物质构成的奥秘.docx
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物质构成的奥秘
物质构成的奥秘
前言
1．原子论和分子学说。
道尔顿和阿伏加德罗等科学家研究得出了一个重要结论：
物质是由原子和分子构成的；分子的分解和原子的重新组合是化学变化的基础，即在化学变化中会破裂，而原子不会破裂，但可重新组合成新分子，即原子是参加化学变化的最小粒子。
2．组成物质的基本成分—元素。
门捷列夫发现了元素周期律和元素周期表，使化学学习和研究变得有规律可循。
3．绿色化学的主要特点。
（1）充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料。
（2）在无毒、无害的条件下进行化学反应，以减少废物向环境排放。
（3）提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所接纳，实现“零排放”。
（4）生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境良好产品。
一、原子的构成
物质是由原子和分子等粒子构成的，如氧气是由氧分子构成的，而氧分子是由氧原子组成的。
在化学变化中，分子被分成原子，但任何一种原子并没有转变成其他的原子，它的种类和个数都保持不变，仅仅是各种原子重新组合成构成其他物质的微粒，所以说原子是化学变化中的最小微粒。
所以说，原子是化学变化中的最小粒子，分子则是保持物质的化学性质的最小单位。
原子是化学变化中的最小微粒，但并不意味着原子不能再分。
科学实验证明，原子具有复杂的结构。
不同的原子，原子核不同，原子核中的质子数也不同。
下面是对原子的构成的描述。
（1）原子的构成
右图是原子的构成示意图，由图中可以看出
原子是由电子和原子核两部分组成的。
从图中可以看出，原子核只占据小部分空间
如果把原子核比作一个庞大的体育场，那么
原子核只相当于一只体育场里面的一只蚂蚁
电子相对于原子核来说更小，它在原子核外
的空间里做高速运动。
从图中我们可以看出，原子核由两种不同颜色的
粒子组成。
原子核也不是密不可分的，他可以分为
质子和中子两种粒子。
图1.卢瑟福原子模型
【练习】
练习1.用一种大小和质子差不多的α粒子轰击金箔的，发现以下实验现象：
（1）大多数α粒子能穿过金箔，而且不改变原来的前进方向；
（2）也有一小部分α粒子改变了原来的方向；
（3）甚至有极少数的α粒子被反弹了回来。
从以上实验现象我们可以得出什么结论？
大多数α粒子能穿过是因为：
一小部分α粒子改变了原来的方向或者被反弹了回来是因为：
（2）构成原子的粒子的电性和质量
原子由以下两部分组成：
原原子核：
带正电荷，居于原子中间
子核外电子：
带负电荷，绕核运动质量很轻带一个单位的负电荷可以忽略不计
原子核由以下两种粒子组成：
质子：
带一个单位的正电荷中子：
不带电
【练习】
练习1.下列说法正确的是（）
A、原子不能再分，原子核都是由质子和中子组成的。
B、相对原子质量就是原子的实际质量
C、相对原子质量只是一个比值，没有单位
D、原子可以构成分子也可以直接构成物质。
E、原子不带电
练习3.在探索微观世界的过程中，科学家对原子的结构
进行猜想和实验，并提出了多种模型。
在图7所示的两种
模型中，（左或右）是卢瑟福提出的原子核式模型。
（3）原子的种类
从前面的学习我们知道，氧气能够支持燃烧，氮气不能。
这是因为氮气和氧气的化学性质不同。
这种不同是因为氧分子和氮分子不同。
而一个氧分子是由两个氧原子组成的，一个氮分子是由两个氮原子组成的。
由此我们可以知道氮分子和氧分子性质不同时因为组成它们各自的原子不同。
氮原子和氧原子不是同一种原子，原子还有其它很多种类。
我们知道，原子都是由原子核和电子组成的，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为玻璃棒失去了一些电子，由此可以知道电子是可以在不同物质间转移的。
而玻璃的化学性质改变。
是因为组成玻璃的原子没有改变。
由此可以知道，原子的种类和电子无关，仅取决于原子核。
我们知道，大部分原子核都是不同数量的由质子和中子两种粒子组成的，但却有不同的原子种类如氮原子和氧原子，这是因为它们的质子数不同。
我们把原子核的质子所带的总电荷数叫做核电荷数。
所以有：
质子数=核电荷数=核外电子数。
Tab1.碳的几种同位素
名称
质子数
中子数
12C
6
6
13C（有放射性）
6
7
14C（有放射性）
6
8
同位素：
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。
如氢的同位素有氕（质子数1，中子数0）氘（质子数1，中子数1）氚（质子数1，中子数2）等。
【练习】
练习1.由12CO、13CO和14CO组成混合气体是（）
A.混合物B.纯净物C.化合物D.单质
练习2.绝大多数原子的原子核内含有（）
A.质子、中子、电子B.质子、电子C.中子、电子D.质子、中子
（4）相对原子质量
原子的质量是指原子的实际质量，原子的质量单位可以用质量的一般单位“克”或“千克”来表示，原子的质量的数值很小，使用起来很不方便，所以采用原子的相对质量。
1、相对原子质量：
国际上以碳-12原子质量的1/12为标准，其他原子质量跟它相比较所得的比，作为这种原子的相对质量（符号为Ar，单位为1，通常省略不写）。
2、标准：
碳-12（12C）原子中有6个质子、6个中子，原子的质量为：
1.99310-26kg。
标准量：
1.99310-26kg/12=1.6610-27kg.
