第一章土的物质组成和结构
第一章土的物质组成和结构
第一节土的形成
一、土和土体的概念
1.土(soil)
地球表面30-80km厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石,经风化、剥蚀搬运、沉积,形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。
土是由固体相、液相、气体三相物质组成;或土是由固体相、液体相、气体相和有机质(腐殖质)相四相物质组成。
不同的风化作用,形成不同性质的土。风化作用有下列三种:物理风化、化学风化、生物风化。
2.“土体”(soil mass)
土体不是一般土层的组合体,而是与工程建筑的稳定、变形有关的土层的组合体。
土体是由厚薄不等,性质各异的若干土层,以特定的上、下次序组合在一起的。
二、土和土体的形成和演变
地壳表面广泛分布着的土体是完整坚硬的岩石经过风化、剥蚀等外力作用而瓦解的碎块或矿物颗粒,再经水流、风力或重力作用、冰川作用搬运在适当的条件下沉积成各种类型的土体。
再搬运过程中,由于形成土的母岩成分的差异、颗粒大小、形态,矿物成分又进一步发生变化,并在搬运及沉积过程中由于分选作用形成在成分、结构、构造和性质上有规律的变化。
土体沉积后:
a.将经过生物化学及物理化学变化,即成壤作用,形成土壤(1)靠近地表的土体
b. 未形成土壤的土,继续受到风化、剥蚀、侵蚀而再破碎、
再搬运、再沉积等地质作用。
(2)时代较老的土,在上覆沉积物的自重压力及地下水的作用下,经受成岩作用,逐渐固结成岩,强度增高,成为“母岩”。
总之,土体的形成和演化过程,就是土的性质和变化过程,由于不同的作用处于不同的作用阶段,土体就表现出不同的特点。
三、土的基本特征及主要成因类型
(一)土的基本特征
从工程地质观点分析,土有以下共同的基本特征:
1.土是自然历史的产物
土是由许多矿物自然结合而成的。它在一定的地质历史时期内,经过各种复杂的自然因素作用后形成各类土的形成时间、地点、环境以及方式不同,各种矿物在质量、数量和空间排列上都有一定的差异,其工程地质性质也就有所不同。
2.土是相系组合体
土是由三相(固、液、气)或四相(固、液、气、有机质)所组成的体系。相系组成之间的变化,将导致土的性质的改变。土的相系之间的质和量的变化是鉴别其工程地质性质的一个重要依据。它们存在着复杂的物理~化学作用。
3.土是分散体系
由二相或更多的相所构成的体系,其一相或一些相分散在另一相中,谓之分散体系。根据固相土粒的大小程度(分散程度),土可分为①粗分散体系(大于2μ),②细分散体系,(2~0.1μ),③胶体体系(0.1~0.01μ),④分子体系(小于0.01μ)。分散体系的性质随着分散程度的变化而改变。
粗分散与细分散和胶体体系的差别很大。细分散体系与胶体具有许多共性,可将它们合在一起看成是土的细分散部分。土的细分散部分具有特殊的矿物成分,具有很高的分散性和比表面积,因而具有较大的表面能。
任何土类均储备有一定的能量,在砂土和粘土类土中其总能量系由内部储量与表面能量之和构成,即:
E
总=E
内
+E
表
4.土是多矿物组合体
在一般情况下,土将含有5~10种或更多的矿物,其中除原生矿物外,次生粘土矿物是主要成分。粘土矿物的粒径很小(小于0.002mm),遇水呈现出胶体化学特性。
(二)土体的主要成因类型
按形成土体的地质营力和沉积条件(沉积环境),可将土体划分为若干成因类型:如残积、坡积、洪积……
现就介绍几种主要的成因类型、土体的性质成分及其工程地质特征。
1.残积土体的工程地质特征
残积土体是由基岩风化而成,未经搬运留于原地的土体。它处于岩石风化壳的上部,是风化壳中剧风化带。
残积土一般形成剥蚀平原
影响残积土工程地质特征因素主要是气候条件和母岩的岩性:
1)气候因素
从而使得不同气候条件不同地区的残积土具有特定的粒
度成分、矿物成分、化学成分。
①干旱地区:以物理风化为主,只能使岩石破碎成粗碎屑物和砂砾,缺乏粘土矿物,具有砾石类土和工程地质特征。
②半干旱地区:在物理风化的基础上发生化学变化,使原生的硅酸盐矿物变成粘土矿
物;但由于雨量稀少,蒸汽量大,故土中常含有较多的可溶盐类;如碳酸钙、硫酸钙等。
③潮湿地区:a、在潮湿而温暖,排水条件良好的地区,由于有机质迅速腐烂,分解出CO2,有利于高岭石的形成。b、在潮湿温暖而排水条件差的地区,则往往形成蒙脱石。
可见:从干旱、半干旱地区至潮湿地区,土的颗粒组成由粗变细;土的类型从砾石类土过渡到砂类土、粘土。
2).母岩因素
母岩的岩性影响着残积土的粒度成分和矿物成分;
含较多的粘土矿物,其岩性为粉质粘土或粘土;
易风化成粉质粘土;
沉积岩大多是松软土经成岩作用后形成的,风化后往往恢复原有松软土的特点,如:粘
细砂土等。
残积物的厚度在垂直方向和水平方向变化较大;这主要与沉积环境、残积条件有关(山丘顶部因侵蚀而厚度较小;山谷低洼处则厚度较大。)
残积物一般透水性强,以致残积土中一般无地下水。
2.坡积土体的工程地质特征
坡积土体是残积物经雨水或融化了的雪水的片流搬运作用,顺坡移动堆积而成的,所以其物质成分与斜坡上的残积物一致。坡积土体与残积土体往往呈过渡状态,其工程地质特征也很相似。①岩性成分多种多样;
②一般见不到层理;
③地下水一般属于潜水,有时形成上层滞水
④坡积土体的厚度变化大,由几厘米至一二十米,在斜坡较陡处薄,在坡脚地段厚。一般当斜坡的坡角越陡时,坡脚坡积物的范围越大。
3.洪积土体的工程地质特征
洪积土体是暂时性、周期性地面水流——山洪带来的碎屑物质,在山沟的出口地方堆积而成。
洪积土体多发育在干旱半干旱地区,如我国的华北、西北地区。
其特征为:距山口越近颗粒越粗,多为块石、碎石、砾石和粗砂,分选差,磨圆度低、强度高,压缩性小;(但孔隙大,透水性强)
距山口越远颗粒越细,分选好,磨圆度高,强度低,压缩性高。
此外:洪积土体具有比较明显的层理(交替层理、夹层、透镜体等);洪积土体中地下水一般属于潜水。
4.湖积土体的工程地质特征
湖积土体在内陆分布广泛,一般分为淡水湖积土和咸水湖积土。
淡水湖积土:分为湖岸土和湖心土两种。
湖岸多为砾石土、砂土或粉质砂土;
湖心土主要为静水沉积物,成分复杂,以淤泥、粘性土为主,可见水平层理。
咸水湖积物以石膏、岩盐、芒硝及RCO3岩类为主,有时以淤泥为主。
①分布面积有限,且厚度不大
总之,湖积土体具有以下工程地质特征②具独特的产状条件
③粘土类湖积物常含有机质、各种盐类及其
它混合物
④具层理性,具各向异性
5.冲积土体的工程地质特征
冲积土体是由于河流的流水作用,将碎屑物质搬运堆积在它侵蚀成的河谷内而形成的。
冲积土体主要发育在河谷内以及山区外的冲积平原中,一般可分为三个相:即河床相,河漫滩相、牛轭湖相。
1)河床相:主要分布在河床地带,冲积土一般为砂土及砾石类土,有时也夹有粘土透镜体,在垂直剖面上土粒由下到上,由粗到细,成分较复杂,但磨圆度较好。
山区河床冲积土厚度不大,一般为10米左右;而平原地区河床冲积土则厚度很大,一般超过几十米,其沉积物也较细。
河床相物质是良好的天然地基。
2)河漫滩相冲积土是由洪水期河水将细粒悬浮物质带到河漫滩上沉积而成的。一般为细砂土或粘土,覆盖于河床相冲积土之上。常为上下两层结构,下层为粗颗粒土,上层为泛滥的细颗粒土。
3)牛轭湖相冲积土是在废河道形成的牛轭湖中沉积下来的松软土。由含有大量有机质的粉质粘土、粉质砂土、细砂土组成,没有层理。
河口冲积土:由河流携带的悬浮物质,如粉砂、粘粒和胶体物质在河口沉积的一套淤泥质粘土、粉质粘土或淤泥,形成河口三角洲。往往作为港口建筑物的地基。
另外,还有很多类型:冰川、崩积、风积、海洋沉积、火山等等。
第二节土的三相组成
土是由固体颗粒,液体水和气体三部分组成,称为土的三相组成。土中的固体矿物构成骨架,骨架之间贯穿着孔隙,孔隙中充填着水和空气,三相比例不同,土的状态和工程性质也不相同。
固体+气体(液体=0)为干土,干粘土较硬,干砂松散;
固体+液体+气体为湿土,湿的粘土多为可塑状态;
固体+液体(气体=0)为饱和土,饱和粉细砂受震动可能产生液化;饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。
由此可见,研究土的工程性质,首先从最基本的、组成土的三相,即固体相、水和气体本身开始研究。
一、土的固体颗粒
研究固体颗粒就要分析粒径的大小及其在土中所占的百分比,称为土的粒径级配(粒度成分)。
此外,还要研究固体颗粒的矿物成分以及颗粒的形状。
(一)粒径级配(粒度成分)
随着颗粒大小不同,土可以具有很不相同的性质。颗粒的大小通常以粒径表示。工程上按粒径大小分组,称为粒组,即某一级粒径的变化范围。
