1、11.1 从葡萄干面包模型到原子结构的行星模型【学习目标】1 了解原子结构的模型2 掌握原子结构各微粒之间的关系【学习内容】科学家的探索之旅 约翰道尔顿 约瑟夫约翰汤姆生约翰道尔顿（17661844）是英国化学家、物理学家。1808 年他发表了道尔顿原子学 ，从而被誉为原子理论的创建人。他认为原子是构成物质的最小微粒，不可再分。约瑟夫约翰汤姆生，(Joseph John Thomson)1856 年 12 月 18 日生于英国曼彻斯特郊区。1876 年入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室。1884 年，年仅 28岁便当选为皇家学会会员。同年末，又继瑞利之后担任卡文迪许实验室教授，第一
2、个原子结构模型葡萄干面包模型的提出者。欧内斯特卢瑟福是汤姆生的研究生（Ernest Rutherford， 1871 年 8 月 30 日 1937 年 10 月 19 日） ，新西兰著名物理学家，被称为核物理之父，开拓了原子的轨道理论，特别是在他的金箔实验中发现了卢瑟福散射现象，而且提出了新的原子结构模型卢瑟福原子结构模型。2欧内斯 特卢瑟福（18711937）1895 年德国物理学家伦琴发现了一种能穿透金属箔、硬纸片、玻璃等并能通过黑纸感光的射线，由于本质不清楚故命名为 X 射线，而且不同金属有自己的特征射线，并用他的发现为夫人拍 伦琴夫人的手了第一张手骨照片。于是人们得出结论：原子可能还
3、不是最小的。 伦琴的发现引起了研究射线的热潮，在此过程中法国物理学家发现了铀的放射性。而我们熟知的居里夫人对此做进一步研究发现了钋和镭。天然放射性物质放射出几种不同的射线，都是原子核自发裂变产生的。由此可见原子是不可再分的说法已存在问题。通过对阴极射线的研究，后来汤姆生又发现阴极射线是带负电的，并命名为电子。由此，汤姆生提出了模型葡萄干面包模型。道尔顿的原子结构模型被彻底否定了。 粒子散射实验葡萄干面包模型1909 年卢瑟福建议其学生兼助手盖革和罗斯顿用 粒子轰击金箔去验证汤姆孙原子模型。据推算：根据汤姆孙原子模型 粒子穿过金箔时产生大角度散射的几率是 10-3500，最大散射角不超过 10，
4、 （下图） 实验前预言的 粒子穿过金箔时的结果。类比： 粒子的质量是电子的 7000 倍左右，相当于 7kg 的铅球滚动时碰到 1g 的乒乓球，铅球的运动速度会改变吗？（2） 粒子通过时原子正电部分对它产生的库仑斥力的影响，因为正电荷在球体内均匀分布，所以两侧的斥力绝大部分相互抵消，也不会使运动方向发生较大改变。3 粒子散射实验结果（上图）结论：绝大部分的 粒子都直线穿了过去，极少数 粒子穿过时发生偏转，个别 粒子竟然偏转了 180。实验结果与之前的预测完全不一致，所以原子结构模型须重新构思。因此，卢瑟福结合实验结果和计算提出原子结构的行星模型（solar systerm model） ，即原
5、子是由带正电荷的、质量很集中的、体积很小的核和在它外面运动着的带负电荷的电子组成的，就像行星绕太阳运转一样。卢瑟福原子模型原子是由原子核和电子构成原子核是由质子和中子构成卢瑟福原子结构模型图1.2 原子结构、同位素【学习目标】 知道原子的结构、知道同位素的概念【学习内容】1原子中微粒间的数学关系：构成原子的粒子 电 子 质 子 中 子电性和电量 1 个电子带 1 个单位负电荷 1 个质子带 1 个单位正电荷 不显电性质量/kg 9.1091031 1.6731027 1.6751027相对质量 1/1836（电子与质子质量之比） 1.007 1008原 子()ZAX原 子 核 质 子 个中 子
