第一章 原子结构与化学键（课件）-《化学（通用类)》同步教学（高教版）

第一章 原子结构 与化学键 1 原子结构 目 录 CONTENTS 01 元素周期律 02 化学键 03 学生实验 04 1-1 原子结构 ·原子核 ·同位素 ·原子核外电子排布 一、 原子核 1-1-1原子核 我们的世界是无限可分的吗？ 1-1-1原子核 自古以来人们从哲学上不断地探讨过这个问题。从形象上来看，一个苹果可以一分二，二分四，四分八……似乎可以永远不断地切下去——如果你的水果刀足够小且锋利的话。会不会分到最后，到了一个无法分割的最小单元呢？古希腊哲学家留基伯和他的学生德谟克利特就认为确实存在一个最小的“不可分”单元，他们把它叫做“原子”（希腊文就是“不可分”的意思），“原子”和“虚空”共同组成了世间万物。2000多年过去了，人们对微观世界是否存在基本单元的讨论主要还是停留在哲学阶段。就如同中国古代人认为万物的基本单元可以由“金、木、水、火、土”五行来组成一样，人们对物体的基本单元仍然不甚清楚。直到17-18世纪，科学实验开始盛行，物理概念光凭理论抽象往往是不足以说服别人的，实验现象和数据证实更为重要，原子的科学概念也随之建立起来。 5 10 -10米 10 23个 70 亿 几十万年 1-1-1原子核 如今，科学告诉我们，世界确实由无数个很小的原子组成，原子的直径在10-10米左右（百亿分之一米）。物质中原子间隔大概在一倍到千倍原子直径之间，小小的一滴水里面的原子数目有多少？1023个！这可是天文数字，即使是让全地球70亿人来数的话，也要几十万年才能数完！正是因为原子的不同组合排列方式，构成了缤纷多彩的世界。 6 1-1-1原子核 例如构成生命物质的基本单元——碳原子，它既可以通过层状六角蜂窝的形式结合成质地柔软的石墨，也可以通过密集堆积的方式结合成世界上最硬的材料——金刚石，更可以“和谐团结”一起组成一个足球烯——C60，甚至成为一根微观世界的“管子”——碳纳米管。认识物质中原子排布情况主要靠精密的X射线、中子和电子衍射实验手段，一些科学手段甚至能够间接“触摸”和“感知”原子。 7 原子是否可以再分？ 1-1-1原子核 回到前面那个哲学问题，原子是否可以再分？当然可以！从化学意义上来说，原子确实是最小的基本单元，但是从物理意义来说，原子是有内部结构的！ 8 1-1-1原子核 9 一、 原子核 原子 中子 质子 二、 核外电子 （+） （—） 1-1-1原子核 原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成，原子核直径是原子直径的十万分之一到万分之一，电子直径要更小。原子核由不带电中子和带正电的质子组成，中子和质子的内部则是三种夸克。夸克和电子有没有内部结构？这是现代物理学尚无法给出确切答案的问题。也就说，我们的世界是否无限可分？至今仍没有科学答案。但我们知道，随着科技的发展，人们对微观世界的认识定然会更加深刻。 10   质量（kg） 相对质量 电量（C） 质子 1.673×10-27 1.007 1.602×10-19 中子 1.675×10-27 1.008 0 电子 9.109×10-31 1/1836 1.602×10-19 表1 构成原子的粒子及其性质 1-1-1原子核 每个质子带一个单位正电荷，中子不带电，每个电子带一个单位负电荷，整个原子是电中性的。 原子核所带的电荷称为核电荷数，符号为Z。 核电荷数（Z） = 质子数 = 核外电子数 1-1-1原子核 由于原子的质量几乎就是原子核中质子和中子的质量之和，因此将原子核内的质子数和中子数之和称为质量数，符号为A。 质量数(A ) = 质子数(Z)+ 中子数(N ) 1-1-1原子核 已知钠原子的质子数为11，质量数为23，求钠原子的中子数。 解：N = A-Z = 23-11 = 12 例题： 1-1-1原子核 X A Z N = A－Z 质量数 核内质子数 元素符号 1-1-1原子核 原子的构成 原子 原子核 核外电子 质子 中子 （+） （-） 1-1-1原子核 2.填空： 1. 分别说出 、 原子的质量数、质子数和中子数。 