结构化学与中学化学教学.ppt

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1、u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回1结构化学与中学化学教学结构化学与中学化学教学许旋许旋2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回2教学内容教学内容中学中学物质结构与性质物质结构与性质教材内容教材内容原子结构与性质原子结构与性质分子结构与性质分子结构与性质晶体结构与性质晶体结构与性质物质结构与性质物质结构与性质相关习题的解题思路相关习题的解题思路高考结构化学题的解题思路和教学设计高考结构化学题的解题思路和教学设计奥赛结构化学题的解题思路和教学设计奥赛结构化学题的解题思路和教学设计2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回3教学方式教学方式

2、教学方式：教学方式：讲授，分析与讨论，做题讲授，分析与讨论，做题考试方式：考试方式：作业作业 收集整理题目和解题的教学思路收集整理题目和解题的教学思路 试讲试讲 笔试笔试2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回4第一章第一章原子结构与性质原子结构与性质知识归纳知识归纳2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回5本本章章知知识识网网络络原原子子结结构构元元素素周周期期律律电电子子层层结结构构能层与能级能层与能级电子云与原子轨道电子云与原子轨道核外电子排布规律核外电子排布规律原子半径原子半径 电离能电离能 电负性电负性对角线规则对角线规则各周期元素数目

3、各周期元素数目周期表中元素的分区周期表中元素的分区电子排布式电子排布式 原子实原子实 外围电子排布外围电子排布能量最低原理能量最低原理泡利原理泡利原理洪特规则洪特规则构造原理构造原理本章知识网络本章知识网络元素的金属性与非金属性元素的金属性与非金属性基态基态与与激发态激发态2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回6能层能层n n1 12 23 34 4符符 号号K KL LMMN N能级能级s s2s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f 4f轨道数轨道数1 11 13 31 13 35 51 13 35 57 7最多容纳最多容纳的电子数的电子

4、数2 22 26 62 26 610102 26 6101014142 28 818183232 2n2 能层、能级、原子轨道之间的关系能层、能级、原子轨道之间的关系2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回7构造原理与电子排布式构造原理与电子排布式关键点：关键点：一定要记住电子排入轨道的顺序，一定要记住电子排入轨道的顺序，这是本章最重要的内容。从第四能层开这是本章最重要的内容。从第四能层开始，该能层的始，该能层的nsns与与npnp能级之间插入了能级之间插入了(n-(n-1)1)层的层的d d能级，第六能层开始还插入（能级，第六能层开始还插入（n-n-2 2）f f，其

5、能量关系是：，其能量关系是：nsns（n-2n-2）f f （n-1n-1）d d npnp核外电子排布的表示方法：核外电子排布的表示方法：2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回8能量最低理能量最低理泡利原理（电子的自旋）泡利原理（电子的自旋）洪特规则洪特规则 电子按这一能级顺序填充，填满一个能级再填一个电子按这一能级顺序填充，填满一个能级再填一个新能级，这种规律称为构造原理。新能级，这种规律称为构造原理。以上使得原子核外电子排布最外层不超过以上使得原子核外电子排布最外层不超过8 8个电子，个电子，次外层最多不超过次外层最多不超过1818个电子等。个电子等。核外电子排

6、布原则核外电子排布原则2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回9四、核外电子排布规律四、核外电子排布规律 用轨道表示式表示出铁原子的用轨道表示式表示出铁原子的核外电子排布核外电子排布洪特规则洪特规则泡泡利利原原理理能量最低原理能量最低原理构造构造原理原理2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回10基态与激发态基态与激发态基态原子基态原子 处于最低能量状态的原子。处于最低能量状态的原子。激发态原子激发态原子 当基态原子中的电子吸收能量后，电子会当基态原子中的电子吸收能量后，电子会跃到较高能级，变成激发态原子。跃到较高能级，变成激发态原子。原子光谱原

