某元素的相对原子质量 (Ar) 是一个原子的平均质量与碳-12 原子质量的十二分之一相比较的比值。它是比值,所以没有单位;对于含多种同位素的元素,用各同位素质量的加权平均来求得。
相对原子质量,写作 Ar,是你在 SPM化学 里最先遇到的数值之一,几乎每一道后续的计算都以它为基础。我们在一对一网课里会仔细讲解它,因为这里基础不稳,后面在摩尔一章、在滴定、在每一道化学式题里都会悄悄丢分。
什么时候用到它
当一道题给出某元素、并期望作质量上的比较时,你就要用到 Ar,从周期表读取数值,或由同位素数据算出。它也是相对分子质量和摩尔质量的基础,所以这个概念会反复出现。
定义与公式
某元素的相对原子质量,是该元素一个原子的平均质量,与一个碳-12 原子质量的十二分之一相比较所得的值。因为它比较的是两个质量,所以 Ar 没有单位。
当一种元素含有不止一种同位素时,你要计算加权平均:
Ar = ( 各项 [ 相对丰度 x 同位素质量 ] 之和 ) / ( 总相对丰度 )
如果丰度以百分数给出,总和便是 100。
单位
Ar 没有单位。同位素质量本身是相对的(无单位)质量,丰度是比值或百分数。
例题一(易):氯
氯有两种同位素:氯-35(75 %)与氯-37(25 %)。
- 第一步,把每个同位素质量乘以它的丰度:(35 x 75) + (37 x 25) = 2625 + 925 = 3550。
- 第二步,除以总丰度:3550 / 100 = 35.5。
氯的 Ar = 35.5(无单位)。
例题二(中):铜
铜有两种同位素:铜-63(69.2 %)与铜-65(30.8 %)。
- 第一步:(63 x 69.2) + (65 x 30.8) = 4359.6 + 2002 = 6361.6。
- 第二步:6361.6 / 100 = 63.6。
铜的 Ar = 63.6(保留一位小数)。注意结果更接近 63,因为铜-63 是较多的同位素。
例题三(SPM 水平):求未知丰度
硼有两种同位素,硼-10 与硼-11,它的相对原子质量是 10.8。求每种同位素的百分丰度。
- 第一步,设硼-11 的丰度为 x %,则硼-10 为 (100 − x) %。
- 第二步,写出加权平均:[ 11x + 10(100 − x) ] / 100 = 10.8。
- 第三步,展开括号:11x + 1000 − 10x = 1080。
- 第四步,整理并求解:x = 80。
所以硼-11 是 80 %,硼-10 是 20 %。永远要核对两个丰度加起来等于 100。
常见陷阱
- 在 Ar 后面写单位。它没有单位,它是纯比值,所以像「35.5 g」这样的答案会丢分。
- 把 Ar 与某一同位素的核子数(质量数)混淆。Ar 是加权平均,往往不是整数。
- 忘了除以总丰度(用百分数时是 100)。
- 太早把同位素乘积四舍五入;要保留数字到最后一行再取近似。
- 在「求未知丰度」这一类里,忘了两个丰度必须加起来等于 100 才能求解。
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