高中化学(大纲版)第一册第五章物质结构元素周期律第一节原子结构(备课资料)

●备课资料“中子不带电，电子带一个单位的负电荷”的说法正确吗？在20世纪50年月前，科学界广泛以为“中子是不带电的粒子”，但最近几年来科学家经过高能物理实验发现，中子其实不是完整不带电荷，而是其所带负电荷与正电荷的电量相等，电性相反，恰巧抵消，所以中子呈电中性。中子不带电的说法不科学。科学家们发现不单有带负电荷的负电子，还有带正电荷的正电子。负电子和正电子的质量相等，所带的电荷量也相等，但电性恰好相反。所以，我们所说的电子其实是负电子，所以“电子带一个单位的负电荷”的说法应当改成“带一个负电荷的电子”。探究原子世界世界万物是由什么构成的？古希腊学者以为，土、气、火、水这四种元素是万物构成的本源，这叫“元素说”。对“元素说”持不一样建议的古希腊学者德谟克利特以为，宇宙万物只有一种发源，那是一种极细小的颗粒，它小到不可以再切割了，德谟克利特给它取了个名字——原子（这个名字的希腊原文意即不行再切割）。于是“原子论”与“元素说”睁开了一场大争辩，争辩的结果是元素说成功了。原子论为何会失败呢？说来也不奇异，水、火、土、木这些元素即便在古代都是随地可见的，人们看得见、摸得着。但是，原子是什么东西呢？有谁看到过原子吗？对比之下，元素说比原子论更直观、更实在，所以，在“世界是由什么构成的”这样一个哲学问题的争辩中，元素说占了上风，并且统治了学术界达2000年之久。世纪中叶，化学家们发现水能够分解为氢和氧，并且，人们从不一样的“土”（矿石）中炼出铜、铁、金、银等很多金属。由此看来，古希腊学者提出的4种元素都不是最简单的东西。跟着发现的元素愈来愈多，一个问题很自然地被提出来了：这么多元素是否是由更简单的东西所构成的？攻陷这个难题的是英国化学家道尔顿。道尔顿在研究中发现了倍比定律，并在此基础上提出了原子论：（1）全部物质都是由不行见的、不行再切割的原子构成。原子不可以自生自灭。2）同种类的原子在质量、形状和性质上都完整同样，不一样种类的原子则不一样。3）每一种物质都是由它自己的原子构成的。单质是由简单原子构成的，化合物是由复杂原子构成的（即我们此刻所说的分子），而复杂原子又是由为数不多的简单原子所构成。复杂原子的质量等于构成它的简单原子的质量的总和。在道尔顿的原子学说中，原子是元素的最小单元，它们是不行再切割的。原子真的是不行再切割的细小粒子吗？这个看法在19世纪末遇到了严重的挑战。世纪末生产技术的发展，已有可能借助于实验察看电子的行迹。1896年剑桥大学有名的卡文迪许实验室年青有为的主任汤姆生用一只特制的阴极射线管进行了一项实验。他利用实验结果和物理学知识算出了电子的荷质比

（电子所带电荷的量

e与它的质量m的比值e/m），并计算出电子的质量应是氢原子质量的1/1836由此，汤姆生揭开了原子世界神奇的面纱。他自己也因为发现电子而荣获1906年度的诺贝尔物理学奖。

