第15讲-原子核的构成-【暑假自学课】高一化学暑假课(解析版)

第15讲原子核的构成【学习目标】1．了解人类认识原子结构的历程。2．了解核素和质量数的概念。3．了解同位素的概念及同位素的应用。【基础知识】一、人类认识原子结构的历程1．德谟克利特的古代原子学说2．道尔顿的近代原子学说英国科学家道尔顿总结了一些元素形成化合物时的质量比例关系，提出了原子学说。认为物质由原子组成，原子不能被创造，也不能被毁灭，在化学变化中不可再分割。3．汤姆生的“葡萄干面包式”原子结构模型英国物理学家汤姆生他在1897年发现了原子中存在电子，并用实验方法测出了电子的质量。他推测这种粒子均匀地嵌在云状的正电荷球体中。4．卢瑟福的带核原子结构模型英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核的原子结构模型。推测原子中心存在原子核，带正电。电子带负电，在其周围高速运行，就像行星围绕太阳运转一样。5．玻尔的轨道原子结构模型丹麦物理学家玻尔指出：原子核外，电子在一系列稳定的轨道上运动，每个轨道都具有一个确定的能量值；核外电子在这些稳定的轨道上运动时，既不放出能量，也不吸收能量。6．电子云模型(现代原子结构学说)。二、认识原子核1．原子的构成原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的，质子带正电，中子不带电。2．质量数：将原子核内所有的质子和中子的相对质量取整数值，加起来所得的数值。3．原子的表示符号：eq\o\al(A,Z)X表示质子数是Z，质量数为A的一种X原子。如作为相对原子质量标准的eq\o\al(12,

6)C表示质子数为6，质量数为12的碳原子。4．构成原子的微粒间的两个关系(1)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。(2)核电荷数＝质子数＝核外电子数=原子序数。5．元素、核素和同位素(1)概念辨析：元素：具有相同质子数的同一类原子的总称。核素：具有一定质子数和一定中子数的一种原子。同位素：质子数相同，质量数(或中子数)不同的核素互称为同位素。(2)氢元素的三种核素eq\o\al(1,1)H(氕)eq\o\al(2,1)H(氘)eq\o\al(3,1)H(氚)俗称－重氢超重氢符号HDT质子数111中子数012(3)同位素的应用①14C在考古工作中用于测定文物的年代；②eq\o\al(235,92)U用于制造原子弹、核发电；③eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H用于制造氢弹；④放射性同位素释放的射线可用于育种、治疗恶性肿瘤等。【考点剖析】考点一：原子的组成1．原子的组成2．组成原子、离子的各种微粒及相互关系【例1】某元素的阳离子Rn＋，核外共有x个电子，原子的质量数为A，则该元素原子的中子数为()A．A－x－n B．A－x＋n C．A＋x－n D．A＋x＋n答案：A解析：质量数＝质子数＋中子数，因此要求中子数必须先要知道质量数和质子数。本题阳离子Rn＋中质子数等于阳离子的核外电子数加上阳离子所带的正电荷数，所以，该原子的中子数为A－(x＋n)＝A－x－n。考点二：元素、核素、同位素之间的关系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种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联系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(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(14,7)N、eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(24,12)Mg是不同的核素eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H为氢元素的同位素【例2】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(1,1)H2、eq\o\al(2,1)H2、eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(6,3)Li、eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(14,7)N、eq\o\al(7,3)Li、eq\o\al(24,12)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________。答案：(1)6(2)eq\o\al(6,3)Lieq\o\al(7,3)Li(3)eq\o\al(14,6)Ceq\o\al(14,7)N(4)eq\o\al(23,11)Naeq\o\al(24,12)Mg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(1,1)H2和eq\o\al(2,1)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(6,3)Li和eq\o\al(7,3)Li互称为同位素。(3)eq\o\al(14,6)C和eq\o\al(14,7)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(23,11)Na和eq\o\al(24,12)Mg的中子数都是12，但质子数分别为11和12。【过关检测】1．提出原子结构模型的科学家，从时间的先后顺序来看，下列排列正确的是()A．汤姆生、玻尔、卢瑟福、道尔顿B．汤姆生、玻尔、道尔顿、卢瑟福C．卢瑟福、道尔顿、汤姆生、玻尔D．道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔答案：D解析：19世纪初，道尔顿提出了原子学说；1904年汤姆生提出了一个被称为“葡萄干面包式”的原子结构模型；1911年卢瑟福提出了带核的原子结构模型；1913年玻尔提出了新的原子结构模型。2．提出“有核模型”的科学家是()A．汤姆生 B．卢瑟福C．道尔顿 D．玻尔答案：B3．某元素B的核电荷数为Z。已知Bn－、Am＋的核外具有相同的电子数，则A元素的质子数用Z、n、m来表示，应为()A．Z＋n－m B．Z－n＋mC．Z－n－m D．Z＋m＋n答案：D解析：设A元素的质子数为x，则有Z＋n＝x－m，x＝Z＋m＋n。