核外电子数 粒子种类 质子数 质量数 中子数 练习： 1-1-1原子核 二、 同位素 1-1-2同位素 具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称。 质子数相同，而中子数不同的同种元素的不同原子，互称为同位素。 元素： 具有一定质子数和一定中子数的一种原子。 核素： 同位素： 1-1-2同位素 氢元素三种核素的原子结构模型 1-1-2同位素 ①质子数相同 ②中子数不同 ③同种元素 同位素 1-1-1原子核 碳的三种同位素： 氯的两种同位素： 铀的三种同位素： 1-1-1原子核 化学性质几乎相同 1-1-2同位素 稳定 300+ 放射性 1500+ 同位素 同位素的性质与用途 放射性同位素放出的射线包括α、β和γ射线。γ射线的穿透力最强，可以用来检查金属构件或制品内部的缺陷等。 示踪原子：由于放射性同位素总是不断地发出射线，我们只要能检测出它所放出的射线，就能知道它的行踪，因此，称其为示踪原子。 1-1-1原子核 三、 原子核外电子排布 1-1-3原子核外电子排布 电子层 （n） 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q 离核距离 近 远 能量 低 高 1-1-3原子核外电子排布 1~18号原子结构示意图 1-1-3原子核外电子排布 原子核外电子的排布规律 例如：n = 2，即L层， 最多容纳的电子数为 2×22 ，共8个。 n = 3，即M层，最多容纳的电子数为 2×32 ，共18个。 (1)各电子层最多容纳的电子数是2n2个(n为电子层数)。 (2)最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。 (3)次外层电子数不超过18个，倒数第三层电子数不超过32个。 1-1-3原子核外电子排布 1-2 元素周期律 ·元素周期律 ·元素周期表 ·意义 一、 元素周期律 1-2-1元素周期律 原子序数=核电荷数 = 质子数 = 原子核外电子数 复习： 1-2-1元素周期律 1. 核外电子排布的周期性变化 2. 元素最高正化合价和负化合价的周期性变化 3. 原子半径的周期性变化 4. 元素最高价氧化物及对应水化物酸碱性的周期性变化 1-2-1元素周期律 1.核外电子排布的周期性变化 结论： 随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。 3~10号元素，电子层数均为2层，最外层电子数从1个递增到8电子稳定结构; 11~18号元素，电子层数增为3层，最外层电子数再从1个递增到8电子稳定结构。 1-2-1元素周期律 2.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化 最高正化合价 = 最外层电子数 稀有气体化学性质稳定，化合价为0 非金属元素的负化合价 = 最外层电子数-8 结论： 随着原子序数的递增，元素最高正化合价和负化合价呈周期性变化。 1-2-1元素周期律 3.元素最高价氧化物及对应水化物酸碱性的周期性变化 结论：随着原子序数的递增，元素的原子半径 也呈现周期性变化。 从左到右（电子层数相同）：原子半径逐渐减小 从上到下（电子层数增多）：原子半径逐渐增大 1-2-1元素周期律 4.元素最高价氧化物及对应水化物酸碱性的周期性变化 结论： 随着原子序数的递增，元素最高价氧化物及其对应水化物的酸碱性呈周期性变化。 从左到右： 元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强； 元素最高价氧化物对应水化物碱性逐渐减弱， 酸性逐渐增强。 1-2-1元素周期律 元素以及由它所形成的单质和化合物的性质随着原子序数的递增呈现周期性的变化，这个规律叫元素周期律。 1-2-1元素周期律 二、 元素周期表 1-2-2元素周期表 1 2 3 4 5 6 7 短周期 长周期 (1) 周期 1. 元素周期表的结构 周期序数 = 电子层数 周期表的横行称为周期，共7个周期。 1-2-2元素周期表 1 2 3 4 5 6 镧系 7 锕系 1. 