第一章 第二章 结构分析与思考 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

结构专题 第一章与第二章 分析与思考 1 思维框架 原子结构发展 必修阶段 选修阶段 回顾： 1.原子是由哪些微粒构成的？ 2.构成原子的各种微粒是否带电荷？为什么原子呈中性？ 第一节原子结构 光谱 吸收光谱和发射光谱的联系与区别 光谱：按照一定能量次序排列的光带。 可见光光谱：可以被人眼观察的光带。 基态与激发态 发现新元素 检验元素 生活现象 光谱应用 焰色试验、物质燃烧或高温下发光等都与原子核外电子的跃迁有关 能层(电子层)，n 电子按照：能量由低到高， 离核由近到远 原子核外各能层最多容纳2n2个电子；最外层最多容纳8个电子（K层为最外层最多只能容纳2个电子）,次外层不能超过18个，倒数第三层不能超过32个。 K L M 能级 当n=x时，有x个能级，分别用s、p、d、f等表示； 任一能层的能级总是从s能级开始； 能级表示方法：能层序数+能级符号 多电子原子中，当n相同时，能级的能量高低： ns < np < nd < nf。 电子排布式 1. 能级符号右上角的数字代表该能级的电子数； 2. 一般情况下，能层低的能级要写在左边，而不是按照构造原理顺序写。 随核电荷数增大，电子并不总是填满一个能层后再填入下一个能层，这种现象称为能级交错。 K、Ca的光谱学实验均表明，二者最外层填充的电子均在4s能级。 这种能级交错在核外电子排布中非常普遍： ns → (n-2)f → (n-1)d → np 能级交错 19K、20Ca的电子排布式 K 1s22s22p63s23p64s1 Ca 1s22s22p63s23p64s2 构造原理：以光谱学事实为基础，从1s能级开始，随核电荷数递增，新增的电子填入能级的顺序。 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 特例：半满、全满 体系能量最低 原子Fe 离子Fe2+ 离子Fe3+ 结构示意图 电子排布式 1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d6 1s22s22p63s23p63d5 简化电子排布式 [Ar]3d64s2 [Ar]3d6 [Ar]3d5 价层电子排布式 3d64s2 3d6 3d5 微粒性质与核外电子排布的关系 价电子：将在化学反应中可能发生电子变动的能级称为价电子层（简称价层）。 简化电子排布式：原子实表示的电子称为内层电子，通常不参与成键。原子实外的电子称为价层电子，决定元素的化学性质。 4s24p5 3d54s2 Mn Br 过渡金属元素的化合价一般比较丰富，如Mn元素常见价态为+2、+4、+7等，人们也常常在过渡金属区域内寻找合适的催化剂，其可能原因是什么？ 常用电子云轮廓图的形状和取向来表示原子轨道的形状和取向。 原子轨道来描述在一定能层和能级上又有一定空间取向的电子云。轨道可以理解为电子在核外空间概率密度较大的区域。 电子云：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一种形象化描述 原子轨道：电子在原子核外的一个空间运动状态。 n2 自旋：电子除了空间运动状态外，还存在一种运动状态叫自旋。 电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头（ “↑”“↓” ）表示自旋相反的电子。 01 电子在原子轨道上的分布要使整个原子的能量最低 能量最低原理 02 一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且这两个电子的自旋状态不同 泡利不相容原理 03 对于基态原子，核外电子在能量相同的原子轨道上排布时，优先分占不同的原子轨道并且自旋状态相同 洪特规则 能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系能量最低。 核外电子在原子轨道中的排布规律 特例 整个原子的能量是由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定。 但当相邻能级能量差别不大时，有1～2个电子填入能量稍高的能级可能反而降低电子排斥能，进而使原子整体能量最低。例如所有副族元素的基态原子。 原子Fe 离子Fe2+ 离子Fe3+ 结构示意图 电子排布式 1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d6 1s22s22p63s23p63d5 简化电子排布式 [Ar]3d64s2 [Ar]3d6 [Ar]3d5 价层电子排布式 3d64s2 3d6 3d5 电子排布图 （轨道表达式） 核电荷数 元素名称 元素符号 各电子层的电子数 K L M N O P Q 2 氦 He 2 10 氖 Ne 2 8 18 氩 Ar 2 8 8 36 氪 Kr 2 8 18 8 54 氙 Xe 2 8 18 18 8 86 氡 Rn 2 8 18 32 18 8 118 Og 2 8 18 32 32 18 8 如何理解原子核外每个电子层最多容纳电子数依次为：2、8、18、32……2n2？ 