化学必修3第一章.docx

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化学必修3第一章

化学必修3第一章

第一章原子结构与性质

第一节原子结构

（第1课时）

——讲演者：

刘玉玲

学习目标：

1、进一步认识原子核外电子的分层排布。

2、知道原子核外电子的能层分布及其能量关系。

3、了解原子结构的构造原理，能用构造原理认识原子的核外电子排布。

4、能用电子排布式表示、简化电子排步式常见元素（1～36号）原子核外电子的排布。

5、了解元素周期表的排布规律及相关知识。

教学内容：

决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。

为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。

1.1原子结构

1.物质的组成

一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。

这些微粒可能是分子、原子或离子。

原子结构直接影响原子间的结合方式。

2．原子的结构

近代科学实验证明：

原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。

原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。

然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。

因为每个质子和中子的质量大致为1.67X10-24g，而电子的质量约为9.11X10-28g，仅为质子的1/1836。

（1）原子的组成及性质

①每个质子带1个单位的正电荷质子②相对质量约为1.007③质子的数目决定元素的种类

1中子不带电②相对质量约为1.008③与质子共同决定原子质量

①电子围绕原子核运动②每个电子带1个单位的负电荷③相对质量为一个质子的④主要由最外层电子数决定元素的化学性质。

（2）构成原子的微粒间的关系

①质量关系原子的质量主要集中在原子核上，可看作原子核户质子和中子的质量之和。

将原子核中质子数和中产数之和称为质量数，用符号A表示。

电子层的含义

在含有多个电子的原子里,电子分别在能量不同的区域内运动,这种不同的区域称为电子层。

　核外电子运动的特殊性：

质量小带负电荷，运动范围小，速度快，与宏观物体不同。

3、原子核外电子排布有哪些规律？

（1）核外电子总是尽量先排布在能量较低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层（能量最低原理）。

（2）原子核外各电子层最多容纳2n2个电子。

（3）原于最外层电子数目不能超过8个（K层为最外层时不能超过2个电子）。

（4）次外层电子数目不能超过18个（K层为次外层时不能超过2个），倒数第三层电子数目不能超过32个。

3、能层一二三四五六七……

符号KLMNOPQ……

最多电子数2818325072……

每层所容纳的最多电子数是：

2n2（用n表示，n为能层的序数）。

1——原子半径

4、原子间的键合

（1）金属键

金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。

金属键的基本特点是电子的共有化。

   金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。

当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。

（2）离子键

     大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。

离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。

  一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。

因此。

其熔点和硬度均较高。

另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。

但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。

（3）共价键

图1.6SiO2中硅和氧原子间的共价键示意图

两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。

共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。

共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小。

共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。

共价形成的材料一般是绝缘体，其导电性能差。

（4）范德华力

   属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。

比化学键的键能少1～2个数量级。

不同的高分子聚合物有不同的性能，分子间的范德华力不同是一个重要因素。

（5）氢键

   是一种特殊的分子间作用力。

它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（Ｏ，Ｆ，Ｎ等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力，具有饱和性和方向性。

氢键在高分子材料中特别重要。

5、元素周期表

具有相同核电荷数的同一类原子为一种元素。

元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它反映了元素之间相互联系的规律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子结构和一定的性质。

