人教版化学选修三物质结构化学讲义

word第一章原子结构与性质注意: 每个能层的能级种数为n； 轨道总数为n2 ；每个轨道最多容纳电子数为2 每个能层最多容纳电子数为2n2 2.原子轨道：不同能级上的电子出现概率约为90%的电子云空间轮廓图称为原子轨道构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按能量由低到高的顺序填入核外电子运动轨道能级，叫做构造原理。1s/2s 2p/3s 3p/4s 3d 4p/5s 4d 5p/6s 4f5d 6p/7s 5f 6d 7p 能级交织：原子轨道的能量关系是：ns(n-2)f(n-1)dnp【能级组：ns (n-2)f (n-1)d np；一个能级组中的各能级能量相近但不同】2能量最低原理现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。 基态原子：处于最低能量状态的原子 激发态原子：处于能量较高状态的原子基态原子可以吸收能量使核外电子跃迁到较高能级变成激发态，形成吸收光谱激发态原子也可释放能量使核外电子跃迁到较低能级变成低能激发态或基态，形成发射光谱现代化学中常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析焰火、激光、灯光、霓虹灯光、焰色反响等许多可见光都与核外电子跃迁释放能量有关3泡利不相容原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全一样的电子。换言之，一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反用“表示，这个原理称为泡利原理。4洪特规如此：当电子排布在同一能级的不同轨道能量一样时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向一样，这个规如此叫洪特规如此。比如，p3的轨道式为 或 ，而不是洪特规如此特例：当p、d轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、p3、d5、p6、d10时，是较稳定状态。前36号元素全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。4. 基态原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式: 用数字在能级符号的右上角明确该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如19K：1s22s22p63s23p64s1简化的电子排布式： 把内层电子达到稀有气体元素原子结构的局部以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如19K：Ar4s112Mg:Ne3S2(2)电子排布图(轨道表示式)每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。如基态硫原子轨道表示式（3） 价电子排布式或轨道表示式主族元素：只需表示出最外层的电子如Na：3s1；Cl：3s23p5 第四周期的过渡元素：要写出3d和4s两个能级的电子排布如Fe：3d64s2。1.元素周期表的分区 ：除ds外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。分区元素分布价电子排布元素性质特点s区 IA、IIAns12H外都是活泼金属，最外层电子参与反响p区IIIAVIIA、0族ns2np16通常是最外层电子参与反响d区IIIBVIIB、VIII(除镧系和锕系)(n-1)d19ns12都是金属元素；d能级上的电子可以不同程度的参与化学键的形成ds区IB、IIB(n-1)d10ns12都是金属元素f区镧系和锕系(n-2)f014(n-1)d02ns2镧系元素性质相近；锕系元素性质相近外围电子排布可直接判断该元素在周期表中的位置。主族元素价电子等于主族序数，过渡元素价电子等于纵行数从而确定族序数例： 4s24p5 第四周期VIIA族 3d54s2 第四周期VIIB族三.元素周期律：电离能、电负性1、电离能指气态原子或离子失去1个电子时所需要的最低能量第一电离能是指气态电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。第一电离能数值越小，原子越容易失去1个电子。 同一周期元素中，碱金属(或第A族)第一电离能最小，稀有气体(或0族)第一电离能最大，从左到右总体呈现增大趋势反常：A和A的元素的第一电离能大于同周期后面相邻元素的第一电离能，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。 同一主族元素，从上到下第一电离能逐渐减小；元素金属性渐强，非金属性渐弱。 同一原子的电离能逐级增大，即I1I2I3，且隔层的电离能数值相差巨大。 2、电负性 用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小，不考虑稀有气体元素以氟的电负性为4.0，锂的电负性为1.0作为相对标准,得出了各元素的电负性。同周期元素自左到右，电负性逐渐增大，非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱；同主族元素自上而下，电负性逐渐减小，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。