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(shí)導(dǎo)航】“上帝粒子”：希格斯玻色子（英語(yǔ)：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(duì)撞機(jī)）的緊湊渺子線圈探測(cè)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

2、。由于單質(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(cè)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、

3、l。3）核外電子的排布遵循能量最低原理、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(jí)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

4、電離能，常用符號(hào) I1 表示，單位為kJmol -1（ SI 單位為 Jmol -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I 2I 1，則原子易形成 +1 價(jià)陽(yáng)離子而不易形成 +2 價(jià)陽(yáng)離子；如果I 3I 2I 1，即 I 在 I 2 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、離子鍵本質(zhì)是陰陽(yáng)離子間的靜電作用力，離子鍵沒有方向性，沒有飽和性。共價(jià)鍵和金屬鍵。（如圖 1-5）圖 1-5 離子鍵的形成（NaCl ）圖 1-6

5、 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(duì)兩核的吸引力，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

6、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. BCl 3B. Be

7、Cl 2C.CH4D.H 2O解：答案 B 。BCl 3 為等性sp2 雜化，空間為平面三角形。BeCl 2 為等性 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NH 3。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

8、氫鍵，所以它們之間也存在氫鍵。3判斷題。 H 2O 的沸點(diǎn)比HF 高，所以 O-H O 氫鍵比 F-H F 氫鍵的鍵能大。（）2011 年安徽中醫(yī)學(xué)院專升本專業(yè)課考試題）解：。分子間作用力有兩種， 氫鍵和范德華力。 因?yàn)?F 的電負(fù)性大于 O，所以 O-H O 氫鍵實(shí)際比 F-H F 氫鍵的鍵能小。但 H2O 的沸點(diǎn)比 HF 高，主要是因?yàn)?H2O 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 lB. nC. lD. n， l 和 m解： B。多電子原子中，電子的能量主要取決

9、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(shí)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)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)n 3 的電子層容納的軌道數(shù)和電子數(shù)為（A3和6B3和 9C9和18）D6 和122決定多電子原子的電子運(yùn)動(dòng)能量的量子數(shù)是（）A nB n、 l、 mC n、 lD n、 l、 m、 ms3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

10、，不可能存在的是（）A 3， 2，2，-1/2B 3，1， -1， -1/2C3， 2，0，+1/2D 3，3，0，-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（）A 3，0，0， +1/2B 3， 1， 0，+1/2C 3， 2，1，+1/2D 3，2，0，-1/26下列電子亞層中，軌道數(shù)目最多的是（）A n =1, l =0B n =2, l =1C n =3, l =2D n =4, l =17某 +3價(jià)離子的核外電子排布為1s22s22p63s23p6 3d5,該離子對(duì)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

11、 電子的基態(tài)原子，其電子層數(shù)至少是（）A 1B 2C3D 49基態(tài)29Cu核外電子的原子實(shí)表示式是（）A Ar3d 94s2B Ar3d104s1C Ar3s 23d9D Ar3s 13d1010下列四種元素的電子構(gòu)型中，正確的是（）A 鈹1s22p2B碳1s22s22px22py02pz0C鋁1s22s22p63s3D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A 3， 2， -1， +1B 4， 2， 3， -1/2C 3， 2， 2，+1/2D 3， 3，-1， -1/212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

12、13下列不含氫鍵的是（）AH2OB HFC CH4D CH 3OH14下列外圍電子排布中，不易形成離子的是（） 2s22p53s1 4s22s22p2 2s22p6A BCD 15下列元素的電負(fù)性大小順序?yàn)椋ǎ〢 CN O F SiB Si C N O FCC SiN O FD Si C O N F16下列說法正確的是（）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(jí)組中的各能級(jí)，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17 CO2 分子是（）以非極性共價(jià)鍵結(jié)

13、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（）A P Si NaB O2 Mg 2+ Al 3+C Ca Ba Ca2+D Cl F F19下列原子第一電離能大小比較錯(cuò)誤的是（）A Mg AlBONCCBD Zn Ga20下列粒子半徑大小比較錯(cuò)誤的是（）A Al Al 3+C Cl FDCBBF F21下列物質(zhì)中含離子鍵的是（）A Cl 2B CO2CNaClD CH 422下列分子屬于非極性分子的是（）A.NH 3B.H 2SC.CH 4D.CO23下列化合物中，既存在離子鍵和共價(jià)鍵，又存在配

14、位鍵的是（）A NH 4FB NaOHCH 2SD CH 3COONa24水的反常熔、沸點(diǎn)是因?yàn)椋ǎ〢 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（）A CO2BSO2CCH 4D 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（）A CO2B CS2CH 2OD CH428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

15、合物中采用sp3 雜化軌道成鍵的分子是（）A CCl 4B H2OCNH 3D BF330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(zhǎng)增長(zhǎng)D范德華力增加二、填空題1 H 2O、 HF 、 NH 3 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)電子構(gòu)型為_ ，元素符號(hào)為_，這個(gè)元素的原子有_個(gè)電子層，最外層有_ 個(gè)電子。3 3s1 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(jí)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(hào)電

16、子排布式各層電子數(shù)周期數(shù)族數(shù)6111726534 Na 的第一電離能小于Mg ，而 Na 的第二電離能卻大大超過Mg ？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.C3.A4.D 5.A 6.C 7.B8.D 9.B 10.D11.C 12.C 13.C 14.D 15.B16.C 17.C18.B19.B 20.D21.C22.C 23.A 24.D25.B【X 型題】26. ACD27. AB28. BCD29. ABC30. BC二、填空題1氫鍵222 4s 4p， Ge， 4， 43 n 3， l 0，m0， m s +1/2 或

17、 -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(yǔ)，將n 相同的電子稱為同一層的電子。而能級(jí)組是用來表示核外電子能級(jí)大小的術(shù)語(yǔ)，將(n+0.7l)值整數(shù)相同的能級(jí)稱為同一能級(jí)組。在討論原子的內(nèi)層電子能級(jí)時(shí)，把n 相同的能級(jí)合并為一組，如K 層 (1s)、L 層 (2s2p)，是很合適的， 因?yàn)橥粚又心芗?jí)相差不大。但在討論原子的外層電子能級(jí)時(shí)，由于能級(jí)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(jí)要高得多，實(shí)際比 6s 能級(jí)還要高，故它和6s 合為一組更合適。能級(jí)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

18、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(jí)，其能級(jí)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。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(hào)電子排布式各層電子數(shù)周期數(shù)族數(shù)6C1s22s22p22、 42 A11Na22612、 8、13 A1s 2s 2p 3s17Cl1s22s22p63s2 3p52、 8、73 A26Fe1s22s22p63s23p6 3d64s22、 8、 14、2435Br1s22s22p63s23p63d104s24p52、 8、 18、74 A4Na，Mg 的第一電離能（ I 1）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，(I 1) Na (I 2)Mg 。2s 2p5同一周期元素的原子，從左到右電子逐一填入同一能級(jí)，而同一能級(jí)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(duì)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?！救の额}】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)量的一半