3、表达式：
由此可见，相对原子质量是一个比值，不是原子的实际质量。
【练习】
练习1、已知一个碳原子的质量为1.99910-26，铝的相对原子质量为27，则一个铝原子的质量为（）
A.
B.
C.
D.27g
4、构成原子的粒子有质子、中子、电子，1个质子和1个中子的质量约等于1个电子质量的1836倍，跟相对原子质量的标准（即一个碳-12原子质量的1/12）相比，均约等于1，电子质量很小，跟质子和中子相比可以忽略不计，所以原子的质量主要集中在质子和中子（即原子核）上，故：
相对原子质量≈质子数+中子数
5、相对原子质量和原子的质量是截然不同的两个概念，学习中极易混淆，可以从以下几个方面加以区别。
原子的质量与相对原子质量的区别和联系：
原子的质量
相对原子质量
得出与性质
测定出来，绝对的
比较得出，相对的
数值与单位
非常小，有单位（kg）
一般都是整数，有单位“1”，一般不写
联系
3、相对原子质量的推算
由于1个电子的质量是1个质子的质量的1\1836，其质量忽略不计。
所以：
又因为m1≈m2≈m，所以：
所以：
相对原子质量≈质子数+中子数
【练习】
练习1.我国著名科学家、中国科学院院士张春莲教授主持测定了铟、锑、铕等几种元素的相对原子质量新值，其中他测定核电荷数为63的铕元素的相对原子质量的新值为152，则下列说法中，正确的是（）
A.铕元素原子的质子数是63B.铕元素原子的中子数为63
C.铕元素原子的核外电子数为152D.铕元素的原子质量为152
练习2.据新闻报道，我国人造小太阳进入实验阶段，人造小太阳运用氢弹爆炸中的核聚变原理，以氘氚为原料进行可控核聚变，核聚变会产生巨大的能量，估计几十年后人类不再依赖化石燃料，氘、氚是氢的两位“兄弟”根据原子结构规律填写下列表格空白。
原子
核内质子数
核内中子数
相对原子质量
氢
1
0
1
氘
1
1
氚
1
3
二、元素
通过前面的学习我们知道，氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的。
水是由氢元素和氧元素两种元素组成的。
氧气中所含的氧元素和水中的氧元素相同，氢气中含的氢元素
和水中所含的氢元素相同。
右图是地壳中各种元素的含量，从图中我们
我们可以知道，地壳中元素的含量由多到少
的前四位元素是、、、、
物质的种类非常多，已经发现的物质就有
2000多万种，但是组成它们的元素并不多。
到
目前为止，一经发现的元素只有一百余种。
三、元素符号
（1）为了书写和交流方便，采用国际统一的符号来表示各种元素。
元素
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
名称
氢
氦
锂
铍
硼
碳
氮
氧
氟
氖
钠
镁
铝
硅
磷
原子序数（核电荷数）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
从表中我们可以看出，由一个字母表示的元素符号要（大、小）写。
由两个字母表示的元素符号第一个字母要写，第二个字母要写。
元素符号除表示这种元素外，还表示这种元素的一个原子。
如“O”表示氧元素，也表示一个氧原子。
元素中文名称有规律，如有“气”字头的是气态非金属元素，有“石”字旁的是非金属元素。
有“金”字旁的是金属元素。
科学家们根据原子的结构和性质，把100多种元素归类起来排列，得到了元素周期表。
元素周期表包含了原子的原子序数、核电荷数、相对原子质量等，是研究和学习化学的重要工具。
（2）元素周期表
⑴周期表每一横行叫做一个周期，共有7个周期。
⑵周期表每一个纵行叫做一族，共有16个族（8、9、10三个纵行共同组成一个族）。
【练习】
练习1.分子和原子的区别是（）
A.分子质量大，而原子质量小B.在化学反应中，分子可分，原子不可分
C.分子能直接构成物质，原子不能D.分子能保持原物质的化学性质，原子不能。
练习2.下列对院子结构的认识中，错误的是（）
A.原子核体积比原子小B.原子核带正电C.原子内部有很大的空间
D.原子是实心的球体。
E.原子是最小的粒子F.原子是化学变化中的最小粒子
G.原子核带正电和，原子显负电性H.分子能直接构成物质，但原子不能
练习3.有关原子的相对原子质量叙述错误的是（）.
