【化学课件】苏科版分子与原子课件

分子与原子苏科版化学课——件探索微观世界微观粒子构成万物连接宏观与微观我们身边的一切物质，从空气微观世界的变化直接影响着我到水，从岩石到生物体，都是们能观察到的宏观现象理解由极其微小的粒子构成的这微观粒子的行为，就能解释日些看不见的微粒决定了物质的常生活中的各种化学现象所有性质三大基本粒子物质的组成微粒构成原理三种主要微粒分子与原子的区别所有物质都是由微观粒子构成的，这是分子是保持物质化学性质的最小粒子；分子可以进一步分解为原子，而原子在现代化学的基本观点无论是固体、液原子是化学变化中的最小粒子；离子是化学反应中不能再分分子决定物质的体还是气体，本质上都是大量微粒的集带电的原子或原子团化学性质，原子决定元素的种类合体不同物质由不同种类和数量的微粒组理解这种层次关系是学习化学的关键基这些微粒通过不同的排列和运动方式，成，这决定了物质的独特性质础形成了我们所见的各种物质形态分子的定义化学性质的守护者物质的最小单位分子的多样性分子是保持物质化学性质的最小粒每种纯净物质都对应着特定的分子种不同物质的分子在组成、结构和大小子当我们把水分解到分子级别时，类水有水分子，氧气有氧气分子，上都不相同有些分子很简单，如氢每个水分子仍然具有水的所有化学特二氧化碳有二氧化碳分子分子是物气分子只有两个原子；有些分子很复征如果继续分解，水分子就会变成质保持其独特性质的最基本单元杂，如蛋白质分子可能含有成千上万氢原子和氧原子，失去水的性质个原子分子的特性极其微小有质量有体积分子间有空隙分子的尺寸约为米，尽管极其微小，但每个分子分子之间存在空隙，这解释10^-10比细菌小一万倍即使是最都有一定的质量和体积正了为什么气体可以被压缩，强大的光学显微镜也无法直是因为分子有质量，物质才为什么不同液体混合后总体接观察到单个分子一滴水有重量；正是因为分子有体积会发生变化空隙的大小中包含着数以万亿计的水分积，物质才占据空间决定了物质的密度和状态子数量巨大任何可见的物质都包含着天文数字般的分子一粒米中的分子数量比地球上的沙粒还要多得多，这种巨大的数量使得微观运动产生宏观效应分子的运动永不停息所有分子都在不停地做无规则运动，这种运动永不停止即使在看似静止的固体中，分子也在其平衡位置附近振动气味的传播当我们闻到花香或食物的味道时，实际上是香味分子通过运动扩散到我们的鼻子里分子运动使得物质能够在空间中传播糖的溶解糖块放入水中会逐渐溶解并均匀分布，这是糖分子和水分子相互运动、混合的结果即使不搅拌，糖也会慢慢溶解温度的影响温度越高，分子运动越剧烈这就是为什么热水中糖溶解得更快，为什么加热能加速很多化学反应的进行分子间作用力相互吸引相互排斥分子之间存在引力，这种引力使得分子当分子距离很近时，它们之间会产生斥能够聚集在一起形成液体和固体没有力，防止分子无限接近这种斥力解释这种引力，所有物质都会是气体状态了为什么液体和固体很难被压缩动态平衡决定状态在液体和固体中，分子间的引力和斥力分子间作用力的强弱直接影响物质的状达到平衡，使分子保持相对稳定的距态作用力强的物质倾向于形成固体，离这种平衡决定了物质的密度和硬作用力弱的物质容易成为气体度香气散发实验1开启瓶盖当香水瓶被打开的瞬间，香水分子开始从液体表面逸出，进入空气中开始它们的扩散之旅2分子扩散香水分子通过不规则运动在空气中扩散，从浓度高的地方向浓度低的地方移动，逐渐填充整个房间空间3香气弥漫几分钟后，即使距离香水瓶很远的地方也能闻到香味，证明了分子的运动是真实存在的自然现象糖水实验剖析糖块入水当糖块放入水中时，表面