第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1、第一章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)【知識導(dǎo)航】“上帝粒子”：希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中所預(yù)言的最后一種基本粒子（模型預(yù)言了62種基本粒子，已發(fā)現(xiàn)61種，包括質(zhì)子、中子、電子、夸克等），以物理學(xué)者彼得·希格斯命名，是一種具有質(zhì)量的玻色子，沒有自旋，不帶電荷，非常不穩(wěn)定，在生成后會(huì)立刻衰變。2012年7月4日，CERN（歐洲核子研究組織）宣布LHC（大型強(qiáng)子對撞機(jī)）的緊湊渺子線圈探測到兩種新粒子，這兩個(gè)粒子極像希格斯玻色子，但還有待物理學(xué)者進(jìn)一步分析確定。 維基中文百科【重難點(diǎn)】1原子的電子層結(jié)構(gòu)原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核與核外電子又一同構(gòu)成了原子。由于

2、單質(zhì)和化合物的化學(xué)性質(zhì)主要取決于核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此，在化學(xué)中研究原子結(jié)構(gòu)主要在于了解核外電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。（如圖1-1） 圖1-1 原子的結(jié)構(gòu) 圖1-2 核外電子運(yùn)動(dòng)2核外電子運(yùn)動(dòng)的特性 核外電子運(yùn)動(dòng)無法用牛頓力學(xué)來描述，具有測不準(zhǔn)性。（如圖1-2）（1）核外電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述電子云：電子在原子核外空間出現(xiàn)的概率密度分布。（如圖1-3）是p電子云的形狀。離核越近，電子云密度越大；離核越遠(yuǎn)，電子云密度越小。（如圖1-4） 圖1-3 p亞層結(jié)構(gòu) 圖1-4 核外電子概率分布（2）核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述四個(gè)量子數(shù)（n、l、m、ms）多電子原子中，決定能量的量子數(shù)是n、l。（3）核外電子的排布遵循能

3、量最低原理、泡利不相容原理及洪特規(guī)則。根據(jù)n+0.7l的整數(shù)部分相同，近似分成若干近似的能級組。3原子結(jié)構(gòu)與周期律元素周期律：元素的性質(zhì)（原子半徑、電離能、電負(fù)性、金屬性等）隨著核電荷數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。一般而言，同一周期元素，從左到右原子半徑逐漸減小，電離能和電負(fù)性逐漸增大，金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)。同一族元素，從上到下原子半徑逐漸增大，電離能和電負(fù)性逐漸減小，金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱。周期表中共有7個(gè)周期，16個(gè)族（7個(gè)主族、7個(gè)副族、1個(gè)0族、1個(gè)第族）?；鶓B(tài)的氣態(tài)原子或氣態(tài)離子失去一個(gè)電子所需要的最小能量稱為元素的第一電離能，常用符號I1表示，單位為kJ·mol-1（

4、SI單位為J· mol-1）。它可以比較元素的金屬性強(qiáng)弱。影響電離能大小的因素是：有效核電荷、原子半徑、和原子的電子構(gòu)型。如果I2>>I1，則原子易形成+1價(jià)陽離子而不易形成+2價(jià)陽離子；如果I3>>I2>I1，即I在I2和I3之間突然增大，則元素R可以形成R+或R2+而難于形成R3+。4化學(xué)鍵是指相鄰的原子（離子）之間的強(qiáng)烈的相互作用。一般可分為離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵。離子鍵本質(zhì)是陰陽離子間的靜電作用力，離子鍵沒有方向性，沒有飽和性。（如圖1-5） 圖1-5 離子鍵的形成（NaCl） 圖1-6 共價(jià)鍵的形成（HCl）共價(jià)鍵的本質(zhì)是兩核間電子云密集區(qū)對兩

