物質(zhì)結(jié)構(gòu)專題

物質(zhì)結(jié)構(gòu)專題第一頁，共61頁。

教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)

重點(diǎn)：核外電子的排布規(guī)律，元素周期律的實(shí)質(zhì)、周期表的結(jié)構(gòu)，元素性質(zhì)、原子結(jié)構(gòu)和該元素在周期表中的位置三者之間的關(guān)系、離子鍵和共價(jià)鍵。難點(diǎn)：核外電子的運(yùn)動狀態(tài)和排布規(guī)律，非極性分子和極性分子。第二頁，共61頁。第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)一原子核二原子核外電子運(yùn)動的特征三原子核外電子的排布教學(xué)重點(diǎn)：原子核外電子的排布規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)：原子核外電子運(yùn)動的特征，原子核外電子的排布規(guī)律。第三頁，共61頁。問題

（1）

核外電子的運(yùn)動問題（2）

電子云問題（3）

電子的排布問題

第四頁，共61頁。一．微觀粒子的運(yùn)動特征

微觀粒子有波動性（波性）和微粒性（粒性）兩重性質(zhì)，稱為波粒二象性。物質(zhì)的波粒二象性也體現(xiàn)在微觀體系的能量和角動量等物理量的量子化，以及由測不準(zhǔn)原理所反映的一些物理量之間的相互關(guān)系上。

Δx·Δpx≥h

第五頁，共61頁。二．電子云的概念

對于一個(gè)微觀體系，它的狀態(tài)和有關(guān)情況可用波函數(shù)Ψ表示，在原子和分子體系中單電子波函數(shù)Ψ又稱為原子軌道和分子軌道；Ψ*Ψ或Ψ2稱為幾率密度或電子云；在量子力學(xué)中采用統(tǒng)計(jì)的方法，可以統(tǒng)計(jì)出電子在核外空間某單位體積中出現(xiàn)機(jī)會的多少——幾率密度，電子云是電子在核外空間出現(xiàn)幾率密度分布的一種形象描述。第六頁，共61頁。三．四個(gè)量子數(shù)

量子力學(xué)對核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述引出四個(gè)量子數(shù)，即電子的運(yùn)動狀態(tài)可以用四個(gè)量子數(shù)來規(guī)定。主量子數(shù)n，角量子數(shù)l，磁量子數(shù)m和自旋磁量子數(shù)ms。第七頁，共61頁。1.主量子數(shù)n

它規(guī)定了核外電子離核的遠(yuǎn)近和電子能量的高低。n可取正整數(shù)1，2，3，4n值越大，表示電子離原子核越遠(yuǎn)，能量越高。反之n越小，則電子離核越近，能量越低。這也相當(dāng)于把核外電子分為不同的電子層，凡n相同的電子屬于同一層。習(xí)慣用K,L,M,N,O,P來代表n=1，2，3，4，5，6的電子層。第八頁，共61頁。2．角量子數(shù)l

它描述的是電子在原子核外出現(xiàn)的幾率密度隨空間角度的變化，即決定原子軌道或電子云的形狀。l可取小于n的正整數(shù)，即0，1，2，，n-1，如n=4，l可以是0，1，2，3，相應(yīng)的符號是s,p,d,f當(dāng)n相同時(shí)，l越大，電子的能量越高。因此，常把n相同，l不同的狀態(tài)稱為電子亞層，一個(gè)電子層可以分為幾個(gè)亞層。第九頁，共61頁。

3.磁量子數(shù)m

它規(guī)定電子運(yùn)動狀態(tài)在空間伸展的取向。m的數(shù)值可取0，±1，±2，……±l。對某個(gè)運(yùn)動狀態(tài)可有2l+1個(gè)伸展方向。s軌道的l=0,所以只有一種取向，它是球?qū)ΨQ的。P軌道l=1,m=-1,0,+1,所以有三種取向，用px,py,和pz表示。

第十頁，共61頁。4.自旋磁量子數(shù)ms

電子除繞原子核運(yùn)動外，它本身還做自旋運(yùn)動。電子自旋運(yùn)動有順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向，分別用ms=+1/2和ms=-1/2表示，也常用↑和↓符號表示自旋方向相反的電子。第十一頁，共61頁。四．核外電子排布