划分粒组的两个原则:
(1)首先考虑到在一定的粒径变化范围内,其工程地质性质是相似的,若超越了这个变化幅度就要引起质的变化。
(2)要考虑与目前粒度成分的测定技术相适应。
此外,要便于记忆。
目前,我国广泛应用的粒组划分方案见教材P11表2-1所示。将粒径由大至小划分为六个粒组(1)漂石或块石组;(2)卵石(碎石)组;(3)砾石;(4)砂粒组;(5)粉粒组;(6)粘粒组
实际上,土常是各种大小不太颗粒的混合体,较笼统的说,以砾石和砂砾为主要组成
的土为粗粒土,也称无粘性土。其特征为:孔隙大、透水性强,毛细上升,高度很小,既无
可塑造性,也无胀缩性,压缩性极弱,强度较高。以粉粒、粘粒(或胶粒 <0.002mm)为
主的土称为细粒土,也称为粘性土。其特征为:主要由原生矿物、次生矿物组成,孔隙很小,透水性极弱,毛细上升高度较高,有可塑性、胀缩性,强度较低。
1、粒径级配分析方法
工程上,使用的粒径级配的分析方法有筛分法和水分法两种。
筛分法适用于颗粒大于0.1mm(或0.074mm,按筛的规格而言)的土。它是利用一套孔径大小不同的筛子,将事先称过重量的烘干土样过筛,称留在各筛上的重量,然后计算相应的百分数。
砾石类土与砂类土采用筛分法。
水分法(静水沉降法):用于分析粒级小于0.1mm的土,根据斯托克斯(stokes)定理,球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。V=Kd2。因此可以利用粗颗粒下沉速度快,细颗粒下沉速度慢的原理,把颗粒按下沉速度进行进行粗细分组。实验室常用比重计进行颗粒分析,称为比重计法。此外还有移液管等。
例1.从干砂样中取质量1000g的试样,放入0.1~0.2mm的标准筛中,经充分振荡,称各级筛上留下来的土粒质量见表第二行,试求土粒中各粒组的土粒含量。
筛分析试验结果
筛孔径(mm) 2.0 1.0 0.5 0.25 0.15 0.1 底盘
100 100 250 300 100 50 100 各级筛上的土粒质量
(g)
90 80 55 25 15 10
小于各级筛孔径的土粒
含量(%)
各粒组的土粒含量(%)10 25 10 10 5
解:(1)留在孔径2.0mm筛上的土粒质量为100g,则小于2.0mm的土粒质量为
1000-100=900g,于是小于该孔径(2.0.mm)的土粒含量为900/1000=90%
同理可称得小于其它孔径的土粒含量,见第三行。
(2)因小于2.0mm和小于1.0mm孔径的土粒含量90%和80%,可得2.0mm到1.0mm 粒组的土粒含量0.90-0.80=10%。
同理可算得其它粒组的土粒含量见第四行。
2、粒径级配曲线
将筛分析和比重计试验的结果绘制在以土的粒径为横坐标,小于某粒径之土质量百分数p(%)为纵坐标,得到的曲线称土的粒径级配累积曲线(见教材P14图2-1,和P179图I-12)。
此外,粒径的级配的表示方法还有列表法,三角图法等。
3、粒径级配累积曲线的应用
土的粒径级配累积曲线是土工上最常用的曲线,从这曲线上可以直接了解土的粗细、粒径分布的均匀程度和级配的优劣。
土的平均粒径(d50):系指土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50%
土的有效粒径(d10):小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时,相应的粒径称为有效粒径(d10)。
d30:小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。
土的控制粒径(d60)或称限定粒径(d60):当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%
时,该粒径称为控制粒径。
定义土的不均匀系数Cu 为:10
60d d Cu = 定义土的粒径级配累积曲线的曲率系数Cc 为:10
60230d d d Cc ?= 不均匀系数Cu 反映大小不同粒组的分布情况。
Cu 越大表示土粒大小的分布范围越大,颗粒大小越不均匀,其级配越良好,作为填方工程的土料时,则比较容易获得较大的密实度。
曲线系数Cc 描写的是累积曲线的分布范围,反映曲线的整体形状;或称反映累积曲线的斜率是否连续。
在一般情况下:1).工程上把Cu ≤5的土看作是均粒土,属级配不良;Cu >5时,称为不均粒土;Cu >10的土属级配良好。2).经验证明,当级配连续时,Cc 的范围约为1~3;因此当Cc <1或Cc >3时,均表示级配线不连续。
从工程上看:Cu ≥5且Cc =1~3的土,称为级配良好的土;不能同时满足上述两个要求的土,称为级配不良的土。
(二)土粒成分
土中固体部分的成分,绝大部分是矿物质,另外或多或少有一些有机质,而土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。不同的矿物成分对土的性质有着不同的影响,其中以细粒组的矿物成分尤为重要。
土中的矿物成分由下图所示:
粘土矿物
不可溶的 倍半氧化物
次生矿物 次生氧化物
难溶盐
可溶的 中溶盐
腐植质 易溶盐
泥炭
1、原生矿物
由岩石经物理风化而成,其成分与母岩相同。包括:
(1)单矿物颗粒:如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等,砂土为单矿物颗粒。
(2)多矿物颗粒:母岩碎屑,如漂石、卵石与砾石等颗粒为多矿物颗粒。
但总的来说,土中原生矿物主要有:(1)硅酸盐类矿物;(2)氧化物类矿物;(3)硫化物矿物;(4)磷酸盐类矿物
2、次生矿物
岩屑经化学风化而成,其成分与母岩不同,为一种新矿物,颗粒细。包括1).可溶性的次生矿物;2).不可溶的次生矿物。
(1)可溶性的次生矿物主要指各种矿物中化学性质活泼的K 、Na 、Ca 、Mg 及Cl 、S 等元素,这些元素呈阳离子及酸根离子,溶于水后,在迁移过程中,因蒸发浓缩作用形成可溶的卤化物,硫酸盐和碳酸盐。
(2)不可溶性的次生矿物有次生二氧化硅,倍半氧化物,粘土矿物。
1).这类矿物。
2).倍半氧化物是由三价的Fe、Al和O、OH、H2O等组成的矿物,可用R2O3表示例如:针铁矿Fe2O3?H2O 呈红色
褐铁矿Fe2O3?3H2O 呈黄色
三水铝石Al2O3?H2O 呈白色
3).粘土矿物
粘土矿物的微观结构由两种原子层(晶面)构成:一种是由Si-O四面体构成的硅氧晶片;另一种是由Al~OH八面体构成的铝氢氧晶片,因这两种晶片结合的情况不同,形成三种粘土矿物,蒙脱石,伊利石(水云母)、高岭石。
X衍射分析,晶格距离
电子显微镜法(几万~几十万倍)
粘土矿物的鉴定方法差热分析:加热后的物理~化学变化过程
3动植物残骸
二、土中水
组成土的第二种主要成分是土中水。在自然条件下,土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。土中细粒越多,即土的分散度越大,水对土的性质的影响也越大。
研究土中水,必须考虑到水的存在状态及其与土粒的相互作用。
存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造中的水称为矿物内部结合水,它只有在比较高的温度(80~680℃,随土粒的矿物成分不同而异)下才能化为气态水而与土粒分离,从土的工程性质上分析,可以把矿物内部结合水当作矿物颗粒的一部分。
存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类。
(一)结合水:
系指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水,这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压,使水分子和土粒表面牢固的粘结在一起。
结合水因离颗粒表面远近不同,受电场作用力的大小也不同,所以分为强结合水和弱结合水。
1、强结合水(吸着水)
系指紧靠土粒表面的结合水,它的特征是:1).没有溶解盐类的能力,2).不能传递静水压力,3).只有吸热变成蒸汽时才能移动。
这种水极其牢固的结合在土粒表面上,其性质接近于固体,密度约为 1.2~2.4g/cm3,冰点为-78℃,具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。
如果将干燥的土移在天然湿度的空气中,则土的质量将增加,直到土中吸着的强结合水达到最大吸着度为止。
土粒越细,土的比表面积越大,则最大吸着度就越大。砂土为1%,粘土为17%
2、弱结合水(薄膜水)
弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。它仍然不能传递静水压力,但水膜较厚的弱结合水能向临近的较薄的水膜缓慢移动。
当土中含有较多的弱结合水时,土则具有一定的可塑性。砂土比表面积较小,几乎不具可塑性,而粘土的比表面积较大,其可塑性范围较大。
弱结合水离土粒表面积愈远,其受到的电分子吸引力愈弱小,并逐渐过渡到自由水。(二)自由水
自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样,能传递静水压力,冰点为0℃,有溶解能力。
自由水按其移动所受到作用力的不同,可以分为重力水和毛细水。
1、重力水
重力水是存在于地下水位一下的透水土层中的地下水,它是在重力或压力差作用下运动的自由水,对土粒有浮力作用,重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。
2、毛细水
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。其形成过程通常用物理学中毛细管现象解释。分布在土粒内部相互贯通的孔隙,可以看成是许多形状不一,直径各异,彼此连通的毛细管。
按物理学概念:在毛细管周壁,水膜与空气的分界处存在着表面张力T 。水膜表面张力的作用方向与毛细管壁成夹角α,由于表面张力的作用,毛细管内的水被提升到自由水面以上高c h 处。
见教材P12页图所示。
分析高度为c h 的水柱静力平衡条件,因为毛细管内水面处即为大气压;若以大气压力为基准,则该处压力Pa=0
故:απγγπγcos 22T h w c ?=?? ∴w
c T h γγα?=cos 2………………………………(1) 式中,水膜的张力T (与温度有关),当10℃时,T=0.0756g/cm
20℃时,T =0.0742g/cm
α——方向角,其大小与土颗粒和水的性质有关。
γ——毛细管半径
w γ——水的容重
若令α=0,则可求得毛细水上升的最大高度(max c h )
w
c h γγγ?=2max 上式表明,毛细升高c h 与毛细管半径γ成反比;显然土颗粒的直径越小,孔隙的直径(毛细管直径)越细,则c h 愈大。
毛细水的工程地质意义:
(1)产生毛细压力(c p ):c w c h T p ?==γγα
c o s 2与一般静水压力的概念相同,它
与水头高度c h 成正比。但自由水位以上,毛细区域内,颗粒间所受的毛细压力c p 是倒三角形分布,弯液面处最大(c h ?w γ),自由水面处为零。 c h ?w γ
(2)毛细水对土中气体的分布与流通起有一定作用,常是导致产生密闭气体的原因。
(3)当地下水埋深浅,由于毛细管水上升,可助长地基土的冰冻现象;地下室潮湿;危害房屋基础及公路路面;促使土的沼泽化。
矿物成分水结晶水强结合水
综上:土中的水沸石水结合水
液态水弱结合水
孔隙中的水固态水非结合水毛细水
气态水重力水
三、土中气体
土的孔隙中没有被水占据的部分都是气体。
1、土中气体的来源
土中气体的成因,除来自空气外,也可由生物化学作用和化学反应所生成。
2、土中气体的特点
(1)土中气体除含有空气中的主要成分O2外,含量最多的是水汽,CO2,N2,CH4,H2S等气体,并含有一定放射性元素。空气中O2为:20.9%
(2)土中气体O2含量比空气中少土中O2为:10.3%
土中气体CO2含量比空气中高很多;空气含量为0.03%,土中气体为10%;
土中气体中放射性元素的含量比在空气中的含量大2000倍。
3、土中气体按其所处状态和结构特点,可分为以下几大类:吸附气体、溶解气体、密闭气体及自由气体。
(1)吸附气体:
由于分子引力作用,土粒不但能吸附水分子,而且能吸附气体,土粒吸附气体的厚度不超过2~3个分子层。
土中吸附气体的含量决定于矿物成分、分散程度、孔隙度、湿度及气体成分等。
在自然条件下,在沙漠地区的表层中可能遇到比较大的气体吸附量。
(2)溶解气体
在土的液相中主要溶解有:CO2、O2水汽(H2O);其次为H2、Cl2、CH4;其溶解数值取决于温度、压力、气体的物理化学及溶液的化学成分。
溶解气体的作用主要为:
a.改变水的结构及溶液的性质,对土粒施加力学作用;
b.当T、P增高时,在土中可形成密闭气体。
c.可加速化学潜蚀过程。
(3)自由气体
自由气体与大气连通,对土的性质影响不大。
(4)密闭气体
封闭气体的体积与压力有关,压力增大,则体积缩小;压力减少,则体积增大。因此密闭气体的存在增加了土的弹性。
密闭气体可降低地基的沉降量,但当其突然排除时,可导致基础与建筑物的变形。
密闭气体在不可排水的条件下,由于密闭气体可压缩性会造成土的压密。密闭气体的存在能降低土层透水性,阻塞土中的渗透通道,减少土的渗透性。
第三节土的结构和构造
一、土的结构
土颗粒之间的相互排列和连续形式,称为土的结构。
常见的土结构有以下三种:
1、单粒结构(particle structure)或(single-grained structure)
粗颗粒土,如卵石、砂等。
2、蜂窝结构(boneycomb structure)
当土颗粒较细(粒级在0.02~0.002mm范围),在水中单个下沉,碰到已沉积的土粒,由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重,则正常土粒被吸引不再下沉,形成很大孔隙的蜂窝状结构。
3、絮状结构(flocculent structure)
粒径小于0.005mm的粘土颗粒,在水中长期悬浮并在水中运动时,形成小链环状的土集粒而下沉。这种小链环碰到另一小链环被吸引,形成大链环状的絮状结构,此种结构在海积粘土中常见。
上述三种结构中,以密实的单粒结构土的工程性质最好,蜂窝状其次,絮状结构最差。后两种结构土,如因振动破坏天然结构,则强度低,压缩性大,不可用作天然地基。
二、土的构造
同一土层中,土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。觉见的有下列几种:
1.层状构造
土层由不同颜色,不同粒径的土组成层理,平原地区的层理通常为水平层理。
层状构造是细粒土的一个重要特征。
2.分散构造:
土层中土粒分布均匀,性质相近,如砂,卵石层为分散构造。
3.结核状构造
在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核,如含礓石的粉质粘土,含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。
4.裂隙状构造
土体中有很多不连续的小裂隙,有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低,渗透性高,工程性质差。
三、研究方法简介
不同的研究内容有不同的研究方法,因此,土结构研究方法较多,但与土的成分研究方法相比,结构研究方法还很不成熟。
目前常用的方法基本上分二大类:一类为直接方法,即对结构形态特征进行直接观察,如各种显微镜下观察;二类是间接方法,即通过受试样结构控制的物理、力学性质的测定来
分析土结构特征,如:X射线衍射,声速,导电率,热传导率,磁化系数,弹性模量等。
现将粘性土结构研究主要方法介绍如下:
1.粒度成分分析(加分散剂):
研究内容:土的原始分散程度;说明组成土的原始结构单元体的大小及其百分含量。2.团粒成分分析(不加分散剂)
研究内容:土的存在状态分散程度,说明土存在状态下结构单元体的大小及其百分含量。3.光学显微镜(光片、薄片观察)
研究内容:1)单元体的形状,大小;
2)单元本的排列组合情况,利用双折射率比值测定单元体定向程度;
3)单元体颗粒及胶结物的矿物成分;
4)孔隙形状、大小、分布特征。
4.电子显微镜(透射电镜,样品表面复型薄膜或超薄切片)
研究内容(1)单元体形状,大小;
(2)单元体的排列组合情况;
(3)孔隙形状、大小、分布。
5.扫描电镜
研究内容,同上。
6.X射线衍射分析
研究内容:利用矿物晶体的001或002和020晶面衍射强度的比值半定量地确定结构单元体的定向程度。
7.物理~化学力学方法
研究内容:通过宏观上土的流变性测定土的结构连接类型,用物理~化学方法研究制约土的性质及结构的物理~化学因素
8.化学分析:研究胶结物的成分及其含量等。
物质结构第一章习题(上)
