普通化学幻灯片

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1、 普通化学3.1物质的结构与物质的状态 一.原子结构 1.核外电子的运动特性核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的 特征，不能用经典牛顿力学来描述核外电子的运动状态 。 2.核外电子的运动规律的描述由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波 函数来描述核外电子的运动状态。 (1)波函数：用空间坐标(x,y,z)来描写波的数学函数式, 以表征原子中电子的运动状态。一个确定的波函数，称为一个原子轨道。确定电子 的一种运动状态. (2)概率密度（几率密度）：用2表示电子在核外空间某 单位体积内出现的概率大小。(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子的概率密度(2)分布规律的图形。

2、黑点密的地方，电子出现的概率密度较大，单位体积内 电子出现的机会多。氢原子1s电子云（二维投影）yxb(4)四个量子数:波函数由n,l,m三个量子数决定 ，即(n,l,m)。三个量子数取值相互制约。主量子数n：n=1,2,3, 确定原子轨道的 能量，和电子离核的远近。角量子数:=0,1,2n-1(n个),确定原子轨 道的形状。= 0, 1, 2, 3 s, p, d, f 球形 纺锤形 梅花形 复杂s轨道投影yxP轨道投影d轨道投影磁量子数m: m=0 ,1,2 (2+1个) ,确定原子轨道的空间取向。 = 0， m=0， S轨道空间取向为1；=1, m=0 ,1， P轨道空间取向为3；=2

3、m=0 ,1,2 , d轨道空间取向为5；一个原子轨道：指n、m三种量子数都具 有一定数值时的一个波函数。（n,m），例如：(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。n、m取值合理才能确定一个存在的 波函数，亦即确定电子运动的一个轨道。n=1(1个), =0,m=0, (1,0,0)n=2（4个）, =n=3(9个), = n=4(16个)波函数数目n2 n、m的取值与波函数关系：n，相同的轨道称为等价轨道。s轨道有1个等价轨道，表示为：p轨道有3个等价轨道，表示为：d轨道有5个等价轨道，表示为：4)自旋量子数ms= 代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态

4、）,可用 表示自旋平行,表示自旋反平行.n, ,m, ms四个量子数确定电子的一个完整的 运动状态,以（n,m, ms ）表示。例：( 1, 0, 0, + ), ( 1, 0, 0, - ) 例题: 7.对原子中的电子来说，下列成套的量子数中不可能存 在的是_。A.(3,1,1,-1/2) B.(2,1,-1,+1/2) C.(3,3,0,-1/2) D.(4,3,-3,+1/2) 9.下列量子数的组合中，哪一个是不合理的_ 。 A. n=2,=2,m=1 B. n=2, =1,m=0 C. n=3, =2,m=1 D. n=3, =0,m=0 19.量子力学中的一个原子轨道是指_。 A.与

5、波尔理论相同的原子轨道 B.n具有一定数值时的一个波函数 C.n、m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数 D. 、m二种量子数都具有一定数值时的一个波函数12.某元素最外层原子轨道4S上有一个电子,其四个量子 数表达式正确的是_. A.(4.0,1,+1/2) B.(4,1，0,-1/2) C.(4.0,0,+1/2) D.(4，1,1,-1/2) 24.表示3d的诸量子数为：_A.n=3 =1 m=+1 mS=-1/2B.n=3 =2 m=+1 mS=+1/2C.n=3 =0 m=+1 mS=-1/2D.n=3 =3 m=+1 mS=+1/2 11p2波函数角度分布形状为: A.双球形 B

6、.球形 C.四瓣梅花形 D.橄榄形3.原子核外电子分布三原则(1)泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个 量子数完全相同的两个电子。一个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的 两个电子。 表示为：根据每层有n2个轨道，每个轨道最多能容纳两个电子，由此可得出每一层电子的最大容量为：2 n2。(2)最低能量原理：电子总是尽先占据能 量最低的轨道。电子依据近似能级图由低到高依次排布。近似能级图:7s6s 4f 5d 6p5s 4d 5p4s 3d 4p3s 3p2s 2p1s能量逐渐升高能量逐渐升高(3)洪特规则：在n和值都相同的等价轨道中 ，电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行 。 如2p3:3d6有几

7、个未成对电子？ 洪特规则特例：当电子的分布处于全充满、半 充满或全空时，比较稳定。 全充满: p6或d10或f14 半充满: p3或d5或f7 全空: p0或d0或f0 例如:24Cr 1S22S22P63S23P63d54S1，半充满比较稳定 。29u 1S22S22P63S23P63d104S1, 全充满比较稳 定 42Mo、47Ag、79Au(4)核外电子分布式：原子的 原子的 离子的 离子外层电子分布式 外层电子分布式 电子分布式 电子分布式（价电子构型）11Na：1s22s22p63s1 3s1 Na+:1s22s22p6 2s22p6 16S：1s22s22p63s23p4 3s2

