结构化学与中学化学教学

1、1 2021-7-16 教学内容教学内容 中学中学物质结构与性质物质结构与性质教材内容教材内容 原子结构与性质原子结构与性质 分子结构与性质分子结构与性质 晶体结构与性质晶体结构与性质 物质结构与性质物质结构与性质相关习题的解题思路相关习题的解题思路 高考结构化学题的解题思路和教学设计高考结构化学题的解题思路和教学设计 奥赛结构化学题的解题思路和教学设计奥赛结构化学题的解题思路和教学设计 2 2021-7-16 教学方式教学方式 教学方式：教学方式： 讲授，分析与讨论，做题讲授，分析与讨论，做题 考试方式：考试方式： 作业作业 收集整理题目和解题的教学思路收集整理题目和解题的教学思路 试讲试讲

2、 笔试笔试 3 2021-7-16 第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质 知识归纳知识归纳 4 2021-7-16 本本 章章 知知 识识 网网 络络 原原 子子 结结 构构 元元 素素 周周 期期 律律 电子层电子层 结构结构 能层与能级能层与能级 电子云与原子轨道电子云与原子轨道 核外电子排布规律核外电子排布规律 原子半径原子半径 电离能电离能 电负性电负性 对角线规则对角线规则各周期元素数目各周期元素数目 周期表中元素的分区周期表中元素的分区 电子排布式电子排布式 原子实原子实 外围电子排布外围电子排布 能量最低原理能量最低原理 泡利原理泡利原理 洪特规则洪特规则 构造原理构造原理

3、 本章知识网络本章知识网络 元素的金属性与非金属性元素的金属性与非金属性 基态与基态与 激发态激发态 5 2021-7-16 能层能层n n1 12 23 34 4 符符 号号K KL LMMN N 能级能级s s2s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f 4f 轨道数轨道数1 11 13 31 13 35 51 13 35 57 7 最多容纳最多容纳 的电子数的电子数 2 22 26 62 26 610102 26 610101414 2 28 818183232 2n2 能层、能级、原子轨道之间的关系能层、能级、原子轨道之间的关系 6 2021-7-16 构造原理

4、与电子排布式构造原理与电子排布式 关键点：一定要记住电子排入轨道的顺序，关键点：一定要记住电子排入轨道的顺序， 这是本章最重要的内容。从第四能层开这是本章最重要的内容。从第四能层开 始，该能层的始，该能层的nsns与与npnp能级之间插入了能级之间插入了(n-(n- 1) 1)层的层的d d能级，第六能层开始还插入（能级，第六能层开始还插入（n-n- 2 2）f f，其能量关系是：，其能量关系是：nsns（n-2n-2）f f （n-1n-1）d d npnp 核外电子排布的表示方法：核外电子排布的表示方法： 7 2021-7-16 能量最低理能量最低理 泡利原理（电子的自旋）泡利原理（电子的

5、自旋） 洪特规则洪特规则 电子按这一能级顺序填充，填满一个能级再填一个电子按这一能级顺序填充，填满一个能级再填一个 新能级，这种规律称为构造原理。新能级，这种规律称为构造原理。 以上使得原子核外电子排布最外层不超过以上使得原子核外电子排布最外层不超过8 8个电子，个电子， 次外层最多不超过次外层最多不超过1818个电子等。个电子等。 核外电子排布原则核外电子排布原则 8 2021-7-16 四、核外电子排布规律四、核外电子排布规律 用轨道表示式表示出铁原子的用轨道表示式表示出铁原子的 核外电子排布核外电子排布 洪特规则洪特规则 泡泡 利利 原原 理理 能量最低原理能量最低原理 构造构造 原理原

6、理 9 2021-7-16 基态与激发态基态与激发态 基态原子基态原子 处于最低能量状态的原子。处于最低能量状态的原子。 激发态原子激发态原子 当基态原子中的电子吸收能量后，电子会当基态原子中的电子吸收能量后，电子会 跃到较高能级，变成激发态原子。跃到较高能级，变成激发态原子。 原子光谱原子光谱 可用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光可用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光 谱或发射光谱，总称原子光谱。谱或发射光谱，总称原子光谱。 10 2021-7-16 电子云与原子轨道电子云与原子轨道 电子云电子云 处于一定空间运动状态的电子在原子核外处于一定空间运动状态的电子在原子核外 空间的概率密度分布的形

