無機(jī)與分析化學(xué)教程 第四版 課件 第1、2章 數(shù)據(jù)處理、原子結(jié)構(gòu)

無機(jī)與分析化學(xué)課程導(dǎo)學(xué)圖■

期末考試（閉卷），占總評(píng)70分。■

平時(shí)成績(jī)：包括作業(yè)、考勤、在線課程的“章節(jié)測(cè)試”（任務(wù)點(diǎn)標(biāo)注）等，占總評(píng)30分。無機(jī)與分析化學(xué)-2成績(jī)?cè)u(píng)定第1章緒論與數(shù)據(jù)處理

Chapter1Exordium&Dataprocessing

3

無機(jī)與分析化學(xué)

-2化學(xué)與分子工程學(xué)院章節(jié)內(nèi)容層次歸納表4基本概念基本原理和應(yīng)用整體認(rèn)知目標(biāo)1-1數(shù)據(jù)1-a誤差的區(qū)分和處理1-A分析化學(xué)中數(shù)據(jù)的測(cè)量、記錄與計(jì)算的規(guī)范要求1-2誤差1-3隨機(jī)誤差的正態(tài)分布曲線1-4偏差1-b偏差的計(jì)算和意義1-5置信區(qū)間1-6Q值檢驗(yàn)法1-7有效數(shù)字科學(xué)計(jì)數(shù)法1-8有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則5化學(xué)分析與儀器分析方法比較化學(xué)分析法（經(jīng)典分析法）Chemicalanalysismethod儀器分析法（現(xiàn)代分析法）Instrumentanalysismethod物質(zhì)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)測(cè)量參數(shù)容量法、重量法吸光度、電位、光譜強(qiáng)度等相對(duì)誤差0.1%～0.2%1%～2%或更高組分含量>1%<1%－單分子、單原子理論基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)（溶液四大平衡）化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物、等等解決問題定性qualitativeanalysis定量quantitativeanalysis定性、定量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)、動(dòng)力學(xué)等全面的信息1.2

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差數(shù)pure

number數(shù)據(jù)quantitative

data理想世界中理論上的現(xiàn)實(shí)世界中存在自然存在需測(cè)量獲得準(zhǔn)確無誤一定有誤差無量綱(單位)一般帶單位625=25.00?數(shù)據(jù)與數(shù)的區(qū)別誤差absoluteerror是測(cè)量值measuredvalue與真實(shí)值truevalue之差7測(cè)量值大于真實(shí)值，為正誤差；測(cè)量值小于真實(shí)值，為負(fù)誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差（續(xù)）相對(duì)誤差relativeerror

例1-1分別求出下列兩組數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差①X1=3.1000XT1=3.0000②X2=0.2000XT2=0.1000Ea1=0.1000Er1=3.3%Ea2=0.1000Er2=100%系統(tǒng)誤差(systemerror)

8儀器誤差方法誤差干擾組分的存在反應(yīng)未定量完成沉淀的溶解損失使用生銹的砝碼儀器本身的缺陷儀器未經(jīng)校正MethoderrorsEquipmenterrors……誤差的分類：系統(tǒng)誤差試劑誤差

9試劑純度未達(dá)標(biāo)試劑含有待測(cè)物純水含待測(cè)組分Reagenterrors個(gè)人誤差終點(diǎn)顏色的判斷讀取刻度視線不平齊Personalerrors…………系統(tǒng)誤差（續(xù)）10產(chǎn)生的原因環(huán)境條件的偶然波動(dòng)塵埃存在時(shí)的影響儀器自身的變動(dòng)性讀取數(shù)據(jù)的不確定性……誤差的分類：隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差（偶然誤差）(randomuncertainty)

系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的區(qū)分和處理系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差來源特點(diǎn)處理方法11確定因素偶然因素（原因未定）誤差方向的單向性誤差方向不定

可以克服（消除）對(duì)照試驗(yàn)controlexperiment空白實(shí)驗(yàn)blankexperiment不能克服，只能減免（多次求平均）12例1-2