6、 个核 外 电 子 个 ZA()质量数（A）质子数（ Z）中子数（N ）核电荷数元素的原子序数质子数核外电子数2元素符号角标含义A代表质量数Z代表核电荷数c代表离子所带的电荷数d代表化合价e代表原子个数3同位素（1）概念：质子数相同，中子数不同的原子是同一种元素的不同原子，互称同位素。（2）同位素的质量数不同，核外电子数相同，化学性质相同。（3）同位素的不同原子构成的单质是化学性质几乎相同的不同单质。AZXc+-+de4（4）同位素构成的化合物是不同的化合物， 的物理性质不同，化学性HODT22、 、质几乎相同。（5）元素的相对原子质量（元素的原子量）：这种元素的各种同位素的相对原子质量的平均
7、值。（6）元素的近似相对原子质量：用同位素的质量数代替相对原子质量进行计算得出的数值。4相对原子质量的有关计算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百分比一般是不变的。我们平常所说的某种元素的相对原子质量，是按各种天然同位素原子丰度算出来的平均值。下面，我们介绍各元素相对原子质量平均值的算法。设问：对于具有同位素原子的元素来讲，应该怎样求其同位素的相对原子质量呢？如 O 的相对原子质量可以通过以下数值求出：已知一个 O 的质量为 2.65710-26 18 18kg，一个 C 的质量为 1.99310-26 kg，26O 的相对原子质量= 12=15.99818
8、kg1093.657226只要我们知道了某元素的各种同位素的相对原子质量，及在自然界中各同位素原子丰度。根据元素相对原子质量的含义，就可得到其值。以氯元素为例，求氯元素的相对原子质量：氯元素的相对原子质量=34.96975.77%+36.96624.23%=35.45元素周期表中各元素的相对原子质量就是这样算出来的。在数值上，同位素的相对原子质量近似等于质量数，我们平常做题时，常用质量数代替同位素的相对原子质量来计算元素的近似相对原子质量。【模拟试题】一. 选择题：1. 在一个电中性的原子中，一定含有的微粒是（ ）A. 质子，中子，电子 B. 质子，中子 C. 质子，电子 D. 中子，电子2.
9、 某微粒用 表示，下列关于这种微粒的叙述正确的是（ ）ZAnRA. 所含质子数 B. 所含中子数AZC. 所含电子数 D. 质量数N3. 元素的相对原子质量是（ ）A. 此元素一个原子的质量与 原子质量的比值12CB. 此元素一个原子的质量与 原子质量的 1/12 比值C. 按此元素各种天然同位素的相对原子质量与这些同位素所占的原子百分比计算出的平均值D. 按此元素各种天然同位素的质量与这些同位素所占的原子百分比计算出的平均值4. 硼有两种同位素： 和 ，硼的相对原子质量为 10.8，则 和 的原子个数510B510B比是（ ）A. 1：3 B. 1：4 C. 1：2 D. 1：155. 与
10、27.0 克水含有相同中子数的 质量为（ ）DO2A. 13.2g B. 20.1g C. 24.0g D. 30.0g6. 某元素所形成的气态单质分子 有三种，其式量分别为 70，72，74。三种分子的物M2质的量之比 9：6：1 时，下列说法正确的是（ ）A. M 有三种同位素B. 的平均式量为 722C. 质量数为 35 的同位素占原子总数的 75D. M 的一种同位素的质量数为 377.硼有两种天然同位素 105B 和 115B，已知硼元素的原子量为 10.8。下列对硼元素中 105B的质量分数的判断正确的是（ ）A.等于 20% B.略小于 20% C.略大于 20% D.等于 80
11、%8.核内中子数为 N 的 R2 的离子，质量数为 A，则 n 克它的氧化物中所含质子的物质的量为（ ）A (A-N+8) B (A-N+10) C (A-N+2) D (A-N+6)16n16n n9.11H、 21H、 31H、H +、H 2 是 氢的五种同位素 . 五种氢元素 氢的五种同素异形体 . 氢元素的五种不同微粒10.据最新报道，放射性同位素钬 16667Ho 可有效地治疗肝癌。该同位素原子核内的中子数与核外电子数之差是（ ）A 32 B 67 C 99 D 166 11.已知自然界氧的同位素有 16O、 17O、 18O，氢的同位素有 H、D ，从水分子的原子组成来看，自然界的
