高中化学1.1.3核素教师用书新人教版必修2

第 3 课时核素

[ 目标导航] 1. 了解质量数和Z A X 的含义。 2. 了解核素、同位素的概念，并了解同位素的重要作用。 3. 了解原子的结构以及各种微粒数的关系。

一、原子的构成质量数

1．原子的构成及表示方法

(1) 构成

质子( 带正电)

A原子核

原子( Z A X) 中子(不带电)

核外电子( 带负电)

(2) 表示方法

例如，162C表示的是C元素中质量数为12、质子数为6、中子数为6的原子；186O表示的是O 元素中质量数为16 、质子数为8、中子数为8 的原子。

2．质量数

由于原子的质量集中在原子核上，把质子和中子的相对质量分别取其近似整数值1，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量的近似整数值相加，所得的数值叫做质量数，符号为A。

质量数( A) ＝质子数( Z) ＋中子数(N)。

点拨原子或离子中各微粒间的数目关系

(1) 原子的质子数＝核电荷数＝原子序数＝核外电子数。

(2) 阳离子所带电荷数＝质子数－核外电子数；阴离子所带电荷数＝核外电子数－质子数。

(3) 质子数( Z) ＝阳离子的核外电子数＋阳离子所带的电荷数。

(4) 质子数(Z) ＝阴离子的核外电子数－阴离子所带的电荷数。

议一议

判断正误，正确的打“√” ，错误的打“×”

(1) 所有原子都由质子、中子和核外电子构成( )

(2) 原子的种类大于元素的种类( )

(3) 某种氯原子的中子数是18，则其质量数是35，核外电子数是17( )

答案(1) × (2) √ (3) √ 二、核素同位素

1．核素

把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。如12C、13C、14C 就是碳元素的三

种不同核素。

2．同位素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。即同一元素的不同核素之间互称为同位素，如1H、2H、3H三种核素均是氢元素的同位素。

3．同位素的两个特征

(1) 同一种元素的各种同位素的化学性质几乎完全相同；(2) 在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，同位素相互之间保持一定的比率，即各种同位素所占的原子个数百分比是相同的。

4．同位素的用途

(1) 164C 在考古工作中用于测定一些文物的年代。

(2) 1H、1H 用于制造氢弹。

(3) 利用放射性同位素释放的射线育种、治疗癌症和肿瘤等。

提醒(1) 同位素中“同位” 指几种核素的质子数相同，在元素周期表中占据同一个位置。同位素属于同一种元素，但不是同种原子。例如：11H、12H、31H 是三种不同的原子，但都是氢元素。

(2) 同种元素可以有多种不同的同位素原子，所以元素的种类数远小于原子的种类数。

议一议

1．判断正误，正确的打“√” ，错误的打“×”

(1) 不同元素的核素的质量数一定不同( )

(2) 164C 和174N互为同位素( )

(3) 29325U 与29328U是同一种核素( )

(4) 14C 可用于文物的年代鉴定，14C 与12C 为同种单质( )

答案(1) × (2) × (3) × (4) ×

2．下列8种化学符号：11H2、12H2、164C、36Li 、2113Na、174N、37Li 、2142Mg。

(1) 表示核素的符号共________ 种。

(2) 互为同位素的是_______ 和_______ 。

(3) 中子数相等，但质子数不相等的核素是 _______ 和_________ 。

答案(1)6 (2) 63Li 73Li (3) 2131Na 2124Mg

解析(1) 11H2、12H2 为分子不属于核素范畴。

(2) 36Li 、73Li 的质子数相同，中子数不同，二者互为同位素。

23 24

(3) 2131Na 和1242Mg的中子数相等，但质子数不同。

一、元素、核素、同位素、同素异形体的区别和联系

例 1 下列说法错误的是( )

A. 1H、1H、H 和H2 是氢元素的四种不同粒子

B. 4200Ca和4202Ca、石墨和金刚石均为同素异形体

C. 11H和21H是不同的核素

D．12C 和14C互为同位素，物理性质不同，但化学性质几乎完全相同

解析元素的存在形式有游离态和化合态两种， A 项中的四种微粒是氢元素的四种不同粒子，11H 和12H 是质子数均为1，中子数不等的不同的氢原子，它们是不同的核素；12C 和14C由于其质子数均为6，而中子数分别为 6 和8，故它们互为同位素，同理，2400Ca 和2420Ca互为同位素其物理性质不同但化学性质几乎完全相同；金刚石与石墨是由碳元素组成的不同的单质，它们互为同素异形体。

