化學(xué)必修3第一章.doc

第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)（第 1 課時(shí)） 講演者：劉玉玲學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、進(jìn)一步認(rèn)識原子核外電子的分層排布。 2、知道原子核外電子的能層分布及其能量關(guān)系。3、了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，能用構(gòu)造原理認(rèn)識原子的核外電子排布。4、能用電子排布式表示、簡化電子排步式常見元素（136號）原子核外電子的排布。5、了解元素周期表的排布規(guī)律及相關(guān)知識。教學(xué)內(nèi)容：決定材料性能的最根本的因素是組成材料的各元素的原子結(jié)構(gòu)，原子間的相互作用、相互結(jié)合，原子或分子在空間的排列分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及原子集合體的形貌特征等。為此，我們需要了解材料的微觀構(gòu)造，即其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)，以便從其內(nèi)部的矛盾性找出改善和發(fā)展材料的途徑。1.1 原子結(jié)構(gòu) 1. 物質(zhì)的組成一切物質(zhì)都是由無數(shù)微粒按一定的方式聚集而成的。這些微?？赡苁欠肿?、原子或離子。原子結(jié)構(gòu)直接影響原子間的結(jié)合方式。2 原子的結(jié)構(gòu)近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：原子是由質(zhì)子和中子組成的原子核，以及核外的電子所構(gòu)成的。原子的體積很小，直徑約為10-10m數(shù)量級，而其原子核直徑更小，僅為10-15m數(shù)量級。然而，原子的質(zhì)量恰主要集中在原子核內(nèi)。因?yàn)槊總€(gè)質(zhì)子和中子的質(zhì)量大致為1.67X10-24g，而電子的質(zhì)量約為9.11X10-28g，僅為質(zhì)子的1/1836。(1)原子的組成及性質(zhì)每個(gè)質(zhì)子帶1個(gè)單位的正電荷質(zhì)子 相對質(zhì)量約為1.007質(zhì)子的數(shù)目決定元素的種類 中子不帶電 相對質(zhì)量約為1.008 與質(zhì)子共同決定原子質(zhì)量 電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)每個(gè)電子帶1個(gè)單位的負(fù)電荷相對質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)子的 主要由最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)。 (2)構(gòu)成原子的微粒間的關(guān)系質(zhì)量關(guān)系 原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，可看作原子核戶質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和。將原子核中質(zhì)子數(shù)和中產(chǎn)數(shù)之和稱為質(zhì)量數(shù)，用符號A表示。電子層的含義 在含有多個(gè)電子的原子里,電子分別在能量不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng),這種不同的區(qū)域稱為電子層。 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性：質(zhì)量小帶負(fù)電荷，運(yùn)動(dòng)范圍小，速度快，與宏觀物體不同。3、原子核外電子排布有哪些規(guī)律？(1)核外電子總是盡量先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層(能量最低原理)。(2)原子核外各電子層最多容納2n2個(gè)電子。(3)原于最外層電子數(shù)目不能超過8個(gè)(K層為最外層時(shí)不能超過2個(gè)電子)。(4)次外層電子數(shù)目不能超過18個(gè)(K層為次外層時(shí)不能超過2個(gè))，倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過32個(gè)。3、能層 一 二 三 四 五 六 七 符號 K L M N O P Q最多電子數(shù)2 8 18 32 50 72 每層所容納的最多電子數(shù)是：2n2(用n表示，n為能層的序數(shù)) 。1原子半徑 4、 原子間的鍵合 （1）金屬鍵金屬中的自由電子和金屬正離子相互作用所構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵。金屬鍵的基本特點(diǎn)是電子的共有化。 金屬鍵既無飽和性又無方向性，因而每個(gè)原子有可能同更多的原子相結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬受力變形而改變原子之間的相互位置時(shí)，不至于使金屬鍵破壞，這就使金屬具有良好延展性，并且，由于自由電子的存在，金屬一般都具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。