物質結構專題第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

物質結構專題

（原子結構和元素周期律）

新教材第五章物質結構元素周期律第一節：原子結構第二節：元素周期律第三節：元素周期表第四節：化學鍵第五節：非極性分子和極性分子第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日

教學重點教學難點

重點：核外電子的排布規律，元素周期律的實質、周期表的結構，元素性質、原子結構和該元素在周期表中的位置三者之間的關系、離子鍵和共價鍵。難點：核外電子的運動狀態和排布規律，非極性分子和極性分子。第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日第一節原子結構一原子核二原子核外電子運動的特征三原子核外電子的排布教學重點：原子核外電子的排布規律教學難點：原子核外電子運動的特征，原子核外電子的排布規律。第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日問題

（1）

核外電子的運動問題（2）

電子云問題（3）

電子的排布問題

第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日一．微觀粒子的運動特征

微觀粒子有波動性（波性）和微粒性（粒性）兩重性質，稱為波粒二象性。物質的波粒二象性也體現在微觀體系的能量和角動量等物理量的量子化，以及由測不準原理所反映的一些物理量之間的相互關系上。Δx·Δpx≥h

第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日二．電子云的概念

對于一個微觀體系，它的狀態和有關情況可用波函數Ψ表示，在原子和分子體系中單電子波函數Ψ又稱為原子軌道和分子軌道；Ψ*Ψ或Ψ2稱為幾率密度或電子云；在量子力學中采用統計的方法，可以統計出電子在核外空間某單位體積中出現機會的多少——幾率密度，電子云是電子在核外空間出現幾率密度分布的一種形象描述。第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日三．四個量子數

量子力學對核外電子運動狀態的描述引出四個量子數，即電子的運動狀態可以用四個量子數來規定。主量子數n，角量子數l，磁量子數m和自旋磁量子數ms。第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日1.主量子數n

它規定了核外電子離核的遠近和電子能量的高低。n可取正整數1，2，3，4n值越大，表示電子離原子核越遠，能量越高。反之n越小，則電子離核越近，能量越低。這也相當于把核外電子分為不同的電子層，凡n相同的電子屬于同一層。習慣用K,L,M,N,O,P來代表n=1，2，3，4，5，6的電子層。第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日2．角量子數l

它描述的是電子在原子核外出現的幾率密度隨空間角度的變化，即決定原子軌道或電子云的形狀。l可取小于n的正整數，即0，1，2，，n-1，如n=4，l可以是0，1，2，3，相應的符號是s,p,d,f當n相同時，l越大，電子的能量越高。因此，常把n相同，l不同的狀態稱為電子亞層，一個電子層可以分為幾個亞層。第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日3.磁量子數m

它規定電子運動狀態在空間伸展的取向。m的數值可取0，±1，±2，……±l。對某個運動狀態可有2l+1個伸展方向。s軌道的l=0,所以只有一種取向，它是球對稱的。P軌道l=1,m=-1,0,+1,所以有三種取向，用px,py,和pz表示。

第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日4.自旋磁量子數ms

電子除繞原子核運動外，它本身還做自旋運動。電子自旋運動有順時針和逆時針兩個方向，分別用ms=+1/2和ms=-1/2表示，也常用↑和↓符號表示自旋方向相反的電子。第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日四．核外電子排布

多電子原子的核外電子排布可用四個量子數描述，他們遵循以下三條原理：保里不相容原理、能量最低原理及洪特規則。

第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日與教學結合

1.電子在原子中的運動電子在原子中的運動是遵循微觀世界的運動規律的。因此，象原子這樣微觀體系的性質不能僅從描述宏觀物體運動的規律來導出。由于電子既具有微粒性又具有波動性，所以電子的狀態不能僅看作是質點沿著固定的軌道運動。第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日2幾率密度每一瞬間電子在空間都有確定的點，如果把電子的位置用點來標志，就變成它相對于原子核的位置的幾率分布圖。電子出現的幾率密度的這種分布形象稱為軌道。幾率密度這個術語很重要，因為它能正確地描述所研究問題的實質。同時它建立在原子和分子的量子力學的解釋和實驗數據的基礎上。第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日3電子云電子的軌道是絕對不能測定的，而電子的位置只能從幾率圖象中得知；盡管電子的任何瞬間的位置是不知道的，但必竟它是處在空間某一具體的點上。因此不能把電子看成是，電荷分布相當于幾率分布的一種霧狀電子云。電子云模型在化學教學中常常提起，應該使學生明白電子云這個術語應理解為對電子出現幾率密度的直觀描述。第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日小結對4個量子數的意義及相互關系的很好把握將能夠搞清楚電子在電子層和電子亞層的分布規律性（計算出在每個電子層最多可容納的電子數），我們就能更深刻和更清楚地講解元素周期系的結構，從而有助于回答元素性質周期性變化問題。第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日第二節元素周期律問題：原子半徑，金屬性與金屬活動性非金屬性等。第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日一元素周期系理論的發展過程

