鲁教版核素教学课件

核素教学课件本课件基于鲁教版高中化学必修二教材，符合最新课程标准，结合高考考情与学科素养目标，旨在帮助学生全面理解核素的基本概念、特性及应用核素学习目标掌握核素的基本概念及符号了解核素的定义，能够正确书写和解读核素符号理解同位素的内涵与分类区分同位素的特点，认识不同类型的同位素运用核素知识分析实际问题能够应用核素相关知识解决科学和实际生活中的问题通过本课程的学习，你将能够原子的结构回顾原子核位于原子中心，包含质子和中子，占据原子质量的绝大部分核外电子围绕原子核运动，决定原子的化学性质和体积质子什么是核素核素的定义核素是质子数和中子数均相同的原子的总称每一种核素都具有唯一的核电荷数（质子数）和中子数组合核素是研究原子核物理和化学特性的基本单位，也是同位素概念的基础不同的核素可能属于同一元素（如果质子数相同），也可能属于不同元素（如果质子数不同）核素的符号表达通用符号格式质量数A表示原子核中质子和中子的总数质子数Z也称为核电荷数，决定了元素的种类元素符号X表示该核素所属的元素核素的表示法是理解和沟通核素概念的重要工具，需要掌握其中每个部分的含义核素的基本表示法示例碳-12示例氢的三种核素表示碳-12核素，含有6个质子和6个中子（12-6=6）碳-12是碳元素最常见的同位素，占自然界碳元素的

98.89%氕（普通氢）元素与核素的关系以氢元素为例氕^1_1H氘^2_1D1个质子，0个中子1个质子，1个中子一种元素可以包含多个不同的核素，这些核素拥有相同的质子数但中子数可能不同氚^3_1T1个质子，2个中子质子数、中子数与质量数关系质子数Z决定元素的化学性质决定元素在周期表中的位置中子数N影响核的稳定性变化产生不同同位素质量数A对于任何核素，质量数A等于质子数Z与中子数N之和通过已知的质量数和质子数，我们可以计算出中子数A=Z+N表示核素的总核子数同位素的概念与分类同位素定义同位素是指质子数相同而中子数不同的核素它们是同一元素的不同形式，具有相同的化学性质但物理性质略有不同举例这三种碳的同位素都有6个质子，但中子数分别为

6、7和8个同位素分类天然同位素自然界中存在的同位素人工同位素通过核反应人工合成的同位素稳定同位素不发生放射性衰变的同位素同位素举例与表示氧的同位素氯的同位素氧-168个质子，8个中子，丰度

99.76%氧-178个质子，9个中子，丰度

0.04%氧-188个质子，10个中子，丰度

0.2%

75.77%氯-

3524.23%常见元素的同位素分布

98.89%

1.11%碳丰度碳丰度-12-13碳-12是碳的主要同位素碳-13是碳的少量同位素自然界中的元素通常是多种同位素的混合物，不同同位素的丰度（占

99.98%

0.02%比）各不相同氢丰度氢丰度-1-2普通氢在自然界中最常见氘在自然界中较为稀少核素与元素概念的区分概念辨析元素具有相同质子数（核电荷数）的原子的总称核素具有相同质子数和中子数的原子的总称同位素同一元素的不同核素（质子数相同，中子数不同）简单来说元素关注质子数质子数决定元素的化学性质核素同时关注质子数和中子数更精确地描述原子的核结构核素的分类核素可以根据不同的标准进行分类，主要分类方式包括稳定性和来源两种43按稳定性分类•稳定核素•放射性核素按来源分类•天然核素•人工核素3按质子数分类稳定核素稳定核素的特点稳定核素是不会自发衰变的核素，在自然界中广泛存在目前已知的稳定核素约有270种能量状态处于能量最低状态，不易发生衰变在核素图上，稳定核素形成一条稳定带（稳定谷），轻核素中，中子数与质子数大致相等；重核素中，中子数通常大于质子数核力平衡核内强相互作用力和电磁力达到平衡常见实例如碳-

12、氧-

16、铁-56等放射性核素定义放射性核素的特征不稳定性核结构不稳定，会自发发生衰变放射性衰变过程中释放射线或粒子元素转变衰变后可能转变为不同元素的核素半衰期具有特定的半衰期，从几微秒到数十亿年不等放射性核素的理解对于核物理、医学和环境科学都至关重要常见放射性核素铀-238氚-3半衰期45亿年半衰期

