第章原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵

1、掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡化學(xué)研究的對象是化學(xué)研究的對象是自然界的各種物質(zhì)自然界的各種物質(zhì) 浩瀚的宇宙和地球上的物質(zhì)大多以原子或浩瀚的宇宙和地球上的物質(zhì)大多以原子或分子形態(tài)存在。分子形態(tài)存在。有否適當(dāng)?shù)膬x器能觀察到原有否適當(dāng)?shù)膬x器能觀察到原子的存在？原子究竟有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？子的存在？原子究竟有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？用掃描隧道顯微鏡用掃描隧道顯微鏡的針尖將原子一個的針尖將原子一個個地排列成漢字，個地排列成漢字，漢字的大小只有幾漢字的大小只有幾個納米。個納米。這是中國科學(xué)院化學(xué)所的科技人這是中國科學(xué)院化學(xué)所的科技人員利用納米加工技術(shù)在石墨表面員利用納米加工技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子而繪制出的世界通

2、過搬遷碳原子而繪制出的世界上最小的中國地圖。這幅地圖到上最小的中國地圖。這幅地圖到底有多小呢？打個比方吧，如果底有多小呢？打個比方吧，如果把這幅圖放大到一張一米見方的把這幅圖放大到一張一米見方的中國地圖大小的尺寸，就相當(dāng)于中國地圖大小的尺寸，就相當(dāng)于把該幅地圖放大到中國遼闊的領(lǐng)把該幅地圖放大到中國遼闊的領(lǐng)土的面積。土的面積。 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)1 1、什么叫元素？決定元素種類的是什么？、什么叫元素？決定元素種類的是什么？2 2、什么叫原子？原子的構(gòu)成微粒有哪、什么叫原子？原子的構(gòu)成微粒有哪些？決定原子種類的粒子是什么？些？決定原子種類的粒子是什么？3 3、作為相對原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碳原子、作為相對原

3、子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的碳原子的符號如何表示？的符號如何表示？一、原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程一、原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識過程 1.公元前公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認(rèn)為世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認(rèn)為 ：萬物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。萬物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。 2.192.19世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體。說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體。3. 1897年，英國科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。年，英國科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。一、原子的組成一、原子的組成原子原子原子核（）原子核（） 核外電子核外

4、電子 （）（）質(zhì)子質(zhì)子 （Z）中子中子(N) X ZA表表2-1 構(gòu)成原子的粒子及其性質(zhì)構(gòu)成原子的粒子及其性質(zhì)構(gòu)成原子的構(gòu)成原子的粒子粒子 電子電子原子核原子核質(zhì)子質(zhì)子中子中子電性和電量電性和電量1 1個電子帶一個個電子帶一個單位負(fù)電荷單位負(fù)電荷1 1個質(zhì)子帶一個質(zhì)子帶一個單位正電荷個單位正電荷不顯電性不顯電性 質(zhì)量質(zhì)量/kg/kg9.1099.1091010-31-31 1.6731.6731010-27-27 1.6751.6751010-27-27相對質(zhì)量相對質(zhì)量 1/18361/18361.0071.0071.008 1.008 基本概念1.原子序數(shù)：若按核 電荷數(shù)由小到大給元素編號，

5、所得的序號稱為原子序數(shù)。v2.質(zhì)量數(shù)：如果忽略電子的質(zhì)量，將原子核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值相加所得的數(shù)值，稱為質(zhì)量數(shù)。幾種粒子的關(guān)系1.原子序數(shù)核電荷數(shù)核 內(nèi)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)2.質(zhì)量數(shù)（A）質(zhì)子數(shù)（Z）中子數(shù)(N)二、同位素思考：1.決定元素種類的粒子是什么？12C、13C、14C三種粒子的中子數(shù)分別是多少？它們是同種元素嗎？為什么？穩(wěn)定同位素的發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定同位素的發(fā)現(xiàn) 1910年英國化學(xué)家年英國化學(xué)家F.索迪提出了一個假索迪提出了一個假說，化學(xué)元素存在著相對原子質(zhì)量和放射說，化學(xué)元素存在著相對原子質(zhì)量和放射性不同而其他物理化學(xué)性質(zhì)相同的變種，性不同而其他物理化學(xué)性質(zhì)相同的變種，這些