下列情況各引起什么誤差？如果是系統(tǒng)誤差，應(yīng)如何消除？

b.稱量時(shí)，試樣吸收了空氣的水分；c.天平零點(diǎn)稍有變動(dòng)（零點(diǎn)漂移）；d.讀取滴定管讀數(shù)時(shí)，最后一位數(shù)字估測(cè)不準(zhǔn)；會(huì)引起儀器誤差，屬系統(tǒng)誤差，應(yīng)校正砝碼或更換。會(huì)引起操作誤差，屬系統(tǒng)誤差，應(yīng)重新測(cè)定，注意防止試樣吸濕?？梢痣S機(jī)誤差，適當(dāng)增加測(cè)定次數(shù)以減小誤差?？梢痣S機(jī)誤差，適當(dāng)增加測(cè)定次數(shù)以減小誤差。

a.砝碼腐蝕；系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的區(qū)分和處理13正態(tài)分布曲線隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布normaldistribution正態(tài)分布曲線的兩個(gè)明顯特征：x->xT

時(shí)，頻率f值最大，體現(xiàn)了測(cè)量值離真值越近，概率越大的集中趨勢(shì)曲線以x=xT的直線左右對(duì)稱，說明偶然誤差的正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的概率相等14偏差(deviation)：測(cè)量值與平均值的差值偏差的計(jì)算和誤差的估計(jì)偏差反映數(shù)據(jù)的集中程度，即精密度。

平均偏差

(averagedeviation；）

各單次測(cè)量偏差的絕對(duì)值的平均值。15相對(duì)平均偏差relativeaveragedeviation

標(biāo)準(zhǔn)偏差standarddeviation相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差relativestandarddeviation偏差(deviation)的表示方法（續(xù)）有限測(cè)量無限測(cè)量16

標(biāo)準(zhǔn)偏差更能反映大偏差數(shù)據(jù)的影響，因此得出的數(shù)據(jù)集中程度（精密度）結(jié)論更為可信。例1-3

甲：1.021.010.980.99

乙：1.011.011.010.97計(jì)算平均值、平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差。偏差(deviation)的表示方法（續(xù)）17平均值的置信區(qū)間Confidenceinterval：在系統(tǒng)誤差消除的情況下，某一置信度（概率probability）下，以平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差s和測(cè)定次數(shù)n來估算真值的所在范圍：t為在選定的某一置信度下的t函數(shù)值；（查Ｐ7表１-２所得）s為標(biāo)準(zhǔn)偏差；n為測(cè)定次數(shù)。置信區(qū)間平均值不是真值，但離真值也不會(huì)太遠(yuǎn)。所以可以用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來估算真值所在的區(qū)間范圍。18

t值與置信度、測(cè)定次數(shù)n都有關(guān)。從表1-2中可以看出，在相同的置信度下，n越大時(shí)，t值越小，平均值越靠近真值，真值估算的誤差范圍變化越小。

例1-4對(duì)試樣中Cl-的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定，4次結(jié)果為47.64%，47.69%，47.52%，47.55%。計(jì)算置信度分別為90%，95%和99%時(shí)，平均值置信區(qū)間。置信區(qū)間（續(xù)）19置信度越高，置信區(qū)間就越大，所估計(jì)的區(qū)間包括真值的可能性也就越大，置信度常定在95%或90%。

置信區(qū)間（續(xù)）置信度為90%時(shí)，t0.90，4=2.353置信度為95%時(shí)，t0.95，4=3.182置信度為99%時(shí)，t0.99，4=5.841準(zhǔn)確度與精密度準(zhǔn)確度（accuracy）精密度（precision）20x與XT接近的程度x與接近的程度用誤差表示用偏差表示21甲乙丙準(zhǔn)確度與精密度（續(xù)）22測(cè)量點(diǎn)平均值真值36.0036.5037.0037.5038.00甲乙丙丁精密度好，準(zhǔn)確度不好，系統(tǒng)誤差大準(zhǔn)確度、精密度都好，系統(tǒng)誤差、偶然誤差小精密度較差，接近真值是因?yàn)榧儗偾珊?。精密度、?zhǔn)確度均差。準(zhǔn)確度與精密度（續(xù)）23結(jié)論：