12.32年地壳中最常见的铀同位素用于核聚变研究和自发光源碳-14放射性核素在周期表中分布广泛，所有原子序数大于83的元素都是放射性元素，只存在放射性同位素半衰期5730年广泛用于考古测年放射性核素的衰变类型主要衰变类型α衰变释放氦核^4_2He，质子数减2，中子数减2β-衰变中子转化为质子，释放电子，质子数加1β+衰变质子转化为中子，释放正电子，质子数减1γ衰变释放高能光子，核素种类不变用衰变方程表示变化衰变方程示例这个方程表示铀-238通过α衰变转变为钍-234，同时释放一个氦核（α粒子）守恒检验质量数238=234+4✓核电荷数92=90+2✓其他衰变示例碳-14通过β-衰变转变为氮-14半衰期的概念半衰期定义半衰期是指一种放射性核素的原子数减少到初始值一半所需的时间半衰期计算公式其中•N_t t时刻的核素数量•N_0初始核素数量•t经过的时间•T_{1/2}半衰期放射性同位素在科学中的应用示踪剂技术碳-14测年法基于原理生物体死亡后停止吸收碳-14，现存碳-14量与初始量的比例可用于确定年龄适用范围可测定约60,000年内的有机物样本年龄应用领域考古学、古生物学、地质学等原理利用放射性同位素作为示踪剂，追踪特定物质在系统中的流动和分布应用实例•医学PET扫描、甲状腺功能检查•生物学代谢途径研究医学中的核素应用核医学诊断放射治疗碘-131用于甲状腺功能检查和治疗锝-99m最常用的诊断用放射性核素，用于多种器官成像氟-18用于PET扫描，特别是脑部和肿瘤成像钴-60外照射放疗，用于治疗多种恶性肿瘤镥-177靶向放射性核素治疗，用于神经内分泌肿瘤镭-223工业中的核素应用其他工业应用石油勘探使用中子源测量地下岩层特性，帮助识别含油层位厚度测量利用β射线监测钢板、纸张等产品的厚度，确保质量一致性烟雾探测器使用微量镅-241产生电离辐射，检测烟雾颗粒存在无损检测利用放射性核素产生的射线穿透材料，检测内部缺陷或结构，而不损坏被检测物体主要应用•焊缝质量检测•管道完整性评估•结构件内部缺陷检查农业中的核素应用放射性育种土壤养分研究氮-15示踪研究氮肥在土壤-植物系统中的流动和转化磷-32示踪评估磷肥利用效率和植物吸收途径硫-35示踪跟踪硫元素在作物生长过程中的利用情况利用辐照诱导植物基因突变，培育出具有优良性状的新品种主要成就•高产作物品种培育•抗病虫害作物开发•耐旱耐盐植物研发环境与核素检测污染源追踪水污染追踪使用示踪剂确定地下水流向和污染物扩散途径工业排放监测识别特定核素指纹，追溯污染物来源核事故监测通过特征核素分析评估核设施泄漏情况环境监测利用核素检测技术监测环境中的放射性水平和污染物分布监测对象人体中的天然核素钾-40其他天然核素碳-14通过食物链进入人体，参与新陈代谢氢-3（氚）存在于体液中，但含量极微镭-226与钋-210主要蓄积在骨骼组织中铀系与钍系元素钾-40是人体中最主要的天然放射性核素，约占人体放射性的89%通过呼吸和饮食摄入，含量极低基本数据•半衰期

12.5亿年•成年人体内含量约4000贝克勒尔•主要存在于肌肉组织中核素与元素周期表人工合成新元素1937年1锝Tc第一个人工合成元素21940年钚Pu核能应用重要元素1969年3鐽Bh以丹麦物理学家玻尔命名42010年鿫Fl确认合成的第114号元素现代元素周期表中的多数超重元素都是通过人工合成核素的方式被发现的2016年5第118号元素（Og）获得命名，周期表第七周期完整典型核素的物理性质表常见核素物理性质核素质子数中子数质量u半衰期^1H

101.0078稳定^12C

6612.0000稳定了解典型核素的物理特性有助于我们理解其在自然界和应用中的行为表^14C

6814.00325730年现^235U

92143235.

04397.04亿年^239Pu

94145239.052224110年典型核素的化学性质表同位素化学性质比较同一元素的不同核素由于具有相同的核外电子结构，其化学性质几乎完全相同，但在某些微小方面仍有差异性质差异原因实例反应速率质量差异H和D的反应速率比值可达2-8键强度零点能差异C-H键比C-D键更易断裂物理分离扩散速率差异气体分离技术中利用此特性同位素效应同位素效应是指同一元素的不同同位素在物理和化学行为上的微小差异这些差异主要源于核质量的不同应用•同位素分馏技术•反应机理研究•同位素地球化学习题核素与同位素判断判断下列原子是否互为同位素1^16_8O和^18_8O判断是同位素解析两者质子数相同（都是8），中子数不同（8和10）2^14_7N和^14_6C判断不是同位素解析质子数不同（7和6），属于不同元素3^35_{17}Cl和^37_{17}Cl判断是同位素解析质子数相同（都是17），中子数不同（18和20）习题核素符号解读练习解读以下核素符号核素符号质子数中子数质量数元素名称^23_{11}111223钠Na^31_{15}P151631磷常见易错点^40_{19}192140钾K混淆质子数与质量数^238_{992146238铀质子数Z是左下角的数字，质量数A是左上角的数字2}U忘记计算中子数中子数=质量数-质子数混淆元素符号与核素符号元素符号只表示元素类型，核素符号还包含质量数信息习题核素在元素周期表中的定位示例练习1找出质子数