。汤姆生依据自己的实验结果，同时借鉴了其余科学家的研究成就，给原子世界描述了这样一幅图像：原子里充满了带正电的液体，电子都浸在这类“正电液”中，就像葡萄干点缀在一个蛋糕里。电子所带负电荷的总和与“正电液”所带正电荷的总和，在数值上相等，所以原子从外面看上去是中性的。谁也未曾想到，汤姆生提出的这样美好的“葡萄干蛋糕原子模型”，会在10多年后被他的学生卢瑟福所颠覆。卢瑟福是来自距离英国万里之遥的新西兰的留学生，他进入剑桥大学卡文迪许实验室后跟从汤姆生学习实验物理学，因为他勤劳勤学、勤苦研究，很快就做出了骄人的成绩。当时，已有法国科学家贝克勒尔发现原子有放射性的信息。卢瑟福和其余人经过共同努力，终于搞清楚从铀、镭、钋等放射性元素的原子里放射出来的射线起码有三种——α、β、γ射线。卢瑟福对α射线特别感兴趣。他经过深入研究α射线的特色后，萌发了将α粒子看作“炮弹”，把它们射进难以攻破的原子“碉堡”中去密查状况的想法。于是，他进行了有名的散射实验，即用α粒子去轰击金箔。实验的结果，促进他从头提出了一个新的原子模型：原子中有一个很重的核心（叫“原子核”），它集中了原子质量的99%，还集中了所有正电荷；至于电子，则像太阳系的行星一样散布在核心周围绕着它转。人们把卢瑟福的原子模型称为“行星模型”。卢瑟福的原子模型与当时的电磁场理论发生了矛盾。如何解决这个矛盾，向来是当时的人们所探究的。1911年，卢瑟福的实验室里来了一位丹麦的青年物理学家，他叫玻尔。玻尔原来跟从汤姆生研究金属中的电子理论，以后却一头扎进原子模型中去了。玻尔选择了最简单的原子——氢原子作为他的研究对象，他想建立一个新的原子模型。他研究了氢原子的光谱线，并作了两个崭新的假定。①氢原子中的电子在绕原子核旋转时，只好在一些特定的轨道上运动，不可以在其余轨道上运动。电子在每个稳固的轨道上运动时原子拥有必定的能量，电子在不一样的稳固轨道上运动原子就拥有不一样的能量。以氢原子为例，当电子在最里面（即半径最小）的轨道上运动时，氢原子的能量最低。我们把这个起点的能量值计作零。当电子在第二个轨道上运动时氢原子的能量就是10.29电子伏，当电子在第三、四、五、条轨道上运动时，氢原子所拥有的能量值分别为12.09电子伏、12.75电子伏、13.06电子伏。这些不连续的能量值构成了一系列“能级”。②当电子从高能级跃迁到低能级时，它将发射出必定波长的光，这类光辐射的能量恰巧等于这两个能级的能量差。再经过换算就能对应某一条氢原子光谱线的波长。利用这两个假定，玻尔解开了氢原子的光谱线之谜，成了举世有名的原子物理学威望，并荣获1922年度的诺贝尔物理学奖。玻尔的理论固然获得了巨大的成功，但也有不尽人意的地方。特别是他硬性规定电子只好在一些轨道上运动，不可以在其余轨道上运动，显得毫无道理。奥地利物理学家薛定谔信心找寻新的规律。他从法国青年历史学家、以后转行学物理的德布罗意的思想中获得启迪，经过一段时间的绞尽脑汁，终于找到一个新的方程式。它深刻地反应出原子世界的运动规律，以后人们把它称为“薛定谔方程”。有了薛定谔方程，电子的运动行为获得了合理的解说。电子其实不是只好呆在某些轨道上，而其余地方不可以去。在薛定谔方程中，电子能呆在原子世界内的任何地方，不过它们出此刻玻尔所说的轨道上的可能性大得多。这样一来，电子不像绕太阳运行的行星，而是像围绕在高峰顶尖周围的一片云彩了。“电子云”较浓密的地方，就是电子较简单出现的地方；反之，“电子云”很稀疏的地方，就是电子极少光临的地方。经过几代科学家近半个世纪的努力，人们终于看清楚原子世界的实情了。在这个神奇的微观世界里，占统治地位的是带正电的原子核。它占了原子质量的99%以上，却只据有原子体积的万分之一还不到，可见原子里面是多么“空阔”。带负电的轻盈的电子就在这个黑洞洞的空间里运动。它们是那样的“循规蹈距”，从不去占据他人的地点，更不会超越原子王国的“雷池”一步。对原子世界的探究大大丰富了人类的知识宝库，也把物理学推向“量子力学”（薛定谔方程就是它的重要基础）的新阶段。③电子在原子核外的运动状态是相当复杂的。1个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状态。科学实验还告诉我们，在1个原子里，2个电子的：电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状态完整同样是不行能的。这个原理叫泡利不相容原理。依据这个原理，能够知道每一轨道中只好容纳2个自旋方向相反的电子，并可进一步计算出每个电子层中最多可容纳的电子数是2n2。核外电子排布按照泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。能量最低原理就是在不违反泡利不相容原理的前提下，核外电子老是尽先据有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才挨次进入能量较高的轨道，也就是尽可能使系统能量最低。洪特规则是在等价轨道（同样电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不一样的轨道，且自旋方向同样。以后量子力学证明：电子这样排布可使能量最低。所以洪特规则能够包含在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个增补。●综合能力训练题某金属氧化物的化学式为M2O3，一个分子的电子总数为50，每个M离子含10个电子，若此中每个氧原子核内部有8此中子，M2O3的相对分子质量为102，则M原子核内的中子数为C.10D.21分析：此题波及质子、中子、质量数和相对分子质量等相关知识，解题的主要依照是原子构成中的电荷关系和质量关系。3+M2O3中M的化合价为+3，其离子为M，因为每个M离子拥有10个电子，故M原子中含13个电子。设M原子核内中子数为x，则有质量数102=（13+x)×2+16×3，x=14。答案：

A2.有两种气态单质

Am和

Bn，已知

2.4gA

m和

2.1gB

n所含的原子个数相等，而分子数之比为

2∶3。A和

B的原子核内质子数都等于中子数，A原子L层电子数是K层电子数的3倍。1）A、B的元素符号分别是什么？2）Am中的m值是几？分析：此题波及质量、物质的量、摩尔质量及粒子个数之间的关系，还有原子构造及原子核外电子排布的知识。因为波及知识较多，解题时须做到思路清楚，成竹在胸。由题意可知，A为氧元素，Am为氧的单质。设B的相对原子质量为b，则有：2.4·m=2.1·n（原子个数相等）16mbnb=14B的质子数为14/2=7，即B为氮元素。由分子数比为2∶3得：2.4∶2.1=2∶3n∶m=2∶316m14n即Bn为N2，Am为O3。答案：（1）A、B的元素符号分别为O和N。（2）Am中的m值为3。有相对原子质量均大于10的A、B两元素形成的两种化合物X和Y，已知等物质的量的X和Y的混淆物的密度是同样条件下氢气的18.5倍，此中X和Y的质量比为3∶4.4。经测定X的构成为AB，Y的构成为AnB，试经过计算确立A、B两元素的名称。分析：此题波及混淆物的均匀相对