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第一课时学案设计

第1章　原子结构　元素周期律

第1节　原子结构与元素性质

课时1　原子核　核素

学习任务一　原子结构

结合碳原子的示意图回答下列问题:

(1)组成物质的微粒主要有　分子、原子、离子　; 

(2)构成原子的微粒有　质子、中子和电子　; 

(3)一般情况下,构成原子核的微粒有　质子和中子　; 

(4)原子中带正电的微粒是　质子　,带负电的微粒是　电子　; 

(5)元素是　质子数(即核电荷数)相同的一类原子的总称　。 

1.原子及其构成微粒

对于原子来说:核电荷数=④　质子　数=⑤　核外电子　数。 

2.质量数

3.原子的表示方法

一般用符号X表示,字母表示的意义如下:

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.所有的原子中都含有质子和中子(✕)

2.1O的摩尔质量为20 g·mol-1(√)

3.和S2-具有相同的质子数和电子数(√)

4.13C和15N核内中子数相差1(√)

1.氢弹是利用原子弹爆炸的能量点燃氘等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。研究氢弹的范畴主要是物理科学还是化学科学?

答案　化学反应遵循质量守恒定律,元素的种类不能改变,一旦元素种类发生改变,则不属于化学研究的范畴,因此研究氢弹的范畴属于物理科学。

2.原子中质子带正电荷,核外电子带负电荷,为什么原子却不带电?

答案　由于质子带的正电荷总数等于核外电子所带的负电荷总数,所以整个原子不带电。

3.Na和Na+的摩尔质量是否近似相同?

答案　相对于质子和中子的质量,电子的质量可以忽略不计,所以元素原子和其简单离子的摩尔质量近似相同。

4.H3O+和OH-中的质子数和电子数是否相同?

答案　H3O+的质子数为11,电子数为10;OH-的质子数为9,电子数为10。所以二者质子数不相等,电子数相等。

5.人们通过研究仿生学,并且应用最新的技术和材料,在庞大的飞机上实现了“隐形”。军事上的“隐形飞机”并非飞机真的隐形,而是将Po涂于飞机表面,这使得飞机可以吸收和屏蔽雷达波和红外线辐射,从而达到隐形的目的。Po核内中子数与核外电子数之差是多少?

答案　根据原子结构中各微粒间的关系可知Po的中子数为125,核外电子数为84,二者之差为125-84=41。

1.构成原子微粒的应用

(1)质子数决定元素的种类。

(2)质子数和中子数决定原子的质量。

(3)原子的最外层电子数决定元素的化学性质。

2.构成原子或离子的微粒间的三种关系

(1)质量关系:质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。

(2)等量关系:核电荷数=质子数,对于原子而言,核电荷数=质子数=核外电子数。

(3)大小关系

　　3.元素符号周围数字的含义

1.核磁共振(NMR)技术已广泛用于分子结构测定与医疗诊断。已知质量数为奇数的原子能产生NMR信号。下列原子能产生NMR信号的是(　　)

AH　　　　 BN　　　　 CS　　　　 DC

答案　A　在表示原子组成时,元素符号的左下角表示质子数,左上角表示质量数。根据原子的符号可判断H的质量数是奇数。

2.钛元素被称为“二十一世纪的金属”,有关 Ti的说法不正确的是(　　)

A.该原子的质子数为22 B.该原子的质量数为46

C.该原子的中子数为22 D.该原子的核外电子数为22

答案　C　题述原子是质子数为22、质量数为46的钛原子,其中子数为24,核外电子数为22。

3.下表所列符号中“2”的含义表示正确的一组是(　　)

答案　B　2H中的“2”代表质量数,2He中的“2”代表质子数,2Cl中的“2”代表原子个数,Ca2+中的“2”代表电荷数。

4.已知R2+核外有a个电子,b个中子。正确表示R原子符号的是(　　)

AR　　　  BR　　　  CR　　　  DR

答案　C　R2+核外有a个电子,则R原子核外有(a+2)个电子,即核内有(a+2)个质子,R原子的质量数为a+2+b。

学习任务二　核素　同位素

1.核素

具有相同数目的①　质子　和相同数目的②　中子　的一类原子。 

2.同位素

(1)定义:③　质子数　相同而④　中子数　不同的同一种元素的不同核素互为同位素。 

(2)分类:同位素分为稳定同位素和放射性同位素。

(3)氢元素的三种同位素

　　(4)常见核素及其用途

a.核反应堆的燃料: U　。 

b.确定磷在植物中的作用部位: P　。 

c.制造氢弹: HH　。 

判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.23Na和23Mg互为同位素(✕)

2.2O的摩尔质量为20 g·mol-1(✕)

3.互为同位素的原子的化学性质几乎相同,物理性质不同(√)

4.不同的核素可能具有相同的质子数、中子数或质量数,也可能质子数、中子数、质量数均不相同(√)

5.O2和O3、红磷和白磷均互为同位素(✕)

1.在自然界中是否所有元素都有多种核素?

