第一编：基本理论 基本概念
一 原子结构 周期表 周期律
<一>、原子结构 1、基础知识复习
利用初中学习的化学知识用自己的理解区分下列概念： 1)、分子与原子
分子是保持物质化学性质的最小微粒，也就是说物质外在表现的根本是分子。
原子是化学变化中的最小微粒——隐含的意思表达为：化学反应的本质在于原子的变化组成新的分子表现出新的物质性质——，也就是说原子是物质变化的内在根源。 2)、金属与非金属
金属元素与非金属元素表现不同的化学性质，并且在物理性质方面也有较大的差异，在中学学习阶段可以引入一个不标准但比较适用的认识：金属是只能够失电子不能够得到电子的一类元素(其中在结合生成化合物时表现为共用电子就是此部分的特例)，因此中学阶段金属都表现为正化合价；非金属是能够得电子或共用电子的一类元素。
3)、表1-1周期表中元素的偏旁部首种类及其代表的意义
单质分类 常温状态
2、原子结构
因为原子是化学变化中最小微粒，也就是说化学变化是由原子性质决定的，因此进行化学学习必须了解原子的构成及其对元素性质的影响。
在认识微观世界的原子体系过程中，我们引入人们熟悉的宏观体系——太阳系作为对比参考。原子的构成类似于太阳系，但和太阳系有许多不同。
太阳系是由处于核心位置的太阳和运行在不同轨道上的行星构成的，这一点可以借鉴到原子的构成。 原子是由处于核心的微粒和运行在不同类轨道上的另外一种微粒共同构成的。在化学中将位于核心位置上的微粒叫做原子核，将位于不同轨道上的微粒叫做电子。即原子的构成可以分为两个部分：原子核与核外电子。
原子核与原子之间的关系
体积：原子核占原子体积的千万亿分之一，这一点可以参照太阳与太阳系的比例关系。可以通过实际生活中的直观事物进行同类比较，可以将原子的体积假定为地球的体积，那么原子核的大小相当于乒乓球；
第 1 页 共 107 页
“气”头 非金属 气态
“石”旁 非金属 固态
“金”旁 金属 固态
带“水”
非金属(溴) 液态
金属(汞) 液态
或者将原子的体积假定为足球场，原子核的大小相当于蚂蚁。因为原子本身体积极小，原子核的体积更小，因此在化学研究中，一般认为原子核不参与反应，这也是中学化学学科的一个原则。
质量：这一方面与太阳系的比喻有很大差异。原子核尽管体积很小，却占原子质量的99%以上，这一点从另外一个角度来看，则说明核外电子所占原子质量的比例极小，可忽略。
我们先来研究原子核。科学家通过实践研究发现构成原子核的基本微粒有两种，其中一种基本微粒被命名为质子，另外一种基本微粒被命名为中子。
质子、中子、电子认识 表1-2 质量 带电性 “作用”
质子 相对质量约为1 一个质子带一单位正电荷
决定元素种类
中子 相对质量约为1
不带电 同位素概念
电子 可忽略
一个电子带一单位负电荷 排布规律决定化学性质
说明：
①因为一个质子带一个单位正电荷，因此原子核里的电荷量可以通过数质子数的方式计算，因此，质子数又叫核电荷数；
②因为带相同质子数的不同原子在化学性质方面几乎完全相同，因此在周期表中将原子核内的质子数作为原子的序数，因此说质子数决定元素种类；
③质子数相同的不同原子在化学性质方面几乎完全相同，当核中中子数不同时，这类原子在性质方面略有不同，因此质子数相同，中子数不同的原子(核素)互称同位素； 3、质量数概念
质量数==质子数+中子数
质量数在数值上近似等于原子质量
元素周期表中前二十号元素，绝大多数元素原子核内中子数与质子数相同，可以简单计算出质量数为原子序数的二倍；部分元素质子数与中子数不同，一般情况为中子数比质子数多一个；氯元素例外其原子质量为35.5。
4、元素表示符号
An-ZXm A——质量数 Z——核内质子数 m——组成分子的原子个数 n-——化合价
第 2 页 共 107 页
化合价的含义：
原子核内质子数==核外电子数，原子呈电中性
原子得电子→核外电子数>核内质子数→显负电性 阴离子
原子失电子→核内质子数>核外电子数→显负电性 阳离子 5、核外电子排布规律及价电子概念 1)、核外电子排布规律
我们已经在前面的介绍中将原子的结构类比为太阳系，太阳系的行星是围绕太阳在不同轨道上做圆周运动的。原子核外电子同样类似于太阳系中行星的运动，这就构成了不同的电子运动轨迹。
但实际上，原子核外电子的运动是不完全遵循轨道运动的，轨道运动只是人为的为了研究方便所作出的一种理论模型。电子的运动是不规则的运动，单个电子可以出现在核外不同位置，形成类似星云的形式，人们将电子出现频率最高的区域看作一个电子层，并按照由内及外的顺序依次成为第一层、第二层等等。 A、能级最低原则——内(能)层先排满原则
每个电子(能)层分为不同能级且每一层的能级数与层数相同，离核越近能量越低，按照能量由低至高 表1-3
能级 容纳电子数
s 2
p 6
d 10
f 14
由不同的能级构成不同的能层即电子层，电子总是先排满能量最低的能级。