6、變種應(yīng)處于周期表的同一位置上，稱這些變種應(yīng)處于周期表的同一位置上，稱作同位素。不久，就從不同放射性元素得作同位素。不久，就從不同放射性元素得到一種鉛的相對原子質(zhì)量是到一種鉛的相對原子質(zhì)量是206.08，另一種，另一種則是則是208。 1897年英國物理學(xué)家年英國物理學(xué)家W.湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，1912年他改進(jìn)了測電子的儀器，利用磁場作年他改進(jìn)了測電子的儀器，利用磁場作用，制成了一種磁分離器。當(dāng)他用氖氣進(jìn)行用，制成了一種磁分離器。當(dāng)他用氖氣進(jìn)行測定時，無論氖氣怎樣提純，在屏幕上得到測定時，無論氖氣怎樣提純，在屏幕上得到的卻是兩條拋物線，一條代表質(zhì)量為的卻是兩條拋物線，一條代表質(zhì)量

7、為20的氖，的氖，另一條則代表質(zhì)量為另一條則代表質(zhì)量為22的氖。這就是第一次的氖。這就是第一次發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素，即無放射性的同位素。發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素，即無放射性的同位素。H121H13H1表表2-2 氫元素的同位素氫元素的同位素 符號符號 名稱名稱 含質(zhì)子數(shù)含質(zhì)子數(shù) 含中子數(shù)含中子數(shù) 普通氫普通氫 氕氕 1 0重氫重氫 氘氘 1 1超重氫超重氫 氚氚 1 2概念：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元概念：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子，互稱為同位素。素的不同原子，互稱為同位素。分類分類穩(wěn)定性同位素穩(wěn)定性同位素放射性同位素放射性同位素天然放射性同位素天然放射性同位素人造放射性同位素人造放射

8、性同位素 已知自然界氧的同位素有已知自然界氧的同位素有1616O O、1717O O、1818O O，氫的同位素有氫的同位素有1 1H H、H H2 2、3 3H H，從水分，從水分子的原子組成來看，自然界的水共有子的原子組成來看，自然界的水共有多少種，其分子量所得的數(shù)值有多少多少種，其分子量所得的數(shù)值有多少 種？種？1.核外電子是怎樣排布的？核外電子是怎樣排布的？2、電子離核的距離與能量高低的、電子離核的距離與能量高低的關(guān)系怎樣？關(guān)系怎樣？3、核外電子排布有何規(guī)律？、核外電子排布有何規(guī)律？4.4.元素的種類、性質(zhì)與元素原子的元素的種類、性質(zhì)與元素原子的結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？三、核外電子

9、的排布試一試：試一試：你能畫出你能畫出Na原子的原子的原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)示意圖嗎？示意圖嗎？原子結(jié)構(gòu)示意圖的含義原子結(jié)構(gòu)示意圖的含義+11281表示原子核內(nèi)有表示原子核內(nèi)有11個質(zhì)子個質(zhì)子弧線表示電子層弧線表示電子層數(shù)字表示該層所填充的電子數(shù)數(shù)字表示該層所填充的電子數(shù)小結(jié)：小結(jié)：在原子中在原子中，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)總和核外電子數(shù)總和最外層最外層問：問：多電子電子如何運(yùn)動（排布）？多電子電子如何運(yùn)動（排布）？電子層數(shù)電子層數(shù) 1 2 3 4 5 6 7電子符號電子符號 K L M N O P Q電子能量電子能量 低低 高高離核距離離核距離 近近 遠(yuǎn)遠(yuǎn)1、電子層（、電子層（n）核外電

