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第1节原子核的组成与核力学习目标素养提炼1.了解质子、中子的发现．2.知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念．3.会写核反应方程．4.了解原子核里的核子间存在着相互作用的核力.2个发现——质子的发现、中子的发现2个概念——核子、同位素1个方程——核反应方程01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、质子、中子的发现1．质子的发现1919年，用α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了氢原子核即质子，并且证实质子是原子核的组成部分，质子符号或.2．中子的发现(1)卢瑟福的预言：1920年，卢瑟福提出原子核内可能还有一种的粒子，即中子．(2)查德威克的发现：用实验证实了中子的存在，中子符号用表示，中子的质量非常接近的质量．卢瑟福11p11H电中性10n质子二、原子核的组成1．原子核的组成：由和组成，它们统称为．2．原子核的电荷数：等于原子核的，即原子的．3．原子核的质量数：等于和的总和．4．原子核的符号：AZX其中X为，A为原子核的，Z为原子核的．5．同位素：具有相同的而不同的原子核，在元素周期表中处于，因而互称为，例如氢的同位素、、.质子中子核子质子数原子序数质子数中子数元素符号质量数电荷数质子数中子数同一位置同位素11H21H31H[思考]一个铅原子质量数为207，原子序数为82，其核外电子有多少个？中子数又是多少？提示：铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电荷量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)．三、核力1．核力(1)核力：之间的相互作用力，称为核力，也称(2)核力的特征①在核的线度内，核力比库仑力得多；②核力是，当两核子中心相距大于核子本身线度时，核力几乎；③核力与电荷无关，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的核力是的．2．原子核中质子和中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数质子数，越重的原子核，两者相差越多．核子强力大短程力完全消失相等大于四、核反应1．核反应的定义：在核反应中，参与反应的原子核内的核子(质子和中子)将重新排列或发生转化．用的符号来表示核反应过程的式子称为核反应方程．2．核反应遵从的规律：核反应遵从守恒和守恒，即核反应方程两边的质量数和质子数均是守恒的．如卢瑟福发现质子的人工核反应方程可表示为：42He＋147N→.原子核电荷数质量数178O＋11H[判断辨析](1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的．()(2)在原子核的线度内，核力比库仑力大得多．()(3)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．()(4)核反应过程是不可逆的，核反应方程中只能用单向箭头表示反应方向．()√×√√要点一原子核的组成1．原子核(符号AZX)原子核大小：很小，半径为10－15～10－14m组成质子：电荷量e＝＋1.6×10－19C质量mp＝1.6726231×10－27kg中子：电荷量为0质量mn＝1.6749286×10－27kg同位素：质子数相同、中子数不同的原子核2．基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素(1)定义：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．(2)化学性质的决定因素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质．(3)氢的同位素：氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)．[典例1]据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素．新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，试问：(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？[思路点拨]解答本题应注意以下三点：(1)原子核的质子数与原子序数相等．(2)原子呈中性，核外电子数等于核内质子数．(3)原子核的质量数等于质子数与中子数之和．[解析](1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数．故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117.原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117.(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.(3)元素符号一般用AZX表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号．中子数为176的原子核的符号为293117X，中子数为177的原子核的符号为294117X.[答案](1)均为117均为117(2)293294(3)293117X294117X1．一质子束入射到静止靶核2713Al上，产生如下核反应：p＋2713Al→X＋n式子p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．解析：本题考查了人工转变的核反应，核反应中质量数守恒，电荷数守恒，新核为2714X，因此新核质子数为14，中子数为13.答案：1413要点二原子核中质子与中子的比例1．核子比例关系：较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．2．形成原因(1)若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．(2)若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．(3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．[典例2](多选)关于原子核中质子和中子的说法，不正确的是()A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．稳定的重原子核里，中子数比质子数多D．原子核都是非常稳定的[解析]较重的原子核中中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多，故A、B错误，C正确；有的原子核不稳定，故D错误．[答案]ABD2．(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程强力作用解析：核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内，原子核的半径数量级在10－15m之内，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.答案：CD要点三核反应及核反应方程1．核反应的条件用一定能量的粒子轰击原子核使原子核发生转变．2．核反应遵循的规律质量数守恒、电荷数守恒．3．原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：147N＋42He→178O＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：94Be＋42He→126C＋10n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：2713Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋0＋1e.[典例3]完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程(均填序号)．(1)147N＋10n→146C＋________.(2)147N＋42He→178O＋________.(3)105B＋10n→________＋42He.(4)94Be＋42He→________＋10n.(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________.[解析](1)147N＋10n→146C＋11H(2)147N＋42He→178O＋11H(3)105B＋10n→73Li＋42He(4)94Be＋42He→126C＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋10n其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4)．[答案]见解析[总结提升]书写核反应方程四条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)能量守恒(中学阶段不做要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的．1．(原子核的组成及同位素)下列说法正确的是()A．同位素具有相同的质子数，不同的质量数B．质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D．中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子和电子的总电荷量之和解析：同位素具有相同的质子数，不同的质量数，A对；质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子数和中子数的总和，B错；同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，C错；中子不带电，所以原子核的总电荷量等于质子总电荷量之和，D错．答案：A2．(原子核中质子与中子比例的理解)某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的图是()解析：同位素的质子数相同，而质量数等于质子数与中子数之和，因此当中子数N增多时，质量数A也会增大，而元素的质子数不可能为零，故当中子数N为零时，质量数A并不为零，因此B正确．答案：B3．(核反应的理解)(多选)α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(178O)．在这个氧原子核中有()A．8个正电子B．17个电子C．9个中子D．8个质子解析：根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，核外电子数为8，质量数为17，所以中子数为17－8＝9，原子核内没有游离的正电子，所以答案为C、D.答案：CD4．(核反应方程的书写)1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有两种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，同时放出质子、中子．写出制取过程中涉及到的核反应方程．解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n答案：见解析