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1、主题一 原子结构和化学键目录CONTENTS01第一节 原子结构02第二节 元素周期律03第三节 化学键04第四节 化学实验基本操作0101010101一、原子的组成图1-1原子核与电子原子是化学变化中的最小粒子,由居于原子中心的带正电的原子核和在核外做高速运动的带负电的电子构成,见图1-1。原子核是由质子和中子构成。质子带一个单位正电荷,中子不带电荷,一个核外电子带一个单位负电荷。01原子核所带的电荷数即核电荷数(Z)由核内质子数决定。按核电荷数由小到大的顺序给元素编号,所得的序号称为该元素的原子序数,则原子序数=核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数01 例如,氦(He)原子是由2个质子和
2、2个中子(组成氦原子核)和绕氦原子核高速旋转的2个电子组成的,见图1-2。01 质子的质量为1.672610-27kg,中子的质量为1.674910-27kg,电子的质量很小,仅为质子质量的1/1837,所以,原子的质量主要集中在原子核上。质子和中子的质量很小,计算不方便,因此,通常用它们的相对质量。01实验测得,作为原子量标准的碳-12原子的质量是1.992710-26kg,它的1/12为1.660610-27kg。质子和中子对它的相对质量分别为1.007和1.008,取近似整数值为1。如果忽略电子的质量,将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值加起来,所得的数值叫质量数,用符号A表
3、示。中子数用符号N表示。01即质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)如以X代表一个质量数为A、质子数为Z的原子,那么可以用 代表原子的组成。01二、同位素 元素是具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子的总称。也就是说,同一种元素原子的原子核中质子数是相等的。那么,中子数是否也一定相同呢?科学研究证明,同一种元素的原子中质子数相同,但中子数不一定相同。 这种具有相同质子数和不同中子数的同一种元素的几种原子,互称同位素同位素。01 同位素中,不同原子的质量虽然不同,但它们的化学性质几乎是完全相同的。我们所了解的大多数元素都有同位素。 如氢元素有三种同位素,见表1-1。01氢原子的三种同位素原子示
4、意图见图1-3。0101三、核外电子排布规律核外电子的运动有自己的特点,它不像行星绕太阳旋转有固定的轨道,但却有经常出现的区域。在多电子原子中,电子的能量是不相同的,在离核较近的区域内运动的电子能量较低;在离核较远的区域内运动的电子能量较高。科学家把这些距核远近不同的区域称为电子层。核外电子是在不同的电子层内运动的,人们又把这种现象叫做核外电子的分层排布。那么,电子的排布规律如何呢?01由于原子中的电子是处在原子核的引力场中(类似于地球上的万物处于地心的引力场中),电子总是从内层排起,当内层排满后再排下一层。现在发现元素原子核外电子最少的有1层,最多的有7层。电子层按由内向外顺序可表示如下。(
5、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,Q01图1-4为原子核外电子排布示意图。01电子排布规律为每层最多能容纳2n2个电子,其中第一层不超过2个,最外层电子数最多不超过8个,次外层不超过18个,倒数第三层不超过32个。用原子结构示意图可简洁、方便地表示原子的结构。小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,弧线上面的数字表示该层的电子数,见图1-5。0101图1-6为部分原子的核外电子分层排布立体示意图。0202020202元素周期律是指元素的性质随元素的原子序数(即核电荷数或核外电子数)的增加而呈现周期性变化的规律。它把许多化学事实联系起
6、来,说明了元素性质上的周期性变化,并在化学知识系统化过程中起过重要作用,使化学研究减少了盲目性。02一、元素周期表元素周期表是各元素原子核外电子排布呈周期性变化的反映,是元素周期律的图表形式。元素周期表由周期和族组成。021.周期周期:具有相同的电子层且按照原子序数递增顺序排列的一系列元素。元素周期表中有七个横行,每个横行是一个周期,所以一共有七个周期。周期序数=电子层数。02 第1、2、3周期,所排元素种类分别为2种、8种、8种,称为短周期,第4、5、6、7周期,所排元素种类分别为18种、18种、32种、32种,称为长周期。 镧系元素57La71Lu有15种元素,位于第6周期; 锕系元素89