的糖分子开始与水分子接触水分子的运动帮助糖分子脱离糖块表面，开始溶解过程分子扩散溶解的糖分子在水中做布朗运动，从糖块附近向四周扩散这个过程中，糖分子和水分子不断碰撞和混合均匀分布经过一段时间后，糖分子在整杯水中达到均匀分布，每一口水都同样甜这直接证明了分子运动的存在和扩散规律分子间空隙举例50mL50mL水的体积酒精体积实验开始时准确测量的纯水体积与水等量的无水酒精体积96mL4mL混合后体积体积减少量两种液体混合后的实际总体积消失的体积证明分子间存在空隙这个经典实验清楚地展示了分子间空隙的存在当水分子和酒精分子混合时，较小的分子会填充到较大分子之间的空隙中，导致总体积减少这种现象在日常生活中也能观察到，比如沙子和豆子混合时的体积变化压缩液体实验气体易压缩分子间距大，空隙多液体难压缩分子间距适中，空隙有限固体最难压缩分子间距最小，几乎无空隙使用注射器压缩不同状态的物质时，我们发现气体很容易被压缩，液体压缩困难，固体几乎无法压缩这种差异源于不同状态下分子间距离的不同，也证明了分子间斥力的存在当分子被强制靠近时，斥力急剧增大，阻止进一步压缩温度对分子的影响温度升高热胀现象分子运动速度加快，动能增大分子间距离增大，物体体积膨胀•分子碰撞更频繁•固体热胀冷缩•运动更剧烈•液体体积变化•扩散速度增快•气体压强增大冷缩现象温度降低分子间距离减小，物体体积收缩分子运动减缓，动能减小密度增大•分子活动范围缩小••分子排列更紧密•相互作用增强•物质状态可能改变•可能发生状态变化分子模型展示水分子模型由两个氢原子和一个氧原子组成，呈型结构红色球代表氧原子，白色小球代表氢原子，它们通过化学键紧密结合V氧气分子模型由两个氧原子通过双键结合形成，是维持生命必需的气体分子分子呈直线型，两个原子共享电子形成稳定结构蛋白质分子模型由数百到数千个原子组成的大分子，具有复杂的三维结构不同的折叠方式决定了蛋白质的功能和生物活性单质分子与化合物分子单质分子特征化合物分子特征单质分子由同种元素的原子组成，保持元素的化学性质氧气分化合物分子由不同种元素的原子组成，具有与组成元素完全不同子₂由两个氧原子构成，氮气分子₂由两个氮原子构成的性质水分子₂由氢、氧两种元素组成，二氧化碳₂O NH OCO由碳、氧两种元素组成这些分子在自然界中大量存在，是维持生命和支持燃烧的重要物质单质分子的性质直接反映了元素本身的特性化合物分子的性质是组成元素相互作用的结果，往往表现出全新的化学和物理特性，这体现了化学变化的本质原子的基本概念化学变化的基本单位物质构成的基础元素的最小单位原子是在化学反应中不能再分的最所有物质都是由原子构成的，原子每种化学元素都对应着特定的原子小粒子无论发生什么化学变化，是构建物质世界的基本积木不同种类氢元素由氢原子组成，碳元原子本身都保持不变，只是重新组种类的原子组合形成了世界上千变素由碳原子组成，原子的种类决定合形成新的分子或化合物万化的物质了元素的性质原子学说的历史发展古希腊哲学思想公元前世纪，古希腊哲学家德谟克利特提出了原子的概念，认为物5质是由不可分割的微小粒子组成道尔顿原子学说年，英国化学家道尔顿提出了科学的原子学说，奠定了现代化1803学的理论基础，解释了化学反应的本质原子结构发现世纪初，科学家们发现原子并非不可分割，而是由更小的粒子组20成，揭示了原子内部的复杂结构现代原子理论随着量子力学的发展，人们对原子结构的认识更加深入，建立了描述原子行为的现代理论体系原子的结构原子核位于原子中心，由质子和中子组成质子带正电荷，决定元素种类中子不带电荷，影响原子质量电子