上海高一第一学期化学)

第一章：打开原子世界的大门

1.1从葡萄干面包模型到原子结构的行星模型

课前引导：1，人们对原子的认识经历了怎样一个过程？

古典原子论：

惠施：物质是无限可分的。“一尺之棰，日取其半，万世不竭”

墨子：物质被分是有条件的。“非半弗，则不动，说在端……”

得莫利克特：物质是由极小的“原子”构成。原子不可再分割。

近代对原子的认识：

英国道尔顿：（1）化学元素均由不可再分的微粒构成，这种微粒称为原子；

（2）原子在一切化学变化中均保持其不可再分性；

（3）同一元素的原子在质量和性质上都相同，不同元素的原子在质量和性质上都

不相同；

（4）不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。

从现代化学理论看（1）（3）（4）是不合理的。

汤姆孙：发现电子，提出葡萄干面包原子模型。原子中的正电荷均匀地分布在整个原子的球形体内，电子则均匀地分布在这些正电荷之间。

2，从X射线到元素放射性的发现的过程

X射线的发现－－1895年伦琴

天然（铀）放射性的发现－－1896年贝克勒尔

（暗示出原子也存在内部结构）

电子的发现－－1897年汤姆逊

（明确地揭示了原子是可分割的）

αβγ粒子的发现－－1905年卢瑟福

（进一步揭示了原子的内部结构）

电子的发现和元素放射性现象说明了什么?

电子的发现和元素的放射性现象说明了原子不是不可再分的微粒，原子还可以再分，原子是有结构的。

3，原子结构的行星模型是如何建立的，它的内涵是什么？

英国卢瑟福 1.α射线（带正电）

α粒子：氦原子失去电子后的正离子（He2+)

β射线（带负电）电子流

2.做了著名的：α粒子散射实验

该实验说明了什么？

（1），原子是有结构的，原子可以再分为带正电的粒子与带负电的电子。

（2），○1原子内部并非是充满的，它的大部分空间是空虚的；

○2它的中间有一个体积很小质量较大的带正电的核，原子的全部正电荷以及它99%以上的质量都集中在这个核上；

○3带负电的电子则以某种方式分布于核外的空间中。

卢瑟福的原子模型：行星模型

原子是由带正电的质量很集中的很小的原子核和核外面运动着的带负电的电子组成的体系，就象行星绕太阳运转一样。

4,现在原子理论时代

波尔：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。

薛定谔：电子云模型

。

1.2原子结构和相对原子质量

一、原子及其相关微粒

1、原子的构成带电情况质量相对质量整数值

| 原子核质子（+）+1 1.6726*10-27kg 1.007 1

原子中子（0）0 1.6748*10-27kg 1.008 1

| 核外电子（-）-1 9.041*10-31（kg）1/1837 1/1837

原子核只占原子半径的几万分之一，但原子质量却绝大部分集中在原子核。

①质子数、核电荷数、核外电子数等关系

原子：核电荷数= 核内质子数= 核外电子数=原子序数。

离子：核电荷数核外电子数。电子数

阳离子：核电荷数= 核内质子数> 核外电子数 a X m+ a-m

阴离子：核电荷数= 核内质子数< 核外电子数 b Y n- b+n

思考：什么是核电荷数?核电荷数为什么等于质子数？

（质子所带的正电荷数叫核电荷数）

２、质量数（Ａ）

——将原子核内所有的质子和中子相对质量取近似整数值，加起来所得的数值叫质量数。质量数用Ａ表示。即：Ａ＝Ｚ+Ｎ

质量数质子数中子数

元素：具有相同核电荷数（即质子数）的同一类原子总称为元素。（质子数决定元素种类）例，1、已知A2－、B－、C＋、D2＋、E3＋五种简单离子的核外电子数相等，与它们对应的原子的核电荷数由大到小的顺序是