（2）離子鍵 大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物主要以離子鍵的方式結(jié)合。離子鍵鍵合的基本特點(diǎn)是以離子而不是以原子為結(jié)合單元。 一般離子晶體中正負(fù)離子靜電引力較強(qiáng)，結(jié)合牢固。因此。其熔點(diǎn)和硬度均較高。另外，在離子晶體中很難產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)的電子，因此，它們都是良好的電絕緣體。但當(dāng)處在高溫熔融狀態(tài)時(shí)，正負(fù)離子在外電場作用下可以自由運(yùn)動(dòng)，即呈現(xiàn)離子導(dǎo)電性。（3） 共價(jià)鍵 圖1.6 SiO2中硅和氧原子間的共價(jià)鍵示意圖兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過共用電子對而形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵鍵合的基本特點(diǎn)是核外電子云達(dá)到最大的重疊，形成“共用電子對”，有確定的方位，且配位數(shù)較小。 共價(jià)鍵在亞金屬（碳、硅、錫、鍺等）、聚合物和無機(jī)非金屬材料中均占有重要地位。 共價(jià)鍵晶體中各個(gè)鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小。共價(jià)鍵的結(jié)合極為牢固，故共價(jià)晶體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆等特點(diǎn)。共價(jià)形成的材料一般是絕緣體，其導(dǎo)電性能差。（4） 范德華力 屬物理鍵，系一種次價(jià)鍵，沒有方向性和飽和性。比化學(xué)鍵的鍵能少12個(gè)數(shù)量級。不同的高分子聚合物有不同的性能，分子間的范德華力不同是一個(gè)重要因素。（5） 氫鍵 是一種特殊的分子間作用力。它是由氫原子同時(shí)與兩個(gè)電負(fù)性很大而原子半徑較小的原子（，等）相結(jié)合而產(chǎn)生的具有比一般次價(jià)鍵大的鍵力，具有飽和性和方向性。氫鍵在高分子材料中特別重要。5、元素周期表具有相同核電荷數(shù)的同一類原子為一種元素。元素周期表是元素周期律的具體表現(xiàn)形式，它反映了元素之間相互聯(lián)系的規(guī)律，元素在周期表中的位置反映了那個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)和一定的性質(zhì)。（1）除第1周期外，其他周期元素（惰性氣體元素除外）的原子半徑隨原子序數(shù)的遞增而減??； （2）同一族的元素從上到下，隨電子層數(shù)增多，原子半徑增大。 2元素化合價(jià) （1）除第1周期外，同周期從左到右，元素最高正價(jià)由堿金屬+1遞增到+7，非金屬元素負(fù)價(jià)由碳族-4遞增到-1（氟無正價(jià)，氧無+6價(jià)，除外）； （2）同一主族的元素的最高正價(jià)、負(fù)價(jià)均相同 (3) 所有單質(zhì)都顯零價(jià) 3單質(zhì)的熔點(diǎn) （1）同一周期元素隨原子序數(shù)的遞增，元素組成的金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞增，非金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞減； （2）同一族元素從上到下，元素組成的金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞減，非金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)遞增 4元素的金屬性與非金屬性 （及其判斷） （1）同一周期的元素電子層數(shù)相同。因此隨著核電荷數(shù)的增加，原子越容易得電子，從左到右金屬性遞減，非金屬性遞增； （2）同一主族元素最外層電子數(shù)相同，因此隨著電子層數(shù)的增加，原子越容易失電子，從上到下金屬性遞增，非金屬性遞減。 判斷金屬性強(qiáng)弱 金屬性（還原性） 1、單質(zhì)從水或酸中置換出氫氣越容易越強(qiáng) 2、最高價(jià)氧化物的水化物的堿性越強(qiáng)（120號，K最強(qiáng)；總體Cs最弱。 非金屬性（氧化性）1、單質(zhì)越容易與氫氣反應(yīng)形成氣態(tài)氫化物2、氫化物越穩(wěn)定 3、最高價(jià)氧化物的水化物的酸性越強(qiáng)（120號，F(xiàn)最強(qiáng)；最體一樣） 5單質(zhì)的氧化性、還原性 一般元素的金屬性越強(qiáng)，其單質(zhì)的還原性越強(qiáng)，其氧化物的陽離子氧化性越弱；元素的非金屬性越強(qiáng)，其單質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，其簡單陰離子的還原性越弱。推斷元素位置的規(guī)律 判斷元素在周期表中位置應(yīng)牢記的規(guī)律： （1）元素周期數(shù)等于核外電子層數(shù)； （2）主族元素的序數(shù)等于最外層電子數(shù)。 