7、子光谱 可用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光可用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。谱或发射光谱，总称原子光谱。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回11电子云与原子轨道电子云与原子轨道电子云电子云 处于一定空间运动状态的电子在原子核外处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的空间的概率密度概率密度分布的形象化描述。分布的形象化描述。原子轨道原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个量子力学把电子在原子核外的一个空间运空间运动状态动状态称为一个原子轨道。（称为一个原子轨道。（单电子轨道单电子轨道波函数波函数）2023/2/22u下下 页页t上上

8、页页首首 页页O返返 回回12练习P.12 学与问习题思考几个概念电子排布式，电子排布图，结构示意图2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回131.原子核外电子排布原理原子核外电子排布原理(1)能量最低原理：原子的核外能量最低原理：原子的核外电电子排布遵循子排布遵循构造原理，使整个原子的能量构造原理，使整个原子的能量处处于最低状于最低状态态。(2)泡利原理：每个原子泡利原理：每个原子轨轨道最多只能容道最多只能容纳纳2个个电电子，而且自旋方向相反子，而且自旋方向相反(自旋只有两种方向，自旋只有两种方向，用用、表示表示)。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页

9、O返返 回回14(3)洪特洪特规则规则：当：当电电子排布在同一能子排布在同一能级级的的不同不同轨轨道道时时，总总是是优优先先单单独占据一个独占据一个轨轨道，道，而且自旋方向相同。而且自旋方向相同。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回15(4)特例特例有少数元素的基有少数元素的基态态原子的原子的电电子排布子排布对对于构于构造原理有造原理有1个个电电子的偏差。因子的偏差。因为为能量相同能量相同的原子的原子轨轨道在全充道在全充满满(如如p6和和d10)、半充、半充满满(如如p3和和d5)和全空和全空(如如p0和和d0)状状态时态时，体系，体系的能量的能量较较低，原子低，原

10、子较稳较稳定。定。规律总结规律总结多电子原子中，原子轨道能量的高低存在多电子原子中，原子轨道能量的高低存在以下规律：以下规律：相同能层上原子轨道能量的高低：相同能层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回16形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低：1s2s3s4s同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道同一能层内形状相同而伸展方向不同的原子轨道的能量相等，如的能量相等，如2px、2py、2pz轨道的能量相等。轨道的能量相等。2基态原子中电子在原子轨道上的排布顺序：基态原子中电子在原子轨道上的排布顺序：基基态态

11、原子核外原子核外电电子在原子子在原子轨轨道上的排布道上的排布顺顺序如序如图图所所示。它表示随着原子序数的示。它表示随着原子序数的递递增，基增，基态态原子的核外原子的核外电电子按照箭子按照箭头头的方向依次排布在各原子的方向依次排布在各原子轨轨道上：道上：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s这这是从是从实验实验得到得到的一般的一般规规律，适用于大多数基律，适用于大多数基态态原子的核外原子的核外电电子排子排布。布。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回172023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回183基态原子核外电子

12、排布的表示方法基态原子核外电子排布的表示方法(1)原子原子结结构示意构示意图图(或称原子或称原子结结构构简图简图)可表示核外可表示核外电电子分子分层层排布和核内排布和核内质质子数，子数，如如O：。：。(2)电电子式子式在元素符号周在元素符号周围围用用“”或或“”表示原子最外表示原子最外层电层电子数目的式子，如子数目的式子，如 2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回19(3)电电子排布式子排布式用数字在能用数字在能级级符号右上角表明符号右上角表明该该能能级级上上排布的排布的电电子数，如子数，如K：1s22s22p63s23p64s1。为为了避免了避免电电子排布式子排布式

13、书书写写过过于繁于繁琐琐，把，把内内层电层电子达到稀有气体元素原子子达到稀有气体元素原子结结构的部构的部分以相分以相应应稀有气体的元素符号外加方括号稀有气体的元素符号外加方括号表示，如表示，如K：Ar4s1。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回20(4)电电子排布子排布图图(轨轨道表示式道表示式)每个方框代表一个原子每个方框代表一个原子轨轨道，每个箭道，每个箭头头代代表一个表一个电电子，如氧元素基子，如氧元素基态态原子的原子的电电子排子排布如布如图图所示：所示：2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回21误区警示误区警示在书写基态原子的电子排