答案 B 归纳总结1．区别

名称

内容

项目

元素核素同位素同素异形体本质

质子数相同的一

类原子的总称

质子数、中子数

都一定的原子

质子数相同、中

子数不同的核素

同种元素形成的

不同单质范畴同类原子原子原子单质

特性

只有种类，没有

个数

化学反应中的最

小微粒

化学性质几乎完

全相同

元素相同、性质

不同决定因素质子数质子数、中子数质子数、中子数组成元素、结构举例

H、C、O三种元

素

11H、21H、13H三种核

素

123

1H、1H、1H 互称同

位素

O2 与O3互为同素

异形体

特别提醒(1) 在辨析核素和同素异形体时，通常只根据二者研究范畴不同即可作出判断。

(2) 同种元素可以有多种不同的同位素原子，所以元素的种类数目远少于原子种类的数目。

(3) 自然界中，元素的各种同位素的含量基本保持不变。

变式训练 1 下列互为同位素的是(

A．H2 D2 B．

)

14

N

14

C

C

．16O17O D．金刚石石墨

答案C

解析同位素是指质子数相同，中子数不同的同一种元素的不同核素的互称，只有 C 项符合。

二、原子的相对原子质量与元素的相对原子质量的

区别

例 2 我国著名化学家张青莲教授测定的锑元素的相对原子质量为121.760 ，被国际原子量委员会采用为国际新标准。已知锑有两种以上天然同位素，则121.760 是( )

A．按照锑的各种天然同位素的质量数与这些同位素所占的原子百分比计算出来的平均值

B．按照锑的各种天然同位素的相对原子质量与这些同位素所占的原子百分比计算出来的平均

12 1

C．一个锑原子的质量与12C原子质量的112的比值

12 1

D．锑元素的质量与12C 原子质量的12的比值

解析 元素的相对原子质量是根据各种天然同位素的相对原子质量和这些同位素所占的原子 百分比计算出来的平均值。 答案 B 归纳总结

1．原子的相对原子质量 (1) 含义

12

1 原子的相对原子质量是该同位素的一个

原子的质量与

12

C 质量的 的比值。

(2) 计算公式

(3) 常用关系

原子的近似相对原子质量＝质量数

2．元素的相对原子质量 (1) 元素的平均相对原子质量

①含义：根据各种核素的相对原子质量和它们在原子总数中所占的组成分数计算的平均值。 ②计算公式

M r ＝ A ·a %＋B · b %＋C · c %＋

其中 A 、 B 、 C 分别为各同位素的相对原子质量： a %、 b %、 c %分别为自然界中各同位素所占的

则氧元素的相对原子质量为 M r ＝15.995×99.759%＋16.999 × 0.037%＋ 17.999 × 0.204%≈15.999 。

(2) 元素的近似相对原子质量 可根据各种核素 (同位素 )的质量数按上法计算。

特别提醒 (1) 元素周期表中的相对原子质量是指元素的平均相对原子质量， 而不是该元素的 某种核素的相对原子质量。

(2) 已知某元素的一种核素的相对原子质量无法求解该元素的平均相对原子质量。

原子的相对原子质量＝

一个该原子的质量

一个 C 原子质量× 1

12

原子的含量或原子个数的组成分数， M r 是元素的平均相对原子质量。 ③ 实例

如氧有三种天然同位素， 它们的同位素原子的相对原子质量和各同位素原子含量 (即原子个数 百分比 ) 的数据分别为

O

15.995 99.759% 17 8

O 16.999 0.037% 18

8O 17.999

0.204%

变式训练 2 氧元素有三种核素 16

O 、17

O 、 18

O ，它们在自然界中所占的原子个数百分比分别为

a %、

b %、

c %，则下列说法正确的是 ( )

A ．一个 O 原子的质量为 16 g

答案 B

解析 1 mol 16

O 原子的质量近似等于 16 g ，A 错误；某一核素原子的相对原子质量在数值上 近似

等于其质量数， B 正确； 氧元素的相对原子质量为 16

O 、17

O 、18

O 的相对原子质量的平均值， 而

“ 16a %＋ 17b %＋18c %”是氧元素的近似相对原子质量， C 、D 错误。

1．下列有关钯原子 ( 14066

Pd)的说法错误的是 ( )

A ．原子序数为 46

B ．质子数为 46

C ．电子数为 46

D ．中子数为 46

答案 D

解析 由 14066

Pd 可知，钯的原子序数为 46，核外电子数＝原子序数＝质子数＝ 46；核内中子数

为 106－46＝ 60，D 选项错误。

2．有六种微粒，它们分别是 410

9M 、420

0N 、4

180

X 、140

9Q ＋、420

0Y 2

＋、 140

7Z －

，它们所属元素的种类为 ( )

