物质结构基础与化学基本理论

物质结构基础与化学基本理论第1页，共169页，2023年，2月20日，星期六王兆国电话mail:745100278@

wzg2238@第2页，共169页，2023年，2月20日，星期六教材及参考书目指定教材

《化学》二十一世纪中等职业教育实用教材中国传媒大学出版社

《基础化学》机械工业出版社第3页，共169页，2023年，2月20日，星期六一氧化二氢1、是一种无色，无嗅，无味的化学物质。它每年夺去成千上万人的生命,据不完全统计由于吸入一氧化二氢而导致的死亡率已经接近万分之一，在人类的非正常死亡中位列前十。2、气态一氧化二氢有可能导致严重的灼伤，而长时间不带防护用具处于有固体一氧化二氢存在的环境中会引起生物的组织发黑坏死、生理机能失调；3、若生物体中的一氧化二氢含量过多还会引起汗液、尿液过量分泌，恶心，呕吐和具有肿胀感等症状。此外一氧化二氢会打乱身体组织液中的电解质固有的平衡状态。

第4页，共169页，2023年，2月20日，星期六一氧化二氢4、不仅在许多疾病组织比如说恶性肿瘤中发现，而且大量的科学事实已经证明，一氧化二氢是形成疾病的必要条件。对于使用一氧化二氢上瘾的人们来说，目前没有任何手段能够帮助他们摆脱它，戒掉就意味死亡。5、又名氢氧酸，是酸雨的主要组成部分，能够引发强烈温室效应，促进泥石流和山体滑坡的发育，几乎能够对人类所有材料产生不良影响。对电力设备和机械制动装置有着致命的影响。6、污染正像瘟疫一样扩散!今天的世界，几乎所有的小溪，河流，湖泊和水库均可找到一定量的一氧化二氢，甚至在北极冰川中都发现了这种污染物。每年由于一氧化二氢的过量给人类带来的损失超过百亿美元。

第5页，共169页，2023年，2月20日，星期六优点：尽管它有极端的危险性，但一氧化二氢却是现代工业的宠儿，各国政府因为“它能对经济发展作出贡献”而在工业中大量使用这种物质。需要大量消耗这种物质的部分行业有：核能发电和火力发电、化工行业、农药生产、泡沫塑料、选矿、造纸、皮革鞣制、农药和化肥的施用（值得注意的是这是一种难于完全清除的物质）。

实际上，军事部门一直对一氧化二氢的军事用途有着极大的兴趣，军事部门一直在做有关一氧化二氢的的提纯和应用实验，并且为了能在战争中控制和利用它，设计出了耗资数亿元的武器装备，几乎所有的大国以及一些想在军事上有着长足发展的国家目前都在这方面投入了不少人力物力。几乎每个国家的军事部门都有着复杂的系统以获得纯净的一氧化二氢，在美国军队中这种物质的储备已经超过万吨。

一氧化二氢第6页，共169页，2023年，2月20日，星期六就在官员们打算将法令草案递交市议会之际，3月12日，市执行长官XX先生却由于发现禁止使用一氧化二氢将给本市市民的经济活动和日常生活带来极大的冲击和不便，因此最后终止了这项立法动议。一氧化二氢第7页，共169页，2023年，2月20日，星期六一氧化二氢（水H2O）第8页，共169页，2023年，2月20日，星期六一些化学基本概念化学？

