结构化学与中学化学教学.ppt
2023/9/14,结构化学与中学化学教学,许旋,2023/9/14,教学内容,中学物质结构与性质教材内容原子结构与性质分子结构与性质晶体结构与性质物质结构与性质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奥赛结构化学题的解题思路和教学设计,2023/9/14,教学方式,教学方式：讲授，分析与讨论，做题考试方式：作业 收集整理题目和解题的教学思路 试讲 笔试,2023/9/14,第一章原子结构与性质知识归纳,2023/9/14,本章知识网络,原子结构,元素周期律,电子层结构,能层与能级,电子云与原子轨道,核外电子排布规律,原子半径 电离能 电负性,对角线规则,各周期元素数目,周期表中元素的分区,电子排布式 原子实 外围电子排布,能量最低原理,泡利原理,洪特规则,构造原理,本章知识网络,元素的金属性与非金属性,基态与激发态,2023/9/14,能层、能级、原子轨道之间的关系,2023/9/14,构造原理与电子排布式,关键点：一定要记住电子排入轨道的顺序，这是本章最重要的内容。从第四能层开始，该能层的ns与np能级之间插入了(n-1)层的d能级，第六能层开始还插入（n-2）f，其能量关系是：ns（n-2）f（n-1）d np核外电子排布的表示方法：,2023/9/14,能量最低理泡利原理（电子的自旋）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8个电子，次外层最多不超过18个电子等。,核外电子排布原则,2023/9/14,四、核外电子排布规律,用轨道表示式表示出铁原子的核外电子排布,洪特规则,泡利原理,能量最低原理,构造原理,2023/9/14,基态与激发态,基态原子 处于最低能量状态的原子。激发态原子 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。原子光谱 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。,2023/9/14,电子云与原子轨道,电子云 处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。原子轨道 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。（单电子轨道波函数）,2023/9/14,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,2023/9/14,1.原子核外电子排布原理(1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循构造原理，使整个原子的能量处于最低状态。(2)泡利原理：每个原子轨道最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反(自旋只有两种方向，用、表示)。,2023/9/14,(3)洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同。,2023/9/14,(4)特例有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定。规律总结多电子原子中，原子轨道能量的高低存在以下规律：相同能层上原子轨道能量的高低：nsnpndnf。,2023/9/14,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的能量相等，如2px、2py、2pz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：基态原子核外电子在原子轨道上的排布顺序如图所示。它表示随着原子序数的递增，基态原子的核外电子按照箭头的方向依次排布在各原子轨道上：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s这是从实验得到的一般规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。,2023/9/14,2023/9/14,3基态原子核外电子排布的表示方法(1)原子结构示意图(或称原子结构简图)可表示核外电子分层排布和核内质子数，如O：。(2)电子式在元素符号周围用“”或“”表示原子最外层电子数目的式子，如,2023/9/14,(3)电子排布式用数字在能级符号右上角表明该能级上排布的电子数，如K：1s22s22p63s23p64s1。为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，如K：Ar4s1。,2023/9/14,(4)电子排布图(轨道表示式)每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子，如氧元素基态原子的电子排布如图所示：,2023/9/14,误区警示在书写基态原子的电子排布图时，常出现以下几种错误：当出现d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时，仍把(n1)d放在ns前。例如：Fe：1s22s22p63s23p63d64s2，正确；Fe：1s22s22p63s23p64s23d6，错误。,2023/9/14,教学目标,1、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。2、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位置间的关系。5、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说明元素的某些性质。,2023/9/14,7、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。8、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的某些性质。