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第三單元　人類對原子結構的認識
第1課時　人類認識原子結構的歷程 原子核的構成
【學習目標】
1. 知道原子結構模型的演變。
2. 了解原子核的構成；認識元素、核素和同位素的含義。
3. 能進行有關質量數、質子數、中子數、核外電子數的計算。
【自主預習】
一、原子結構模型的演變
1．古希臘原子學說：
古希臘哲學家曾經提出，物質由不可分割的微粒(即 )構成的。
2．道爾頓原子學說：
19世紀初，道爾頓認為，物質由原子組成，原子不能被創造，也不能被毀滅，在化學變化中不可 ，在化學反應中保持本性不變。
3．湯姆生原子結構模型：
1897年，湯姆生發現原子中存在 ，并提出了一個被稱為“ ”的原子結構模型。
4．盧瑟福原子結構模型：
原子由 和 構成， 帶正電荷，位于原子中心， 帶負電荷，在原子核周圍空間做高速運動。
5．玻爾原子結構模型：
原子核外，電子在一系列穩定的 上運動，每個 都有一個確定的能量值。
自主探索：
(1)初中化學中已知：構成物質的微粒有分子、原子和離子，原子和分子、離子之間有何聯系？
(2)教材中描述道爾頓提出“物質由原子組成，原子不能被創造，也不能被毀滅，它們在化學變化中不可再分割”。對于這些觀點你有什么看法？
二、原子核的組成
1．原子的組成：
(2)質量數：將原子核內所有的 和 的相對質量取整數加起來所得的數值，用 表示。
(3)構成原子的微粒間的兩個關系
①質量數(A)＝
②質子數(Z)＝核外電子數＝ ＝原子序數。
(4)原子組成的表示方法
如作為相對原子質量標準的C表示質子數為 ，質量數為 的碳原子。
2．核素：
(1)概念：具有一定 數和一定 數的一種原子稱為一種核素。
(2)氫元素的三種核素(H、H、H)，質子數均為 ；中子數分別為 、 、 。
(3)碳元素的三種核素C、C、C，質子數均為 ，中子數分別為 、 、 。
3．同位素：
(1)概念：質子數相同、 (或 )不同的核素互稱為同位素。
(2)特點——兩同兩不同
①兩同： 相同，元素相同；
②兩不同： 不同，原子不同。
(3)用途
①放射性的C用于考古斷代。
②H和H用于制造氫彈。
③放射性同位素釋放的射線可用于育種、治療惡性腫瘤等。
自主探索：
1．U核素中質子數為多少？中子數為多少？
2．生物體在生命過程中保留的一種碳原子——碳 14(C)會在其死亡后衰變，測量考古遺址中發現的生物遺體里碳 14的數量，可以推斷出它的存在年代。
你知道碳 14的“14”是什么含義嗎？這種碳原子的質子數、中子數、核外電子數分別是多少？
【合作探究】
元素、核素、同位素的概念及比較
1．符號中各個字母的含義：
2．元素、核素、同位素的比較：
元　素 核　素 同位素
概念 具有相同核電荷數(質子數)的同一類原子的總稱，與核外電子數無關 具有一定數目的質子和一定數目的中子的一種原子 質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子或同一種元素的不同核素
范圍 宏觀概念，對同類原子而言，既有游離態又有化合態 微觀概念，對某種元素的一種原子而言 微觀概念，對某種元素的原子而言。因同位素的存在而使原子種類多于元素種類
特性 主要通過形成的單質或化合物來體現 不同的核素可能質子數相同，或中子數相同，或質量數相同，或各數均不相同 同位素(之間)質量數不同，化學性質基本相同
實例 氫元素、氧元素 H、H、N、 C、Mg是不同的核素 H、H、H為氫元素的同位素
3.同位素的“六同三不同”：
合作探究：
1．教材中描述“質子數相同、質量數(或中子數)不同的核素互稱為同位素”。H2、D2、T2互稱為同位素嗎？
2．氕、氘、氚是H元素的三種核素，氕H原子核內有1個質子，無中子，豐度為99.98%；氘D(又叫重氫)，原子核內有1個質子，1個中子，豐度0.016%；氚T(又叫超重氫)，原子核內有1個質子，2個中子，豐度0.004%。
上圖中有幾種元素？幾種核素？這些核素之間屬于何種關系？
典例分析：
【典例】元素、原子、核素、同位素都是重要的化學基本概念，原子的構成是重要的化學基本理論。根據下列8種化學符號：H2、H2、C、Li、Na、N、Li、Mg回答下列問題：