（1

1869年門捷列夫提出元素周期律的理論（2

1894年-1898年稀有氣體的發現。（3

1913年莫斯萊定律（4

20世紀初期，逐步發展起來原子電子層結構理論和原子核結構理論，（5

1940-1974年人們提出并證實了第二個稀土族元素——錒系元素的存在。（6

人類對元素周期律理論的認識到目前并未完成。

第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日

二．原子結構參數

原子的性質常用原子的結構參數表示。原子的結構參數是指原子半徑(r)、原子的核電荷數(Z)、有效核電荷數

（Z*）、電離能

（I）、電子親和能(Y)、電負性(χ)、氧化態等。其中原子的電離能、電子親和能、原子光譜譜線波長等為氣態的自由原子的性質，與別的原子無關，數值單一。而原子半徑、電負性等參數表示化合物中原子的性質，同一種原子在不同的條件下就有不同的數值。第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日1．原子半徑通常所說的原子半徑是指化合物中相鄰兩個原子的接觸距離為該兩個原子的半徑之和。不同的化合物原子間的距離不同，原子半徑隨所處環境而變。標志原子大小的原子半徑有金屬原子半徑、共價單鍵半徑、共價雙鍵半徑、離子半徑和范德華半徑等，而且其數值具有統計平均的含義。因此在比較原子半徑變化的規律性時，應該注意上述問題。第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日2．原子的電離能

氣態原子失去一個電子成為一價氣態正離子時所需的最低能量稱為原子的第一電離能。電離能的大小和原子的價態、原子軌道能級的高低有關。過渡金屬的價電子數較多，電離能的大小相差不大，具有多價態性。電離能中第一電離能最重要，其元素周期性規律也最明顯。第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日3．原子的電子親和能氣態原子獲得一個電子成為一價負離子時所放出的能量。A(g)+e→A(g)+Y電子親和能的大小既與原子核對該電子的吸引有關，又與該電子受到的排斥作用有關。同一周期、同一族中元素的電子親和能沒有單調的變化規律。第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日4．原子的電負性用以量度原子對成鍵電子的吸引能力的相對大小。金屬元素的電負性較小，非金屬的較大。電負性是判斷元素金屬性的重要參數。第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日三．與教學結合1．結構與性能的關系試分析“金屬原子越容易失去電子，金屬的化學性質就越活潑”的說法是否恰當。例如：1mol鋅原子失去2mol電子所需能量為2646.9KJ,而1mol鉛原子失去2mol電子所需能量為2161.0KJ，第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日解釋不能只從原子結構這一角度去解釋單質或化合物的性質，對于單質與化合物的性質除原子結構因素外，還有化學鍵的強弱、電離勢、晶格能、水合能等。只有游離原子的性質才表現對原子外層電子結構的直接依從性。第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日2．元素的金屬性與金屬活動性試分析：“一般說來，可從元素的單質跟水或酸起反應置換氫的難易或從元素的氧化物的水化物——氫氧化物的堿性強弱來判斷元素金屬性的強弱；從元素氧化物的水化物的酸性強弱，或從跟氫氣生成氣態氫化物的難易，來判斷元素非金屬性的強弱”這種說法是否嚴密。第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日解釋金屬性一般是指金屬原子的性質，是指元素的原子是否容易失去電子或得到電子。金屬活動性一般是指金屬單質在水溶液中形成水合離子傾向的能力。金屬單質除與金屬原子的電子結構有關外，還與分子結構、晶體結構有關。金屬活動順序表基本上按金屬在水溶液中形成低價離子的標準電極電勢順序排列。第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日以銅、鋅為例

