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1、“十二五”职业教育国家规划教材修订版基础化学（第四版）（第四版）高 琳 主编第一章 物质结构基础“十二五”职业教育国家规划教材修订版教学目标教学目标第一节第一节 元素性质的周期性变化元素性质的周期性变化第二节第二节 化学键化学键第三节第三节 杂化轨道与分子构型杂化轨道与分子构型第四节第四节 分子间力与氢键分子间力与氢键知识目标知识目标1.掌握基态原子核外电子分布规律和主族元素性质的掌握基态原子核外电子分布规律和主族元素性质的周期性变化规。周期性变化规。2.理解离子键和共价键的本质、特征及共价键的类型。理解离子键和共价键的本质、特征及共价键的类型。3.理解理解sp型杂化轨道与与分子构型关系。型杂
2、化轨道与与分子构型关系。4.了解分子间力判断方法；理解氢键形成条件、本质、了解分子间力判断方法；理解氢键形成条件、本质、特征及其对物质性质的影响。特征及其对物质性质的影响。教学目标教学目标能力目标能力目标1.会书写会书写136号元素原子或离子的核外电子分布式、号元素原子或离子的核外电子分布式、原子实表示式、价电子构型和轨道表示式；会根据元原子实表示式、价电子构型和轨道表示式；会根据元素周期律比较、判断主族元素单质及其化合物性质的素周期律比较、判断主族元素单质及其化合物性质的差异。差异。2.能指出能指出sp型杂化方式及其对应的分子空间构型。型杂化方式及其对应的分子空间构型。3.会判断分子的极性及
3、说明分子间力对物质物理性质会判断分子的极性及说明分子间力对物质物理性质影响。影响。4.会判断氢键，并解释氢键对物质物理性质影响。会判断氢键，并解释氢键对物质物理性质影响。一、核外电子的运动状态一、核外电子的运动状态 1.核外电子的运动特征核外电子的运动特征 化学变化的特点是原子核组成不变，只是核外电子运动化学变化的特点是原子核组成不变，只是核外电子运动状态发生变化。为深入理解化学变化的本质，需了解原子状态发生变化。为深入理解化学变化的本质，需了解原子核外电子运动的特征、规律。核外电子运动的特征、规律。【实例分析实例分析】1927年戴维逊和革末将一束高速电子流年戴维逊和革末将一束高速电子流通过镍
4、晶体通过镍晶体(作为光栅作为光栅)投射到荧光屏上，得到了与光衍射现投射到荧光屏上，得到了与光衍射现象相似的一系列明暗交替的衍射环纹象相似的一系列明暗交替的衍射环纹（图图2-1），这种现象），这种现象称为称为电子衍射电子衍射。第一节第一节 元素性质的周期性变化元素性质的周期性变化 实验表明：电子束运动（相当于一个电子的多次行为）实验表明：电子束运动（相当于一个电子的多次行为）像光（如像光（如X射线）一样，也能发生衍射，从而证实了具有粒子射线）一样，也能发生衍射，从而证实了具有粒子性特征（有质量、动量）的电子也具有波的性质，即有波动性。性特征（有质量、动量）的电子也具有波的性质，即有波动性。因此电
5、子运动具有波粒二象性特征因此电子运动具有波粒二象性特征。衍射强度的大小反映电子出现概率的大小，高亮环处衍射衍射强度的大小反映电子出现概率的大小，高亮环处衍射强度大，电子出现概率大；暗纹处衍射强度小，电子出现概率强度大，电子出现概率大；暗纹处衍射强度小，电子出现概率小，因此电子运动具有统计学规律。小，因此电子运动具有统计学规律。【实例分析实例分析】在在三棱三棱镜镜色散作用下，色散作用下，氢氢原子受激原子受激发发而而产产生生的的发发射光射光谱谱在可在可见见光区（波光区（波长为长为400750 nm）出）出现红现红（H）、）、青（青（H）、）、蓝蓝（H）、紫（）、紫（H）四条）四条线线状光状光谱谱，
