分子原子教学课件

分子与原子教学免费课件第一章物质的基本组成物质由分子和原子组成分子是由原子结合形成的微粒原子是物质的最小单位所有物质都是由微小的粒子构成，这些粒子分子是物质的基本单位，由两个或多个原子原子是元素的基本单位，不同元素的原子结通过特定的方式排列组合，形成了我们所见通过化学键结合而成，决定了物质的基本性构不同，这决定了元素的特性和化学行为的各种物质形态质原子的发现历史19世纪初1909年约翰·道尔顿提出原子学说，认为原子是不可再分的基本粒子，像一个欧内斯特·卢瑟福通过α粒子散射实验发现了原子核，揭示了原子的核坚固的小球他的理论为后续研究奠定了基础式结构这一发现彻底改变了人们对原子结构的认识1231897年约瑟夫·汤姆森通过阴极射线实验发现了电子，证明原子是可分的他提出了葡萄干布丁模型，认为原子是均匀分布正电荷中嵌有电子的球体卢瑟福粒子散射实验α卢瑟福的实验向薄金箔射入α粒子，发现•大多数α粒子直接穿过金箔•少数α粒子发生小角度偏转•极少数α粒子被大角度反弹这一现象揭示了原子内部的空间主要是空的，而质量和正电荷集中在体积极小的原子核中这项实验彻底推翻了汤姆森的葡萄干布丁模型，奠定了现代原子核式结构的基础原子的结构组成核外电子带负电，绕核高速运动•电子质量为质子的约1/1836原子核•电子在核外形成电子云由质子和中子组成，带正电，质量集中•电子运动遵循量子力学规律•质子带正电，质量为

1.673×10⁻²⁷千克•中子不带电，质量略大于质子质子数决定元素种类•原子核占据原子体积的极小部分，但集不同元素的原子具有不同数量的质子中了原子的绝大部分质量•氢原子含1个质子•碳原子含6个质子核电荷数与电子数关系质子数核电荷数核外==电子数相对原子质量定义标准计算方法相对原子质量以碳-12原子质量的1/12为标准，是一个无量纲的相对值相对原子质量近似等于质子数与中子数之和例如碳-12被选为标准是因为它的同位素组成稳定，测量精确度高•氢原子1个质子，0个中子，相对原子质量≈1•碳-12原子6个质子，6个中子，相对原子质量=12•氧原子8个质子，8个中子，相对原子质量≈16电子的分层排布电子层结构能量差异最外层电子的重要性电子在原子核周围按能量水平分布在不同离原子核越近的电子层，能量越低，越稳最外层电子（价电子）决定了原子的化学的电子层中，从内到外依次标记为K、L、定电子总是倾向于占据能量最低的可用性质具有相似外层电子排布的元素往往M、N等层或以主量子数

1、

2、

3、4等表状态，这就是电子排布的基本原则表现出相似的化学性质，这也是元素周期示表排列的基础氯原子电子排布氯原子（Cl）是一个典型的非金属元素，原子序数为17，这意味着它有17个质子和17个电子其电子排布为•第一层（K层）2个电子（满层）•第二层（L层）8个电子（满层）•第三层（M层）7个电子（最外层）最外层有7个电子，接近满层（8个），因此氯原子易获得1个电子形成氯离子（Cl⁻），达到稳定的电子构型这解释了氯的强氧化性和反应活性离子的形成阳离子形成阴离子形成离子的性质与影响当原子最外层电子数4时，原子倾向于失去当原子最外层电子数4时，原子倾向于获得离子带电，具有与原子不同的物理化学性质这些电子，形成带正电的阳离子例如，钠原电子以达到8个电子的稳定构型，形成带负电离子可以通过静电引力形成离子化合物，如氯子（Na）失去1个电子形成Na⁺离子的阴离子例如，氯原子（Cl）获得1个电子化钠（NaCl）离子的存在影响了物质的熔形成Cl⁻离子点、沸点、溶解性和导电性等性质钠与氯的离子形成示例钠原子电子排布钠原子（Na）有11个电子，排布为2-8-1最外层只有1个电子，能量较高且不稳定氯原子电子排布氯原子（Cl）有17个电子，排布为2-8-7最外层有7个电子，接近满层（8个）电子转移过程钠原子失去1个电子变成Na⁺离子（电子排布2-8），氯原子获得1个电子变成Cl⁻离子（电子排布2-8-8）离子键形成分子的定义与类型分子的基本定义分子的类型分子是由两个或多个原子通过化学键结合形成的具有独立存在的微粒，是许多物同种元素分子质的基本单位分子具有确定的组成、结构和性质由同一种元素的原子组成的分子，如•氧气（O₂）•氮气（N₂）•臭氧（O₃）•硫（S₈）不同元素分子由不同元素的原子组成的分子，如•水（H₂O）•二氧化碳（CO₂）•氨（NH₃）化学键基础共价键离子键金属键通过原子间共享电子对形成的化学键特通过带相反电荷的离子之间的静电吸引力形通过金属原子间的自由电子与金属阳离子间点成的化学键特点的相互作用形成的化学键特点•形成于非金属元素之间•形成于金属和非金属元素之间•形成于金属元素之间•键能较强，方向性明显•无方向性，作用力范围大•电子高度离域化，无方向性•例如H₂、O₂、CH₄等分子中的键•例如NaCl、CaO等化合物中的键•导致金属的导电性、延展性等特性分子模型展示球棍模型空间填充模型动画模型用球表示原子，棍表示化学键优点是清晰显以球体表示原子，球体大小与原子范德华半径示键角和分子空间结构，但不能准确表示原子成比例能更准确地表示分子实际体积和形实际体积状物质的微观结构层次电子与原子核1基本粒子层次原子2元素的基本单位分子3物质的基本单位物质4宏观表现形式电子构型与元素周期表电子填充顺序电子按照能量从低到高的顺序填充轨道1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d这一填充顺序可以通过对角线规则或能量阶梯图来记忆元素周期表的结构直接反映了电子构型规律•主族元素最外层电子数等于族序数•周期数对应最外层电子所在的主量子数•相同周期元素的最外层电子在同一能级量子数简介主量子数n角量子数l描述电子层的能量和大小描述电子轨道的形状•取值1,2,3,