A ．3种

B ．4种

C ．5种

D ．6种

答案 B

解析 质子数决定元素的种类， 410

9M 、1490

Q ＋是 K 元素形成的微粒， 4

200

N 、240

0Y 2

＋

表示 Ca 元素形成

的 微粒； 18X 表示 Ar 原子， 17Z 表示 Cl 。

3．下列说法不正确的是 ( )

①质子数相同的粒子一定是同一元素

②质子数相同且电子数也相同的两种粒子不可能一种是分子，另一种是离子 ③电子数相同的粒子不一定是同种元素

④ 一种元素不可以形成不同单质

⑤ 某元素的相对原子质量取整数值就是质量数

A ．②④⑤

B ．①④⑤

C ．②③④

D ．①②③④⑤

答案 B

C ．氧元素的相对原子质量

为

16＋17＋18

3

B ． 17

O 的相对原子质量约为 17

D ．氧元素的相对原子质量

为 （16 a %＋ 17b %＋ 18c %）

解析质子数相同，一种是分子而另一种是原子时，则不是同一元素，如H2O、Ne，①错误；

质子数相同、电子数也相同的两种微粒，电性、电量必然相同，不可能一种是分子，另一种是离子，②正确；电子数相同的粒子不一定是同种元素，如Na 、He 均为10 电子微粒，③ 正确；一种元素可以形成不同的单质，如O2、O3，金刚石、石墨，红磷、白磷等，④错误；由于绝大多数元素存在同位素，元素的相对原子质量不等于某同位素原子的相对原子质量，因此元素的相对原子质量取整数值也不一定是质量数，⑤错误。

4．氯元素在自然界有35Cl 和37Cl 两种同位素，在计算式34.969×75.77%＋36.966 × 24.23% ≈35.453 中( )

A．75.77%表示35Cl 的质量分数

35

B．24.23%表示35Cl 的丰度

C．35.453 表示氯元素的相对原子质量

D．36.966 表示37Cl 的质量数

答案C

解析元素的相对原子质量是按该元素的各种天然同位素的相对原子质量和所占的丰度计算

35

出的平均值。本题中34.969 、36.966 表示两种核素的相对原子质量，75.77%表示35Cl 的丰度，24.23%表示37Cl 的丰度。

5．在63Li 、174N、2113Na、1242Mg、37Li 、164C中：

(1) _______ 和______ 互为同位素。

(2) _______ 和______ 质量数相等，但不能互称同位素。

答案(1) 63Li 73Li (2) 174N 164C

解析质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素，故63Li 与73Li 互为同位素；174N与164C质量数相等，但因质子数不同，不能互称同位素。

[ 基础过关]

题组 1 同位素及其性质

1．简单原子的原子结构可用下图形象地表示：

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互为同素异形体

B．①②③互为同位素

C．①②③是三种化学性质不同的粒子

D ．①②③具有相同的质量数

答案 B

解析 由题图可知三个原子的质子数、核外电子数相同，而中子数不同，所以应为同位素， 同位素的化学性质相同。

2．下列各组中属于同位素关系的是 ( ) A ．金刚石与石墨

B ． T 2O 与 H 2O

C ．40K 与39K

D ．16

O 与

16O

2－

答案 C

解析 A 中金刚石与石墨都是碳元素形成的不同的单质，属于同素异形体； B 中 T 2O 与 H 2O

是

化合物； D 中 16

O 2

－是离子， 16

O 与 16

O 2

－

的关系为同一种元素形成的不同的微粒。 C 正确。

3．据科学家预测，月球的土壤中吸附着数百万吨的 3

2He ，每百吨 3

2He 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 4

2

He 的形式存在。下列说法正确的

是 (

)

A. 4

2He 原子核内含有 4 个质子 B. 3

2He 和4

2He 互为同位素

C. 3

2He 原子核内含有 3 个中子

D. 4

2He 的最外层电子数为 2，所以 24

He 具有较强的金属性

答案 B

解析 原子的表示符号 Z A

X ，A 表示质量数， Z 表示质子数，所以可判断 A 、C 错误；又 4

2He 的

最 外层电子数为 2，虽然少于 8 个，但属于稳定结构，因此 D 选项错误。

4．“玉兔”号月球车用 92438作为热源材料。下列关于 92348 的说法正确的是 ( )

答案 D

5．下列说法正确的是 ( )

A ．有 H 、D 、T 与 16

O 、 17

O 、 18

O 构成的过氧化氢分子的相对分子质量有 36 个

A.

