2025-2026学年中等职业学校高二上学期化学（课件）第1章 物质的结构和变化

第1章 物质的结构和变化 1.1 物质的结构 氧化还原反应 1.2 1.1 物质的结构 物质可由分子、原子或离子构成，其中，分子是保持物质化学性质的最小粒子。分子由一个或多个相同或不同的原子组成，可用分子式表示，如O2表示氧气分子，每个氧气分子由2个氧原子组成；而原子是化学变化中的最小粒子，可用元素符号表示，如Fe（铁）、Mg（镁）、Al（铝）等；离子是带电的原子，可用离子符号表示，如 Ca2+ （钙离子）、 Al3+ （铝离子）、 Cu2+ （铜离子）等。 物质发生物理变化时，分子不发生变化；物质发生化学变化时，分子发生变化，但原子不发生变化。因此，要了解物质的结构及其变化，必须了解原子的结构。 1.1.1 原子结构 1．原子的组成 原子是由居于原子中心带正电荷的原子核和在核外做高速运动的带负电荷的电子构成。原子核由质子和中子构成，每个质子带一个单位正电荷，中子不带电荷，所以原子核所带的正电荷数即核电荷数（用符号Z表示）等于核内质子数。 由于每个电子带一个单位的负电荷，所以原子核所带的正电荷数与核外电子所带的负电荷数相等。原子作为一个整体不显电性。 氦原子的原子构成模型   例如，氦（He）原子由2个质子和2个中子组成氦原子核，氦原子核外由2个电子绕核高速旋转，如右图所示。 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值加起来，所得的数值叫做质量数，用符号A表示。中子数用符号N表示，则： 2．原子核外电子的排布规律 在离核较近的区域内运动的电子能量较低，反之较高。科学家把这些距核远近不同的“区域”称为电子层。按从内向外的顺序排列，电子层可以用数字和字母来表示： （1）数字表示法 1，2，3，4，5，6，7… （2）字母表示法 K，L，M，N，O，P，Q… 如用X代表一个质量数为A，质子数为Z的原子，则可以用 代表原子的组成，表示为： 右图为原子核外电子排布示意图。 用原子结构示意图可以简洁、明了地表示 原子结构。圆圈和圈内的数字表示原子核和核 内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表 示该层电子数。下图显示了核电荷数为1～20的元素原子核外电子的排布情况。 原子核外电子排布示意图 元素的核外电子排布示意图 原子核外电子的排布的规律： （1）各电子层最多容纳的电子数为2n2个； （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3 层电子数不超过32个。 3．同位素 我们把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素，如 、 和 就各为一种核素。质子数相同，而中子数不同的同种元素的不同核素互称为同位素，如 、 和 就是氢的3种同位素。 有些同位素能够发出肉眼看不见的射线，称为放射性同位素。放射性同位素的用途非常广泛，例如在农业上用放射性同位素的原子核放射的γ射线照射种子，可使种子发生变异，经过筛选，培育出具有早熟、高产、抗病等特点的优良品种；在医学上，可以用 诊断和治疗甲状腺疾病等。 1.1.2 元素周期律和元素周期表 1．元素周期律 为便于研究，科学家们把元素按照核电荷数的 大小由小到大进行编号，这个序号称 为元素的原子序数。 右表列出了3～18号元素原子 的核外电子排布、原子半径和主要 化合价。 下图显示了随着原子序数的变化，原子半径也呈现变化的趋势。 综上所述，元素原子的核外电子排布、原子半径及主要化合价等元素性质都随着原子序数的递增而呈现有规律的变化。由此可以得出一个结论，就是元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化，这个规律叫做元素周期律。 2．元素周期表 元素周期表中的每个横行称为一个周期，共有7个周期。每一周期中元素的电子层数相同，周期的序数就是该周期元素原子具有的电子层数。 周期序数＝电子层数 第一、二、三周期所排元素种类分别为2种、8种、8种，称为短周期；第四、五、六周期所含元素较多，分别为18种、18种、32种，称为长周期；第七周期，目前所排元素种类为26种，还未填满，所以称为不完全周期。 主族是由短周期元素和长周期元素共同构成的族，分别用ⅠA、ⅡA、…、ⅦA表示。在周期表中， 主族序数=最外层电子数。 副族是完全由长周期元素构成的族，分别用ⅠB、ⅡB、…、ⅦB表示。零族是由稀有气体元素构成的族，用“0”表示。Ⅷ族是由第8、9、10三个纵列的元素构成的族，用“Ⅷ”表示。 ； （1）同一周期，自左至右，核电荷数依次增多，原子失去电子的能力逐渐减弱，得到电子的能力逐渐增强（零族除外）。因此从左至右元素金属性逐渐减弱，如Mg的金属性小于Na的金属性；而非金属性逐渐增强，如S的非金属性大于P的非金属性。 3．元素周期表中元素性质的递变规律 （2）同一主族，自上而下，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱。因此同一主族元素自上而下的金属性逐渐增强，如Na的金属性大于Li的金属性；而非金属性逐渐减弱，如Cl的非金属性小于F的非金属性。 要确定元素金属性和非金属性的强弱，可以通过以下化学性质来判断。 让元素单质（由一种元素组成的纯净物）与水或酸发生反应，置换出氢越容易，元素金属性越强。 元素的最高价态氧化物对应水化物（即氧化物溶于水形成的化合物）的碱性越强，元素金属性越强。 元素单质与氢气反应，生成气态氢化物越容易，元素非金属性越强。 