【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第一册--2.3.1 原子核的构成 讲义

第三单元 人类对原子结构的认识

第1课时 原子核的构成

知识点01  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——实心球模型

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。认为物质由原子构成，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)

20世纪初，科学家提出，原子核外电子的运动不遵循经典力学的原理，必须用量子力学模型描述核外电子的运动。即现代量子力学模型（电子云模型）。

【即学即练1】如图所示的原子结构模型的演变图中，(1)为道尔顿实心球式原子模型，(2)为卢瑟福行星运转式原子模型，(3)为汤姆生葡萄干面包式原子模型，(4)为近代量子力学原子模型，(5)为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变的顺序的一组为(　　)

A．(1)(3)(2)(5)(4)   B．(1)(2)(3)(4)(5)

C．(1)(5)(3)(2)(4)   D．(1)(3)(5)(4)(2)

答案：A

知识点02  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：

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

(3)同位素的应用

①14C在考古工作中用于测定文物的年代；

②U用于制造原子弹、核发电；

③H、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。

【即学即练2】填空

(1)S2－中的质子数是__________，中子数是________，核外电子数是________，质量数是________。

(2)微粒“AXn－”核外有18个电子，则它的核电荷数为__________，核内中子数为__________。

(3)由1H216O与2H217O所代表的物质中，共有______种元素，______种原子，互为同位素的原子有________________。

答案：(1)16　18　18　34　(2)18－n　A－(18－n)

(3)2　4　1H和2H、16O和17O

考法01  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

【典例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。

考法02  元素、核素、同位素之间的关系

【典例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：H2、H2、C、Li、Na、N、Li、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)Li　Li　(3)C　N　(4)Na　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，H2和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Li和Li互称为同位素。

(3)C和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)Na和Mg的中子数都是12，但质子数分别为11和12。

题组A  基础过关练

1．19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

答案：B

2．下列关于原子结构的说法正确的是(　　)

A．所有的原子都含有质子、中子和电子三种基本构成微粒，且个数都是相等的

B．质子数决定元素的种类，中子数决定核素的种类

C．原子核 对电子吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引

D．原子中的质子、中子和电子三种基本构成微粒不可能再进一步分成更小的微粒

答案：C

解析：氢原子H的原子核内没有中子，核素种类是由质子数和中子数共同决定的，A、B项错误；原子核对核外电子的吸引作用就是质子对电子的吸引，C项正确；以发展的观点分析，原子中的基本构成微粒有可能再进一步分成更小的微粒，如科学家研究发现了质子和中子里面还有更小的微粒——夸克，D项错误。

3．金属钛对人体体液无毒且有惰性，能与肌肉和骨骼生长在一起，有“生物金属”之称。下列有关Ti和Ti的说法中正确的是(　　)

A．Ti和Ti的质量数相同，互称为同位素

B．Ti和Ti的质子数相同，互称为同位素

C．Ti和Ti的质子数相同，是同一种核素

D．Ti与Ti核外电子数相同，中子数不同，不能互称为同位素

答案：B

解析：互为同位素的原子质子数相同，中子数和质量数都不同，所以A选项错误，B选项正确；核素即为一种原子，Ti和Ti是两种不同的原子，C选项错误；核外电子数等于质子数，二者互为同位素，D选项错误。

4．下列叙述错误的是(　　)

A．13C和14C属于同一种元素，它们互为同位素

B．1H和2H是不同的核素，它们的质子数相等

C．14C和14N的质量数相等，中子数不等

D．6Li和7Li的电子数相等，中子数也相等

答案：D

解析：13C与14C、H与H分别互为同位素，故A、B两项正确；14C的质量数为14，中子数为14－6＝8,14N的质量数为14，中子数为14－7＝7，故C项正确；6Li与7Li互为同位素，二者的质子数、电子数都相等，中子数不相等，故D项错误。

5．H、H、H、H＋、H2是(　　)