7、象化描述。空间的概率密度分布的形象化描述。 原子轨道原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运量子力学把电子在原子核外的一个空间运 动状态称为一个原子轨道。（单电子轨道动状态称为一个原子轨道。（单电子轨道 波函数）波函数） 11 2021-7-16 练习 P.12 学与问 习题 思考几个概念 电子排布式，电子排布图，结构示意图 12 2021-7-16 1.原子核外电子排布原理原子核外电子排布原理 (1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循能量最低原理：原子的核外电子排布遵循 构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。 (2)泡利原理：每个原子轨道最多

8、只能容纳泡利原理：每个原子轨道最多只能容纳2个个 电子，而且自旋方向相反电子，而且自旋方向相反(自旋只有两种方向，自旋只有两种方向， 用用、表示表示)。 13 2021-7-16 (3)洪特规则：当电子排布在同一能级的洪特规则：当电子排布在同一能级的 不同轨道时，总是优先单独占据一个轨不同轨道时，总是优先单独占据一个轨 道，而且自旋方向相同。道，而且自旋方向相同。 14 2021-7-16 (4)特例特例 有少数元素的基态原子的电子排布对于有少数元素的基态原子的电子排布对于 构造原理有构造原理有1个电子的偏差。因为能量相个电子的偏差。因为能量相 同的原子轨道在全充满同的原子轨道在全充满(如如p

9、6和和d10)、半充、半充 满满(如如p3和和d5)和全空和全空(如如p0和和d0)状态时，体状态时，体 系的能量较低，原子较稳定。系的能量较低，原子较稳定。 规律总结规律总结 多电子原子中，原子轨道能量的高低存多电子原子中，原子轨道能量的高低存 在以下规律：在以下规律： 相同能层上原子轨道能量的高低：相同能层上原子轨道能量的高低：ns npndnf。 15 2021-7-16 形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s 4s 同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道 的能量相等，如的能量相等，如2px、2py、2pz轨

10、道的能量相等。轨道的能量相等。 2基态原子中电子在原子轨道上的排布顺序：基态原子中电子在原子轨道上的排布顺序： 基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图所基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图所 示。它表示随着原子序数的递增，基态原子的核外示。它表示随着原子序数的递增，基态原子的核外 电子按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上：电子按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上： 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s这是从实验得到这是从实验得到 的一般规律，适用于大多数基态原子的核外电子排的一般规律，适用于大多数基态原子的核外电子排 布。布。 16 2021-7-1

11、6 17 2021-7-16 3基态原子核外电子排布的表示方法基态原子核外电子排布的表示方法 (1)原子结构示意图原子结构示意图(或称原子结构简图或称原子结构简图) 可表示核外电子分层排布和核内质子数，可表示核外电子分层排布和核内质子数， 如如O：。：。 (2)电子式电子式 在元素符号周围用在元素符号周围用“”或或“”表示原子表示原子 最外层电子数目的式子，如最外层电子数目的式子，如 18 2021-7-16 (3)电子排布式电子排布式 用数字在能级符号右上角表明该能级用数字在能级符号右上角表明该能级 上排布的电子数，如上排布的电子数，如K： 1s22s22p63s23p64s1。 为了避免电

12、子排布式书写过于繁琐，为了避免电子排布式书写过于繁琐， 把内层电子达到稀有气体元素原子结构把内层电子达到稀有气体元素原子结构 的部分以相应稀有气体的元素符号外加的部分以相应稀有气体的元素符号外加 方括号表示，如方括号表示，如K：Ar4s1。 19 2021-7-16 (4)电子排布图电子排布图(轨道表示式轨道表示式) 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头每个方框代表一个原子轨道，每个箭头 代表一个电子，如氧元素基态原子的电代表一个电子，如氧元素基态原子的电 子排布如图所示：子排布如图所示： 20 2021-7-16 误区警示误区警示 在书写基态原子的电子排布图时，常在书写基态原子的电子排布图时，

13、常 出现以下几种错误：出现以下几种错误： 当出现当出现d轨道时，虽然电子按轨道时，虽然电子按ns、(n 1)d、np顺序填充，但在书写电子排布式顺序填充，但在书写电子排布式 时，仍把时，仍把(n1)d放在放在ns前。例如：前。例如：Fe： 1s22s22p63s23p63d64s2，正确；，正确； Fe：1s22s22p63s23p64s23d6，错误。，错误。 21 2021-7-16 教学目标教学目标 1、进一步认识周期表中原子结构和位置、价态、元、进一步认识周期表中原子结构和位置、价态、元 素数目等之间的关系。素数目等之间的关系。 2、知道外围电子排布和价电子层的涵义。、知道外围电子排布

