无机化学及竞赛高一

1、无机化学与奥林匹克化学无机化学与奥林匹克化学竞竞 赛赛江苏第二师范学院郭 琦奥林匹克化学竞赛的要求 对奥赛的认识 参赛对象 竞赛内容 时间安排 参加全国高中学生化学竞赛初赛的选手为普通高中学生，主要是高三学生，参赛学生应品德高尚、身心健康、学有余力，对化学及相关学科有特殊兴趣，各科中学课程成绩优良。选自国家化学竞赛章程选自国家化学竞赛章程化学竞赛需要什么化学竞赛需要什么一个被人们长一个被人们长期误读的名言期误读的名言 爱迪生：天才是爱迪生：天才是1%1%的灵感加上的灵感加上99% 99% 的汗水。（勤奋）的汗水。（勤奋） 但那但那1%1%的灵感是最重要的，甚至比的灵感是最重要的，甚至比那那99

2、%99%的汗水都要重要。的汗水都要重要。 问号问号是开启任何一门科学的钥匙。是开启任何一门科学的钥匙。 （巴甫洛夫）（巴甫洛夫） 科学的动力是科学的动力是好奇心好奇心（蒋锡夔）（蒋锡夔） 我们思想的发展在某种意义上常常来源于我们思想的发展在某种意义上常常来源于好奇心。好奇心。 我没有什么特别的才能，不过喜欢我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根刨底寻根刨底地追究问题罢地追究问题罢了。了。 （爱因斯坦）（爱因斯坦） 科学成就是由一点一滴科学成就是由一点一滴积累积累起来的，惟有长期的积聚才能起来的，惟有长期的积聚才能由点滴汇成大海。（华罗庚）由点滴汇成大海。（华罗庚） 读书读书是易事，是易事，思索思索

3、是难事，但两者缺一，便全无用处。是难事，但两者缺一，便全无用处。 （富兰克林）（富兰克林）一个动机：一个动机： 对化学对化学感感兴趣兴趣二个方法：二个方法： 学习学习方法方法和和解题解题方法方法三个基础：三个基础： 知识、技能、知识、技能、信心信心四个能力：四个能力： 自学自学能力、观察能力、能力、观察能力、 思维能力、思维能力、 想像能力想像能力国际化学奥林匹克竞赛简介国际化学奥林匹克竞赛简介国际化学奥林匹克竞赛是由原捷克斯洛伐克、国际化学奥林匹克竞赛是由原捷克斯洛伐克、匈牙利和波兰三国于匈牙利和波兰三国于1968年年8月首创的，每月首创的，每年一届，至今已举办了年一届，至今已举办了45届。

4、届。1985年在布拉迪斯拉发年在布拉迪斯拉发(捷克斯洛伐克城市捷克斯洛伐克城市译注译注)举办的第十七届举办的第十七届IChO会上，由捷克斯会上，由捷克斯洛伐克发起的六国工作小组讨论在两次会洛伐克发起的六国工作小组讨论在两次会议之间的国际化学奥林匹克竞赛的问题，议之间的国际化学奥林匹克竞赛的问题，并向并向IChO国际评奖团提出提议或建议以期国际评奖团提出提议或建议以期获得批准。在奥林匹克竞赛期间评奖团聚获得批准。在奥林匹克竞赛期间评奖团聚会，每个参赛国派两名代表会，每个参赛国派两名代表(代表团的领队代表团的领队)参加。参加。国际化学奥林匹克竞赛的目的归纳起来有以下三条：国际化学奥林匹克竞赛的目的

5、归纳起来有以下三条：第一，强调化学对于科学技术和经济发展的重要性，以激第一，强调化学对于科学技术和经济发展的重要性，以激发青少年学生学习化学的兴趣和积极性。发青少年学生学习化学的兴趣和积极性。第二，由于化学的重要性，使化学教育在整个教育中的地第二，由于化学的重要性，使化学教育在整个教育中的地位和作用理所当然地得到充分肯定。国际化学奥林匹克位和作用理所当然地得到充分肯定。国际化学奥林匹克竞赛为各国代表队提供了相互交流化学教育情况和经验竞赛为各国代表队提供了相互交流化学教育情况和经验的机会，特别是就发现和培养化学资优学生的途径和方的机会，特别是就发现和培养化学资优学生的途径和方法进行切磋，以获共同

6、提高。法进行切磋，以获共同提高。第三，国际化学奥林匹克竞赛力图使所有参赛者都获得知第三，国际化学奥林匹克竞赛力图使所有参赛者都获得知识、能力和素质的全面提高。识、能力和素质的全面提高。关于竞赛的组织方式和程序关于竞赛的组织方式和程序 IChO竞赛题由竞赛题由理论题理论题和和实验题实验题两部分组两部分组成。参赛者先做理论题。然后至少经过一天的成。参赛者先做理论题。然后至少经过一天的间歇，再在实验室做实验题。间歇，再在实验室做实验题。 每部分的做题时间是每部分的做题时间是45小时，评委会在小时，评委会在竞赛开始时还要作出更明确的规定。竞赛开始时还要作出更明确的规定。 参赛者的最后参赛者的最后名次名

