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1、第2章原子结构和化学键本讲稿第一页，共六十六页扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜化学研究的对象是化学研究的对象是自然界的各种物质自然界的各种物质浩瀚的宇宙和地球上的物质大多以原子或浩瀚的宇宙和地球上的物质大多以原子或分子形态存在。分子形态存在。有否适当的仪器能观察到原有否适当的仪器能观察到原子的存在？原子究竟有什么样的结构呢？子的存在？原子究竟有什么样的结构呢？本讲稿第二页，共六十六页用扫描隧道显微镜用扫描隧道显微镜的针尖将原子一个的针尖将原子一个个地排列成汉字，个地排列成汉字，汉字的大小只有几汉字的大小只有几个纳米。个纳米。这是中国科学院化学所的科技人员这是中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技
2、术在石墨表面通过利用纳米加工技术在石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出的世界上最小搬迁碳原子而绘制出的世界上最小的中国地图。这幅地图到底有多小的中国地图。这幅地图到底有多小呢？打个比方吧，如果把这幅图放呢？打个比方吧，如果把这幅图放大到一张一米见方的中国地图大小大到一张一米见方的中国地图大小的尺寸，就相当于把该幅地图放大的尺寸，就相当于把该幅地图放大到中国辽阔的领土的面积。到中国辽阔的领土的面积。本讲稿第三页，共六十六页本讲稿第四页，共六十六页 原原子子结结构构本讲稿第五页，共六十六页1 1、什么叫元素？决定元素种类的是什么？、什么叫元素？决定元素种类的是什么？2 2、什么叫原子？原子的构成微粒有哪
3、些、什么叫原子？原子的构成微粒有哪些？决定原子种类的粒子是什么？决定原子种类的粒子是什么？3 3、作为相对原子质量标准的碳原子的、作为相对原子质量标准的碳原子的符号如何表示？符号如何表示？交流研讨交流研讨本讲稿第六页，共六十六页一、原子结构的认识过程一、原子结构的认识过程1.公元前公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。2.192.19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。他认为原子是微
4、小的不可分割的实心球体。本讲稿第七页，共六十六页3.1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。年，英国科学家汤姆生发现了电子。本讲稿第八页，共六十六页一、原子的组成一、原子的组成原子原子原子核（）原子核（）核外电子核外电子（）（）质子质子（Z）中子中子(N)XZA本讲稿第九页，共六十六页表表2-1构成原子的粒子及其性质构成原子的粒子及其性质构成原子的构成原子的粒子粒子 电子电子原子核原子核质子质子中子中子电性和电量电性和电量1 1个电子带一个个电子带一个单位负电荷单位负电荷1 1个质子带一个个质子带一个单位正电荷单位正电荷不显电性不显电性 质量质量/kg/kg9.109109.10910-31-
5、31 1.673101.67310-27-27 1.675101.67510-27-27相对质量相对质量 1/18361/18361.0071.0071.008 1.008 本讲稿第十页，共六十六页基本概念1.原子序数：若按核电荷数由小到大给元素编号，所得的序号称为原子序数。v2.质量数：如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加所得的数值，称为质量数。本讲稿第十一页，共六十六页几种粒子的关系1.原子序数核电荷数核内质子数核外电子数2.质量数（A）质子数（Z）中子数(N)本讲稿第十二页，共六十六页二、同位素思考：1.决定元素种类的粒子是什么？12C、13C、14C三
