第一章 物质结构 元素周期律 第一节 元素周期表 （第三课时 核素 同位素） 【学习目标】1.通过阅读思考、讨论交流，了解元素、核素、同位素等概念的含义及本质，初步学会 利用各概念之间的关系解答有关问题； 2.通过旧知回顾、引导交流、问题探究，了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数、 质量数以及它们之间的相互关系，并能进行相关简单计算； 3.通过查阅资料、思考交流，了解放射性同位素在生产、生活中的应用，体会化学学科对社会发展的 贡献。 【学习重点】质量数、、核素、同位素的概念。 【学习难点】元素的相对原子质量、质量数、原子相对原子质量的关系 【自主学习】 旧知回顾：1．填写下表，构成原子的粒子的电量和质量。 微粒 电子 质子 中子 质量/kg 9.109×10－31 1.637×10－27 1.675×10－27 相对质量 0.548×10－3 1.007 1.008 子相对 的定义 2.原 原子质量 是以 电量(C) 1.602×10－19 1.602×10－19 0 原子质量 的 1/12 为 标准， 其他原子 的质量 电荷 －1 ＋1 0 跟它相比 较所得 到的比 值，作 为这种原子的相对原子质量。符号为 Ar 。 新知预习：1．质量数是指将核内所有的 质子 和 中子 的 相对质量 取近似整数值相加所得的数值。 即质量数（A）= 质子数（Z）+中子数（N） 。 2．核素是指具有一定数目 质子 和一定数目 中子 的一种 原子 。 3．同位素是指 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。 【同步学习】 情景导入：放射性核素的应用具有许多优点，在工业、农业、医学、基础科学、环境保护及人民生活 等领域的应用已相当广泛。例如自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素 12C、13C 和放射性同位素 14 C，14C 的应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以 14C 标记化 合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。用氢元素的同位素 2 1 H、 3 1 H 可以制造氢弹。 活动一、原子的构成与质量数 1.思考交流：阅读教材 P9 页内容，回顾原子是如何构成的？构成原子的各微粒质量和相对质量有何 特点？ 【温馨提示】 质子 Z 个 原子核 （1）原子的构成: 原子 A Z X 中子 N 个 核外电子 Z 个 （2 ） 构成原子的粒子 电子 质子 中子 质量/kg 9.109×10－31 1.673×10 1.675×10－ －27 27 相对质量① 1/1836（电子与质子质量之 1.007 1.008 （3 ）原子的质 比） 1，如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子 量主要集中在原子核上，质子和中子的相对质量都近似为 和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值叫做质量数，用符号 A 表示。 2.讨论交流：（1）质量数的定义是什么？构成原子的各微粒间有何关系？ 【温馨提示】①质子和中子的相对质量都近似为 1，忽略电子的质量，将核内所有质子和中子的相对 质量取近似整数值相加所得的数值叫质量数。 ② 质量数（A）＝质子数（Z）+ 中子数（N） ③ 质量数在数值上近似等于原子的相对原子质量。 （2）结合元素周期表信息，请举例说明如何表示原子的构成？ 【温馨提示】 3.问题探究：（1）构成物质的三种基本微粒是什么？在电性和数量上有何关系？ 【温馨提示】①构成物质的三种基本微粒是原子、分子和离子； ② 电性关系：a.电中性微粒(原子或分子) b.核电荷数＝核内质子数＝核外电子数。 C.带电离子：质子数≠电子数。如： 粒子符号 质子数 电子数 2S 16 18 A n+ X x x-n A mX Y-m y NH4+ 11 10 OH9 10 m＋ 结论 阳离子(R )：质子数>电子数，质子数＝电子数＋ m 阴离子(Rm－)：质子数<电子数，质子数＝电子数－ m ③ 数量关系：中子不带电，1 个质子带 1 个单位正电荷，所以核电荷数＝质子数；对于原子，质子数 ＝核外电子数。 （2）质子数相同的微粒一定属于同一种元素吗？ 【温馨提示】微粒的种类包括分子、原子、离子、质子、中子、电子等，而质子数相同的原子才属于 同一种元素，质子数相同的微粒(如 Ne 和 H2O 都含有 10 个质子)不一定属于同一种元素。 【对应训练】 1．在办公楼等公共场所，常使用一种电离式烟雾报警器，其主体是一个放有镅－ 241(Am)放射源的电离室。下列关于 Am 的说法正确的是(　　) A．核电荷数为 95 B．核外电子数为 241 C．中子数与质子数的差为 146 D．质量数为 95 【答案】 A 【解析】 由符号 Am 知，镅的质子数＝核电荷数＝核外电子数＝95，质量数＝241，中子数＝241 －95＝146。 2．某元素的一种同位素 X 的原子质量数为 A，含 N 个中子，它与 H 原子组成 HmX 分子。在 a g HmX 中所含质子的物质的量是(　　) A.(A－N＋m) mol B.(A－N) mol C.(A－N) mol D.