物质结构专题（原子结构和元素周期律）.ppt

物质结构专题（原子结构和元素周期律）n北京教育学院n贾晓春物质结构专题 （原子结构和元素周期律）新教材第五章 物质结构 元素周期律第一节：原子结构第二节：元素周期律第三节：元素周期表第四节：化学键第五节：非极性分子和极性分子教学重点 教学难点重点：核外电子的排布规律，元素周期律 的实质、周期表的结构，元素性质、原 子结构和该元素在周期表中的位置三者 之间的关系、离子键和共价键难点：核外电子的运动状态和排布规律， 非极性分子和极性分子第一节 原子结构一 原子核 二 原子核外电子运动的特征 三 原子核外电子的排布 教学重点：原子核外电子的排布规律 教学难点：原子核外电子运动的特征，原 子核外电子的排布规律问 题（1） 核外电子的运动问题 （2） 电子云问题 （3） 电子的排布问题一．微观粒子的运动特征微观粒子有波动性（波性）和微 粒性（粒性）两重性质，称为波粒二 象性 物质的波粒二象性也体现在 微观体系的能量和角动量等物理量的 量子化，以及由测不准原理所反映的 一些物理量之间的相互关系上Δx·Δpx≥h二．电子云的概念 对于一个微观体系，它的状态 和有关情况可用波函数Ψ表示，在原 子和分子体系中单电子波函数Ψ又称 为原子轨道和分子轨道；Ψ*Ψ或Ψ2称 为几率密度或电子云；在量子力学中采用统计的方法， 可以统计出电子在核外空间某单位体 积中出现机会的多少——几率密度， 电子云是电子在核外空间出现几率密 度分布的一种形象描述。

三．四个量子数量子力学对核外电子运 动状态的描述引出四个量子 数，即电子的运动状态可以 用四个量子数来规定主量 子数n，角量子数l，磁量子 数m和自旋磁量子数ms 1.主量子数n 它规定了核外电子离核的远近和电 子能量的高低n可取正整数1，2，3，4 n值越大，表示电子离原子核越远，能量 越高反之n越小，则电子离核越近，能 量越低这也相当于把核外电子分为不 同的电子层，凡n相同的电子属于同一层 习惯用K,L,M,N,O,P来代表n=1，2，3 ，4，5，6的电子层2．角量子数l 它描述的是电子在原子核外 出现的几率密度随空间角度的变 化，即决定原子轨道或电子云的 形状l可取小于n的正整数，即0 ，1，2， ，n-1，如n=4，l可以 是0，1，2，3，相应的符号是 s,p,d,f 当n相同时，l越大，电子 的能量越高因此，常把n相同， l不同的状态称为电子亚层，一个 电子层可以分为几个亚层3.磁量子数 m 它规定电子运动状态在空间伸 展的取向m的数值可取0，± 1 ， ±2，……±l对某个运动状态可有 2l+1个伸展方向s轨道的l=0,所以 只有一种取向，它是球对称的。

P轨 道l=1,m=-1,0,+1,所以有三种取向， 用px,py,和pz表示4.自旋磁量子数ms 电子除绕原子核运动外， 它本身还做自旋运动电子自旋 运动有顺时针和逆时针两个方向 ，分别用ms = +1/2和ms =-1/2表 示，也常用↑和↓符号表示自旋方 向相反的电子四．核外电子排布多电子原子的核外电子 排布可用四个量子数描述， 他们遵循以下三条原理：保 里不相容原理、能量最低原 理及洪特规则与教学结合 1.电子在原子中的运动电子在原子中的运动是遵循微 观世界的运动规律的因此，象原 子这样微观体系的性质不能仅从描 述宏观物体运动的规律来导出由 于电子既具有微粒性又具有波动性 ，所以电子的状态不能仅看作是质 点沿着固定的轨道运动 2 几率密度每一瞬间电子在空间都有确定的点 ，如果把电子的位置用点来标志，就变 成它相对于原子核的位置的几率分布图 电子出现的几率密度的这种分布形象 称为轨道几率密度这个术语很重要， 因为它能正确地描述所研究问题的实质 同时它建立在原子和分子的量子力学 的解释和实验数据的基础上3 电子云电子的轨道是绝对不能测定的，而 电子的位置只能从几率图象中得知； 尽管电子的任何瞬间的位置是不知道 的，但必竟它是处在空间某一具体的 点上。