《物质结构》第一章习题(上) 1. 首先提出能量量子化假定的科学家是 ( ) (A) Einstein (B) Bohr (C) Schrodinger (D) Planck 2. 光波粒二象性的关系式为______________________。 3. 德布罗意关系式为________;宏观物体的λ值比微观物体___。 4. 在电子衍射实验中,2 ψ对一个电子来说,代表____________。 5. 求德布罗意波长为0.1 nm 的电子的动量和动能。 6. 波长λ=400 nm 的光照射到金属铯上,计算金属铯所放出的光电 子的速率。已知铯的临阈波长为600 nm 。 7. 光电池阴极钾表面的逸出功是2.26 eV 。当波长为350 nm 的光照到电池时,发射的电子最大速率是多少? (1 eV=1.602×10-19J , 电子质量m e =9.109×10-31 kg) 8. 计算电子在10 kV 电压加速下运动的波长。 9. 一个自由实物粒子的波长为λ,求其能量,须用哪个公式 ( ) (A) λ c h E = (B) 2 2 222λm h m p E = = (C) A,B 都可以 10. 对一个运动速率c <<υ的自由粒子,有人作了如下推导 : υυ υ ν λ υm E h h p m 2 1 = = = = = ① ② ③ ④ ⑤ 结果得出2/11=的结论。问错在何处? 说明理由。 11. 测不准关系是_______,它说明了_____________________。 12. “根据测不准原理,任一微观粒子的动量都不能精确测定,因而 只能求其平均值”。对否? 13. 写出一个合格的波函数所应具有的条件。 14. “波函数绝对值的平方有物理意义, 但波函数本身是没有物理意义的”。对否. 15. 一组正交、归一的波函数 ,321,,ψψψ,正交性的数学表达式为 _____,归一性的表达式为_____。 16. 2 222111);,,,,,(t z y x z y x ψ代表______________________。 17. 任何波函数);,,(t z y x ψ都能变量分离成),,(z y x ψ与)(t f 的乘积,对否? 18. 下列哪些算符是线性算符 ( ) (A)dx d / (B) ?2 (C) 用常数乘 (D) (E) 积 分 19. 下列算符哪些可以对易( ) (A) x ?和y ? (B)x ??/和y ??/ (C)x p ?和x ? (D)x p ? 和y ? 20. 下列函数中 (A)kx cos (B)kx e - (C) ikx e - (D) 2 kx e - ① 哪些是dx d /的本征函数 ( ) ② 哪些是的22/dx d 本征函数 ( ) ③ 哪些是dx d /和22/dx d 的共同本征函数 ( ) 21. 在什么条件下, 22??)??)(??(B A B A B A -=-+ 成立? 【1-21答案】 1. (D) 2.νh E =,λ h p = 3. υ λm h p h ==,小 4. 电子几率密度 5. 1-24s m k g 1062 6.6???== -λ h p ,J 10410.22172 -?== m p T 6. ???? ??-=-=0011 λλννhc h h T 22 1 υm = 150s m 1003.6112 -??=???? ??-=∴λλυm hc 7. J 1006.22119002-?=-= -=W hc W h m λ νυ,15m 1073.6-??=s υ 8. m 10226.110226.12119 --?=?== =V mT h p h λ 9. (B) 10. ①②两步都是对的。 υ是自由粒子的运动速率, 它不等于物质波的传播速率u , ③中用了λ= υ/ν, 这就错了,因为λ= u /ν。 ④中E =h ν是粒子的相对论能量, 而⑤中E =m υ2/2仅为v < 第一篇土壤的基本组成性质分类 第二章土壤生态系统的基本组成 §2.1 土壤矿物质 §2.2 土壤有机质 §2.3 土壤生物 §2.4土壤水分及其特性 §2.5土壤空气及其热量状况 目的与要求 1.了解土壤生态系统的基本组成 2.熟悉土壤的性质 3.掌握土壤的形成、分类与分布 4.掌握土壤环境及其功能 关键词 土壤矿物(soil mineral) 原生矿物(primary mineral) 次生矿物 (secondary mineral) 土壤腐殖质(soil humus) 胡敏酸(humic acids) 富啡酸(fulvic acid) 有机-矿质复合体(organo-mineral complex) 土壤微生物 (soil microorganism) 土壤质地(soil texture) 粒级(particle fraction) 土壤结构(soil structure) 土壤颜色(soil color) 土壤生态系统的基本组成 土壤是由固相、液相、气相三部分组成。适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为土壤孔隙占50%,内含水分和空气;土壤固体占50%,其中矿物质占45%,有机质占5%;土壤生物体均生活在土壤孔隙之中,如图所示。 第一篇土壤的基本组成、性质、分类 第二章:土壤生态系统的基本组成 §2.1土壤矿物质 本章重点介绍硅酸盐矿物的基本构造。 主要教学目标: 1、基本概念 2 、三种主要粘土矿物的性质 §2.1土壤矿物质 一、土壤矿物质的主要元素组成 矿物:是经各种地质作用,自然产生于地壳中的化合物或化学元素,是具有一定化学成分和物理性质的自然均质体,是组成岩石的基本单位。 自然界矿物有三千多种,造岩矿物只有几十种,且主要是硅酸盐类(即硅的含氧盐)矿物(占地壳重量的80%). 土壤矿物主要来自成土母质或母岩,是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼”,它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。 *一、土壤的矿物组成 *按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。 原生矿物 (primary mineral)直接来源于母岩特别是岩浆岩。 *一、土壤的矿物组成 *原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物称为次生矿物。它包括 *次生层状硅酸盐:高岭石、蒙脱石、水云母、蛭石、绿泥石; 氧化物及其水化物:氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰; 碳酸盐:方解石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]. §2.1土壤矿物质 一、土壤的矿物组成 硅酸盐矿物的基本构造 *由于粘土矿物是由硅氧片和水铝片迭合而成的,因此,要了解粘土矿物的构造和性质,必须先说明硅氧片和水铝片的结构状况。 1.基本结构单位 *原生硅酸盐矿物最基本的结晶构造单位,是硅氧四面体和铝氧八面体。 §2.1土壤矿物质 一、土壤的矿物组成 硅酸盐矿物的基本构造 *1、粘土矿物硅酸盐层的基本单位: *(1)硅氧四面体:由硅四面体连接而成,每一个硅四面体由一个硅离子与四个氧离子组成。 砌成一个三角形锥形体,一共四个面,故称为硅氧四面体 (SiO4)4- 。 第一章 物质结构基础 1.de Bloglie 关系式:h m v λ= 又 22 J k g m s -=?? 已知31 9.109510m k g -=?;6 1 5.010v m s -=??;34 6.62610 h J s -=??; 代入, 34 34 2210 31 6 1 31 6 1 6.62610 6.62610 1.45510 145.59.109510 5.0109.109510 5.010J s k g m s s m p m k g m s k g m s λ--------??????= = =?=???????? 2. (1) 3d ;n=3, l=2, m=0,±1, ±2,共5个轨道,每一轨道至多两个电子,即:3,2,0, ±1/2;3,2,1, ±1/2;3,2,-1, ±1/2;3,2,+2, ±1/2;3,2,-2, ±1/2; (2) 4s ;n=4, l=0, 即4,0,0 (±1/2); (3) 氧原子中的4个p 电子:n=2, l=1, m=0, ±1, 即2,1,0, ±1/2;2,1,1, +1/2(或-1/2);2,1,-1, +1/2(或-1/2); (4) 4s 1电子,4,0,0,+1/2或4,0,0,-1/2。 3.根据周期数、族序数和主、副族规律: (1)第3周期,零族,主族;(2)第5周期,ⅣA 族,主族;(3)第4周期ⅣB ,副族; (4)第4周期,ⅠB ,副族。 