7、Ac103Lr有15种元素,位于第7周期。 目前元素周期表中,发现和人工合成的元素共有118种。022.族 元素周期表中共有18个纵行,除第8、第9、第10三个纵行为一族外,其他每一纵行称为一族,共有16个族。族是最外层电子数相等的一系列元素。族的序数用罗马数字、表示。族又分为主族和副族。元素周期表中,共有8个主族、8个副族。02(1)主族由短周期元素和长周期元素共同构成的族,称为主族,在族的序数后面标上A,如:A、A、AA。主族的序数与周期表中电子层结构关系为主族序数=最外层电子数02例如,处于第A族的镁元素,其原子最外层电子数为2。处于第A族的是稀有气体元素,最外层电子数为8，化学性质极不
8、活泼，在通常情况下不发生化学变化，其化合价为零，因此也称为零族零族。02(2)副族完全由长周期元素构成的族,称为副族。在族的序数后面标上B,如:B、B、BB。02二、元素性质的递变规律1.原子半径从图1-7可见,元素原子半径呈周期性变化。02除第1周期外,主族元素同一周期中(惰性气体元素除外),原子半径随原子序数的递增而减小。同一族的元素最外层电子数相同,从上到下,随原子序数(电子层数)的增加,原子半径增大。022.元素化合价除第1周期外,同周期从左到右,元素最高正价由碱金属+1递增到+7,非金属元素负价由碳族-4递增到-1(氟、氧除外,氟无正价,氧最高+2价)。02同一主族元素的最高正价、负
9、价均相同。主族元素化合价存在如下关系:最高正化合价=主族元素的族序号最低负化合价=最高正化合价-8023.元素的金属性和非金属性元素的金属性是指它的原子失去电子的能力;元素的非金属性是指它的原子获得电子的能力。02元素性质的递变规律(1)同周期元素性质的递变规律实验设计1:(1)钠、镁、铝与水的反应将绿豆大小的金属钠放入盛有水的烧杯中,观察到的现象为 ， 滴入2滴酚酞,观察溶液颜色变化为。 02分别取一小段镁带、铝条,用砂纸去掉表面的氧化膜,放入两支小试管中,加入5mL水,观察到的现象为。加热至沸腾,分别滴入2滴酚酞,观察到镁带表面现象,溶液颜色变化为。铝条表面现象,观察溶液颜色变化为。得出钠
10、、镁、铝与水反应的剧烈程度为。 化学方程式为 02(2)镁、铝分别与盐酸反应分别取一小段镁带、铝条于2支试管中,分别加入3mL2mol/L盐酸溶液,观察到的现象为。得出的实验结论为镁、铝与盐酸反应的剧烈程度写出化学方程式 02结论:NaMgAl的金属性比较 最高价氧化物对应的水化物碱性强弱为02实验设计2:Mg(OH)2、Al(OH)3与碱的反应用MgCl2溶液和NaOH制备Mg(OH)2沉淀,分置于两支试管中,分别加入盐酸和NaOH溶液。观察到的现象为Mg(OH)2是一种碱。 写出化学方程式 02往盛有AlCl3溶液的试管中逐滴加入NaOH溶液,制得Al(OH)3白色沉淀,分置于两支试管中,
11、分别加入盐酸和NaOH溶液。观察到的现象为,Al(OH)3是一种碱。写出化学方程式 02实验设计3:H2SO4与H3PO4酸性强弱的比较在一小片pH试纸上,滴1滴0.1mol/LH2SO4溶液,观察试纸颜色变化,并与标准比色卡比较,pH为。 另取一小片pH试纸,滴1滴0.1mol/LH3PO4溶液,观察试纸颜色变化,与标准比色卡比较,pH为。 结论:硫酸与磷酸的酸性比较。 02 由以上实验可知： 同一周期从左到右随原子序数的递增,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(第A族除外)。 因此从左到右金属性逐渐减弱,而非金属性逐渐增强。02(2)同主族元素性质的递变规
12、律实验设计1:钾、钠与水的反应钠与水的反应(同前)钾与水的反应:取小烧杯,加蒸馏水,取绿豆大小的金属钾投入烧杯中,立即用漏斗罩住烧杯,观察现象;加入2滴酚酞溶液,观察溶液颜色变化,写出化学方程式 结论:钠和钾的金属性比较。 02实验设计2:NaCl、NaBr、NaI与新制氯水和溴水的反应取3支试管,各加入1mL0.1mol/LNaCl、0.1mol/LNaBr、0.1mol/LNaI溶液,然后分别向这3支试管中滴加1mL新制氯水,振荡,观察现象。再取3支试管,各加入1mL0.1mol/LNaCl、0.1mol/LNaBr、0.1mol/LNaI溶液,然后分别滴加1mL溴水,振荡,观察现象。 结