7、次是由竞赛的是由竞赛的理论题理论题和和实实验题验题的得分总和来决定的。的得分总和来决定的。江苏省代表队共荣获国际化学奥林匹克6金1银的成绩 2004年江苏省启东中学倪犇博荣获第36届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2007年江苏省泰州中学张子旸荣获第39届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2008年南京外国语学校姜夕骞荣获第40届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2010年南京师范大学附属中学王汝一荣获第42届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2011年江苏省常熟中学龚宗平荣获第43届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2012年江苏省启东中学李天然荣获第44届国际化学奥林匹克竞赛 金牌金牌 2013年

8、金陵中学吴佩尧荣获第45届国际化学奥林匹克竞赛 银银牌关于全国高中学生化学竞赛大纲关于全国高中学生化学竞赛大纲一、全国高中学生化学竞赛大纲说明一、全国高中学生化学竞赛大纲说明二、初赛大纲二、初赛大纲 1. 有效数字的概念。有效数字的概念。 2. 理想气体标准状态，理想气体状态方程，气体分压定律，气体密度，理想气体标准状态，理想气体状态方程，气体分压定律，气体密度，气体相对分子质量的测定，气体的溶解度。气体相对分子质量的测定，气体的溶解度。 3. 溶液浓度与固体溶解度及其计算。溶液浓度与固体溶解度及其计算。 4. 容量分析的基本概念容量分析的基本概念 被测物、标准溶液、指示剂、滴定反应等。被测物

9、、标准溶液、指示剂、滴定反应等。5. 原子结构原子结构 核外电子的运动状态：用核外电子的运动状态：用s、p、d等表示基态构型（包括等表示基态构型（包括中性原子、正离子和负离子）核外电子排布。电离能、电子亲核能、中性原子、正离子和负离子）核外电子排布。电离能、电子亲核能、电负性。电负性。6. 元素周期律与元素周期系元素周期律与元素周期系 周期。周期。118族。主族与副族。过渡元素。族。主族与副族。过渡元素。主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律；同周期元素从左到主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律；同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和离子半径。右性质变化一般规律。原子半径和离子半

10、径。s、p、d、ds、f区元区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期表中的位置与核素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期表中的位置与核外电子结构（电子层数、价电子层与价电子数）的关系。最高氧化外电子结构（电子层数、价电子层与价电子数）的关系。最高氧化态与族序数的关系。对角线规则。金属与非金属态与族序数的关系。对角线规则。金属与非金属 在周期表中的位置。半金属（类金属）。主、副族的重要而常在周期表中的位置。半金属（类金属）。主、副族的重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及其主见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及其主要形体。铂系元素的概念。要形体。铂

11、系元素的概念。7. 分子结构分子结构 路易斯结构式。价层电子对互斥模型。杂化轨道理路易斯结构式。价层电子对互斥模型。杂化轨道理论对简单分子（包括离子）几何构型的解释。共价键。键长、论对简单分子（包括离子）几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。键角、键能。键和键和键。离域键。离域键。共轭（离域）体系的一般键。共轭（离域）体系的一般性质。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。等电子性质。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。相似相溶规律。对称体的一般概念。键的极性和分子的极性。相似相溶规律。对称性基础（限旋转和旋转轴、反映和镜面、反演和对称中心

12、）性基础（限旋转和旋转轴、反映和镜面、反演和对称中心）8. 配合物配合物 路易斯酸碱。配位键。重要而常见的配合物的中心离路易斯酸碱。配位键。重要而常见的配合物的中心离子（原子）和重要而常见的配体（水、羟离子、卤离子、拟卤子（原子）和重要而常见的配体（水、羟离子、卤离子、拟卤离子、氨、酸根离子、不饱和烃等）。螯合物和螯合效应。重离子、氨、酸根离子、不饱和烃等）。螯合物和螯合效应。重要而常见的配合反应。配合反应与酸碱反应、沉淀反应、氧化要而常见的配合反应。配合反应与酸碱反应、沉淀反应、氧化还原反应的关系（定性说明）。配合物几何构型和异构现象的还原反应的关系（定性说明）。配合物几何构型和异构现象的基

13、本概念和基本事实。配合物的杂化轨道理论。用杂化轨道理基本概念和基本事实。配合物的杂化轨道理论。用杂化轨道理论说明配合物的磁性和稳定性。用八面体配合物的晶体场理论论说明配合物的磁性和稳定性。用八面体配合物的晶体场理论说明说明Ti(OH)63+的颜色。软硬酸碱的基本概念和重要的软酸软碱的颜色。软硬酸碱的基本概念和重要的软酸软碱和硬酸硬碱。和硬酸硬碱。9. 分子间作用力分子间作用力 范得华力、氢键以及其他分子间作用力的范得华力、氢键以及其他分子间作用力的 能量及与物质性质的关系。能量及与物质性质的关系。10. 晶体结构晶体结构 分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金

14、属晶体。晶胞（定义、晶胞参数和原子坐标）以及以晶胞为基础的晶胞（定义、晶胞参数和原子坐标）以及以晶胞为基础的计算。点阵（晶格）能。配位数。晶体的堆积与填隙模型。计算。点阵（晶格）能。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型：常见的晶体结构类型：NaCl 、 CsCl 、闪锌矿、闪锌矿 (ZnS)、萤石（萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、金红石、）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、金红石、二氧化硅、钙钛矿、钾、镁、铜等。二氧化硅、钙钛矿、钾、镁、铜等。11. 化学平衡化学平衡 化学平衡常数与转化率。弱酸弱碱的电离常化学平衡常数与转化率。弱酸弱碱的电离常数。溶度积。利用平衡常数的计