20、中子数20的核素解析质子数20对应钙Ca元素，此核素为^40_{20}Ca位置周期表第4周期，第2族2找出质子数

26、中子数30的核素解析质子数26对应铁Fe元素，此核素为^56_{26}Fe位置周期表第4周期，第8族3找出质子数

92、中子数146的核素解析质子数92对应铀U元素，此核素为^238_{92}U位置周期表第7周期，锕系元素计算题演练一已知质量数与质子数求中子数计算方法例题^{23}_{11}Na的中子数为？解析•已知质量数A=23，质子数Z=11•中子数N=A-Z=23-11=12答案钠-23有12个中子练习题计算题演练二同位素丰度与平均原子质量计算方法例题氯元素氯有两种同位素^35Cl（丰度

75.77%）和^37Cl（丰度

24.23%）计算答案氯的平均原子质量为

35.48u计算题演练三放射性衰变与半衰期基本公式其中，N_t为t时刻剩余的放射性核素数量，N_0为初始数量，t为经过的时间，T_{1/2}为半衰期例题碳-14的半衰期为5730年，一个含有碳-14的古生物样本，现在的放射性强度是新鲜样本的1/8，求该样本的年龄解析真题示例高考考点梳理2023山东高考真题解析选项A^{12}_6C和^{14}_6C具有相同的质子数，互为同位素选项B^{35}_{17}Cl和^{37}_{17}Cl具有相同的质子数，互为同位素选项C^{16}_8O和^{18}_9F具有不同的质子数，不是同位素也不是同一元素选项D^{23}_{11}Na和^{24}_{12}Mg具有不同的质子数，不是同位素也不是同一元素答案C和D原题下列核素中，既不是同位素，又不属于同一元素的是（）A.^{12}_6C和^{14}_6CB.^{35}_{17}Cl和^{37}_{17}ClC.^{16}_8O和^{18}_9F近年命题趋势基础概念理解1重点考查对核素、同位素定义的准确理解，要求学生能区分相关概念2符号表示与计算核素符号解读与基础计算题仍是常考点，如计算中子数、同位素丰度应用型题目增多3结合实际应用场景的题目增多，如放射性测年、核能应用等4跨学科融合核素知识与物理、生物、地理等学科知识融合出题，考察综合素养探究能力考查5基于实验数据分析的题目增多，考查学生的科学探究能力探究活动核素模型制作活动步骤分组与选题4-5人一组，每组选择一种元素的不同同位素进行制作设计与讨论讨论如何准确表示核素结构，设计模型方案模型制作按照核素的质子数和中子数比例，制作核心模型成果展示展示模型并讲解所制作核素的特点和应用活动目的通过亲手制作核素模型，加深对原子核结构的理解，区分不同核素的特点所需材料•彩色橡皮泥（红色代表质子，蓝色代表中子）•牙签或细铁丝（表示核力）•小珠子（表示电子）•标签纸和记号笔小实验利用同位素示踪水循环实验步骤1准备装置搭建密闭水循环系统，包括加热、冷凝和收集装置2添加示踪剂向系统中加入少量同位素标记水3启动循环加热使水蒸发，然后在冷凝区收集4取样分析在不同位置取样，测量同位素浓度5数据处理绘制同位素浓度变化曲线，分析水循环过程学科素养核素与学科交叉核素知识是连接多学科的重要桥梁，培养跨学科思维对科学素养的提升至关重要化学同位素效应影响化学反应速率，重水的化学性质生物学同位素示踪技术研究代谢途径，放射性对生物的影响物理学核反应原理，核能释放，核磁共振现象地理学社会热点核能与核技术发展核电站运作原理核能与环境低碳能源核能发电过程中不排放温室气体，有助于减缓气候变化安全考量核事故风险与放射性废料处理是核能利用面临的主要挑战未来发展第四代核电技术与小型模块化反应堆有望提高安全性中国发展核电站通过铀-235的核裂变反应释放能量，产生蒸汽驱动涡轮发电机发电核裂变反应式我国正积极发展核能，同时推进核聚变研究，如人造太阳项目环境关注核污染与生物效应放射性污染物检测水体监测测量水中溶解的放射性核素浓度，评估饮用水安全食品检测筛查农产品和海产品中的放射性物质，保障食品安全空气监测福岛核事故影响监测大气中放射性颗粒物浓度，及时发现异常情况2011年日本福岛核事故导致大量放射性物质泄漏，对环境造成持久影响主要泄漏核素土壤监测•碘-131（半衰期8天）•铯-134（半衰期2年）检测土壤中累积的放射性物质，评估生态系统影响•铯-137（半衰期30年）•锶-90（半衰期29年）新闻阅读最新核素研究进展超重核素合成核医学新疗法2018年1镥-177标记前列腺特异性膜抗原（PSMA）靶向治疗获得突破22020年锕-225标记抗体药物开发进入临床试验2021年3铅-212/铋-212发生器系统用于α粒子治疗研究取得进展42022年镓-68PET/CT成像在神经内分泌肿瘤诊断中应用广泛2023年5新型α发射核素治疗转移性癌症的多中心临床研究启动科学家通过重离子加速器轰击靶核，成功合成了多种超重元素的核素近期成就•元素117（Ts）和118（Og）的合成与确认•发现稳定岛理论的新证据•开发新型靶材料提高合成效率拓展宇宙大爆炸与核素形成恒星核聚变氢聚变氢核聚变成氦，释放能量，是主序星主要能量来源氦聚变氦核聚变产生碳、氧等元素，发生在红巨星阶段碳聚变碳核聚变产生镁、硅等，发生在大质量恒星晚期超新星大质量恒星爆炸，产生铁以上重元素拓展元素周期律与核素稳定带魔数与核壳层结构魔数概念特定数量的质子或中子（2,8,20,28,50,82,126）形成完整的核壳层，使核素特别稳定双魔核素质子数和中子数都是魔数的核素特别稳定，如^{16}_8O,^{40}_{20}Ca,^{208}_{82}Pb衰变途径核素的稳定带不稳定核素通过α、β衰变向稳定谷流动，最终达到稳定状态在核素图上，稳定核素形成一条稳定谷轻核素中，稳定核素的中子数与质子数大致相等；随着质子数增加，稳定核素需要更多的中子来平衡质子间的电磁排斥力科学家故事居里夫妇与放射性玛丽·居里的成就1903年1与丈夫和贝克勒尔共同获得诺贝尔物理学奖21906年丈夫去世后，接任索邦大学教授职位，成为首位女教授1910年3成功分离出纯镭，确定其原子量41911年独自获得诺贝尔化学奖，成为首位两获诺奖的科学家1934年5因长期接触放射性物质，不幸因白血病去世人文思考核素与人类文明发展科技伦理讨论科学认知核素研究拓展了人类对物质结构的认识能源利用核能作为低碳能源，在应对气候变化中具有潜力医疗进步核医学技术为疾病诊断和治疗带来革命性变化风险管理核技术应用需要严格的安全监管和风险评估代际责任核废料处理涉及对后代的长期环境责任学科整合大讨论生物同位素示踪生命过程地理用碳14测年定位史前文明1940年代1利比开发碳-14测年法21950年代埃及法老图坦卡蒙墓葬年代确认科学家利用碳-