鋅銅

I1I2升華熱91517431317501970340第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日以鋰鈉鉀為例：

鋰鈉鉀第一電離能升華熱水合熱標準電極電勢519161—506—3.045494108—397—2.710941890—318—2.925第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日2．理解非金屬性強弱

（1）分析：氟是非常活潑的元素嗎

第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日

解釋解釋F的電子親合能（3.399eV）比Cl(3.61eV)小，即得電子能力比Cl小，但氟單質比氯單質活潑得多，這是因為F-F鍵能為155kJ/mol，而Cl-Cl鍵能是247kJ/mol，F2中化學鍵不牢固，是因為氟的原子半徑小，電子間斥力大，所以氟是非常活潑的單質，而不應該說氟是非常活潑的元素。第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日（2）N2與白磷哪個活潑

第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日解釋

因為N≡N離解成原子的離解能很高，比一般的雙原子分子都高，而P4是四面體結構，P-P鍵能僅為201kJ/mol，因此白磷活潑。同是磷元素構成的紅磷性質不同，說明單質的性質還與分子結構有關，單質性質與元素性質不能等同。

第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日小結

由原子結構可以說明元素的性質，若要說明單質的性質，除了考慮原子結構外，還要考慮分子結構和晶體結構，同時還要考慮反應的條件。同一周期或同一族元素所組成單質的性質，往往不像單個原子那樣有單一方向變化的特點，如果我們只是單從原子結構的規律去解釋單質的行為就會犯科學性錯誤。第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日

第三節元素周期表

元素的原子結構和性質決定了元素在周期表的位置；反之，周期表中的每個位置也反映了該元素的原子結構和性質。因此，根據某個元素在周期表里的位置，就可以確定它的原子結構并推測出它應該具有的性質。第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日一．元素周期表概述化學元素周期表是化學元素周期律的具體表現，是化學元素性質的總結。對某個元素可從周期表中直接得到下列數據：元素的名稱、符號、原子序數、原子量、電子組態、族數和周期數，可從元素在周期表中的位置判斷它是金屬、非金屬或類金屬，估計它的電離能、密度、原子半徑、原子體積和氧化態等等。第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、元素周期表與元素性質的周期性1．元素周期表與原子電子排布的周期性（1）元素的分區與原子的電子層結構

根據原子的電子層結構的特征，可以把周期表的元素所在的位置分為五個區—s區、p區、d區、ds區、f區第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日(2)族與原子的電子層結構

按長式周期表，把元素劃分為16個族；7個A族和7個B族，還有一個零族和一個第Ⅷ。現在把元素劃分18個族，不區分主族或副族，按長式周期表從左向右依次排列。這種劃分與元素原子的外層和次外層的電子數有關。第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日2．元素周期表與原子性質變化的周期性以原子半徑和電離能為主要特征的單個原子的結構變化是有周期性的。如在同一周期中原子半徑一般隨著原子核電荷數的增加而減小，在每個主族中，由于電子層數的增加，原子半徑逐漸增大。但應注意該結論不應推廣到副族元素。第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日習題1短周期元素M和N的離子M2+和N2-具有相同的電子層結構，下列說法正確的是：A.M2+的離子半徑比N2-小B.M的原子序數比N小C.M和N原子的電子層數相等D.M和N原子最外層電子數相等A第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日習題2

某周期ⅡA族元素的原子序數為x，則同周期的ⅢA族元素的原子序數為：A.只有x+1B.可能是x+8或x+18C.可能是x+2D.可能是x+1或x+11或x+25D第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日

習題3

已知短周期元素的離子aA2+bB+cC3-dD-都具有相同的電子層結構，則下列敘述正確的是：A.原子半徑A>B>C>DB.原子序數a>b>c>dC.離子半徑C>D>B>AD單質的還原性A>B>D>CC第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日解題思路分析四種元素在周期表中位置，進而分析微粒的性質二周期C(N)D(F)三周期B(Na)A(Mg)根據具有相同電子層結構的簡單離子，核電荷數越大、微粒半徑越小分析，選項C正確