B.

C.

D.

解析

2934

8

与92238 的质子数不同，不能互为同位素， A 错误；

92438与 29349

均是核素，不是单质，不 能互为同素异形体， B 错误； 29348与 92238 的质子数不同，属于不同的元素， 不可能具有完全相同

的化学性质， C 错误；

92438与 92438

的质子数相同，具有相同的最外层电子数， D 正确。

B．H2、D2、T2 互为同素异形体

C．H2、D2、T2 在相同条件下的密度比为1∶2∶3

D．氕、氘发生核聚变反应成其他元素，属于化学变化

答案C

解析H、D、T组合H2、D2、T2、HD、HT、DT共 6 种；16O、17O、18O组合16O2、17O2、18O2、

16O17O、16O18O、17O18O共6种，构成的过氧化氢分子共有6× 6＝36 个，但其中有相对分子质量相同的分子，故构成的过氧化氢分子的相对分子质量个数小于36 个， A 错误；H2、D2、T2 均为氢气

单质，属于一种物质， B 错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度比等于气体相对分子质量之比，为2∶4∶6＝1∶2∶3，C正确；氕、氘发生核聚变成其他元素，属于核反应，不是化学变化，D错误。

6 ．下列说法正确的是( ) A．同一元素各核素的质量数不同，但它们的化学性质几乎完全相同B．任何元素的原子都是由核外电子和核内中子、质子构成的C．钠原子失去一个电子后，它的电子数与氖原子相同，所以变成氖原子 D.4180Ar、4190K、4200Ca的质量数相同，所以它们互为同位素

答案A

解析元素的化学性质是由其核外电子排布决定的，故同一元素各核素的化学性质几乎完全相同；一般来说，元素的原子都是由核外电子和核内中子、质子构成的，但也有特殊情况，如11H；钠原子失去一个电子后，它的核外电子数虽与氖原子相同，但质子数仍为11，与氖原

子不同；同位素是指质子数相同、中子数不同的同一元素的不同原子的互称。

7．金属钛有“生物金属”之称。下列有关2482Ti 和5220Ti 的说法正确的是( )

A. 2482Ti 和2502Ti 原子中均含有22 个中子

B. 4282Ti 和2502Ti 在周期表中位置相同，都在第 4 纵行

C. 2482Ti 和2502Ti 的物理性质相同

D.4282Ti 和5220Ti 为同一核素

答案B

解析中子数＝质量数－质子数，则4228Ti 原子中的中子数为48－22＝26，5202Ti 原子中的中子数为50－22＝28，A错误；4228Ti 和2520Ti 的质子数相同，所以是同一种元素，在周期表中的位置相同。与22最接近的0族元素原子序数是18(第三周期，Ar) ，由于22－18＝4，则22号元素Ti 位于第四周期第4纵行，B正确；2428Ti 和2520Ti 互为同位素，同位素的物理性质不同，化学性质相同， C 错误；核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子，由于4228Ti 和2502Ti 各有一定数目的质子和中子，因此是两种不同的核素， D 错误。

题组 2 原子组成及其关系的判断

8．已知R2＋核内共有N个中子，R的质量数为A，确定m g R2＋中含有电子的物质的量为( )

答案

有电子的物质的量为 A ( A －N －2)mol 。

A

9．(1)A 元素原子的核电荷数为 8，其原子核内的质子数为 ________ ，该元素原子的二价阴离

子中，核外电子数为 ________ ，中子数是 9 的核素表示为 _______ 。

(2)B 元素原子的一价阳离子的核外有 18 个电子，质量数为 40，该元素原子的原子核内中子 数

为 _________ 。

(3) ___________________________________________________________________________ A 、B 形成 1∶1 型化合物的相对分子质量是 ___________________________________________ 。

17

答案 (1)8 10 187

O (2)21 (3)114

解析 (1) 核电荷数＝质子数， 阴离子的核外电子数＝质子数＋所带电荷数＝ 10，中子数是 9

的核素，质量数是 17，可表示为 187 。

(2)B 元素质子数是 18＋1＝19，质量数为 40，该元素原子的中子数为 40－19＝ 21。 (3) 两元素形成 1∶1 型化合物是 K 2O 2，其相对分子质量是 40×2＋17×2＝114。 [ 能力提升 ]