14、和价电子层的涵义。 3、认识周期表中各区、周期、族元素的原子核外电、认识周期表中各区、周期、族元素的原子核外电 子排布的规律。子排布的规律。 4、知道周期表中各区、周期、族元素的原子结构和、知道周期表中各区、周期、族元素的原子结构和 位置间的关系。位置间的关系。 5、掌握原子半径的变化规律。、掌握原子半径的变化规律。 6、能说出元素电离能的涵义，能应用元素的电离能、能说出元素电离能的涵义，能应用元素的电离能 说明元素的某些性质。说明元素的某些性质。 22 2021-7-16 7、进一步形成有关物质结构的基本观念，初步认识物质的结、进一步形成有关物质结构的基本观念，初步认识物质的结 构与性质之间

15、的关系。构与性质之间的关系。 8、认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系。、认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系。 9、认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应、认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应 用价值。用价值。 10、能说出元素电负性的涵义，能应用元素的电负性说明元、能说出元素电负性的涵义，能应用元素的电负性说明元 素的某些性质。素的某些性质。 11、能根据元素的电负性资料，解释元素的、能根据元素的电负性资料，解释元素的“对角线对角线”规则，规则， 列举实例予以说明。列举实例予以说明。 12、能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测、能从物质

16、结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测 物质的有关性质。物质的有关性质。 13、进一步认识物质结构与性质之间的关系，提高分析问题、进一步认识物质结构与性质之间的关系，提高分析问题 和解决问题的能力。和解决问题的能力。 23 2021-7-16 一、元素周期表的结构 周期周期 短周期短周期 长周期长周期 第第1周期：周期：2 种元素种元素 第第2周期：周期：8 种元素种元素 第第3周期：周期：8 种元素种元素 第第4周期：周期：18 种元素种元素 第第5周期：周期：18 种元素种元素 第第6周期：周期：32 种元素种元素 不完全周期不完全周期第第7周期：周期：26种元素种元素 镧镧57La 镥

17、镥71Lu 共共15 种元素称镧系元素种元素称镧系元素 锕锕89Ac 铹铹103Lr 共共15 种元素称锕系元素种元素称锕系元素 周期序数周期序数 = = 电子层数（能层数）电子层数（能层数） （横行）（横行） 族族 主族：主族： 副族：副族： A , A , A , A ,A , A , A 第第VIII 族：族： 稀有气体元素稀有气体元素 主族序数主族序数= =最外层电子数最外层电子数= =价电子数价电子数 = =最高正价数最高正价数 （纵行）（纵行） 零族：零族： 共七个主族共七个主族 B , B , B , B ,B , B , B 共七个副族共七个副族 三个纵行三个纵行(8、9、10

18、），位于），位于 B 与与 B中间中间 一、元素周期表的结构 复习回忆复习回忆 25 2021-7-16 原子半径：原子半径： 电离能：电离能： 第一电离能：第一电离能： 。 电离能反映了不同元素的原子失电子的难易，电离能反映了不同元素的原子失电子的难易， 同时也与元素的金属性密切相关。同时也与元素的金属性密切相关。 每个周期的第一个元素第一电离能最每个周期的第一个元素第一电离能最 最后最后 一个元素的第一电离能最一个元素的第一电离能最 。 同族元素从上至下，元素的第一电离能逐同族元素从上至下，元素的第一电离能逐 渐渐 。 原子半径原子半径 电离能电离能 26 2021-7-16 电负性：用来

19、描述不同元素的原子对键合电子吸引电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引 力的大小。以氟的电负性为力的大小。以氟的电负性为4.04.0，锂的电负性为，锂的电负性为1.01.0作作 为相对标准为相对标准, ,得出了各元素的电负性。得出了各元素的电负性。 电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强 弱的尺度，金属的电负性一般小于弱的尺度，金属的电负性一般小于1.81.8，非金属的电负，非金属的电负 性一般大于性一般大于1.81.8，而位于非金属三角区边界的，而位于非金属三角区边界的“类金属类金属” 电负性的电负性在电负性的电负性在1.81.8左右。

20、它们既有金属性，又有非左右。它们既有金属性，又有非 金属性。金属性。 对角线规则：对角线规则： 元素周期表中各周期最多容纳的元素数目分别为：元素周期表中各周期最多容纳的元素数目分别为： 2 2、8 8、8 8、1818、1818、3232、3232、5050 电负性电负性 对角线规则对角线规则 27 2021-7-16 除除dsds区外，区的名称来自按构造原区外，区的名称来自按构造原 理最后填入的电子的能级的符号。理最后填入的电子的能级的符号。 28 2021-7-16 练练 习习 1 1、以下能级符号不正确的是：、以下能级符号不正确的是： A 5s B 4d C 3f D 6p A 5s B