12、水一共有（ ）A. 3 种 B. 6 种 C. 9 种 D. 12 种12.13CNMR（核磁共振） 、 15NNMR 可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，KurtW thrich 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13.下列关于原子的几种描述中，不正确的是（ ）A 18O 与 19F 具有相同的中子数 B 16O 与 17O 具有相同的电子数 C 12C 与 13C 具有相同的质量数 D
13、15N 与 14N 具有相同的质子数14.据报道，月球上有大量 3He 存在，以下关于 3He 的说法正确的是（ ）6A. 是 4He 的同分异构体 B. 比 4He 多一个中子C. 是 4He 的同位素 D. 比 4He 少一个质子15.下列各组物质中，互为同位素的是（ ）A、重氢、超重氢 B、氧、臭氧 C、红磷、白磷 D、乙酸、丙酸二. 填空题：16. 非金属元素 X 有两种同位素 和 ，由 X 元素形成的双原子单质分子可能有ZAB_种，它们的式量分别为_。17. 已知 和 的平均相对原子质量为 35.5，由 等微粒构成的35Cl7 23537NaCl、 、NaCl 晶体 11.7g 中含
14、有 的质量为_。3l18. 由 形成类似于 分子的三原子化合物分子共有_121816HO、 、 、 、 HO2_种。三. 计算题：19.由 Na 分别跟 Cl 和 Cl 所构成的 10g 氯化钠中含 Cl 的质量为多少？ 2313517 37120.电解 和 的混合液，通电一段时间后，阳极产生氧气，阴极生成 和 的HO2DH2D混合气体。若两极产生 18.5g 气体，在标准状况下体积为 33.6L。试求生成的 和 物质的量之比。71.3 原子核外电子的排布【学习目标】 知道核外电子是分层排布的并了解 118 号元素的电子排布情况了解活泼金属元素和活泼非金属元素的原子在化学反应过程中常通过电子得
15、失使最外层达到 8 电子稳定结构的事实 掌握 118 号元素核外电子排布情况；从核外电子的排布规律认识元素化合价与核外电子数的关系【学习内容】经过几代科学家的不懈努力，现代量子力学原子结构模型（电子云模型）认为：原子由原子核和核外电子构成 电子运动的规律跟宏观物体运动的规律截然不同对于多电子的原子，电子在核外一定的空间近似于分层排布。一、核外电子运动的特点1电子的质量极微小（9.1*10-31 千克） ；2电子绕核运动是在原子这样极其微小的空间（原子的直径约 10-10 米）中进行；3电子绕核运动的速度每秒钟在 106 米以上。所以：电子绕核运动没有确定的轨道，不能精确测定或计算电子在任一时刻
16、所在的位置，也不能描绘出其运动轨迹。这是核外电子运动的根本特征-完全不同于普通物体如行星、炮弹、尘粒的运动状况。二、核外电子的运动规律原子核外电子运动没有确定的轨道，但是有确定的运动规律，其运动状况可用电子云来形象地描述。电子云密集的地方电子出现的机会多；电子云稀疏的地方，电子出现的机会较少。在含有多个电子的原子中，一方面每个电子和核之间因带异性电荷而有吸引力，这个吸引力倾向于把电子尽可能拉得靠近核；另一方面，电子与电子之间带同性电荷而相互排斥，这个排斥力要迫使电子彼此尽可能远离。当吸引和排斥达成平衡时，核外电子就分布在离核不同的区域里运动，有不同的能量。离核远的电子能量高。因此，在含有多个电