多電子原子的核外電子排布可用四個(gè)量子數(shù)描述，他們遵循以下三條原理：保里不相容原理、能量最低原理及洪特規(guī)則。

第十二頁，共61頁。與教學(xué)結(jié)合

1.電子在原子中的運(yùn)動電子在原子中的運(yùn)動是遵循微觀世界的運(yùn)動規(guī)律的。因此，象原子這樣微觀體系的性質(zhì)不能僅從描述宏觀物體運(yùn)動的規(guī)律來導(dǎo)出。由于電子既具有微粒性又具有波動性，所以電子的狀態(tài)不能僅看作是質(zhì)點(diǎn)沿著固定的軌道運(yùn)動。第十三頁，共61頁。2幾率密度每一瞬間電子在空間都有確定的點(diǎn)，如果把電子的位置用點(diǎn)來標(biāo)志，就變成它相對于原子核的位置的幾率分布圖。電子出現(xiàn)的幾率密度的這種分布形象稱為軌道。幾率密度這個(gè)術(shù)語很重要，因?yàn)樗苷_地描述所研究問題的實(shí)質(zhì)。同時(shí)它建立在原子和分子的量子力學(xué)的解釋和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。第十四頁，共61頁。3電子云電子的軌道是絕對不能測定的，而電子的位置只能從幾率圖象中得知；盡管電子的任何瞬間的位置是不知道的，但必竟它是處在空間某一具體的點(diǎn)上。因此不能把電子看成是，電荷分布相當(dāng)于幾率分布的一種霧狀電子云。電子云模型在化學(xué)教學(xué)中常常提起，應(yīng)該使學(xué)生明白電子云這個(gè)術(shù)語應(yīng)理解為對電子出現(xiàn)幾率密度的直觀描述。第十五頁，共61頁。小結(jié)對4個(gè)量子數(shù)的意義及相互關(guān)系的很好把握將能夠搞清楚電子在電子層和電子亞層的分布規(guī)律性（計(jì)算出在每個(gè)電子層最多可容納的電子數(shù)），我們就能更深刻和更清楚地講解元素周期系的結(jié)構(gòu)，從而有助于回答元素性質(zhì)周期性變化問題。第十六頁，共61頁。第二節(jié)元素周期律問題：原子半徑，金屬性與金屬活動性非金屬性等。第十七頁，共61頁。一元素周期系理論的發(fā)展過程

（1

1869年門捷列夫提出元素周期律的理論（2

1894年-1898年稀有氣體的發(fā)現(xiàn)。（3

1913年莫斯萊定律（4

20世紀(jì)初期，逐步發(fā)展起來原子電子層結(jié)構(gòu)理論和原子核結(jié)構(gòu)理論，（5

1940-1974年人們提出并證實(shí)了第二個(gè)稀土族元素——錒系元素的存在。（6

人類對元素周期律理論的認(rèn)識到目前并未完成。

第十八頁，共61頁。

二．原子結(jié)構(gòu)參數(shù)

原子的性質(zhì)常用原子的結(jié)構(gòu)參數(shù)表示。原子的結(jié)構(gòu)參數(shù)是指原子半徑(r)、原子的核電荷數(shù)(Z)、有效核電荷數(shù)

（Z*）、電離能

（I）、電子親和能(Y)、電負(fù)性(χ)、氧化態(tài)等。其中原子的電離能、電子親和能、原子光譜譜線波長等為氣態(tài)的自由原子的性質(zhì)，與別的原子無關(guān)，數(shù)值單一。而原子半徑、電負(fù)性等參數(shù)表示化合物中原子的性質(zhì)，同一種原子在不同的條件下就有不同的數(shù)值。第十九頁，共61頁。1．原子半徑通常所說的原子半徑是指化合物中相鄰兩個(gè)原子的接觸距離為該兩個(gè)原子的半徑之和。不同的化合物原子間的距離不同，原子半徑隨所處環(huán)境而變。標(biāo)志原子大小的原子半徑有金屬原子半徑、共價(jià)單鍵半徑、共價(jià)雙鍵半徑、離子半徑和范德華半徑等，而且其數(shù)值具有統(tǒng)計(jì)平均的含義。因此在比較原子半徑變化的規(guī)律性時(shí)，應(yīng)該注意上述問題。第二十頁，共61頁。2．原子的電離能

氣態(tài)原子失去一個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)正離子時(shí)所需的最低能量稱為原子的第一電離能。電離能的大小和原子的價(jià)態(tài)、原子軌道能級的高低有關(guān)。過渡金屬的價(jià)電子數(shù)較多，電離能的大小相差不大，具有多價(jià)態(tài)性。電離能中第一電離能最重要，其元素周期性規(guī)律也最明顯。第二十一頁，共61頁。3．原子的電子親和能氣態(tài)原子獲得一個(gè)電子成為一價(jià)負(fù)離子時(shí)所放出的能量。