6、种粒子的中子数分别是多少？它们是同种元素吗？为什么？本讲稿第十三页，共六十六页稳定同位素的发现稳定同位素的发现1910年英国化学家年英国化学家F.索迪提出了一个假索迪提出了一个假说，化学元素存在着相对原子质量和放射说，化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种，性不同而其他物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称这些变种应处于周期表的同一位置上，称作同位素。不久，就从不同放射性元素得作同位素。不久，就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是到一种铅的相对原子质量是206.08，另一种，另一种则是则是208。本讲稿第十四页，共六十六页1897年英国物
7、理学家年英国物理学家W.汤姆逊发现了电子，汤姆逊发现了电子，1912年他改进了测电子的仪器，利用磁场作年他改进了测电子的仪器，利用磁场作用，制成了一种磁分离器。当他用氖气进行用，制成了一种磁分离器。当他用氖气进行测定时，无论氖气怎样提纯，在屏幕上得到测定时，无论氖气怎样提纯，在屏幕上得到的却是两条抛物线，一条代表质量为的却是两条抛物线，一条代表质量为20的氖，的氖，另一条则代表质量为另一条则代表质量为22的氖。这就是第一次的氖。这就是第一次发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。本讲稿第十五页，共六十六页表表2-2氢元素的同位素氢元素的同位素符号符号名称名称
8、含质子数含质子数含中子数含中子数普通氢普通氢氕氕10重氢重氢氘氘11超重氢超重氢氚氚12本讲稿第十六页，共六十六页概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的概念：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，互称为同位素。不同原子，互称为同位素。分类分类稳定性同位素稳定性同位素放射性同位素放射性同位素天然放射性同位素天然放射性同位素人造放射性同位素人造放射性同位素本讲稿第十七页，共六十六页 已知自然界氧的同位素有已知自然界氧的同位素有1616O O、1717O O、1818O O，氢的同位素有，氢的同位素有1 1H H、H H2 2、3 3H H，从水分子，从水分子的原子组成来看，自然界的水共有多
9、少的原子组成来看，自然界的水共有多少种，其分子量所得的数值有多少种，其分子量所得的数值有多少 种？种？本讲稿第十八页，共六十六页1.核外电子是怎样排布的？核外电子是怎样排布的？2、电子离核的距离与能量高低的、电子离核的距离与能量高低的关系怎样？关系怎样？3、核外电子排布有何规律？、核外电子排布有何规律？4.4.元素的种类、性质与元素原子的结元素的种类、性质与元素原子的结构有何关系？构有何关系？思考思考?本讲稿第十九页，共六十六页三、核外电子的排布试一试：试一试：你能画出你能画出Na原子的原子的原子结构示原子结构示意图吗？意图吗？交交流流研研讨讨本讲稿第二十页，共六十六页原子结构示意图的含义原子
10、结构示意图的含义+11281表示原子核内有表示原子核内有11个质子个质子弧线表示电子层弧线表示电子层数字表示该层所填充的电子数数字表示该层所填充的电子数小结：小结：在原子中在原子中，核内质子数，核内质子数=核外电子数总和核外电子数总和最外层最外层本讲稿第二十一页，共六十六页问：问：多电子电子如何运动（排布）？多电子电子如何运动（排布）？二、核外电子的分层排布（运动）二、核外电子的分层排布（运动）二、核外电子的分层排布（运动）二、核外电子的分层排布（运动）电子能量不同电子能量不同电子能量不同电子能量不同电子层数电子层数1234567电子符号电子符号KLMNOPQ电子能量电子能量低低高高离核距离离
11、核距离近近远远1、电子层（、电子层（n）本讲稿第二十二页，共六十六页核外电子排布有什么规律呢？核外电子排布有什么规律呢？1.K、L、M电子层最多能容纳多少个电子？电子层序号1234n电子层符号最多容纳e-计算式KLMN2122222322422818322n2排布规律1：每层最多容纳电子数目是2n2。本讲稿第二十三页，共六十六页核外电子排布的规律核外电子排布的规律1.各电子层最多可容纳各电子层最多可容纳2n2个电子；个电子；2.最外层电子数不超过最外层电子数不超过8个（只有一个电子个（只有一个电子层的，不超过层的，不超过2个）；个）；3.次外层的电子数不超过次外层的电子数不超过18个，倒数第三