陰陽離子的半徑大小辨別規(guī)律 由于陰離子是電子最外層得到了電子 而陽離子是失去了電子6周期與主族周期：短周期（13）；長周期（46，6周期中存在鑭系）；不完全周期（7）。主族：AA為主族元素；BB為副族元素（中間包括）；0族（即惰性氣體） 所以, 總的說來 (1) 陽離子半徑原子半徑 (3) 陰離子半徑陽離子半徑 (4 對于具有相同核外電子排布的離子，原子序數(shù)越大，其離子半徑越小。 以上不適合用于稀有氣體!4. 每個(gè)電子層所能容納的電子數(shù)為2n2（n為電子層數(shù)）。思考第N層最多能容納多少電子？那么教材中氙原子核外電子排布為2、8、18、18、8。N層只有18個(gè)電子，為什么？指導(dǎo)學(xué)生填表120元素原子的核外電子排布，找出規(guī)律。小結(jié)5. 最外層電子數(shù)不超過個(gè)（K為最外層時(shí)不超過2個(gè)），次外層不超過個(gè)，倒數(shù)第三層不超過個(gè)。2n2、2（n-1）2、2（n-2）2思考： 原子結(jié)構(gòu)示意圖錯(cuò)在哪里？請大家分析課本稀有氣體元素原子電子層排布。稀有氣體的最外層電子數(shù)有什么特點(diǎn)？元素的化學(xué)性質(zhì)主要決定于哪層電子？主要決定于最外層電子數(shù)。稀有氣體原名為惰性氣體，為什么？因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)性質(zhì)懶惰，不活潑，一般不易和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。分析歸納，得結(jié)論原子最外層電子數(shù)為8的結(jié)構(gòu)的原子，不易起化學(xué)反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)中，具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子，總是“想方設(shè)法”通過各種方式使自己的結(jié)構(gòu)趨向于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。三、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)原子的核外電子排布，特別是最外層電子數(shù)決定著元素的主要 。金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少于 個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中比較容易失去電子達(dá)到相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出金屬性；而非金屬元素的最外層一般多于 個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中易得到電子而達(dá) 到8個(gè)電子的相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以非金屬元素表現(xiàn)出非金屬性。 四離子結(jié)構(gòu)(1)當(dāng)質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù)) 核外電子數(shù)時(shí)，該粒子是， 電性。(2)當(dāng)質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))核外電子數(shù)時(shí)，該粒子是離子，帶電荷。(3)當(dāng)質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))核外電子數(shù)時(shí)，該粒子是離子，帶電荷。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、不帶電、陽離子、正、陰離子、負(fù)課后小常識：在日常生活中，我們看到許多可見光如燈光、霓虹燈光、激光、焰火與原子結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？ 這些光現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的?從原子中電子能量變化的角度去認(rèn)識光產(chǎn)生的原因。能量最低原理、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、光譜原子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理。處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子，當(dāng)基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會(huì)躍遷到較高能級 ，變成激發(fā)態(tài)原子。電子從較高能量的激發(fā)態(tài)躍遷到較低能量的激發(fā)態(tài)乃至基態(tài)時(shí)，將釋放 能量。光（輻射）是電子釋放 能量的重要形式之一。