A(g)+e→A(g)+Y

電子親和能的大小既與原子核對該電子的吸引有關(guān)，又與該電子受到的排斥作用有關(guān)。同一周期、同一族中元素的電子親和能沒有單調(diào)的變化規(guī)律。第二十二頁，共61頁。4．原子的電負(fù)性用以量度原子對成鍵電子的吸引能力的相對大小。金屬元素的電負(fù)性較小，非金屬的較大。電負(fù)性是判斷元素金屬性的重要參數(shù)。第二十三頁，共61頁。三．與教學(xué)結(jié)合1．結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系試分析“金屬原子越容易失去電子，金屬的化學(xué)性質(zhì)就越活潑”的說法是否恰當(dāng)。例如：1mol鋅原子失去2mol電子所需能量為2646.9KJ,而1mol鉛原子失去2mol電子所需能量為2161.0KJ，第二十四頁，共61頁。解釋不能只從原子結(jié)構(gòu)這一角度去解釋單質(zhì)或化合物的性質(zhì)，對于單質(zhì)與化合物的性質(zhì)除原子結(jié)構(gòu)因素外，還有化學(xué)鍵的強(qiáng)弱、電離勢、晶格能、水合能等。只有游離原子的性質(zhì)才表現(xiàn)對原子外層電子結(jié)構(gòu)的直接依從性。第二十五頁，共61頁。2．元素的金屬性與金屬活動性試分析：“一般說來，可從元素的單質(zhì)跟水或酸起反應(yīng)置換氫的難易或從元素的氧化物的水化物——?dú)溲趸锏膲A性強(qiáng)弱來判斷元素金屬性的強(qiáng)弱；從元素氧化物的水化物的酸性強(qiáng)弱，或從跟氫氣生成氣態(tài)氫化物的難易，來判斷元素非金屬性的強(qiáng)弱”這種說法是否嚴(yán)密。第二十六頁，共61頁。解釋金屬性一般是指金屬原子的性質(zhì)，是指元素的原子是否容易失去電子或得到電子。金屬活動性一般是指金屬單質(zhì)在水溶液中形成水合離子傾向的能力。金屬單質(zhì)除與金屬原子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。金屬活動順序表基本上按金屬在水溶液中形成低價(jià)離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢順序排列。第二十七頁，共61頁。以銅、鋅為例

鋅銅

I1I2升華熱91517431317501970340第二十八頁，共61頁。以鋰鈉鉀為例：

鋰鈉鉀第一電離能升華熱水合熱標(biāo)準(zhǔn)電極電勢519161—506—3.045494108—397—2.710941890—318—2.925第二十九頁，共61頁。2．理解非金屬性強(qiáng)弱

（1）分析：氟是非常活潑的元素嗎

第三十頁，共61頁。

解釋解釋F的電子親合能（3.399eV）比Cl(3.61eV)小，即得電子能力比Cl小，但氟單質(zhì)比氯單質(zhì)活潑得多，這是因?yàn)镕-F鍵能為155kJ/mol，而Cl-Cl鍵能是247kJ/mol，F(xiàn)2中化學(xué)鍵不牢固，是因?yàn)榉脑影霃叫?，電子間斥力大，所以氟是非?；顫姷膯钨|(zhì)，而不應(yīng)該說氟是非?；顫姷脑亍５谌豁?，共61頁。（2）N2與白磷哪個(gè)活潑

第三十二頁，共61頁。解釋

因?yàn)镹≡N離解成原子的離解能很高，比一般的雙原子分子都高，而P4

是四面體結(jié)構(gòu)，P-P鍵能僅為201kJ/mol，因此白磷活潑。同是磷元素構(gòu)成的紅磷性質(zhì)不同，說明單質(zhì)的性質(zhì)還與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，單質(zhì)性質(zhì)與元素性質(zhì)不能等同。

第三十三頁，共61頁。小結(jié)

由原子結(jié)構(gòu)可以說明元素的性質(zhì)，若要說明單質(zhì)的性質(zhì)，除了考慮原子結(jié)構(gòu)外，還要考慮分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要考慮反應(yīng)的條件。同一周期或同一族元素所組成單質(zhì)的性質(zhì)，往往不像單個(gè)原子那樣有單一方向變化的特點(diǎn)，如果我們只是單從原子結(jié)構(gòu)的規(guī)律去解釋單質(zhì)的行為就會犯科學(xué)性錯(cuò)誤。第三十四頁，共61頁。

