第五章物质基础讲课课件.ppt（54页）

1、第 五 章物质 分子 原子构成原子的粒子及其性质构成原子的粒子及其性质1个电子带个电子带1个单位负电个单位负电荷荷1个质子带个质子带1个单位正电个单位正电荷荷不显电性不显电性9.10910-311.67310-271.67510-271/18361.0071.008一、核外电子的特点：一、核外电子的特点：P:P:动量动量入：波长入：波长h h：普朗克常数：普朗克常数 6.6266.626 1010-34-34 JsJshPH2 2H H2 高压高压放出能量放出能量吸收能量吸收能量放出光放出光分光镜分光镜抽蒸空的放电管H2高压放电分光镜可见光区域 紫紫 蓝蓝 蓝绿（青）蓝绿（青）红红=3.29=

2、3.2910101515(2 22 22 21 1n n1 1n n1 1)s)s-1-1 n n1 1nn2 2(正整数正整数)里德堡用一公式归纳：里德堡用一公式归纳：二二 核外电子运动的特征核外电子运动的特征1 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。2 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。3 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会多少多少-电子云电子云电子云：描述核外电子运动特征的图象。电子云：描述核外电子运动特征的图象。薛

3、定谔方程：薛定谔方程：6（1 1）薛定谔的波动方程（电子波）薛定谔的波动方程（电子波）0 0m m2 22 22 2 h hz zy y2 2)(82222VEx解此方程可得：解此方程可得：0 03 30 01 10 00 0a ar ra ae1如：如：E 电子的总能量电子的总能量V 电子的势能电子的势能波函数，是描述核外电子运动状态的数学函数波函数，是描述核外电子运动状态的数学函数 x、y、z直角坐标轴；直角坐标轴；r r电子与核之间距离电子与核之间距离a a0 0波尔半径波尔半径（1）主量子数主量子数n-n-电子层电子层l 称为称为 s p d fl=0 s轨道为球形对称状轨道为球形对称

4、状离原子核越近，能级越低 原子轨道 电子云 原子轨道电子云(3)磁量子数磁量子数m：原子轨道在空间的伸展方向。取值受：原子轨道在空间的伸展方向。取值受l 限制，限制，m=0，1，2，3l，共可取，共可取2l+1个值个值.ll=0，m=0表示表示S轨道在空间只有一种伸展方向。轨道在空间只有一种伸展方向。ll=1，m=0，1表示表示P轨道在空间有三种伸展方向。轨道在空间有三种伸展方向。ll=2，m=0，1，2表示表示d轨道在空间有五种伸展轨道在空间有五种伸展方向。方向。ll=3，m=0，1，2，3表示表示f轨道在空间有七种轨道在空间有七种伸展方向。伸展方向。(4)自旋量子数自旋量子数ms 自旋量子

5、数自旋量子数ms=，“”表示两个不同的表示两个不同的自旋方向自旋方向,用用或或表示。表示。1221电子在核外运动状态可以用四个量子数来确定。电子在核外运动状态可以用四个量子数来确定。确定轨道运动状态可以用前三个量子数来确定。确定轨道运动状态可以用前三个量子数来确定。见教科书表5-1 P162（等价轨道：能量完全相同的轨道。如：（等价轨道：能量完全相同的轨道。如：）等价轨道上，电子在全满，半满或）等价轨道上，电子在全满，半满或全空时比较稳定。全空时比较稳定。如全满：如全满：P6，d10，f14 半满：半满：P3，d5，f7 全空：全空：p0，d0，f0。由此，可以写出元素原子的电子排布顺序式：由

6、此，可以写出元素原子的电子排布顺序式：1S22S22P63S23P64S23d104P65S24d10。5.2.25.2.2、核外电子分布原理和核外电子分布式、核外电子分布原理和核外电子分布式1 1、多电子原子轨道的能级顺序,如图所示7s6s5s4s3 s2s1s2p3p4p5p6p7p5d4d3d6d5f4f(1)(2)(3)(7)(5)(6)(8)4)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(20)n=1 一个s轨道，两个电子n=2，s、p两种轨道，8个电子N=3 s/p/d三种轨道，18个电子1、短周期电子的排布、短周期电子的排布电子填充轨道顺序：1