A．氢的5种同位素  B．5种氢元素

C．氢的5种核素  D．氢元素的5种不同微粒

答案：D

解析：H、H、H是三种不同的核素，是氢元素的三种同位素，H＋是一种阳离子，H2是氢元素形成的单质，上述微粒属于同种元素，故可称之为氢元素的五种不同微粒。

6．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30s，这项成果具有重要意义。该原子的中子数与电子数之差是（　　）

A．61　　       B．114　　        C．175　       　D．289

答案：A

解析：中子数为289-114=175，中子数和电子数之差为175-114=61

7．下列各组微粒中，核外电子总数相等的是（　　）

A．Na+和Li+   　B．CO和CO2 　　 C．H2O和H3O+  　D．NO和CO

答案：C

解析：原子的电子数=质子数，阳离子的电子数=质子数-电荷数，阴离子的电子数=质子数+电荷数。A. Na+电子数=11-1=10，Li+的电子数=3-1=2；B. CO的电子数=6+8=14，CO2的电子数=6+8×2=22；C. H2O的电子数=1×2+8=10，H3O+的电子数=1×3+8-1=10；D. NO的电子数=7+8=15，CO的电子数为14。故选C。

8．已知aAm+与bBn-具有相同的核外电子排布，则下列关系正确的是　（　  ）

A. a=b+m+n      B. a=b-m+n       C. a=b+m-n      D. a=b-m-n

答案：A

解析：aAm+与bBn-的电子数相同，即有：a-m=b+n。

9．某元素X天然存在的一个原子中共有质子、中子、电子共93个，其中35个粒子不带电，则X元素的该原子的相对原子质量约为（　　）

A. 35　      　B. 30　       　C. 64　      　D. 58

答案：C

解析：不带电的粒子为中子，故质子数与电子数之和为93-35=58，又因为质子数等于电子数，故质子数为29，相对原子质量与质量数近似相等，A=29+35=64。

10．填写下表。

答案：12    20    8  10  18

11．碘元素的一种核素可用于治疗肿瘤。该核素的质子数为_______，中子数为______，质量数为_______，核外电子数为__________。

答案：53  72  125  53

题组B  能力提升练

1．自1803年英国科学家道尔顿提出原子假说以来，人类对原子结构的研究不断深入，不断发展，通过实验事实不断地丰富、完善原子结构理论。下列关于原子结构理论的说法中，正确的是(　　)

A．所有的原子都含有质子、中子和电子且个数都是相等的

B．质子数决定元素的种类，中子数决定核素的种类

C．原子核对电子的吸引作用的实质是原子核中的质子对核外电子的吸引

D．原子中的质子、中子和电子3种基本微粒不可能进一步分成更小的微粒

答案：C

解析：H没有中子；核素由质子数和中子数共同决定，质子和中子里面还有更小的微粒——夸克；只有C项正确。

2．YBa2Cu8Ox(Y为钇元素)是磁悬浮列车中的重要超导材料，下列关于Y的说法中不正确的是(　　)

A．质量数是89 B．中子数与质子数之差为50

C．核外电子数是39 D.Y和Y是两种不同的核素

答案：B

解析：对于原子Y，其质子数为39，质量数为89，中子数为89－39＝50，中子数与质子数之差为50－39＝11，核外电子数为39。Y和Y的质子数相同而中子数不同，是两种不同的核素，互为同位素。

3．下列结构示意图表示的粒子，无法确定是离子还是原子的是(　　)

A．①③      B．①④      C．②③   D．②④

答案：A

解析：若核外电子数＝核内质子数为原子，若核外电子数≠核内质子数为离子，原子通过最外层得失电子达到2、8电子稳定结构，因此，当最外层电子数为2、8时，无法确定是离子还是原子。

