2016中职《化学》（农林牧渔 高教版）课件 第一章 化学基本概念和理论 第一节 走进微观世界—原子结构和化学键（之一）

第一章 化学基本概念和理论,科学技术以惊人的速度改变着人类的生产和生活状况。世界是物质的，这句话人人皆知。我们生活的地球是一个看得见摸得着的物质世界，而构成这一切的是一些肉眼难辨的微观物质，宏观世界复杂，微观世界则很微妙。 微观世界中基本粒子的存在、规律、性质、结合成宏观物质的方式以及对宏观物质性质的决定作用，是宏观物质变化的基础，有待我们去了解和探索。这一章，我们将了解物质微观世界的一些基本知识和化学上的一些基本理论。,第一章 化学基本概念和理论,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,第二节 宏观与微观的桥梁摩尔,第三节 物质变化的速度和进度 化学反应速率和化学平衡,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,大块金子是黄色的，10 nm 的金颗粒是绿色的，而1nm（10-9m）的金颗粒是红色的。1nm约等于10个原子排列起来的长度。做个比较，相当于一根头发丝直径的八万分之一。人们在纳米材料方面的研究，是利用它在某一特性方面的变化来改变原材料的效能。下图是1990年IBM公司的实验室在扫描隧道显微镜下移动的原子图，其中（a）是用35个氙（Xe）原子排列的IBM字样，（b）是用101个铁原子拼出的迄今为止最小的汉字。,你知道吗？,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,教学目标,1.了解原子的组成、同位素及其应用，了解原子核外电子的排布规律。 2.了解元素周期表的结构，理解元素周期表中元素及其化合物性质的递变规律及应用。 3.了解离子键和离子化合物、共价键和共价化合物的基础知识。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,在科学上，从物质的宏观组成分析，物质是由化学元素组成的，例如，水是由氢元素和氧元素组成的，二氧化碳是由碳元素和氧元素组成的；从物质的微观结构上分析，物质是由极小的微粒构成的。通过初中化学的学习已知：构成物质的微粒通常有三种分子、原子和离子。例如，水是由水分子构成的；稀有气体氦、氖、氩是由原子直接构成的；氯化钠是由带正电荷的阳离子（Na）和带负电荷的阴离子(C1)构成的。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,不同的物质是由分子、原子、离子三种微粒的哪一种微粒构成的呢？,物质的宏观组成和物质的微观构成的关系图,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（一）构成原子的粒子,原子理论最早是由古希腊哲学家留基伯和他的学生德谟克利特提出来的。“原子”一词的原意是指“不可分割的粒子”。现代科学证明，原子是由比它更小的微粒构成的，物质是无限可分割的，这也是辨证唯物主义的观点。,古希腊唯物主义哲学家留基伯的画像,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（一）构成原子的粒子,原子由居于原子中心且带正电荷的原子核和核外电子构成的，原子比纳米更微小，它的直径约为10-10m。 原子核直径为10-15m10-14m，约为原子直径的十万分之一。原子内部的空间里，电子绕原子核高速运动着，其速度大小接近于光速。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（二）粒子的电性和电量,原子核中的每个质子带一个单位正电荷，中子不带电（个别原子核没有中子），核外电子带负电荷。由于原子核所带的电量跟核外电子所带的电量相等，电性相反，原子作为一个整体是呈电中性的。因此，原子核带的电荷数是由质子数决定的，即： 核电荷数核内质子数核外电子数,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,科学试验测定得出质子、中子和电子的质量。为方便起见，通常用一个12C原子质量的1/12作为标准，其他粒子的质量和它相比得出数值，称为粒子的相对质量。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,构成原子的粒子及其性质,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,通过简单计算得知：原子核外电子的质量微乎其微，原子的质量几乎全部集中在原子核上。 如果电子的质量忽略不计，原子相对质量的整数部分就等于质子相对质量（取整数）和中子相对质量（取整数）之和，这个数叫做质量数，用符号A表示。质子数用符号Z表示，中子数用符号N表示，则,A = Z + N,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,想一想：是否有的原子原子核里没有中子？硫原子的质量数为32，那么该硫原子的中子数是多少？,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,以 代表质量数为A、质子数为Z的原子，那么构成原子的粒子之间关系可表示如下：,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,想一想：氢元素的一种原子质量数为1，请问：这个氢原子的中子数是几？核外电子数是几？