【化学课件】分子与原子结构复习课件

分子与原子结构复习课件欢迎参加高中化学核心知识梳理复习课程本课件专门针对分子与原子结构这一化学基础知识点进行全面复习，适用于期末复习和考试强化训练什么是分子？分子的定义分子的分类分子是保持物质化学性质的最根据原子数量可分为单原子分小粒子单位它们在静止状态子（如稀有气体）和多原子分下保持稳定结构，在运动状态子（如H₂、O₂、CO₂下表现出不同的动力学特征等）不同类型分子具有不同的物理化学性质典型实例分子的基本性质分子的运动性分子间的间隔质量特征分子永远处于不断运动状态中，这种运分子之间存在一定的空隙，这个间隔可每个分子都有特定的质量，相对分子质动称为布朗运动温度越高，分子运动以通过外力改变固体中分子间距最量是该分子与氢原子质量比值的12倍越剧烈，这解释了物质的热胀冷缩现小，液体次之，气体中分子间距最大相对分子质量是化学计算的重要参数，象分子运动是物质三态变化的根本原这种特性使物质具有可压缩性用于物质的量的相关计算因什么是原子？原子的科学定义与分子的本质区别原子是化学反应中的最小粒子单分子可以独立存在并保持物质的位，是构成所有物质的基本组成化学性质，而原子则是构成分子部分在化学反应过程中，原子的基本单元分子可以分解为原不可再分，只能重新组合形成新子，但原子在化学反应中保持完的化合物整性典型原子实例钠原子Na含有11个质子，氯原子Cl含有17个质子，铁原子Fe含有26个质子每种元素的原子都有独特的质子数特征原子的基本构成质子中子电子位于原子核内，带正电荷，同样位于原子核内，但不围绕原子核运动，带负电质量约为电子的1836倍带电荷中子的存在增加荷，质量极小电子的排质子数决定了元素的种类，了原子核的质量，并影响布决定了原子的化学性质是元素的本质特征原子的稳定性和同位素的和成键能力形成原子结构图原子结构示意图清晰展示了核内质子中子和核外电子的分布规律，是理解原子结构的重要工具质子、中子和电子的基本数据101/1836质子相对质量中子电荷电子质量比质子相对质量约为1个原子质量单位，电荷中子不带电荷，相对质量约为1个原子质量电子质量仅为质子质量的1/1836，电荷量量为+1个基本电荷单位单位，略大于质子质量为-1个基本电荷单位这三种亚原子粒子的不同性质决定了原子的整体特征质子数决定元素种类，中子数影响原子质量和稳定性，而电子数决定原子的化学活性和成键能力它们的协调配合构成了丰富多彩的物质世界原子的电中性电子数量2核外电子数为-11质子数量1核内质子数为+11总电荷3净电荷为0，呈电中性原子在正常状态下保持电中性，这是因为原子核内的质子数等于核外的电子数以钠原子为例，它含有11个质子和11个电子，正负电荷相互抵消，使整个原子不显电性这一基本原理是理解化学反应和离子形成的基础当原子得到或失去电子时，电中性被打破，从而形成带电的离子核电荷数与原子序数核电荷数质子数原子序数原子核所带的正电荷数原子核内质子的个数元素在周期表中的顺序号核电荷数、质子数和原子序数三者在数值上完全相等，这是原子结构的重要规律原子序数不仅决定了元素在周期表中的位置，更重要的是它反映了元素的本质特征正是因为质子数的不同，才有了118种不同的化学元素每增加一个质子，就产生一个新的元素，这是元素周期表排列的科学依据质量数、质子数与中子数1质量数定义质量数等于质子数与中子数之和，表示原子的近似质量2同位素概念质子数相同但中子数不同的原子互为同位素，化学性质基本相同3实际应用碳-12和碳-14都含6个质子，但中子数分别为6和8，广泛应用于考古学年代测定并非所有原子都有中子氢原子H最简单的原子，只含1个质子和1个电子，没有中子这是自然界中唯一不含中子的稳定原子，质量数为1氘原子D氢的同位素，含1个质子、1个中子和1个电子氘在重水中大量存在，质量数为2，化学性质与氢相似氚原子T氢的另一个同位素，含1个质子、2个中子和1个电子氚具有放射性，质量数为3，半衰期约

