2.3.1人类认识原子结构的历程原子核的构成学案高一上学期化学

第三单元人类对原子结构的认识第1课时人类认识原子结构的历程原子核的构成【学习目标】1.知道原子结构模型的演变。2.了解原子核的构成；认识元素、核素和同位素的含义。3.能进行有关质量数、质子数、中子数、核外电子数的计算。【自主预习】一、原子结构模型的演变1．古希腊原子学说：古希腊哲学家曾经提出，物质由不可分割的微粒(即)构成的。2．道尔顿原子学说：19世纪初，道尔顿认为，物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可，在化学反应中保持本性不变。3．汤姆生原子结构模型：1897年，汤姆生发现原子中存在，并提出了一个被称为“”的原子结构模型。4．卢瑟福原子结构模型：原子由和构成，带正电荷，位于原子中心，带负电荷，在原子核周围空间做高速运动。5．玻尔原子结构模型：原子核外，电子在一系列稳定的上运动，每个都有一个确定的能量值。自主探索：(1)初中化学中已知：构成物质的微粒有分子、原子和离子，原子和分子、离子之间有何联系？(2)教材中描述道尔顿提出“物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，它们在化学变化中不可再分割”。对于这些观点你有什么看法？二、原子核的组成1．原子的组成：(2)质量数：将原子核内所有的和的相对质量取整数加起来所得的数值，用表示。(3)构成原子的微粒间的两个关系①质量数(A)＝②质子数(Z)＝核外电子数＝＝原子序数。(4)原子组成的表示方法如作为相对原子质量标准的eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C表示质子数为，质量数为的碳原子。2．核素：(1)概念：具有一定数和一定数的一种原子称为一种核素。(2)氢元素的三种核素(eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H)，质子数均为；中子数分别为、、。(3)碳元素的三种核素eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C、eq\o\al(\s\up1(13),\s\do1(6))C、eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C，质子数均为，中子数分别为、、。3．同位素：(1)概念：质子数相同、(或)不同的核素互称为同位素。(2)特点——两同两不同①两同：相同，元素相同；②两不同：不同，原子不同。(3)用途①放射性的eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C用于考古断代。②eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H和eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H用于制造氢弹。③放射性同位素释放的射线可用于育种、治疗恶性肿瘤等。自主探索：1．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U核素中质子数为多少？中子数为多少？2．生物体在生命过程中保留的一种碳原子——碳­14(eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C)会在其死亡后衰变，测量考古遗址中发现的生物遗体里碳­14的数量，可以推断出它的存在年代。你知道碳­14的“14”是什么含义吗？这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少？【合作探究】元素、核素、同位素的概念及比较1．符号中各个字母的含义：2．元素、核素、同位素的比较：元素核素同位素概念具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称，与核外电子数无关具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子或同一种元素的不同核素范围宏观概念，对同类原子而言，既有游离态又有化合态微观概念，对某种元素的一种原子而言微观概念，对某种元素的原子而言。因同位素的存在而使原子种类多于元素种类特性主要通过形成的单质或化合物来体现不同的核素可能质子数相同，或中子数相同，或质量数相同，或各数均不相同同位素(之间)质量数不同，化学性质基本相同实例氢元素、氧元素eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N、eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C、eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg是不同的核素eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H、eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H为氢元素的同位素3.同位素的“六同三不同”：合作探究：1．教材中描述“质子数相同、质量数(或中子数)不同的核素互称为同位素”。H2、D2、T2互称为同位素吗？2．氕、氘、氚是H元素的三种核素，氕H原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98%；氘D(又叫重氢)，原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016%；氚T(又叫超重氢)，原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004%。上图中有几种元素？几种核素？这些核素之间属于何种关系？典例分析：【典例】元素、原子、核素、同位素都是重要的化学基本概念，原子的构成是重要的化学基本理论。