11、能根据元素的电负性资料，解释元素的“对角线”规则，列举实例予以说明。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，提高分析问题和解决问题的能力。,2023/9/14,一、元素周期表的结构,周期,短周期,长周期,第1周期：2 种元素,第2周期：8 种元素,第3周期：8 种元素,第4周期：18 种元素,第5周期：18 种元素,第6周期：32 种元素,不完全周期,第7周期：26种元素,镧57La 镥71Lu 共15 种元素称镧系元素,锕89Ac 铹103Lr 共15 种元素称锕系元素,周期序数=电子层数（能层数）,（横行）,族,主族：,副族：,A,A,A,A,A,A,A,第VIII 族：,稀有气体元素,主族序数=最外层电子数=价电子数=最高正价数,（纵行）,零族：,共七个主族,B,B,B,B,B,B,B,共七个副族,三个纵行(8、9、10），位于 B 与B中间,一、元素周期表的结构,复习回忆,2023/9/14,原子半径：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，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 最后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。,原子半径 电离能,2023/9/14,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。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。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1.8，非金属的电负性一般大于1.8，而位于非金属三角区边界的“类金属”电负性的电负性在1.8左右。它们既有金属性，又有非金属性。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：2、8、8、18、18、32、32、50,电负性 对角线规则,2023/9/14,除ds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。,2023/9/14,练 习,1、以下能级符号不正确的是：A 5s B 4d C 3f D 6p2、下列各原子或离子的电子排布式正确的是 A F 1s22s22p7 B Na+1s22s22p6 C Fe D Al3+1s22s22p63s23、下列核外电子排布属于基态的是 A C 1s22s12p3 B C 1s22s22p2 C Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 D Mg 1s22s22p63s13p14、下列原子结构与洪特规则有关的是 A Cu原子的外围电子排布是 3d104s1而不是3d94s2。B S 原子的价电子排布是 3s23p4而不是3s13p5。C Fe 原子的外围电子排布是3d64s2 而不是3d8。D N原子的最外层有3个未成对电子，且自旋方向相同。,2023/9/14,5、氢原子的电子云图中小黑点表示的是 A个小黑点表示一个电子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在核外空间出现机会的多少、仔细研究构造原理，得出ns、np、(n-1)d、(n-2)f 能级的高低顺序是：，这与元素周期表中每个周期所容纳的元素个数有何关系？,练 习,2023/9/14,电子层数：相同条件下，电子层数越多，半径越大。,核电荷数:相同条件下，核电荷数越多，半径越小。核外电子数:核电荷数相同条件下，核外电子数越多，半径越大。,1、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：NaMgAlSiPSCl.2、同主族元素的原子半径随核电荷数的增大而增大。如：Li Na+Mg2+Al3+5、同一元素不同价态的微粒半径，价态越高离子半径越小。如FeFe2+Fe3+,微粒半径的比较,判断的依据,具体规律,2023/9/14,金属性强弱,非金属性强弱,与水反应置换氢的难易 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（电解中在阴极上得电子的先后）互相置换反应原电池反应中正负极,与H2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单质的氧化性或离子的还原性互相置换反应,判断依据,元素的金属性与非金属性,2023/9/14,、同周期元素的金属性，随荷电荷数的增加而减小，如：NaMgAl;非金属性，随荷电荷数的增加而增大，如：SiClBrI。、金属活动性顺序表：KCaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu,规律：,元素的金属性与非金属性,2023/9/14,1、某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍,其质子数是最外层电子数的3倍,该元素基态原子的电子排布式。2、写出下列元素的电子排布式：Al Cu Fe K 写出下列元素的外围电子排布式：Cl Ca Zn Cr3、试用有关理论解释Cu元素原子的外围电子排布是3d104s1而不是3d94s2，简述其理由。,练 习,2023/9/14,2023/9/14,比较:(1)微粒半径:Mg2+,Na+,F-(2)第一电离能:Na,Mg,K(3)电负性:F,S,O(4)热稳定性:HF,HCl,HBr,HI(5)酸性:H2SO4,HClO4,H3PO4,H2CO3,2023/9/14,4、一些气态原子失去核外不同电子所需的能量(kj.mol-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个电子所需能量?(2)X元素的硫酸盐的化学式为。(3)Y是周期表中 族元素。,