带负电荷，绕核运动原子就像一个微型的太阳系，原子核位于中心，就像太阳一样，而电子则像行星一样围绕原子核运动但与太阳系不同的是，电子的运动轨迹是概率性的，形成电子云这种结构模型帮助我们理解原子的稳定性和化学性质的来源质子、中子、电子粒子名称电荷性质相对质量在原子中的位置质子带正电荷原子核内+11中子不带电荷原子核内01电子带负电荷核外空间-11/1836质子数决定了原子的身份，即元素的种类中子数影响原子的质量和稳定性电子数在正常情况下等于质子数，使原子呈电中性电子的质量虽然很小，但它们的运动和分布决定了原子的化学性质和成键能力夸克模型介绍夸克的发现夸克的种类世纪年代，科学家发现质夸克有六种类型，被形象地称为2060子和中子并非基本粒子，而是由味上夸克、下夸克、粲夸更小的粒子夸克组成夸克克、奇异夸克、顶夸克和底夸——被认为是物质的最基本组成单位克质子由两个上夸克和一个下之一夸克组成现代物理前沿夸克理论是标准模型的重要组成部分，代表了人类对物质本质认识的最新成果这一发现为粒子物理学和宇宙学研究开辟了新的道路原子模型动画卢瑟福模型玻尔模型年提出的核式结构模型，发现原1911年提出电子在固定轨道上运动，1913子中心有致密的原子核，电子在核外空解释了氢原子光谱，但仍有局限性间运动波函数描述电子云模型用数学方程描述电子的波动性质，预测现代量子力学模型，电子在原子核周围电子在空间中出现的概率分布形成概率云，更准确地描述电子行为原子大小尺度⁻⁰10¹原子直径米为单位的原子典型尺寸⁻10¹⁵原子核直径米为单位，比原子小十万倍⁻10¹⁸质子直径米为单位的质子尺寸0电子直径目前认为电子是点粒子为了更好地理解原子的尺度，我们可以这样比较如果把原子放大到足球场那么大，那么原子核只有中心的一个乒乓球那么大，而电子更是小到无法用经典概念描述这种巨大的尺度差异说明了原子内部主要是空间，物质看似坚实，实际上大部分是空的分子与原子的区别原子不可再分在化学反应中，原子是最小的粒子，不能再分解成更小的部分而保持元素性质分子可以分解分子可以分解为组成它的原子，分解后失去原有的化学性质分子由原子构成分子是原子通过化学键结合形成的，是原子的组合体性质决定关系原子决定元素种类，分子决定化合物的化学性质元素与原子关系元素的定义元素符号系统原子与元素的对应元素是具有相同质子数的一类原子的总每种元素都有对应的化学符号，通常用每种元素对应着特定种类的原子氢元称每种元素都有独特的原子结构，质一到两个字母表示如代表氢，代表素由氢原子组成，碳元素由碳原子组H O子数决定了元素的身份和位置氧，代表钠成Na目前已知的元素有种，从最轻的氢这些符号是国际通用的化学语言，使得原子是元素的最小单位，元素的性质本118元素到最重的人工合成元素，构成了元世界各地的化学家都能准确理解和交流质上是由其原子的结构和行为决定的素周期表的完整体系化学信息不同元素的原子结构氢原子结构最简单的原子，只有一个质子和一个电子原子核只含一个质子，核外有一个电子氢是宇宙中最丰富的元素氧原子结构原子核含有个质子和个中子，核外有个电子分布在不同轨道上氧原子容易与其他原子形成化学键888碳原子结构含有个质子、个中子和个电子碳原子具有独特的成键能力，可以形成长链和复杂的有机分子结构666石墨和金刚石微观模型金刚石结构碳原子三维网状排列，极其坚硬石墨结构碳原子层状排列，层间结合力弱相同原子都由碳原子组成，元素相同石墨和金刚石都是由碳原子组成的单质，但由于原子排列方式不同，它们表现出截然不同的性质金刚石中每个碳原子与四个碳原子形成共价键，构成三维