（1）除第1周期外，其他周期元素（惰性气体元素除外）的原子半径随原子序数的递增而减小；

（2）同一族的元素从上到下，随电子层数增多，原子半径增大。

2——元素化合价

（1）除第1周期外，同周期从左到右，元素最高正价由碱金属+1递增到+7，非金属元素负价由碳族-4递增到-1（氟无正价，氧无+6价，除外）；

（2）同一主族的元素的最高正价、负价均相同

（3）所有单质都显零价

3——单质的熔点

（1）同一周期元素随原子序数的递增，元素组成的金属单质的熔点递增，非金属单质的熔点递减；

（2）同一族元素从上到下，元素组成的金属单质的熔点递减，非金属单质的熔点递增

4——元素的金属性与非金属性（及其判断）

（1）同一周期的元素电子层数相同。

因此随着核电荷数的增加，原子越容易得电子，从左到右金属性递减，非金属性递增；

（2）同一主族元素最外层电子数相同，因此随着电子层数的增加，原子越容易失电子，从上到下金属性递增，非金属性递减。

判断金属性强弱

金属性（还原性）

1、单质从水或酸中置换出氢气越容易越强

2、最高价氧化物的水化物的碱性越强（1—20号，K最强；总体Cs最弱。

非金属性（氧化性）

1、单质越容易与氢气反应形成气态氢化物

2、氢化物越稳定

3、最高价氧化物的水化物的酸性越强（1—20号，F最强；最体一样）

5——单质的氧化性、还原性

一般元素的金属性越强，其单质的还原性越强，其氧化物的阳离子氧化性越弱；

元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，其简单阴离子的还原性越弱。

推断元素位置的规律

判断元素在周期表中位置应牢记的规律：

（1）元素周期数等于核外电子层数；

（2）主族元素的序数等于最外层电子数。

阴阳离子的半径大小辨别规律

由于阴离子是电子最外层得到了电子而阳离子是失去了电子

6——周期与主族

周期：

短周期（1—3）；长周期（4—6，6周期中存在镧系）；不完全周期（7）。

主族：

ⅠA—ⅦA为主族元素；ⅠB—ⅦB为副族元素（中间包括Ⅷ）；0族（即惰性气体）

所以,总的说来

（1）阳离子半径<原子半径

（2）阴离子半径>原子半径

（3）阴离子半径>阳离子半径

（4对于具有相同核外电子排布的离子，原子序数越大，其离子半径越小。

以上不适合用于稀有气体!

4.每个电子层所能容纳的电子数为2n2（n为电子层数）。

[思考]①第N层最多能容纳多少电子？

那么教材中氙原子核外电子排布为2、8、18、18、8。

N层只有18个电子，为什么？

②指导学生填表]1～20元素原子的核外电子排布，找出规律。

[小结]5.最外层电子数不超过　　个（K为最外层时不超过2个），次外层不超过　　个，倒数第三层不超过　　　　　　个。

2n2、2（n-1）2、2（n-2）2

[思考]：

原子结构示意图错在哪里？

①请大家分析课本稀有气体元素原子电子层排布。

⑴稀有气体的最外层电子数有什么特点？

⑵元素的化学性质主要决定于哪层电子？

主要决定于最外层电子数。

⑶稀有气体原名为惰性气体，为什么？

因为它们的化学性质懒惰，不活泼，一般不易和其他物质发生化学反应。

分析归纳，得结论原子最外层电子数为8的结构的原子，不易起化学反应。

在化学反应中，具有不稳定结构的原子，总是“想方设法”通过各种方式使自己的结构趋向于稳定结构。

三、稳定结构与不稳定结构

原子的核外电子排布，特别是最外层电子数决定着元素的主要。

金属元素的原子最外层电子数一般少于个，在化学反应中比较容易失去电子达到相对稳定结构，表现出金属性；而非金属元素的最外层一般多于个电子，在化学反应中易得到电子而达到8个电子的相对稳定结构，所以非金属元素表现出非金属性。

四．离子结构

（1）当质子数（核电荷数）＝核外电子数时，该粒子是，电性。

（2）当质子数（核电荷数）＞核外电子数时，该粒子是离子，带电荷。

（3）当质子数（核电荷数）＜核外电子数时，该粒子是离子，带电荷。

稳定结构、不带电、阳离子、正、阴离子、负

课后小常识：

在日常生活中，我们看到许多可见光如灯光、霓虹灯光、激光、焰火与原子结构有什么关系呢？

这些光现象是怎样产生的?

从原子中电子能量变化的角度去认识光产生的原因。

能量最低原理、基态与激发态、光谱

原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。

处于最低能量的原子叫做基态原子，当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将释放能量。

光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一。

不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称_原子光谱。

许多元素是通过原子光谱发现的。

在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为_光谱分析_。

[讨论]

1.元素的种类由什么决定?

2.原子由什么组成?

原子种类又是由什么决定的?

3.怎样表示一个原子?

4.同位素的性质?

[探讨]同位素的用途（特别放射性同位素）

1.夜光表发光的原因2.医学上的放疗（治疗癌症）3.示踪原子，用于医学上的诊断

4.用146C考古或地质勘探5.23592U用于开发新能源－－核能6.21H和31H用于制造氢弹

7.农业上射线育种

教学习题：

1、有A、B、C、D、E5种元素，它们的核电荷数依次增大，且都小于20。

其中C、E是金属元素；A和E属同一族，它们原子的最外层电子排布为ns1。

B和D也属同一族，它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍，C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。