(A－N＋m) mol 【答案】 A 【解析】 X 的质子数为 A－N，HmX 分子中所含质子数为 A－N＋m，也就是 1 mol HmX 分子中所含 质子的物质的量为(A－N＋m)mol，a g HmX 的物质的量为 mol，故 a g HmX 中所含质子的物质的量是 (A－N＋m) mol。 活动二、核素与同位素 1.阅读思考：阅读教材 P9—10 页内容，元素的种类由质子数决定，即同种元素原子的质子数相同。 那么，其中子数是否一定相同呢？填写下表内容，并说出核素的概念。 【温馨提示】（1）精确的测定结果证明，同种元素原子的原子核中，中子数不一定相同。如氢元素 有三中不同的氢原子。 原子符号(X) 原子名称 氢元素的原子核 质子数(Z) 中子数(N) 氕 1 0 氘 1 1 H H 或 D 氚 1 2 H或T （2）核素是具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。一种原子就是一种核素，由质子数和中 子数共同决定。 （3）氢元素有三种核素 H、H 或 D、H 或 T；碳的三种核素：C、C、C；氧的三种核素： O、O、O。 2.讨论交流：阅读教材 P10 内容，讨论交流什么是同位素？有何特点及应用？元素、同位素、核素三 者间有何关系？ 【温馨提示】（1）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 同核素互称为同位素，在周期表中占据同一个位置。 （2）同位素特点：①在元素周期表里占据同一个位置； ②质子数相同，中子数不同； ③化学性质几 乎完全相同，物理性质略有差异 ；④天然存在的同位素，相互之间保持一定的比例 （3）核素、同位素、元素三者的关系可用下图表示： 元 素 核素 1 核素 2 …… 核素 n 互称同位素 （4）同位素应用：①考古中用 C 测定文物的年代；② H、H 用于制造氢弹；③放射性同位素释放的 射线可用于育种、治疗恶性肿瘤等。 3.问题探究：（1）一种元素可以有多种核素，决定核素的微粒是什么？如何判断不同核素是否属于 同位素？ 【温馨提示】核电荷数(质子数)决定了元素种类，只有确定了质子数和中子数才能确定核素；同位素 属于同种元素，其质子数一定相同，故不同核素中，质子数相同的核素属于同位素。 （2）同位素在周期表中位于同一位置，那么在周期表中位于同一位置的元素一定为同位素吗？ 【温馨提示】不一定。因为同位素的质子数(原子序数)相同，所以在周期表中位于同一位置；但在周 期表中位于同一位置的镧系和锕系元素，因其质子数不同，不属于同种元素，不属于同位素。 （3）16O 与 18O 互为同位素，O2 与 O3 互为同素异形体，同位素与同素异形体有什么区别？ 【温馨提示】①意义不同，同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子之间的互称； 而同素异形体是指同一元素形成的不同单质；②所指对象不同，同位素指的是原子，而同素异形体指的是 单质。 4.归纳小结：（1）元素、核素、同位素、同素异形体（三素一体）的概念及比较。 【温馨提示】 元素 核素 同位素 同素异形体 质子数(核电荷 质子数、中 数)相同的一类 子数都一定 原子 的原子 同类原子 原子 只有种类，没 化学反应中 有个数 的最小微粒 决定 质子数(核电荷 质子数、中 因素 数) 子数 H、C、O 三 H、H、H 三 种元素 种核素 本质 范畴 特性 举例 质子数相同、中子数不同 同种元素组成的 的核素 不同单质 原子 单质 化学性质几乎完全相同， 因质量数不同，某些物理 性质不同 质子数、中子数 H、H、H 互为同位素 组成元素相同， 性质不同 组成元素、分子 结构 O2 与 O3 互为同 素异形体 （2）元素、核素、同位素的判断方法是什么？ 【温馨提示】①判断元素、核素和同位素时，要抓住各种粒子的本质。质子数相同的原子就是同种元 素；质子数和中子数均相同的就是同种原子，也称为核素，同种元素的不同核素互称同位素。 ② 分析原子表示符号的几组数字。AZ X，只要 Z 相同，就是同种元素；Z 和 A 均相同，是同种核 素；Z 相同，A 不相同的互称同位素；Z 不相同的不论 A 是否相同，均不是同种元素，更不能称为同位 素。 【对应训练】1．下列说法错误的是(　　) A．H、H、H＋和 H2 是氢元素的四种不同粒子 B．Ca 和 Ca、石墨和金刚石均为同素异形体 C．H 和 H 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 【答案】 B 【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，H 和 H 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，其物理性质不同但化学性质却几乎完全相同；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，Ca 和 Ca 质子数均为 20，中子数不同，它们互为同 位素。 2．14C 是一种放射性同位素，在高层大气中由宇宙射线产生的中子或核爆炸产生的中子轰击 14N 可使 它转变为 14C。下列说法正确的是(　　) A．14C 和 14N 互为同位素 B．14N 和 C60 是同素异形体 C.C 核素中的中子数为 8 D．14CO2 含有的电子数为 30 【答案】 C 【解析】 14 C 和 14N 的质子数分别为 6、7