4.填表 5. (1)②, (2)③;②;④, (3)①②, (4)⑤ 6. (1)Ga 价电子构型为4s 24p 1,价电子数为3; (2)W 原子的电子构型为[Xe] 4f 145d 46s 2; (3)最外层有6个电子的元素应为ⅥA ; (4) Sb 原子的电子构型为[Kr]4d 105s 25p 3,未成对电子数为3。 7.(1)该元素属于ⅡA ;(2)金属性强,电负性小;(3)一般氧化值为+2,其氧化物的化学式可表示为XO 。 8. (1)第3周期,ⅣA 元素,硅,Si ,[Ne]3s 23p 2; (2)第4周期的铁元素,26Fe ,[Ar] 3d 64s 2; (3)有4个电子层,最高氧化值又与氯相同的金属元素是锰,25Mn ,[Ar]3d 54s 2。 (4)为29Cu ,[Ar]3d 104s 1 9.离子化合物中影响库仑作用的因素是离子电荷和离子半径,作用力越大,熔点就越高。据此即可判断:(1) MgO>BaS ;(2) KCl>CsCl ;(3) NaF>NaCl>NaBr>NaI ;(4) MgSO 4>K 2SO 4。 10.原子半径和等于共价键键长的理论值,故:(1)H C l -键长为(37+99)pm=136pm ;(2)C N -键长为(77+70)pm=147pm ;(3)C C l -键长:(77+99)pm=176pm ;(4)C F -键长:(77+64)pm=141pm ;(5) N I -键长(70+133)pm=203pm 。 第一章物质结构 §1-1 原子核外电子的运动状态 教学目的及要求:1.微观粒子的统计规律性。 2. 波函数和原子轨道 3. 几率密度和电子云 4.四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。 教学重点:四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。 教学难点:四个量子数及其对核外电子运动状态的描述。 引言 1. 首先,介绍波尔假设的由来。 (1)氢原子光谱 (2)经典电磁理论、有核原子模型和氢原子光谱之间的矛盾。 (3)在普朗克量子论、爱因斯坦光子学说和卢瑟福有核原子模型的基础上,玻尔提出三点假设: ①定态假设——电子不是在任意轨道上绕核运动,而是在一些符合一定条件的轨道上运动; ②能级假设——电子在离核越远的轨道上运动,其能量越大; ③跃迁假设——处于激发态的电子不稳定,可以跃迁到离核较近的轨道上,这时会以光子形式放出能量,即释放出光能。 一、微观粒子的统计规律性 1.微观粒子的波粒二象性 结论:正是由于微观粒子与宏观粒子不同,不遵循经典 力学规律,而要用量子力学来描述它的运动状态。 电子衍射示意图 2.测不准原理图 △X ·△P ≥ h /4π 二、波函数和原子轨道 薛定谔方程:描述核外电子运动的波动方程。 薛定谔方程是描述微观粒子运动状态、变化规律的基本方程。它的解并不是具体的数资,而是一个含有三个变量x 、y 、z 和三个参数n 、l 、m 的函数式,叫做波函数ψ,表示为ψ(x ,y ,z )。波函数是描述核外电子运动状态的数学函数式。 量子力学中的原子轨道不是某种确定的轨道,而是原子中一个电子可能的空间运动状态,包含电子所具有的能量,离核的平均距离、几率密度分布等。 三、几率密度和电子云 电子在核外空间某处单位微小体积内出现的几率,称为几率密度,用波函数绝对值的平方|ψ|2表示。 常常形象地将电子的几率密度(|ψ|2)称作“电子云”。 1s 电子云界面图 电子云的角度分布图 图 原子轨道的角度分布图 高中化学新人教版必修二第一章物质结构元素周期律1.1.3核素(I)卷新版姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共10题;共20分) 1. (2分) (2016高一下·长安期中) 下列关于 Co原子的叙述不正确的是() A . 中子数为33 B . 电子数为33 C . 质量数为60 D . 质子数为27 2. (2分)在我们的日常生活中出现了“加碘食盐”、“增铁酱油”、“高钙牛奶”、“富硒茶叶”、“含氟牙膏”等商品.这里的碘、铁、钙、硒、氟应理解为() A . 元素 B . 单质 C . 分子 D . 氧化物 3. (2分) (2018高一下·吉林期末) 下列说法中错误的是() A . 和是同一种核素 B . 红磷和白磷互为同素异形体 C . CH3COOCH2CH3和CH3CH2COOCH3是不同种物质 D . CH3CH2OH可看做是由乙基和羟基两种基团组成的 4. (2分) (2018高一上·徐州期中) 下列有关说法中,你认为错误的是() A . A B . B C . C D . D 5. (2分) (2018高一下·许昌期末) 下列说法正确的是() A . CO2分子的结构式为O=C=O B . 稀士元素与互为同素异形体 C . 核外电子排布相同的微粒,化学性质也相同 D . 某放射性核素的原子核外电子数为99 6. (2分)下列叙述正确的是() A . 40K和40Ca原子中的质子数和中子数都相等 B . 某元素原子最外层只有两个电子,它一定是金属元素 C . 任何原子或离子的组成中都含有质子 D . 同位素的不同核素物理、化学性质完全相同 7. (2分) (2017高一上·福州期末) 已知RO32﹣的核内有x个中子,R的质量数为A,则m g RO32﹣含有电子的物质的量为() A . B . C . D . 8. (2分)(2018·大连模拟) 设NA为阿伏加德罗常数的位,下列说法正确的是() A . 1molKMnO4固体完全分解制取O2,转移的电子数为2NA B . 1L0.1mol/L的Na2CO3溶液中HCO3-和CO32-数目之和为0.1NA C . 在密闭容器中,2molNO与1molO2充分混合后,气体分子数为3NA D . 50mL 18.4mol/L浓硫酸与足量铜充分反应,生成SO2分子数目为0.46NA 9. (2分) (2017高一上·金山期中) H、D、T、H2和H+ ,表示() A . 五种不同的氢元素 B . 五种不同的氢原子 C . 五种由氢元素组成的不同微粒 D . 五种由氢元素组成的不同分子 10. (2分) (2018高一下·大连期末) 香烟中含有微量的210Po,吸烟者会将210Po直接吸入肺部,危害人体健康。210Po中的210代表() A . 质子数 B . 中子数 C . 相对原子质量 D . 质量数 第一章物质结构元素周期律 1.原子结构(C) (代表一个质量数为A,质子数为Z的原子) ⑴原子的组成 核外电子 e = Z 质子 Z 核电荷数(Z) == 核内质子数(Z) == 核外电子数 == 原子序数 质量数(A)== 质子数(Z)+中子数(N) 阴离子的核外电子数 == 质子数+电荷数(—) 阳离子的核外电子数 == 质子数 - 电荷数(+) ⑵区别概念:元素、核素、同位素 元素:具有相同核电荷数(即质子数)的同一类原子的总称 核素:具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子 同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子的互称; 也就是说同一元素的不同核素之间互称为同位素。 ⑶元素的相对原子质量 ①同位素的相对原子质量:该同位素质量与12C质量的1/12的比值。 ②元素的相对原子质量等于各种同位素相对原子质量与它们在元素中原子所占百分数(丰度)乘积之和。即:元素的相对原子质量A r == A r1·a%+A r2·b% +… ⑷核外电子的电子排布(了解) ①核外电子运动状态的描述 电子云(运动特征):电子在原子核外空间的一定范围内高速、无规则的运动,不能测定或计算出它在任何一个时刻所处的位置和速度,但是电子在核外空间一定范围内出现的几率(机会)有一定的规律,可以形象地看成带负电荷的云雾笼罩在原子核周围,我们把它称为电子云。 电子层:在多个电子的原子里,根据电子能量的差异和通常运动的区域离核远近不同,把电子分成不同的能级,称之为电子层。电子能量越高,离核越远,电子层数也越大。 ②原子核外电子排布规律 每一层电子数最多不超过2n2; 最外层电子数最多不超过8个,次外层电子数最多不超过18个,倒数第三层不超过32个; 核外电子总是先占有能量最低的电子层,当能量最低的电子层排满后,电子才依次进入能量较高的电子层。 电子的排布是先排K层,K层排满再排L层,L层排满再排M层,M层不一定排满了再排N 层,后面的也一样不一定排满了再排下一层。(只有前3层) ⑸原子结构示意图的书写 2. 