,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,实践活动：通过图书或网络了解IBM公司的科学家从1981年到2008年是如何引领纳米技术的？更多地了解纳米技术在生产和生活中的应用。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,一、原子组成,（三）粒子的质量和质量数,实践活动：借助图书和网络或参观军事博物馆，做如下调查了解，扩大自己的知识面。 我国第一颗原子弹和氢弹何时发射成功的？原子弹、氢弹和中子弹有何不同？了解前苏联的切尔诺贝利核电站发生核泄漏事件的时间和造成的危害。了解核能在民用生活上的应用情况。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,二、核外电子的排布规律,科学实验证明，电子以接近光的速度在核外的空间里作高速运动。在含有多个电子的原子里，电子的能量并不相同。能量低的电子，在离核近的区域运动；能量高的电子，在离核远的区域运动。通常用电子层来表示运动着的电子距离原子核的远近。,电子离核距离由近到远,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,二、核外电子的排布规律,核电荷数118号元素原子的核外电子排布,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,二、核外电子的排布规律,稀有气体元素原子的核外电子排布。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,二、核外电子的排布规律,核外电子排布的一般规律： （1）核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后依次排布在能量逐步升高的电子层里。 （2）各电子层最多容纳的电子数为2n2个（n为电子层数）。即K层最多容纳的电子数为212=2个； L层最多容纳的电子数为222=8个； M层最多容纳的电子数为232=18个；以此类推。 （3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。次外层的电子数不超过18个，倒数第三层的电子数不超过32个。 以上规律是相互联系的，不能孤立地理解。例如，19号元素钾的核外电子排布为2、8、8、1。而不能排布为2、8、9，否则违背最外层电子数不超过8个的规律。一般地说，最外层8个电子是相对稳定的结构。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,二、核外电子的排布规律,想一想：钠原子最外层只有1个电子，若达到8个电子的稳定结构，在化学反应中是得7个电子容易还是失去1个电子容易？氯原子最外层有7个电子，若达到8个电子的稳定结构，其趋势如何？,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,随着科技的进步，人们对元素的性质和原子结构的认识逐步深入。人们已经知道，原子的核电荷数和核外电子的排布是决定元素周期关系最根本的因素。按核电荷数由小到大的顺序给元素编序号，这个序号叫做该元素的原子序数。 综合以前所学知识可以得到如下关系式： 原子序数核电荷数质子数核外电子数,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（一）元素周期律,元素原子最外层电子排布呈周期性变化,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,原子序数为12的元素，即从氢到氦，有一个电子层，电子数由1增加到2，K层电子数为2时是稳定结构。 原子序数为310号元素，即从锂到氖，都有2个电子层，最外层电子由1个递增至8个电子（稳定结构）。 原子序数为1118号元素，即从钠到氩，都有3个电子层，最外层电子也是由1个递增至8个电子（稳定结构）。 继续研究18号以后的元素，尽管情况复杂一些，但每隔一定序数，元素会重复出现最外层电子数依次增加并以稀有气体元素结束，然后再次循环。 由此可知，随着原子序数的递增，元素原子最外层电子的排布呈周期性变化。,（一）元素周期律,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（一）元素周期律,元素原子半径呈周期性变化,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,从3Li9F，原子半径由大到小排列；从11Na17Cl，原子半径由大到小排列；从19K35Br，37Rb53I等也如此，也就是说，元素的原子半径随原子序数的递增而呈周期性变化。,元素原子半径呈周期性变化,（一）元素周期律,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,元素主要化合价呈周期性变化,（一）元素周期律,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,元素主要化合价呈周期性变化,从3Li9F、11Na17Cl，元素化合价都是从17（O、F除外）。从4C9F 14Si17Cl，元素负化合价都是由41。也就是说，元素的化合价随着原子序数的递增也呈周期性变化。 以上所述的周期性变化，不是一种简单的重复和重现，它包含着由量变到质变的辩证过程。从大量事实中，我们可以归纳出这样一条规律：元素的性质随着原子序数即核电荷数的递增而呈现周期性的变化，这个规律叫做元素周期律。