元素周期表的结构 镧系 La 镧 Ce 铈 Pr 镨 Nd 钕 Pm 钷 Sm 钐 Eu 铕 Gd 钆 Tb 铽 Dy 镝 Ho 钬 Er 铒 Tm 铥 Yb 镱 Lu 镥 锕系 Ac 锕 Th 钍 Pa 镤 U 铀 Np 镎 Pu 钚 Am 镅 Cm 锔 Bk 锫 Cf 锎 Es 锿 Fm 镄 Md 钔 No 锘 Lr 铹 镧系元素 (57~71) ：共15种元素，它们的电子层结构和性质非常相似，在周期表的同一格里。 锕系元素(89~103) ：共15种元素，它们的电子层结构和性质也十分相似，在周期表的同一格里，镧系元素的下方。 超铀元素：锕系元素中铀后面的元素，这些元素多数是人工进行核反应制得的元素。 (1) 周期 1-2-2元素周期表 1. 元素周期表的结构 (2) 族 ⅠA 0 1 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 2 3 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 4 5 6 7 周期 族 1个0 族 族 7个副族(ⅠB～ⅦB ) 1个Ⅷ族 7个主族(ⅠA～ⅦA ) 1-2-2元素周期表 由短周期元素和长周期元素共同构成的族叫主族 主族元素族序数 = 最外层电子数 1. 元素周期表的结构 ⅠA 0 1 ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 2 3 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 4 5 6 7 (2) 族 1-2-2元素周期表 2.元素周期表中元素性质的递变规律 同一周期中元素性质的递变规律 (从左向右） ①核外电子层数相同 ②最外层电子数逐渐增加 ③原子半径逐渐减小 ④金属性逐渐减弱 ⑤非金属性逐渐增强 (2) 同一主族中元素性质的递变规律 (从上向下） ①核外电子层数逐渐增加 ②最外层电子数相同 ③原子半径逐渐增大 ④金属性逐渐增强 ⑤非金属性逐渐减弱 1-2-2元素周期表 2. 元素周期表中元素性质的递变规律 最活泼非金属 最活泼金属 1-2-2元素周期表 三、 元素周期律和元素周期表的意义 1-2-3意义 元素周期表能反映元素性质的递变规律，根据元素在周期表中的位置，可以判断它的一般性质。 1.判断元素的一般性质 研究发现，周期表某一区域的元素常有相似的性质和类似的用途，这一特点指导人们寻找新物质、新材料、新用途。 2.寻找新材料 1-2-3意义 元素周期律的发现和元素周期表的编制，强有力地论证了量变到质变的规律，是人类能动地认识世界的一个光辉范例，“完成了科学上的一个勋业”。 1-2-3意义 1-3 化学键 ·离子键 ·共价键 化学键的主要类型：离子键、共价键、金属键 一、 离子键 1-3-1离子键 氯化钠的形成 Na +11 8 1 2 Cl +17 8 7 2 Na+ Cl- +11 8 2 +17 8 8 2 Na+ Cl- -e- +e- 1-3-1离子键 离子键 (1) 定义：通过阴、阳离子间强烈的静电作用所形成的化学键叫作离子键。 (2) 成键微粒：阴阳离子 (3) 相互作用：静电作用（静电引力和斥力） Na+ Cl- 1-3-1离子键 电子式：最外层电子数用小黑点“.”或小叉“×”来表示。 H · Na · ·Mg· ·Ca · ·O· ·· ·· Cl · ·· ·· ·· ·· [ O ]2- ·· ： ： Na+ [ Cl ]- ·· ·· ： ： Mg2+ 1-3-1离子键 阳离子是由原子失去外层电子形成的，所以阳离子的半径比相应的原子半径(r)小。而阴离子的最外层电子数比相应的原子多，电子之间排斥力增大，所以阴离子的半径比相应的原子半径(r)大。例如，r() < r()，r() > r()。 1-3-1离子键 活泼金属元素和活泼非金属元素化合时形成离子键。 非金属元素之间化合时，能形成离子键吗？ 思考： 1-3-1离子键 二、 共价键 1-3-2共价键 H · · H ＋ → H H ·· (2) 成键微粒：原子 (3) 相互作用：共用电子对 (1) 定义：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫作共价键。 