15、算。熵（混乱度）的初步数。溶度积。利用平衡常数的计算。熵（混乱度）的初步概念及与自发反应方向的关系。概念及与自发反应方向的关系。12. 离子方程的正确书写。离子方程的正确书写。13.电化学电化学 氧化态。氧化还原的基本概念和反应式的书氧化态。氧化还原的基本概念和反应式的书写与配平。原电池。电池符号、电极反应、原电池符写与配平。原电池。电池符号、电极反应、原电池符号、原电池反应。标准电极电势。用标准电极电势判号、原电池反应。标准电极电势。用标准电极电势判断反应方向及氧化剂与还原剂的强弱。电解池的电极断反应方向及氧化剂与还原剂的强弱。电解池的电极符号与电极反应。电解与电镀。电化学腐蚀。常见化符号与

16、电极反应。电解与电镀。电化学腐蚀。常见化学电源。学电源。pH、络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的、络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的说明。说明。14.元素化学元素化学 卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、硼、铝。碱金属、碱土金属、稀有气体。钛、钒、铬、硼、铝。碱金属、碱土金属、稀有气体。钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼钨、过渡锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼钨、过渡元素氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。常元素氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。常见难溶物。氢化物的基本分类和主要性质。常见无机见难溶物。氢化物的基本分类和主

17、要性质。常见无机酸碱的基本性质。水溶液中的常见离子的颜色、化学酸碱的基本性质。水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出（不包括特殊试剂）和一般分离方法。性质、定性检出（不包括特殊试剂）和一般分离方法。制备单质的一般方法。制备单质的一般方法。15. 有机化合物的基本类型与基本特征。有机化合物的基本类型与基本特征。 16. 高分子的基本概念高分子的基本概念(单体、聚合、缩聚解聚、混聚等，不单体、聚合、缩聚解聚、混聚等，不要求聚合反应机理要求聚合反应机理)。关于化学竞赛选手关于化学竞赛选手一、参赛学生应具备的条件一、参赛学生应具备的条件1. 对化学课具有浓厚的对化学课具有浓厚的兴趣兴趣 2. 各

18、科应全面发展各科应全面发展3. 头脑灵活，善头脑灵活，善“诡辨诡辨” 4. 勇于探索、大胆创新勇于探索、大胆创新5. 刻苦钻研、持之以恒刻苦钻研、持之以恒二、参赛学生的培养二、参赛学生的培养1. 自学能力的培养自学能力的培养 自学能力包括阅读、查资料、熟练地使用各种工具书的自学能力包括阅读、查资料、熟练地使用各种工具书的能力。在教学中，为了培养学生的自学能力，课本上一看就能力。在教学中，为了培养学生的自学能力，课本上一看就懂的内容可以有意不讲，引导学生自己看书，让学生主动自懂的内容可以有意不讲，引导学生自己看书，让学生主动自学，以达到逐步培养自学能力的目的。学，以达到逐步培养自学能力的目的。2

19、. 学习方法的培养学习方法的培养3. 实验技能的培养实验技能的培养时间安排时间安排内容：高一年级在高中教材的基础上，按大学一年级无机化内容：高一年级在高中教材的基础上，按大学一年级无机化学教材的逐章学习原子结构、分子结构、元素周期系、电学教材的逐章学习原子结构、分子结构、元素周期系、电解质溶液的理论、稀溶液通性、化学热力学基础、化学反解质溶液的理论、稀溶液通性、化学热力学基础、化学反应速率和化学平衡、氧化还原反应和电化学卤素、氧族、应速率和化学平衡、氧化还原反应和电化学卤素、氧族、氮族、碱金属、碱土金属、铜、锌、过渡元素等等。有机氮族、碱金属、碱土金属、铜、锌、过渡元素等等。有机化学中的烃和烃

20、的衍生物为主线，注意各主要有机反应的化学中的烃和烃的衍生物为主线，注意各主要有机反应的历程和重要的分子重排反应。历程和重要的分子重排反应。无机、有机在不同时段均配合无机、有机在不同时段均配合难度适宜难度适宜练习的题目，注意练习的题目，注意培养学生的自学能力。培养学生的自学能力。高二年级：在无机、有机化学的基础上，开始学习分析化学、高二年级：在无机、有机化学的基础上，开始学习分析化学、物理化学和结构化学。物理化学和结构化学。学习方法：以学生自学教材教本为主，教师精讲为辅，并配学习方法：以学生自学教材教本为主，教师精讲为辅，并配合一定量习题进行练习和巩固。合一定量习题进行练习和巩固。 学习无机化学

21、与学习其他化学学科一样，既要依据本学科的特点，又要结合自己的实际。仔细分析化学学科的知识结构，可以认为它们分属于三个方面，即：“前因”、“后果”和“来龙去脉”。物质的性质，实验事实就是“后果”，对这些实验事实的分析、说明，也即化学中的各种理论、原理就是“前因”（原因）；而“来龙去脉”讲的是“过程”，这里“过程”，就是化学中的研究方法。 摘自朱文祥中级无机化学 因此：第一，要重视因此：第一，要重视化学理论化学理论的学习。的学习。“一堆石头，一堆石头，不成其为建筑，一堆事实不成其为科学不成其为建筑，一堆事实不成其为科学”。无机化学。无机化学也像其他化学分支一样，有它自己的理论体系。要力也像其他化学