精密度好是準(zhǔn)確度高的前提（必要條件）；若實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精密度高，但準(zhǔn)確度不高，則一定存在系統(tǒng)誤差；若實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精密度差，則存在過失誤差(mistake)。若不存在系統(tǒng)誤差，精密度好即為準(zhǔn)確度高的充分必要條件。準(zhǔn)確度與精密度（續(xù)）24例1-5分析某試驗(yàn)中的Fe的含量，用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得Fe含量42.67%，甲乙丙三人分別測(cè)得的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差S如下：誰的準(zhǔn)確度最好？誰的精密度最差？誰存在明顯的系統(tǒng)誤差？甲乙丙準(zhǔn)確度與精密度（續(xù)）25數(shù)據(jù)的取舍在一組平行測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某個(gè)測(cè)定值明顯偏離其它數(shù)據(jù)，這種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)稱為異常值(Outlier)或可疑值suspiciousdata。這類數(shù)據(jù)很可能是因?yàn)檫^失誤差造成的，需要取舍選擇。對(duì)可疑數(shù)據(jù)的取舍，介紹Q檢驗(yàn)法，請(qǐng)?jiān)谧詫W(xué)課本P8-9頁。26有效數(shù)字——測(cè)量中精度有保證的數(shù)字。有效數(shù)字的構(gòu)成：若干位準(zhǔn)確位+一位可疑位（估讀位）有效數(shù)字并非隨意獲得，而是由儀器準(zhǔn)確度決定，有效數(shù)字位數(shù)越多，數(shù)據(jù)的誤差越小。例1-7讀取滴定管上的刻度（mL）：

23.43、23.42、23.44

23.4、23.5、23.445XXX

有效位數(shù)

4位有效數(shù)字Significantfigures可疑位suspiciousfigure有且只有一位272.50

0.0525.0g25000mg

三位有效數(shù)字一位有效數(shù)字位數(shù)較含糊，應(yīng)采用科學(xué)記數(shù)法2.50×104在數(shù)有效數(shù)字的位數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)中的“0”要作具體分析：左邊的0都不是有效數(shù)字，它（們）起定位數(shù)量級(jí)的作用，其余的零（包括右邊最后的0）都是有效數(shù)字?？茖W(xué)計(jì)數(shù)法將數(shù)據(jù)中用以定位數(shù)量級(jí)的

零轉(zhuǎn)變?yōu)?0n，能夠更準(zhǔn)確地體現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)。有效數(shù)字（續(xù)）28計(jì)算式中的常數(shù)，如π、e，整數(shù)乘除因子、關(guān)系倍數(shù)等非測(cè)量數(shù)字是“數(shù)”，其有效數(shù)字位數(shù)可視為無限多。在分析化學(xué)中，常遇到pH、pM、pK等對(duì)數(shù)值，其有效數(shù)字是小數(shù)部分的數(shù)字位數(shù)，其整數(shù)部分只說明數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)。pH=11.20有效數(shù)字（續(xù)）二位有效數(shù)字[H+]=10-11.20=100.80-12=100.80

10-12=6.3

10-12

有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則rulesforcalculation1、加減運(yùn)算計(jì)算結(jié)果的保留位以運(yùn)算數(shù)據(jù)中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

0.0121+25.00+1.057=0.0121可疑位：0.000125.000.01+)1.0570.00126.0691(計(jì)算值）

26.07（修約值）

0.0126.0730有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則（續(xù)）計(jì)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)以運(yùn)算數(shù)據(jù)中有效數(shù)字位數(shù)最少為準(zhǔn)。2、乘除法運(yùn)算