4...•取值0,1,2,...,n-1•n值越大，电子层越远离核，能量越高•l=0对应s轨道（球形）•n=1对应K层，n=2对应L层，依此类推•l=1对应p轨道（哑铃形）•l=2对应d轨道（复杂形状）磁量子数m自旋量子数s描述轨道在空间的取向描述电子自旋方向•取值-l,-l+1,...,0,...,l-1,l•取值+1/2或-1/2•共有2l+1个不同取值•同一轨道中两电子自旋相反•p轨道有3个方向（px,py,pz）电子排布规则构造原理电子优先填充能量较低的轨道，当低能级轨道填满后，才开始填充高能级轨道例如，氢原子的唯一电子位于1s轨道，而不是能量更高的2s或其他轨道泡利不相容原理一个原子轨道最多容纳两个电子，且这两个电子的自旋量子数必须相反这解释了为什么每个轨道最多只能有两个电子，且必须自旋相反洪德规则同能级的轨道，电子优先单独占据各轨道，且自旋平行例如，氮原子的三个p电子分别单独占据px、py、pz三个轨道，而不是两个电子配对占据一个轨道电子云与轨道形状电子云是描述电子在原子中分布概率的方式，不同类型的轨道具有不同的电子云形状•s轨道球形对称，电子可能出现在核周围任何方向•p轨道哑铃形，沿着x、y、z三个坐标轴方向延伸•d轨道复杂的四叶形或双哑铃形状•f轨道更加复杂的形状轨道形状决定了原子如何与其他原子形成化学键，对理解分子的空间结构至关重要s轨道球形，p轨道哑铃形，d轨道复杂形状这些轨道的空间取向决定了分子的几何构型同位素概念定义与特点经典例子应用领域同位素是指同一元素的不同原子，具有相同碳元素有多种同位素同位素在多个领域有重要应用数量的质子但不同数量的中子同位素具有•碳-126个质子，6个中子（最常见）•考古测年碳-14测定有机物年代相同的核电荷数（原子序数），但质量数不•碳-136个质子，7个中子（稳定）•医学诊断放射性同位素示踪同它们在化学性质上基本相同，但在物理性质上有差异•碳-146个质子，8个中子（放射性，•核能发电铀-235裂变半衰期5730年）•地质年代测定钾-氩法原子核力简介核力的性质原子核力（或强核力）是维持原子核中质子和中子结合在一起的基本力之一这种力具有以下特点•作用力极强，强度远大于电磁力•作用范围极短，仅限于10⁻¹⁵米量级•不依赖于电荷，对质子和中子均有作用原子大小与质量⁻