22、分支一样，有它自己的理论体系。要力求用现代理论化学的原理，方法作指导，分析、说明求用现代理论化学的原理，方法作指导，分析、说明和归纳无机化学的实验事实。将大量和归纳无机化学的实验事实。将大量貌似杂乱无章的貌似杂乱无章的知识系统化、条理化和理论化知识系统化、条理化和理论化。只有这样，才能举一。只有这样，才能举一反三，收到事半功倍的效果。反三，收到事半功倍的效果。 第二，由于无机化学内容多，涉猎的范围广，而且第二，由于无机化学内容多，涉猎的范围广，而且描述性的内容描述性的内容占的比重较大，毕竟无机化学不同于物占的比重较大，毕竟无机化学不同于物理化学和结构化学，它有大量的实验事实需要你们了理化学和结

23、构化学，它有大量的实验事实需要你们了解和掌握，而这些实验事实，目前还无法用一个公式解和掌握，而这些实验事实，目前还无法用一个公式或定理推演出来，如各种元素在地壳中存在的形式，或定理推演出来，如各种元素在地壳中存在的形式，它们在周期表中的位置，各种元素和化合物的一些特它们在周期表中的位置，各种元素和化合物的一些特殊结构、性质、反应和一些重要的应用等，还需要有殊结构、性质、反应和一些重要的应用等，还需要有适当地记忆适当地记忆，不过这种记忆，不过这种记忆不应该是死记硬背不应该是死记硬背，而应而应该是理论指导下的记忆。该是理论指导下的记忆。 第三，无机化学是研究无机物的化学，显然，学习第三，无机化学是

24、研究无机物的化学，显然，学习无机化学不能离开化学实验。无机化学不能离开化学实验。无机化学简介无机化学简介无机化学无机化学 无机化学的研究对象：？ 以元素周期系和近代化学理论为基础，研究元素的单质及其化合物（碳氢化合物及其衍生物除外）的组成、结构、性质和反应的一门学科。现代无机化学的发展 现代无机化学发展阶段的特点：(1) (1) 从宏观到微观从宏观到微观1919世纪末，随着物理学科新技术的采用，世纪末，随着物理学科新技术的采用，化学的研究开始进入了微观世界，卢瑟福（化学的研究开始进入了微观世界，卢瑟福（RutherfordRutherford）提出）提出了含核的原子模型，玻尔（了含核的原子模型

25、，玻尔（RohrRohr）提出了量子化原子模型，揭）提出了量子化原子模型，揭示了原子内部的构造奥秘，认识了物质的无限可分性。示了原子内部的构造奥秘，认识了物质的无限可分性。2020世纪世纪3030年代初，建立了在量子力学基础上的现代化学键理论年代初，建立了在量子力学基础上的现代化学键理论(2) (2) 从定性描述向定量化发展从定性描述向定量化发展随着分析仪器精密度的提高，特别是近30年来电子显微镜和电子计算机的使用，使化学分析手段更加准确、快速。(3) (3) 既分化又综合，出现许多交叉和边缘学科既分化又综合，出现许多交叉和边缘学科如无机化如无机化学与有机化学的结合形成了有机金属化学、与生物学

26、结合形学与有机化学的结合形成了有机金属化学、与生物学结合形成了生物无机化学、与固体物理结合形成了无机固体化学，成了生物无机化学、与固体物理结合形成了无机固体化学，此外还有物理无机化学、无机高分子化学、地球化学等等。此外还有物理无机化学、无机高分子化学、地球化学等等。 “无机化学”课程的教学内容根据知识的联系和递进关系主要分为三个模块： 物质结构物质结构模块： 原子结构、分子结构、晶体结构、配合物 基础理论和基本原理基础理论和基本原理模块： 化学热力学、化学动力学和四大化学平衡 元素元素化学模块：金属和非金属 学习难点：学习难点： 物质结构和元素化学部分，主要包括原子、分子、晶体、配合物结构和元

27、素及其化合物性质。 解决的主要方法：解决的主要方法： 以化学热力学为突破口，运用热力学、动力学的一些结论，从能量角度出发，解决化学平衡问题。 主要参考书目主要参考书目：1.无机化学（上、下），无机化学（上、下），第三、四版北京师范大学等编，第三、四版北京师范大学等编， 高教出版社，高教出版社，2002年年2.无机化学（上、下），武汉大学、吉林大学等校无机化学（上、下），武汉大学、吉林大学等校编，编， 高教出版社，第三版。高教出版社，第三版。3.无机化学无机化学 张祖德张祖德 中国科技大学出版社中国科技大学出版社 20084.普通化学原理普通化学原理 (第三版第三版)，华彤文等，北京大学出版社，

28、华彤文等，北京大学出版社 2001年年5.无机化学无机化学 (第四版第四版)，大连理工大学，高教出版社，大连理工大学，高教出版社，2000年年6.大学普通化学，傅鹰编，大学普通化学，傅鹰编，人民教育出版社人民教育出版社7.大学化学，大学化学，傅献彩编傅献彩编 辅导练习辅导练习 1.1.无机化学例题与习题，第无机化学例题与习题，第3 3版版 徐家宁、井淑波，史天华、宋天佑编，徐家宁、井淑波，史天华、宋天佑编， 高教出版社高教出版社 20112011 2.2.无机化学习题精解，竺际舜主编，无机化学习题精解，竺际舜主编， 科学出版社科学出版社 3.3.无机化学释疑与习题解析，迟玉兰、于无机化学释疑与