5、核的吸引力，共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，可分為鍵（頭碰頭）（如圖1-6）和鍵（肩并肩）。5雜化軌道理論雜化軌道：同一原子中若干能量相近的原子軌道重新組合，形成總數(shù)相同的新的原子軌道，雜化軌道比原來軌道的成鍵能力強(qiáng)，只有多原子分子的中心原子軌道可雜化。等性sp雜化軌道呈直線形，等性sp2為平面三角形，等性sp3為正四面體。也存在不等性的雜化方式（如圖1-7）。圖1-7 典型的不等性sp3雜化 圖1-8 沸點(diǎn)變化6分子間作用力 分子間極性的大小用分子的偶極矩來衡量。分子間的作用力主要包括范德華力和氫鍵。范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力、色散力。非極性分子間只存在色散力，極性分子和非極性分子間存在色散力和誘

6、導(dǎo)力，極性分子與極性分子間存在色散力、誘導(dǎo)力和取向力。氫鍵是一種特殊的分子間作用力，而不是化學(xué)鍵。形成氫鍵的條件：電負(fù)性很大，原子半徑很小的原子（如F、O、N）與氫原子以共價(jià)鍵相結(jié)合。與氫原子結(jié)合的原子電負(fù)性越強(qiáng)氫鍵能力越大。氫鍵可分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵。分子內(nèi)氫鍵常常會(huì)使化合物的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)降低，而分子間氫鍵使化合物的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)升高。（如圖1-8）【例題分析】1選擇題。下列分子中，中心原子的原子軌道屬等性sp雜化的是（ ）（2011年安徽中醫(yī)學(xué)院專升本專業(yè)課考試題）A. BCl3 B. BeCl2 C.CH4 D.H2O解：答案B。 BCl3為等性sp2雜化，空間為平面三角形。BeCl2為

7、等性sp雜化，空間為直線型。CH4為等性sp3雜化，空間為正四面體形。只有H2O為不等性sp3雜化，見圖7，同樣類型還有NH3。2選擇題。乙醇水溶液中存在分子間作用力有（ ）（2011年安徽中醫(yī)學(xué)院專升本專業(yè)課考試題）A. 取向力，色散力 B. 氫鍵，誘導(dǎo)力 C.取向力，氫鍵，誘導(dǎo)力 D. A和B解：答案D。 分子間作用力包括范德華力和氫鍵。乙醇和水分子均為極性分子，因此之間的范德華力應(yīng)包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力三種，而且符合存在氫鍵的兩個(gè)條件，乙醇有羥基，水有氧氫鍵，所以它們之間也存在氫鍵。3判斷題。H2O的沸點(diǎn)比HF高，所以O(shè)-HO氫鍵比F-HF氫鍵的鍵能大。（ ）（2011年安徽中醫(yī)學(xué)院

8、專升本專業(yè)課考試題）解：×。 分子間作用力有兩種，氫鍵和范德華力。因?yàn)镕的電負(fù)性大于O，所以O(shè)-HO氫鍵實(shí)際比F-HF氫鍵的鍵能小。但H2O的沸點(diǎn)比HF高，主要是因?yàn)镠2O的分子量比HF高，導(dǎo)致范德華力比HF高。4選擇題。單電子原子中，電子的能量高低取決于量子數(shù)（ ）（2009年安徽中醫(yī)學(xué)院專升本專業(yè)課考試題）A. n和l B. n C. l D. n，l和m解：B。多電子原子中，電子的能量主要取決于n（決定離核距離）和l（決定電子云形狀）。而單電子原子比較特殊，核外電子只在s亞層運(yùn)動(dòng)，因此能量高低取決于主量子數(shù)n?！局R拓展】1核裂變和核聚變 圖9 核裂變 圖10 核聚變2水的形態(tài)

9、 圖11 水的氫鍵 圖12 干冰及晶體結(jié)構(gòu)模型【習(xí)題】一、選擇題【A型題】（單項(xiàng)選擇題）1主量子數(shù)n3的電子層容納的軌道數(shù)和電子數(shù)為（ ）A3和6 B3和9 C9和18 D6和12 2決定多電子原子的電子運(yùn)動(dòng)能量的量子數(shù)是（ ）An Bn、l、m Cn、l Dn、l、m、ms 3量子數(shù)n，l，m不能決定（ ）A電子的自旋方向 B原子軌道的形狀 C原子軌道的能量 D原子軌道取向4下列各組量子數(shù)中，不可能存在的是（ ）A3，2，2，-1/2 B3，1，-1，-1/2 C3，2，0，+1/2 D3，3，0，-1/25描述基態(tài)鈉原子最外層一個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)是（ ）A3，0，0，+1/2 B3，1，0