17、子的原子里，电子的能量是不同的。有些电子能量较小，在离核较近的区域里运动；有些电子能量较大在离核较远的区域里运动。科学上把能量不同的电子运动的区域成为电子层。由此可见，正是吸引和排斥这个基本矛盾决定了含有多个电子的原子中核外电子的分层排布。把能量最低、离核最近的一些电子，称它们运动在第一电子层上；能量稍高、运动在离核稍远的一些电子称它们运动在第二电子层上，由里往外，依次类推，叫三、四、五、六、七层。也可以把它们依次叫 K、L、M、N 、O、P、Q 层。8三、原子核外电子排布规律1、能量最低原理：电子总是尽先排布在能量最低的电子层里, 然后由往外，依次排在能量逐步升高的电子层里，即先排 K 层，
18、排满 K 层后再排 L 层，排满 L 层后再排 M 层；2、每个电子层最多只能容纳 2n2 个电子；3、最外层最多只能容纳 8 个电子（K 层为最外层时不能超过 2 个） ，次外层电子数目不超过 18 个，倒数第三层电子数目不超过 32 个。四、原子结构与元素性质的关系（结构决定性质）1、稳定结构：最外层电子数为 8(注意：He 最外层为 2)，原子既不容易失去电子又不容易得到电子。2、不稳定结构：最外层电子数不为 8，因此可能失去电子或者得到电子转变为稳定结构最外层为 8（氢原子变为 0 或 2 ）个电子。一般最外层电子数小于 4 个的多为金属，在化学反应中容易失电子；最外层电子数大于等于
19、4 个的多为非金属，在化学反应中容易得电子。 （在化学反应中发生电子得失时，原子核不发生变化）五、原子最外层电子数与元素化合价的关系元素化合价在数值上等于原子失去或得到的电子数目（失为正，得为负）原子 最外层电子数 4 时，容易失去电子：化合价失去的电子数目最外层电子数 4 时，容易得到电子：化合价最外层电子数8 倾听，理解。六、离子1、定义：带电荷的原子或原子团（正阳、负阴；阴阳离子由于静电作用可以形成化合物，且所形成的化合物为电中性）2、写法：先写元素符号，在元素符号的右上角标上离子所带电荷和正负号，电荷写在前面，电性正负号写在后面，当电荷数为 1 时省略不写，如 Na+、F -3、意义：
20、离子符号前面的系数表示离子个数，右上角的数字表示每个离子所带的电荷数。（2Na 2+）4、原子和离子的比较原子 离子概念 原子是化学变化中最小的粒子带电荷的原子或原子团表示方法Na：钠原子；2Na ：两个钠原子 Cl-：氯离子；2 Cl -：两个氯离子电性 不显电性 “阳正，阴负”稳定性 “金易失，非金易得” 稳定结构数量关系在原子中，质子数=核外电子数 阳离子：质子数核外电子数阴离子：质子数核外电子数相似点 原子、离子都是构成物质的粒子，如铁由铁原子构成，氯化钠由钠离子和氯离子构成；原子也可以构成分子。相互转化失电子 失电子阴离子 原子 阳离子得电子 得电子5、常见的原子团（由几个原子形成的
21、集团带有电荷）NH4+、OH -、NO 3-、HCO 3-、SO 42-、CO 32-【疑难解析】9既然原子核带有正电荷，电子带有负电荷，异性电荷之间有静电吸引力，原子核的质量又远大于电子，那么电子为什么不会被吸进原子核里？解答：带正电的原子核对带负电的电子有吸引力，如果电子静止就会被吸进原子核里，但是电子绕核作高速运动具有较大动能，可以克服原子核的吸引，电子就不会落入原子核中，而是稳定地绕核运动。若电子动能很大超过吸引作用，电子将离核而去；若电子动能很小不足以克服吸引作用，电子就会落入何种。由此可见，原子是吸引和排斥这两种相反倾向互相对立又互相依存的统一体，失去任何一方，原子就不复存在。【模
22、拟试题】1下列所画原子结构示意图正确的是 （ ）A B C D2某元素核外有三个电子层，其最外层电子数是次外层电子数的一半，则此元素是（ ）AS BC CSi DCl 3已知 aXm+和 bYn-的电子层结构相同，则下列关系式正确的是 （ ）A a=b+m+n B a=b-m+n C a=b+m-n D a=b-m-n4和氖原子有相同的电子层的微粒是 （ ）AHe BK CCl D517 8O和16 8O原子核外电子数(判断前后两者的关系) （ ）A大于 B小于 C等于 D不能肯定6核外电子排布相同的离子A m+和B n-，两种元素的质子数，前者与后者的关系是 （ ）A大于 B小于 C等于 D