化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。化学是以研究物质的化学变化为主的科学。第9页，共169页，2023年，2月20日，星期六石墨结构石墨金刚石金刚石结构足球烯碳纳米管第10页，共169页，2023年，2月20日，星期六分子？分子是不断运动着的微粒物质的化学性质由分子所决定分子由一定数目的原子组成分子是保持物质化学性质的最小微粒第11页，共169页，2023年，2月20日，星期六并五苯分子结构示意图并五苯分子原子力显微镜照片第12页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子？原子是不断运动着的微粒原子是构成分子的基本微粒原子是可以再分的，原子由更小的微粒(质子、中子、电子等)组成原子是物质进行化学反应的基本微粒第13页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子原子核电子(带负电)(核外)质子(带正电)中子(不带电)不显电性核电荷数=核内质子数=核外电子数原子的构成第14页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子是由居于原子中心带正电的原子核和核外带负电的绕核作高速运动的电子构成的；原子核在原子中只占很小的体积，但集中了原子的绝大部分的质量；原子中质子数等于核外电子数，它们数量相同电性相反，所以原子不带电。第15页，共169页，2023年，2月20日，星期六构成原子的粒子的电性和质量粒子种类电性质量(kg)质子1个单位正电荷1.6726×10-27中子不带电1.6749×10-27电子1个单位负电荷质子质量的1/1836原子的质量绝大部分集中在原子核上，核外电子的质量忽略不计第16页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子量？

注意：相对原子质量不是原子的实际质量，是一个比值相对原子质量的单位是1以碳原子质量的1/12为标准，其他原子的质量跟它的比值相对原子质量=该原子的实际质量标准碳原子质量的1/12

=质子数+中子数第17页，共169页，2023年，2月20日，星期六分子量？分子量是构成分子的所有原子的相对原子质量之和，通常用M表示三聚氰胺第18页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素？元素是原子核里质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称1.具有相同核电荷的原子都具有相同的化学性质，所以元素是以原子核的核电荷数为标准对原子进行分类的2.表示元素的符号与表示原子的符号相同，如H，既表示氢元素，也表示氢原子3.原子是微观概念，元素是宏观概念。原子有量的涵义，元素没有。如

H

和2H第19页，共169页，2023年，2月20日，星期六单质？元素、单质、化合物都是宏观概念，它们都可以通过微观概念——从原子的角度来理解由一种元素组成的物质称为单质，例如H2化合物？由不同种(不止一种)元素组成的物质称为化合物，例如H2O第20页，共169页，2023年，2月20日，星期六SI制中的基本物理量及其单位名称和符号在化学中,前面六种单位是常用单位。国际单位制(SI)物理量长度质量时间电流温度物质的量光强度单位名称米千克秒安培开尔文摩尔坎德拉单位（中）米千克秒安开摩坎符号（英）mkgsAKmolcd第21页，共169页，2023年，2月20日，星期六物质的量？以摩尔为单位来表示组成物质的基本单元数目多少的物理量称为物质的量。通常用符号n表示1.“物质的量”是一种物理量的名称，用于量度物质的基本单元数目，是广度性质的物理量。它的SI单位是mol。2.表示物质的量时，应先指明基本单元。物质的基本单元可以是各种任意指定的微粒如：原子、分子、离子、2H、H2O、3OH-等等。第22页，共169页，2023年，2月20日，星期六阿佛加德罗常数1摩尔基本单元数目与0.012kg碳-12的原子数目相等，这个数目称为阿佛加德罗常数。用NA表示：

NA=6.02×1023例如，1mol12C含有NA个12C原子。1molH2O含有2NA个H原子和1NA个O原子。AmedeoAvogadro1776-1856第23页，共169页，2023年，2月20日，星期六Chemistry化学发展简史第24页，共169页，2023年，2月20日，星期六“化学”一词的由来Chemistry

由“chemia”演化而来。最早出现在埃及第四世纪的记载。化学最早见诸于19世纪中叶伟烈亚力主编的《六合丛谈》，并定义为研究物质本质变化的学问。第25页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学的萌芽

近代化学理论的创立

现代化学的兴起

化学的继往开来

1234第26页，共169页，2023年，2月20日，星期六火山爆发火

从怕火到用火人类与化学最早的接触第27页，共169页，2023年，2月20日，星期六现代海南黎族钻木取火

恩格斯说：“就世界性的解放作用而言，摩擦生火还是超过了蒸汽机，因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物分开。”

