高中化学第三单元 人类对原子结构的认识教案

1.3.2 原子的构成

学习目标

知识技能：

⒈复习原子构成的初步知识，使学生懂得质量数和AZX的含义，掌握构成原子的粒子间的关系；

⒉知道同位素概念。

过程方法：

采用教师引导，学生阅读资料、自己提出问题、并自主地跟同学交流、自己完成讨论结果的方法，教师多创设情景让学生自主学习、自主地总结出规律。

情感态度：

让学生充分体验交流讨论、发现规律、得出结论的过程，让学生在获得有关知识的同时又体验自己学习后获得的成功感。

教学准备　多媒体课件

教学过程

情景设计：

展示图片：

原子结构图

引入新课：

原子是由原子核和核外电子构成的，绝大多数原子的原子核由质子和中子构成。质子、中子和电子是构成原子的三种粒子，这三种粒子的质量大小、带电荷情况等方面有什么差异？请同学们运用教材表1-8中的数据进行比较。

学生活动：

阅读表1-8，比较三种粒子的质量大小、带电荷情况。有同学会问：什么是相对质量？

（1）收集材料：结合初中所学的有关原子结构的初步知识填写下表：

（2）归纳总结

构成原子的微粒之间的数量关系

（3）填写下表：

交流讨论：

⑴若用X表示元素符号，Z表示原子的质子数，A表示原子的质量数，用AZX表示图中的原子组成分别为：               

⑵质量数的概念：                   。

  （3）电性关系：

   ⑷质量关系

整理归纳：

⒈原子的构成是本节重点，我们需要掌握的关系式：

 ⑴AZX的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。

AZXqp中各个字母的含义：

A：质量数；

Z：质子数；

q：原子个数；

p：电荷数。

⑵电性关系：

原子：核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数

阳离子：核电荷数（Z）=核内质子数＞核外电子数

            核电荷数（Z）=核内电子数+电荷数

阴离子：核电荷数（Z）=核内质子数＜核外电子数

            核电荷数（Z）=核内电子数—电荷数

⑶质量关系：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

⒉元素、核素、同位素

学生活动：阅读书本第31页内容，得出：

⑴核素、同位素的概念；

⑵质子数决定元素的种类；中子数决定元素的同位素。

信息博览：

我们在初中就学习了碳-12用作相对原子质量的标准，另外碳-14可用作考古、测出土文物的年代。具体来说，有以下应用：

一、碳-14测年法

自然界中的碳-14是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的。碳-14不仅存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过事物链进入活的动物或人体等一切生物体中。由于碳-14一面在生成，一面又以一定的速度在衰变，致使碳-14在自然界中（包括一切生物体内）的含量与稳定同位素碳-12的含量的相对比值基本保持不变。

当生物体死亡后，新陈代谢停止，由于碳-14的不断衰变减少，因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为m克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。美国放射化学家W. F.利比因发明了放射性测年代的方法，为考古学作出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖。

由于碳-14含量极低，而且半衰期很长，所以用碳-14只能准确出5～6万年以内的出土文物，对于年代久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，利用碳-14测年法是无法测定出来的。

二、碳-14标记化合物的应用

碳-14标记化合物是指用放射性14C取代化合物中稳定同位素碳-12，并以碳-14作为标记的放射性标记化合物。它与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质，不同的只是它们带有放射性，可以利用放射性探测技术来追踪。

自20世纪40年代，就开始了碳-14标记化合物的研制、生产和应用。由于碳是构成有机物三大重要元素之一，碳-14半衰期长，β射线能量较低，空气中最大射程22cm，属于低毒核素，所以碳-14标记化合物产品应用范围广。至80年代，国际上以商品形式出现的碳-14标记化合物，包括了氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、核酸类、类脂类、类固醇类及医学研究用的神经药物、受体、维生素和其他药物等，品种已达近千种，约占所有放射性标记化合物的一半。

以碳-14为主的标记化合物在医学上还广泛用于体内、体外的诊断和病理研究。用于体外诊断的竞争放射性分析是本世纪60年代发展起来的微量分析技术。应用这种技术只要取很少量的体液（血液或尿液）在化验室分析后，即可进行疾病诊断。由于竞争放射性分析体外诊断的特异性强，灵敏度高，准确性和精密性好，许多疾病就可能在早期发现，为有效防治疾病提供了条件。

碳-14标记化合物作用灵敏的失踪剂，具有非常广泛的应用前景。

问题解决：

碳-12和碳-14的有何联系和区别？

交流讨论：

【例1】简单原子的原子结构可用下图表示方法形象表示：其中●表示质子或电子，○表示中子，则下列有关①②③的叙述正确的是…………………………………………………（    ）

A. ①②③互为同位素

B. ①②③互为同素异形体

C. ①②③是三种化学性质不同的微粒

D. ①②③具有相同的质量数

解析：由题目信息可知①②③所表示的为三个原子，其中①是一个质子和一个电子，②是一个质子一个中子和一个电子，③是一个质子、两个中子和一个电子，故①②③互为同位素。而同素异形体是指同种元素形成的不同单质（如金刚石和石墨）。