14、布图时，常出在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误：现以下几种错误：当出现当出现d轨道时，虽然电子按轨道时，虽然电子按ns、(n1)d、np顺序填充，但在书写电子排布式顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把时，仍把(n1)d放在放在ns前。例如：前。例如：Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，正确；，正确；Fe：1s22s22p63s23p64s23d6，错误。，错误。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回22教学目标教学目标1、进一步认识周期表中原子结构和位置、价态、元、进一步认识周期表中原子结构和位置、价态、元素数目等之间的关系。素数目等之间的

15、关系。2、知道外围电子排布和价电子层的涵义。、知道外围电子排布和价电子层的涵义。3、认识周期表中各区、周期、族元素的原子核外电、认识周期表中各区、周期、族元素的原子核外电子排布的规律。子排布的规律。4、知道周期表中各区、周期、族元素的原子结构和、知道周期表中各区、周期、族元素的原子结构和位置间的关系。位置间的关系。5、掌握原子半径的变化规律。、掌握原子半径的变化规律。6、能说出元素电离能的涵义，能应用元素的电离能、能说出元素电离能的涵义，能应用元素的电离能说明元素的某些性质。说明元素的某些性质。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回237、进一步形成有关物质结构的基本

16、观念，初步认识物质的结、进一步形成有关物质结构的基本观念，初步认识物质的结构与性质之间的关系。构与性质之间的关系。8、认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系。、认识主族元素电离能的变化与核外电子排布的关系。9、认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应、认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的应用价值。用价值。10、能说出元素电负性的涵义，能应用元素的电负性说明元素、能说出元素电负性的涵义，能应用元素的电负性说明元素的某些性质。的某些性质。11、能根据元素的电负性资料，解释元素的、能根据元素的电负性资料，解释元素的“对角线对角线”规则，规则，列举实例予以说明。列举实例予以

17、说明。12、能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测物、能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测物质的有关性质。质的有关性质。13、进一步认识物质结构与性质之间的关系，提高分析问题和、进一步认识物质结构与性质之间的关系，提高分析问题和解决问题的能力。解决问题的能力。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回24一、元素周期表的结构周期周期短周期短周期长周期长周期第第1周期：周期：2 种元素种元素第第2周期：周期：8 种元素种元素第第3周期：周期：8 种元素种元素第第4周期：周期：18 种元素种元素第第5周期：周期：18 种元素种元素第第6周期：周期：32

18、种元素种元素不完全周期不完全周期第第7周期：周期：26种元素种元素镧镧57La 镥镥71Lu 共共15 种元素称镧系元素种元素称镧系元素锕锕89Ac 铹铹103Lr 共共15 种元素称锕系元素种元素称锕系元素周期序数周期序数 =电子层数（能层数）电子层数（能层数）（横行）（横行）2023/2/22 族族主族：主族：副族：副族：A,A,A,A,A,A,A 第第VIII 族：族：稀有气体元素稀有气体元素主族序数主族序数=最外层电子数最外层电子数=价电子数价电子数 =最高正价数最高正价数（纵行）（纵行）零族：零族：共七个主族共七个主族B,B ,B,B,B,B,B 共七个副族共七个副族三个纵行三个纵行

19、(8、9、10），位于），位于 B 与与B中间中间 一、元素周期表的结构复习回忆复习回忆2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回26原子半径原子半径：电离能：电离能：第一电离能第一电离能：。电离能反映了不同元素的原子失电子的难易，电离能反映了不同元素的原子失电子的难易，同时也与元素的金属性密切相关。同时也与元素的金属性密切相关。每个周期的第一个元素第一电离能最每个周期的第一个元素第一电离能最 最后最后一个元素的第一电离能最一个元素的第一电离能最 。同族元素从上至下，元素的第一电离能逐渐同族元素从上至下，元素的第一电离能逐渐 。原子半径原子半径 电离能电离能 2023/2