13、论:氯、溴、碘的非金属性比较 02实验设计3:硝酸和磷酸的酸性比较在一小片pH试纸上,滴1滴0.1mol/LHNO3溶液,观察试纸颜色变化,并与标准比色卡比较,pH为。 另取一小片pH试纸,滴1滴0.1mol/LH3PO4溶液,观察试纸颜色变化,与标准比色卡比较,pH为。 结论:硝酸与磷酸的酸性比较。 02 由以上实验可知： 同一主族从上到下,失电子能力逐渐增强,得电子能力逐渐减弱,元素的金属性逐渐增强,而非金属性逐渐减弱。因此,金属性最强的元素在周期表中左下方,为Fr;而非金属最强元素在周期表中最右上方,为F。0202元素的金属性和非金属性的强弱,可以由以下化学性质判断。元素的金属性强a.元
14、素的单质与水或酸反应,置换出氢比较容易。b.元素的最高价态氧化物对应水化物(氢氧化物)的碱性强。元素的非金属性强a.元素的单质与氢气反应,生成气态氢化物比较容易。b.元素的最高价态氧化物对应水化物(含氧酸)的酸性强。02三、元素周期律(表)的应用 根据元素在周期表中的位置,可以推测各种元素的原子结构以及元素及其化合物性质的递变规律,也可以根据元素的原子结构推测它在周期表中的位置。当年,门捷列夫根据元素周期表中未知元素的周围元素和化合物的性质,经过综合推测,成功地预言未知元素及其化合物的性质。02 现在科学家利用元素周期表,研究合成新物质,如在金属和非金属的分界线附近,寻找制取半导体材料(如Si
15、、Ge等),在过渡元素中寻找各种优良的催化剂及耐高温、耐腐蚀的合金材料。在周期表一定区域内寻找元素,发现物质的新用途被视为一种相当有效的方法。030303030303一、离子键 活泼金属和活泼非金属很容易反应,它们的原子可以失去或得到电子而趋向于使核外电子层形成稳定结构。 例如,钠与氯气反应,钠原子要达到8电子的稳定结构,需要失去1个电子,形成阳离子钠离子(Na+),而氯原子要达到稳定结构则需获得1个电子,形成阴离子氯离子(Cl-),Na+与Cl-由于静电作用而结合成化合物NaCl,见图1-8。030303二、共价键 以氯原子和氢原子为例来分析一下氯化氢分子的形成。 氯原子的最外层有7个电子,
16、要达到8电子结构需要获得一个电子,氢原子的最外层有1个电子,要达到2电子结构也需要获得一个电子,两个原子间难以发生电子得失;如果氯原子与氢原子各提供1个电子,形成共用电子对,两个原子就都形成了稳定结构,见图1-9。0303原子间通过共用电子对所形成的化学键,叫做共价键共价键。非金属的原子之间都是以共价键结合的。以共价键结合的化合物称为共价化合物,如Cl2、O2、CH3CH2OH(乙醇)、H2O等。04040404化学实验室0404一、化学实验基本操作1.药品的取用（视频）(1)取用原则不能用手直接接触药品,不要将鼻孔凑到容器口去闻药品(特别是气体)的气味,不得尝任何药品的味道。应严格按规定的用
17、量取药品;若无说明用量,一般应按最少量取用:液体12mL,固体只需盖满试管底部。用剩的药品不能放回原瓶,也不要随意丢弃,不能带出实验室,要放入指定容器内。04 (2)固体药品的取用 固体药品取用的操作方法如图1-10所示。 粉末状:试管横放(倾斜)盛满药品的药匙或对折的纸条平行地伸入试管约2/3处试管慢慢直立(注意防粘)。 块状(密度较大的颗粒):试管横放块状固体放在试管口试管缓缓竖起(防止试管破裂)。040404040404040404加热操作及注意事项a.玻璃仪器外壁有水,加热前先擦干再加热,以免容器炸裂。b.加热时玻璃仪器底部不能接触灯芯,否则易破裂。c.加热到温度很高的玻璃仪器,不能立
18、即用冷水冲洗,否则可能破裂。d.加热时应先均匀加热,然后再集中加热,否则易破裂。04 e.给试管中的固体加热时,试管口必须略微向下倾斜,防止产生的水倒流,试管破裂。 f.给试管中的液体加热时,液体不能超过试管容积的1/3,试管倾斜(与桌面约成45角),试管口不要对着自己或别人。 g.试管夹夹持试管时,应打开试管夹,然后从试管的底部往上套,夹在试管的中上部。04(3)洗涤仪器洗涤原因:仪器不干净会影响实验效果。洗涤方法a.振荡:用手腕的力量。b.试管刷刷洗:上下移动或转动试管刷,不要用力过猛。操作见图1-14。04洗涤干净标准: 玻璃仪器内壁附着水既不聚成水滴也不成股流下(即内外壁不挂水珠)。放置: 洗涤完的玻璃仪器应倒放在试管架上或指定的地方。04040404040404040404041.废气 实验室应配有符合实验要求的通风橱和通风设备,实验操作过程中会产生少量有害气体的实验应该在通风橱中进行,能产生大量有害、有毒气体的实验必须具备吸收或处理装置。一般的有毒气体可以通过通风橱或通风管道,经空气稀释排出,而大量的有毒气体必须通过与氧气充分燃烧或者被吸收处理后才能排放。 040404040404THANKS！