(0.0325

5.103

25.00)/139.8=0.029657993

=0.0297（修約為3位）★★★★★★★★★★★★★★★★★★3、混合運(yùn)算先按乘除法規(guī)則確定有效數(shù)字后，再按加法規(guī)則處理運(yùn)算結(jié)果，不能直接算出最終結(jié)果后再修約。無機(jī)化學(xué)數(shù)據(jù)2位有效數(shù)字分析化學(xué)數(shù)據(jù)4位有效數(shù)字有效數(shù)字位數(shù)確定后，修約（取舍rounding）規(guī)則計(jì)算結(jié)果應(yīng)多保留一位數(shù)字（尾數(shù)），最后按“四舍六入五成雙”的規(guī)則進(jìn)行修約：當(dāng)尾數(shù)≤4時(shí)舍去尾數(shù)，≥6時(shí)進(jìn)位；尾數(shù)是5時(shí)，要確保取舍后的最后一位是偶數(shù)。例如：4.1235保留4位有效數(shù)字，應(yīng)進(jìn)位近似為4.1244.1225保留4位有效數(shù)字，應(yīng)舍尾數(shù)近似為4.122誤差或偏差計(jì)算，保留一至兩位有效數(shù)字。32

無機(jī)與分析化學(xué)一流課程第1章緒論

Chapter1Exordium無機(jī)與分析化學(xué)框架圖341.1.1

無機(jī)化學(xué)的任務(wù)原子結(jié)構(gòu)（第二章）分子結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)（第三、四章）化學(xué)平衡（第五章）元素化學(xué)（無機(jī)化合物的性質(zhì)、制備和應(yīng)用，第十至第十四章）1.1

無機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)的任務(wù)35化學(xué)分析法儀器分析法重量法（第九章）容量法酸堿滴定法（6）配位滴定法（7）沉淀滴定法（9）氧化還原滴定法（8）ChemicalanalysisInstrumental

analysisGravimetryanalysisVolumetryanalysisAcid-baseTitrationComplexationTitrationOxidation-ReductionTitrationSedimentationTitration1.1.2

分析化學(xué)的任務(wù)無機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)的任務(wù)（續(xù)）本課程只涉及化學(xué)分析法36化學(xué)分析與儀器分析方法比較化學(xué)分析法（經(jīng)典分析法）Chemicalanalysismethod儀器分析法（現(xiàn)代分析法）Instrumentanalysismethod物質(zhì)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)測(cè)量參數(shù)容量法、重量法吸光度、電位、光譜強(qiáng)度等誤差0.1%～0.2%1%～2%或更高組分含量>1%<1%－單分子、單原子理論基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)（溶液四大平衡）化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物、等等解決問題定性qualitativeanalysis定量quantitativeanalysis定性、定量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)、動(dòng)力學(xué)等全面的信息37第2章原子結(jié)構(gòu)Chapter2AtomicStructurequarkprotonneutronatomicnucleuselectronatomionmoleculemicroscopycosmoscopycosmoschemicalequilibriumstarmacroscopynanometermaterialmesoscopy2.1原子中的電子拓展

當(dāng)極少量的高純氫氣在高真空玻璃管中，加入高電壓使之放電，管中發(fā)出光束。這種光經(jīng)過分光作用在可見光區(qū)得到四條顏色不同的譜線，這種光譜不是白光的連續(xù)光譜(continuousspectrum)，而是不連續(xù)的線狀光譜(linespectrum)。氫原子光譜釋放光子氫原子線狀光譜習(xí)題量子quantum：微觀世界中能量等物理性質(zhì)的分立discrete（不連續(xù)性），是區(qū)別于宏觀世界連續(xù)化的本質(zhì)特征。電子在核外能量的量子化吸收光子absorption釋放光子emission

基態(tài)(groundstate)激發(fā)態(tài)(excitedstates)電子躍遷transition光子photon能量光的頻率

ν普朗克常數(shù)h=6.626×10-34J·s1、定態(tài)軌道

核外電子只能運(yùn)行在一些特定半徑和能量的軌道上。2、軌道能級(jí)