因此不能把电子看成是，电荷 分布相当于几率分布的一种雾状电子 云电子云模型在化学教学中常常提 起，应该使学生明白电子云这个术语 应理解为对电子出现几率 密度的直观 描述小 结对4个量子数的意义及相互关系 的很好把握将能够搞清楚电子在电 子层和电子亚层的分布规律性（计 算出在每个电子层最多可容纳的电 子数），我们就能更深刻和更清楚 地讲解元素周期系的结构，从而有 助于回答元素性质周期性变化问题 第二节 元素周期律问题： 原子半径，金属性与金属活动性 非金属性等一 元素周期系理论的发展过程 （1 1869年门捷列夫提出元素周期律的理 论（2 1894年-1898年稀有气体的发现3 1913年莫斯莱定律（4 20世纪初期，逐步发展起来原子电子 层结构理论和原子核结构理论，（5 1940-1974年人们提出并证实了第二 个稀土族元素——锕系元素的存在6 人类对元素周期律理论的认识到目前 并未完成 二．原子结构参数原子的性质常用原子的结构参数 表示原子的结构参数是指原子半径 (r)、原子的核电荷数(Z)、有效核电 荷数 （Z*）、电离能 （I）、电子亲 和能(Y)、电负性(χ)、氧化态等。

其 中原子的电离能、电子亲和能、原子 光谱谱线波长等为气态的自由原子的 性质，与别的原子无关，数值单一 而原子半径、电负性等参数表示化合 物中原子的性质，同一种原子在不同 的条件下就有不同的数值1．原子半径通常所说的原子半径是指化合 物中相邻两个原子的接触距离为该 两个原子的半径之和不同的化合 物原子间的距离不同，原子半径随 所处环境而变标志原子大小的原 子半径有金属原子半径、共价单键 半径、共价双键半径、离子半径和 范德华半径等，而且其数值具有统 计平均的含义因此在比较原子半 径变化的规律性时，应该注意上述 问题2．原子的电离能气态原子失去一个电子成为一 价气态正离子时所需的最低能量称 为原子的第一电离能电离能的大 小和原子的价态、原子轨道能级的 高低有关过渡金属的价电子数较 多，电离能的大小相差不大，具有 多价态性电离能中第一电离能最 重要，其元素周期性规律也最明显 3．原子的电子亲和能气态原子获得一个电子成为一价负 离子时所放出的能量A(g)+e → A(g)+ Y电子亲和能的大小既与原子核对该 电子的吸引有关，又与该电子受到的排 斥作用有关同一周期、同一族中元素 的电子亲和能没有单调的变化规律。

4．原子的电负性用以量度原子对成键电子的 吸引能力的相对大小金属元素 的电负性较小，非金属的较大 电负性是判断元素金属性的重要 参数三．与教学结合1．结构与性能的关系试分析“金属原子越容易失去电子， 金属的化学性质就越活泼”的说法是否恰 当例如：1mol锌原子失去2mol电子所 需能量为2646.9KJ,而1mol铅原子失去 2mol电子所需能量为2161.0KJ， 解释不能只从原子结构这一角度去解 释单质或化合物的性质，对于单质与 化合物的性质除原子结构因素外，还 有化学键的强弱、电离势、晶格能、 水合能等只有游离原子的性质才表 现对原子外层电子结构的直接依从性 2．元素的金属性与金属活动性试分析：“一般说来，可从元素的 单质跟水或酸起反应置换氢的难易或 从元素的氧化物的水化物——氢氧化 物的碱性强弱来判断元素金属性的强 弱；从元素氧化物的水化物的酸性强 弱，或从跟氢气生成气态氢化物的难 易，来判断元素非金属性的强弱”这 种说法是否严密解释金属性一般是指金属原子的性 质，是指元素的原子是否容易失去 电子或得到电子金属活动性一般 是指金属单质在水溶液中形成水合 离子倾向的能力金属单质除与金 属原子的电子结构有关外，还与分 子结构、晶体结构有关。