答案：A

【例2】（2004年江苏高考题）我国的“神舟”五号载人飞船已发射成功，“嫦娥”探月工程也已正式启动。据科学家预测，月球的土壤中吸附着数百万吨的32He，每百吨32He核聚变所释放的能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上，氦元素主要以42He的形式存在。下列说法正确的是…………………………………………………（    ）

A. 42He原子核内含有4个质子

B. 32He和42He互为同位素

C. 32He原子核内含有3个中子

D.42He的最外层电子数为2，所以42He具有较强的金属性

解析：熟练掌握原子的构成，以及两个关系式是解决这类题目的关键。根据质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）和AZX中各符号的含义，我们不难看出A项中质子数应为2；C项中中子数应为1；B项正确；而D选项，我们知道2号元素为稀有气体元素，不具有金属性，故很容易排除。

答案：B

思考与交流：这道题目以新闻背景材料出现，起点高，而落点低，是高考中常见的题目。希望同学们在解决问题时注意抓住问题的主要矛盾，利用好我们所学的知识，问题就迎刃而解了。

【例3】（2004年全国高考卷）若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th的原子来说…………………………………………………（    ）

A.x=90  y=90  z=234

B. x=90  y=90  z=144

C. x=144  y=144  z=90

D. x=234  y=234  z=324

解析：23490Th来说，质子数（x）=核外电子数（y）=90，质量数=234=质子数（x）+中子数（z），即z=234-90=144。

答案：B

点评：在中性原子中：质子数=核电荷数=核外电子数，质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

【例4】人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核聚变的重要原料之一。氦的该种同位素应表示为………………………………（    ）

A. 43He                          B. 32He

C. 42He                          D. 33He

解析：该题考查原子的组成和表示形式，具题意质量数为3的氦，则可知A=（3），Z（2），通过三种粒子的关系可知中子数，又可知表示形式为：32He。

答案：B

归纳整理：

同位素的特点：

①天然存在的元素，各同位素在自然界的含量占该元素总量的百分比（称为“丰度”，即原子百分比）基本上是固定的。

②同种元素，可以有若干种不同的核素。（元素：112种，同位素：1800种）

③同种元素是同一元素的不同核素之间的互相称谓，不指具体的原子。

同一种元素的不同同位素原子其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及其构成的化合物化学性质几乎相同，只是某些物理性质略有差异。同位素构成的化合物是不同的化合物，H2O、D2O、T2O的物理性质不同，化学性质几乎相同。

课堂训练

1. 4019K与4020Ca原子的质量数……………………………………（   ）

A 前者大                    B 后者大

C 相等                      D 无法确定

2. 俄罗斯科学家最近合成第114号元素的原子，该原子的质量数为289，存在时间达到30秒，该原子的中子数与电子数之差是………………………………（   ）

   A 61       B 114       C 175        D289

3. 某微粒用AZRn+表示，下列关于该微粒的叙述正确的是…………………………（   ）

A 所含质子数=A-n

B 所含中子数=A-Z

C 所含电子数=Z+n

D 质量数=Z+A

4. An+ 有m个电子，它的质量数为A，则原子核内的中子数为…………………………（   ）

  A  m+n         B  A-n+m      C  A-m-n     D  A+m-n

5. 与Ne原子具有相同质子数的是………………………………（   ）

A  Na+       B  NH4+           C  CH4            D  Na+

6. 某元素B的核电荷数为Z。已知Bn-和Am+的核外具有相同的电子层结构，则A元素的原子序数用Z、n、m来表示，应为…………………………（   ）

A  Z+n-m                   B  Z-n+m

C  Z-n-m                   D  Z+m+n

7.An+ 有m个电子，它的质量数为A，则原子核内的中子数为…………………………（   ）

  A  m+n        B  A-n+m      C  A-m-n     D  A+m-n

8.1996年2月9日，欧洲一科学家小组，由6630Zn和20882Pb两原子经核聚合，并放出一定数目的中子而制得第112号元素的质量数为227的同位素。则两原子在核聚合中放出的中子数目是（  ）

A  47           B 115         C 142         D 162

9. 元素X的一种核素abX，元素Y的一种核素cdY，已知a﹥c，b﹥d，则元素X与Y的相对原子质量………………………………（   ）

A 大于       B 小于           C 等于            D 不能确定-

10. 据测哈雷慧星上碳的两种同位素12C和13C的原子个数比为65：1，而地球上12C和13C的原子个数比为89：1，地球上碳元素的相对原子质量是12.011，那么哈雷慧星上碳元素的相对原子质量应是………………………………（   ）

A 12.000       B 12.009           C 12.015            D 12.980

11. 下列关于等温等压下，等质量气体H2、D2、T2的叙述中，正确的是…………………（   ）

①密度之比1：2：3       ②质子数之比6：3：2

③中子数之比0：3：4     ④体积之比6：3：2

A ①②③④                 B ②③④

C ①②③                   D ③④