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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中化学 同位素与平均原子量

同一种元素的原子，质量并不一定都相同。 质子数相同所以是同一种元素、但中子数不同因而质量数不同的原子叫作同位素，自然界中的元素大多是几种同位素按固定比例混合而成的。 因此元素周期表上的相对原子质量并不是某一个原子的质量，而是按各同位素所占比例加权得到的平均值。 图中把氯的两种同位素放在杠杆两端，支点放在平均相对原子质量处，所以改变丰度时，支点会移向含量多的一侧。

同一种元素，质量却不同

75 %
👀 用杠杆读出平均值
①左边的砝码是 ³⁵Cl，右边的是 ³⁷Cl，砝码的高度表示各同位素的丰度
②支点放在杠杆平衡的位置，也就是质量数乘以丰度后相加得到的加权平均
③³⁵Cl 占 75% 时，支点落在 35.5，比两个质量数的中点 36（虚线）更靠近 35
④只有丰度为 50% 时，支点才正好落在 36

同位素与平均相对原子质量

同位素
质子数相同，中子数不同 ⇒ 质量数不同
电子数和电子排布相同，所以化学性质相同，只有质量以及与之相关的物理性质不同
平均原子量
平均相对原子质量 = Σ（质量数 × 丰度）
丰度用总和为 1 的小数代入，百分数要先除以 100

体会加权平均

⚖️ 偏向数量多的一方
①平均相对原子质量不是两个质量数相加再除以 2 的简单平均
②原子数越多的同位素在平均中占的分量越大，结果就被拉向它
③周期表中氯的相对原子质量是 35.45，也是这个原因。实际上 ³⁵Cl 约占 75.8%，而且各同位素的质量也不是整数，而是 34.97 和 36.97，所以与 35.5 略有不同
④平均相对原子质量不是任何一个原子的质量，并不存在质量为 35.45 的氯原子

动手练习

例题 1
³⁵Cl 占 75%、³⁷Cl 占 25% 时，求氯的平均相对原子质量。
1
把百分数化成小数，分别乘以各自的质量数。
35 × 0.75 + 37 × 0.25
2
把两个乘积相加。
= 26.25 + 9.25 = 35.5
▸ 35.5
结果被拉向占 75% 的 35，得到比中点 36 小的 35.5，正是图中丰度设为 75% 时支点的位置。
例题 2
某元素的同位素中，质量数为 10 的占 20%，质量数为 11 的占 80%，求该元素的平均相对原子质量。
1
把丰度化成小数，列出加权平均式。
10 × 0.2 + 11 × 0.8
2
把两个乘积相加。
= 2 + 8.8 = 10.8
▸ 10.8
结果靠近含量多的 11，比中点 10.5 大。这种元素是硼（B），周期表中的相对原子质量也是 10.81。

总结

核心结论
平均相对原子质量 = Σ（质量数 × 丰度）
同位素只是中子数不同，相对原子质量是按丰度加权的平均值
2020 韩国高考科学探究（化学Ⅰ）类题改编
铜的同位素 ⁶³Cu 占 70%、⁶⁵Cu 占 30% 时，铜的平均相对原子质量是多少？
①63
②63.6
③64
④64.4
⑤65
▸ ② 63.6
1
把丰度化成小数，列出加权平均式。
63 × 0.7 + 65 × 0.3
2
把两个乘积相加。结果应当靠近含量多的 63。
= 44.1 + 19.5 = 63.6
🎯 考试要点
①同位素质子数相同，中子数（质量数）不同
②电子排布相同，所以化学性质相同
③平均相对原子质量 = Σ（质量数 × 丰度）
④答案应落在丰度大的同位素的质量数一侧，若在另一侧就要重新检查计算
⑤百分数先除以 100 化成小数再相乘
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