《原子结构与作用力》PPT课件.ppt

,一、原子结构,两个关系式 原子序数=核电荷数=质子数=原子核外电子数 质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）,核组成符号 AZX,质子：Z 个 中子：A-Z 个 核外电子：Z个,1、原子组成：,例1、核内中子数为N的R2+离子，质量数为A，则n g它的氧化物中所含电子的物质的量(mol) A.n(A-N+8)/(A+16) B.n(A-N+10)/(A+16) C.(A-N+2) D.n(A-N+6)/A 氧化物为RO,质子数=A-N+8;式量=A+16；选A,能层：即电子层,按电子能量的高低及离核远近划分。,第一层至第七层符号为： K 、L、 M、 N、 O、 P、 Q,电子能量从低到高离核由近到远,（1）能层与能级,电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动 ，把原子核外电子分成不同的能层；分别用一、二、三、四、五、六、七表示，符号分别为K、L、M、N、O、P、Q。,每层最多容纳电子数为 2n2,2、原子核外电子：,能级：,同一能层的电子，按能量不同分成能级，符号为：s p d f,1、能级符号：ns、np、nd、nf（n代表能层）,2、不同的能层分别有多少个能级？,3、各能级可容纳的最多电子数是？,注:在每一能层中,能级符号的顺序是ns np nd nf.(n代表能层）,任一能层中，能级数能层序数(n),且总是从s开始,各能级所容纳的电子数 : 1、3、5、7的2倍 s p d f 2 6 10 14,1、原子核外电子的每个能层最多能容纳的电子数与能层的序数（n）间存在什么关系？ 2、不同的能层别有多少个能级，与能层的序数（n）间存在什么关系？ 3、英文字母相同的不同能级能容纳的最多电子数是否相同？ 各能级上所能容纳的电子数分别是多少？,最多容纳电子数 = 2n2,第n层就有n个能级,相同,分别是1、3、5、7的2倍,原子的核外电子可以完全按能层次序排布， 填满一个能层再开始下一个能层吗？ 为什么钾原子的排布不是2、8、9， 而是2、8、8、1呢？,（二）构造原理,原子核外电子排布式书写：,2、各能级的能量高低顺序：,ns (n-2)f (n-1)d np,即：1s2s2p3s3p4s3d4p 5s4d,1、各能层能量高度比较：,能层越低，能量越低。,ns np nd nf,根据构造原理，只要我们知道原子序数，就可以写出几乎所有元素原子的电子排布，这样的电子排布是基态原子的。,3、电子排布式用数字在能级符号右上角，表明该能级上排布的电子数。,钠：11：1s22s22p63s1,举例：,据构造原理，写出Al、S 、As、V、Mn原子的电子排布式。（基态）,小结：从电子排布式可以看出电子尽先排在能量低的能层里。在同一能层中也是先排在能量低的能级里。,观察图1-14，这些图称为原子的电子轨道表示式,1每个原子轨道最多只能容纳几个电子？其自旋方向怎样？,2当电子排在同一个能级内时，有什么规律？,即 s能级，只有1个原子轨道，用“ ”表示； P能级，有3个原子轨道，用“ ”表示； d能级，有5个原子轨道，用“ ”表示； f能级，有7个原子轨道，用“ ”表示；,每个轨道最多能容纳的电子数为2个，且自旋方向相反。,4.轨道表示式：,课堂练习,用轨道表示式,表示出铁原子的核外电子排布,洪特规则,泡利原理,能量最低原理,26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2,能量最低原理：是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”。,注意：,核外电子排布规则:,1.能量最低原理,2.泡利不相容原理,3.洪特规则,4.补充规则,相对稳定的状态,全充满（p6，d10，f14）,全空时（p0，d0，f0）,半充满（p3，d5，f7）,24Cr原子的电子排布图:,1s22s22p63s23p63d54s1,不是3d44s2,例：,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,1.能量最低原理:,原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态。,2.基态原子与激发态原子：,处于最低能量的原子叫基态原子; 当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级成为激发态原子。,3.基态、激发态相互转化与能量转化的关系,释放能量,基态原子,激发态原子,吸收能量,4.光谱与光谱分析:,（1）光谱：,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谱。,（2）光谱分析：,利用原子光谱的特征谱线来鉴定元素。 