学习指南

原子与亚原子粒子

IB 化学 HL· 主题 1.1:物质微粒性质导论· 15 分钟阅读

1. 亚原子粒子的性质★☆☆☆☆⏱ 5 min

📘 定义

原子

保留元素所有化学性质的最小单位。原子由致密带正电的原子核,以及核外带负电的电子云构成。

粒子

相对质量

相对电荷

位置

质子

1

+1

原子核

中子

1

0

原子核

电子

1/1836

-1

原子核外电子云

📐 例题

比较质子和电子的相对质量与相对电荷。

  1. 1

    从表中回忆每种粒子的相对性质:

  2. 2
    Proton: mass=1,charge=+1\text{Proton: mass} = 1, \text{charge} = +1
  3. 3

    回忆电子的性质:

  4. 4
    Electron: mass=118360,charge=1\text{Electron: mass} = \frac{1}{1836} \approx 0, \text{charge} = -1
  5. 5

    结论:质子的质量约是电子的1836倍,电荷大小相等,电性相反。

2. 核素符号与粒子计数★★☆☆☆⏱ 6 min

📘 定义

核素符号

ZAX_Z^A X

特定原子种类的标准表示方法,其中 = 原子序数(质子数), = 质量数(质子+中子总数), = 元素的化学符号。

对于中性原子,质子数等于电子数,因此净电荷为零。对于带电离子,电子数与质子数不同:带正电的阳离子失去电子,带负电的阴离子得到电子。离子形成过程不会改变质子数和中子数。

📐 例题

离子中的质子、中子和电子数。

  1. 1

    从符号中提取数值:(质子数),(质量数),电荷 = -1

  2. 2

    质子数 = = 17(一种元素的质子数永远不变)

  3. 3

    中子数按计算:

  4. 4
    n=3517=18n = 35 - 17 = 18
  5. 5

    对于-1电荷,质子数加1得到电子数:电子数 = 17 + 1 = 18

  6. 6

    最终结果:17个质子,18个中子,18个电子

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  1. 中有多少个电子?

    • 10

    • 12

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    10

    正确:个质子,+2电荷意味着12 - 2 = 10个电子。电荷仅改变电子数。

3. 同位素及其性质★★☆☆☆⏱ 4 min

📘 定义

同位素

同一种元素的原子,原子序数(质子数)相同,但质量数不同(中子数不同)。

同一种元素的同位素化学性质相同,因为化学反应性由电子数决定,所有同位素的电子数都相同。由于质量不同,它们的物理性质(如质量、密度、沸点、熔点)不同。部分同位素具有放射性(放射性同位素),在医学、考古学和工业中有应用。

📐 例题

比较碳的两种常见同位素碳-12和碳-14的亚原子组成和性质。

  1. 1

    碳的原子序数永远是,因此两种同位素都有6个质子。

  2. 2

    计算各自的中子数:碳-12(A=12)有12 - 6 = 6个中子;碳-14(A=14)有14 - 6 = 8个中子。

  3. 3

    两者都是中性,因此都有6个电子。

  4. 4

    性质比较:化学性质完全相同。物理性质不同:碳-14更重且具有放射性,碳-12稳定。

4. 常见陷阱

错误做法:

不管电荷多少,都将原子序数Z作为所有物种的电子数。

原因:

只有中性原子的质子数和电子数相等。离子得到或失去电子,改变了电子数。

正确做法:

对于+n阳离子:电子数 = Z - n。对于-n阴离子:电子数 = Z + n。质子数永远等于Z。

错误做法:

将中子数算成Z - A而非A - Z。

原因:

质量数A是质子和中子的总和,因此永远大于原子序数Z。这个错误会得到负的中子数。

正确做法:

中子数 = 质量数 (A) 减 原子序数 (Z):

错误做法:

声称同一种元素的同位素化学性质不同。

原因:

化学反应性由电子排布决定,同一种元素的同位素电子排布完全相同。

正确做法:

同位素的化学性质完全相同,仅质量、密度这类物理性质不同。

错误做法:

将元素周期表中的平均相对原子质量用作特定核素的质量数A。

原因:

相对原子质量是元素所有同位素的加权平均值,通常不是整数。质量数是单个核素的核子总数,永远是整数。

正确做法:

仅使用题目中给出的特定核素的质量数,不要使用元素周期表中的平均值。

5. 速查表

物理量

计算方法

离子规则

质子数

等于Z(原子序数)

电荷不改变

中子数

A - Z

电荷不改变

电子(中性原子)

等于Z

不适用

电子(+n阳离子)

Z - n

减去电荷值

电子(-n阴离子)

Z + n

加上电荷大小

6. 常见问题

同位素的化学性质相同吗?

是的。化学反应性由电子数决定,同一种元素的同位素电子数相同。只有质量、密度这类物理性质不同。

如何计算中子数?

中子数 = 质量数 () 减 原子序数 ():。电荷不影响中子数。

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2025 · Paper 1

    计算氯离子中的粒子数

  • 2024 · Paper 2

    比较碳同位素的性质

深入阅读

下一步

本主题是IB化学HL中所有原子结构和化学键概念的基础。你将以此核心理解为基础,探索原子模型的历史发展,之后学习质谱法如何分离同位素并计算平均相对原子质量。掌握亚原子粒子计数和核素符号对IB化学所有后续主题(包括化学计量比、化学键、核化学)都至关重要,这一基础内容经常在Paper 1和Paper 2考试中考察。