4．(1)核内中子数为N的R2+，质量数为A，则该离子的核外电子数为____________。

(2)α粒子是带有2个单位正电荷、质量数为4的原子核。由此可以推断α粒子含有____个质子，____个中子。

答案：(1)A-N-2    (2)2  2

解析：（1）该离子的质子数=质量数-中子数=A-N，电子数=质子数-电荷数=A-N-2。

（2）α粒子是带2个单位的正电荷的原子核，即没有电子，故α粒子的质子数为2，中子数=4-2=2。

5．现有下列基本微粒：

1H、2H、3H、1H＋、234U、235U、238U、14N、40K、40Ca、Cl2、14N、14C，请回答下列问题：

(1)在给出的微粒中，含有________种元素，属于氢元素的核素有________种，属于铀元素的核素有________种，互为同位素的原子分别是________，________。

(2)质量数相等的微粒为________、________、________(可不填满，也可补充)。

(3)0.1 mol 14N中共含________mol中子，含________个电子。

答案：(1)7　3　3　1H、2H、3H　234U、235U、238U

(2)1H与1H＋　40K与40Ca　14N与14C　(3)2.1　2.2NA

解析：(1)共有7种元素，氢元素中有1H、2H、3H三种核素，铀元素有234U、235U、238U三种核素，上述三种氢原子、三种铀原子各自互为同位素。(2)质量数相等的微粒有：1H与1H＋、40K与40Ca、14N与14C。(3)每个14N中含质子数为7×3＝21，中子数为(14－7)×3＝21，电子数为22，则0.1 mol 14N含2.1 mol中子，含2.2 NA个电子。

题组C  培优拔尖练

1．据科学家预测，月球的土壤中吸附着数百万吨的3He，每百吨3He核聚变所释放出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4He的形式存在。下列说法中正确的是（　　）

A．4He原子核内含有4个质子

B．3He和4He互为同位素

C．3He原子核内含有3个中子

D．4He的最外层电子数为2，故 4He具有较强的金属性

答案：B

2．16O和18O是氧元素的两种核素，NA表示阿伏加德罗常数，下列说法正确的是(　　)

A．16O2与18O2互为同位素

B．16O与18O核外电子排布方式不同

C．通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化

D．标准状况下，1.12 L 16O2和1.12 L 18O2均含0.1NA个氧原子

答案：D

解析：16O2和18O2为单质不是核素，故A错；B中的两种氧原子的电子数相等，核外电子排布也相等，故B错；16O与18O之间的转化，是原子核的变化，不是化学变化，故C错；1.12 L标准状况下O2的物质的量为0.05 mol，含有氧原子数为0.1NA，D正确。

3．某金属氧化物的化学式为M2O3，电子总数为50，已知氧原子核内有8个中子，M2O3的相对分子质量为102，则M原子核内中子数为（　  ）

A．10　    　　B．12　　    　　C．14　　  　　D．21

答案：C

解析：M2O3的电子总数为50，则质子数为50，因此M的质子数=(50-3×8)/2=13，根据相对分子质量为102，相对分子质量近似等于M和O原子的质量数之和，由此可求得M的质量数=(102-3×16)/2=27，又知M的质子数为13，因此M的中子数为27-13=14。

4．许多元素有多种核素，而且在自然界中各种核素都有固定的原子分数。如氧元素存在、和三种核素，氢元素有、和三种核素。

(1)现有10.0g有2H和16O组成的水分子，其中含质子数为______________，中子数为____________，电子数为________________。

(2)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________，可得____种不同的相对分子质量。

答案：(1)5×6.02×1023  5×6.02×1023  5×6.02×1023  (2)18　7　

解析：(1)2H和16O组成2H216O，质量数为20，10.0g为0.5mol。1个2H216O中质子数、中子数和电子数都是10g，0.5mol2H216O中质子、中子、电子均为0.5mol×10=5mol。

(2) 结合成水分子种数：①每2个相同氢原子核素分别与三个氧原子结合成9种；②任意2个不同氢原子核素分别与三个氧原子结合成9种，共有18种；得到水分子的相对分子质量为18、19、20、21、22、23、24，共7种。