# 同位素与相对原子质量

> CIE IGCSE 化学 · 0620 (2026-2028)
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u2-isotopes-and-relative-atomic-mass/

本指南涵盖同位素定义、核心性质以及CIE IGCSE化学0620核心和拓展层级的相对原子质量计算，完全匹配2026-2028年考试大纲要求。

**先修:** [原子结构相关知识（质子、中子、电子）](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u2-atomic-structure/); [理解质子（原子）数和核子（质量）数的概念](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-0620-u2-subatomic-particles/)

## 学习目标

- 将同位素定义为质子数相同、中子数不同的同种元素的原子
- 解释为什么同位素具有完全相同的化学性质和不同的物理性质
- 根据同位素的百分比丰度计算相对原子质量(Aᵣ)（核心内容）
- 根据以比值形式给出的同位素相对丰度计算相对原子质量(Aᵣ)（拓展内容）

## 什么是同位素？（核心内容）

**同位素** — 同一种元素的原子，具有相同的质子数（质子数Z相等）但中子数不同（核子数A不同）

*例:* 碳有两种稳定同位素：碳-12（6个质子，6个中子）和碳-13（6个质子，7个中子）

同位素的化学性质完全相同，因为它们的外层电子数一致，因此会参与完全相同的化学反应。它们的物理性质（质量、密度、沸点）存在差异，因为总原子质量不同。

**例题:** 三个原子的亚原子粒子数量如下：原子W：17个质子，18个中子，17个电子；原子X：17个质子，20个中子，17个电子；原子Y：18个质子，22个中子，18个电子。判断哪一对是同位素，并说明理由。

1. 回忆同位素的定义：同种元素的原子，质子数相同而中子数不同
2. 对比质子数：原子W有17个质子，原子X有17个质子，原子Y有18个质子
3. 原子W和X是氯的同位素：二者质子数相同（均为17），中子数不同（18和20）

> **考试提示:** 在考试题目中判断同位素时，必须同时提及质子数和中子数以获得全分，不要只提到质量数。

## 相对原子质量：核心计算

**相对原子质量** — 某元素单个原子的加权平均质量，与碳-12同位素单个原子质量的1/12的比值

*记法:* A_r

自然界中大多数元素都以同位素混合物的形式存在。元素周期表上列出的Aᵣ值同时考虑了该元素每种天然存在同位素的质量和丰度百分比。

**例题:** 镁在自然界中以三种同位素存在：79%的镁-24，10%的镁-25，11%的镁-26。计算镁的相对原子质量。

1. 使用基于百分比丰度的Aᵣ加权平均公式：
2. $$A_r = \frac{(mass_1 \times \%_1) + (mass_2 \times \%_2) + (mass_3 \times \%_3)}{100}$$
3. $$A_r = \frac{(24 \times 79) + (25 \times 10) + (26 \times 11)}{100}$$
4. $$A_r = \frac{1896 + 250 + 286}{100} = \frac{2432}{100} = 24.32 \text{ (rounded to 24.3 for exam use)}$$

> **考试提示:** 计算Aᵣ时必须写出完整计算过程，即使你可以心算出结果，也要写全步骤以拿到所有得分点。

## 拓展内容：通过相对丰度计算Aᵣ

对于拓展层级的内容，题目可能会以简单比值（例如3:1）而非百分比的形式给出元素同位素的丰度。当丰度以比值形式给出时，你需要用比值的总和作为分母，而不是除以100。

**例题:** 铷以两种同位素存在，相对丰度比为3:1：铷-85（相对丰度3）和铷-87（相对丰度1）。计算铷的相对原子质量。

1. 当丰度以比值而非百分比形式给出时，使用比值的总和作为分母：
2. $$A_r = \frac{(mass_1 \times abundance_1) + (mass_2 \times abundance_2)}{abundance_1 + abundance_2}$$
3. $$A_r = \frac{(85 \times 3) + (87 \times 1)}{3 + 1} = \frac{255 + 87}{4} = \frac{342}{4} = 85.5$$

> **考试提示:** 如果丰度值以比值（或任意单位）形式给出，总和不等于100，一定要将所有丰度值相加作为分母，不要除以100。

## 常见错误

- **错误做法:** 将同位素定义为质量数相同但质子数不同的原子
  - 原因: 这会将同位素与不同元素的原子混淆。同位素的质子数相同，中子数/质量数不同。
  - 正确做法: 始终明确同位素是同种元素的原子，质子数相等，中子数不同。
- **错误做法:** 将Aᵣ计算为同位素质量的简单平均值而非加权平均值
  - 原因: 这忽略了同位素丰度的差异，会导致最终计算结果错误。
  - 正确做法: 将每个同位素的质量乘以其丰度，将所有乘积相加后除以总丰度（百分比丰度除以100，比值丰度除以比值总和）。
- **错误做法:** 声称同位素具有不同的化学性质
  - 原因: 化学性质仅由最外层电子排布决定，同种元素的所有同位素的最外层电子排布完全相同。
  - 正确做法: 明确同位素的化学性质完全相同，仅在质量、密度等物理性质上存在差异。
- **错误做法:** 在拓展层级的Aᵣ计算中，当题目给出相对丰度比值时仍使用100作为分母
  - 原因: 这会错误地假设所有丰度都是百分比，导致Aᵣ的计算结果偏高或偏低。
  - 正确做法: 将题目中给出的所有相对丰度数值相加，使用该总和作为计算的分母。

## 速查表

| 术语 | 核心要求 | 拓展要求 |
| --- | --- | --- |
| 同位素定义 | 同种元素：质子数相同，中子数不同；能够解读原子和离子符号 | — |
| 同位素性质 | 化学性质完全相同；物理性质（质量、密度）不同 | 解释化学性质相同的原因：电子数相同/电子排布相同 |
| Aᵣ计算 | 根据百分比丰度计算加权平均值 | 根据以比值形式给出的相对丰度计算（将比值总和作为分母） |

## 下一步

在掌握同位素和相对原子质量后，你可以继续学习电子层排布，这是CIE IGCSE化学0620原子结构部分的下一个核心概念。理解Aᵣ也是摩尔计算的基础，摩尔计算是核心和拓展层级都占大量考试分值的重点主题。拓展层级的考生需要同时练习百分比丰度和相对丰度比值形式的Aᵣ计算，这类题型在结构化考题中出现频率很高。

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