21、 4d C 3f D 6p 2 2、下列各原子或离子的电子排布式正确的是、下列各原子或离子的电子排布式正确的是 A F 1s A F 1s2 22s2s2 22p2p7 7 B Na B Na+ + 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 C Fe C Fe D Al D Al3+ 3+ 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 2 3 3、下列核外电子排布属于基态的是、下列核外电子排布属于基态的是 A C 1s A C 1s2 22s2s1 12p2p3 3 B C 1s B C 1s2 22s2s2 22p2p2 2 C Fe 1s C Fe 1s2 22s2s2 22

22、p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2 D Mg 1s D Mg 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 13p3p1 1 4 4、下列原子结构与洪特规则有关的是、下列原子结构与洪特规则有关的是 A CuA Cu原子的外围电子排布是原子的外围电子排布是 3d3d10 104s 4s1 1而不是而不是3d3d9 94s4s2 2。 B S B S 原子的价电子排布是原子的价电子排布是 3s3s2 23p3p4 4而不是而不是3s3s1 13p3p5 5。 C Fe C Fe 原子的外围电子排布是原子的外围电子排布是3d3d6 64s4s2 2 而不是而不是

23、3d3d8 8。 D N D N原子的最外层有原子的最外层有3 3个未成对电子，且自旋方向相同。个未成对电子，且自旋方向相同。 29 2021-7-16 5 5、氢原子的电子云图中小黑点表示的是、氢原子的电子云图中小黑点表示的是 A A个小黑点表示一个电子个小黑点表示一个电子 黑点的多少表示电子个数的多少黑点的多少表示电子个数的多少 表示电子运动的轨迹表示电子运动的轨迹 表示电子在核外空间出现机会的多少表示电子在核外空间出现机会的多少 、仔细研究构造原理，得出、仔细研究构造原理，得出nsns、npnp、(n-1)d(n-1)d、 (n-2)f (n-2)f 能级的高低顺序是：能级的高低顺序是：

24、， 这与元素周期表中每个周期所容纳的元素个数这与元素周期表中每个周期所容纳的元素个数 有何关系？有何关系？ 练练 习习 30 2021-7-16 电子层数：相同条件下，电子层数越多，半径越大。电子层数：相同条件下，电子层数越多，半径越大。 核电荷数核电荷数: : 相同条件下，核电荷数越多，半径越小。相同条件下，核电荷数越多，半径越小。 核外电子数核外电子数: :核电荷数相同条件下，核外电子数越多核电荷数相同条件下，核外电子数越多 ，半径越大。，半径越大。 1 1、同周期元素的原子半径随核电荷数的增大而减小、同周期元素的原子半径随核电荷数的增大而减小 （稀有气体除外）如：（稀有气体除外）如：Na

25、MgAlSiPSCl.NaMgAlSiPSCl. 2 2、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大 。如：。如：LiNaKRbCsLiNaKRbCs 3 3、同主族元素的离子半径随核电荷数的增大而增大、同主族元素的离子半径随核电荷数的增大而增大 。如：。如：F F- -ClCl- -BrBr- -I Na Na+ +MgMg2+ 2+Al Al3+ 3+ 5 5、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半 径越小。如径越小。如FeFeFeFe2+ 2+Fe Fe3+ 3+ 微微 粒粒 半半 径径 的的 比

26、比 较较 判判 断断 的的 依依 据据 具具 体体 规规 律律 31 2021-7-16 金属金属 性强性强 弱弱 非金非金 属性属性 强弱强弱 与水反应置换氢的难易与水反应置换氢的难易 最高价氧化物的水化物碱性强弱最高价氧化物的水化物碱性强弱 单质的还原性或离子的氧化性（电解中在阴极单质的还原性或离子的氧化性（电解中在阴极 上得电子的先后）上得电子的先后） 互相置换反应互相置换反应 原电池反应中正负极原电池反应中正负极 与与H H2 2化合的难易及氢化物的稳定性化合的难易及氢化物的稳定性 最高价氧化物的水化物酸性强弱最高价氧化物的水化物酸性强弱 单质的氧化性或离子的还原性单质的氧化性或离子的还原性 互相置换反应互相置换反应 判判 断断 依依 据据 元素的金属性与非金属性元素的