网状结构，因此硬度极高石墨中碳原子形成层状结构，层内原子结合牢固，但层间结合力较弱，所以质软且具有润滑性这说明结构决定性质的重要原理富勒烯介绍足球型结构碳的新形式纳米科技富勒烯₆₀的形状像足年发现的碳的第三富勒烯的发现标志着纳米C1985球，由个碳原子组成球种同素异形体，既不同于科技时代的开始，其独特60笼结构每个碳原子与三石墨也不同于金刚石这的结构和性质在医学、电个碳原子相连，形成五边一发现为材料科学开辟了子学等领域具有广阔的应形和六边形的组合新的研究方向用前景诺贝尔奖成果发现富勒烯的科学家获得了年诺贝尔化学奖，1996这一发现被认为是世纪20化学的重大突破之一摩擦起电实验摩擦塑料尺用干燥的布摩擦塑料尺，通过摩擦使电子从一个物体转移到另一个物体，产生静电荷摩擦过程改变了原子中电子的分布吸引纸屑带电的塑料尺能够吸引小纸屑，证明了静电力的存在这种现象说明原子中的电子可以发生转移，导致物体带电电荷本质静电现象的根本原因是原子中电子的得失或转移当物体失去电子时带正电，得到电子时带负电，揭示了电荷的原子本质电荷与原子结构正电荷来源负电荷来源质子带正电荷，位于原子核中电子带负电荷，分布在核外•质子数决定正电荷总量•电子数决定负电荷总量•原子核带正电•电子可以得失•质子在化学反应中不变•影响原子的化学性质离子形成电中性状态得失电子后形成带电离子正常原子质子数等于电子数•失电子形成正离子•正负电荷相等•得电子形成负离子•整体呈电中性•化学反应的重要方式•稳定的基态宏观现象与微观粒子花香的传播花朵释放的香味分子通过空气扩散，到达我们的鼻腔分子的随机运动使香味能够传播到远距离水的沸腾加热使水分子运动加剧，当分子动能足够大时，克服分子间引力逸出液面，形成水蒸气泡水的结冰温度降低时水分子运动减缓，分子间引力占主导，分子排列成有序的晶体结构，形成冰铁的生锈铁原子与氧分子、水分子发生化学反应，铁原子失去电子形成离子，与氧结合生成氧化铁多种物质的微观对比固体状态液体状态气体状态分子排列紧密有序，分子间距离最小，分子排列相对疏松，分子间距离适中，分子排列最疏松，分子间距离最大，分相互作用力最强分子只能在平衡位置分子间作用力适中分子可以相对移子间作用力最弱分子可以自由运动，附近振动，不能自由移动动，但仍保持一定的聚集性充满整个容器空间这种排列方式使固体具有固定的形状和液体有固定体积但没有固定形状，能够气体没有固定形状和体积，易于压缩，体积，密度较大，不易压缩流动，具有一定的压缩性具有强烈的扩散性和流动性物质变化的微观本质反应物分子化学键断裂化学反应开始时，反应物分子含有特定1在一定条件下，反应物分子中的化学键的原子组合和化学键结构发生断裂，原子重新获得结合的自由生成物分子原子重新组合重新组合后形成具有新性质的生成物分断裂后的原子按照新的方式重新排列组子，完成化学变化过程合，形成不同于原来的原子团或分子常用实验介绍一1过氧化氢分解₂₂分子在催化剂作用下分解，每个过氧化氢分子断裂成水H O分子和氧原子，氧原子重新结合形成氧气分子2分子重组过程反应过程中原子种类和数量不变，只是重新排列组合两个₂₂分子分解生成两个₂分子和一个₂分子H OH OO3氧气收集生成的氧气分子聚集形成氧气，由于分子间距离大，氧气呈气体状态，可以用排水法或向上排空气法收集常用实验介绍二二氧化碳的生成分子扩散现象碳酸钙与盐酸反应时，₃生成的₂分子由于密度比空CaCO CO分子和分子相互作用，碳原气大，会沉积在容器底部但由HCl子与氧原子重新结合形成₂于分子运动，₂分子会逐渐CO CO分子反应过程体现了原子守恒扩散到整个空间中定律二氧化碳的消耗₂与氢氧化钙反应时，分子重新组合形成碳酸钙和水这个过程说明CO了化学反应的可逆性和原子的重新组合分子质量与摩尔质量1832水分子质量氧气分子质量相对分子质量单位相对分子质量单位u u×