请回答下列问题：

（1）由这五种元素组成的一种化合物是（写化学式）________________________。

（2）写出C元素基态原子的电子排布式_________________________。

（3）用轨道表示式表示D元素原子的价电子构型____________________。

2、下列元素的名称和原子序数，写出它们的原子的电子排布式。

（1）地壳中含量最高的金属元素；

（2）单质在常温下为液态的非金属元素；

（3）最外层为L层、基态原子中未成对电子数最多的元素；

（4）原子序数最小、基态原子具有1个3d电子的元素；

（5）基态原子中次外层有5个未成对电子而最外层只有成对电子的元素；

（6）原子基态时被电子占据的轨道有9个，其中6个被电子占满的元素；

1．卢瑟福提出的核式原子模型的内容是；

2．原子是由和构成的，而又是由更小的微粒和构成的。

3．对于一个原子来说：

质子数＝。

原子的质量几乎全部上，这是由于；称为质量数。

它在数值上等于，可表示为。

4．一般用符号

X代表。

符号3717Cl的意义是

5、

（1）质子数（Z）+中子数（N）=（A）原子的近似相对原子质量=

②电性关系原子的核外电子数＝=

阳离子核外电子数＝一

阴离子核外电子数＝+电荷数

⑶基本概念:

①元素

②核素

③同位素：

实战演练:

1.下列关于4220Ca叙述中错误的是（）

A.质子数为20B.电子数为20C.中子数为20D.质量数为42

2.某元素二价阴离子的核外有18个电子，质量数为32，该元素原子的原子核中的中子数为（）

A.12B.14C.16D.18

3.质子数和中子数相同的原子A，其阳离子An＋核外共有x个电子，则它的质量数为（）

A.2（x＋n）B.2（x－n）C.2xD.n＋2x

4.下列各组物质中，互为同位素的是

A.O2、O3、O4B.H2、D2、T2C.H2O、D2O、T2OD.4020Ca和4220Ca

5.（上海，10）

H、

H、

H、H＋、H2是

A.氢的五种同位素B.五种氢元素C.氢的五种同素异形体D.氢元素的五种不同粒子

6.（上海，4）据报道，上海某医院正在研究用放射性同位素碘

I治疗肿瘤。

该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是

A.72B.19C.53D.125

五．实战演练:

1.下列原子结构示意图中，正确的是（）

2.某元素的原子核外有3个电子层，最外层有4个电子，该原子核内的质子数为（）

A.14B.15C.16D.17

3．若aAn+与bB2-两种离子的核外电子层结构相同，则a的数值为（）

A.b+n+2B.b+n-2C.b-n-2D.b-n+2

4.（2002年上海，11）已知自然界氧的同位素有16O、17O、18O，氢的同位素有H、D，从水分子的原子组成来看，自然界的水一共有

A.3种B.6种C.9种D.12种

5（2001年春，16）氯的原子序数为17，35Cl是氯的一种同位素，下列说法正确的是

A.35Cl原子所含质子数为18B.

mol的H35Cl分子所含中子数约为6.02×1023

C.3.5g的35Cl2气体的体积为2.24LD.35Cl2气体的摩尔质量为70g·mol－1

6．（1997年全国,25）X、Y、Z和R分别代表四种元素。

如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－四种离子的电子层结构相同（a、b、c、d为元素的原子序数），则下列关系正确的是

A.a－c=m－nB.a－b=n－m

C.c－d=m＋nD.b－d=n＋m

7.（全国，2）

C—NMR（核磁共振）可以用于含碳化合物的结构分析。

C表示的碳原子

A.核外有13个电子，其中6个能参与成键B.核内有6个质子，核外有7个电子

C.质量数为13，原子序数为6，核内有7个质子D.质量数为13，原子序数为6，核内有7个中子

8.（2000年春，9）某元素一种同位素原子的质子数为m，中子数为n，则下列说法正确的是

A.不能由此确定该元素的相对原子质量B.这种元素的相对原子质量为（m＋n）

C.若碳原子质量为wg，此原子的质量为（m＋n）wgD.核内中子的总质量小于质子的总质量

1、在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运转一样。

2、原子核、核外电子、原子核、质子、中子

3、核电荷数、原子核、电子的质量相对于质子、中子的质量很小、质子数和中子数之和、原子量、A=Z+N

4、一个质量数为A、质子数为Z的原子、质量数为37质子数为17的氯原子。

5、

（1）质量数、质量数

（2）核电荷数、质子数、质子数、失电子数、质子数（3）是具有相同核电荷数（质子数）的同一类原子的总称、

核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素