金属活动 顺序表基本上按金属在水溶液中形 成低价离子的标准电极电势顺序排 列 以铜、锌为例锌铜I1 I2 升华热915 1743 131750 1970 340以锂钠钾为例： n n 锂钠钾第一电离能 升华热 水合热 标准电极 电势 519 161 —506 —3.045 494 108 —397 —2.7109 418 90 —318 —2.925 2．理解非金属性强弱（1）分析：氟是非常活泼的元素 吗解释解释F的电子亲合能（3.399eV） 比Cl(3.61eV)小，即得电子能力比 Cl小，但氟单质比氯单质活泼得多 ，这是因为F-F键能为155kJ/mol， 而Cl-Cl键能是247kJ/mol，F2中化 学键不牢固，是因为氟的原子半径 小，电子间斥力大，所以氟是非常 活泼的单质，而不应该说氟是非常 活泼的元素2）N2与白磷哪个活泼 解释因为N≡N离解成原子的离解能 很高，比一般的双原子分子都高 ，而P4 是四面体结构，P-P键能 仅为201kJ/mol，因此白磷活泼 同是磷元素构成的红磷性质不同 ，说明单质的性质还与分子结构 有关，单质性质与元素性质不能 等同小 结由原子结构可以说明元素的性质 ，若要说明单质的性质，除了考虑原 子结构外，还要考虑分子结构和晶体 结构，同时还要考虑反应的条件。

同 一周期或同一族元素所组成单质的性 质，往往不像单个原子那样有单一方 向变化的特点，如果我们只是单从原 子结构的规律去解释单质的行为就会 犯科学性错误第三节 元素周期表元素的原子结构和性质决定 了元素在周期表的位置；反之， 周期表中的每个位置也反映了该 元素的原子结构和性质因此， 根据某个元素在周期表里的位置 ，就可以确定它的原子结构并推 测出它应该具有的性质一．元素周期表概述化学元素周期表是化学元素周期 律的具体表现，是化学元素性质的总 结对某个元素可从周期表中直接得 到下列数据：元素的名称、符号、原 子序数、原子量、电子组态、族数和 周期数，可从元素在周期表中的位置 判断它是金属、非金属或类金属，估 计它的电离能、密度、原子半径、原 子体积和氧化态等等二、元素周期表与元素性质的周期性1．元素周期表与原子电子排布的周期性 （1）元素的分区与原子的电子层结构根据原子的电子层结构的特征， 可以把周期表的元素所在的位置分为 五个区—s区、p区、d区、ds区、f区(2)族与原子的电子层结构 按长式周期表，把元素划 分为16个族；7个A族和7个B族 ，还有一个零族和一个第Ⅷ现 在把元素划分18个族，不区分主 族或副族，按长式周期表从左向 右依次排列。

这种划分与元素原 子的外层和次外层的电子数有关 2．元素周期表与原子性质变化 的周期性以原子半径和电离能为主要特征 的单个原子的结构变化是有周期性的 如在同一周期中原子半径一般随着 原子核电荷数的增加而减小，在每个 主族中，由于电子层数的增加，原子 半径逐渐增大但应注意该结论不应 推广到副族元素习题1短周期元素M和N的离子M2+和N2-具有相同 的电子层结构，下列说法正确的是： A.M2+的离子半径比N2-小 B.M的原子序数比N小 C.M和N原子的电子层数相等 D.M和N原子最外层电子数相等 A习题2某周期ⅡA族元素的原子序数为x，则同周 期的ⅢA族元素的原子序数为： A.只有x+1 B.可能是x+8或x+18 C.可能是x+2 D.可能是x+1或x+11或x+25 D习题3已知短周期元素的离子aA2+ bB+ cC3- dD- 都具有相同的电子层结构，则 下列叙述正确的是： A.原子半径A>B>C>D B.原子序数a>b>c>d C.离子半径C>D>B>A D单质的还原性A>B>D>C C解题思路分析四种元素在周期表中位置，进而分析微粒的 性质 二周期 C( N) D( F) 三周期 B(Na) A (Mg) 根据具有相同电子层结构的简单离子，核电荷数 越大、微粒半径越小分析，选项C正确3 相对论效应对元素周期性质的影响 。