29、习题解析，迟玉兰、于永鲜、牟文生、孟长功编，永鲜、牟文生、孟长功编， 高教出版社高教出版社江苏化学网江苏化学网主办单位：江苏省化学化工学会主办单位：江苏省化学化工学会承办单位：江苏苏化会信息广告有限公司承办单位：江苏苏化会信息广告有限公司经过多年的建设与发展，现在已形成了有高经过多年的建设与发展，现在已形成了有高考题库和竞赛题库。考题库和竞赛题库。量身定做量身定做其他还介绍：高考和竞赛的精神政策法规，其他还介绍：高考和竞赛的精神政策法规，竞赛新闻，解题思路方法，资料介绍，名师竞赛新闻，解题思路方法，资料介绍，名师名校专家介绍，趣味化学等。名校专家介绍，趣味化学等。 第一篇物质结构基础第一篇物质

30、结构基础 第1章 原子结构与元素周期系 第2章分子结构 第3章晶体结构 第4章配合物原原 子子 结结 构构 微观粒子的运动特征微观粒子的运动特征 -波粒二象性波粒二象性宏观物体与微观粒子运动特征之比较：宏观物体与微观粒子运动特征之比较： 宏观物体同时具有确定的坐标和动量，可用牛宏观物体同时具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述，而微观粒子没有同时确定的坐标顿力学描述，而微观粒子没有同时确定的坐标和动量，需用量子力学描述；和动量，需用量子力学描述； 宏观物体有连续可测的运动轨迹，可追踪各个宏观物体有连续可测的运动轨迹，可追踪各个物体的运动轨迹加以分辨，微观粒子具有概率物体的运动轨迹加以分辨，微观

31、粒子具有概率分布的特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹；分布的特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹； 宏观物体可处于任意的能量状态，体系的能量可宏观物体可处于任意的能量状态，体系的能量可以为任意的连续变化的数值，微观粒子只能处于以为任意的连续变化的数值，微观粒子只能处于某些确定的能量状态，能量的改变不能取任意的某些确定的能量状态，能量的改变不能取任意的连续变化的数值，只能是分立的，即量子化的；连续变化的数值，只能是分立的，即量子化的； 直径处于纳米量级的粒子，如纳米材料，常常出直径处于纳米量级的粒子，如纳米材料，常常出现既不同于宏观物体，又不同于实物微粒的特性，现既不同于宏观物体，又不同于实物微粒的特

32、性，称之为介观粒子。称之为介观粒子。微观粒子波的物理意义与机械波（水波、声波）微观粒子波的物理意义与机械波（水波、声波）和电磁波等不同。机械波是介质质点的振动，电和电磁波等不同。机械波是介质质点的振动，电磁波是电场和磁场的振动在空间传播的波，而实磁波是电场和磁场的振动在空间传播的波，而实物微粒波的本质正有待阐明。物微粒波的本质正有待阐明。微观粒子的波动性是和微观粒子行为的统计性联微观粒子的波动性是和微观粒子行为的统计性联系在一起的。系在一起的。微观粒子波的强度反映微观粒子出现概率的大小，微观粒子波的强度反映微观粒子出现概率的大小，故称概率波。故称概率波。 为了证实电子、中子等微粒具有波动性而设

33、计的为了证实电子、中子等微粒具有波动性而设计的电子衍射、中子衍射实验，后来发展为测定晶态、电子衍射、中子衍射实验，后来发展为测定晶态、非晶态等物质的有力工具，成为非晶态等物质的有力工具，成为X射线衍射实验射线衍射实验的补充。的补充。电子显微技术电子显微技术透射电子透射电子显微镜（透射电子透射电子显微镜（TEM） 扫描透射显微镜（扫描透射显微镜（STEM） 电子衍射（电子衍射分析）电子衍射（电子衍射分析）二次电子扫描电子显微镜（二次电子扫描电子显微镜（SEM） 微粒波动性能否被观察到与这一微粒的波微粒波动性能否被观察到与这一微粒的波长及微粒直径的相对大小有关。长及微粒直径的相对大小有关。 若若d

34、e Broglie波长波长微粒直径，则波动性显微粒直径，则波动性显著，可被观察。著，可被观察。 若若de Broglie波长波长微粒直径，则波动性微粒直径，则波动性不显著，不能被观察。不显著，不能被观察。 微观粒子的状态用波函数微观粒子的状态用波函数 (x,y,z)来表示。来表示。),(),()(22222222zyxEzyxVzyxm对于原子来说，对于原子来说，核外核外电子的运动状态用波函数电子的运动状态用波函数 描述描述，称之为称之为原子轨道。原子轨道。 表示空间某点电子出现的概率密度，即单位表示空间某点电子出现的概率密度，即单位体积内电子出现的概率体积内电子出现的概率-电子云。电子云。2

35、波函数和原子轨道波函数和原子轨道 波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原子和波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原子和分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论的重要分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论的重要基础。基础。 按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概念，按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概念，物理学家玻恩物理学家玻恩M.Born M.Born 假定粒子的波函数已不再是假定粒子的波函数已不再是振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率( (概率），概率），当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率( (概率概率

36、）也就越大。）也就越大。 一定的波函数表示电子的一种运动状态，一定的波函数表示电子的一种运动状态， 状态状态轨道。轨道。 波函数叫做原子轨道，波函数叫做原子轨道， 即波函数与原子轨道是同义词即波函数与原子轨道是同义词。 角度部分的图形角度部分的图形 电子云界面图 电子云图 原子轨道的形状 原子轨道轮廓图： 将的大小和正负的轮廓图像在直角坐标中表达出来，反应在空间的分布情况。 原子轨道界面图： 为了了解电子分布的概率，取一个等密度面，使在面内出现的概率达到总概率的一定百分数，如50%，90%等，这种面称为界面。界面图实际上表示了原子在不同状态时的大小和形状。对于原子轨道的描述： 苏教版：量子力学

