普通化学教案 物质结构基础.doc

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1、第一章：物质结构基础Chapter1：Structureofsubstance第一节：原子结构本节教学目的要求：1、了解微观粒子的运动特性和电子波泣二象性。2、粗知波函数、量子数的物理意义，掌握量子数的取值规则。3、了解基态原子电子排布的三个原理和能级组的概念，掌握原子核外电子排布规律。4、了解元素原子核外电子层结构周期性变化规律与周期表结构的关系，掌握周期表中各区元素原子的结构特点、主副族元素原子结构及主要性质的差异。5、了解电子层结构、原子半径与元素性质变化基本规律的关系。本章重点、难点：1、了解微观粒子的运动特征，理解原子轨道、电子云、

2、能级、几率密度分布、几率分布等概念。2、掌握描述核外电子运动状态的四个量子数的取值规则，掌握原子核外电子填充原则及常见元素原子的核外电子排布。3、理解和掌握原子核外电子层结构与元素性质变化规律的关系。物质的性质是由物质的微观结构所决定的。在一般的化学反应中，原子核并不发生变化，只是核外电子的运动状态发生变化。因此，要说明化学反应的本质，了解物质的性质与结构的关系，推测新化合物合成的可能性，就必须了解原子结构，特别是原子的电子层结构。一、原子结构理论的发展概况1、道尔顿（JohnDalton）的原子论——物质由原子构成，原子不可再分。2、原子的

3、含核模型1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验认为：原子的中心有一个带正电的原子核，电子在它的周围旋转，原子中绝大部分是空的。电子的质量极小（质子的1／1836），原子的质量主要集中在原子核上，由质子数和中子数决定，原子是电中性的。核外电子数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）原子核质子Z其关系为：原子中子A-Z核外电子Z3、原子结构的玻尔模型玻尔提出原子中的电子能量也是不连续的、量子化的。并假设：（1）定态假设原子中电子在固定轨道上旋转，不吸收能量。（2）能级的概念原子在不同轨道上旋转时，有不同的能量（能

4、级）。式中n——量子数，1，2，3……；B——2.18×10－18J基态：能量最低状态，如氢原子n＝1的状态。激发态：能量较高状态，如氢原子n＝，3，4……的状态。（3）跃迁时有能量放出或吸收，式中h——普朗克常数，h＝6.626×10－34J·s；——辐射能的频率，s－1；E——辐射能，J。在氢原子光谱中，电子从n＝3，4，5，6，7跃迁回到n＝2时，放出可见光中的五条光谱（其波长为λ＝C／ν，C＝3×108m／s），即Hα（656.3）、青Hβ（486.1）、蓝Hγ（434.0）、紫Hδ（410.2）、紫Hε（390.0）。说明：（1）n

5、＝1时，↑,ν↑,λ↓→紫外光谱。（2）n≥3时，↓,λ↑→红外光谱。玻尔理论成功的解释了氢原子光谱产生的原因及规律性，解决了以下几个问题：l氢原子为什么是线光谱，是由于轨道的能量是量子化的，发射光的频率也是量子化的，因此氢原子光谱不是连续光谱，而是线光谱。l提出了电子运动能量量子化的概念。l对氢原子光谱频率的计算结果与实验结果十分吻和。玻尔理论的局限性：l不能解释氢原子光谱的精细结构。l不能解释多电子原子的光谱。l不能解决化学键形成的本质原因。4、原子结构的波动力学模型（1926年）——薛定鄂方程其中，y为波动函数，是空间坐标x、y、z的函

6、数。E为核外电子总能量，V为核外电子的势能，h为普朗克常数，m为电子的质量。二、微观粒子的运动特征1、波粒二象性（波粒二象性，即波动性和粒子性）①1924年，法国物理学家德布罗意提出假设＝h／mv②1927年，美国物理学家戴维逊通过电子衍射实验证实了电子运动具有波动性。指出为物质波，概率波。电子衍射图③1928年，又证实了质子、中子、原子、分子等微观粒子的运动都具有波动性。结论：电子及所有实物粒子的运动特征是具有波粒二象性。三、原子轨道与电子云1、波函数ψ：薛定鄂方程其中，y为波动函数，是空间坐标x、y、z的函数。E为核外电子总能量，V为核外

7、电子的势能，h为普朗克常数，m为电子的质量。解此方程可得：①系统的能量E；②波函数ψ。（1）E=-1312/n2（kJ·mol-1）直角坐标转变为球坐标ψ（x,y,z)→ψ（r,θ,φ)ψ（r,θ,φ)=R(r)·Y（θ,φ）导出n——主量子数l——角量子数m——磁量子数R(r)——径向部分，其解与n有关n=1，2，3…Y（θ,φ）——角度部分，其解与l，m有关l=0，1，2，…n－1n个数值m=0，±2，…±l2l+1个数值（2）波函数ψ由于波函数描述的波是几率波,所以波函数ψ必须满足下列三个条件：Ø单值,即在空间每一点ψ只能有一个值.Ø连

8、续,不会出现突跃,而且ψ对x,y,z的一级微商也是连续函数.Ø平方可积,即波函数的归一化,也就是说,ψ在整个空间的积分必须等于12、原子轨道在量子力学中，把n、l、