不同的軌道有不同的能量,稱為能級(jí)。軌道半徑越大，勢(shì)能越大，能級(jí)越高。3、軌道能量變化的量子化

當(dāng)電子由一種定態(tài)躍遷至另一種定態(tài)時(shí)，其吸收或放出能量非任意連續(xù)值，恰好對(duì)應(yīng)于吸收或發(fā)射的光子頻率。波爾的氫原子模型Bohrmodeloftheatom1913年，玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)：42波粒二象性波爾的氫原子模型（續(xù)）En(

eV)氫原子能級(jí)圖萊曼系巴耳末系帕邢系布拉開系-13.6-1.51-3.390n=1n=2n=3n=4n=5n=6波爾理論的成功點(diǎn)引入了軌道和能量的量子化，成功運(yùn)用了量子化觀點(diǎn)（用n代表軌道層數(shù)）解釋了氫原子線狀光譜。波爾的氫原子模型（續(xù)）波爾理論的缺點(diǎn)只能解釋氫原子光譜，不能說明多電子原子結(jié)構(gòu)光譜的結(jié)構(gòu)，亦不能從根本上說明電子軌道的由來。

波爾的原子模型沒有完全擺脫經(jīng)典力學(xué)classicalmechanics,仍然把電子只看成粒子，將電子的運(yùn)動(dòng)看成經(jīng)典的圓周運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上電子屬于微觀粒子microscopicparticle，具有波粒二象性wave-particleduality，屬于量子力學(xué)quantummechanics研究對(duì)象。電子的波粒二象性1923年，法國(guó)物理學(xué)家deBroglie大膽地提出：一切運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子，如電子、質(zhì)子等，都具有波粒二象性(wave-particledualism)，并提出了著名的deBroglie關(guān)系式（即物質(zhì)波公式）：式中λ是波動(dòng)性的象征，動(dòng)量p是粒子性的象征，二者通過普朗克常量h

聯(lián)系起來。電子衍射實(shí)驗(yàn)電子具有粒子性，而波動(dòng)性最重要的證據(jù)：衍射現(xiàn)象diffraction，也在1927年通過實(shí)驗(yàn)得以證明。電子衍射實(shí)驗(yàn)（續(xù)）衍射強(qiáng)度大的地方出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，衍射強(qiáng)度小的地方出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，任一點(diǎn)衍射波的強(qiáng)度與電子出現(xiàn)的概率密度成正比，所以電子波又叫概率波probabilitywave。電子波動(dòng)性的微觀解釋：?jiǎn)蝹€(gè)電子的運(yùn)動(dòng)無法預(yù)測(cè)，但大量電子(或少量電子的重復(fù))行為的則有統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律。微觀世界的物質(zhì)波matterwave，同經(jīng)典力學(xué)中的機(jī)械波matterwave本質(zhì)不同電子的波動(dòng)性波函數(shù)（Wavefunction）薛定諤方程是波動(dòng)力學(xué)研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)方程,其合理解即為一系列波函數(shù)ψ和對(duì)應(yīng)的量子數(shù)quantumnumber

n,l,m;波函數(shù)

=薛定諤方程的合理解

=電子波原子軌道

Atomicorbital波函數(shù)ψ不是具體的數(shù)值,而是包括三個(gè)常數(shù)

(n,l,m)和三個(gè)變量(x,y,z)的函數(shù)式Ψn,l,m(x,y,z);薛定諤方程

equation描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)1、主量子數(shù)

n

代表電子所處能量(大)層shell的編號(hào)：

Principalquantumnumber

n取值１２３４５6

7……..