37、描述电子在原子核外空间运动的主要区域。 人教版：为了描述电子云的形状，通常制作电子云的轮廓图，人们将这种电子云轮廓图称为原子轨道。 鲁科版：原子中单个电子空间运动的状态函数。 在解原子体系的Schrdinger方程的过程中，引入了三个量子数n,l,m，即波函数由n,l,m决定，取值分别为： n=1, 2, 3, 4 , 电子层:K L M N l=0, 1, 2, 3, n-1, n个值 亚层 : s, p, d, f m=0, 1, 2, 3 l (2l+1) 一、量子数的取值和原子轨道的符号主量子数n： 电子层 n=1, 2, 3, 4 K L M N角量子数l： 亚层 l=0, 1, 2

38、, 3,.n-1 n个值, s, p, d, f.磁量子数m： m=0, 1, 2, 3. l (2l+1) 自旋量子数ms： 21smmlln , 1 n,l,m一确定，电子的运动状态就确定，或者说原子轨道就确定。n=1, l=0，m=0 即 1s态 或 1s轨道 n=2, l=0，m=0 即 2s态 或 2s轨道 n=2, l=1，m=0，1 即 2p态 或 2p轨道 （2px,2py,2pz）n=3, l=0，m=0 即 3s态 或 2s轨道 n=3, l=1，m=0，1 即 3p态 或 3p轨道 （3px,3py,3pz）n=3, l=2，m=0，1， 2 即 3d态 或 3d轨道 （

39、 3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2-y2 ） mlln , 1 1s 2s 2p(px,py,pz) 3s 3p(px,py,pz) 3d( dxy,dxz,dyz,dz2,dx2-y2) 4s 4p(px,py,pz) 4d( dxy,dxz,dyz, dz2,dx2-y2) 4f n, l, m 一定一定, 轨道也确定轨道也确定 0 1 2 3轨道轨道 s p d f例如例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3dz2核外电子运动核外电子运动轨道运动轨道运动自旋运动自旋运动 ms 与一

40、套量子数相对应（自然也有与一套量子数相对应（自然也有1个能量个能量Ei)n lm 例：写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号（鲁科） ： (A) n=2,l=1 (B) n=4,l=0 (C) n=5,l=2例:下列各组量子数中,哪些是合理的?（鲁科） (A) n=2,l=1,m=0 (B) n=2,l=2,m=-1 (C) n=3,l=0,m=0 (D) n=4,l=1,m=1 (E) n=2,l=0,m=-1 (F) n=4,l=3,m=4 mlln , 1例:下列几组量子数能够同时存在的是（鲁科） (A) 3，2，2，-1/2 (B) 3，0，-1，+1/2 (C) 2，2，2，2 (D

41、) 1，0，0，0例:如果一个电子在3d轨道中,这个电子的量子数n、l、m可能有哪些取值? （鲁科）例:下列能级符号正确的是（人教p13） (A)6s (B)2d (C)3f (D)7p例:下列各能层中不包含 p能级的是（人教p13） (A) N (B) M (C)L (D)K 例:下列能级中轨道数为3的是（人教p13） (A) s (B) p (C) d (D) f二、原子轨道能量高低比较 单电子原子 氢原子及类氢离子中电子的能量公式： 单电子体系中主量子数n决定体系的能量， n越大电子离核平均距离越远，能量越高。 H原子: E1s E2s = E2p E3s = E3p =E3d )(13

42、.6 22eVnZEn多电子原子中的每一个电子不但自身受其它电子的多电子原子中的每一个电子不但自身受其它电子的屏蔽，而且也对其它电子起屏蔽作用。电子离核的屏蔽，而且也对其它电子起屏蔽作用。电子离核的平均距离越大，它被其它电子屏蔽的越好，而它对平均距离越大，它被其它电子屏蔽的越好，而它对其它电子的越差。其它电子的越差。n越大，越大，r越大，感受到的越大，感受到的Z*越小，能量越高。越小，能量越高。l相同时，相同时， n越大，能量越高越大，能量越高: E1sE2sE3sE4s E2pE3pE4p例：比较下列多电子原子的原子轨道的能量高低（苏教p12） (1)1s 3d (2)3s 3p 3d (3

43、)2p 3p 4p例：将下列多电子原子的原子轨道按轨道能量由高到低的顺序排列（苏教p12） 1s 4p 2s 3s 5f 4sH原子: E4s E3dK原子: E4s E3d例：E代表能量，分别将下列轨道按能量由低到高的顺序排列（鲁科p26） （1） E3s E 2s E 4s E 1s （2） E 3s E 3d E 3p E 4s 单电子原子中，原子轨道能量仅由单电子原子中，原子轨道能量仅由n决定；决定； 多电子原子中，原子轨道能量由多电子原子中，原子轨道能量由n和和l决定：决定： n和和l相同的轨道，能量相同；相同的轨道，能量相同； n相同，相同，l不同的轨道，不同的轨道， l越大，能量