电负性的应用：判断元素的金属性和非金属性与其强弱的尺度，金属元素的电负性一般小于1.8，非金属元素的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属(如锗、锑等)的电负性如此在1.8左右，它们既有金属性，又有非金属性。两种元素的电负性相差很大如1.7时易形成离子键，两元素电负性相差不大时 LiBeBMgAlSi易形成共价键。3、对角线规如此：在元素周期表中，某些主族元素与右下方的主族元素的某些性质相似，如右图。 第二章 分子结构与性质一、化学键：相邻的两个或多个原子或离子之间强烈的相互作用。化学键离子键共价键金属键形成过程阴阳离子间的静电作用原子间通过共用电子对或电子云重叠所形成的相互作用金属阳离子与自由电子之间的相互作用实例离子化合物中，大多金属氧化物、强碱、大多数盐多原子组成的非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、弱碱、酸等金属二、共价键：1、共价键的本质是：成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间电子云密度增加，体系能量降低；共价键具有两大特征：饱和性一个原子有几个未成对电子，便只能和几个自旋相反的电子配对成键和方向性。2、 键参数：（1） 键能单位：kJ/mol：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量；键能越大，化学键越稳定。2键长：形成共价键的两个原子的核间距，一般键长越短，共价键越稳定。一样原子间形成的共价键键长的一半称为该原子的共价半径3键角：在原子数超过两个的分子中，两个共价键之间的夹角。多原子分子的键角是一定的，明确共价键具有方向性 键参数对分子性质的影响：决定决定分子的稳定性分子的空间构型决定分子的性质常见的键角：H2O(105°)、NH3(107°)、CH4(109°28)、P4(60°)、CO2(180°)、苯(120°)】3、共价键的类型：1按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键；2按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键：共价键的极性强弱比拟：根据成键两原子的电负性的差异大小，两原子电负性 相差越大，共价键的极性就越强。例如：HF键的极性大于HCl键的极性（3） 按原子轨道的重叠方式分为键和键：键键成键方向沿键轴方向“头碰头平行“肩并肩电子云形状轴对称由两块组成，且镜面对称结实程度强度不同【一般：键不易断裂，键易断裂特殊：N2等】成键判断规律单键是键；双键一个键、一个键；三键一键、两个键（4） 配位键：特殊的共价键键，一个原子提供空轨道，另一个原子提供孤电子对形成的共价键。 存在配位键的化合物常见：H30+ NH4+ H2SO4 Al2Cl6 BNH3F3H3NBF3认识配位化合物(简称配合物)： 含配位键的不一定是配合物金属离子(或原子)与配体(某些有孤对电子的分子或离子)之间通过配位键形成的化合物。如：Cu(H2O)4SO4、Cu(NH3)4SO4、Ag(NH3)2OH、Fe(S)3等。(许多过渡金属离子对多种配体具有很强的结合力，过渡金属的配合物远比主族金属的配合物多)配合物组成：常见含配位键的内界离子: Cu(H2O)42+ Cu(NH3)42+ Ag(NH3)2+Fe(S)63 Fe(S)64 Co(NH3)3(H2O)3+ Co(NH3)4Cl2+ HgI42 配合物溶于水易电离为内界配体离子和外界离子，而内界的配体离子通常不电离。 配位键的表示(箭头)：4、等电子原理：原子总数一样、价电子总数一样的分子(或离子)具有相似的化学键特征，许多性质是相似的，此原理称为等电子原理。1等电子体的判断方法：微粒所含原子个数一样；微粒所含价电子总数一样2等电子原理的应用：这一类分子或离子具有相似的化学键特征、分子结构以与局部物理性质相似。利用等电子原理可判断一些简单分子或离子的主体构型，例如： CO2、S-、NO2+、N3 2、O3、NO2 32-、NO3、SO3 42-、PO43- 33-、SO32-、ClO3 具有一样的原子数4,总价电子数为26,都为三角锥结构三、分子的立体构型：红外光谱仪可以测定分子的立体构型。1、分子构型与价层电子对互斥模型 VSEPR模型 1中心原子价层电子对数键电子对的数目 + 中心原子上的孤电子对的数目 键电子对的数目 与中心原子直接相连的原子数目即：由分子式确定 【判断键电子对数时，双键、叁键等多重键作为1对电子看待】 孤电子对数【 假如剩余电子不足一对，也当作1对电子处理, 例如NO2的氮原子孤电子对为 0.5 】2价层电子对互斥模型 VSEPR模型 说明的是价层电子对的空间构型；而分子的空间构型判断要略去中心原子上的孤对电子。当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致3价层电子对尽可能彼此远离，以使它们之间的斥力最小：孤电子对之间的排斥力孤电子对与成键电子对间的排斥力成键电子对之间的排斥力； 成键电子对间的斥力大小: 三键 双键 单键2、杂化轨道理论：在形成多原子分子的过程中，中心原子的假如干能量相近的原子轨道重新组 合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，存在sp、sp2、sp3三种杂化。杂化轨道只用于形成键或用来容纳孤电子对；未参与杂化的轨道可用于形成键3、价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的空间构型与中心原子的杂化方式：价层电子对数VSEPR模型成键电子数孤电子对数价层电子对排列方式中心原子杂化类型杂化轨道数目键角分子的空间构型实例2直线形20sp2180°直线形CO2BeCl23平面三角形