10、子排布有什么規(guī)律呢？核外電子排布有什么規(guī)律呢？1. K、L、M電子層最多能容納多少個電子？電子層序號 1 2 3 4 n電子層符號 最多容納e-計(jì)算式K L M N 212 222 232 242 2 8 18 32 2n2 排布規(guī)律1：每層最多容納電子數(shù)目是2n2 。核外電子排布的規(guī)律核外電子排布的規(guī)律1. 各電子層最多可容納各電子層最多可容納2n2個電子；個電子；2.最外層電子數(shù)不超過最外層電子數(shù)不超過8個（只有一個電子個（只有一個電子層的，不超過層的，不超過2個）；個）；3.次外層的電子數(shù)不超過次外層的電子數(shù)不超過18個，倒數(shù)第三層個，倒數(shù)第三層不超過不超過32個電子。個電子。一、填空題

11、1.將原子核內(nèi)所的質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值相加，所得的數(shù)值，叫 _用符號_表示。2. 原子40Ca，其質(zhì)量數(shù)為_，中子數(shù)為_，原子結(jié)構(gòu)示意圖為_，電子式為_。1、下列原子互為同位素的是：、下列原子互為同位素的是：A. 14C與與14N B.40K與與40CaC.23Na與與23Na D.16O與與18O2.某元素的質(zhì)量數(shù)為某元素的質(zhì)量數(shù)為m，中子數(shù)為，中子數(shù)為a，則此元，則此元素的質(zhì)子數(shù)為：素的質(zhì)子數(shù)為：A. m+a B.m-aC.m/a D.am3.某離子某離子X3-質(zhì)量數(shù)是質(zhì)量數(shù)是75，中子數(shù)是，中子數(shù)是42，它的核外電子數(shù)是：它的核外電子數(shù)是： A. 30 B. 33 C. 36

12、 D. 39 4.同位素間不相等的是同位素間不相等的是 ： A. 質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù) B.中子數(shù)中子數(shù) C. 電子數(shù)電子數(shù) D. 核電荷數(shù)核電荷數(shù) 三、同下列原子的結(jié)構(gòu)示意圖及電子式三、同下列原子的結(jié)構(gòu)示意圖及電子式1.K、Ca、Al2. C、N、O、S門捷列夫門捷列夫你能說出元素周表與化學(xué)的關(guān)系嗎？你能說出元素周表與化學(xué)的關(guān)系嗎？一、元素周期律一、元素周期律根據(jù)教材表根據(jù)教材表22 318號元素有關(guān)數(shù)據(jù)可得號元素有關(guān)數(shù)據(jù)可得1.隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子核外電子隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子核外電子的排布呈周期性變化的排布呈周期性變化 。2.隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑呈隨著原子序數(shù)的遞增，

13、元素的原子半徑呈周期性變化周期性變化 。3.隨著原子序數(shù)的遞增，元素最高正價和最隨著原子序數(shù)的遞增，元素最高正價和最低負(fù)價呈周期性變化低負(fù)價呈周期性變化 。 4.隨著原子序數(shù)的遞增，元素金屬性和非金隨著原子序數(shù)的遞增，元素金屬性和非金屬性隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子核外電屬性隨著原子序數(shù)的遞增，元素原子核外電子的排布呈周期性變化子的排布呈周期性變化 。5.元素周期律：隨著原子序數(shù)的遞增，元素元素周期律：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的性質(zhì)呈呈周期性變化的規(guī)律的性質(zhì)呈呈周期性變化的規(guī)律 。*元素周期律的實(shí)質(zhì)：元素性質(zhì)的周期性變化元素周期律的實(shí)質(zhì)：元素性質(zhì)的周期性變化是核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。

14、是核外電子排布周期性變化的必然結(jié)果。二、元素周期表二、元素周期表（一）編排原則：（一）編排原則：1、按原子序數(shù)遞增的順序由左到右排列。、按原子序數(shù)遞增的順序由左到右排列。2、按電子層數(shù)相同的元素排成一個橫行。、按電子層數(shù)相同的元素排成一個橫行。 3、最外層電子數(shù)相同的元素按電子層數(shù)遞、最外層電子數(shù)相同的元素按電子層數(shù)遞增的順序由上到下排列。增的順序由上到下排列。 （二）元素周期表的結(jié)構(gòu)（二）元素周期表的結(jié)構(gòu)周期：一個橫行稱為一個周期，周期：一個橫行稱為一個周期， 共有共有7 7個周期。個周期。 三長三短一不全三長三短一不全元素所在周期數(shù)元素所在周期數(shù) = = 它的電子層數(shù)它的電子層數(shù)2 2、族