12.3年原子内各粒子的相互关系电荷平衡1质子数=电子数质量关系2质量数=质子数+中子数基础数据3质子数=核电荷数=原子序数这些关系构成了原子结构的基本规律，是解决原子结构相关问题的重要依据通过这些关系式，我们可以从已知的某些数据推算出其他未知参数在实际计算中，掌握这些粒子间的相互关系，能够快速准确地判断原子的组成，为后续的化学反应分析奠定基础原子核与核外电子原子核的组成电子运动区域原子核位于原子中心，由质子和中子紧密结合而成原子核极小电子在原子核外的特定区域运动，这些区域称为电子层或电子壳但质量很大，几乎集中了原子的全部质量核内粒子通过强核力层电子并非沿固定轨道运动，而是以一定概率出现在核外的某结合，这种力比电磁力强得多些区域原子核的大小约为整个原子的十万分之一，但却承载着原子现代量子力学描述电子的运动状态用电子云概念，表示电子在

99.9%以上的质量，体现了物质结构的精巧设计核外出现的概率分布，为理解化学键提供了理论基础电子层结构的基础有序分布分层排布1电子并非随机分布在原子核周围电子按照一定规律分层排列2能量差异壳层理论43不同电子层具有不同的能量水平每个电子层可容纳特定数目的电子电子层结构是原子结构理论的核心内容电子在核外按照能量高低分层排布，内层电子能量较低，外层电子能量较高这种分层结构决定了原子的化学性质和反应活性电子分层排布的规律第一层层K1最多容纳2个电子第二层层L2最多容纳8个电子第三层层M3最多容纳18个电子逐层填充4从内层到外层依次填充电子分层排布遵循能量最低原理，电子总是优先占据能量较低的内层轨道第一层最多2个电子，第二层最多8个电子，第三层最多18个电子这种排布规律不仅解释了元素周期表的结构，也是理解化学键形成和元素性质周期性变化的重要基础最外层电子与化学性质最外层电子决定性质元素的化学性质主要由最外层电子数决定，而不是原子的总电子数同主族元素相似同一主族元素具有相同的最外层电子数，因此表现出相似的化学性质成键能力预测通过最外层电子数可以预测元素的化合价和成键类型稳定性规律最外层8电子氦为2电子结构最稳定，称为稳定结构不同元素间质子数的区别氢元素质子数为1，是最简单的元素氢原子只有一个质子和一个电子，没有中子，化学性质活泼，易失去电子形成H⁺离子碳元素质子数为6，具有独特的成键能力碳原子最外层有4个电子，既可以失去也可以得到电子，形成多样的有机化合物氧元素质子数为8，化学性质活泼氧原子最外层有6个电子，容易得到2个电子形成O²⁻离子，是生命活动必需的元素元素周期表与原子结构周期电子层数典型元素最外层电子数范围第一周期1H,He1-2第二周期2Li,C,Ne1-8第三周期3Na,Si,Ar1-8元素周期表的结构直接反映了原子结构的规律同一周期的元素具有相同的电子层数，同一族的元素具有相同的最外层电子数原子序数的递增对应质子数的递增，这种有序排列揭示了元素性质的周期性变化规律，是化学学习的重要工具氢原子结构模型123结构特点电子层意义实验价值氢原子是最简单的原子，只含有一氢原子的电子在第一层运动，验证通过氢原子光谱分析，科学家发现个质子和一个电子这种简单结构了电子分层排布理论氢原子光谱了电子能级的不连续性，推动了现使氢原子成为研究原子结构的理想的研究为量子力学的发展提供了重代原子理论的建立和发展模型要实验依据经典原子结构模型发展1道尔顿模型1803提出原子是不可分割的实心球体，奠定了近代原子理论基础2汤姆孙模型1904发现电子后提出葡萄干布丁模型，原子是正电荷球体内嵌电子3卢瑟福模型1911通过α粒子散射实验建立行星模型，电子绕核运动鲁瑟福原子结构实验实验