20、/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回27电负性：电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子吸引用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。以氟的电负性为力的大小。以氟的电负性为4.04.0，锂的电负性为，锂的电负性为1.01.0作为作为相对标准相对标准,得出了各元素的电负性。得出了各元素的电负性。电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度，金属的电负性一般小于弱的尺度，金属的电负性一般小于1.81.8，非金属的电负，非金属的电负性一般大于性一般大于1.81.8，而位于非金属三角区边界的，而位于非金属三角区边界的“类金属类金属

21、”电负性的电负性在电负性的电负性在1.81.8左右。它们既有金属性，又有左右。它们既有金属性，又有非金属性。非金属性。对角线规则：对角线规则：元素周期表中各周期最多容纳的元素数目分别为：元素周期表中各周期最多容纳的元素数目分别为：2 2、8 8、8 8、1818、1818、3232、3232、5050电负性电负性 对角线规则对角线规则2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回28 除除dsds区外，区的名称来自按构造原区外，区的名称来自按构造原理最后填入的电子的能级的符号。理最后填入的电子的能级的符号。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回29练

22、练 习习1 1、以下能级符号不正确的是：、以下能级符号不正确的是：A 5s B 4d C 3f D 6p A 5s B 4d C 3f D 6p2 2、下列各原子或离子的电子排布式正确的是、下列各原子或离子的电子排布式正确的是 A F 1s A F 1s2 22s2s2 22p2p7 7 B Na B Na+1s 1s2 22s2s2 22p2p6 6 C Fe C Fe D Al D Al3+3+1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23 3、下列核外电子排布属于基态的是、下列核外电子排布属于基态的是 A C 1s A C 1s2 22s2s1 12p2p3 3 B C 1s

23、 B C 1s2 22s2s2 22p2p2 2 C Fe 1sC Fe 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2 D Mg 1sD Mg 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 13p3p1 14 4、下列原子结构与洪特规则有关的是、下列原子结构与洪特规则有关的是 A CuA Cu原子的外围电子排布是原子的外围电子排布是 3d3d10104s4s1 1而不是而不是3d3d9 94s4s2 2。B S B S 原子的价电子排布是原子的价电子排布是 3s3s2 23p3p4 4而不是而不是3s3s1 13p3p5 5。C Fe C

24、Fe 原子的外围电子排布是原子的外围电子排布是3d3d6 64s4s2 2 而不是而不是3d3d8 8。D N D N原子的最外层有原子的最外层有3 3个未成对电子，且自旋方向相同。个未成对电子，且自旋方向相同。2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回305 5、氢原子的电子云图中小黑点表示的是、氢原子的电子云图中小黑点表示的是 A A个小黑点表示一个电子个小黑点表示一个电子黑点的多少表示电子个数的多少黑点的多少表示电子个数的多少表示电子运动的轨迹表示电子运动的轨迹表示电子在核外空间出现机会的多少表示电子在核外空间出现机会的多少、仔细研究构造原理，得出、仔细研究构造原理

25、，得出nsns、npnp、(n-1)d(n-1)d、(n-2)f(n-2)f 能级的高低顺序是：能级的高低顺序是：，这，这与元素周期表中每个周期所容纳的元素个数有与元素周期表中每个周期所容纳的元素个数有何关系？何关系？练练 习习2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回31电子层数：相同条件下，电子层数越多，半径越大。电子层数：相同条件下，电子层数越多，半径越大。核电荷数核电荷数:相同条件下，核电荷数越多，半径越小。相同条件下，核电荷数越多，半径越小。核外电子数核外电子数:核电荷数相同条件下，核外电子数越多，核电荷数相同条件下，核外电子数越多，半径越大。半径越大。1 1、