利用火是人类走向文明的起点

第28页，共169页，2023年，2月20日，星期六

制陶的实质就是通过烧制来人为地改变粘土的性质，使粘土的组分二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁（MgO）等在烧制过程中发生一系列的化学变化，从而使陶器具备防水耐用的优良性质。陶器不但有新的技术意义，而且有新的经济意义。它使人们处理食物时增添了蒸煮的办法，陶制的纺轮、陶刀、陶挫等工具也在生产中发挥了重要的作用，同时陶制储存器可以使谷物和水便于存放。因此，陶器很快成为人类生活和生产的必需品，特别是定居下来从事农业生产的人们更是离不开陶器。陶器的发明，在制造技术上是一个重大的突破。历史悠久的制陶工艺第29页，共169页，2023年，2月20日，星期六古代炼铜分为干法和湿法。干法炼铜的化学原理：2CuO+C=2Cu+CO2（出现较早，早于炼铁）湿法炼铜的化学原理：CuO+Fe=Cu+FeO（出现较晚，晚于炼铁）炼铜与炼铁

干法炼铜时铜矿里的锡（Sn）等金属元素常一起被还原出来，这种混入了锡的铜（青铜）能极大的降低铜的熔点、提高其硬度和可铸性。青铜器的出现，推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展，把社会文明向前推进了一步。人类文明在石器时代结束后很快进入青铜器时代。

第30页，共169页，2023年，2月20日，星期六古代炼铁：将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650-1000℃温度下，利用炭的不完全燃烧产生一氧化碳，使铁矿石中的氧化铁还原成铁。2C+O2=2COFeO+CO=CO2炼铜与炼铁

铁硬且有延展性，被广泛用于制造各种生产生活器具，当然也用于制造兵器。由于铁比青铜更坚硬，炼铁的原料也远比铜矿丰富，在绝大部分地方，铁器代替了青铜器。人类文明从此进入铁器时代。

铁的发现与应用不仅开辟了人类文明发展进程中的一个新时代，而且也成了现代文明社会的支柱之一。

第31页，共169页，2023年，2月20日，星期六人类最早发明利用的有机化学工艺是酿酒。酒的原料是谷物，用作发酵的催化剂是曲。这是人类最早利用酶催化谷物水解、制作酒精的方法。

古代有机化学工艺

第32页，共169页，2023年，2月20日，星期六油漆是中国古代人民的一大发明。在距今4000年前，中国劳动人民就把漆树的汁经简单处理后涂在物体表面，形成一层高聚物的膜，以保护器具不受空气中氧气、水的腐蚀。油漆的主要作用：防腐、美观。古代有机化学工艺

第33页，共169页，2023年，2月20日，星期六染色工艺在中国的发展也是很早的。在周代，已把青、黄、赤、白、黑五种颜色作为主要颜色，并且用五种颜色染丝帛制衣，以区分人们的身分等级。同时把染色工序概括为煮、湅、暴、染几个步骤，并设有“染人”掌染丝帛。染色所用的原料，据古代文献所载，是经过化学加工而提炼出来的植物性染料，如蓝靛（染蓝）、茜草（染绛）等。

古代有机化学工艺

1972年，中国湖南长沙马王堆古墓中出土的西汉纺织品，色彩仍很清晰，利用近代分析技术，确证朱红色为硫化汞，银灰色为硫化铅，粉白色为绢云母，一共有36种色象。由此可见当时的染料应用技术水平。第34页，共169页，2023年，2月20日，星期六当社会发展到一定的阶段，生产力有了较大提高后，统治阶级对物质享受的要求也越来越高，皇帝和王公贵族自然而然地产生了两种奢望：第一是希望掌握更多的财富，供他们享乐；第二，当他们有了巨大的财富以后，总希望能永远享用下去。于是便出现了炼金术和炼丹术。炼金家和炼丹家夜以继日地在做最原始的化学实验，却从没有一个人达到“点石成金”和“长生不老”的目的。但是，炼丹家和炼金家对化学的兴起和发展是有功绩的，后世之人把他们敬为开拓化学科学的先驱。因此，在英语中化学家（chemist）与炼金家（alchemist）两个名词极为相近，其真正的含义是“化学源于炼金术”。化学的起源