7、S2S 2P 3S 3PH1S1He1S2Li1S2 2S1Be1S2 2S2B1S2 2S22P1C1S2 2S22P2N1S2 2S22P3O1S2 S2 2 2P4F1S2 2S22P5Ne1S2 2S22P6Na1S2 2S22P63S1Mg1S2 2S22P63S2Al1S2 2S22P63S23P1Si1S2 2S22P63S23P2P1S2 2S22P63S23P3S1S2 2S22P63S23P4Cl1S2 2S22P63S23P5Ar1S2 2S22P63S23P6原子核外电子排布式按照原子轨道能量由低到高的顺序填写5.2.3例如：某些物质中元素氧化值例如：某些物质中元素氧化

8、值:（1）同一周期主族元素从左到右作用到最外层电子上的有效核电荷逐渐增大，电离能呈增大趋势，表示元素原子越来越难失去电子。碱金属最低（2）同一周期副族元素从左至右，由于有效核电荷增加不多，原子半径减小缓慢，有电离能增加不如主族元素明显，只是随着原子序数的增加第一电离能从左至右略有增加。由于最外层只有两个电子，过渡元素均表现金属性。（3）同一主族元素从上到下第一电离能逐渐减小，表明自上而下原子越来越容易失去电子。当外围电子在能量相等的轨道上形成全空(p0,d0,fo)、半满(p3,d5,f7)或全满(p6,d10,f14)结构时，元素的第一电离能较大。特例是第二主族的第一电离能大于第三主族，第五

9、主族的第一电离能大于第六主族。4.元素的电负性元素的电负性周期系中元素的电负性规律如下：周期系中元素的电负性规律如下：共价键共价键 金属键金属键价键理论价键理论 杂化轨道理论杂化轨道理论 分子轨道理论分子轨道理论 晶体场理论晶体场理论 l特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构l性质：良好导电、导热性能，延展性好性质：良好导电、导热性能，延展性好9/22/2023正、负离子间通过静电引力结合形成的化学键正、负离子间通过静电引力结合形成的化学键 特点：特点：无方向性也无饱和性无方向性也无饱和性离子的电荷越高、半径越小，静

10、电作用力就越强，熔点就越高。离子的电荷越高、半径越小，静电作用力就越强，熔点就越高。一般要求电负性差大于一般要求电负性差大于1.7，而且差值越大，极性越强。，而且差值越大，极性越强。主要以晶体的形式存在，具有较高的熔点和沸点。主要以晶体的形式存在，具有较高的熔点和沸点。在熔融状态或溶于水后其水溶液均能导电。在熔融状态或溶于水后其水溶液均能导电。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，因而是非极性键。导电性：在金属晶体中，自由电子在金属中作穿梭运动，所以在外电场作用下，自由电子定向运动，产生电流。延展性：当金属晶体受外力作用而变形时，

11、尽管金属离子发生了位移，但自由电子的连接作用并没变，金属键没有被破坏，故金属晶体具有延展性。导热性：金属离子和自由电子的振动很容易一个接一个的传导，故金属局部分子的振动能快速地传至整体，所以金属导热性能一般很好。9/22/20231916年，G.N.Lewis 提出了共价键理论H+HHHCl+ClCl ClN+NNNH+HClCl（1）价键理论OHH.HNHH.HCHHCOOH.NN.3.共共 价价 键键两元素电负性差值远大于1.7时，成离子键；远小于1.7时，成共价键；在1.7附近时，它们的成键具有离子键和共价键的双重特性9/22/2023H2HH+1927 年 Heitler 和 Lond

12、on应用量子力学求解氢分子的薛定谔方程后，才初步阐明共价键的本质。1H 1s1 实质：实质：共用电子对共用电子对+氢原子的电子不仅固定在原先的轨道上氢原子的电子不仅固定在原先的轨道上,而且也出现在对方的原子轨道而且也出现在对方的原子轨道9/22/2023电子配对原理：原子中自旋方向相反的未成对电子配对原理：原子中自旋方向相反的未成对电子相互接近时，可相互配对形成稳定的化学电子相互接近时，可相互配对形成稳定的化学键。键。已键合电子不能再形成新的化学键，成键数目已键合电子不能再形成新的化学键，成键数目受单电子数目的影响。受单电子数目的影响。原子轨道的最大重叠原理：两个原子轨道只有原子轨道的最大重叠