根据下列8种化学符号：eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H2、eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H2、eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C、eq\o\al(\s\up1(6),\s\do1(3))Li、eq\o\al(\s\up1(23),\s\do1(11))Na、eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N、eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li、eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg回答下列问题：(1)表示核素的符号共________种。(2)互为同位素的是________和________。(3)质量数相等，但不能互称为同位素的是________和________。(4)中子数相等，但质子数不相等的是________和______。深化思考：许多元素有多种核素，如氧元素有16O、17O、18O，碳元素12C、13C、14C。(1)氧元素的3种同位素与碳元素的3种同位素最多可能组成多少种二氧化碳分子？(2)23g由14C、16O组成的二氧化碳分子，其中含有质子数为________，中子数为________，电子数为________。规律方法：规避同位素、核素、同素异形体概念理解的4个易错点：(1)一种元素可能有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(2)不同的核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H与eq\o\al(\s\up1(3),\s\do1(1))H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C与eq\o\al(\s\up1(16),\s\do1(8))O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C与eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N；也可能质子数、中子数、质量数均不相同，如eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H与eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(6))C。(3)同位素的“同位”是指同一种元素的几种核素在元素周期表中的位置相同，即质子数相同，中子数不同；同素异形体的“同素”是指元素种类相同。(4)化学变化中原子不发生变化，不同核素之间转化时原子发生变化，非化学变化(如核裂变)。对点练习：2020年11月24日，嫦娥五号探测器成功发射升空，12月17日凌晨，携带月球样品着陆地球。人类探月的重要目的之一是勘察、获取地球上蕴藏量很小而月球上却极为丰富的核聚变燃料“3He”以解决地球能源危机。关于3He的叙述正确的是()A．含有3个质子，没有中子B．1个3He原子的质量是3gC．He元素的相对原子质量是3D．是4He的同位素【课堂小结】【当堂检测】1．下列说法正确的是()A．道尔顿根据一些元素化合时的质量比例关系，提出了原子学说B．汤姆生通过阴极射线发现电子后，提出了“行星模型”C．卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了“葡萄干面包式”的原子结构模型D．泰勒根据氢原子光谱，引入量子论观点，提出了“原子轨道模型”2．19世纪初，某科学家提出原子学说，他认为物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学反应中不能再分，这个科学家是()A．汤姆生B．道尔顿C．卢瑟福D．玻尔3．锎是锕系中的一种元素，1mg锎(eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))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．eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf的摩尔质量为252B．eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf和eq\o\al(\s\up1(254),\s\do1(98))Cf互为同位素C．eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf中，质子数和电子数均为98D．eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf的中子数与质子数之差为564．某微粒用符号eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))Mn＋表示，下列关于该微粒的叙述中正确的是()A．所含质子数为(A－n)B．所含中子数为ZC．所含电子数为(Z＋n)D．中子数－电子数＝A－2Z＋n5．碘­131是元素碘的一种放射性同位素，为人工放射性核素(核裂变产物)，符号为eq\o\al(\s\up1(131),\s\do1(53))I，半衰期为8.3天。正常情况下自然界是不会存在的。在核医学中，碘­131除了以NaI溶液的形式直接用于甲状腺功能检查和甲状腺疾病治疗外，还可用来标记许多化合物，供体内或体外诊断疾病用。如碘­131标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠就是常用的肝、胆和肾等的扫描显像剂。根据以上材料，回答下列问题：(1)碘­131原子的质量数、质子数、中子数各是多少？(2)eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U可以作为核反应堆燃料，它的核内中子数与质子数的差值是多少？