师:同学们好,今天我们共同来学习高中化学必修二第一章第一节第三课时核素。以下是今天的学习内容:首先复习与回顾原子构成,接着学习核素、同位素这两个新内容,最后进行课堂练习。
我们先来看原子的构成。这是一幅原子构成的图片,由图可知,原子是由原子核与核外电子组成。原子核内含有带正电的质子和不带电的中子,核外电子带负电。由于质子数等于电子数,正电荷电量等于负电荷电量,所以整个原子呈电中性。
复习了原子的构成,接下来了解一下如何衡量一个原子的质量。一种方式是原子的相对原子质量,以碳 - 12 原子质量的 1/12 作为标准,把某原子的质量与此相比所得的比值,就是该原子的相对原子质量,单位为 1。还有另一种衡量原子质量的方法,即质量数。原子的质量主要集中在原子核上,电子的质量可忽略不计。将质子与中子的相对质量近似为 1,这样质量数等于质子数加中子数,可用来衡量一个原子的相对质量。需要提醒同学们注意的是,一个原子的质量数在数值上近似等于该原子的相对原子质量及其摩尔质量。
好,学习了原子的构成,我们来共同学习核素。什么是核素呢?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。仔细分析,核素其实就是一种原子。那么如何表示核素呢?我们用原子符号的形式来表示核素,大家注意看,X 表示原子符号,A 表示这个原子所具有的质量数,即质子数加中子数,写在上标;Z 是这个原子所具有的质子数,写在下标。比如说有一种氧原子,它含有 8 个质子和 8 个中子,就可以把它表达为这样的形式。考虑到质子数等于原子序数,是已知信息,我们还可以把质子数忽略不写,表达成另一种形式。
我们再通过一个例子讲一下核素的表示方法。大家看,氢有三种核素,分别为氕、氘、氚。其质子数均为 1,中子数分别为 0、1、2。不难计算出其质量数分别为 1、2、3,这样氕、氘、氚的原子符号可以表示如下。提醒大家注意,有时候我们把氘还用大写的 D 来表示,氚用大写的 T 来表示。学习了核素及其表示方法,我们来试一试具体应用。
第一题,某种氮原子含有 8 个中子,则核素可表示为?我们知道氮原子含有 7 个质子,本题中的氮原子含有 8 个中子,加起来这种氮原子质量数为 15,所以它可以表示为这样两种形式。
第二题,重水的化学式为?求其分子中所含的中子数。求重水中的中子数,我们应该分别求氢原子所含的中子和氧原子所含的中子。这里的氢原子是氘原子,所以它含有一个中子。氧原子没有具体标明质量数,通常情况下,对于没有标明质量数的原子,我们将其质量数认为数值等于相对原子质量。这样通过计算,我们得出重水中含有的中子数为 13。
第三题,含有氧 - 18 的过氧化钠与水反应生成的氧气的化学式?解决这一题,我们需要回顾上学期所学过的过氧化钠与水反应的反应原理。大家知道过氧化钠与水的反应本质上是过氧化钠中 - 1 价的氧发生歧化的过程,即 - 1 价的氧既升高到 0 价,又降低到 - 2 价。这样我们可以知道氧气中的氧原子均来自于过氧化钠中的氧原子,为氧 - 18,所以氧气中的氧原子全部都是氧 - 18 原子,这一题的答案选 A。
第三题所呈现的化学原理其实是我们生产生活与科研中的同位素示踪法。那么什么是同位素呢?我们一起来学习。仍然以氕、氘、氚为例,我们已经知道这三种氢的核素质子数均为 1,中子数分别为 0、1、2。我们把像氕、氘、氚这样质子数相同,中子数不同的核素互称为同位素,即同位素的定义:质子数相同,中子数不同的原子互称为同位素。那么同位素的性质有什么区别和联系呢?同位素的化学性质几乎相同,物理性质有差异。根据不同的物理性质,同位素在生产、生活与科学研究中有广泛的应用。比如碳 - 14 具有放射性,用于考古工作中测定文物年代;氢 - 2、氢 - 3 用于制造氢弹,还可以利用某些同位素治疗肿瘤。了解了同位素的性质,接下来我们稍作拓展。
我们知道元素周期表中每一个元素都标明了元素的相对原子质量,那么元素的相对原子质量与我们之前提到的原子的相对原子质量有什么区别和联系呢?元素的相对原子质量又是如何得到的?其实在自然界中,某一元素可能含有多种同位素,这些同位素在自然界中的百分含量即天然丰度是不同的。元素的相对原子质量就是按照该元素的各种同位素原子的天然丰度加权计算出的平均值。为了说明这一问题,我们来看一个例题。氯元素有氯 - 35 和氯 - 37 两种稳定的同位素,天然丰度分别为 75.77%和 24.23%。那么如何求得氯元素的相对原子质量?我们可以进行如下列式:75.77%×35 + 24.23%×37,再除以 100%,这样求得的数值约等于 35.5,即氯元素的相对原子质量。
好了,学习完这些新知识,我们对如下概念进行小结:
判定同种元素的关键点是什么?质子数相同的原子属于同种元素。
判断核素的关键点是什么?质子数和中子数均相同的原子是同种核素。
对于同位素来说,质子数相同,中子数不同,即同种元素的不同核素互为同位素。
同素异形体这一概念我们在初中化学已经接触过,今天来看一下它的定义。同素异形体指的是同种元素组成的不同单质,例如金刚石与石墨,再比如氧气和臭氧。同学们,你们掌握了吗?最后我们通过课堂练习来巩固本节课的知识。
这是一道安徽省学业水平考试题:
我国稀土资源丰富,钪 - 150 为稀土元素钪的一种核素。下列说法正确的是?通过题意我们知道这种核素含有 62 个质子,其质量数为 150。因此它的中子数可以计算得出,由 150 减去 62 等于 88。所以 A 选项质量数为 212 不正确,应该是 150;中子数为 150 不正确,应该为 88;C 选项核外电子数为 88 不正确,我们知道核外电子数等于质子数,所以应该为 62;D 选项原子序数为 62 是正确的。