13、原理：两个原子轨道只有同号才能实行有效重叠，而原子轨道重叠时总同号才能实行有效重叠，而原子轨道重叠时总是沿着重叠最多的方向进行，重叠越多，共价是沿着重叠最多的方向进行，重叠越多，共价键越牢固。键越牢固。价键理论的要点：价键理论的要点：共价键的饱和性共价键的方向性.9/22/2023+-.+.对称性匹配对称性匹配最大重叠原理最大重叠原理原子轨道重叠时，只有同号才为有效重叠。原子轨道重叠时，只有同号才为有效重叠。最大重叠最大重叠较小重叠较小重叠减弱或抵消减弱或抵消异号重叠异号重叠(不匹配不匹配)+-+异号重叠异号重叠(不匹配不匹配)+-+.-+.+.-+9/22/2023 共价键具有方向性的原因是

14、因为原子轨道(p,d,f)有一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠成键要满足最大重叠条件。9/22/2023 键键 “头碰头头碰头”较牢固较牢固“肩并肩肩并肩”易断裂易断裂 饱和性 方向性 键键 特特 点：点：+.共价键的类型共价键的类型-+-9/22/2023 （2）键与键与 键的差异：键的差异：键键 键键 a可以单独存在。可以单独存在。必须与必须与 键共存。键共存。b存在于任何共价键中。存在于任何共价键中。仅存在于不饱和键中。仅存在于不饱和键中。c成键轨道沿轴向在直线上成键轨道沿轴向在直线上 成键轨道对称轴平行，成键轨道对称轴平行，相互重叠。可相对的自由旋转相互重叠。可相对的自由旋转 从侧面

15、重叠。不能自由旋转从侧面重叠。不能自由旋转 d 电子云集中于两原子电子云集中于两原子 电子云分布在电子云分布在 键所在平面键所在平面核的连核的连线上，呈圆柱形分布。线上，呈圆柱形分布。的上下两方，呈块状分布。的上下两方，呈块状分布。e 键有一个对称轴，轴键有一个对称轴，轴 只有对称面，对称面上只有对称面，对称面上 上电子云密度最大。上电子云密度最大。的电子云密度最小（的电子云密度最小（=0）。）。f键能：较大。键能：较大。较小。较小。9/22/2023由于共价键具有由于共价键具有方向性方向性，因此，因此必然会必然会决定决定或或 影响分子的影响分子的立体立体结构结构。而而分子的分子的立体结构立体

16、结构决定了很多决定了很多分子的重要性质，分子的重要性质，例如：例如：镇静作用镇静作用强烈致畸作用强烈致畸作用 反应停反应停（halidomide，-苯肽茂二酰亚胺，塞利多米苯肽茂二酰亚胺，塞利多米 ）“反应停反应停”事件事件 1957年，德国，上市一种新药非巴比妥类镇静药年，德国，上市一种新药非巴比妥类镇静药-“反应停反应停”（-苯肽茂二酰亚胺，塞利多米）。广泛苯肽茂二酰亚胺，塞利多米）。广泛用于妊娠反应，销往用于妊娠反应，销往46个国家，个国家，8000多例海豹肢畸形多例海豹肢畸形婴儿。截至全球在婴儿。截至全球在1965年撤销此药销售为止，报道婴年撤销此药销售为止，报道婴儿缺陷超过儿缺陷超过

17、15，000例。例。ONHOONOOOHONOOH熔点：45 oC96114oCoC1原子核外电子具有 、二象性；它的电子排布应遵循 ；三个原则；一个核外电子应有四个参数表明它的运动状态，其中主量子数（n）是表明 、；当n=2达到全满，这层最多可以填充 个电子，它的轨道形状分别是 、。2元素C、N、O、F中电负性最强的是 ；电离能最小的是 ；具有最高氧化值的是 。3、铁钉、食盐、白糖、小苏打四种物质，以共价键结合的是 ；以金属键结合的是 ；以离子键结合是的 ；既有离子键又有共价键结合的是 4、乙醇和水均属于 （极性、非极性），物质，所以它们可以形成 键 。乙醇可以与水互溶，它符合 原理。3原子