(1)表示核素的符號共________種。
(2)互為同位素的是________和________。
(3)質量數相等，但不能互稱為同位素的是________和________。
(4)中子數相等，但質子數不相等的是________和______。
深化思考：
許多元素有多種核素，如氧元素有16O、17O、18O，碳元素12C、13C、14C。
(1)氧元素的3種同位素與碳元素的3種同位素最多可能組成多少種二氧化碳分子？
(2)23 g由14C、16O組成的二氧化碳分子，其中含有質子數為________，中子數為________，電子數為________。
規律方法：
規避同位素、核素、同素異形體概念理解的4個易錯點：
(1)一種元素可能有多種核素，也可能只有一種核素，有多少種核素就有多少種原子。
(2)不同的核素可能具有相同的質子數，如H與H；也可能具有相同的中子數，如C與O；也可能具有相同的質量數，如C與N；也可能質子數、中子數、質量數均不相同，如H與C。
(3)同位素的“同位”是指同一種元素的幾種核素在元素周期表中的位置相同，即質子數相同，中子數不同；同素異形體的“同素”是指元素種類相同。
(4)化學變化中原子不發生變化，不同核素之間轉化時原子發生變化，非化學變化(如核裂變)。
對點練習：
2020年11月24日，嫦娥五號探測器成功發射升空，12月17日凌晨，攜帶月球樣品著陸地球。人類探月的重要目的之一是勘察、獲取地球上蘊藏量很小而月球上卻極為豐富的核聚變燃料“3He”以解決地球能源危機。關于3He的敘述正確的是(　　)
A．含有3個質子，沒有中子
B．1個3He原子的質量是3 g
C．He元素的相對原子質量是3
D．是4He的同位素
【課堂小結】
【當堂檢測】
1．下列說法正確的是(　　)
A．道爾頓根據一些元素化合時的質量比例關系，提出了原子學說
B．湯姆生通過陰極射線發現電子后，提出了“行星模型”
C．盧瑟福根據α粒子散射現象，提出了“葡萄干面包式”的原子結構模型
D．泰勒根據氫原子光譜，引入量子論觀點，提出了“原子軌道模型”
2．19世紀初，某科學家提出原子學說，他認為物質由原子組成，原子不能被創造，也不能被毀滅，在化學反應中不能再分，這個科學家是(　　)
A．湯姆生　　　B．道爾頓 C．盧瑟福 D．玻爾
3．锎是錒系中的一種元素，1 mg 锎(Cf)每秒鐘約能釋放出2.34×109個中子，在醫學上常用作治療惡性腫瘤的中子源。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．Cf的摩爾質量為252
B．Cf和Cf互為同位素
C．Cf中，質子數和電子數均為98
D．Cf的中子數與質子數之差為56
4．某微粒用符號Mn＋表示，下列關于該微粒的敘述中正確的是(　　)
A．所含質子數為(A－n) B．所含中子數為Z
C．所含電子數為(Z＋n) D．中子數－電子數＝A－2Z＋n
5．碘 131是元素碘的一種放射性同位素，為人工放射性核素(核裂變產物)，符號為I，半衰期為8.3天。正常情況下自然界是不會存在的。在核醫學中，碘 131除了以NaI溶液的形式直接用于甲狀腺功能檢查和甲狀腺疾病治療外，還可用來標記許多化合物，供體內或體外診斷疾病用。如碘 131標記的玫瑰紅鈉鹽和馬尿酸鈉就是常用的肝、膽和腎等的掃描顯像劑。
根據以上材料，回答下列問題：
(1)碘 131原子的質量數、質子數、中子數各是多少？
(2)U可以作為核反應堆燃料，它的核內中子數與質子數的差值是多少？
(3)I和I為碘元素的兩種同位素，這兩種原子的中子數差值是多少？
6．(1)C的放射性可用于考古斷代，測定出土文物標本中C的含量，就可以推算出文物的年代。C的中子數是________。
(2)碘元素的一種核素Ⅰ可用于治療腫瘤。該核素的質子數為________，中子數為________，質量數為________。
(3)S2－微粒中的中子數為________。
【參考答案】
【自主預習】
一、原子結構模型的演變
1．原子
2．再分割
3．電子 葡萄干面包式
4．原子核 核外電子 原子核 電子
5．軌道 軌道
自主探索：
(1)提示：分子是由原子構成的，原子得失電子可以成為離子。
(2)提示：物質不是都由原子構成的，原子還可以再分，在化學變化中原子既不能被創造也不能被消滅，只是分子分裂為原子，原子再重新組成新的分子的過程。