12、层个，倒数第三层不超过不超过32个电子。个电子。本讲稿第二十四页，共六十六页原子的电子式原子的电子式本讲稿第二十五页，共六十六页一、填空题1.将原子核内所的质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值，叫_用符号_表示。2.原子40Ca，其质量数为_，中子数为_，原子结构示意图为_，电子式为_。本讲稿第二十六页，共六十六页1、下列原子互为同位素的是：、下列原子互为同位素的是：A.14C与与14NB.40K与与40CaC.23Na与与23NaD.16O与与18O2.某元素的质量数为某元素的质量数为m，中子数为，中子数为a，则此元，则此元素的质子数为：素的质子数为：A.m+aB.m-aC.m/
13、aD.am本讲稿第二十七页，共六十六页3.某离子某离子X3-质量数是质量数是75，中子数是，中子数是42，它的核外电子数是：它的核外电子数是：A.30B.33C.36D.394.同位素间不相等的是同位素间不相等的是：A.质子数质子数B.中子数中子数C.电子数电子数D.核电荷数核电荷数本讲稿第二十八页，共六十六页三、同下列原子的结构示意图及电子式三、同下列原子的结构示意图及电子式1.K、Ca、Al2.C、N、O、S本讲稿第二十九页，共六十六页本讲稿第三十页，共六十六页本讲稿第三十一页，共六十六页门门捷捷列列夫夫你能说出元素周表与化学的关系吗？你能说出元素周表与化学的关系吗？本讲稿第三十二页，共六
14、十六页一、元素周期律一、元素周期律根据教材表根据教材表22318号元素有关数据可得号元素有关数据可得1.随着原子序数的递增，元素原子核外电子随着原子序数的递增，元素原子核外电子的排布呈周期性变化的排布呈周期性变化。2.随着原子序数的递增，元素的原子半径呈随着原子序数的递增，元素的原子半径呈周期性变化周期性变化。3.随着原子序数的递增，元素最高正价和最随着原子序数的递增，元素最高正价和最低负价呈周期性变化低负价呈周期性变化。本讲稿第三十三页，共六十六页4.随着原子序数的递增，元素金属性和非金随着原子序数的递增，元素金属性和非金属性随着原子序数的递增，元素原子核外电属性随着原子序数的递增，元素原子
15、核外电子的排布呈周期性变化子的排布呈周期性变化。5.元素周期律：随着原子序数的递增，元素元素周期律：随着原子序数的递增，元素的性质呈呈周期性变化的规律的性质呈呈周期性变化的规律。*元素周期律的实质：元素性质的周期性变化元素周期律的实质：元素性质的周期性变化是核外电子排布周期性变化的必然结果。是核外电子排布周期性变化的必然结果。本讲稿第三十四页，共六十六页二、元素周期表二、元素周期表（一）编排原则：（一）编排原则：1、按原子序数递增的顺序由左到右排列。、按原子序数递增的顺序由左到右排列。2、按电子层数相同的元素排成一个横行。、按电子层数相同的元素排成一个横行。3、最外层电子数相同的元素按电子层数
16、递、最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序由上到下排列。增的顺序由上到下排列。交交流流研研讨讨本讲稿第三十五页，共六十六页（二）元素周期表的结构（二）元素周期表的结构周期：一个横行称为一个周期，周期：一个横行称为一个周期，共有共有7 7个周期。个周期。三长三短一不全三长三短一不全元素所在周期数元素所在周期数 =它的电子层数它的电子层数 总结交流总结交流本讲稿第三十六页，共六十六页2 2、族、族：主族：主族：7个个 1818个纵行，个纵行，1616个族个族1-21-2纵行纵行 13-1713-17纵行：依次为纵行：依次为 A A A A A A A A A A A A A A主族元素的最高正
17、价它的族序数它主族元素的最高正价它的族序数它的最外层电子数的最外层电子数知识链接知识链接本讲稿第三十七页，共六十六页副族副族:7 7个个 3-73-73-73-7纵列纵列纵列纵列 11-1211-1211-1211-12纵列：纵列：纵列：纵列：依次为依次为依次为依次为 B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B 第第族：族：(1(1个个)8 8、9 9、1010三个纵列三个纵列知识链接知识链接本讲稿第三十八页，共六十六页 0 0族：即稀有气体。族：即稀有气体。(1(1个个)1818纵列纵列七主七副八零族七主七副八零族镧系元素镧