第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日

3相對論效應對元素周期性質的影響

相對論效應可理解為光速c的有限值與把光速看作∞時互相比較所產生的差異效應。由于相對論效應使得m增大，電子繞核運動的半徑收縮，電子靠近原子核，能量降低，此即相對論的穩定效應。第六周期元素的許多性質可用6s軌道上的電子具有特別大的相對論穩定效應加以解釋。第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日a.基態電子組態

對比第五周期和第六周期d區元素的電子組態，由于第六周期元素6s軌道電子相對論穩定效應大，導致元素的基態電子組態從第五周期價層的4dn5s1變為第六周期價層的5dn-16s2第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日b.(6s)2惰性電子對效應

相對論效應使第六周期元素的6s能級下降幅度大于第五周期元素的5s能級，是促成惰性電子對效應出現的重要因素。Tl,Pb,Bi在化合物中常保持低價態，出現Tl+,Pb2+,Bi3+化合物，從電離能數據可了解其根源，Tl+的半徑（150pm）比In+(140pm)大,但第二、三電離能的平均值對Tl為4848kJ.mol-1,對In為4524kJ.mol-1，相差達7%，即Tl+的半徑雖大，但最外層的6s電子卻比In+更難于電離。

第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日c.金和汞性質的差異

金和汞有相似的電子結構：79Au[Xe]4f145d106s1

80Hg[Xe]4f145d106s2由于6s收縮，能級顯著下降，與5d軌道一起形成最外層的價軌道。這時金具有類似于鹵素的電子組態汞具有類似于稀有氣體的電子組態，單個原子就是一個分子，金屬汞和金相比，在性質上有顯著差異：第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日二．練習

1.已知元素砷的原子序數為33，下列敘述正確的是

A.砷元素的最高化合價為+3

B.砷元素是第四周期的主族元素

C.砷原子的第3電子層含有18個電子

D.砷的氧化物的水溶液呈強堿性答案：BC

第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日二．練習

2.下列關于稀有氣體的敘述不正確的是；A.原子的最外電子層都有8個電子B.其原子與同周期ⅠA、ⅡA族陽離子具有相同的核外電子排布C.化學性質非常不活潑D.原子半徑比同周期ⅦA族元素原子的大

[AB]第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日二．練習

3.甲、乙是周期表中同一主族的兩種元素，若甲的原子序數為z，則乙的原子序數不可能是A.z+2Bz+4C.z+8D.z+10

[B]

第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日三．網絡周期表

在互聯網上有一些搜索性網站。如Google[./]，可搜索所需的資源（中英文均可）。例如搜索“元素周期表”，可搜索到3620項，最值得首先瀏覽的是其中的[/nbwjm/hxzy/yszqb/yszqb]有一個“元素周期表網站放送”。。向我們提供了15個網站，是比較值得瀏覽的，都可點擊上網，該網站上還有一些元素周期表圖形，點擊均可轉至該圖形出處。第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日網絡周期表./的周期表是一個8年級學生制作的。將此信息告訴你的學生，可激發他們的學習熱情。http://www.tabulka.cz/english/statistic.asp上有一個信息，有10種問訊次數最多的元素和10種訪問次數最少的元素。最多的元素是HCOFeAgNaAuNeAlCa。第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日網絡周期表/——Webelements是互聯網上內容最豐富的周期表，其內容是動態的不斷更新的。化學教師瀏覽此網頁可全面了解有關元素的知識，相信你備課時登陸該網站，您的教學思想會大大活躍，不會為找不到素材發愁。第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日第四節化學鍵

化學鍵的定義和類型通常化學鍵定義為在分子和晶體中兩個或多個原子間的強烈的相互作用，導致形成相對穩定的分子和晶體。共價鍵、離子鍵和金屬鍵是化學鍵的三種極限類型。在這三者之間通過鍵型變異而偏離極限鍵型，出現多種多樣的過渡形式的化學鍵。第五十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日若干單質或化合物存在的化學鍵類型

單質或化合物鍵型ZnS共價鍵，離子鍵NbO離子鍵，金屬鍵Sn金屬鍵，共價鍵石墨共價鍵，金屬鍵，范德華力8Ar·46H2O共價鍵，氫鍵，范德華力AlP共價鍵，離子鍵，金屬鍵第五十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日