如：1868年根据太阳光谱中有一条地球已知元素中所没有的鲜黄色的明线，发现了元素氦。,锂,氦,汞,发射光谱,吸收光谱,1、 若某基态原子的外围电子排布为4d15s2，则下列说法正确的（ ） A该元素基态原子中共有3个电子 B该元素原子核外有5个电子层 C该元素原子最外层共有3个电子 D该元素原子M能层共有8个电子,B,2、下列图象所发生的现象与电子跃迁无关的是（ ）,A B C D,D,3、对充有氖气的霓虹灯管通电，灯管发出红色光。产生这一现象的主要原因（ ） A电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量 B电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线 C氖原子获得电子后转变成发出红光的物质 D在电流作用下，氖原子与构成灯管的物质发生反应,A,4、电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取（ ） A电子的运动轨迹图像 B原子的吸收光谱 C电子体积大小的图像 D原子的发射光谱,B,下图是锂、氦、汞的吸收光谱和发射光谱。其中图_是原子由基态转化为激发态时的光谱，图_是原子由激发态转化为基态时的光谱。不同元素的原子光谱上的特征谱线不同，请在下图中用线段将同种元素的吸收光谱和发射光谱连接。,宏观物体的运动特征：,可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。,微观物体的运动特征：,核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会多少。,测不准,（用出现机会的大小描述）,宏观、微观运动的比较:,五、电子云与原子轨道,1）原子的行星模型：玻尔,(一)核外电子运动状态的描述：,(二)核外电子运动状态的描述：,2）电子云：,电子云： 现代量子力学指出,不能象描述宏观物质那样,确定一定状态的(1s,2s,2p)的核外电子在某一时刻处于原子核空间何处,而只能确定它在原子核各处出现几率,由此得到的概率分布图看起来象一片云雾,被形象地称为电子云。,描述核外电子运动特征的图象。,电子云中的小黑点：并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率。,图中 表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次。,小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小。,为了表达电子云的形状，给出电子在核外空间经常出现的区域。常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，将这种电子云轮廓图称为“原子轨道”。,3）电子轮廓图的制作：,1s电子在原子核外出现的概率分布图,4）原子轨道：即电子云轮廓图。,电子云形状：,s电子的原子轨道（电子云）形状 是以原子核为中心的球体，在半径相同的球面上，电子出现的机会相同，只有一个伸展方向,不同能层相同能级的原子轨道形状相同,只是半径不同。,随着n值增大，电子的能量越高，电子在离核更远的区域出现的概率增大，电子会向更大的空间伸展，原子轨道半径越大。,P能级的原子轨道图,P(电子云)电子原子轨道,每个P能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以P x,Py,PZ表示。呈纺锤形(或称为哑铃形)，其伸展方向是互向垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。,p能级原子轨道半径，也随着能层n增大而增大。,P能级的原子轨道,同一能层，同一能级p原子轨道半径相同，能量相同，只是取向不同。,d原子轨道，呈花瓣形。nd能级各有5个轨道（既有五个伸展方向）。,f原子轨道，更为复杂。 nf能级各有7个轨道（既有七个伸展方向）。,说明：（1）能层序数越大，原子轨道的半径越大。 （2）不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同。 （3）同一能层的同种能级的原子轨道形状相同，半径相同，能量相同，只是取向不同。,在多电子原子中，电子填充原子轨道时，能量高低有如下规律：,小结：,（5）能级交错： 不同能层不同能级能量高低：ns(n-2)f(n-1)dnp,（4）同一能层的同种能级的原子轨道形状相同，半径相同，能量相同，只是取向不同，原子轨道能量相等如：2Px=2Py=2Pz。,（3）不同能层的同种能级的原子轨道形状相似，只是半径不同，原子轨道能量高低：1s2s3s4s,（2）相同能层上原子轨道能量高低：nsnpndnf,（1）能层序数越大，原子轨道的半径越大。