高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第1节 原子结构与元素性质学案设计

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第1节 原子结构与元素性质学案设计，共8页。学案主要包含了原子核，核素等内容，欢迎下载使用。


一、原子核
1．原子及构成微粒
原子 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原子核\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(质子：带有一个单位正电荷,中子：不带电)),核外电子：带有一个单位负电荷))
对于一个原子来说：
核电荷数＝质子数＝核外电子数。
2．质量数
3．原子的表示方法
一般用符号 eq \\al(\s\up1(A),\s\d1(Z))X表示，字母表示意义如下：
eq \b\lc\ (\a\vs4\al\c1(表示质量数——A,表示质子数——Z)) eq \a\vs4\al(X)——表示元素符号
生物体在生命存续期间保留的一种碳原子——碳­14( eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C)会在其死亡后衰变，测量考古遗址中发现的遗物里碳­14的含量，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？
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。
二、核素
1．核素
具有相同数目的质子和相同数目的中子的一类原子。
2．同位素
(1)定义：
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素。
如氢元素的三种核素
(2)分类：
同位素分为稳定同位素和放射性同位素。放射性同位素最常见的应用是进行同位素示踪和用作放射源。
3．几种重要的核素
(1) eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H可用于制造氢弹。
(2) eq \\al(\s\up1(235),\s\d1(92))U是核反应堆的燃料。
(3)作为相对原子质量和阿伏加德罗常数测定用的标准原子为 eq \\al(\s\up1(12),\s\d1( ))6C。
(4)能确定磷在植物中的作用部位的是 eq \\al(\s\up1(32),\s\d1(15))P。
4．元素的相对原子质量
元素的相对原子质量是其各种核素的相对原子质量分别与各种核素在自然界里的丰度的乘积之和。例如，氯元素有两种核素： eq \\al(\s\up1(35),\s\d1(17))Cl，相对原子质量为34.97，其丰度为75.77%； eq \\al(\s\up1(37),\s\d1(17))Cl，相对原子质量为36.97，其丰度为24.23%。故氯元素的相对原子质量为34.97×75.77%＋36.97×24.23%≈35.45。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)有些元素有多种核素，有些元素只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。( )
(2) eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H用于制造氢弹。( )
(3)所有核素中都含有质子和中子。( )
(4)同位素原子的化学性质相同，物理性质不同。( )
(5)核素的质量数就是核素的相对原子质量。( )
[答案] (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
构成原子的微粒及其相互关系
1．钛元素的一种原子可以表示为 eq \\al(\s\up1(46),\s\d1(22))Ti，在该原子中含有的中子数及核外电子数分别为多少？
提示：该原子是质子数为22、质量数为46的钛原子，中子数为24，核外电子数为22。
2．金属钠在700～800 ℃时与四氯化钛(TiCl4)反应生成金属钛，该反应的化学方程式为4Na＋TiCl4 eq \(=====,\s\up9(高温))4NaCl＋Ti。其中 eq \\al(\s\up1(46),\s\d1(22))Ti4＋中所含电子数是多少？23 g该金属钛中所含质子的物质的量是多少？
提示：由于钛原子的质子数为22，该钛原子失去4个电子形成 eq \\al(\s\up1(46),\s\d1(22))Ti4＋，故该离子中所含电子数是18；23 g eq \\al(\s\up1(46),\s\d1(22))Ti的物质的量是0.5 ml，其所含质子的物质的量为11 ml。
1．质量关系
(1)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
(2)原子的相对原子质量近似等于质量数。
2．电性关系
关于原子构成的几个易错点
(1)原子中一定含有质子，但不一定含有中子，如 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H。
(2)原子的质量数和相对原子质量的含义不同，但是原子的质量数一般近似等于该原子相对原子质量数值的整数部分。
1．某元素的一个原子形成的离子可表示为 eq \\al(\s\up1(b),\s\d1(a))Xn－，下列说法正确的是( )
A． eq \\al(\s\up1(b),\s\d1(a))Xn－中含有的中子数为a＋b
B． eq \\al(\s\up1(b),\s\d1(a))Xn－中含有的电子数为a－n
C．X原子的质量数为a＋b＋n
D．一个 eq \\al(\s\up1(b),\s\d1(a))X原子的质量约为 eq \f(b,6.02×1023) g
D [题给微粒的中子数＝质量数－质子数＝b－a，A项错误；题给微粒的核外电子数＝核内质子数＋所带负电荷数＝a＋n，B项错误；X原子的质量数为b，C项错误。]
2．假设R元素没有同位素，R原子的质量数为A，Rm－的核外电子数为x，则W g Rm－所含中子的物质的量为( )
A．(A－x＋m)mlB．(A－x－m)ml
C． eq \f(W,A)(A－x＋m)ml D． eq \f(W,A)(A－x－m)ml
C [Rm－的核外电子数为x，则R原子的质子数是x－m。因此R的中子数是A－x＋m，所以W g Rm－所含中子的物质的量为 eq \f(W,A)×(A－x＋m)ml，C项正确。]
元素、核素、同位素、同素异形体的概念辨析
目前科学家们在火星上发现了巨大的地下蓄水层，这增加了火星上存在生命的期望。这个蓄水层大约有20公里宽，在一个巨大的极地冰川下，位于火星表面下1.5公里处。
我们知道水是由氢和氧两种元素组成的物质，在自然界中存在的氧原子和氢原子有以下六种： eq \\al(\s\up1(16),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(17),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(18),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H。