18、序号为16的硫和原子序号为17的氯的核外电子排布分别是 、它们最低的氧化值分别是 、，二者比较电负性强的是 ，电离能大的是 。5、共价键的两大特点是 、。1、下列关于四个量子数n、l、m、ms不合理的是（）A(2,1,1,1/2)B(2,2,2,2)C(3,1,1,-1/2)D(2,0.0.1/2)2、下列哪个原子轨道的能级最低（）A 2P B 3S C 3P D2S3 原子序号为17的Cl原子电子填充正确的是（）A 1S21S22P63S23P5 B 1S21S22P63S13P6 C1S21S22P53S23P6 D1S31S32P63S23P3 4、对于电离能描述正确的是：（）A表明分子

19、在气态时失去电子的难易程度 B电离能越大,失去电子越难。C锂的电离能大于氧的电离能 D 锂的电离能大于氢的电离能5.下列哪个元素的电负性最大（）A I B Cl C F D Br6、二氧化碳气体分子之间分子间作用力是（）A氢键力 B诱导力 C色散力 D取向力下列物质溶液中哪种酸性最强（）A 0.1mol/LHF B 0.1mol/LHCl C 0.1mol/LHBr D0.1mol/LHI下列哪个元素的电负性最大（）A I B Cl C F D Br29、二氧化碳气体分子之间分子间作用力是（）A氢键力 B诱导力 C色散力 D取向力30、不能形成分之间氢键力的是（）A H2O-CH3CH2OH(

20、乙醇)B HF-HF C CH4-CH4（甲烷）D H2O-HCl31、请判断哪种物质的沸点最低（）A 乙烷 B乙醇 C 乙醚 D乙酸用所学到的化学知识解释下列生活问题：1、冬天下雪路面撒盐 2.金属导电性和导热性3、紫外线与皮肤4.人体电解质失去平衡的危险性5、输液为啥不以蒸馏水为溶剂 +程度极性键极性键 电负性差大（电负性差大（0-1.7）、）、电荷分布不对称性电荷分布不对称性非极性键非极性键 电负性差小电负性差小（0）电荷分布对称性电荷分布对称性极性分子有哪些？非极性分子有哪些？如何定量衡量分子的极性？通过电偶极矩 分子极性与键极性的关系分子极性与键极性的关系:双原子分子双原子分子 双原

21、子分子的极性与键的极性一致.例:H2:键没有极性，分子无极性 HCl、CO、NO键有极性,分子有 极性.键的极性越强、分子的极性越强.例：HI HBr H Cl HF电负性差值增大分子的极性增强键极性增强9/22/2023对于空间构型对称对于空间构型对称(如直线形、平面三角形、如直线形、平面三角形、正四面体型等正四面体型等)的分子：的分子：多原子分子多原子分子 分子极性不仅与键的极性有关，还与分子空分子极性不仅与键的极性有关，还与分子空间构型有关。间构型有关。由极性键由极性键形成形成非极性分子非极性分子由极性键由极性键形成形成极性分子极性分子对于空间构型不对称对于空间构型不对称(如四面体型、三

22、角锥型、如四面体型、三角锥型、V字形等字形等)的分子：的分子：甲烷氢气1、中心原子化合价法:组成为ABn型化合物,若中心原子A的化合价等于族的序数,则该化合物为非极性分子.如:CH4,CCl4,SO3,PCl5 2、受力分析法:若已知键角(或空间结构),可进行受力分析,合力为0者为非极性分子.如:CO2,C2H4,BF3 3、同种原子组成的双原子分子都是非极性分子。不是非极性分子的就是极性分子了!9/22/2023分子极性与溶解度有关分子极性与溶解度有关相似相溶原理：相似相溶原理：极性溶质易溶于极性溶剂中。极性溶质易溶于极性溶剂中。非极性溶质易溶于非极性溶剂中。非极性溶质易溶于非极性溶剂中。润