最外层电子数为什么不能超过8个，次外层不超过18个……？ 1s→2s→2p→3s→3p→3d→ 4s→ …… ns→ (n-2)f → (n-1)d→np 第二节原子结构与元素性质 元素周期律 再认识元素周期律 定性：金属型与非金属性 定量：电离能与电负性 分区 核外电子排布 原子半径 两个因素综合的结果使原子半径呈现周期性的递变 电离能 1.同周期、同主族第一电离能的 变化规律 2.同周期过渡元素第一电离能从 左到右略有增加 3.反常 反常变化 1.同一元素逐级电离能的变化 2. 观察图示寻找规律，I1<I2<I3 ，对于铍元素I3比I2大的多，从原子结构的角度说明理由： 。 ①随着电子的逐渐失去，阳离子所带的正电荷增大，再失去一个电子所需克服的电性引力增大，所需能量增大。 ②电子电子排布角度 当相邻电离能突然变大时，说明失去的电子所在电子层发生了变化 Mn与Fe两元素的部分电离能数据 ，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子更难。对此，你的解释是 应用 Na1s22s22p63s1 Na+1s22s22p6 Na2+1s22s22p5 电负性 不同元素的原子对吸引键合电子能力的大小 电负性： 成键原子之间的电负性差值可作化学键类型的判断依据 ②甲醛与蛋白质发生反应时，从蛋白质分子来看，可能发生反应的部位较多。你能借助电负性判断化学键中电荷的分布，发现这些反应有什么规律？ ①比较CF3COOH与CCl3COOH的酸性，并解释原因： ③电负性与原子所处的具体环境密切相关，有机化合物水解 CH3I+H2O CH3OH + HI CF3I+H2O CF3H + HIO ④CH3CHO与HCN发生加成反应的产物是 不是CH3CH2OCN 定性：金属型与非金属性 定量：电离能与电负性 分区 核外电子排布 整合 定性：金属型与非金属性 定量：电离能与电负性 分区 核外电子排布 整合 预测Se元素化合价 估算Se的第一电离能的大小 根据Se元素化合价判断含Se物质的氧化性、还原性 比较氢化物稳定性：H2O、H2S、H2Se、H2Te 比较酸性：H2SO4与H2SeO4、H2SeO3与H2SeO4 硒 Se 2022北京高考 2023北京高考 2024北京高考 2025北京高考 价层电子轨道表示式、价层电子排布式、电子云图、电离能、电负性 价层电子轨道表示式、价层电子排布式、电离能、电负性、对角线规则、原子半径、离子半径 学生易错：忽略价层；混淆电子排布式和轨道表示式 ；对从原子结构的角度对这一规律进行解释 不能精确阐述 文字表述题的规范表达 1.原子结构的角度比较原子半径/第一电离能/电负性大小。 先说位置关系，同主族元素比电子层数（同周期元素比核电荷数），比原子半径大小，比原子核对最外层电子的吸引作用，得出结论。 2.电子排布角度（解释第一电离能一般规律、特殊变化、解释金属元素常见化合价）。 先写电子排布式（或价电子排布式），全满、半满、全空的排布方式能使微粒能量低，比较稳定。 思维框架 第一节：共价键 原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键。（共价键理论） 共价键的本质是成键原子价层轨道发生部分重叠，使核间电子云密度增大，导致体系能量降低，表示成键原子结合形成稳定的新体系，即形成了分子。这就是共价键的本质。 价键理论：未成对电子自旋相反；最大重叠；饱和性 H2 的s-s σ键 HCl 的s-p σ键 Cl2 的p-p σ键 p-p π键 原子轨道重叠 ①轨道形状②重叠取向 N2 1个p-p σ 键 和 2个p-p π 键 原子轨道最大重叠 和 能量最低原则 电负性 从键的类型角度分析：C=O双键有σ键和Π键，Π键键能小，容易断裂发生反应； 从键的极性角度分析：C的电负性比O的电负性小，共用电子对偏向氧，C=O键具有极性。碳显正电，氧显负电。 从其它基团影响的角度分析：如：CH3CHO分子间发生缩合反应，是因为与羰基相连的甲基C-H键容易断裂，与C=O双键发生加成反应。 解释物质的性质或应用 43 杂化理论后需补充键的类型 定义：气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 键能 ①比较同种元素形成单键、双键、三键的键能差异 ②比较同主族氢化物和同周期氢化物的键能差异 ③比较同主族元素单质的键能差异 共价键越牢固, 形成的分子越稳定。 形成共价键的原子的原子半径越小，键能越大， 键长 定义：构成化学键的两个原子之间的核间距。 ①比较同种元素形成单键、双键、三键的键长差异 ②比较同主族氢化物和同周期氢化物的键长差异 ③比较同主族元素单质的键长差异 同种类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越小。 成键原子相同的共价键的键长: 单键键长 ＞ 双键键长 ＞ 三键键长 一般地，键长越短, 键能越大，共价键越稳定, 形成的分子越稳定。 键长与键能的关系 F原子半径很小，因此F-F的键长短，而由于键长短，两个F原子形成共价键时，原子核 之间的距离小，排斥力大，因此键能小。 解释物质的性质或应用 ①利用键能解释、估算反应热 计算1molH2与1molCl2反应生成 2molHCl释放的能量。 ②利用键能解释同主族单质、同主族氢化物、同 周期氢化物的稳定性。 同种类型的化学反应，相同物质的量的 反应物放出的热量越多，产物越稳定 键能越大, 该物质的稳定性越高。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成, 因此, 如果反应物的键能越大, 断键时需要吸收更多能量才能发生反应, 该物质的热稳定性越高。 物质具有的能量越低, 其分子越稳定, 化学键断裂时, 吸收的能量越多;化学键形成时, 放出的能量越多。 解释物质的性质或应用 利用键能解释碳碳单键、碳碳双键、碳碳三键 的活泼性 乙烯、乙炔中π键不如σ键牢固，容易 发生加成反应 利用键能解释紫外线对人体造成伤害的原因 键角 在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。 描述分子的空间结构的重要参数 第二节：分子的空间结构 测定分子空间结构 分子的空间结构：红外光谱、质谱等 光谱法 测定化学键或官能团 测定相对分子质量 预测分子的空间结构 价层电子对互斥（VSEPR）模型 一般地，两种元素形成的分子（离子）中，单原子通常为中心原子，如H2O 、NH3 、PCl3、SO2、BF3、 BeCl2、CO32-等（但也有例外，如N2O）； C总是中心原子，H总是配位原子，如HCN、CH2O； 电负性小的原子一般为中心原子，如SO3； 达到稳定结构需要电子数多的原子为中心原子HClO； 识别中心原子 价层电子对 成键σ键电子对 孤电子对 成键σ键电子对数=与中心原子结合的配体原子数 1）根据电子式直接确定 2）根据公式计算确定 孤电子对数= 2 — 1 (a-xb) 计算价层电子对数 分子构型 键角比较 四面体or正四面体 解释分子的空间结构 杂化轨道理论 中心原子 外界条件 能量相近的轨道 杂化后①形状发生变化:一端变肥大→最大重叠→成键能力增强； ②伸展方向改变： → 使轨道在空间取最大夹角→电子对之间斥力最小 →形成的键更稳定 杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。 杂化轨道数 ＝ 价层电子对数＝ 中心原子孤电子对数+中心原子σ键电子对数 形成π键的电子只能位于未杂化的原子轨道上 中心原子的杂化类型与VSEPR模型 杂化类型与空间结构 杂化类型与空间结构 第三节：分子结构与物质性质 共价键的极性 键的极性和分子极性 亲水基团：-OH，-COOH， -CHO，-NH3, -SO3H, -COONa 疏水基团：烃基，酯基， 卤原子，硝基 键的极性对化学性质的影响 乙醇分子中的C2H5—是推电子基团，使得乙醇分子中的电子云向着远离乙基的方向偏移，羟基的极性比水分子中的小，因而钠和乙醇的反应不如钠和水的剧烈 分子结构 化学键的极性 物质的化学性质 键的极性对化学性质的影响 烃基是推电子基团，烃基越长，推电子效应越大，使羧基中的羟基的极性越小，羧酸的酸性越弱。 由于氯的电负性较大，极性：Cl3C— ＞ Cl2CH— ＞ ClCH2—，导致三氯乙酸中的羧基的极性最大，更易电离出氢离子。 pKa ＝ -lgKa pKa 越小，酸性越强 分子间作用力 范德华力 范德华力很弱，比化学键的键能 小1～2个数量级 范德华力 ①分子结构相似，相对分子质量越大， 范德华力越大。色散力 ②相对分子质量相同或相近时，分子的极性 越大，范德华力越大。诱导力 分子间的范德华力越大， 物质的熔、沸点越高。 氢键 定义：在水分子的O-H中，共用电子对强烈的偏向O，使得H几乎成为“裸露”的质子，其显正 电性，它能与另一个水分子中相对显负电性的O的孤电子对产生静电作用，这种静电作用就是氢键。 - - - - - - 氢键表示：X—H···Y(X、Y可以相同) 。 形成条件： X和Y通常具有较大的电负性和较小的原子半径(如N、O、F，注意X、Y并不局限于N、O、F) 。 分子内也可以形成氢键。 ①形成六元环使分子能量降低 ②受分子内其它原子键角的限制，分子内氢键不能在同一条直线上。 氢键具有饱和性和方向性。 氢键 原子距离远，斥力小，体系最稳定 固态氟化氢分子中存在(HF)n形式的微观结构，画出(HF)3的链状结构 氢键 氢键比化学键的键能小，不属于化学键，是除范德华力外的另一种分子间的作用力。 氢键 邻羟基苯甲醛（熔点-7 ℃） 对羟基苯甲醛（熔点115 ℃） 氢键对物质性质的影响 鲁科版教材P72 人教版教材P58 相似相溶：分子的极性与分子结构 溶解性 ①水是极性溶剂，根据“相似相溶”，非极性溶质在水中的溶解度不大。CO2、Cl2是非极性分子， 但在水中具有较好的溶解度。 ② 化学反应：如果溶质与水发生化学反应,可增大其溶解度。CO2、SO2 ③NH3是极性分子，NH3和H2O发生反应，且NH3分子和H2O分子间能形成氢键。 熔沸点与溶解性 H2O2 S2O82- 认识手性分子 像这样具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左右手一 样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体（或对映 异构体）。 有手性异构体的分子叫做手性分子。 同一个碳原子上连有四个不同的原子（基团） 互为镜像的分子在三维空间里不能叠合 互为手性异构体 $