第三節(jié)元素周期表

元素的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)決定了元素在周期表的位置；反之，周期表中的每個(gè)位置也反映了該元素的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。因此，根據(jù)某個(gè)元素在周期表里的位置，就可以確定它的原子結(jié)構(gòu)并推測出它應(yīng)該具有的性質(zhì)。第三十五頁，共61頁。一．元素周期表概述化學(xué)元素周期表是化學(xué)元素周期律的具體表現(xiàn)，是化學(xué)元素性質(zhì)的總結(jié)。對某個(gè)元素可從周期表中直接得到下列數(shù)據(jù)：元素的名稱、符號、原子序數(shù)、原子量、電子組態(tài)、族數(shù)和周期數(shù)，可從元素在周期表中的位置判斷它是金屬、非金屬或類金屬，估計(jì)它的電離能、密度、原子半徑、原子體積和氧化態(tài)等等。第三十六頁，共61頁。二、元素周期表與元素性質(zhì)的周期性1．元素周期表與原子電子排布的周期性（1）元素的分區(qū)與原子的電子層結(jié)構(gòu)

根據(jù)原子的電子層結(jié)構(gòu)的特征，可以把周期表的元素所在的位置分為五個(gè)區(qū)—s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、f區(qū)第三十七頁，共61頁。(2)族與原子的電子層結(jié)構(gòu)

按長式周期表，把元素劃分為16個(gè)族；7個(gè)A族和7個(gè)B族，還有一個(gè)零族和一個(gè)第Ⅷ?，F(xiàn)在把元素劃分18個(gè)族，不區(qū)分主族或副族，按長式周期表從左向右依次排列。這種劃分與元素原子的外層和次外層的電子數(shù)有關(guān)。第三十八頁，共61頁。2．元素周期表與原子性質(zhì)變化的周期性以原子半徑和電離能為主要特征的單個(gè)原子的結(jié)構(gòu)變化是有周期性的。如在同一周期中原子半徑一般隨著原子核電荷數(shù)的增加而減小，在每個(gè)主族中，由于電子層數(shù)的增加，原子半徑逐漸增大。但應(yīng)注意該結(jié)論不應(yīng)推廣到副族元素。第三十九頁，共61頁。習(xí)題1短周期元素M和N的離子M2+和N2-具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是：A.M2+的離子半徑比N2-小B.M的原子序數(shù)比N小C.M和N原子的電子層數(shù)相等D.M和N原子最外層電子數(shù)相等A第四十頁，共61頁。習(xí)題2

某周期ⅡA族元素的原子序數(shù)為x，則同周期的ⅢA族元素的原子序數(shù)為：A.只有x+1B.可能是x+8或x+18C.可能是x+2D.可能是x+1或x+11或x+25D第四十一頁，共61頁。

習(xí)題3

已知短周期元素的離子aA2+bB+cC3-dD-

都具有相同的電子層結(jié)構(gòu)，則下列敘述正確的是：A.原子半徑A>B>C>DB.原子序數(shù)a>b>c>dC.離子半徑C>D>B>AD單質(zhì)的還原性A>B>D>CC第四十二頁，共61頁。解題思路分析四種元素在周期表中位置，進(jìn)而分析微粒的性質(zhì)二周期C(N)D(F)三周期B(Na)A(Mg)根據(jù)具有相同電子層結(jié)構(gòu)的簡單離子，核電荷數(shù)越大、微粒半徑越小分析，選項(xiàng)C正確

第四十三頁，共61頁。

3相對論效應(yīng)對元素周期性質(zhì)的影響

相對論效應(yīng)可理解為光速c的有限值與把光速看作∞時(shí)互相比較所產(chǎn)生的差異效應(yīng)。由于相對論效應(yīng)使得m增大，電子繞核運(yùn)動的半徑收縮，電子靠近原子核，能量降低，此即相對論的穩(wěn)定效應(yīng)。第六周期元素的許多性質(zhì)可用6s軌道上的電子具有特別大的相對論穩(wěn)定效應(yīng)加以解釋。第四十四頁，共61頁。a.基態(tài)電子組態(tài)

對比第五周期和第六周期d區(qū)元素的電子組態(tài)，由于第六周期元素6s軌道電子相對論穩(wěn)定效應(yīng)大，導(dǎo)致元素的基態(tài)電子組態(tài)從第五周期價(jià)層的4dn5s1變?yōu)榈诹芷趦r(jià)層的5dn-16s2第四十五頁，共61頁。

b.(6s)2惰性電子對效應(yīng)