1．上述所给微粒中元素种类有多少种？
提示：有氢、氧两种元素。
2．上述所给微粒中核素种类有多少种？
提示：一种原子就是一种核素，故有六种核素。
3．上述所给微粒中哪些互为同位素？
提示：三种氢元素的核素互为同位素，三种氧元素的核素互为同位素。
4. eq \\al(\s\up1(16),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(17),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(18),\s\d1( 8))O三种核素可形成哪些单质？形成的不同单质有何关系？三种核素在不同单质中的比例关系如何？
提示： eq \\al(\s\up1(16),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(17),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(18),\s\d1( 8))O三种核素可形成O2、O3两种单质；O2、O3互为同素异形体，三种核素在O2、O3中所占的原子个数百分比相同。
5．这些原子可以构成水分子，其中可构成不同的水分子有多少种？
提示： eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H三种原子可以形成六种组合，分别为： eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H2、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H2、 eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H2、 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H，分别与 eq \\al(\s\up1(16),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(17),\s\d1( 8))O、 eq \\al(\s\up1(18),\s\d1( 8))O三种原子构成的水分子为6×3＝18种。
元素、核素、同位素及同素异形体的比较
1．区别
2．联系
【例题】 2020年1月19日17时55分，“玉兔二号”受光照成功自主唤醒，进入第十四月昼。3月1日20时6分，“玉兔二号”月球车顺利完成第十五月昼的科学探测工作，进入月夜休眠。月球车一般用 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu作为热源材料。
玉兔二号月球车
下列关于 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu的说法正确的是 ( )
A． eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 92))U互为同位素
B． eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(239),\s\d1( 94))Pu互为同素异形体
C． eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 92))U具有完全相同的化学性质
D． eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(239),\s\d1( 94))Pu具有相同的最外层电子数
D [A项， eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 92))U的质子数不同，不是同种元素，A项错误； eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(239),\s\d1( 94))Pu互为同位素，B项错误； eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 92))U不属于同种元素，化学性质不同，C项错误； eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(239),\s\d1( 94))Pu为同种元素，核外电子排布相同，最外层电子数相同，D项正确。]
[变式旁通] (1) eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu原子中中子数为多少？
(2) eq \\al(\s\up1(238),\s\d1( 94))Pu与 eq \\al(\s\up1(239),\s\d1( 94))Pu的化学性质是否相同？
提示：(1)144。中子数＝质量数－质子数＝238－94＝144。
(2)相同，由于它们的核外电子排布相同，最外层电子数相同，因此化学性质相同。
1．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 ( )
A．14C与12C60的碳原子化学性质不同
B．14C与14N核内中子数相同
C．14C与12C60互为同素异形体
D．14C与12C、13C互为同位素
D [14C与12C60的碳原子质子数相等，中子数不等，互为同位素，化学性质相同，故A不正确；14C中子数为8，14N中子数为7，故B不正确；14C是原子，12C60是分子，所以不是同素异形体，故C错误；14C与12C、13C是具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同原子，互为同位素，故D正确。]
2．下列说法错误的是 ( )
A． eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、H＋和H2是氢元素的四种不同微粒
B． eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(20))Ca和 eq \\al(\s\up1(42),\s\d1(20))Ca、金刚石和石墨分别互为同位素
C． eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H和 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H是不同的两种核素
D． eq \\al(\s\up1(12),\s\d1( 6))C和 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎相同