10．现有下列基本粒子： 1

H 、2

H 、 3

H 、1

H ＋

、234

U 、235

U 、238

U 、40

K 、40

Ca 、Cl 2、14

N 、14

C ，请回答下

列问题：

(1) 其中， 它们分属 _____ 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为 ________ ， ______ 。

(2) 质量数相等的粒子为 _______ 、 _______ 、 _______ ( 可填满，也可不填满 )。

答案 (1)7 3 3 1H 、2H 、3H 234U 、235U 、

238

U

(2) 40K 、40Ca 14N 、14C 1

H 、

1H

＋

解析 本题考查元素、核素、同位素的相互关系，解决本题的关键在于理解并能灵活运用所 学知识。 (1) 本题列出的 12 种粒子分属 H 、 U 、 K 、 Ca 、 Cl 、N 、 C 7 种元素， 1

H 和 1

H

＋

是同一 种核素的不同粒子， 1

H 、 2

H 、 3

H 属于氢元素的 3 种不同核素，且互为同位素。 234

U 、

235

U 、238

U

属于铀元素的 3 种不同核素，也可为同位素。 (2) 是为“质量数相等的粒子” ，而非“质量

数 相等的原子” ，否则：

1 1 ＋ 1H 和 1

H ＋

不为答案。

11．用 Z X 表示原子：

(1) 中性原子的中子数 N ＝ ____ 。

A.

m

（A －N ）

mol

A

B.

m

（A －N ＋2）

mol

A

m （ A －N －

2） C. A mol

D.m （

A

＋A

N －

2）

mol

解析 R 2

＋

核外电子数为 (A －N －2)，m g R 2

＋

的物质的量为

m g m 2＋

A g ·mol

－1＝A

mol ，m g R 2

＋

中含

(2) A X n＋共有x 个电

则该阳离子的中子数N＝_____________ 。子，

(3) A

X n

－

共有 x 个电子，则该阴离子的中子数 N ＝ ______________ 。

(4) 12

C 16

O 2分子中的中子数 N ＝ ______ 。

(5) _________________________________________________________________________ A 2

－

原

子核内有 x 个中子，其质量数为 m ，则 n g A 2

－

所含电子的物质的量为 _______________

n (m －x ＋2)

答案 (1) A － Z (2) A － x － n (3) A － x ＋ n (4)22 (5) m mol

解析 根据“质子数＋中子数＝质量数”的关系， (1) N ＝A －Z 。(2) A

X n

＋

共有 x 个电子，中性

原子 X 的电子数为 x ＋n ，则 N ＝A －x －n 。(3) A

X n

－

共有 x 个电子，中性原子 X 的电子数为 x 12

16

2 － －n ，则 N ＝A －x ＋n 。(4) 12

C 16

O 2分子中的中子数为 6＋8＋8＝22。(5)A 2

－

所含电子数为 m －x

[ 拓展探究 ]

12．近年来，科学家通过粒子加速器进行了一周的实验，获得了

6个非常罕见的 245

6Fe 原子，

接着，科学家又使用特制的测量仪器观测到，这 6 个原子中有 4 个发生了衰变，这一实验证 实了曾经预言的双质子衰变方式，即有一个原子同时放出两个质子的衰变方式。回答下列问 题：

(1) 245

6Fe 原子的核内中子数为 ______ ，该原子的核外电子数为 ________ 。

(2) 以下关于 4

265

Fe 的叙述正确的是 ______ ( 填字母)。

A. 26Fe 与26Fe 是两种核素 B ．科学家获得了一种新元素

C.425

6Fe 的衰变不是化学变化 D ．这种铁原子衰变放出两个质子后变成 243

6Fe

(3) 某同学认为 2465

Fe 在一定条件下也可与氧气反应， 他的判断依据是 ____________________

45 56

答案 (1)19 26 (2)AC (3) 245

6Fe 与256

6Fe 的核外电子数相同，化学性质几乎完全相同

解析 (1) 4

265

Fe 的中子数＝质量数－质子数＝ 45－26＝19，电子数＝质子数＝ 26。

(2) 4

265

Fe 与 2566

Fe 的质子数相同，属同一元素 Fe 元素，但中子数不同，是两种不同的核素； Fe

元素不是一种新元素， 245

6Fe 衰变放出两个质子后变为质子数为 24 的新原子， 原子核发生了变

化，不是化学变化，因为化学的范畴是在原子、分子水平上研究物质的。

＋2，则 n g A 2

－

所含电子的物质的量为

n （m －x ＋

2）

m

mol 。