共价键 1-3-2共价键 氯化氢分子的形成： ·· · Cl ·· ： H · ＋ → Cl ·· ·· H ·· ·· 共用电子对偏向氯原子，氯原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。 共价键特点： 结构式：H﹣Cl +1 -1 1-3-2共价键 只含有共价键的化合物是共价化合物 既含有共价键又含有离子键的化合物是离子化合物 结论： 思考： 所有由非金属元素原子组成的化合物都是共价化合物吗？举例说明。 含有共价键的化合物一定是共价化合物吗？ NH4Cl NH4NO3 NaOH 1-3-2共价键 离子键 共价键 成键微粒 成键本质 表示法 成键元素 阴、阳离子 原子 静电作用 共用电子对 活泼的金属元素和活泼的非金属元素之间 非金属元素之间 H—Cl Na+ [ Cl ]- ·· ·· ： ： 1-3-2共价键 下列叙述正确的是(　　) A. 离子化合物中只含有离子键 B. 共价化合物中一定不含离子键 C. 含极性键的分子一定是极性分子 D. 完全由非金属元素形成的化合物一定不含离子键 B 练习： 1-3-2共价键 1-4 学生实验 ·化学实验基本操作 ·化学实验室灭火常识 ·实验室废弃物的处理 ·危险化学品的标志 一、 化学实验基本操作 1-4-1化学实验基本操作 【实验目的】 1.学会固体和液体的取用和加热方法。 2.掌握常用玻璃器皿的洗涤、干燥等操作。 3.掌握托盘天平、酒精灯的使用方法。 4.通过实验，形成良好的实验室工作习惯，养成实事求是的科学态度。 5.发展科学态度与社会责任等化学学科核心素养。 1-4-1化学实验基本操作 1.药品的取用 ①药匙 ②纸槽 ③镊子 1-4-1化学实验基本操作 2.液体药品的取用 滴加 倾倒 1-4-1化学实验基本操作 2.液体药品的取用 读数 闻气味 1-4-1化学实验基本操作 3.玻璃器皿的洗涤 烧杯、试管、试剂瓶等，一般可以使用毛刷蘸洗衣粉、洗涤剂或去污粉直接刷洗，或使用针对性洗涤剂浸洗，用自来水冲洗，再用少量蒸馏水淋洗2~3次。洗涤和计量有关的仪器，如容量瓶、滴定管等，一般用洗液浸后洗涤。洗涤合格的玻璃仪器，内外壁上应均匀地被水润湿，不挂水珠。 1-4-1化学实验基本操作 4.物质的称量 ①调零 ②称量 ③整理 1-4-1化学实验基本操作 5.酒精灯的使用 ①使用酒精灯前，应先检查灯芯 ②需添加酒精时，添加至酒精量不超过酒精灯容积的2/3 ③点燃酒精灯时，应使用火柴 ④酒精灯连续使用时间不能太长 ⑤熄灭酒精灯时，必须用灯帽盖灭 ⑥酒精灯不用时，须盖好灯帽 1-4-1化学实验基本操作 6.加热的方法 ①加热液体物质可用试管、烧杯、烧瓶、蒸发皿等器皿。在加热烧杯或烧瓶中的液体时，其底部要垫石棉网，使它受热均匀。 ②加热盛有液体的试管时，液体体积不可超过试管容积的三分之一，用试管夹夹住试管，移动试管使其均匀受热，然后再在药品部位集中加热。 ③加热固体药品时，可将固体药品装入试管底部，铺平，管口略向下倾斜，以免管口的冷凝水滴倒流而使试管炸裂。 1-4-1化学实验基本操作 二、 化学实验室灭火常识 1-4-2化学实验室灭火常识 诱发火灾的因素 ： ①一般有机物，特别是有机溶剂，大都容易着火，它们的蒸气或其他可燃性气体、固体粉末等（如氢气、一氧化碳、苯、油蒸气、面粉）与空气按一定比例混合后，当有火花（点火、电火花、撞击火花）时就会发生燃烧或猛烈爆炸。 ②某些化学反应放热而引起燃烧（如金属钠、钾等遇水迅速放热燃烧甚至爆炸）。 ③有些物品易自燃（如白磷遇空气就自燃）。 ④有些化学试剂混在一起（如将红磷与氯酸钾混在一起，就会燃烧甚至引起爆炸）。 1-4-2化学实验室灭火常识 常用的灭火措施： ①石棉布 ②干砂土 ③水 ④泡沫灭火器 ⑤二氧化碳灭火器 ⑥四氯化碳灭火器 ⑦水蒸气 ⑧石墨粉 1-4-2化学实验室灭火常识 三、 实验室废弃物的处理 1-4-3实验室废弃物的处理 ①毒性化学物质废弃物 ②有机废液 ③无机废液 ④有机固体及一般固体废弃物 ⑤一般废弃物 化学实验室废弃物品分类： 1-4-3实验室废弃物的处理 四、 危险化学品的标志 1-4-4危险化学品的标志 1-4-4危险化学品的标志 $$