35Cl、37Cl，氯气与氢气形成的氯化氢分子的相对分子质量有________种。‎ ‎(2)质量相同的H216O和D216O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________。‎ ‎(3)‎2 g AO中电子数比质子数多3.01×1022个，则A的相对原子质量为__________。‎ 考点　质量数与相对原子质量 13‎ 题点　相关综合 答案　(1)5　(2)10∶9　8∶9　10∶9　5∶9　(3)32‎ 解析　(1)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。‎ ‎(2)设质量都为‎1 g，H216O与D216O的质子数之比为(×10)∶(×10)＝10∶9，中子数之比为(×8)∶(×10)＝8∶9，电解产生的氢气在同温同压下的体积比，即物质的量之比为∶＝10∶9，质量比为(×2)∶(×4)＝5∶9。‎ ‎(3)多出来的电子数就是离子所带的电荷数。‎ AO　　　　～　　　　电子数比质子数多的数目 ‎[48＋Ar(A)] g·mol－1 2×6.02×1023 mol－1‎ ‎ ‎2 g 3.01×1022‎ 得Ar(A)＝32。‎ 13‎