不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收 光譜或發(fā)射 光譜，總稱_原子 光譜。許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的。在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為_光譜分析_。討論1. 元素的種類由什么決定? 2. 原子由什么組成? 原子種類又是由什么決定的?3. 怎樣表示一個(gè)原子? 4. 同位素的性質(zhì)?探討 同位素的用途(特別放射性同位素)1. 夜光表發(fā)光的原因 2. 醫(yī)學(xué)上的放療（治療癌癥）3. 示蹤原子，用于醫(yī)學(xué)上的診斷4. 用146C考古或地質(zhì)勘探5. 23592U用于開發(fā)新能源核能6. 21H 和31H用于制造氫彈7. 農(nóng)業(yè)上射線育種教學(xué)習(xí)題：1、有A、B、C、D、E 5種元素，它們的核電荷數(shù)依次增大，且都小于20。其中C、E是金屬元素；A和E屬同一族，它們原子的最外層電子排布為ns1。B和D也屬同一族，它們原子最外層的p能級電子數(shù)是s能級電子數(shù)的兩倍，C原子最外層上電子數(shù)等于D原子最外層上電子數(shù)的一半。請回答下列問題：（1）由這五種元素組成的一種化合物是（寫化學(xué)式）_。（2）寫出C元素基態(tài)原子的電子排布式_。（3）用軌道表示式表示D元素原子的價(jià)電子構(gòu)型_。2、下列元素的名稱和原子序數(shù)，寫出它們的原子的電子排布式。（1）地殼中含量最高的金屬元素；（2）單質(zhì)在常溫下為液態(tài)的非金屬元素；（3）最外層為L層、基態(tài)原子中未成對電子數(shù)最多的元素；（4）原子序數(shù)最小、基態(tài)原子具有1個(gè)3d電子的元素；（5）基態(tài)原子中次外層有5個(gè)未成對電子而最外層只有成對電子的元素；（6）原子基態(tài)時(shí)被電子占據(jù)的軌道有9個(gè)，其中6個(gè)被電子占滿的元素； 1盧瑟福提出的核式原子模型的內(nèi)容是 ； 2原子是由 和 構(gòu)成的，而 又是由更小的微粒 和 構(gòu)成的。 3對于一個(gè)原子來說：質(zhì)子數(shù) 。原子的質(zhì)量幾乎全部 上，這是由于 ； 稱為質(zhì)量數(shù)。它在數(shù)值上等于 ，可表示為 。4一般用符號X代表 。符號3717Cl的意義是 5、（1）質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)= (A) 原子的近似相對原子質(zhì)量=電性關(guān)系 原子的核外電子數(shù) = 陽離子核外電子數(shù) 一 陰離子核外電子數(shù) +電荷數(shù)基本概念:元素 核素 同位素： 實(shí)戰(zhàn)演練: 1. 下列關(guān)于4220 Ca敘述中錯(cuò)誤的是 （ ）A. 質(zhì)子數(shù)為20 B. 電子數(shù)為20 C. 中子數(shù)為20 D. 質(zhì)量數(shù)為422. 某元素二價(jià)陰離子的核外有18個(gè)電子，質(zhì)量數(shù)為32，該元素原子的原子核中的中子數(shù)為（ ）A. 12B. 14C. 16D. 183. 質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相同的原子A，其陽離子An核外共有x個(gè)電子，則它的質(zhì)量數(shù)為（ ）A. 2（xn）B. 2（xn）C. 2x D. n 2x4. 下列各組物質(zhì)中，互為同位素的是 A. O2、O3 、O4 B. H2、D2、T2 C. H2O、D2O、 T2O D. 4020Ca 和4220 Ca5.(上海，10)H、H、H、H、H2是A.氫的五種同位素 B.五種氫元素 C.氫的五種同素異形體D.氫元素的五種不同粒子6.(上海，4)據(jù)報(bào)道，上海某醫(yī)院正在研究用放射性同位素碘I治療腫瘤。該同位素原子核內(nèi)的中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是 A.72 B.19C.53D.125五實(shí)戰(zhàn)演練:1.下列原子結(jié)構(gòu)示意圖中，正確的是( )2.某元素的原子核外有3個(gè)電子層，最外層有4個(gè)電子，該原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)為( )A.14 B.15 C.16D.173若aAn+與bB2-兩種離子的核外電子層結(jié)構(gòu)相同，則a的數(shù)值為( )A.b+n+2 B.b+n-2 C.b-n-2D.b-n+24.(2002年上海，11)已知自然界氧的同位素有16O、17O、18O，氫的同位素有H、D，從水分子的原子組成來看，自然界的水一共有A.3種B.6種C.9種D.12種5(2001年春，16)氯的原子序數(shù)為17，35Cl是氯的一種同位素，下列說法正確的是A.35Cl原子所含質(zhì)子數(shù)為18 B.mol的H35Cl分子所含中子數(shù)約為6.021023C.3.5 g的35Cl2氣體的體積為2.24 L D.35Cl2氣體的摩爾質(zhì)量為70 gmol16(1997年全國,25)X、Y、Z和R分別代表四種元素。如果aXm、bYn、cZn、dR