元素周期表(B) ⑴元素周期表见课本封页 ⑵元素周期表的结构分解 第一章检测题 可能用到的相对原子质量: H:1 C:12 N:14 O:16 S:32 Cl:35.5 Na:23 一、选择题(包括10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题 意) 1.对于 A Z X和A+1 Z X+ 两种粒子,下列叙述正确的是 A.质子数一定相同,质量数和中子数一定不同 B.化学性质及乎相同 C.一定都由质子、中子、电子构成 D.核电荷数,核外电子数一定相同 2.两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等,则在周期表的前 10号元素中,满足上述关系的元素共有 ( ) A. 1对 B.2对 C. 3对 D. 4对 3. 下列叙述中错误的是 A.原子半径:Cl>S>O B.还原性:Na>Mg>Al C.稳定性:HF>HCl>HBr D.酸性:HClO 4>H 2 SO 4 >H 3 PO 4.下列分子含有的电子数目与HF相同,且只有两个极性共价键的是( ) A.CO 2 B. H 2 O C.N 2 O D.CH 4 5.下列电子式,正确的是() 6.下列物质中属于共价化合物的是( ) A.Na 2O 2 B.I 2 C.NaHSO 4 D.HNO 3 7. 图为周期表的一部分,已知A,B,C,D,E五种元素原子核外共有85个电子,E原子核外有四个电子层,B元素是() A. P B. Mg C. Cl D. Si 9.第4周期某主族元素的原子,它的最外电子层上有两个电子,下列关于此元素的叙述正确的是() A.原子半径比钾的原子半径大 B.氯化物难溶于水 C.其氢氧化物的碱性比NaOH强 D.碳酸盐难溶于水 10. 与氢氧根具有相同的质子数和电子数的微粒是 A.CH4 B.NH 4+ C.NH 2 - D.Cl- 二.选择题(包括10小题,每小题3分,共30分。每小题只有一个或两个选项符合题意。) 11.下列化合物的电子式书写正确的是() 12.某元素最高正价与负价绝对值之差为4,该元素的离子跟与其核外电子排布相同的离子形成的化合物是( ) A.K 2 S B.MgS C.MgO D.NaF 13. 医疗上常用含131I-的药物进行甲状腺疾病的诊断。已知碘元素的核电荷数为53,下列关于131I—的说确的是() A. 131I—的质量数是132 B. 131I-的核外有54个电子 C. 131I—的核有53个中子 D. 131I—的核有74个质子 14.下列物质中,既有离子键,又有共价键的是() A. CaCl 2 B. KOH C. H 2 O D. NH 4 F 15.最近,科学家研制了一种新的分子,它具有类似足球状结构,化学式为C 60 ,下列说确的是() A. C 60是一种新型化合物 B. C 60 和金刚石都是碳的单质 C. C 60含离子键 D.C 60 中含共价键 16.下列说法中不正确的是( ) A. 在共价化合物中也可能含有离子键 初三化学第三单元化学试题 高中化学新人教版必修二第一章物质结构元素周期律1.3化学键D卷(新版)姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共10题;共20分) 1. (2分) (2018高二上·安庆期中) 氰气的化学式为(CN)2 ,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似,叙述正确的是() A . 在一定条件下可发生加成反应 B . 分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长 C . 分子中含有2个σ键和4个π键 D . 不能与氢氧化钠溶液发生反应 【考点】 2. (2分)(2019·奉贤模拟) 不能比较硫和氧非金属性相对强弱的是() A . 热稳定性:H2O>H2S B . SO2中S为+4价,O为-2价 C . 沸点:H2O>H2S D . 硫在氧气中燃烧生成二氧化硫 【考点】 3. (2分) (2018高一下·郑州期末) 下列反应过程中,同时有离子键和共价键的断裂和形成的是() A . 2H2+O2 2H2O B . NH3+HCl=NH4Cl C . 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ D . 2Mg+CO2 2MgO+C 【考点】 4. (2分) (2017高一上·金山期中) 在共价化合物中,元素化合价有正负的主要原因是() A . 电子有得失 B . 电子既有得失又有电子对偏移 C . 共用电子对有偏移 D . 有金属元素的存在 【考点】 5. (2分) (2020高二下·辽源月考) 下列物质中,既含有离子键又含有共价键的是:() A . HCl B . NaOH C . CaCl2 D . CO2 【考点】 6. (2分) (2019高一下·临海月考) 下列变化或应用中,与分子间作用力有关的是() A . 氯化钠晶体溶于水 B . 硝酸钾晶体的融化、冷却 C . 次氯酸用于杀菌消毒 高一化学 试卷总分:100分考试时间:90分钟 相对原子质量:H:1 Na:23 Mg:24 Al:27 Fe:56 K:39 Cu:64 C:12 N:14 O:16 Cl:35.5 Ca:40 S:32 第I卷(共40分) 本题包括20小题,每小题2分,共40分,每小题只有一个正确答案 1.19世纪中叶,门捷列夫的突出贡献是() A.提出原子学说B.发现元素周期律 C.提出分子学说D.发现氧气 2.在下列元素中,不属于 ...主族元素的是() A.氢B.铁C.钙D.碘 3.物质之间发生化学反应时,一定发生变化的是() A.颜色B.状态C.化学键D.原子核 4.下列描述中不正确 ...的是() A.14N与15N具有相同的质子数B.18O与17O具有相同的电子数C.24Mg与24Na具有相同的中子数D.40K与40Ca具有相同的质量数5.国际无机化学命名委员会将元素周期表原先的主、副族族号取消,从左往右改为18 列第IA族为第1列,0族元素为第18列,按这个规定,下列说法不正确 ...的是()A.原子最外层有2个电子的元素,不一定是第2列元素 B.第3~12列元素全为金属 C.第17列元素的原子,其半径越大,越容易失去电子 D.每列元素的单质,从上到下,熔沸点均依次增大 6.根据微粒结构示意图的特征,可把、、三种微粒归为一类,下列微粒中可以归为此类的是() A.B.C.D. 7.阴离子X n-含中子N个,X的质量数为A,则m g X元素的气态氢化物中含质子的物 质的量是( ) A. B . C . D . 8.两种元素原子的核外电子层数之比与它们的最外层电子数之比相等,在周期表的前10号元素中,满足上述关系的元素共有( ) A .1对 B .2对 C .3对 D .4对 9.若阿伏加德罗常数的数值用N A 表示,下列说法正确的是( ) A .标准状况下,1.12L 氦气所含原子数为0.1N A B .1.6gNH 2-离子所含质子数为N A C .22.4 LHCl 溶于水,溶液中H +数为N A D .9g D 2O 所含的中子数为4.5N A 10.已知X +、Y 2+、Z -、W 2- 四种离子均具有相同的电子层结构。下列关于X 、Y 、Z 、W 四种元素的描述,正确的是 ( ) A.原子半径:X >Y >Z >W B.原子序数:Y >X >Z >W C.原子最外层电子数:Y >X >Z >W D.金属性:X 【高中化学选修《物质结构与性质》知识点提纲】 一.原子结构与性质. 一.认识原子核外电子运动状态,了解电子云、电子层(能层)、原子轨道(能级)的含义. 1.电子云:用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近,电子出现的机会大,电子云密度越大;离核越远,电子出现的机会小,电子云密度越小. 电子层(能层):根据电子的能量差异和主要运动区域的不同,核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q. 原子轨道(能级即亚层):处于同一电子层的原子核外电子,也可以在不同类型的原子轨道上运动,分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道,s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形,d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7. 