符號(hào)KLMNOPQ……..

n值越大，表明電子的能量越高，也表示電子離核的平均距離越大。n是決定原子中電子能量高低的主要因素。2、角（副）量子數(shù)

lAzimuthalquantumnumber

是電子能量亞層subshell的編號(hào)，取值為小于ｎ的正整數(shù)(l<n)。l

＝０、１、２、３、４……（ｎ－ｌ）符號(hào)：ｓ、ｐ、ｄ、ｆ、ｇ……第n能量層，l共能?。顐€(gè)值，即有n個(gè)亞層。原子中電子的能量由n

和l

共同決定，是量子化的，位于不同能級(jí)energylevel（n+l的符號(hào)）來具體表示，如1s，3d，4p。描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)（續(xù)）理論能級(jí)順序

1s

2s2p

3s3p3d

4s4p4d4flm軌道數(shù)0(s)1(p)2(d)3(f)0

＋10－1

＋2＋10－1－2

＋3＋2＋10－1－2－31357n和l相同，但m不同的各原子軌道的能量相同，稱為簡(jiǎn)并軌道degenerateorbital或等價(jià)軌道equivalentorbital。3、磁量子數(shù)

m

(magneticquantumnumber)磁量子數(shù)m是某能級(jí)上原子軌道的量子數(shù)編號(hào)，受l的限制：m

＝０，±１，±２……±l

，共可?。瞝＋1個(gè)值。

描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)（續(xù)）l亞層，m共能取2l+1個(gè)值，即有2l+1個(gè)原子軌道。由l的取值決定l

＝0，原子軌道是球形，稱為s軌道（s波）l

＝1，原子軌道呈啞鈴形，稱為p軌道（p波）l

＝2，原子軌道呈十字花瓣形，稱為d軌道（d波）l

＝3，稱為f軌道（f波）原子軌道（波）的空間形狀+zxys

s軌道(l

=0,m

=0)一個(gè)等價(jià)(簡(jiǎn)并)軌道n不同的s軌道大小示意圖

s軌道

p軌道(l

=1,m

=+1,0,-1)m

三種取值,三種空間取向三條等價(jià)(簡(jiǎn)并)p軌道xyz+_m=1px—_p軌道xzy+—m=-1pyzyx+_—m=0pzzxy++_-dxy-x

yz++--z+_dzxx_+yzy+--dx2+y2x_d

軌道(l=2,m

=+2,+1,0,-1,-2):m

五種取值,空間五種取向,五條等價(jià)(簡(jiǎn)并)d

軌道zxy++__dyzd軌道

f

軌道(l=3,m

=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m

七種取值,空間七種取向,七條等價(jià)(簡(jiǎn)并)f軌道f軌道4、自旋量子數(shù)ms

(spinquantumnumber)①描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)②ms量子數(shù)取值+1/2和-1/2，可用↑和↓表示描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)（續(xù)）例如:n=2,l=0,m=0,2s

n=3,l=1,m=-1,3py

n=3,l=2,m=0,3dz2核外電子運(yùn)動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)nlmms描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)（續(xù)）n,l,m

確定,原子軌道也確定

n電子層L亞層m軌道數(shù)4N32104f4d4p4s-3,-2,-1,0,+1,+2,+3-2,-1,0,+1,+2-1,0,+103M2103d3p3s-2,-1,0,+1,+2-1,0,+102L102p2s-1,0,+101K01s0四量子數(shù)之間關(guān)系1341üyt95311675313 3 -1 1 2 1 4 2 3 4 3 2 例n l m

例1s電子的各個(gè)量子數(shù)各為多少？解1s電子

n＝１,ｌ＝０,ｍ＝０,ｍs＝＋1／2或ｍs＝－1／2四量子數(shù)之間關(guān)系（續(xù)）n

>l

|m|ms=±?波函數(shù)的物理意義：電子云

|

|2的物理意義是概率密度probabilitydensity，表達(dá)微粒在空間某點(diǎn)單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。其空間圖像稱為電子云electroncloud1s2s2p波函數(shù)Ψ描述了核外電子作為物質(zhì)波存在的一個(gè)空間區(qū)域范圍（原子軌道）。波函數(shù)值的大小相當(dāng)于波的振幅amplitude“強(qiáng)弱”，波函數(shù)的+、-符號(hào)則代表波的相位phase。

第二章作業(yè)