元素最高价态氧化物对应水化物的酸性越强，元素的非金属性越强。 1.1.3 化学键 我们把这种分子中或晶体内相邻两个或多个原子之间强烈的相互作用称为化学键。化学键的主要类型有离子键、共价键和金属键，本节重点研究离子键和共价键。 1．离子键 我们以氯化钠的生成来说明离子键的形成： 像这样，阴、阳离子通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。 通过离子键结合成的化合物称为离子化合物。绝大多数盐类、强碱类和活泼金属氧化物都是离子化合物，如NaCl、KCl、NaOH、CaO等。 2．共价键 这种原子之间通过共用电子对而形成的化学键称为共价键。分子中只有共价键的化合物称为共价化合物，如HCl、 H2O 、 NH3 （氨）等。 在同种元素形成的双原子单质分子（如H2、Cl2 ）中，由于两个原子对共用电子对的吸引力相同，共用电子对处于两个原子中间，原子不带电荷，化合价为零，我们称这种共价键为非极性共价键，简称非极性键。例如Cl2分子间的形成的化学键。 极性键，例如HCl分子间形成的化学键。 1.1.4 物质的构成方式 1．由原子直接构成的物质 其主要包括金属单质，如铁（Fe）、镁（Mg）等；稀有气体单质，如氦气（He）、氖气（Ne）等。此外，金刚石（C）、晶体硅（Si）、石墨（C）和二氧化硅（SiO2 ）之类的原子晶体也由原子直接构成。原子晶体中相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成为空间网状结构的晶体，下图给出了二氧化硅（SiO 2 ）的晶体结构模型。 2．由分子构成的物质 这类物质主要包括多数非金属单质，如氧气（O2）、氢气（H2）和碘（I2）等；非金属气态氢化物，如氯化氢（HCI）、硫化氢（H2S）等；非金属氧化物，如二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）等；非金属与非金属间组成的大多数化合物，以及大多数有机化合物（简称有机物，主要指含碳元素的化合物）等。 对于由分子构成的物质而言，可用分子式表示其构成。例如，二氧化碳的分子式为“CO2”，表示每个二氧化碳分子中包含了1个碳原子和2个氧原子。 （1） 由活泼金属元素和活泼非金属元素组成的化合物，如氧化钠（Na2O，包括钠离子和氧离子）、氯化钠（NaCI）和氯化镁（MgCl2）等 （2） 强碱，如氢氧化钠（NaOH，俗称烧碱或火碱，包括钠离子和氢氧根离子）、氢氧化钙（Ca（OH）2，俗称熟石灰）等 （3） 大多数盐类，如硫酸铜（CuSO4，包括铜离子和硫酸根离子）、碳酸钠（Na2CO3）等 3．由离子构成的物质 离子化合物主要包括： 1.2 氧化还原反应 1.2.1 化学反应的类型 1．化合反应 简记为：A + B = C，指由两种或两种以上物质生成一种新物质 的反应 2．分解反应 简记为：A = B + C，是化合反应的逆反应，指一种化合物在特定条件下分解成两种或两种以上较简单的单质或化合物的反应 3．置换反应 简记为：A+BC=B+AC，表示额外的反应元素取代化合物中的一个元素。即一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应 根据反应物和生成物中单质的类别，置换反应有以下4种情况： 1 2 3 4 较活泼的金属置换出较不活泼的金属或氢气 较活泼的非金属置换出较不活泼的非金属 非金属置换出金属 金属置换出非金属 4．副分解反应 简记为：AB+CD=AD+CB，即由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应 1.2.2 氧化还原反应 该反应中，铜元素的化合价从+2价降低到了0价，被还原，发生了还原反应；而铁元素虽然没有得氧的过程，但其化合价从0价升高到了+2价，被氧化，发生了氧化反应。 该反应属于非金属与非金属之间的反应。由于氯原子吸引共用电子对的能力比氢原子要强一些，所以在氯化氢分子中，共用电子对偏向于氯原子而偏离于氢原子。所以，氢元素的化合价从0价升高到+1价，发生了氧化反应；而氯元素的化合价从0价降低到－1价，发生了还原反应。 元素化合价升高（失去电子或共用电子对偏离）的反应称为氧化反应，元素化合价降低（得到电子或共用电子对偏向）的反应称为还原反应。所以，我们把有电子得失或共用电子对偏移的反应叫做氧化还原反应。 1.2.3 氧化剂和还原剂 在氧化还原反应中，常见的氧化剂有活泼的卤素、O2、Na2O2（过氧化钠）、H2O2（过氧化氢）、HClO（次氯酸）、NaClO（次氯酸钠）、KClO3（氯酸钾）、KMnO4（高锰酸钾）、K2Cr2O7（重铬酸钾）、HNO3和FeCl3（氯化铁）等；常见的还原剂有活泼的金属K、Na、Mg、Al及C、H2、CO、H2S等；具有中间价态的一些化合物如SO2、FeSO4（硫酸亚铁）等，既可做氧化剂，也可做还原剂。 另外，在有些氧化还原反应中， 氧化剂和还原剂是同一种物质。如： 氧化剂和还原剂 Thank You! 1 2 8 8 1 19 1 2 8 8 2 20 2 2 2 8 1 11 12 2 8 2 13 2 8 3 14 2 8 4 15 2 8 5 16 2 8 6 17 2 8 7 18 2 8 8 3 2 1 4 2 2 5 2 3 6 2 4 7 2 5 8 2 6 9 2 7 10 2 8 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 18 Ar 17 Cl 16 S 15 P 14 Si 13 Al 12 Mg 11 Na 19 K 20 Ca $$