A.就是原子的质量B.在数值上约等于质子数与中子数之和
C.可以用kg或g作单位D.是一个质量比，没有单位
练习4.1934年，卢瑟福等科学家通过核反应发现氢的同位素原子——氚。
氚可用
表示（其中“l”表示核电荷数），氚原子的模型如图所示，
图中“●”表示的粒子是
A．原子核B．质子
C．中子D．核外电子
四、核外电子的排布
前面我们讲过电子在原子核外的空间高速运动，不同的原子的核外电子数不同，其数量等于核电荷数。
科学实验发现，每个原子都有自己的特定的“轨道”,原子核外电子是分层排布的，可用原子结构示意图简单表示。
图1.铝（Al）原子的结构示意图
从图中我们可以看出，铝原子的核电荷数为13，核外的电子“轨道”共有三层，核外第一电子层上有2个电子，第二电子层上有8个电子，第三电子层上有3个电子。
【练习】
练习1.据科学家预测，月球的土壤中吸附着数百万吨的氦，其原子核中质子数为2、中子数为1。
下列关于氦元素的说法正确的是（ ）
A.原子核外电子数为3 B.相对原子质量为2
C.原子结构示意图为
D.原子结构示意图为
五、电子电子层的规律
（1）第一层最多容纳2个电子，第二层最多容纳8个电子，第三层最多容纳18个电子。
（2）最外层电子层不超过8个（只有一层的不超过2个）
（3）设电子层数为n，每一层最多容纳的电子数为N，则n和N之间的关系为：
元素性质特别是化学性质与原子核外电子的排布，特别是最外层上的电子数目有密切关系。
最外层具有8个电子（只有一个电子层的具有2个电子）的结构，属于相对稳定结构。
金属元素最外层电子一般少于4个，在反应中易失去电子；
非金属元素最外层电子一般等于或多于4个，在反应中易得到电子。
稀有气体最外层电子都是8个电子（氦为2个），属于相对稳定结构。
Tab2.原子的最外层电子数与元素的分类、化学性质的关系
【练习】
练习1.元素的化学性质主要决定于其原子的（ ）
A.核内质子数B.中子数C.核外电子数D.最外层电子数
练习2.今有四种粒子的结构示意图如下，下列说法正确的是（ ）
A.它们表示四种元素B.②表示的元素的原子在化学反应中易失去2个电子
C.④表示的元素是非金属元素D.①④表示的是阳离子
练习3.氮元素的原子结构示意图为
下列示意图表示的粒子与氮元素具有相似化学性质的是（ ）
ABCD
六、离子
通过前面的学习我们知道，由于原子核外电子排布的特殊性，金属元素最外层电子一般少于4个，在反应中易电子；非金属元素最外层电子一般等于或多于4个，在反应中易
电子。
稀有气体最外层电子都是8个电子（氦为2个），属于相对稳定结构。
我们把这些原子或者原子团得失电子后形成的产物称为离子，离子是带电的原子或原子团，离子符号的意义见图所示（数字“2”的意义）
原子的电子后的产物叫做阳离子，也叫正离子，如上图的Mg2+。
原子失电子后的产物叫做阴离子，也叫负离子，如O2-。
离子的分类一般如下：
原子、阳离子、阴离子的判断：
① 原子：
质子数＝核外电子数
② 阴离子：
质子数＜核外电子数非金属离子常带负电荷，阴离子
③ 阳离子：
质子数＞核外电子数 金属离子带正电荷，阳离子
Tab3.原子和离子的比较
原子
离子
定义
化学反应中的最小微粒
带电的原子（或原子团）
电性
不带电
带电荷
阳离子：
所带电荷数=+（质子数-核外电子数）
阴离子：
所带电荷数=-（核外电子数-质子数）
联系
都是构成物质的一种粒子，原子失去电子变成阳离子，原子得到电子变成阴离子
【练习】
练习1.下列化学符号中的数字“2”，能表示所带电荷数的是（ ）
A.2Ag+ B.ZnCl2 C.Fe2+ D.NO2
练习2.下列符号中，通常只表示微观不表示宏观意义的是（ ）
A.Ca B.N C.2N D.He
练习3.下面是四种粒子的结构示意图
ABCD
请用序号填空：
①核外电子排布相同的是__________；②属于同种元素的是_______________；
③表示阳离子的是____________；④属于非金属元素原子的是________________。
七、物质与其构成粒子之间的关系
【练习】