26、同周期元素的原子半径随核电荷数的增大而减小、同周期元素的原子半径随核电荷数的增大而减小（稀有气体除外）如：（稀有气体除外）如：NaMgAlSiPSCl.NaMgAlSiPSCl.2 2、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。如：如：LiNaKRbCsLiNaKRbCs3 3、同主族元素的离子半径随核电荷数的增大而增大。、同主族元素的离子半径随核电荷数的增大而增大。如：如：F F-ClCl-BrBr-I Na Na+MgMg2+2+AlAl3+3+5 5、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半径、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半径

27、越小。如越小。如FeFeFeFe2+2+FeFe3+3+微微粒粒半半径径的的比比较较判判断断的的依依据据具具体体规规律律2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回32金属金属性强性强弱弱非金非金属性属性强弱强弱与水反应置换氢的难易与水反应置换氢的难易 最高价氧化物的水化物碱性强弱最高价氧化物的水化物碱性强弱单质的还原性或离子的氧化性（电解中在阴极单质的还原性或离子的氧化性（电解中在阴极上得电子的先后）上得电子的先后）互相置换反应互相置换反应原电池反应中正负极原电池反应中正负极与与H H2 2化合的难易及氢化物的稳定性化合的难易及氢化物的稳定性最高价氧化物的水化物酸性强弱最

28、高价氧化物的水化物酸性强弱单质的氧化性或离子的还原性单质的氧化性或离子的还原性互相置换反应互相置换反应判判断断依依据据元素的金属性与非金属性元素的金属性与非金属性2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回33、同周期元素的金属性，随荷电荷数的增加、同周期元素的金属性，随荷电荷数的增加而减小，如：而减小，如：NaMgAl;NaMgAl;非金属性，随荷电荷非金属性，随荷电荷数的增加而增大，如：数的增加而增大，如：SiPSClSiPSCl。、同主族元素的金属性，随荷电荷数的增加、同主族元素的金属性，随荷电荷数的增加而增大，如：而增大，如：LiNaKRbCs;LiNaKRbClB

29、rIFClBrI。、金属活动性顺序表：、金属活动性顺序表：KCaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgKCaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAuPtAu规律：元素的金属性与非金属性元素的金属性与非金属性2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回341 1、某元素原子的核电荷数是电子层数的、某元素原子的核电荷数是电子层数的5 5倍倍,其质子数是最外层其质子数是最外层电子数的电子数的3 3倍倍,该元素基态原子的电子排布式该元素基态原子的电子排布式 。2 2、写出下列元素的电子排布式：、写出下列元素的电子排布式：Al CuAl Cu Fe K Fe K 写出下

30、列元素的外围电子排布式：写出下列元素的外围电子排布式：Cl Ca Cl Ca Zn Cr Zn Cr3 3、试用有关理论解释、试用有关理论解释CuCu元素原子的外围电子排布是元素原子的外围电子排布是3d3d10104s4s1 1而不而不是是3d3d9 94s4s2 2，简述其理由。，简述其理由。练练 习习2023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回35原子序原子序数数核外电核外电子排布子排布式式价电子价电子层层最高正最高正价和负价和负价价1425352023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回36比较比较:(1)微粒半径微粒半径:Mg2+,Na+,F-(

31、2)第一电离能第一电离能:Na,Mg,K(3)电负性电负性:F,S,O(4)热稳定性热稳定性:HF,HCl,HBr,HI(5)酸性酸性:H2SO4,HClO4,H3PO4,H2CO32023/2/22u下下 页页t上上 页页首首 页页O返返 回回374 4、一些气态原子失去核外不同电子所需的能量、一些气态原子失去核外不同电子所需的能量(kj.mol(kj.mol-1-1)锂锂X XY Y第一个电子第一个电子519519502502580580第二个电子第二个电子729672964570457018201820第三个电子第三个电子11799117996920692027502750第四个电子第四个电子955095501160011600(1)(1)为什么锂原子失去第二个电子所需能量远大于失去第一为什么锂原子失去第二个电子所需能量远大于失去第一个电子所需能量个电子所需能量?(2)X(2)X元素的硫酸盐的化学式为元素的硫酸盐的化学式为 。(3)Y(3)Y是周期表中是周期表中 族元素。族元素。2023/2/22