23、滑油润滑油机油机油汽油汽油甲苯甲苯乙醇乙醇丙酮丙酮水水非非(弱弱)极性物质极性物质非非(弱弱)极性溶剂极性溶剂极性溶剂极性溶剂例如：油污染零件的清洗：例如：油污染零件的清洗：9/22/2023Inorganic&Analytical ChemistryHCl HCl 极 性 键极 性 键极 性 分 子极 性 分 子2.1 3.03.6 1010-13-13 cm直线形直线形H2 HH2.12.1非极性键非极性键0非极性分子非极性分子直直 线线 形形CO2 CO2.5 3.5极 性 键极 性 键0非极性分子非极性分子直直 线线 形形SO2 SO2.5 3.5极 性 键极 性 键5.44极 性 分

24、 子极 性 分 子V 字字 形形BF3 BF2.0 4.0极 性 键极 性 键0非极性分子非极性分子平面三角形平面三角形NH3 NH3.0 2.1极 性 键极 性 键4.9极 性 分 子极 性 分 子 三 角 锥 形三 角 锥 形 CH4 CH2.5 2.1极 性 键极 性 键0非极性分子非极性分子正 四 面 体 形正 四 面 体 形 NoImage5.3.3分子间相互作用力分子间相互作用力范德华力范德华力-氢键力氢键力范德华力最早是由范德华研究实际气体对理想气体状态方程的偏差提出来的，理想气体是假设分子没有体积也没有任何作用力为基础确立的概念，当气体密度很小(体积很大、压力很小)、温度不低时

25、，实际气体的行为相当于理想气体。实际气体分子有相互作用力。这种分子间的作用力就被后人称为范德华力。范德华力普遍地存在于固、液、气态任何微粒之间。微粒相离稍远，就可忽略；范德华力没有方向性和饱和性，不受微粒之间的方向与个数的限制。后来又有三人将范德华力分解为三种不同来源的作用力色散力、诱导力和取向力。色散力、诱导力和取向力。9/22/2023Inorganic&Analytical Chemistry（1）色散力）色散力色散力、诱导力、取向力。色散力、诱导力、取向力。瞬时偶极瞬时偶极+-某一瞬间某一瞬间另一瞬间另一瞬间-+-+-+-+-+-+-+异极相邻异极相邻存在于一切分子中存在于一切分子中范

26、德华力包括：瞬时偶极间的作用力瞬时偶极间的作用力范德华力包括：范德华力包括：9/22/2023（2）诱导力）诱导力诱导偶极诱导偶极+-+-+-异极相邻异极相邻极性分子极性分子非极性分子非极性分子极性分子极性分子极性分子极性分子+-+-+-+-诱导偶极同固有偶极间的作用力诱导偶极同固有偶极间的作用力可发生在极性和非极性分子之间9/22/2023（3）取向力取向力+-极性分子极性分子极性分子极性分子异极相邻异极相邻固有偶极间的作用力固有偶极间的作用力+-+-+-总总 结：结：极性分子极性分子极性分子极性分子色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力、取向力色散力、诱导力色散力、诱导力 极性分子极性分子非

27、极性分子非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子色散力色散力 9/22/2023Inorganic&Analytical Chemistry分子间作用能的分配（kJ/mol）9/22/2023氢键的形成条件和类型q 分子中有H原子且与电负性很大的元素(如F、O、N等)形成共价键q 分子中有电负性很大且带有孤对电子的原子2.氢氢 键键9/22/2023FFHH28kJ/mol565kJ/mol270pm9F 2s22p5HFFHF2s2 2p5X H Y9/22/2023影响影响:当氢原子与电负性较大的X原子以极性 共价键结合时，氢原子还能吸引另一个 电负性较大,原子半径较小的Y原子中

28、 的孤对电子形成氢键。（1）有方向性和饱和性。（2）键能同范德华力相当。定义定义:特点特点:（1）熔沸点）熔沸点:含氢键的物质熔沸点相对较高。含氢键的物质熔沸点相对较高。如乙醇沸点大于乙醚，乙烷如乙醇沸点大于乙醚，乙烷（2）在水中的溶解性：）在水中的溶解性：与水分子形成氢键的物质易溶于水与水分子形成氢键的物质易溶于水如乙醇溶于水，乙醚不溶于水。如乙醇溶于水，乙醚不溶于水。9/22/2023 氢键对氟化氢是弱酸的解释 氢键对某些物质的熔沸点差异的解释分子内氢键分子内氢键；分子间氢键。作用力分子内结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日