第二章章節(jié)測(cè)試復(fù)習(xí)/預(yù)習(xí)相關(guān)章節(jié)資源課后學(xué)習(xí)任務(wù)2.2核外電子排布和元素周期系

多電子原子中，電子不僅受到原子核的引力，還存在著電子之間的排斥力，復(fù)雜作用的后果是，造成了能級(jí)交錯(cuò)energyleveloverlap。理論能級(jí)順序

1s2s2p

3s3p3d4s4p4d4f實(shí)際的能級(jí)順序是：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p

首次出現(xiàn)和最重要的能級(jí)交錯(cuò)出現(xiàn)在3d和4s之間

能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象存在通式：ns→(n-2)f→(n-1)d→np核外電子排布三原則1、泡利不相容原理Pauliexclusionprinciple同一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子，即每個(gè)原子軌道中最多只能容納自旋相反的兩個(gè)電子，稱為泡利不相容原理。根據(jù)Pauli不相容原理可以知道，各亞層最多可容納的電子數(shù)為2(2l+1)個(gè)，即s、p、d、f

各亞層的電子數(shù)分別為2、6、10、14

，各電子層最多能容納的電子數(shù)為2n2

，成對(duì)電子與未成對(duì)電子成對(duì)電子pairedelectrons：同一軌道最多只能容納自旋方向相反的兩個(gè)電子，稱為成對(duì)電子。成對(duì)電子的磁矩是相互抵消的，造成了反磁性diamagnetism現(xiàn)象。未成對(duì)電子unpairedelectron：一個(gè)軌道上只有一個(gè)電子時(shí)，稱為未成對(duì)電子。未成對(duì)電子的磁矩沒有抵消，造成順磁性paramagnetism現(xiàn)象。2、能量最低原理lowestenergyprinciple電子在原子軌道上的排布，將盡可能先地進(jìn)入能量最低的軌道，然后再按原子軌道近似能級(jí)的次序，依次向能量較高的能級(jí)填充，使整個(gè)體系能量最低，最穩(wěn)定。3、洪德規(guī)則Hund’srule

在能量相同的軌道(等價(jià)軌道、簡(jiǎn)并軌道

)上分布的電子，將盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同。作為洪特規(guī)則的特例，等價(jià)軌道在全充滿、半充滿和全空時(shí)，原子比較穩(wěn)定。核外電子排布三原則（續(xù)）3個(gè)電子排布在2p軌道上，符合洪特規(guī)則的是：

ABCD

為何半滿態(tài)half-filled和全滿態(tài)full-filled比較穩(wěn)定，電子球形均勻分布。1s2s2p核外電子排布的表示方法例：7N電子軌道式

orbitaldiagram

電子結(jié)構(gòu)式（電子構(gòu)型）

electronconfiguration價(jià)電子構(gòu)型valenceelectronconfiguration1s22s22p3或1s22s22px12py12pz1或2s22px12py12pz1重要2s22p3

18Ar元素后出現(xiàn)了第一次能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象3d4s

192021222324252627282930KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZn4s14s23d14s23d24s23d3s2

3d54s13d54s23d64s23d74s23d84s2

3d104s13d104s2IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA01H1s1

2He1s2

3Li2s14Be2s25B2s22p16C2s22p27N2s22p38O2s22p49F2s22p510Ne2s22p611Na3s112Mg3s213Al3s23p114Si3s23p215P3s23p316S3s23p417Cl3s23p518Ar3s23p61-30號(hào)元素價(jià)電子構(gòu)型（必須掌握）1-10HHeLiBeBCNOFNehydrogenheliumlithiumberylliumboroncarbonnitrogenoxygenfluorineneon

11-20NaMgAlSiPSClArKCa

sodiummagnesiumaluminumsiliconphosphorussulfurchlorineargonpotassiumcalcium

21-30ScTiVCrMnFeCoNiCuZnscandiumtitaniumvanadiumchromiummanganeseironcobaltnickelcopperzinc