14、氮-15等同位素标记关键分子，通过追踪这些标记物的变化，1960年代3揭示了光合作用、糖酵解等重要代谢途径的细节欧洲新石器时代文明年代修例如，梅尔文·卡尔文通过碳-14示踪，绘制了光合作用的卡尔文循环，这一发正41990年代现对理解植物如何固定二氧化碳至关重要冰人奥兹年代确定为5300年前2000年代5结合树轮数据校准测年结果，提高精度常见误区解析其他常见误区质子数与中子数混淆在核素符号^A_Z X中，Z是质子数，而不是中子数；中子数需要用A-Z计算同素异位体与同位素混淆同位素是同一元素的不同核素，而同素异位体是指同一元素的不同价态核素与原子混淆核素专指原子核的组成状态，而原子包括核外电子在内的整体放射性强度与半衰期关系误解半衰期短的核素放射性强度大，而非相反整体复习与自测题综合应用题某考古学家发现一件木制文物，测得其中碳-14的放射性强度是现代样品的20%已知碳-14的半衰期为5730年，请计算该文物的年代解析知识点自测1核素符号^{23}_{11}Na中，质子数、中子数各是多少？两边取对数答案质子数11，中子数122^{35}_{17}Cl和^{37}_{17}Cl互为什么关系？答案同位素3放射性同位素碳-14的半衰期约为多少年？答案该文物年代约为13300年前答案5730年回顾与总结核素学习价值123451科学素养2学科基础3应用能力4高考备考核素知识结构5生活实践通过本课程的学习，我们系统了解了核素的定义、表示方法、分类以及应用核素作为原子通过核素知识的学习，我们不仅能够应对高考中的相关题目，更能培养科学思维方式，理解核物理与化学的基本研究单位，不仅是理解元素性质的基础，也是现代科技发展的重要支现代科技发展，为未来的学习和生活奠定基础撑。