2.(构造原理) 了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理,能用电子排布式表示1~36号元素原子核外电子的排布. (1).原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述.在含有多个核外电子的原子中,不存在运动状态完全相同的两个电子. (2).原子核外电子排布原理. ①.能量最低原理:电子先占据能量低的轨道,再依次进入能量高的轨道. ②.泡利不相容原理:每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子. ③.洪特规则:在能量相同的轨道上排布时,电子尽可能分占不同的轨道,且自旋状态相同. 洪特规则的特例:在等价轨道的全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空时(p0、d0、f0)的状态,具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1. (3).掌握能级交错图和1-36号元素的核外电子排布式. ①根据构造原理,基态原子核外电子的排布遵循图⑴箭头所示的顺序。 ②根据构造原理,可以将各能级按能量的差异分成能级组如图⑵所示,由下而上表示七个能级组,其能量依次升高;在同一能级组内,从左到右能量依次升高。基态原子核外电子的排布按能量由低到高的顺序依次排布。 3.元素电离能和元素电负性 第一电离能: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能量叫做第一电离能。常用符号I1表示,单位为kJ/mol。 (1).原子核外电子排布的周期性. 随着原子序数的增加,元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化:每隔一定数目的元素,元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化. (2).元素第一电离能的周期性变化. 随着原子序数的递增,元素的第一电离能呈周期性变化: ★同周期从左到右,第一电离能有逐渐增大的趋势,稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小; ★同主族从上到下,第一电离能有逐渐减小的趋势. 说明: ①同周期元素,从左往右第一电离能呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第ⅡA 族、第ⅤA 族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。Be、N、Mg、P 第一章物质结构基础 一、选择题 1、下列各组量子数,不正确的是------------------- ( B ) A.n=2,l=1,m=0,m s=-1/2 B.n=3,l=0,m=1,m s=1/2 C.n=2,l=1,m=-1,m s=1/2 D.n=3,l=2,m=-2,m s=-1/2 2、下列各组量子数中,合理的一组是---------------------------- ( A ) A.n=3,l=1,m1 =+1,m s=+1/2 B.n=4,l=5,m1 =-1,m s= +1/2 C.n=3,l=3,m1 =+1,m s=-1/2 D.n=4,l=2,m1 =+3,m s= -1/2 3、原子序数为19 的元素的价电子的四个量子数为----------- ( D ) A.n=1,l=0,m=0,m s =+1/2 B.n=2,l=1,m=0,m s =+1/2 C.n=3,l=2,m=1,m s =+1/2 D.n=4,l=0,m=0,m s =+1/2 4、在下列各组量子数中,其合理状态的一组是----------------- ( D) A. n = 1, l = 1, m = 0 B. n = 2, l = 1, m = 2 C. n = 2, l = 0, m = 1 D. n = 3, l =1, m = 0 5、在等价轨道的d轨道中电子排布成,而不排布成,其最直接的根据 是-------------------- ( D ) A.能量最低原理B.Pauli原理C.原子轨道能级图D.洪特规则 6、若将N 原子的基态电子构型写成1s2 2 s 2 2p x2 2p y1,这违背了--------------------------------- ( B ) A.泡里原理B.洪特规则C.对称性一致的原则D.玻尔理论 7、下列电子排布式中不正确的是:D A.1s2 B.1s22s22p3 C.1s22s22p63s23p63d3 4s2 D.1s22s22p63s23p63d4 4s2 8、下列分子中心原子是sp2杂化的是--------------------------- ( C ) A. PBr3 B. CH4 C. BF3 D. H2O 9、元素N的核外电子正确排布是-------------------------- ( A ) A. 1s22s22p x12p y12p z1 B. 1s22s12p x22p y12p z1 C. 1s22s22p x22p y1 D. 1s22s22p x12p y2 10、在B、C、N、O四种元素中,第一电离能最大的是-------------------- ( C ) A. B B. C C. N D. O 11、下列离子半径变小的顺序正确的是---------------------- ( A ) A. F->Na+>Mg2+>Al3+ B. Na+>Mg2+>Al3+>F- C. Al3+>Mg2+>Na+>F- D. F->Al3+>Mg2+>Na+ 12、下列的等电子离子中半径最小的是------------------------- ( A) A. Al3+ B. Na+ C. F- D. O2- 13、既存在离子键和共价键,又存在配位键的化合物是--------------------- ( C ) A. H3PO4 B. Ba(NO3)2 C. NH4F D. NaOH 14、下列物质中,属于共价化合物的是----------------------- ( C ) A. I2 B. BaCl2 C. H2SO4 D. NaOH 15、下列物质中,既有离子键又有共价键的是------------------- ( C ) A. KCl B. CO C. Na 2SO 4 D. NH 4 + 16、下列分子中,中心原子采取不等性sp3杂化的是-------------------------- ( C ) A. BF3 B. BCl3 C. H2O D. SiCl4 17、下列分子中,键和分子均具有极性的是--------------------------- ( D ) A. Cl2 B. BF3 C. CO2 D. NH3 18、氨气分子空间构型是三角锥形,而甲烷是正四面体形,这是因为------------------------- ( C ) A.两种分子的中心原子杂化轨道类型不同,NH3为sp2型杂化,而CH4是sp3型杂化。 B.NH3分子中N原子形成三个杂化轨道,CH4分子中C原子形成4个杂化轨道。 物质的组成、构成及分类 组成:物质(纯净物)由元素组成 原子:金属、稀有气体、碳、硅等。 物质 构成 分子:如氯化氢由氯化氢分子构成。 H 2、O 2、N 2 、Cl 2。 离子: NaCl 等离子化合物,如氯化钠由钠离子(Na + )氯离子(Cl - )构成 混合物(多种物质) 分类 单质 :金属、非金属、稀有气体 纯净物 (一种元素) (一种物质) 化合物: 有机化合物 CH 4、C 2H 5OH 、C 6H 12O 6、淀粉、蛋白质 (多种元素) 无机化合物 第四单元 物质构成的奥秘 课题1 原 子 考试要求:知道原子是由原子核和电子构成的 考点一、原子的构成 (1)原子结构的认识 (2外电子数)相等,电性相反,所以原子不显电性 因此: 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数 (3)原子的质量主要集中在原子核上 注意:①原子中质子数不一定等于中子数 2、相对原子质量: ⑴ ⑵相对原子质量与原子核内微粒的关系:相对原子质量 = 质子数 + 中子数 课题2 元 素 考试要求:认识氢、碳、氧、氮等与人类关系密切的化学元素 记住常见元素的名称和符号 了解元素的分类 能根据原子序数在周期表中找到指定元素 认识元素符号的意义 注意元素符号周围的数字的意义和区别 考点一、元素 1、 含义:具有相同质子数(或核电荷数)的一类原子的总称。 