,作用力的考点：,1、区分：共价键、离子键、金属键和分子间作用力 2、区分：分子内作用力和分子间作用力（含氢键）,3、氢键的考查：看氢键、画氢键、算氢键,四、化学键,化学键 概念 作用点 特征 形成条件和规律 示例,离子键,阴阳离子间静电作用,离子,无方向性无饱和性,活泼金属(NH4+)与活泼非金属或酸根,盐、碱金属氧化物,共 价 键,极性键,非极性键,配位键,原子间共用电子对,偏 不偏 一方提供,不同原子 相同原子 特殊原子,有方向性和饱和性,原子有未成对电子电子云要重叠,不同非金属元素之间,同种非金属元素之间,一方有孤对电子，一方有空轨道,CO HX X2 、O2 H2O2 H3O+ NH4+,金属键,金属离子和自由电子间的静电作用,金属离子和自由电子间,无方向性无饱和性,金属单质和合金,Na、钢 镁铝合金,1、用电子式表示下列物质：,2、用电子式表示下列物质的形成过程：,1.电子式：在元素符号周围用小点（或）来表示原 子的最外层电子，这种式子叫电子式。,(1)CaO (2)Na2O (3)CaCl2 （4）Na2O2 （5）H2O2,(1)MgCl2 (2)Na2O2 (3)HCl （4）NH4Cl （5）CCl4 （6）CH3COOH,( A ),电子式是重要的化学用语，能清楚地表示出原子、离子、离子化合物和共价化合物的结构和形成，要能正确地掌握和应用，书写时必须注意以下问题。,1. 用电子式表示离子化合物的形成的注意点：,（1）左边写出形成离子化合物中各原子的电子式，右边写出生成的离子化合物的电子式，中间用“”连接，而不是“=”。,（2）用电子式表示离子化合物的结构时，对于阳离子来说，一般用阳离子符号表示，如Na+等；而阴离子则不同，应在元素符号的周围用小黑点（）或小叉（）表示最外层电子数，外面加上中括号 ，并在中括号的右上角标上离子所带的负电荷数，如 。,（3）构成离子化合物的每一个离子都要单独书写，不可合并，书写原子的电子式时，若有几个相同的原子，可合并书写。如：,2. 用电子式表示共价化合物的形成的注意点：,（1）左边写出形成共价化合物中各原子的电子式，相同可以合并，右边写出生成的共价化合物的电子式，相同原子不可合并，中间用“”连接。,（2）不同元素的原子形成分子时，共用电子对的数目不同，原子最外层电子数目离稳定结构差几个电子，一般要共用几对电子。,（3）由于共价化合物中没有阴、阳离子，所以用电子式表示共价化合物的结构时，不使用中括号，也不标电荷数。如：,3. 电子式书写中的常见错误： （1）漏写未参加成键的电子对。 （2）离子错误合并。 （3）错写分子中原子间的结合方式。 （4）离子化合物、共价化合物不分，乱用或丢掉中括号。 （5）不遵循成键规律，胡乱添加电子。,联系回顾有关概念：结构式、结构简式、化学式、 分子式、路易斯结构式、VSEPR模型。(分子立体结构),路易斯结构式：用短线表示键合电子，小黑点表示未键合的价电子的结构式。,用上述化学用语表示下列物质：CCl4、H2O,分子间作用力（范德华力）,分子间作用力的主要特征：,分子间作用力的能量远远小于化学键。,存在于分子之间的微弱作用力,1、一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力也就越大。,广泛存在于分子晶体中；,只有分子间充分接近时才有分子间作用力；,2、分子间作用力影响着分子晶体的熔沸点大小。,氢键,1.定义：某些物质的分子间（或分子内）H核与活泼非金属原子之间的静电吸引。,2.表示方法：,XH,Y, ,3.形成条件：,X、Y必须为活泼非金属原子（F、N、O）,5.氢键分类：,分子间氢键和分子内氢键,4.结合力强度：,分子间作用力氢键化学键,6.氢键应用：,缔合分子的形成；如(H2O)n、(HF)n,解释某些分子晶体的熔、沸点，密度的反常变化,如沸点：HFHIHBrHCl；H2OH2TeH2SeH2S,化学键、氢键与分子间作用力的比较,键长、键角、键能,概念 意义 键长 成键两原子核间的平均距离 键长越短键越强结合越牢固 键能 破坏1mol化学键所吸收的能量 键能越大键越强结合越牢固 键角 分子内相邻两共价键之间的夹角 决定分子构型，判断分子极性,极性分子、非极性分子,分子 极性分子 非极性分子 概念 正负电荷中心不重合 正负电荷中心重合 判断 极性键、结构不对称 非极性键或极性键、结构对称 实例 双原子 CO NO HX X2 H2 O2 N2 叁原子(AB2) V型 H2O H2S NO2 SO2 直线型 CO2 CS2 肆原子(AB3) 三角锥型 NH3 PH3 平面正三角 BF3 SO3 ( P4,C2H2) 五原子(AB4) CHCl3 CH2Cl2 CH3Cl 正四面体 CH4 CCl4,下列说法正确的是（ ） A离子晶体中可能含有共价键，但不一定含有金属元素 B分子晶体中一定含有共价键 C非极性分子中一定存在非极性键 D对于组成结构相似的分子晶体，一定是相对分子质量 