2.现有b X n－和aY m＋两种离子，它们的电子数相同，则 a 与下列式子有相等关系的是（ B ）

A. a＝b－m－n

B. a＝b＋m＋n

C. a＝b－m＋n

D. a＝b＋m－n

二，同位素

1、定义

——具有相同质子数和不同中子数的同一种元素的原子互称为同位素。

（绝大多数元素存在同位素，只有少数元素无同位素，如：Al、F、P、Y）

注意：质子数和中子数决定原子的种类。

2、由同位素的不同原子可构成不同物质（其物性不同，化性相似。）

3、同位素与同素异形体的区别

同：都是由同种元素组成的。异：同位素是指质子数相同，中子数不同的原子。

同素异形体是指结构，形状不同的单质。

4，在天然存在的某种元素里，不论是游离态还是化合态，各种同位素所占的原子个数百分比一般是不变的。

5、同位素的用途

（1）碳—14测定地质年代。（考古断代）

（2）研究化学反应机理。

（3）培育良种。

（4）保存食物。

（5）放射治疗。60Co 放射治疗癌症9038Cr 治疗皮肤癌

（6）探测金属器械的缺陷。

三、元素的相对原子量

整理：11H、21H、31H、质子数相同，电子数相等的原子。

CH4、NH3、H2O、HF、质子数= 电子数= 10的不同分子。

NH4+、H3O+、Na+、Mg2+、Al3+、电子数= 10

OH-、F- 、电子数=10

四，辨析

1，元素与同位素

（1），元素是一个概念，不是微粒，只讲种类，不讲个数，而同位素是微粒（原子），既讲种类，又讲个数。

（2）元素的种类由质子数决定，原子的种类由质子数和中子数共同决定。

2，原子，元素的相对原子质量

（1），同位素原子的相对原子质量：以一个C-12原子质量的1/12作为标准，任何一个原子的真实质量跟一个C-12原子质量1/12的比值，称为该原子的相对原子质量。

即：原子的相对原子质量（Ar）= m（一个同位素原子的质量）

m(C-12的质量)*1/12

（2）元素的平均相对原子质量：元素所含各同位素相对原子质量与其丰度乘积的和。

即：元素平均相对原子质量=A1*a1%+A2*a2%+…+A n*a n% (A各同位素原子的相对原子质量，a%各同位素原子的丰度)。

同位素丰度：各种同位素原子所占的原子个数百分比。

如氯的稳定同位素中有3517Cl和3717Cl ，在自然界的丰度分别为75.5%和24.5%，元素表中所列的氯的相对原子质量是两者按丰度计算的均值。

例：1. 下列各组为同位素的是（）

A. T和D

B. 金刚石和石墨

C. H2O和D2O

D. H2和D2

3. 13C—NMR（核磁共振）、15N—NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构,KurtWüthrich等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下面有关13C、15N叙述正确的是（）A．13C与15N有相同的中子数B．13C与C60互为同素异形体

C．15N与14N互为同位素D．15N的核外电子数与中子数相同

4.35Cl相对原子质量为34.969 ，自然界中的含量（丰度）7

5.77%，37Cl 相对原子质量为3

6.966，自然界中的含量（丰度）24.23%，求Cl元素的平均相对原子质量.(35.451)

（3）元素的近似相对原子质量：元素所含各同位素的质量数与其丰度乘积的和。

求例四近似相对原子质量。（35.496）

（4）利用十字交叉法求元素的相对原子质量

1,如果是两种物质组成的混合系统，且有n1份（摩尔）组分与M1与n2份（摩尔）组分M2相混合（M1>M2），则必然存在下列关系式：

M1 n1 M-M2

M =

M2 n2 M1-M

其中：1/n1+1/n2=1

例：1.氯元素的近似相对原子质量为35.5，它的两种天然同位素35Cl和37Cl的原子个数比是( )

A. 2︰1

B. 1︰3

C. 3︰1

D. 1︰4

2.元素M有质量数为16和18的两种同位素，该元素的近似平均相对原子质量为16.4，则

其中18M的质量分数是（）

A 20%

B 22%

C 50%

D 78%

3.（提高题）某元素构成的双原子单质分子有3种,其相对分子质量分别为158、160、162。在天然单质中, 此三种单质的物质的量之比为1︰1︰1, 由此推断的以下结论中,正确的是( ) （多选）