设计用粒子轰击极薄的金箔，观察粒子的散射现象α观察结果大部分粒子直线穿过，少数发生较大角度偏转α重要发现证明原子内部大部分是空间，存在高密度的原子核理论意义推翻了汤姆孙模型，建立了核式原子结构理论卢瑟福原子模型要点模型核心观点理论困惑与问题原子由位于中心的原子核和绕核运动的电子组成，类似于太阳系按照经典电磁理论，运动的电子应该不断辐射能量，最终螺旋式结构原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，体积极落入原子核，原子应该不稳定但实际上原子是稳定的，这与理小但密度极大论预测矛盾电子在核外空间绕核做圆周运动，靠电磁引力提供向心力这个这个稳定性问题促使科学家进一步探索原子结构，为后来量子力模型成功解释了粒子散射实验的结果学的发展奠定了基础α玻尔原子模型能级跃迁光谱解释电子在不同能级间跃迁时吸收氢原子光谱证实了能级理论的或释放能量正确性定态轨道量子化概念电子在特定轨道上运动不辐射引入了能量量子化的革命性概能量念量子力学原子结构基础几率分布图轨道概念突破通过数学方法计算电子在核外各点的出现电子云模型电子没有固定的运动轨道，只能用概率分几率，形成三维的概率分布图，揭示了原现代量子力学用电子云描述电子在核外的布描述其位置这种概率性描述更准确地子轨道的形状和取向分布电子云密度大的地方表示电子出现反映了微观粒子的运动规律概率高，为化学键理论提供了科学基础分子结构基础分子与离子对比路易斯结构式原理分子通过共价键结合，原子间共用点表示价电子，线表示共价键享电子对离子化合物通过静电的表示方法这种表示法直观地引力结合，存在电子转移两种显示了分子中原子的连接方式和结构类型导致不同的物理化学性电子分布情况质写法步骤要领首先确定分子中原子的连接顺序，然后计算价电子总数，最后按照八隅体规则分配电子对，确保每个原子达到稳定结构路易斯结构式举例水分子H₂O的路易斯结构显示氧原子与两个氢原子形成两个共价键，氧原子还有两对孤对电子二氧化碳CO₂中碳原子与两个氧原子各形成两个共价键，呈直线型结构氨分子NH₃中氮原子与三个氢原子形成三个共价键，氮原子还有一对孤对电子，使分子呈三角锥形这些结构式清楚地展示了共价键的形成规律共价键与离子键共价键特征离子键特征原子间通过共享电子对形成的化学键通常存在于非金属原子之金属原子失去电子形成阳离子，非金属原子得到电子形成阴离间，电子在原子间共享，形成分子化合物共价键具有方向性和子，正负离子通过静电引力结合离子键没有方向性和饱和性饱和性共价键强度适中，熔沸点通常较低，多数不导电典型例子包括离子化合物通常具有较高的熔沸点，固态时不导电，溶于水或熔H₂、O₂、CO₂等分子化时能导电典型例子如NaCl、MgO等分子的空间结构直线型三角形四面体如CO₂分子，键角如BF₃分子，键角如CH₄分子，键角180°，两个键合电子对120°，三个键合电子对

109.5°，四个键合电子排斥最小均匀分布对对称分布角形如H₂O分子，键角约

104.5°，受孤对电子影响变小分子质量与物质的量1844相对分子质量相对分子质量H₂O CO₂2×1+1×16=18，用于计算物质的量1×12+2×16=44，摩尔质量为44g/mol