4．已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A，确定mgR2＋中含有电子的物质的量为()A.eq\f(mA－N,A)mol B.eq\f(mA－N＋2,A)molC.eq\f(mA－N－2,A)mol D.eq\f(mA＋N－2,A)mol答案：C解析：R2＋核外电子数为A－N－2，mgR2＋的物质的量为eq\f(mg,Ag·mol－1)＝eq\f(m,A)mol，mgR2＋中含有电子的物质的量为eq\f(m,A)(A－N－2)mol。5．已知阳离子R2＋核外有a个电子和b个中子。表示R原子符号正确的是()A.eq\o\al(b,a)RB.eq\o\al(a＋b－2,a－2)RC.eq\o\al(a＋b＋2,a＋2)R D.eq\o\al(a＋b,a＋2)R答案：C解析：阳离子R2＋核外有a个电子，阳离子的质子数＝核外电子数＋离子所带电荷数＝a＋2，质量数＝质子数＋中子数＝a＋2＋b，所以R原子可表示为eq\o\al(a＋b＋2,a＋2)R，C正确。6．13C－NMR(核磁共振)可用于含碳化合物的结构分析，15N－NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，下列有关13C、15N的叙述正确的是()A．13C与15N具有相同的中子数B．13C与C60是同一种物质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：13C与15N的中子数分别是7和8，A不正确；具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子是核素，即13C是一种核素，而C60是一种单质，B不正确；质子数相同、中子数不同的同一种元素的不同核素互称为同位素，C正确；15N的核外电子数与中子数分别是7和8，D不正确。7．下列各组中互为同位素的是()A.eq\o\al(40,19)K与eq\o\al(40,20)Ca B．T2O与H2OC.eq\o\al(40,19)K与eq\o\al(39,19)K D．金刚石与石墨答案：C解析：eq\o\al(40,19)K与eq\o\al(40,20)Ca是不同种元素，因此不互为同位素，A错误；T2O与H2O是由不同的H原子构成的水分子，物质的化学性质相同但是二者不是原子，因此不互为同位素，B错误；eq\o\al(40,19)K与eq\o\al(39,19)K属于同一种元素，质子数相同而中子数不同，因此二者互为同位素，C正确；金刚石与石墨是由同种元素组成的结构不同的两种单质，D错误。8．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互为同位素C．H2O与D2O相对分子质量相同D．1H218O与D216O的相对分子质量相同答案：C解析：氘(D)原子的质子数为1，核外有1个电子，A正确；1H与D的质子数相同而中子数不同，互为同位素，B正确；H2O与D2O的相对分子质量分别为18和20，不相同，C错误；1H218O与D216O的相对分子质量相等，D正确。9．“玉兔”号月球车用eq\o\al(238,94)Pu作为热源材料，下列关于eq\o\al(238,94)Pu的说法正确的是()A.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U互为同位素B.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有完全相同的物理性质C.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U具有完全相同的化学性质D.eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有相同的最外层电子数答案：D解析：质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素互为同位素，eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，不互为同位素，故A错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(238,92)U的质子数不同，属于不同的元素，其化学性质不同，故C错误；eq\o\al(238,94)Pu与eq\o\al(239,94)Pu具有相同的质子数，所以其核外电子数相同，则具有相同的最外层电子数，故D正确。10．下列叙述正确的是()A．40K和40Ca原子中质子数和中子数都不相等B．金刚石和石墨的性质相同C．H2和D2互为同位素D．某物质只含一种元素，该物质一定是纯净物答案：A解析：因为40K的质子数是19,40Ca的质子数是20，两者质量数相同，质子数不同，所以中子数也不相等，A正确；金刚石和石墨都是由碳元素组成的，由于它们的晶体结构不同，性质上也存在差异，如硬度、导电性都不同，在化学性质上也不完全相同，金刚石相对稳定，B不正确；H2和D2是单质分子，不符合同位素的概念，C不正确；白磷和红磷混在一起，虽然体系中只有一种元素，却存在着结构完全不同的两种分子，所以不是纯净物，D不正确。11．科学家发现两种微粒：第一种是由四个中子构成的微粒“四中子”；第二种是由四个氧原子构成的分子。下列关于这两种微粒的说法不正确的是()A．“四中子”不显电性B．“四中子”的质量数为4C．第二种微粒是氧元素的另一种同位素D．第二种微粒的化学式为O4答案：C解析：中子是不带电的微粒，所以“四中子”不显电性，A正确；根据质量数与中子数、质子数的关系知“四中子”质量数为4，B正确；四个氧原子构成的分子是一种氧单质，化学式为O4，C错误，D正确。12．据报道，某些花岗岩会产生氡(eq\o\al(222,86)Rn)，从而对人体产生伤害。请回答下列问题：(1)该原子的质量数是________，质子数是________，中子数是________。(2)研究发现，镭能蜕变为eq\o\al(222,86)Rn，故将eq\o\al(222,86)Rn称为镭射气；钍能蜕变为eq\o\al(220,86)Rn，故将eq\o\al(220,86)Rn称为钍射气；锕能蜕变为eq\o\al(219,86)Rn，故将eq\o\al(219,86)Rn称为锕射气。eq\o\al(222,86)Rn、eq\o\al(220,86)Rn、eq\o\al(219,86)Rn______(填字母)。A．属于同种元素