0.1nm10¹⁵m

99.9%原子直径原子核直径质量集中度一个典型原子的直径约为

0.1纳米（1埃），相当原子核的直径约为10⁻¹⁵米（1飞米），比整个原尽管原子核体积极小，但原子的

99.9%以上的质于一根头发丝直径的百万分之一不同元素的原子小约10,000倍如果原子大小比作足球场，量集中在原子核中这是因为质子和中子的质量子大小有所不同，周期表中从左到右原子半径逐原子核相当于场中的一粒沙子远大于电子一个电子的质量约为质子的渐减小1/1836原子的这种空洞结构—微小而重的核心被巨大的电子云包围—解释了为什么物质虽然看似坚实，实际上大部分是空的这也是卢瑟福α粒子散射实验中观察到的现象的原因分子运动与状态变化固态分子运动气态分子运动在固态物质中，分子仅做微小振动，位置基本固定，保持有序排列分子间作用力在气态物质中，分子做无规则运动，彼此间距离较大分子间作用力极弱，分子可强，形成稳定的晶格结构，因此固体具有确定的形状和体积自由运动并充满容器，因此气体没有确定的形状和体积，可以被压缩液态分子运动在液态物质中，分子能自由滑动但彼此接触，既有振动又有位移分子间作用力适中，能够维持一定体积但不能保持形状，因此液体可以流动并具有表面张力化学反应中的原子与分子原子重组过程化学反应的本质是原子重新组合形成新分子的过程在反应中•化学键断裂和形成•原子重新排列•电子转移或共享例如，在氢气与氧气反应生成水的过程中，氢分子和氧分子中的化学键断裂，然后氢原子和氧原子重新组合形成水分子质量守恒定律在化学反应中，总质量保持不变这是因为实验演示建议粒子散射模拟电子排布动画离子形成模型α使用小钢珠和隐藏的磁铁来模拟α粒子使用计算机动画展示不同元素的电子填使用带正负电荷的球体模型演示离子形与原子核的相互作用学生可以观察到充过程，直观演示轨道能级、泡利原理成过程，展示电子的得失和离子间的吸大多数钢珠直接穿过，而少数被偏转或和洪德规则可以使用免费的元素周期引这有助于学生理解离子键的形成机反弹，帮助理解卢瑟福实验原理表软件或在线资源进行展示制和离子化合物的晶体结构这些实验演示可以结合理论讲解，增强学生对抽象概念的理解选择合适的演示方式能够激发学生的学习兴趣，使微观世界的知识变得生动直观互动环节设计123电子排布练习题离子符号书写与识别分子结构拼图游戏设计一系列元素的电子排布练习题，让学生提供元素符号，让学生判断其容易形成的离使用分子模型套件或纸质模型，让学生根据填写元素的电子构型和轨道图可分为基础子类型并写出离子符号可以设计成小组竞化学式拼装分子模型，体验分子的三维结题（主族元素）和进阶题（过渡元素）例赛形式，增加趣味性例如构可以从简单的双原子分子开始，逐渐过如渡到复杂分子例如•钙Ca→Ca²⁺•写出氧元素的电子构型1s²2s²2p⁴•H₂O分子的V形结构•氟F→F⁻•绘制氮原子的轨道填充图•CH₄分子的正四面体结构•铝Al→Al³⁺•比较钠和镁的电子构型差异•CO₂分子的直线形结构这些互动环节可以帮助学生巩固知识点，提高学习参与度教师可根据班级情况和教学进度灵活调整活动难度和时长课件资源推荐其他优质资源PassChem原子介绍视频36分钟全面讲解原子结构，适合高中学生观看内容涵盖原子发现历史、结构组成和量子理论Micron教育资源PDF原子与分子活动指南，包含丰富的实验方案和课堂活动设计，便于教师备课和组织课堂教学中国科学院化学教育资源网提供大量免费的教学素材和科普资料，定期更新最新的科研成果和教学方法JoVE科学视频专业的原子结构教学视频，采用高清动画和实验演示相结合的方式，生动展示原子的微观结构和性质视频长度适中，配有中文字幕，适合课堂播放这些资源均可免费获取，教师可根据教学需要选择性使用建议在课前预览资源内容，选取最适合的片段进行播放，并准备相关的讨论问题或延伸活动教学总结认识分子结构与化学键掌握电子排布与离子形成学生应能够理解原子与分子的基本结构学生应能够•区分不同类型的化学键通过本课程，学生应该能够•应用电子层理论解释元素周期表结构•理解分子的空间构型•描述原子的核式结构模型•写出常见元素的电子构型•解释分子结构与物质性质的关系•解释质子、中子和电子的性质与分布•预测元素形成离子的趋势•应用基本原理解释简单的化学现象•理解原子核与电子云的空间关系•解释化学键的形成机制•区分原子、分子、离子的概念这些学习目标构成了化学学科的基础知识体系，为后续学习化学反应、物质性质和化学计量学等内容奠定了坚实基础教师可以根据这些目标设计相应的评价方式，检验教学效果拓展学习建议观看3D电子轨道动画参与虚拟实验室操作阅读元素周期表与化学反应案例通过专业的三维动画软件观察不同类型轨道的空间形使用虚拟化学实验室软件，模拟进行原子结构探究、探索互动式元素周期表，了解每种元素的发现历史、状和电子分布特征，加深对量子力学基本概念的理元素周期性研究等实验这些交互式工具可以安全地特性和应用结合实际化学反应案例，理解原子微观解推荐资源科学可视化实验室的电子轨道系列视模拟真实实验环境，让学习更加直观推荐软件结构如何影响宏观化学性质推荐资源化学学习中频PhET互动模拟实验心的元素百科这些拓展活动旨在激发学生的科学探究兴趣，培养自主学习能力教师可以根据学生的兴趣和能力水平，提供个性化的学习建议和资源推荐，鼓励学生进行更深入的探索谢谢观看探索微观世界的奥秘感谢您使用本教学课件！希望这套免费资源能够帮助您更好地理解原子与分子的奥妙世界如有问题或建议，欢迎与我们联系分享记住，微观世界虽然肉眼不可见，但它构成了我们所处的整个宇宙通过科学的方法和工具，我们能够揭示这个奇妙世界的规律，这正是化学学科的魅力所在祝您的科学探索之旅愉快而充实！。