注意:元素是一类原子的总称;这类原子的质子数相同 因此:元素的种类由原子的质子数决定,质子数不同,元素种类不同。 相对原子质量= 3、元素的分类:元素分为金属元素、非金属元素和稀有气体元素三种(考点二) 4、元素的分布: ①地壳中含量前四位的元素:O 、Si 、Al 、Fe ②生物细胞中含量前四位的元素:O 、C 、H 、N ③空气中前二位的元素:N 、O 注意:在化学反应前后元素种类不变 二、元素符号(考点三) 1、 书写原则:第一个字母大写,第二个字母小写。 2、 表示的意义;表示某种元素、表示某种元素的一个原子。例如:O :表示氧元素;表示一个氧原子。 3、 原子个数的表示方法:在元素符号前面加系数。因此当元素符号前面有了系数后,这个符号就只能表 示原子的个数。例如:表示2个氢原子:2H ;2H :表示2个氢原子。 4、 元素符号前面的数字的含义;表示原子的个数。例如:6.N :6表示6个氮原子。 三元素周期表 1、 发现者:俄国科学家门捷列夫 结构:7个周期16个族 2、 元素周期表与原子结构的关系:(考点四) ①同一周期的元素原子的电子层数相同,电子层数=周期数 ②同一族的元素原子的最外层电子数相同,最外层电子数=主族数 3、 原子序数=质子数=核电荷数=电子数(考点五) 4、 元素周期表中每一方格提供的信息: 课题3 离子 考试要求: 认识物质的微粒性,知道分子、原子、离子都是构成物质的微粒 知道同一元素的原子、离子之间可以互相转化 初步认识核外电子在化学反应中的作用;了解原子、离子结构示意图 要求通过观察结构示意图解析微粒的种类和性质 背熟常见的离子的符号 一、核外电子的排布 (考点一)1、原子结构示意图: ①圆圈内的数字:表示原子的质子数 ②+ :表示原子核的电性 ③弧线:表示电子层 ④弧线上的数字:表示该电子层上的电子数 1、 核外电子排布的规律: ①第一层最多容纳2个电子;②第二层最多容纳8个电子; ③最外层最多容纳8个电子(若第一层为最外层时,最多容纳2个电子) 质子数 一. 学习内容: 分子结构与晶体结构 二. 学习目标 了解化学键的含义,理解并掌握共价键的主要类型及特点,共价键、离子键及金属键的主要区别及对物质性质的影响。 能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型,了解等电子体的含义。 了解原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构特征,掌握不同晶体的构成微粒及微粒间的相互作用力,掌握影响晶体熔沸点、溶解性的因素。 三. 学习重点、难点 分子结构与晶体结构的特点,影响物质熔沸点和溶解性、酸性的因素 四. 学习过程 (一)化学键与分子结构: 1、化学键:相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用,通常叫做化学键。 配位键:配位键属于共价键,它是由一方提供孤对电子,另一方提供空轨道所形成的共 价键,例如:NH 4+ 的形成 在NH 4+中,虽然有一个N -H 键形成过程与其它3个N -H 键形成过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同。 键长、键能决定共价键的强弱和分子的稳定性:原子半径越小,键长越短,键能越大,分子越稳定。 共价键按成键形式可分为σ键和π键两种,σ键主要存在于单键中,π键主要存在于双键、叁键以及环状化合物中。σ键较稳定,而π键一般较不稳定。 共价键具有饱和性和方向性两大特征。 2、分子结构: 价层电子对互斥理论: 把分子分成两大类:一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测,概括如下: 另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与互相排斥。因而H2O分子呈V 型,NH3分子呈三角锥型。 杂化轨道理论:在形成多原子分子的过程中,中心原子的若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sp3、sp2、sp三种杂化。 杂化轨道理论分析多原子分子(离子)的立体结构 价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型土壤的基本组成性质分类解析
第一章 物质结构基础
第一章 物质结构
高中化学新人教版必修二 第一章物质结构元素周期律1.1.3核素(I)卷新版
第一章物质结构元素周期表知识点总结
人教版高一化学必修二第一章物质结构元素周期律单元测试题
物质的构成与组成
1、原子是构成物质的基本粒子。下列有关原子的叙述错误的是( ) A.原子在化学变化中能够再分 B.原子质量主要集中在原子核上 C.原子的质子数等于核电荷数 D.原子的体积及在化学变化中的表现是由电子决定 3、一种元素与另一种元素的本质区别是 ( ) A.质子数不同 B.中子数不同 C.相对原子质量不同 D.电子数不同 4、在四川汶川大地震中,很多同胞失去了宝贵的生命。在这些遇难同胞中,有很多人不是被石块 压死,而是在废墟里漫长的等待中严重脱水而死,说明了水对于我们生命的延续是如此的重要, 下列关于水的说法中不正确的是 B.水由氢、 氧两种元素组成 ( ) A.水是化合物 D.水由两个氢原子和一个氧原子构成 ( 2H ) 2H+ C.水由水分子构成
A.镁原子结构图中 x=8 B.氯元素的原子序数为 17 C.镁是金属元素、氯是非金属元素 D.镁和氯组成化合物的化学式为 MgCl
例 5。如图为某反应的微观模拟示意图.从图中获得的有关信息不正确的是(
)
5、下图中的符号表示 2 个氢原子的是
H2
2H2
A.原子是化学变化中的最小粒子 B.化学反应前后原子的数目没有增减 C.该化学反应属于分解反应 D.分子间存在一定的间隙 5.构成物质的微粒有多种,下列物质由分子构成的是( ) A.氯化钠 B.水 C.金刚石 D.水银(Hg) 8.掌握化学用语是学好化学的关键。下列化学用语与所表述的意义相符合的是( A.H2O——1 个水分子 C.3Fe3+ ——3 个铁原子 ) B.Na ——1 个钠离子 D.2H ——2 个氢元素
+1
)
A. 1.
B.
C.
D.
是某元素一种粒子的结构示意图,据此推断下列相关说法中合理的是( A.该粒子是阴离子 C.该元素在化学反应中不易失去电子 B.该元素原子核内质子数为 12 D.该元素原子的最外层上有 8 个电子
13.(2009·南京中考)原子序数为 94 的钚(Pu)是一种核原料,该元素一种原子的质子数和中子数 之和为 239,下列关于该原子的说法不正确的是( A.中子数为 145 C.质子数为 94 B.核外电子数为 94 D.核电荷数为 2392、下列微粒结构示意图表示阳离子的是( ) )
3、下列符号中,既能表示一种单质、又能表示一种原子和一种元素的是( A、Cu B、O2 C CH4、 D、N 4、下列能表示两个氮原子的是( ) +2 A、N2 B、2N C、2N2 D、 N 5、下列物质中 Cl 元素的化合价最低的是( ) A、HCl B、Cl C、KClO3 D、HClO
)
22、下列物质中,由地壳中含量最多的金属元素、非金属元素和空气中含量最多的元素组成的是 ( ) A.CaCO3 B.Al2(SO4)3 C.Al(NO3)3 D.Fe(OH)3 19、科学家已经发现的一种新物质的化学式是 C70,下列关于 C70 说法正确的是( A.相对分子质量为840 C.碳元素的化合价为+4 B.属于化合物 D.是一种新元素 ) )
A
B
C
D
【典例 2】下列有关二氧化碳的说法正确的是( ) A.二氧化碳(CO2)由一个碳原子和两个氧原子构成 B.二氧化碳是由碳和氧气组成的 C.二氧化碳是由一个碳元素和两个氧元素组成的 D.二氧化碳是由碳元素和氧元素组成的 9.(2009·肇庆中考)如图是镁和氯两种元素的有关信息,则下 中错误的是( ) 列说法
2、葡萄糖是重要的糖类物质,其化学式为 C6H12O6,下列有关它的叙述错误的是( A.葡萄糖是由碳、氢、氧三种元素组成的 B.一个葡萄糖分子由 6 个碳原子和 6 个水分子构成高中化学新人教版必修二 第一章物质结构元素周期律1.3化学键D卷(新版)
第一章物质结构元素周期表练习题
高中化学选修《物质结构与性质》知识点提纲,
第1章物质结构基础(含答案)
物质的组成和结构
高中化学物质结构与性质专题讲解