23、不能肯定7核外电子层结构相同的一组粒子是 ( )AMg 2 、Al 3 、Cl 、Ne BNa 、F 、S 2 、ArCK 、Ca 2 、S 2 、Ar DMg 2 、Na 、Cl 、S 28在第n电子层中，当它作为原子的最外电子层时，能容纳的最多电子数与n-1层相同，当它作为原子的次外层时。其电子数比n+1层最多能多10个，则此电子层是 ( )AK 层 BL 层 CM 层 DN 层9一种粒子的质子数和电子数与另一种粒子的质子数和电子数相等，则下列关于两种粒子之间的关系说法错误的是 ( )A它们可能是同位素 B可能是不同分子C可能是相同的原子 D可能是一种分子和一种离子10下列叙述中，正确的是
24、 （ ）A两种微粒，若核外电子排布完全相同，则其化学性质一定相同B凡单原子形成的离子，一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布C两原子的核外电子排布相同，则一定属于同种元素D不存在两种质子数和电子数均相同的阳离子和阴离子11118 号元素中，最外层电子数是次外层电子数二倍的元素是 ，原子结构示意图 ，能与氧形成的氧化物的化学式 、 。12各题中的物质均由核电荷数为 110 的元素组成，按要求填写化学式只有两个原子核和两个电子组成的分子是 最外层分别为 4 个和 6 个电子的原子形成的化合物是 最外层有 5 个电子的原子所形成的氢化物 10由 3 个原子组成的电子总数为 10 的化合物是 离子化合
25、物 AB 中阴阳离子的电子层结构相同，则化合物 AB 是 13A +、B -、C 、D 四种微粒中均有氢原子，且电子总数均为 10 个。溶液中的 A+和 B-在加热时相互反应可转化为 C 和 D。则 A+为 ，B -为 C 和 D 为 、 。物质的量 【学习目标】1.初步理解摩尔的意义，了解物质的微粒数、物质的质量、摩尔质量之间的关系，了解摩尔质量与式量的联系与区别，并能较熟练地进行摩尔质量的计算。2.了解引进摩尔这一单位的重要性和必要性，懂得阿伏加德罗常数的涵义。【重、难点】1对摩尔概念的内涵的理解；2运用摩尔进行有关计算。一、物质的量（n）1、物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一。2、
26、用物质的量可以衡量组成该物质的基本单元（即微观粒子群）的数目的多少，它的单位是摩尔，即一个微观粒子群为 1 摩尔。3、摩尔是物质的量的单位。摩尔是国际单位制中七个基本单位之一，它的符号是 mol。4、“物质的量”是以摩尔为单位来计量物质所含结构微粒数的物理量。5、摩尔的量度对象是构成物质的基本微粒（如分子、原子、离子、质子、中子、电子等）或它们的特定组合。如 1molCaCl2 可以说含 1molCa2+，2molCl -或 3mol 阴阳离子，或含54mol 质子，54mol 电子。摩尔不能量度宏观物质，如果说“1mol 氢”就违反了使用准则，因为氢是元素名称，不是微粒名称，也不是微粒的符号
27、或化学式。 6、使用摩尔时必须指明物质微粒的名称或符号或化学式或符号的特定组合。 二、阿伏加德罗常数（N A）：1、定义值（标准）：以 0.012kg（即 12 克）碳-12 原子的数目为标准；1 摩任何物质的指定微粒所含的指定微粒数目都是阿伏加德罗常数个。2、近似值（测定值）：经过科学测定，阿伏加德罗常数的近似值一般取 6.021023，单位是 mol-1，用符号 NA 表示。三、摩尔质量（M）：1、定义：1mol 某微粒的质量。2、定义公式：，3、摩尔质量的单位：克/摩。4、数值：某物质的摩尔质量在数值上等于该物质的原子量、分子量或化学式式量。注意：摩尔质量有单位，是克/摩，而原子量、分子量或化学式的式量无单位。四、有关计算1、同种物质的质量、物质的量和微粒之间的换算方法，M NA质 量 物质的量 微 粒m M n NA N