10、，+1/2 C3，2，1，+1/2 D3，2，0，-1/26下列電子亞層中，軌道數(shù)目最多的是（ ）An =1, l =0 Bn =2, l =1 Cn =3, l =2 Dn =4, l =17某+3價(jià)離子的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d5,該離子對應(yīng)的元素在周期表中位于（ ）A第3周期，族 B第4周期，族 C第4周期，A族 D第4周期，B族 8有d電子的基態(tài)原子，其電子層數(shù)至少是（ ）A1 B2 C3 D49基態(tài)29Cu核外電子的原子實(shí)表示式是（ ）AAr3d94s2 BAr3d104s1 CAr3s23d9 DAr3s13d1010下列四種元素的電子構(gòu)型中，正確的是（ ）

11、A鈹 1s22p2 B碳 1s22s22px22py02pz0 C鋁 1s22s22p63s3 D鈉 1s22s22p63s111用來表示核外某一電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的下列各組量子數(shù)中，合理的一組是A3，2，-1，+1 B4，2，3，-1/2 C3，2，2，+1/2 D3，3，-1，-1/2 12下列不屬于化學(xué)鍵的是（ ）A非極性共價(jià)鍵 B極性共價(jià)鍵 C氫鍵 D配位鍵 13下列不含氫鍵的是（ ）AH2O BHF CCH4 DCH3OH14下列外圍電子排布中，不易形成離子的是（ ）2s22p5 3s1 4s2 2s22p2 2s22p6A B C D15下列元素的電負(fù)性大小順序?yàn)椋?）ACNOFSi B

12、SiCNOF CCSiNOF DSiCONF 16下列說法正確的是（ ）A元素的最外層電子構(gòu)型和外圍電子構(gòu)型是一致的B主量子數(shù)為4時(shí)，有4s、4p、4d、4f四個(gè)原子軌道C同一能級組中的各能級，它們可能具有不同的電子層D第三電子層中最多可容納18個(gè)電子(2n2)，則在第三周期中有18種元素17CO2分子是（ ）A以非極性共價(jià)鍵結(jié)合的非極性分子B以極性共價(jià)鍵結(jié)合的極性分子C以極性共價(jià)鍵結(jié)合的非極性分子D以非極性共價(jià)鍵結(jié)合的極性分子18下列各組微粒半徑大小排列順序正確的是（ ）APSiNa BO2Mg2+Al3+ CCaBaCa2+ DClFF 19下列原子第一電離能大小比較錯(cuò)誤的是（ ）AMgA

13、l BON CCB DZnGa20下列粒子半徑大小比較錯(cuò)誤的是（ ）AAlAl3+ BFF CClF DCB21下列物質(zhì)中含離子鍵的是（ ）ACl2 BCO2 CNaCl DCH422下列分子屬于非極性分子的是（ ）A.NH3 B.H2S C.CH4 D.CO23下列化合物中，既存在離子鍵和共價(jià)鍵，又存在配位鍵的是（ ） ANH4F BNaOH CH2S DCH3COONa24水的反常熔、沸點(diǎn)是因?yàn)椋?） A范德華力 B配位鍵 C離子鍵 D氫鍵 25下列分子中屬于極性分子的是（ ） ACO2 BSO2 CCH4 D苯 【X型題】（多項(xiàng)選擇題）26下列說法正確的是（ ）A角量子數(shù)l決定原子軌道形

14、狀B角量子數(shù)l決定原子軌道在空間的取向C磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向D自旋量子數(shù)ms只可取2個(gè)值，即+1/2和-1/2。27下列分子中，具有直線形結(jié)構(gòu)的是（ ） ACO2 BCS2 CH2O DCH4 28原子核外電子排布應(yīng)遵循（ ）A最大重疊原理 B能量最低原理 C保利不相容原理 D洪特規(guī)則29下列化合物中采用sp3雜化軌道成鍵的分子是（ ）ACCl4 BH2O CNH3 DBF330鹵化氫的熱穩(wěn)定性從上到下減弱，其原因在于（ ）A分子量增加 B鍵能減弱 C鍵長增長 D范德華力增加二、填空題1H2O、HF、NH3在同族中的反常熔沸點(diǎn)是由于它會(huì)形成_。2已知某元素為第四周期第A元素，其價(jià)