6、见见图图2-2。二、四个量子数二、四个量子数 1主量子数（主量子数（n）主量子数主量子数（又称为（又称为电子层电子层）是表示电子离核平均距离远近，及）是表示电子离核平均距离远近，及电子能量高低的量子数。电子能量高低的量子数。n=1、2、3、4、5、6、7等正整数，用等正整数，用K、L、M、N、O、P、Q等光谱符号表示。等光谱符号表示。n越大，电子离核平均距离越远，电子的能量越高。越大，电子离核平均距离越远，电子的能量越高。2角量子数（角量子数（l）角量子数角量子数（又电子（又电子亚层亚层）是描述核外电子运动所处原子轨）是描述核外电子运动所处原子轨道（或电子云）形状的，也是决定电子能量的次要因素
7、。道（或电子云）形状的，也是决定电子能量的次要因素。ln1，常用，常用 s、p、d、f 等光谱符号表示。等光谱符号表示。当当n2时，时，l可以取可以取0，1，表明第二电子层包含，表明第二电子层包含2个个亚层，亚层，即即s亚层、亚层、p亚层，分别表示为亚层，分别表示为2s、2p，依此类推。，依此类推。相同电子层，相同电子层，l值越大，电子能量越高。值越大，电子能量越高。不同亚层，其原子轨道（或电子云）的形状不同，如不同亚层，其原子轨道（或电子云）的形状不同，如图图2-3、2-4所示所示，s亚层为亚层为球形球形；p亚层为亚层为无柄哑铃形无柄哑铃形；d亚层为亚层为四瓣花四瓣花形形。3磁量子数（磁量子
8、数（m）磁量子数磁量子数就是描述原子轨道（或电子云）在空间伸展方向就是描述原子轨道（或电子云）在空间伸展方向的量子数的量子数。m取值是从取值是从l到到l包括包括0在内的任何整数值。即在内的任何整数值。即 ml 当当l0时，时，m0，即，即s亚层只有亚层只有1个伸展方向个伸展方向（见（见图图2-3）；）；当当l1时，时，m1，0，1，即，即p亚层有亚层有3个伸展方向个伸展方向，分别沿直角坐标系的，分别沿直角坐标系的x、y、z轴轴方向伸展，依次称为方向伸展，依次称为px、py、pz轨道。依此类推，轨道。依此类推，d亚层有亚层有5个伸展方向个伸展方向，f亚层有亚层有7个伸展方向。个伸展方向。当当n、
9、l、m有确定值时，电子在核外运动的空间区域就已确定，因此将有确定值时，电子在核外运动的空间区域就已确定，因此将n、l、m有确定值的核外电子运动状态称为一个有确定值的核外电子运动状态称为一个原子轨道原子轨道。即即s、p、d、f亚层分别有亚层分别有1、3、5、7个原子轨道；个原子轨道；而当而当n、l都相同时，原子轨道的能量也相同，故称其为都相同时，原子轨道的能量也相同，故称其为等价轨道等价轨道。想一想想一想p p、d d、f f亚层分别有亚层分别有 、个等价轨道？个等价轨道？4自旋量子数（自旋量子数（ms）自旋量子自旋量子数是描述电子自旋方式的量子数。数是描述电子自旋方式的量子数。电子自旋有两种方
10、式，即电子自旋有两种方式，即ms取值仅有两个。即取值仅有两个。即 1/2或或1/2，用，用“”或或“”表示。表示。综上，在量子力学中，只有同时用综上，在量子力学中，只有同时用主量子数主量子数、角量子数角量子数、磁磁量子数量子数和和自旋量子数自旋量子数四个量子数，才能准确描述四个量子数，才能准确描述核外电子的运动状核外电子的运动状态态。想一想想一想某原子核外电子的运动状态，用下列一套量子数表示，是某原子核外电子的运动状态，用下列一套量子数表示，是否正确，为什么？否正确，为什么？n3，l3，m1，ms1/2 二、原子核外电子分布二、原子核外电子分布 1.基态原子电子分布规律基态原子电子分布规律 （
11、1）泡利不相容原理）泡利不相容原理 一个原子轨道中，最多只能容纳两个自旋相反一个原子轨道中，最多只能容纳两个自旋相反的电子。的电子。若用小若用小“”或或“”表示一个原子表示一个原子轨轨道，道，则则 或或 填写下表填写下表电子层电子层（n）n 1n 2n 3n 4KLMN电子亚层电子亚层1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f亚层轨道数亚层轨道数亚层电子最大容量亚层电子最大容量电子层轨道数电子层轨道数电子层最大容量电子层最大容量 （2）能量最低原理）能量最低原理 基态原子核外电子分布总是尽先占据能级最低基态原子核外电子分布总是尽先占据能级最低（见图（见图2-5）的轨道，使系统能量处于最低状态。）