B [ eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H、 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H、H＋和H2分别表示：质子数为1中子数为0的氢原子、质子数为1，中子数为1的氢原子、带一个单位正电荷的氢离子、氢气单质，属于氢元素的四种不同微粒，故A正确； eq \\al(\s\up1(42),\s\d1(20))Ca和 eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(20))Ca是同种元素的不同原子，互为同位素，石墨和金刚石为碳元素的不同单质，互为同素异形体，故B错误； eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H和 eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H的质子数相同，中子数不同，互为同位素，是不同核素，故C正确； eq \\al(\s\up1(12),\s\d1( 6))C和 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C质子数都为6，中子数不同，互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同，故D正确。]
1．某金属原子的符号为 eq \\al(\s\up1(166),\s\d1( 67))H，该原子核内的中子数与核外电子数之差为 ( )
A．32 B．67
C．99 D．166
A [由题意可知， eq \\al(\s\up1(166),\s\d1( 67))H核外电子数等于核电荷数为67，原子核内的中子数为166－67＝99， eq \\al(\s\up1(166),\s\d1( 67))H核内的中子数与核外电子数之差为99－67＝32，A项正确。]
2．有5种单核粒子，它们分别是 eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(19))□、 eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(18))□、 eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(19))□＋、 eq \\al(\s\up1(40),\s\d1(20))□2＋、 eq \\al(\s\up1(42),\s\d1(20))□(“□”内元素符号未写出)，则它们所属元素的种类有( )
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
B [质子数决定元素的种类，题给5种单核粒子质子数有18、19、20三种，故为三种元素。]
3．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．H与D互为同位素
C．H2O与D2O互为同素异形体
D．H eq \\al(\s\up1(18),\s\d1(2))O与D eq \\al(\s\up1(16),\s\d1(2))O的相对分子质量相同
C [H2O与D2O是化合物、同素异形体是同种元素形成的不同单质，故C错误。]
4．已知R元素的某种同位素能形成化合物AmRn，其中A的化合价为＋n。该化合物中一个R微粒的核外电子数为a，核内中子数为b，则该同位素的原子符号是( )
A． eq \\al(\s\up1(b＋m＋n),\s\d1( a＋m))R B． eq \\al(\s\up1(b＋a＋n),\s\d1( a＋n))R
C． eq \\al(\s\up1(a－m＋b),\s\d1( a－m))R D． eq \\al(\s\up1(b＋a),\s\d1( a))R
C [在化合物AmRn中，A的化合价为＋n，则R的化合价为－m，其离子符号为Rm－，已知一个Rm－的核外电子数为a，则R元素的原子核内质子数为a－m，由于质量数＝质子数＋中子数，所以其质量数为a－m＋b，原子符号可表示为 eq \\al(\s\up1(a－m＋b),\s\d1( a－m))R，C正确。]
5．在 eq \\al(\s\up1(6),\s\d1(3))Li、 eq \\al(\s\up1(7),\s\d1(3))Li、 eq \\al(\s\up1(23),\s\d1(11))Na、 eq \\al(\s\up1(24),\s\d1(12))Mg、 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C、 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 7))N中：
(1)________和________互为同位素。
(2)________和________的质量数相等，但不能互为同位素。
(3)________和________的中子数相等，但质子数不等，所以不是同一种元素。
[解析] (1) eq \\al(\s\up1(6),\s\d1(3))Li、 eq \\al(\s\up1(7),\s\d1(3))Li质子数相同，中子数不同，互为同位素。(2) eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C、 eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 7))N质量数均为14。(3) eq \\al(\s\up1(23),\s\d1(11))Na质子数为11，质量数为23，中子数为23－11＝12； eq \\al(\s\up1(24),\s\d1(12))Mg质子数为12，质量数为24，中子数为24－12＝12。
[答案] (1) eq \\al(\s\up1(6),\s\d1(3))Li eq \\al(\s\up1(7),\s\d1(3))Li (2) eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 6))C eq \\al(\s\up1(14),\s\d1( 7))N (3) eq \\al(\s\up1(23),\s\d1(11))Na eq \\al(\s\up1(24),\s\d1(12))Mg
学 习 任 务
1.通过对原子结构的学习掌握原子的内部结构，明确与原子有关的一些数量之间的关系，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。
2．了解一些特殊同位素的应用，激发学习兴趣，培养“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。
eq \\al(\s\up1(1),\s\d1(1))H
eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1))H
eq \\al(\s\up1(3),\s\d1(1))H
俗称
－
重氢
超重氢
符号
H
D
T
质子数
1
1
1
中子数
0
1
2
微粒
等量关系
不等量关系
原子
质子数＝核外电子数
－
阳离子
核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数
质子数>核外电子数
阴离子
核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数
质子数<核外电子数