越大，熔沸点越高,A,对于D选项，不一定，如H2OH2TeH2SeH2S,下列物质中含有共价键的离子化合物是 （ ） ABa(OH)2 BKCl CH2O DH2,A,例：下列物质性质的变化规律与分子间作用力有关的是（ ） HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 金刚石的硬度大于硅，其熔、沸点也高于硅 NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低 F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高,D,例：共价键、离子键和范德瓦尔斯力都是微粒之间的不同作用力，下列含有上述两种结合力的是 ( ) Na2O2 SiO2 石墨 金刚石 NaCl 白磷 A B C D,B,例：下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是 CO2 H2S B. C2H4 CH4 C. Cl2 C2H2 D. NH3 HCl,B,例：美国劳仑斯国家实验室曾在1999年宣布用86Kr离子轰击208Pb靶得到118号元素的一种原子，其质量数为293。其后，反复实验均未能重现118号元素的信号，因此该实验室在2001年8月宣布收回该论文。但是科学家们相信，完成的第七周期包含的元素数目与第六周期相同。若118号元素将来被确认，则下列预测合理的是： A.它的中子数是118 B.它是第八周期元素 C.它是活泼的金属元素 D.它的最外层电子数是8,D,例2下列各分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是 A. BeCl2 B. PCl3 C. PCl5 D. N2 B.D 例3下列各分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是 A.光气(COCl2) B.六氟化硫 C.二氟化氙 D.三氟化硼 A. 用排除法,10. 下图中每条折线表示周期表AA中的某一族元素氢化物的沸点变化，每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是（ ）,A. H2S B. HCl C.PH3 D.SiH4,a,1、1mol 水，氢键 mol，共价键 mol。 2、能量：冰完全汽化为单个气态水分子 吸收热量：50KJ/mol，氢键能量20KJ/mol，则范德华力 KJ/mol。 若冰熔化为水，吸热5KJ/mol。,考点三、晶体结构,1、典型晶体结构-分割法,提炼,2、晶体结构 性质,例5、1999 年美国科学杂志报道：在 40GPa 高压下，用激光器加热到 1800K ，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是（ ） A、原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度 B、原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料 C、原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料 D、每摩尔原子晶体干冰中含 4molC O 键,B,二氧化硅晶体结构,二氧化硅中SiO键夹角为10928 ，,回原子晶体,结束,金刚石晶体结构模型,回原子晶体,结束,氯化钠的晶体结构如图，如何根据其结构分析出化学式,想一想,Na+ Cl-,干冰晶体结构示意图,回分子晶体,由此可见，每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子。,结束,回题目,15二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有鳞石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如下图： 下列有关说法正确的是 A方英石晶体中存在着SiO4结构单元 B1molSi原子形成2molSiO键 C上图所示的结构单元中实际占有18个Si原子 D方英石晶体中，SiO键之间的夹角为90,科学家发现的C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图C）。因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（图D），图A、图B分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。,(1)金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管物理性质存在较大差异的原因是 。 (2)常温下足球烯和碳