15、、族：主族：主族：7 7個個1818個縱行，個縱行，1616個族個族主族元素的最高正價它的族序數(shù)主族元素的最高正價它的族序數(shù)它的最外層電子數(shù)它的最外層電子數(shù)副族副族: :7 7個個第第族：族：(1(1個個) ) 0 0族：即稀有氣體。族：即稀有氣體。(1(1個個) )鑭系元素鑭系元素: : 57 577171號，共號，共1515種種錒系元素錒系元素: : 89 89103103號，共號，共1515種種周期表的結(jié)構(gòu)周期表的結(jié)構(gòu)三長三短一不全三長三短一不全七主七副八七主七副八0族族鑭系錒系下面住鑭系錒系下面住周期表里元素性質(zhì)的遞變規(guī)律周期表里元素性質(zhì)的遞變規(guī)律1.同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸

16、減同周期元素從左到右元素的金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。2.同主族元素從上到下，元素的金屬性逐漸同主族元素從上到下，元素的金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱。周期表的意義周期表的意義1.在哲學(xué)方面在哲學(xué)方面2.在自然科學(xué)方面在自然科學(xué)方面3.在生產(chǎn)實(shí)踐方面在生產(chǎn)實(shí)踐方面 （1）研究新農(nóng)藥）研究新農(nóng)藥 （2）尋找半導(dǎo)體材料、催化劑、耐高溫、）尋找半導(dǎo)體材料、催化劑、耐高溫、而腐蝕材料等而腐蝕材料等一、選擇題一、選擇題1.主族元素的化學(xué)取決于原子的：主族元素的化學(xué)取決于原子的：A.質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù) B.質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)C.最外層電子數(shù)最外層電子數(shù) D.核外電

17、子數(shù)核外電子數(shù)2.關(guān)于原子半徑，下列表述正確的是：關(guān)于原子半徑，下列表述正確的是：A.NaMgAl B.Na Mg AlC.AlNaNaAl3.下列數(shù)字是原子序數(shù)，具有相似化學(xué)性下列數(shù)字是原子序數(shù)，具有相似化學(xué)性質(zhì)的一對是：質(zhì)的一對是：A.11、19 B.6、7C.15、16 D.12、134.某元素共有四個電子層，該元素位于周期表的：某元素共有四個電子層，該元素位于周期表的：A.第二周期第二周期 B.第三周期第三周期C.第四周期第四周期 D.第五周期第五周期5.某主族元素位于第二周期某主族元素位于第二周期A,該元素是：該元素是：A.S B.K C.P D.N6.某二價陽離子核外有某二價陽離子

18、核外有10個電子，該離子是：個電子，該離子是：A.Mg2+ B.Ca2+ C.Ba2+ D.Cu2+二、填空題二、填空題1. 周期表中，金屬性最強(qiáng)的是周期表中，金屬性最強(qiáng)的是 元素元素 非金屬性最強(qiáng)的是非金屬性最強(qiáng)的是 元素。元素。 2.周期表里有周期表里有 個周期，第個周期，第1，2，3周期稱為周期稱為 . 周期，分別有周期，分別有 、 、 種元素。種元素。3.3.同周期元素，從左往右，元素的金屬性逐同周期元素，從左往右，元素的金屬性逐漸漸 ，非金屬性逐漸，非金屬性逐漸 。 4.4.周期表里，共有周期表里，共有 族，主族元素分別位族，主族元素分別位于于 、 、 、 、 、 、 列。列。 為什

19、么一百多種元素可形成一千多萬種物質(zhì)？為什么一百多種元素可形成一千多萬種物質(zhì)？ 原子是怎樣結(jié)合的？原子是怎樣結(jié)合的？ 為什么兩個氫原子能自動結(jié)合成氫分子，而兩為什么兩個氫原子能自動結(jié)合成氫分子，而兩個氦原子不能結(jié)合在一起？個氦原子不能結(jié)合在一起？ 為什么原子間按一定比例結(jié)合？為什么原子間按一定比例結(jié)合？ 原子結(jié)合成分子后，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為什么原子結(jié)合成分子后，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為什么差別很大？差別很大？鈉元素與氯元素的原子是怎樣相互構(gòu)成鈉元素與氯元素的原子是怎樣相互構(gòu)成氯化鈉的？氯化鈉的？討論：分析討論：分析Na與與Cl形成形成NaCl的過程的過程 Na+118 12 Cl +178 72NaNa+ + C