31-36GaGeAsSeBrKrgalliumgermaniumarsenicseleniumbrominekrypton1~36elements原子

能級(jí)排列序列

光譜實(shí)驗(yàn)序列

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

44s

2

[Kr]4d

45s

2

[Ar]3d

94s

2

[Kr]4d

95s

2

[Xe]4f

145d

96s

2

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

尚有一些元素的電子排列屬于特例，列在上表中：

Cr和Cu分別是d軌道半滿態(tài)和全滿態(tài)穩(wěn)定的特例。為簡(jiǎn)化電子結(jié)構(gòu)式的書寫，可以用原子實(shí)noble-gascore符號(hào)表示相應(yīng)稀有氣體的電子構(gòu)型。核外電子排布的表示方法（續(xù)）3d和4s能級(jí)出現(xiàn)交錯(cuò)，電子先填入4s軌道；但是書寫電子排布式的時(shí)候，依舊將3d寫在前面，4s寫在后面（原理論能級(jí)順序）。失去電子的時(shí)候，先失去4s上的電子，再失3d上的電子；比如Fe的價(jià)電子構(gòu)型是3d64s2。Fe3+失去了3個(gè)價(jià)電子后的價(jià)電子構(gòu)型是3d5，不是3d34s2。Mn2+的價(jià)電子構(gòu)型是3d_4s_，未成對(duì)電子數(shù)為：___;Cl-的價(jià)電子構(gòu)型是3s_3p_，未成對(duì)電子數(shù)為___。74周期能級(jí)組能級(jí)組內(nèi)原子軌道元素?cái)?shù)目稀有氣體元素1Ⅰ1s22He2Ⅱ2s2p810Ne3Ⅲ3s3p818Ar4Ⅳ4s3d4p1836Xr5Ⅴ5s4d5p1854Xe6Ⅵ6s4f5d6p3286Rn7Ⅶ7s5f6d7p32118Og2.2原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期表電子填充周期律：ns→(n-2)f→(n-1)d→np主族元素副族元素零族ns1~2ns2np1~6(n-1)d1~10

s1~2(n-2)f1~14s區(qū)p區(qū)d區(qū)ds區(qū)f區(qū)過渡元素內(nèi)過渡元素超鈾元素↓↑76區(qū)價(jià)電子構(gòu)型

s區(qū)ns1~2ns2np1~6

p區(qū)

d區(qū)

f區(qū)(n–1)d1~8ns1~2(n–2)f1~14(n–1)d

0~1ns2價(jià)電子構(gòu)型相似的元素在周期表中分別集中在5個(gè)區(qū)(block)元素周期表

ds區(qū)(n–1)d10ns1~2123456789101112131415161718IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIAs區(qū)d區(qū)ds區(qū)p區(qū)主族副族（過渡金屬）主族族group電子填充的周期律ns→(n-2)f→(n-1)d→np

A代表主族元素，B代表副族元素最后一列，即稀有氣體元素，也稱為零族鑭系元素和錒系元素（各15種），在主表中的位置IIIB≈f區(qū)元素族數(shù)=最高氧化數(shù)(價(jià)電子數(shù))，例外

IBVIIIBVIIIA78解：該元素的原子序數(shù)為22，其電子結(jié)構(gòu)式為

1s22s22p63s23p63d24s2

或[Ar]3d24s2

最外層電子的主量子數(shù)n=4，所以，該元素屬于第四周期。最后一個(gè)電子填入到3d軌道，且3d電子數(shù)等于2，(n-1)d+ns電子總數(shù)為2+2=4，所以它屬于ⅣB族，d軌道未滿，屬d區(qū)元素，是金屬鈦Ti。例2-5已知某元素的原子序數(shù)為22，試寫出該原子的電子結(jié)構(gòu)式，并指出該元素在周期表中所屬周期、族和區(qū)。元素周期表（續(xù)）79第四周期VIIA族第四周期IB族第六周期IIA族例2-6

35Br

1s22s22p63s23p63d104s24p5

29Cu1s22s22p63s23p63d104s1

56Ba1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s2

元素周期表（續(xù)）課后學(xué)習(xí)任