(3)eq\o\al(\s\up1(131),\s\do1(53))I和eq\o\al(\s\up1(127),\s\do1(53))I为碘元素的两种同位素，这两种原子的中子数差值是多少？6．(1)eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C的放射性可用于考古断代，测定出土文物标本中eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C的含量，就可以推算出文物的年代。eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C的中子数是________。(2)碘元素的一种核素eq\o\al(\s\up1(125),\s\do1(53))Ⅰ可用于治疗肿瘤。该核素的质子数为________，中子数为________，质量数为________。(3)eq\o\al(\s\up1(34),\s\do1(16))S2－微粒中的中子数为________。【参考答案】【自主预习】一、原子结构模型的演变1．原子2．再分割3．电子葡萄干面包式4．原子核核外电子原子核电子5．轨道轨道自主探索：(1)提示：分子是由原子构成的，原子得失电子可以成为离子。(2)提示：物质不是都由原子构成的，原子还可以再分，在化学变化中原子既不能被创造也不能被消灭，只是分子分裂为原子，原子再重新组成新的分子的过程。二、原子核的组成1．(1)11(2)质子中子A(3)①质子数(Z)＋中子数(N)②核电荷数(4)6122．核素：(1)质子中子(2)1012(3)66783．(1)质量数中子数(2)①质子数②中子数自主探索：1．提示：质子数为92，中子数为238－92＝146。2．提示：碳­14的“14”是指这种碳原子的质量数为14，此碳原子的质子数为6、中子数为8、核外电子数为6。【合作探究】合作探究：1．提示：不是同位素，它们是单质不是原子。2．提示：上图中有1种元素，3种核素，这3种核素是同一种元素的不同核素，互称同位素。典例分析：【典例】【解析】(1)核素是具有一定质子数和一定中子数的某种元素的原子，一种原子即为一种核素，eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H2和eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H2都是分子，不属于核素，其余6种全部表示核素。(2)同位素是具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子，所以eq\o\al(\s\up1(6),\s\do1(3))Li和eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li互称为同位素。(3)eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))C和eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N的质量数都是14，但质子数分别为6和7，属于不同元素的原子，不能互称为同位素。(4)eq\o\al(\s\up1(23),\s\do1(11))Na和eq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg的中子数都是12，但质子数分别为11和12。答案：(1)6(2)eq\o\al(\s\up1(6),\s\do1(3))Lieq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li(3)eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(6))Ceq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(7))N(4)eq\o\al(\s\up1(23),\s\do1(11))Naeq\o\al(\s\up1(24),\s\do1(12))Mg深化思考：(1)提示：18种。一种碳原子与3种氧原子可组成6种分子，C16O2、C17O2、C18O2、C16O17O、C16O18O、C17O18O，3种碳原子可形成18种二氧化碳分子。(2)提示：11NA12NA11NAM(14C16O2)＝(14＋16×2)g·mol－1＝46g·mol－1，n(14C16O2)＝eq\f(23g,46g·mol－1)＝0.5mol，1个14C16O2分子中含有22个质子，24个中子，22个电子，故23g14C16O2中含有的总质子数为0.5NA×22＝11NA，中子数为0.5NA×24＝12NA，电子数为0.5NA×22＝11NA。对点练习：【解析】选D。A.3He质子数为2，中子数为1，故A错误；B.3He质量数为3，1mol3He原子的质量是3g，故B错误；C.3He质量数为3，元素的相对原子质量是其各种同位素相对原子质量的加权平均值，故C错误；D.3He和4He质子数相同，中子数不同，互为同位素，故D正确。【当堂检测】1．【解析】选A。B项，汤姆生提出“葡萄干面包式”，错误；C项，卢瑟福提出了“有核模型”或“行星模型”，错误；D项，玻尔根据氢原子光谱，引入量子论观点，提出“原子轨道模型”，错误。2．【解析】选B。道尔顿提出原子学说，认为物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学反应中不能再分。3．【解析】选A。eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf的摩尔质量为252g·mol－1，A项错误；eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf与eq\o\al(\s\up1(254),\s\do1(98))Cf互为同位素，B项正确；eq\o\al(\s\up1(252),\s\do1(98))Cf原子中，质子数和电子数相等，均为98，C项正确；eq\o\al(\s\up1(252)