6.02×10²³阿伏加德罗常数1摩尔任何物质含有的粒子数相对分子质量是分子中各原子相对原子质量的总和摩尔质量在数值上等于相对分子质量，但单位是g/mol物质的量是连接微观粒子和宏观质量的桥梁，在化学计算中具有重要作用分子与原子的运动布朗运动现象悬浮在液体中的小颗粒做无规则运动，证明了分子的永恒运动扩散现象不同物质的分子相互进入对方，如香水扩散、气体混合等蒸发现象液体表面分子获得足够能量逸出液面，转变为气体分子温度影响温度升高，分子运动加剧，扩散速度加快，蒸发加速离子的结构钠原子Na失去电子钠离子Na⁺11个质子，11个电子，最外层1个电子失去1个电子，形成带正电的钠离子11个质子，10个电子，净电荷+1氯原子含17个质子和17个电子，最外层有7个电子得到1个电子后形成氯离子Cl⁻，含17个质子和18个电子，净电荷为-1离子的形成遵循最外层8电子稳定结构规律，金属原子倾向于失去电子，非金属原子倾向于得到电子，从而达到稳定的电子构型离子化合物的形成金属原子电子转移最外层电子较少，容易失去电子形成阳电子从金属原子转移到非金属原子离子离子化合物非金属原子正负离子通过静电引力结合形成离子化最外层电子较多，容易得到电子形成阴合物离子原子、分子与离子的关系原子1化学反应中的最小粒子分子2原子通过共价键结合形成离子3原子得失电子形成带电粒子物质4由分子或离子构成宏观物质原子是构成物质的基本单元，可以通过不同方式组合形成各种物质原子间共用电子形成分子，原子失去或得到电子形成离子这种从电中性到带电粒子的转变，体现了物质结构的多样性和化学反应的本质，是理解化学变化的关键早期原子理论的历史回顾12道尔顿原子理论汤姆孙的贡献1803年提出原子是不可分割1897年发现电子，证明原子的最小粒子，同种元素的原子是可分的提出原子是均匀分性质相同，不同元素的原子性布正电荷的球体，其中嵌入带质不同这一理论为近代化学负电的电子，像葡萄干布丁一奠定了基础样3理论演进意义每一个理论都在特定历史条件下推动了科学发展，体现了科学认识不断深化的过程，为现代原子理论的建立积累了宝贵经验原子和分子的实用实例氧气分子氮气分子食盐晶体O₂由两个氧原子构成，是维持生命的重N₂占大气的78%，由两个氮原子通过三NaCl由钠离子和氯离子构成，是典型的离要气体在呼吸过程中，氧分子进入血重键结合氮气化学性质稳定，在工业上子化合物在日常生活中用作调味品，在液，参与细胞的有氧呼吸，为生命活动提用作保护气体，在农业上是重要的肥料原工业上是重要的化工原料供能量料元素周期表结构细节族别最外层电子数典型元素主要性质第IA族1Li,Na,K活泼金属，易失电子第VIIA族7F,Cl,Br活泼非金属，易得电子第VIIIA族8He为2He,Ne,Ar稳定结构，化学性质稳定主族元素的性质主要由最外层电子数决定，副族元素的性质则与d电子的填充有关周期表的这种规律性排列为预测元素性质提供了重要依据原子半径与元素周期性同周期变化从左到右原子半径逐渐减小，核电荷数增加，对电子的吸引力增强同族变化从上到下原子半径逐渐增大，电子层数增加，原子体积增大影响因素核电荷数、电子层数和电子间排斥共同决定原子半径大小性质关联原子半径影响金属性、非金属性、电离能等重要化学性质金属与非金属原子结构差异金属原子特征非金属原子特征金属原子最外层电子数较少，通常为1-3个这些电子与原子核非金属原子最外层电子数较多，通常为4-7个这些电子与原子的结合力较弱，容易失去形成阳离子电子的这种自由移动特性核结合紧密，倾向于得到电子达到稳定的8电子结构，形成阴离使金属具有良好的导电性和导热性子金属原子半径较大，电子层数多，核对外层电子的束缚力相对较非金属原子半径相对较小，核对外层电子的吸引力强这种结构弱这种结构特点决定了金属的延展性、光泽等典型物理性质使非金属在常温下多为气体或脆性固体，不具备金属的导电导热性能原子结构与光谱性质光的发射1电子从高能级跃迁到低能级能级差异2不同能级间的能量差决定光的频率电子激发3外界能量使电子跃迁到高能级基态结构4电子处于最低能量状态的稳定分布原子吸收光谱和发射光谱直接反映了原子的能级结构当电子在不同能级间跃迁时，会吸收或发射特定频率的光，形成特征光谱线这种光谱分析技术在元素检测、天体化学成分分析等领域有重要应用，为研究原子结构提供了重要的实验手段核外电