446.0210²³二氧化碳分子质量阿伏伽德罗常数相对分子质量单位摩尔物质含有的分子数u1分子的相对质量是分子中所有原子相对原子质量的总和例如，水分子₂的相对分子质量为×摩尔是物质的量的单位，摩尔任何物质都含有相同数目的分子或H O12+16=181原子，这个数目就是阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数巨大的数字×这个数字有多大

16.0210²³摩尔的定义摩尔×个微粒1=

6.0210²³微粒计数单位用于计算分子、原子、离子数量为了理解这个数字的巨大，可以这样想象如果把×粒米平铺在地面上，可以覆盖整个中国国土面积，厚度达到几厘米

6.0210²³1摩尔水大约是毫升，但其中包含的水分子数量却是天文数字这个常数将微观世界和宏观世界联系起来，是化学计算的重要桥梁18微观粒子的测量模型建构理解间接测量技术通过建立夸张的模型和类比，帮助我们理比例放大法科学家使用射线衍射、电子显微镜等先解微观世界的结构和规律虽然无法直接X由于微观粒子极其微小，我们通常采用比进技术间接测量原子和分子的大小这些观察，但可以通过科学方法认识微观世例放大的方法来理解其尺寸将原子核比方法通过分析粒子与射线的相互作用来推界作乒乓球，那么整个原子就像一个足球场算尺寸那么大动画水的三态变化固态冰水分子排列成有序的晶格结构，分子只能在固定位置振动，分子间距离最小液态水分子排列相对松散，可以相对移动但仍保持一定聚集性，分子间距离适中气态水蒸气分子自由运动，充满整个容器空间，分子间距离最大，几乎不受约束水的三态变化过程中，水分子本身没有发生变化，改变的只是分子的排列方式和运动状态温度升高时，分子运动加剧，克服分子间引力，从固态到液态再到气态这个过程完美诠释了分子运动理论和分子间作用力的概念新型材料中的分子结构碳纳米管由石墨烯卷曲形成的圆筒状结构，具有极高的强度和独特的电学性质在电子器件、复合材料等领域有广泛应用前景石墨烯由碳原子组成的单原子层二维材料，具有蜂窝状结构是已知最薄、强度最高、导电性最好的材料之一高分子材料由大量重复单元组成的长链分子，如塑料、橡胶等分子链的长度和交联程度决定了材料的机械性能化学键的初步介绍共价键离子键原子间共享电子形成正负离子间的静电引力•电子云重叠•电子转移形成化学键定义金属键•方向性和饱和性无方向性•原子间的相互作用力形成分子•形成离子化合物金属中的特殊化学键••维持分子稳定性•电子海模型•决定分子性质•导电导热性•化学反应的断裂与形成延展性•分子式与化学式区别分子式特点化学式范围实际应用举例分子式表示分子的真实组成，显示一个化学式是更广泛的概念，既包括分子₂是氧气的分子式，表示氧气分子由O2分子中各种原子的确切数目例如₂式，也包括离子化合物的化学式如个氧原子组成₂是二氧化碳的分子H OCO表示一个水分子含有个氢原子和个氧虽然写成分子式的形式，但实际上式，表示每个分子含个碳原子和个氧21NaCl12原子是离子化合物原子分子式直接反映分子的微观结构，是分化学式表示物质的组成，但不一定表示这些式子不仅告诉我们元素组成，还揭子真实组成的写照每个分子式对应唯真实的分子结构它是化学语言的基本示了微观世界中原子的具体组合方式一的分子种类表达方式元素周期表简析。