8、3p4 S2-:1s22s22p63s23p6 3s23p6 26Fe：1s22s22p6 3s23p63d64S2 3d64s2 Fe3+:1s22s22p63s23p63d5 3s23p63d524Cr： 1S22S22P63S23P63d54S1 3d54S1 Cr3：1S22S22P63S23P63d3 3S23P63d329u ：1S22S22P63S23P63d104S1 3d104S1 u2：1S22S22P63S23P63d9 3S23P63d9 例题 130.某元素的+2价离子的外层电子分布式为: 该元素是: C (A)Mn (B)Cr (C)Fe (D)Co 1、24号基态

9、原子的外层电子结构式正确的是（ ） A、2s2 B、3s23p6 C、3s23p4 D、3d54s13.Fe3+的外层电子分布式为_。A.3d34S2 B.3d5 C.3S23P63d5 D.3S23P63d34S2 18.原子序数为25的元素,其+2价离子的外层电子分布为 。 A. 3d34s2 B. 3d5 C. 3s23p63d5 D. 3s23p63d34s2 20.原子序数为29的元素，其原子外层电子排布应是： A.3d94s2 B.3d104s2 C.3d104s1 D.3d105s1 26.铁原子的价电子构型为3d64s2，在轭道图中，未配 对的电子数为：_A.0 B.2 C.4

10、 D.6(5)原子、离子的电子式及分子结构式 电子式:在元素符号周围用小黑点(或)来表示原子或离子 的最外层电子的式子。例如: H. Na. .Mg. .Ca. :C: 分子结构式：用“”代表一对共用电子对的分子式。例如 : NN，O=C=O，Cl-Cl ，HCl 二.化学键和分子结构 1.化学键：分子或晶体中相邻的原子（离子）之间的强烈的 相互作用。化学键一般分为离子键、共价键和金属键。 (1)离子键：由正负离子的静电引力形成的化学键。离子的外层电子构型大致有：2电子构型; 8电子构型 ; 917电子构型 ; 18电子构型; （182）电子构型。(2)共价键：分子内原子间通过共用电子对( 电

11、子云重叠)所形成的化学键。 可用价键理论和分子轨道理论来说明。 价键理论要点：价键理论认为典型的共价 键是在非金属单质或电负性相差不大的原 子之间通过电子的相互配对(共用电子对) 而形成。原子中一个未成对电子只能和另 一个原子中自旋相反的一个电子配对成键 ，且成键时原子轨道要对称性匹配,并实现 最大程度的重叠。所以共价键具有饱和性 和方向性。键：原子轨道沿两核连线，以“头碰 头”方式重叠S-S: H - H, S-Px: H - Cl , Px-Px: Cl-Cl 键：原子沿两核连线以“ 肩并肩”方 式进行重叠。如 单键 ： Cl-Cl双键 ：+ -C= C- 三键：+ + NN键键例题: 1

12、1.根据价键理论和原子轨道重叠原则，N2的结 构为_。 A.一个键,二个键; B.三个键; C.三个键 ; D.一个键,二个键2.分子的极性与电偶极矩:极性分子和非 极性分子用电偶极矩来区别。=q. q：正负电荷中心带电量； ：正负电荷中心之间的距离。 极性分子：正负电荷中心不重合，0 如： HX, H2O,SO2,H2S,HCN等。且极性:HFHClHBrHI 非极性分子：正负电荷中心重合，=0。 如:N2,H2 ,CH4, CCl4,CO2,CS2等。对于双原子分子:分子极性与键的极性一 致.即键是极性键,分子是极性分子;键是 非极性键,分子是非极性分子.如： N2,H2、O2非极性分子；

13、HFHClHBrHI极性分子 对于多原子分子:分子是否极性不仅取决 于键的极性,而且取决于分子的空间构 型(结构对称的为非极性分子)如： CH4, CCl4,CO2,CS2非极性分子3.分子空间构型和杂化轨道理论 杂化轨道理论要点: 1）电子在成键原子的作用下，进行激发； 2)能级相近的原子轨道互相杂化; 3)几个轨道参加杂化,形成几个杂化轨道； 4)成键能力更强。 以此用来解释分子的空间构型。杂杂化轨轨道类类 型SPSP2SP3SP3（不等性） 空间间构型直线线型平面正三形 角形正四面体三角锥锥型V字型实实例BeCl2,HgCl2 ,CO2，CS2， C2H2 BCl3,BF3（B，Al ， Ga等III A元素 的卤卤化物）,C2H4 CH4,SiH4 , CCl4 ,SiCl4 （IVA元素 ）NH3 PH3, PCl3（VA元素 ） H2O H2S （VIA元 素） 分子极性：非极性 非极性 非极性 极性 极性 1)sp杂化:4Be 2s2图5.18 sp杂化轨道分子空间构型为直线型，键角180例如：HgCl2、BeCl2分子。2) sp2杂化:5B 2s22p1附图5.15 sp2杂化轨道sp2杂化轨道成键特征：键角为120, 分子空间构型为平面正三角形。如:BX3,H2C=CH2BCl3和CH2CH2的空间构型3)等性sp3杂化:6C 2s22p2等