相對論效應(yīng)使第六周期元素的6s能級下降幅度大于第五周期元素的5s能級，是促成惰性電子對效應(yīng)出現(xiàn)的重要因素。Tl,Pb,Bi在化合物中常保持低價(jià)態(tài)，出現(xiàn)Tl+,Pb2+,Bi3+化合物，從電離能數(shù)據(jù)可了解其根源，Tl+的半徑（150pm）比In+(140pm)大,但第二、三電離能的平均值對Tl為4848kJ.mol-1,對In為4524kJ.mol-1，相差達(dá)7%，即Tl+的半徑雖大，但最外層的6s電子卻比In+更難于電離。

第四十六頁，共61頁。c.金和汞性質(zhì)的差異

金和汞有相似的電子結(jié)構(gòu)：

79Au[Xe]4f145d106s1

80Hg[Xe]4f145d106s2

由于6s收縮，能級顯著下降，與5d軌道一起形成最外層的價(jià)軌道。這時(shí)金具有類似于鹵素的電子組態(tài)汞具有類似于稀有氣體的電子組態(tài)，單個(gè)原子就是一個(gè)分子，金屬汞和金相比，在性質(zhì)上有顯著差異：第四十七頁，共61頁。二．練習(xí)

1.已知元素砷的原子序數(shù)為33，下列敘述正確的是

A.砷元素的最高化合價(jià)為+3

B.砷元素是第四周期的主族元素

C.砷原子的第3電子層含有18個(gè)電子

D.砷的氧化物的水溶液呈強(qiáng)堿性答案：BC

第四十八頁，共61頁。二．練習(xí)

2.下列關(guān)于稀有氣體的敘述不正確的是；A.原子的最外電子層都有8個(gè)電子B.其原子與同周期ⅠA、ⅡA族陽離子具有相同的核外電子排布C.化學(xué)性質(zhì)非常不活潑D.原子半徑比同周期ⅦA族元素原子的大

[AB]第四十九頁，共61頁。二．練習(xí)

3.甲、乙是周期表中同一主族的兩種元素，若甲的原子序數(shù)為z，則乙的原子序數(shù)不可能是A.z+2Bz+4C.z+8D.z+10

[B]

第五十頁，共61頁。三．網(wǎng)絡(luò)周期表

在互聯(lián)網(wǎng)上有一些搜索性網(wǎng)站。如Google[]，可搜索所需的資源（中英文均可）。例如搜索“元素周期表”，可搜索到3620項(xiàng)，最值得首先瀏覽的是其中的[]有一個(gè)“元素周期表網(wǎng)站放送”。。向我們提供了15個(gè)網(wǎng)站，是比較值得瀏覽的，都可點(diǎn)擊上網(wǎng)，該網(wǎng)站上還有一些元素周期表圖形，點(diǎn)擊均可轉(zhuǎn)至該圖形出處。第五十一頁，共61頁。網(wǎng)絡(luò)周期表的周期表是一個(gè)8年級學(xué)生制作的。將此信息告訴你的學(xué)生，可激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。

上有一個(gè)信息，有10種問訊次數(shù)最多的元素和10種訪問次數(shù)最少的元素。最多的元素是HCOFeAgNaAuNeAlCa。第五十二頁，共61頁。網(wǎng)絡(luò)周期表

/——Webelements是互聯(lián)網(wǎng)上內(nèi)容最豐富的周期表，其內(nèi)容是動態(tài)的不斷更新的。化學(xué)教師瀏覽此網(wǎng)頁可全面了解有關(guān)元素的知識，相信你備課時(shí)登陸該網(wǎng)站，您的教學(xué)思想會大大活躍，不會為找不到素材發(fā)愁。第五十三頁，共61頁。第四節(jié)化學(xué)鍵

化學(xué)鍵的定義和類型通?；瘜W(xué)鍵定義為在分子和晶體中兩個(gè)或多個(gè)原子間的強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致形成相對穩(wěn)定的分子和晶體。共價(jià)鍵、離子鍵和金屬鍵是化學(xué)鍵的三種極限類型。在這三者之間通過鍵型變異而偏離極限鍵型，出現(xiàn)多種多樣的過渡形式的化學(xué)鍵。第五十四頁，共61頁。若干單質(zhì)或化合物存在的化學(xué)鍵類型

單質(zhì)或化合物鍵型

ZnS共價(jià)鍵，離子鍵

NbO離子鍵，金屬鍵

Sn金屬鍵，共價(jià)鍵石墨共價(jià)鍵，金屬鍵，范德華力8Ar·46H2O共價(jià)鍵，氫鍵，范德華力AlP