44、越高；越大，能量越高； n不同，不同，l相同的轨道，相同的轨道， n越大，能量越高越大，能量越高 对对n和和l都不同的轨道，能级高低可根据屏都不同的轨道，能级高低可根据屏蔽效应和钻穿效应来估计，但不能准确判断。蔽效应和钻穿效应来估计，但不能准确判断。 各种轨道能级高低的顺序不是固定不变的，随着原各种轨道能级高低的顺序不是固定不变的，随着原子序数的改变和电子填充的情况不同而有所变化。子序数的改变和电子填充的情况不同而有所变化。三、原子核外电子排布洪特洪特(Hund)规则规则堡里堡里(Pauli)不相容原理不相容原理能量最低原理能量最低原理核核外外电电子子层层结结构构的的原原则则能量最低原理能量最

45、低原理 多电子原子在基态时，多电子原子在基态时，核外电子总是尽可能核外电子总是尽可能分布到能量最低的轨分布到能量最低的轨道，这称为道，这称为能量最低能量最低原理原理 电子先填最外层的电子先填最外层的ns，后，后填次外层的填次外层的(n-1)d，甚至，甚至填入倒数第三层的填入倒数第三层的(n-2)f的规律叫做的规律叫做“能级交错能级交错”。 请注意：能级交错现请注意：能级交错现象是电子随核电荷递象是电子随核电荷递增填充电子次序上的增填充电子次序上的交错交错,并不意味着先填并不意味着先填能级的能量一定比后能级的能量一定比后填能级的能量低。填能级的能量低。显示显示隐藏1s1s2s2s2p2p3s3s

46、3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f4f5s5s5p5p5d5d5f5f5g5g6s6s6p6p6d6d7s7s构造原理1 1s s2 2s s2 2p p3 3s s3 3p p3 3d d4 4s s4 4p p4 4d d4 4f f5 5s s5 5p p5 5d d5 5f f5 5g g6 6s s6 6p p6 6d d7 7s s构造原理堡里（堡里（PauliPauli）不相容原理）不相容原理 一个电子的四个量子数为（一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、-1/2-1/2） 另一个电子的四个量子数为（另一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、+1/2+

47、1/2） 从保里原理可获得以下几个重要结论：从保里原理可获得以下几个重要结论：a)每一种运动状态的电子只能有一个。每一种运动状态的电子只能有一个。b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道中最多只能容纳两个自旋不同的电子。子轨道中最多只能容纳两个自旋不同的电子。c)因为因为s、p、d、f各分层中原子轨道数为各分层中原子轨道数为1、3、5、7 所以所以各分层中相应最多只能容纳各分层中相应最多只能容纳2、6、10、14个电子。个电子。d)每个电子层原子轨道的总数为每个电子层原子轨道的总数为n 个，因此，各电子层中个，因此，各电子层中电

48、子的最大容量为电子的最大容量为2n个。个。 一个电子的四个量子数为（一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、-1/2-1/2） 另一个电子的四个量子数为（另一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、+1/2+1/2） 从保里原理可获得以下几个重要结论：从保里原理可获得以下几个重要结论：a)每一种运动状态每一种运动状态的电子的电子只能有一个只能有一个。b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原每一个原子轨道中子轨道中最多最多只能容纳两个自旋不同的电子只能容纳两个自旋不同的电子。c)因为因为s、p、d、f各分层中原子轨道数为各分层中原

49、子轨道数为1、3、5、7 所以所以各分层中相应最多只各分层中相应最多只能容纳能容纳2、6、10、14个电子个电子。d)每个电子层原子轨道每个电子层原子轨道的总数为的总数为n 个，因此，各电子层中个，因此，各电子层中电子的最大容量为电子的最大容量为2n个个。 洪特(Hund)规则 洪特规则洪特规则基态多电子原子中同一能级基态多电子原子中同一能级的轨道能量相等，称为的轨道能量相等，称为简并轨道简并轨道；基态多；基态多电子原子的电子总是首先电子原子的电子总是首先自旋平行自旋平行地、地、单单独地独地填入简并轨道。填入简并轨道。而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1

50、1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电

51、子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7而而不不是是是是按按洪洪特特规规则则的的基基态态电电子子构构型型N N 1 1s s2 2s s2 2p p1 1s s2 2s s2 2p p原子序数为7作为洪特规则的特例，等价轨道：作为洪特规则的特例，等价轨道： 全充满全充满 p p6 6、d d1010、f f1414 半充满半充满 p p3 3、d d5 5、 f f7 7 全全

52、 空空 p p0 0、d d0 0、 f f0 0 的结构状态比较稳定的结构状态比较稳定洪特(Hund)规则例：例： 19 19号号 K 1s K 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1 原子实结构式为原子实结构式为 Ar4s Ar4s1 1 24 24号号 Cr Ar3d Cr Ar3d5 54s4s1 1原子的电子排布：原子的电子排布：北大徐光宪院士提出用（北大徐光宪院士提出用（n+0.7l）的数值来判断原）的数值来判断原子能量的高低。子能量的高低。离子的电子排布：离子的电子排布：北大徐光宪院士提出用（北大徐光宪院士提出用（n+0.4l）的数值来判

53、断原）的数值来判断原子失电子的先后顺序。子失电子的先后顺序。 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p . （n+0.7l） 1 2 2.7 3 3.7 4.4 4 4.7（n+0.4l） 1 2 2.4 3 3.4 3.8 4 4.4 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 Fe2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6例：写出下列原子和离子的电子排布式例：写出下列原子和离子的电子排布式（苏教（苏教p16） 17Cl 30Zn 24Cr Na+ F- Ca2+ S2-例：下列各组表述中，两个微粒属于同种元素原子例：下列各组表述中，两个微粒属于同种元素