B、每层最多容纳电子数 表1-4 电子层 英文表示 包含能级 最多容纳电子
C、原子最外层最多只能排布sp能级，此外层只能排布spd能级，倒数第三层只能排布spdf能级 D、B C两原则不一致时取最小 2)、价电子
按照核外电子排布规律，任何元素的原子最外层最多只能排布8个电子，当原子最外层排布8个电子(原子只有一个电子层最多只能够排布2个电子)，原子表现出极其稳定的化学性质，形成稀有气体。任何元素的原子都有最外层达到8个电子稳定结构的要求。
金属元素——最外层电子一般容易全部失去(少数金属元素在一定条件只失部分电子)达到8电子稳定
第 3 页 共 107 页
1 K s 2
2 L sp 2+6
3 M spd 2+6+10
4 N spdf 2+6+10+14
5 O spdf 2+6+10+14
6 P spd 2+6+10
7 Q sp 2+6
结构形成最高价态金属阳离子
非金属元素——最外层可以通过得到电子或者共用电子达到8电子，通过得电子或者电子的偏移形成
元素的最高或者最低价态
化学中将决定元素化合价的电子(最外层电子数)叫做价电子。 非金属元素的价电子与元素化合价的关系： 元素的最高正价==最外层电子数 元素的最低负价==最外层电子数—8 <二 >元素周期表 元素周期律 1、元素周期表
为了便于化学的研究，将不同元素按照一定的顺序进行排列，用图表的形式表达出来就形成了元素周期表。在元素周期表中，元素进行排列的顺序就是元素原子核内的质子数。将具有相同质子数的原子置于元素周期表的同一位置，其序号(原子序数)就是其核内质子数。
在前面的核外电子排布中学习到元素原子每增加一个电子层，最外层电子就有一个从1—8排列的过程，这种周期性的变化被应用到元素周期表的形成。 1)、周期
原子结构示意图：用元素符号+核内质子数+核外电子排布叫做原子结构示意图，如下所示
在元素周期表中将具有相同电子层结构的元素排列为一个横行，叫做同一周期。
周期表中周期的分布(理论全排满)：
表1-5
第一周期 第二周期 第三周期 第四周期 第五周期 第六周期 第七周期
最后一个元素序号
核外电子排布
该周期元素种类
周期分类
2 10 18 36 54 86 118
2 2 8 2 8 8 2 8 18 8 2 8 18 18 8 2 8 18 32 18 8 2 8 18 32 32 18 8
2 8 8 18 18 32 32
短周期
长周期
不完全周期
第 4 页 共 107 页
第七周期元素并没有完全排满，叫做不完全周期。
周期的概念等同于电子层数，在以后的学习中，只要提到第几周期，其实际意义就是该元素原子有几个电子层。 2)、族
将具有相同最外层电子的元素排列一个纵行叫做一族。同族元素在性质上具有相似性。
元素周期表的分区：按照电子排布的能级轨道不同将元素周期表分为s区(第一二主族)、d区(副族)、p区(三至七主族+0族)、f区(镧系锕系)、ds(第八族)区，各族元素原子因为核外电子排布能级轨道不同展现不同的化学性质，因为电子排布在d区(副族)、f区(镧系锕系)、ds(第八族)区引起的化学性质比较复杂，在中学阶段学习中并不作过多要求。
在元素周期表中，将各层电子都按照理论排满的族叫做0族，通常称为稀有气体(都以气体形态存在)，因为该族元素原子最外层已经达到8电子稳定结构，因此表现为稳定的化学性质，在化学史上曾被认为不能参与的一类元素，由此一段时间0族元素又被叫做惰性气体。正是其稳定的化学性质，使稀有气体有了更适合的应用——作为保护气。
将最外层电子只在s区进行排列的元素归类为主族元素，因为新增加一个电子层，电子最先排列在s区，因此每个周期起始于第一、二主族，英文表示为ⅠA族、ⅡA族。因为电子能级轨道并非明确区分各自的区域，而是有交叠现象，因此电子排布满s区后进入d区排布，形成了周期表中的副族，英文表示为ⅢB—ⅦB—ⅠB族。d区排布后进入ds区形成排列为三个纵行的Ⅷ族。然后电子排列入p区形成了ⅢA族——ⅦA族。其中副族与Ⅷ族统称为过渡元素。 周期表中族的排列顺序
ⅠA ⅡA ⅢB—ⅦB Ⅷ ⅢA——ⅦA 0 周期表中共有16个族，其中Ⅷ族占据三个纵行，周期表中共有18纵行。 2、原子核对最外层电子的吸引能力
磁铁对铁钉的吸引大家都清楚，假设铁钉的大小不变，则磁铁对铁钉的吸引力大小由两个方面因素决定 铁钉与磁铁间的距离 磁铁的大小
可以将原子核内的质子看作吸引铁钉的磁铁，将核外电子看作铁钉
在前面引述了太阳系参比原子核外电子层概念，即电子层每增加一层原子半径扩大很大。因此，在化学变化中，中学阶段认为只有最外层电子参与反应，内层电子不变。。 那么原子核对最外层电子吸引能力可以从两方面讨论
同周期左→右 原子半径几乎相同—吸引不变 得电子能力增强 半径 核内质子数增加—吸引增强 吸引增强 失电子能力减弱 减小
第 5 页 共 107 页