二、原子核的組成
1．(1)1 1
(2)質子 中子 A
(3)①質子數(Z)＋中子數(N) ②核電荷數
(4) 6 12
2．核素：
(1)質子 中子
(2) 1 0 1 2
(3) 6 6 7 8
3．(1)質量數 中子數
(2)①質子數 ②中子數
自主探索：
1．提示：質子數為92，中子數為238－92＝146。
2．提示：碳 14的“14”是指這種碳原子的質量數為14，此碳原子的質子數為6、中子數為8、核外電子數為6。
【合作探究】
合作探究：
1．提示：不是同位素，它們是單質不是原子。
2．提示：上圖中有1種元素，3種核素，這3種核素是同一種元素的不同核素，互稱同位素。
典例分析：
【典例】【解析】(1)核素是具有一定質子數和一定中子數的某種元素的原子，一種原子即為一種核素，H2和H2都是分子，不屬于核素，其余6種全部表示核素。
(2)同位素是具有相同質子數和不同中子數的同種元素的原子，所以Li和Li互稱為同位素。
(3)C和N的質量數都是14，但質子數分別為6和7，屬于不同元素的原子，不能互稱為同位素。
(4)Na和Mg的中子數都是12，但質子數分別為11和12。
答案：(1)6　(2)Li　Li　(3)C　N　(4)Na　Mg
深化思考：
(1)提示：18種。一種碳原子與3種氧原子可組成6種分子，C16O2、C17O2、C18O2、C16O17O、C16O18O、C17O18O，3種碳原子可形成18種二氧化碳分子。
(2)提示：11NA　12NA　11NA
M(14C16O2)＝(14＋16×2)g·mol－1＝46 g·mol－1，n(14C16O2)＝＝0.5 mol，1個14C16O2分子中含有22個質子，24個中子，22個電子，故23 g14C16O2中含有的總質子數為0.5NA×22＝11NA，中子數為0.5NA×24＝12NA，電子數為0.5NA×22＝11NA。
對點練習：
【解析】選D。A.3He質子數為2，中子數為1，故A錯誤；B.3He質量數為3，1 mol 3He原子的質量是3 g，故B錯誤；C.3He質量數為3，元素的相對原子質量是其各種同位素相對原子質量的加權平均值，故C錯誤；D.3He和4He質子數相同，中子數不同，互為同位素，故D正確。
【當堂檢測】
1．【解析】選A。B項，湯姆生提出“葡萄干面包式”，錯誤；C項，盧瑟福提出了“有核模型”或“行星模型”，錯誤；D項，玻爾根據氫原子光譜，引入量子論觀點，提出“原子軌道模型”，錯誤。
2．【解析】選B。道爾頓提出原子學說，認為物質由原子組成，原子不能被創造，也不能被毀滅，在化學反應中不能再分。
3．【解析】選A。Cf的摩爾質量為252 g·mol－1，A項錯誤；Cf與Cf互為同位素，B項正確；Cf原子中，質子數和電子數相等，均為98，C項正確；Cf的中子數與質子數之差為(252－98)－98＝56，D項正確。
4．【解析】選D。對于微粒AZMn＋，M代表元素符號，A是該元素某原子的質量數，Z是該原子的質子數，n是該原子所帶的正電荷數，即表示M原子失去n個電子。由于原子變成離子時，一般只是最外層電子數的變化，而原子核內的質子數和中子數不變，A項不正確；中子數為(A－Z)，B項不正確；Mn＋的電子數為(Z－n)，C項不正確；中子數－電子數＝(A－Z)－(Z－n)＝A－2Z＋n，D項正確。
5．【解析】(1)碘 131原子的質量數為131，由于碘元素是53號元素，故質子數為53，中子數為131－53＝78。
(2)U元素作為核反應堆燃料的是U，其中子數為235－92＝143，則質子數和中子數的差值為143－92＝51。
(3)I和I為碘元素的兩種同位素，這兩種原子的中子數差值是(131－53)－(127－53)＝4。
答案：(1)質量數為131，質子數為53，中子數為78 (2)51　(3)4
6．【解析】(1)質量數＝質子數＋中子數；C的中子數為14－6＝8。
(2)Ⅰ質量數為125，質子數53，中子數為125－53＝72。
(3)S2－微粒的質子數為16，質量數為34，中子數＝34－16＝18。
答案：(1)8　(2)53　72　125　(3)18

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