,（一）元素周期律,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,想一想：你能否总结出39号、1117号元素核外电子排布的规律及与它们自身是金属还是非金属的关系？,（一）元素周期律,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,18691871年间，任彼得堡大学教授的门捷列夫将已经发现的63种化学元素排列成一张元素周期表，横行表示周期，纵列表示族，并且明确指出：“元素以及由元素组成的单质或化合物的性质，周期性地随着它们的原子量而改变。”门捷列夫还大胆修正了一些元素的原子量，改排了一些元素的位置，并在表中留下许多空位，指出这些空位上还有一些没有发现的元素，同时预言了它们的性质。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,把电子层数相同而又按原子序数由小到大排列的一系列元素作为表中的一个横行，称为一个周期。元素周期表中有7个横行，也就是7个周期。 周期的序数电子层数,周期表的结构周期,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,周期表的结构周期,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,周期表中，第6周期从57号镧到71号镥共排列有15种元素，它们的电子层结构和性质非常相似，放在周期表的同一格中，总称为镧系元素。第7周期从89号锕到103号铹共有15种元素，它们的电子层结构和性质也非常相似，放在周期表的同一格中，总称为锕系元素。这种排列使周期表的结构紧凑，同时将镧系和锕系元素另列二行附在下方。,周期表的结构周期,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,元素周期表有18纵行，划分为16个族（第8，9，10三个纵行为一族）。,周期表的结构族,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,由短周期元素和长周期元素共同构成的族，叫做主族。只由长周期元素构成的族，叫副族。主族和副族分别表示为A、A、A和B、B、B。稀有气体元素的原子在通常情况下难以发生化学反应，一般把它的化合价看作0，因而叫零族。所有的副族和第族元素一般统称为过渡元素。,周期表的结构族,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,实践活动：如果你有彩色画笔，请自己画一张元素周期表，然后按区域填上你喜欢的色彩。,周期表的结构,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,同一主族元素，它们的最外层电子数相同，化学性质相似，但由于从上到下电子层数增多，原子半径增大（图1-7），失电子越来越容易，得电子能力逐渐减弱。所以，同一主族，从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。,元素性质的递变规律同主族元素,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,取两只100 mL烧杯，各加入60 mL蒸馏水；切绿豆大小的金属钾和钠，分别放入盛水的烧杯中，观察现象。 通过实验可以明显地看到，钾与水的反应比钠与水的反应剧烈，并且能使生成的气体燃烧，发生轻微爆炸。 本实验证实了在金属性上：KNa。,元素性质的递变规律同主族元素,实验1-1,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,取2支洁净试管，各盛3mL蒸馏水，在第一支试管里加入少量镁粉，观察现象；然后，加热至沸腾，再观察现象。第二支试管中加入少量铝粉，观察现象；然后加热至沸腾，观察现象。向两只试管中各滴入酚酞两滴，观察现象。（钠与水的反应实验1-1已看到，可作对比。）,元素性质的递变规律同周期元素,实验1-2,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,实验1-2实验现象及原理如下表所示：,元素性质的递变规律同周期元素,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,另取两支洁净试管，各盛3 mL稀盐酸，分别加入少许镁粉、铝粉，观察现象。,元素性质的递变规律同周期元素,实验1-3,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,元素性质的递变规律同周期元素,上述实验证实，金属性：NaMgAl。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,元素性质的递变规律同周期元素,11Na、12Mg、13Al一直到17Cl，可以看出：最外层电子数依次增多，原子失电子的能力逐渐减弱，得电子的能力逐渐增强。因此，同周期，从左到右，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（二）元素周期表,上页图中，除氢元素例外，虚线的左侧是金属元素，右侧是非金属元素。左下方是金属性最强的元素，右上方是非金属性最强的元素。最后一个纵行是稀有气体元素。元素的金属性、非金属性并无严格界线，位于分界线附近的元素，往往既表现某些金属性质，又表现某些非金属性质。,第一节 走进微观世界原子结构和化学键,三、元素周期律 元素周期表,（三）元素周期律和元素周期表的