答案　不是。有些元素只有一种核素,如钠元素等。

2.金属钠在700~800 ℃时与四氯化钛(TiCl4)反应可制取金属钛,该反应的化学方程式为4Na+TiCl4 4NaCl+Ti。 Ti4+中所含电子数是多少?23 g金属钛中所含质子的物质的量是多少?

答案　由于Ti4+是质子数为22的钛原子失去四个电子形成的,故该离子中所含电子数是18;23 g Ti的物质的量是0.5 mol,其所含质子的物质的量为11 mol。

3.目前科学家们在火星上发现了巨大的地下蓄水层,这增大了火星上存在生命的可能性。这个湖大约有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、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OOOHHH。

(1)上述所给微粒中有多少种核素?

(2)上述所给微粒中互为同位素的有哪些?

(3)这些原子可以构成水分子,其可构成多少种水分子?

(4)这六种原子构成的水分子中,相对分子质量有几种情况?

答案　(1)一种原子就是一种核素,故有6种核素。

(2)三种氢元素的核素互称为同位素,三种氧元素的核素互称为同位素。

(3HHH三种原子可以形成六种组合,它们分别与16O、17O、18O三种原子形成H2O,可以构成6×3=18种水分子。

(4)形成的18种水分子中,相对分子质量有7种情况,分别为18、19、20、21、22、23、24。

1.同位素的“六同三不同”

2. 核素、同位素、同素异形体的比较

3.元素的相对原子质量与原子的相对原子质量

(1)元素的相对原子质量

①定义: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(某种核素在这种元素的所有天然核素中所占的比例)的乘积之和。

②计算式:M=M1×n1%+M2×n2%+M3×n3%+……如氯元素有两种核素Cl和Cl,其中Cl的相对原子质量为34.97,其丰度为75.77%Cl的相对原子质量为36.97,其丰度为24.23%。则氯元素的相对原子质量为34.97×75.77%+36.97×24.23%≈35.45。

(2)原子的相对原子质量

①计算方法:原子的相对原子质量=。

②数值:近似等于该原子的质量数。

1.下列关于Pt和Pt的说法正确的是(　　)

APt和Pt的核外电子数相同,是同一种核素　　

BPt和Pt的中子数相同,互称为同位素

CPt和Pt的质子数相同,互称为同位素　　　　

DPt和Pt的质量数不同,不能互称为同位素

答案　C　A项Pt和Pt为同一元素的不同核素;B项Pt的中子数为124Pt的中子数为120;D项Pt和Pt虽然质量数不同,但质子数相同,互称为同位素。

2.14C能够测得出土文物所属年代。因14C是碳的一种放射性同位素,14C的衰变极有规律,其精确性被称为自然界的“标准时钟”。下列说法正确的是(　　)

A.14C的半衰期(一半发生衰变所用的时间)较短

B.14C在生物体中的含量较多

C.14C与12C、13C所含的质子数相同

D.14C是12C、13C的同素异形体

答案　C　由题给信息可知,14C能用于测定文物所属年代,故其半衰期较长;尽管自然界中不断产生着14C,但它不能由其他放射性同位素衰变生成,而是由宇宙射线穿过高层大气层产生,所以生物体中含量较少;14C与12C、13C互为同位素,质子数相同。

3.(2020山东临沂高一月考)第116号元素Lv的名称为Lv是该元素的一种核素。

(1Lv的质子数为　　　　,中子数为　　　　　　,核外电子数为　　　　　。 

(2)Lv在化合物中常显+4价,其氧化物的化学式为LvO2。若取32.5 g该氧化物,则:

①该氧化物的摩尔质量为　　　　; 

②该氧化物的物质的量为　　　　; 

③该氧化物中所含质子的物质的量为　　　　; 

④该氧化物中的Lv4+所含电子的物质的量为　　　。 

答案　(1)116　177　116

(2)325 g·mol-1　0.1 mol　13.2 mol　11.2 mol

解析　(1)根据原子符号可知题述原子的质子数为116,核外电子数为116,质量数为293,中子数为177。(2)由元素的氧化物的化学式可以判断,其摩尔质量为325 g·mol-1,故所取氧化物的物质的量为0.1 mol,因此所含质子的物质的量为13.2 mol,0.1 mol Lv4+所含电子的物质的量为11.2 mol。