A.此元素有三种同位素

B.其中质量数为79的同位素原子占原子总数的1/2

C.其中一种同位素的质量数为80

D.此元素的单质的平均分子量为160

（点播：只有三种组合）

2,M1

例如：氖的天然同位素有氖20和氖22两种，已知氖元素的相对原子质量为20.179，则氖20和氖22的原子个数比=

思考：原子质量和相对原子质量有何区别？

1.3揭开原子核外电子运动的面纱

一，核外电子的运动状态的描述

1、核外电子的特征——质量小，运动空间范围小，绕核作高速运动，无确定的运动轨道，无法描述运动轨迹。

2、电子云

——用小黑点的疏密来形象的表示由于电子在核外不同直径上出现概率的多少的一

种图象。

其意义是：①电子各自在其能量区域里做高速运动。

②离核近的电子能量低，离核远的能量高。也即能量低的电子通常在离核近的区域运动，能量高的电子在离核远的区域运动。

3、核外电子的运动状态。

（1）电子是分层排布的——我们用电子层来表明离核远近区域的不同。

电子层为一二三四五六七

K L M N O P Q

电子能量由低到高、

电子离核由近到远

（2）原子核外电子的排布是有一定规律的。

思考：① K、L、M、N电子层上最多是可容纳的电子数有多少个？

②原子的最外层电子数最多是几个？

③核外电子排布的规律是什么？

④元素的性质与最外层电子的数目的关系是什么？

①各电子层最多可容纳的电子数为2n2个（n表示电子层的层序数）

K L M N

2 8 18 32

②最外层电子数目不超过8个，K层只能是2个，次外层电子数目不超过

18个，倒数第三层数目不超过32个。

则当M层为最外层时，最多可容纳的电子数8个

当M层不是为最外层时，最多可容纳的电子数18个

③核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后由里及外，依次排

布在能量较高的电子层里。

④最外层电子数为8（K层为2）的结构为稳定结构，∴稀有气体性质稳定，

不易与其它物质反应。

4、原子结构示意图与电子式

（1）原子结构示意图。

例，根据核外电子排布规律，判断下列原子结构示意图是否正确？如果不正确，怎样改正？

（2）电子式：用小黑点（或×）来表示元素原子的最外层上的电子的式子。

原子的电子式：请写出C,H,O,Na，Si，Cl的电子式

5、最外层电子数与元素性质的关系

电子能量越高，运动轨道离核越远，受到核的吸引力越小，电子也就越活泼，容易变化，故元素的化学性质主要由最外层电子数决定。

二，离子

——原子或原子团得失电子后形成的带电微粒称为离子。

离子也是构成物质的一种微粒。

离子结构示意图： Mg2+, Na+ ，S2-, Ca2+，O2-,H+，Si4+

离子的电子式：阳离子：H+,Ca2+,Al3+，简单阳离子的电子式为离子符号本身

阴离子：注意：一带[ ]；二带负电荷

离子团：

离子化合物

共价化合物

练习：请写出下列微粒的电子式：

氟离子；氖原子；镁离子；硫离子；氧离子，铵根，水分子，氨气分子，氢氟酸，甲烷，氢氧根，硫化氢，氢氧化钙，氢氧化钠

电子层结构相同的粒子：1.2e-：H-, He, Li+, Be2+，H2

2.10e-：Ne, CH4, NH3, H20, HF,

N3-, O2-, F-,OH-, NH2-,

Na+,Mg2+,Al3+，, NH4+, H3O+,

3.18e-：Ar，, HCl, H2O2, SiH4, PH3, F2,CH3OH,N2H4

K+,Ca2+，

P3-,S2-,Cl-，, HS-

例：

1.试写出质子为9，电子数都为10的两种阴离子的符号：

2.试写出质子为11，电子数都为10的两种阴离子的符号：

两类等式：简单阳离子：电子数=质子数-离子电荷数

电子层数=原子电子层数-1

简单阴离子：电子数=质子数+离子电荷数

电子层数=原子电子层数

元素的推断：

（1）原子中无中子的原子：H

（2）最外层电子数与K层电子数相同的是：Be、Mg、Ca

（3）最外层电子数=次外层电子数的元素：Be、Ar

（4）最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是：C

（5）最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是：O

（6）最外层电子数是次外层电子数4倍的元素是：Ne

（7）最外层电子数与电子层数相等的元素是：H、Be、Al

（8）最外层电子数是电子层数2倍的元素是：He、C、S

（9）最外层电子数是电子层数3倍的元素是：O

（10）最外层电子数是电子层数4倍的元素是：Ne

（11）次外层电子数是最外层电子数2倍的元素是：Si

（12）核电荷数是电子层数的5倍，是最外层电子数的3倍的元素是：P

（13） K层与L层电子数之和等于L层与M层电子数之和的是：Mg

（14）电子总数是电子层数3倍：C,P

（15）最外层电子数是次外层的1/2：Li,Si

例：1，写出核电荷数小于20，符合下列情况的元素符号

（1）次外层电子数是最外层电子数2倍的原子

（2）最外层电子数和次外层电子数相等的原子

（3）最外层电子数是次外层电子数3倍的原子

2，已知A、B两元素的原子都有三层电子层，A元素的M层电子数=K层电子数，B元素的M层电子比A的M层电子多5个，推断A、B各是什么元素？