练习1.在分子、原子、质子、中子、电子中，找出符合下列条件的粒子名称，填在相应的横线上。
①能直接构成纯净物的是_________；②化学变化中的最小粒子是_________；
③带正电荷的粒子是__________；④带负电荷的粒子是__________；
⑤不显电性的粒子是__________；⑥决定原子质量大小的粒子是__________；
⑦在同一原子中数目相等的粒子是__________。
八、原子团
原子团：
在许多化学反应里，作为一个整体参加反应，好像一个原子一样，这样的原子集团叫做原子团。
值得注意的是，原子团不能独立存在，只是化合物的一个组成部分。
在溶液中原子团作为一个整体参加反应。
带电的原子团又叫做根或基团，常见的基团有如下几种：
Tab3.常见的基团
根的名称
铵根
氢氧根
硝酸根
硫酸根
碳酸根
磷酸根
离子符号
化合价
+1
-1
-2
九、化合价
（1）化合价的来源与意义
由于原子得失电子的能力不同（如丝绸摩擦过的玻璃棒带正电）,所以元素之间相互化合形成某种化合物时,必然伴随着电子的得失或者偏移。
我们把物质中原子得失的电子数或共用电子对偏移的数目叫做该元素的化合价。
（2）元素化合价的表示方法
化合价用+1、+2、+3、-1、-2……表示，标在元素符号的正上方，要注意化合价的表示方法与离子符号的区别，离子所带电荷符号用+、2+、-、2-……表示，标在元素符号的右上角
如：
（表示化合价）Na+、Cl-、Mg2+、O2-（则表示离子）
试区别Ca与Ca2+，S与S2-中数字的含义。
Ca表示钙元素显价（或钙元素的化合价为+2价）；S表示硫元素显-2价。
Ca2+表示一个钙离子带2个单位的正电荷；S2-表示。
（3）掌握元素的化合价，请注意以下几点：
1.记住常见元素的化合价，掌握元素化合价的一些规律，如：
①在化合物中，通常氢显+1价；氧显-2价；②单质里元素的化合价为零；
③一些元素有变价，其化合价的确定，可以通过不变价元素按化合价规则求得。
Tab4.常见元素的化合价
化合价
名称
化合价
名称
+1
钾、钠、氢、银
+2
钡、镁、钙、锌
+3
铝
-1
氯、氟
-2
氧
+2、+3
铁
2.使用化合价的规则是：
在化合物里，元素正负化合价的代数和为零。
3.掌握常见原子团的化合价。
原子团是在化学反应中相对稳定的原子集团，又叫做根。
（4）化合价记忆口诀
一价钾钠氯氢银，二价氧钙钡镁锌.三铝四硅五价磷，二三铁，二四碳.
二四六硫都齐全，铜汞二价最常见.氢一氧二为标准，看见单质即为零！
负一硝酸氢氧根，负二硫酸碳酸根。
负三只有磷酸根，正一价的是铵根。
（5）化合价的应用
①检验化学式的正误；②根据化学式判断元素的化合价；
③根据元素的化合价推求实际存在物质的化学式。
【练习】
练习1.下列物质中，氮元素化合价为+5价的是（ ）
A.NH3 B.NO2 C.KNO3 D.NaNO2
练习2.下列硫的单质和化合物中，硫元素的化合价最高的是（ ）
A.S B.SO2 C.H2S D.H2SO4
十、化学式的意义和书写
为了交流和书写方便，我们用元素符号表示物质组成的式子。
这种式子叫做化学式。
（1）化学式的意义
①表示一种物质；如H2O表示水。
②表示该物质的组成元素；如H2O表示该物质由氢、氧两种元素组成。
③由分子构成的物质的化学式可以表示该物质的一个分子及该分子的构成。
如H2表示一个氢分子由2个氢原子组成。
（2）以二氧化碳（CO2）为例子说明：
【练习】
练习1.用化学符号填写下列空白
①2个氮原子____________；②3个二氧化碳分子____________；
③4个亚铁离子__________；④正五价的氯元素____________；
⑤保持水的化学性质的粒子____________；⑥氦气____________。
练习2.下列说法错误的是（ ）
A.氧气和水都是由分子构成的
B.水是由氧元素和氢元素组成的
C.二氧化碳是2个碳元素和1个氧元素组成的
D.一个氢气分子是由2个氢原子构成的
练习3.下列化学符号既可以表示一种物质，又表示一个原子，还表示一种元素的是（ ）
A.H2 B.Cu C.NaCl D.H2O