18、系元素:57 577171号，共号，共1515种种锕系元素锕系元素:89 89103103号，共号，共1515种种知识链接知识链接本讲稿第三十九页，共六十六页周期表的结构周期表的结构三长三短一不全三长三短一不全七主七副八七主七副八0族族镧系锕系下面住镧系锕系下面住本讲稿第四十页，共六十六页周期表里元素性质的递变规律周期表里元素性质的递变规律1.同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。弱，非金属性逐渐增强。2.同主族元素从上到下，元素的金属性逐渐同主族元素从上到下，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。增强，非金属性逐渐减弱。本讲稿第四十一
19、页，共六十六页周期表的意义周期表的意义1.在哲学方面在哲学方面2.在自然科学方面在自然科学方面3.在生产实践方面在生产实践方面（1）研究新农药）研究新农药（2）寻找半导体材料、催化剂、耐高温、）寻找半导体材料、催化剂、耐高温、而腐蚀材料等而腐蚀材料等本讲稿第四十二页，共六十六页一、选择题一、选择题1.主族元素的化学取决于原子的：主族元素的化学取决于原子的：A.质量数质量数B.质子数质子数C.最外层电子数最外层电子数D.核外电子数核外电子数2.关于原子半径，下列表述正确的是：关于原子半径，下列表述正确的是：A.NaMgAlB.NaMgAlC.AlNaNaAl本讲稿第四十三页，共六十六页3.下列数
20、字是原子序数，具有相似化学性质下列数字是原子序数，具有相似化学性质的一对是：的一对是：A.11、19B.6、7C.15、16D.12、134.某元素共有四个电子层，该元素位于周期表的：某元素共有四个电子层，该元素位于周期表的：A.第二周期第二周期B.第三周期第三周期C.第四周期第四周期D.第五周期第五周期本讲稿第四十四页，共六十六页5.某主族元素位于第二周期某主族元素位于第二周期A,该元素是：该元素是：A.SB.KC.PD.N6.某二价阳离子核外有某二价阳离子核外有10个电子，该离子是：个电子，该离子是：A.Mg2+B.Ca2+C.Ba2+D.Cu2+二、填空题二、填空题1.周期表中，金属性最
21、强的是周期表中，金属性最强的是元素元素非金属性最强的是非金属性最强的是元素。元素。本讲稿第四十五页，共六十六页2.周期表里有周期表里有个周期，第个周期，第1，2，3周期称为周期称为.周期，分别有周期，分别有 、种元素。种元素。3.3.同周期元素，从左往右，元素的金属性逐渐同周期元素，从左往右，元素的金属性逐渐 ，非金属性逐渐，非金属性逐渐 。4.4.周期表里，共有周期表里，共有 族，主族元素分别位于族，主族元素分别位于 、列。列。本讲稿第四十六页，共六十六页本讲稿第四十七页，共六十六页本讲稿第四十八页，共六十六页为什么一百多种元素可形成一千多万种物质？为什么一百多种元素可形成一千多万种物质？原
22、子是怎样结合的？原子是怎样结合的？为什么两个氢原子能自动结合成氢分子，而两为什么两个氢原子能自动结合成氢分子，而两个氦原子不能结合在一起？个氦原子不能结合在一起？为什么原子间按一定比例结合？为什么原子间按一定比例结合？原子结合成分子后，结构和性质为什么原子结合成分子后，结构和性质为什么差别很大？差别很大？本讲稿第四十九页，共六十六页钠元素与氯元素的原子是怎样相互构成氯钠元素与氯元素的原子是怎样相互构成氯化钠的？化钠的？讨论：分析讨论：分析Na与与Cl形成形成NaCl的过程的过程本讲稿第五十页，共六十六页Na+118 12Cl+178 72NaNa+ClCl-Na和Cl的反应+1182+178
23、82Na+Cl-本讲稿第五十一页，共六十六页在氯化钠晶体中，在氯化钠晶体中，Na+和和Cl-间存在哪些力？间存在哪些力？Na+离子和离子和Cl-离子间的静电离子间的静电相互吸引相互吸引作用作用不可能！因阴阳离子接近到某一定距离时，不可能！因阴阳离子接近到某一定距离时，吸引吸引和排斥作用达到平衡和排斥作用达到平衡，阴阳离子间形成稳定的化学键。，阴阳离子间形成稳定的化学键。阴阳离子结合在一起，彼此电荷是否会中和呢？阴阳离子结合在一起，彼此电荷是否会中和呢？阴阳离子间电子与电子、原子核与原子核间的阴阳离子间电子与电子、原子核与原子核间的相互排斥相互排斥作用作用本讲稿第五十二页，共六十六页晶体或分子中