子分布题型训练基础排布题型离子电子构型给出原子序数，要求写出电子分根据离子电荷判断电子数变化布式例如氧原子Z=8的电子如Na⁺失去1个电子，电子构型分布为1s²2s²2p⁴，或简化表示为为1s²2s²2p⁶，与Ne原子相同2,6掌握排布规律是解题关这类题目考查电子得失规律键等电子离子比较具有相同电子数的不同离子比较如O²⁻、F⁻、Na⁺、Mg²⁺都有10个电子，但核电荷数不同，半径大小关系需要分析核电荷对电子的吸引力氧化还原中的原子结构变化1氧化过程原子失去电子，氧化数升高，如Na→Na⁺+e⁻2还原过程原子得到电子，氧化数降低，如Cl+e⁻→Cl⁻3电子转移氧化还原反应的本质是电子在原子间的转移氧化还原反应中原子结构的变化主要体现在电子数的增减上金属原子容易失去电子被氧化，非金属原子容易得到电子被还原通过分析原子结构可以预测元素的氧化还原性质，判断反应的可能性和产物，这是理解氧化还原反应的重要基础原子结构与物质变化反应物结构结构重组反应前原子的电子分布和成键状态化学键的断裂与形成过程能量变化产物结构结构变化伴随的能量吸收或释放反应后形成新的原子排列方式化学反应的实质是原子重新组合形成新物质的过程在这个过程中，原子核保持不变，只是电子的分布发生改变，导致化学键的断裂和形成常见结构相关易错点电子排布式错误离子结构混淆常见错误包括违反洪特规则、容易将原子与离子的电子数搞能级顺序颠倒、电子数计算错混，忘记考虑电荷对电子数的误等要严格按照能量最低原影响阳离子电子数减少，阴理和泡利不相容原理进行排离子电子数增加，要准确计布算检查方法通过电子数与质子数的关系验证答案正确性，中性原子两者相等，离子则需考虑电荷数的影响总结知识结构图基础粒子质子、中子、电子构成原子的基本框架原子层次原子通过电子分层排布形成稳定结构分子层次原子通过化学键结合形成分子化合物离子层次原子得失电子形成离子化合物物质层次分子或离子聚集形成宏观物质经典课后题强化结构判断题给出元素符号和质量数，判断原子的质子数、中子数、电子数例如¹⁶O原子含8个质子、8个中子、8个电子这类题目考查对原子组成的理解电子排布题根据原子序数写出电子分布式和轨道表示式如硫原子Z=161s²2s²2p⁶3s²3p⁴，最外层有6个电子，容易形成S²⁻离子周期表应用题利用周期表位置推断元素性质，比较原子半径、电离能、电负性等这类综合性题目考查对周期律的掌握程度探究题与小组讨论原子模型演化启示从道尔顿的实心球模型到现代的电子云模型，体现了科学认识的不断深化过程每个模型都有其历史局限性，但都为科学发展做出了贡献结构与性质关系分子的空间结构决定了物质的物理化学性质例如，水分子的极性结构使其具有较高的沸点和良好的溶解性，这种结构-性质关系是化学研究的核心实验探究意义通过实验验证理论，发现新规律原子结构理论的建立离不开大量的实验事实，体现了实验在科学研究中的重要作用方法归纳如何记忆原子结构口诀记忆法思维导图法习题强化法原子组成有规律，质子以原子为中心，画出质通过大量练习巩固概念中子居核心，核外电子子、中子、电子的分支，理解，特别是历年高考在分层，八电子结构很再延伸到离子、分子等真题中的典型题型，反稳定这类口诀帮助快概念，形成完整的知识复练习加深印象速记住基本规律网络对比记忆法将相似概念进行对比，如原子与离子、共价键与离子键等，通过比较异同加深理解应用延展纳米科技与原子结构现代纳米科技的发展充分体现了原子结构知识的重要应用价值石墨烯由单层碳原子按蜂窝状排列形成，具有优异的导电性和机械强度，被誉为神奇材料碳纳米管和富勒烯等新型碳材料的发现，展示了相同元素通过不同的原子排列方式可以产生截然不同的性质这些材料在电子器件、能源存储、生物医学等领域具有广阔的应用前景，体现了基础科学研究对技术创新的推动作用。