十一、化学式的书写
（1）单质化学式书写一般用元素符号表示，但:
①氢气（H2）、氧气（O2）、氮气、氯气（Cl2）等非金属单质是双原子分子，要在其元素符号的右下角加2；
②稀有气体、金属与固体非金属单质：
由原子构成，它们的化学式用元素符号来表示。
如氦氖。
（2）化合物化学式书写时，正价元素写在左边，负价元素写在右边；正负价总数的代数和为0；如水的化学式H2O其中氢正价，氧负价。
（3）含有原子团的物质，可将原子团看成是一个原子来书写化学式，如氢氧化镁Mg（OH）2。
注意：
①一种物质只有一个化学式，书写化学式时，要考虑到元素的排列顺序，还要考虑到表示原子个数的角码应写的部位。
②一般化合物的中文名称，其顺序和化学式书写的顺序正好相反。
如二氧化碳。
【练习】
练习1.写出下列符号中数字“2”的意义：
（1）2He___________；
（2）2NO____________；（3）
_______；
（4）
______________；（5）
_________；（6）
___________。
十二、关于化学式的计算
利用化学式可进行下列各种计算：
①相对分子质量（相对原子质量的总和）；
②物质组成元素的质量比；
③物质中某元素的质量分数。
公式为:
水中氢元素的含量：
H%=
【练习】
练习1.研究发现鲨鱼体内含有的角鲨烯（C30H50）有抗癌作用。
角鲨烯由______种元素组成，各元素的质量比是___________，相对分子质量为___________，其中氢元素的质量分数为____________。
十二、根据化合价写化学式
正价在左，负价在右
1、交叉法：
在元素上方标上化合价，先化简再交叉，
P为+5价，氧为-2价，交叉后为P2O5
2、最小公倍数法，选求出几种元素化合价的最小公倍数，再根据最小公倍数求各元素的原子数。
十三、根据化学式求元素化合价
先将要求的化合价设为X，再根据元素正负化合价的代数和为零列出方程。
求得的X的值就是化合价。
如求CO2中C的化合价，根据化合价的代数和为零的原则，有：
X1+（-2）2=0
求得X的值为4，则C的化合价为+4价。
【练习】
练习1.交警常用装有重铬酸钾（K2Cr2O7）的仪器检测司机是否酒后开车，因为酒中的乙醇分子与橙红色的重铬酸钾反应使其变成绿色的硫酸铬（Cr2（SO4）3）。
在重铬酸钾和硫酸铬中，铬的化合价依次是（ ）
A.+3、+5 B.+5、+3 C.+3、+6 D.+6、+3
练习2.目前，一些发达国家已基本采用新一代饮用水消毒剂ClO2，ClO2读作_______，它由___种元素组成，其中，氯元素的化合价为__________。
练习3.下列说法正确的是（ ）
A.任何物质都能用化学式表示 B.相对分子质量就是分子的实际质量
C.化学式只反映物质的宏观组成 D.相对分子质量也是个比值
练习4.一种氧化物的化学式为R2O3，其相对分子质量为76，则R的相对原子质量为（ ）
A.56 B.23 C.28 D.14
练习5.某氮氧化合物中氮与氧的质量比为7∶4，则该氧化物的化学式为（ ）
A.N2O B.NO C.NO2 D.N2O5
练习6.钾元素可以调节体液平衡，维持肌肉和神经的功能及代谢，如果人体缺钾会出现肌肉不发达、心律不齐等症状。
有一种补钾药，其主要成分的化学式为C6H7K3O8。
下列有关对C6H7K3O8的说法正确的是（ ）
A.该物质的一个分子中含25个原子
B.该物质中碳、氢、钾、氧元素之间的质量比是6∶7∶3∶8
C.该物质相对分子质量为320
D.该物质是碳、氢、钾、氧四种元素组成的
练习7.关于S和S2-的叙述错误的是（ ）
A.具有相同的核电荷数B.电子层数相同
C.最外层电子数不相同D.核外电子数相同
练习8.地壳中元素含量（质量分数）最高的金属元素是（ ）
A.铁 B.钙 C.钠 D.铝
练习9.继食盐加碘工程之后，我国又启动酱油加铁工程。
这里的“铁”是指（ ）
A.铁单质 B.铁元素 C.铁原子 D.铁的相对原子质量
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