24、晶体或分子中相邻的两个原子之间强烈的相相邻的两个原子之间强烈的相互作用，叫做化学键。互作用，叫做化学键。化学键化学键离子键离子键共价键共价键注意：注意：指相邻的原子指相邻的原子强烈的相互作用强烈的相互作用金属键金属键极性共价键极性共价键非极性共价键非极性共价键本讲稿第五十三页，共六十六页阴、阳离子阴、阳离子通过通过静电作用静电作用形成的化学键，形成的化学键，叫做离子键。叫做离子键。阴阳离子阴阳离子静电作用（静电引力和斥力）静电作用（静电引力和斥力）阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。排斥达到平衡，就形成了离子键。一、离子键定义：定义
25、：成键微粒：成键微粒：相互作用：相互作用：成键过程：成键过程：本讲稿第五十四页，共六十六页Cl HClH练习练习 1.1.下列用电子式表示化合物的形成过程正确的是：下列用电子式表示化合物的形成过程正确的是：KOKO K2 2KMgFFMgF2 2 2 2 Ba Cl Cl2 2BaClClA AB BC CD D(A )(A )用电子式表示离子化合物的形成过程SKKS2-2-KK例例：电子转移的方式为电子转移的方式为“赠予式赠予式”本讲稿第五十五页，共六十六页氯氯化化钠钠晶晶体体结结构构离子晶体和离子键有什么特征？离子晶体和离子键有什么特征？本讲稿第五十六页，共六十六页*离子键的特征离子键的特
26、征1.无饱和性：无饱和性：晶体中每个阳离子的周围都存晶体中每个阳离子的周围都存在着一定数目的阴离子，每个阴离子的周在着一定数目的阴离子，每个阴离子的周围都存在着一定数目的阳离子。不同的晶围都存在着一定数目的阳离子。不同的晶体阴阳离子周围的数目不同。体阴阳离子周围的数目不同。v2.无方向性：无方向性：每个离子对周围各个方向上的异每个离子对周围各个方向上的异性离子的作用力的大小是相同的。性离子的作用力的大小是相同的。本讲稿第五十七页，共六十六页离子键：阴阳离子通过离子键：阴阳离子通过静电作用力形成的化学键静电作用力形成的化学键含有含有离子键离子键的化合物一定是的化合物一定是离子化合物离子化合物注意
27、区分：注意区分：用电子式表示用电子式表示物质物质用电子式表示用电子式表示物质形成过程物质形成过程强碱、大多数盐、典型金属氧化物等强碱、大多数盐、典型金属氧化物等含有离子键的物质含有离子键的物质本讲稿第五十八页，共六十六页化学键共价键本讲稿第五十九页，共六十六页分析氯化氢的形成过程本讲稿第六十页，共六十六页共价键原子之间通过共用电子对所形成的相互原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。作用，叫做共价键。电子转移的方式为“AA制”本讲稿第六十一页，共六十六页形成共价键的条件非金属元素的原子之间形成共价键非金属元素的原子之间形成共价键。实例：实例：Cl2、CCl4、H2O、HF、HNO3
28、、CO2说明：说明：多数非金属单质，气态氢化物，多数非金属单质，气态氢化物，酸分子，大多数有机物里都有共价键。酸分子，大多数有机物里都有共价键。本讲稿第六十二页，共六十六页共价键的特征共价键的特征1.有饱和性：成键原子有几个单电子，它就有饱和性：成键原子有几个单电子，它就能而且只能与几个自旋方向相反的单电子配能而且只能与几个自旋方向相反的单电子配对成键。对成键。2.有方向性：电子云中能以头碰头的式重叠。有方向性：电子云中能以头碰头的式重叠。本讲稿第六十三页，共六十六页（一）共价键的形成过程（一）共价键的形成过程HCl+ClH成键微粒成键微粒成键本质：静电作用成键本质：静电作用（二）共价键：（二）共价键：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。共用电子对共用电子对（三）共价键的存在及对应表达方式（三）共价键的存在及对应表达方式1、大多数非金属单质、大多数非金属单质H HH HClCl ClCl电子式电子式N NN N结构式结构式HHClClNN用一根短线表示一对用一根短线表示一对共用共用电子电子本讲稿第六十四页，共六十六页一、选择题1.下列化合物中只含有离子键的是：A.MgOB.Na2CO3C.KOHD.H2O2.下列化合中只含有共价键的是：A.NH3B.NH4ClC.NaOHD.KI本讲稿第六十五页，共六十六页本讲稿第六十六页，共六十六页