12、的轨道，使系统能量处于最低状态。图图2-5 鲍林的原子轨道近似能级图鲍林的原子轨道近似能级图 根据图根据图2-5，总结不同电子层的同类亚层，能级变，总结不同电子层的同类亚层，能级变化顺序；同一电子层的不同亚层，能级变化顺序。化顺序；同一电子层的不同亚层，能级变化顺序。查一查：查一查：答：答：根据鲍林能级图，可以总结出：根据鲍林能级图，可以总结出：不同电子层的同类亚层，其能级随电子层序数增大而升高。不同电子层的同类亚层，其能级随电子层序数增大而升高。E1sE2sE3sE4s；E2pE3pE4pE5p 相同电子层的不同亚层，其能级随亚层序数增大而升高。相同电子层的不同亚层，其能级随亚层序数增大而升
13、高。E3sE3pE3d；E4sE4pE4dE4f 在多电子原子中，由于电子间的相互作用，引起某些电在多电子原子中，由于电子间的相互作用，引起某些电子层较大的亚层，其能级反而低于某些电子层较的小亚层，子层较大的亚层，其能级反而低于某些电子层较的小亚层，这种现象称为这种现象称为“能级交错能级交错”。例如。例如:E4sE3d；E5sE4d；E6sE4fE5d；E7sE5fE6d 根据能量最低原理和近似能级图，确定基态多电子原子根据能量最低原理和近似能级图，确定基态多电子原子核外电子的分布顺序如下：核外电子的分布顺序如下：1s 2s，2p3s，3p 4s，3d，4p 5s，4d，5p6s，4f，5d，
14、6p7s，5f，6d，7p 电子分布式电子分布式（又称电子结构式（又称电子结构式）能清楚表示基态多电）能清楚表示基态多电子原子核外电子分布。例如子原子核外电子分布。例如:7N 1s22s22p3 17Cl 1s22s22p63s23p5 20Ca 1s22s22p63s23p64s2 25Mn 1s22s22p63s23p63d54s2 用用原子实表示式原子实表示式可简化表示核外电子分布。例如可简化表示核外电子分布。例如:7N He2s22p3 17Cl Ne3s23p5 20Ca Ar4s2 25Mn Ar3d54s2 价电子价电子（原子中能参与反应形成化学键的电子）分布（原子中能参与反应形
15、成化学键的电子）分布称为称为价电子构型价电子构型（或价层电子构型、价电子层结构）。（或价层电子构型、价电子层结构）。主主族元素的价电子为族元素的价电子为 ns12np16例如例如:7N 2s22p320Ca 4s2副族元素为副族元素为 （n1）d110ns12（镧系和锕系元素除外）。（镧系和锕系元素除外）。35Br 4s24p526Fe 3d64s2 （3）洪德规则）洪德规则 在等价轨道上分布的电子，将尽可能在等价轨道上分布的电子，将尽可能分占不同的轨，且自旋相同。此即分占不同的轨，且自旋相同。此即洪德规则洪德规则。例如，基态例如，基态N原子核外电子分布的轨道表示式为原子核外电子分布的轨道表示
16、式为 1s 2s 2p 7N 写出基态写出基态8O原子核外电子分布的轨道表原子核外电子分布的轨道表示式。示式。洪德规则的特例：洪德规则的特例：等价轨道处于全充满（等价轨道处于全充满（p6、d10、f14）、）、半充满（半充满（p3、d5、f7）和全空（）和全空（p0、d0、f0）状态时，具有较低）状态时，具有较低的能量，比较稳定。的能量，比较稳定。24Cr的核外电子分布式是的核外电子分布式是Ar3d54s1，而不是，而不是Ar3d44s2；29Cu的核外电子分布式是的核外电子分布式是Ar3d104s1，而不是而不是Ar3d94s2，为什么？，为什么？2.基态原子的电子分布基态原子的电子分布 根据光谱实验的分析结果，根据光谱实验的分析结果，表表2-2按原子序数递增的顺序，按原子序数递增的顺序，列出了列出了136号元素基态原子的核外电子分布。号元素基态原子的核外电子分布。说明：说明：原子失去电子的顺序并不是核外电子分布的逆过程，原子失去电子的顺序并不是核外电子分布的逆过程，而是而是按电子层从外到内的顺序依次进行按电子层从外到内的顺序依次进行的。的。例如例如:26Fe2+的核外电子分布是的核