20、lCl- -Na和Cl的反應(yīng)+1182+1788 2Na+Cl- 在氯化鈉晶體中，在氯化鈉晶體中，Na+和和Cl- 間存在哪些力？間存在哪些力？ Na+離子和離子和Cl-離子間的靜電離子間的靜電相互吸引相互吸引作用作用 不可能！因陰陽離子接近到某一定距離時，不可能！因陰陽離子接近到某一定距離時，吸引吸引和排斥作用達(dá)到平衡和排斥作用達(dá)到平衡，陰陽離子間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。，陰陽離子間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。陰陽離子結(jié)合在一起，彼此電荷是否會中和呢？陰陽離子結(jié)合在一起，彼此電荷是否會中和呢？ 陰陽離子間電子與電子、原子核與原子核間的陰陽離子間電子與電子、原子核與原子核間的相互排斥相互排斥作用作用 晶體或分

21、子中晶體或分子中 相鄰的兩個原子之間強(qiáng)烈相鄰的兩個原子之間強(qiáng)烈的相互作用，叫做化學(xué)鍵。的相互作用，叫做化學(xué)鍵。 化學(xué)鍵化學(xué)鍵 離子鍵離子鍵 共價鍵共價鍵 注意：注意： 指相鄰的原子指相鄰的原子 強(qiáng)烈的相互作用強(qiáng)烈的相互作用 金屬鍵金屬鍵 極性共價鍵極性共價鍵非極性共價鍵非極性共價鍵陰、陽離子陰、陽離子通過通過靜電作用靜電作用形成的化學(xué)形成的化學(xué)鍵，鍵，叫做離子鍵。叫做離子鍵。陰陽離子陰陽離子靜電作用（靜電引力和斥力）靜電作用（靜電引力和斥力）陰陽離子接近到某一定距離時，吸引陰陽離子接近到某一定距離時，吸引和排斥達(dá)到平衡，就形成了離子鍵。和排斥達(dá)到平衡，就形成了離子鍵。一、離子鍵定義：定義：成鍵

22、微粒：成鍵微粒：相互作用：相互作用：成鍵過程：成鍵過程：Cl HCl H練習(xí)練習(xí) 1.1.下列用電子式表示化合物的形成過程正確的是：下列用電子式表示化合物的形成過程正確的是： K O KO K2 2KMg F F Mg F2 2 2 2 Ba Cl Cl2 2BaClClA AB BC CD D( A )( A )用電子式表示離子化合物的形成過程SK KS2-2- K K例例：電子轉(zhuǎn)移的方式為電子轉(zhuǎn)移的方式為“贈予式贈予式”氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)離子晶體和離子鍵有什么特征？離子晶體和離子鍵有什么特征？*離子鍵的特征離子鍵的特征1.無飽和性：無飽和性：晶體中每個陽離子的周圍都存晶體中每個陽離子的周圍都存在著一定數(shù)目的陰離子，每個陰離子的周在著一定數(shù)目的陰離子，每個陰離子的周圍都存在著一定數(shù)目的陽離子。不同的晶圍都存在著一定數(shù)目的陽離子。不同的晶體陰陽離子周圍的數(shù)目不同。體陰陽離子周圍的數(shù)目不同。v2.無方向性：無方向性：每個離子對周圍各個方向上的每個離子對周圍各個方向上的異性離子的作用力的大小是相同的。異性離子的作用力的大小是相同的。離子鍵：陰陽離子通過離子鍵：陰陽離子通過靜電作用力形成的化學(xué)鍵靜電作用力形成的化學(xué)鍵含有含有離子鍵離子鍵的化合物一定是的化合物一定是離子化合物離子化合物注意區(qū)分：注意區(qū)分： 用電子式表示用電