15、電子構(gòu)型為_，元素符號為_，這個(gè)元素的原子有_個(gè)電子層，最外層有_個(gè)電子。33s1電子的四個(gè)量子數(shù)值分別為_ _、_ _、_、_。4原子軌道之所以要雜化，是因?yàn)榭梢訽。三、問答題1電子層與能級組有何不同？2核外電子運(yùn)動(dòng)有那些基本特征？3根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論，完成下列表格。原子序數(shù)元素符號電子排布式各層電子數(shù)周期數(shù)族數(shù)6111726534Na的第一電離能小于Mg，而Na的第二電離能卻大大超過Mg？5. 用電子構(gòu)型解釋金屬原子半徑大于同周期的非金屬原子半徑？【參考答案】一、選擇題【A型題】1.C 2.C 3.A 4.D 5.A 6.C 7.B 8.D 9.B 10.D 11.C 12.C 13.C 1

16、4.D 15.B 16.C 17.C 18.B 19.B 20.D 21.C 22.C 23.A 24.D 25.B 【X型題】26. ACD 27. AB 28. BCD 29. ABC 30. BC二、填空題1氫鍵24s24p2，Ge，4，43n3，l0，m0，m s+1/2或-1/2。4形成更穩(wěn)定的共價(jià)鍵三、問答題1電子層是用來表示核外電子離核平均距離的術(shù)語，將n相同的電子稱為同一層的電子。而能級組是用來表示核外電子能級大小的術(shù)語，將(n+0.7l)值整數(shù)相同的能級稱為同一能級組。在討論原子的內(nèi)層電子能級時(shí)，把n相同的能級合并為一組，如K層(1s)、L層(2s2p)，是很合適的，因?yàn)橥?/p>

17、層中能級相差不大。但在討論原子的外層電子能級時(shí)，由于能級交錯(cuò)的結(jié)果，這種電子層分法就不夠恰當(dāng)。如4f和4s雖同為4層，但4f的能級要高得多，實(shí)際比6s能級還要高，故它和6s合為一組更合適。能級組是劃分周期表中周期的依據(jù)。 2核外電子運(yùn)動(dòng)有三個(gè)基本特點(diǎn)(1)核外電子運(yùn)動(dòng)的能量是不連續(xù)的，分為不同的能級，其能級大小與主量子數(shù)n 和角量子數(shù)l有關(guān)。(2)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需用波函數(shù)來描述，一定的波函數(shù)由三個(gè)量子數(shù)(n、l、m)決定的。(3)電子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的運(yùn)動(dòng)軌道，而有與波函數(shù)平方成正比的幾率密度分布。3 原子序數(shù)元素符號電子排布式各層電子數(shù)周期數(shù)族數(shù)6C1s22s22p22、42A11Na1s

18、22s22p63s12、8、13A17Cl1s22s22p63s23p52、8、73A26Fe1s22s22p63s23p63d64s22、8、14、2435Br1s22s22p63s23p63d104s24p52、8、18、74A4Na，Mg的第一電離能（I1）都是丟失3s上的一個(gè)電子所需要的能量。r(Na) > r(Mg)，且Na的有效核電荷比Mg小，(I1)Na < (I1)Mg。第二電離能Mg仍是丟掉一個(gè)3s電子所需要的能量，而Na是丟掉內(nèi)層2s22p6滿層上的電子，故(I2)Na > (I2)Mg。5同一周期元素的原子，從左到右電子逐一填入同一能級，而同一能級電子互相間排斥較大，且周期表從左到右，有效核電荷持續(xù)增加，對外層電子的吸引力依次增加。故同周期的金屬原子半徑大于非金屬原子半徑。【趣味題】一個(gè)放射性同位素的半衰期是指一個(gè)樣本內(nèi)，其放射性原子的衰變至原來數(shù)量的一