54、原子的是（鲁科的是（鲁科p26）（1）3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子能级有一个空轨道的基态原子和核外电子的排布为的排布为1s22s22p63s23p2的原子的原子（2）2p 能级有一个未成对电子的基态原子和原子能级有一个未成对电子的基态原子和原子的价电子排布为的价电子排布为2s22p5的原子的原子（3）M层全充满而层全充满而N层为层为4s2的原子和核外电子排的原子和核外电子排布为布为1s22s22p63s23p63d64s2的原子的原子（4）最外层电子数是核外电子总数的）最外层电子数是核外电子总数的1/5的原子和的原子和价电子排布为价电子排布为4s24p5的原子的原子四、原子结构和元

55、素周期表四、原子结构和元素周期表1、核外电子排布与周期的关系、核外电子排布与周期的关系2、核外电子排布与族的关系、核外电子排布与族的关系3、核外电子排布与元素周期表的分区、核外电子排布与元素周期表的分区4、元素原子半径的周期性变化、元素原子半径的周期性变化（苏教版必修（苏教版必修2）5、元素第一电离能的周期性变化、元素第一电离能的周期性变化6、元素电负性的周期性变化、元素电负性的周期性变化例：例： （鲁科（鲁科p26）原子结构和元素周期表存在着内）原子结构和元素周期表存在着内在的联系。在的联系。（1）请写出基态原子的外层具有下列电子排布的）请写出基态原子的外层具有下列电子排布的所有元素的名称与

56、符号：所有元素的名称与符号： ns2np3(n=2-4) 3d6-84s2 3d104s1 4s1（2）指出这些元素在周期表中的位置。）指出这些元素在周期表中的位置。（3）外层具有）外层具有4s1电子排布的主族元素的基态原子，电子排布的主族元素的基态原子，容易失去一个电子，形成容易失去一个电子，形成+1价的阳离子，请写出价的阳离子，请写出该阳离子的电子排布式。该阳离子的电子排布式。例：例：A元素的核外电子排布是元素的核外电子排布是4s24p2，则下列，则下列说法正确的是（江苏省说法正确的是（江苏省1998年奥赛初试题）年奥赛初试题）（1）A常温下可与氧气化合为常温下可与氧气化合为AO2（2）A

57、可与浓可与浓HNO3反应反应（3）A单质有很强的金属性单质有很强的金属性（4）A的氯化物的氯化物ACl4可以发生水解反应可以发生水解反应例：元素例：元素X的气态氢化物的分子式为的气态氢化物的分子式为 H2X，这，这种元素的最高价氧化物的水化物的化学式种元素的最高价氧化物的水化物的化学式可能是（浙江省可能是（浙江省2000年奥赛初试题）年奥赛初试题） (A)H2XO3 (B)X(OH)2 (C)H2XO4 (D)H6XO6 【练习【练习1】 2008年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）第十二题（共第十二题（共6分）分）实验测得H3、O3分子构型分别

58、为等边三角形和等腰三角形，O3中OO键夹角为116.8，H3、O3的偶极矩分别为0和0.53D（德拜），请回答下列问题。 （1）说明H3、O3原子间成键情况（2分）HHH 1s 离域2p两个，一个 （2）计算H3、O3中HH、OO键的键矩（3）判断H3、O3中HH、OO键的极性，对于极性键在分子中标明原子所带电荷的正负 （2分） HH OO 非极性共价键 极性共价键OOOOOO HH 键矩为零键矩为零 OO = 0.51D【练习【练习2】画出N2O、NO2的分子结构並说明大键。N- N-O :.N：sp杂化杂化 两个两个34（1分）分） N为中心原子价电子对数目 =（5+0）/ 2 = 2.5

59、 sp ? sp 2 ?键角键角 ONO = 132 sp 2 ；sp 2杂化也会有两种结构式。N：sp2杂化杂化 34 （1分）分） 一些卤素氧化物是酸酐：一些卤素氧化物是酸酐： 例： Cl2O + H2O = 2 HOCl 歧化 2ClO2 + 2OH - = ClO2 - + ClO3 - + H2O 混合酸酐【练习【练习3】 按VSEPR预测Cl2O和ClO2分子的几何构型分子的几何构型Cl2O： O为中心原子 价电子对数目 =（6+1+1）/ 2 = 4 价电子几何分布：四面体（对应“价键理论”sp3 杂化）；.OClCl170pm1100分子几何构型：分子几何构型：V型型ClO2C

60、l中心原子价电子对数目 = 7 / 2 = 3.5 sp 2 ? sp 3 ? 结合键角、键长、磁性、是否双键等分析。 键角键角 OClO = 116.5 sp 2 , 排除sp 3 sp 2 两种可能的结构（a）、（b）。:OCl:O:.:O.Cl:O.:（a） (b) Cl-O部分双键 Cl-O单键 不双聚 双 聚 顺 磁 顺 磁实测：实测：Cl-O键长149 pm Cl-O单键（170pm）ClO2不双聚不双聚排除(b)构型。顺磁顺磁n *53:OCl:O:.:O.Cl:O.:（a） (b) 【练习练习4】： N(CH3)3和 (SiH3)3N用VSEPR理论来判断,它们都是三角锥形,事