第35页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学的萌芽

近代化学理论的创立

现代化学的兴起

化学的继往开来

1234第36页，共169页，2023年，2月20日，星期六燃烧之谜17世纪以来，欧洲的资本主义生产关系逐渐确定，工业蓬勃发展，冶金、陶瓷、肥皂、玻璃等工业发展很快，人们急需了解燃烧的本质。于是科学家们把注意力集中在探究燃烧的秘密上。

对燃烧现象的解释最具代表性的学说有两个：燃素说和氧化说。其中燃素说的代表人物是波义耳和施塔尔；氧化说得代表人物是拉瓦锡。第37页，共169页，2023年，2月20日，星期六“怀疑派的化学家”英国化学家、物理学家罗伯特·波义耳（RobertBoy1e,1627～1691）

燃素说第38页，共169页，2023年，2月20日，星期六实验中，波义耳使用了天平，把定量的手段带进了化学研究之中。

金属煅烧实验中使用的天平

Cu+O2CuO金属+燃素——>金属灰

第39页，共169页，2023年，2月20日，星期六德国化学家恩斯特·施塔尔（GeorgErnstStahl,1660－1734）

金属—燃素——>金属灰

燃素说第40页，共169页，2023年，2月20日，星期六“化学之父”法国化学家安图瓦·罗朗·拉瓦锡（Antoine-LaurentLavoisier，1743～1794）氧化说燃烧实质是物质和空气中的氧气相化合的过程

第41页，共169页，2023年，2月20日，星期六拉瓦锡的实验设备

座右铭：“不靠猜想，而要根据事实。”第42页，共169页，2023年，2月20日，星期六约瑟夫·拉格朗日痛心地说：“他们可以一瞬间把他的头割下，而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”

1794年

拉瓦锡死于绞刑

第43页，共169页，2023年，2月20日，星期六对物质结构的探索世界是由物质构成的。但是，物质又是由什么组成的呢？物质的化学组成是反映物质内化学元素的质与量的范畴，是人们认识化学结构和化学反应的出发点，其基本理论主要是元素学说和原子分子论。

第44页，共169页，2023年，2月20日，星期六

元素学说是人类在认识物质组成过程中最早提出的学说，是化学组成理论的基础，也是哲学探讨的重要课题。

元素学说中国古人提出了阴阳五行学说，认为万物是由金、木、水、火、土五种基本物质组合而成，而五行则是由阴阳二气相互作用而成的。用“阴阳”这个概念来解释自然界两种对立和互相消长的物质势力，认为二者的相互作用是一切自然现象变化的根源。第45页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素学说而古希腊哲学家亚里士多德在《发生和消灭》一书中论证物质构造时，以四种“原性”作为自然界最原始的性质，它们是热、冷、干、湿，把它们成对地组合起来，便形成了四种“元素”，即火、气、水、土，然后构成了各种物质。

第46页，共169页，2023年，2月20日，星期六在化学发展的历史上，是英国化学家波义耳第一次给元素下了一个明确的定义。

元素学说他指出：“元素是构成物质的基本，它可以与其他元素相结合，形成化合物。但是，如果把元素从化合物中分离出来以后，它便不能再被分解为任何比它更简单的东西了。”

波义耳把化学确立为科学。

——恩格斯第47页，共169页，2023年，2月20日，星期六人类对物质结构的认识是永无止境的，物质是由元素构成的，那么，元素又是由什么构成的呢？1803年，英国化学家道尔顿创立的原子学说进一步解答了这个问题。

原子分子论①一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；②同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；③一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。

第48页，共169页，2023年，2月20日，星期六“近代化学之父”英国科学家约翰·道尔顿JohnDalton(1766～1844)

1801年，“气体分压定律”1803年，“倍比定律”，并引入了元素的相对原子量（提出最初的原子量表）1808年，“道尔顿原子学说”第49页，共169页，2023年，2月20日，星期六受当时科学技术发展水平和形而上学自然观的限制，道尔顿的原子论仍旧存在着缺陷和错误：道尔顿的原子论没有区分原子和分子；在现代科学揭示了原子的内部结构之后，原子不可分割的论点显然是错误的。

原子分子论意大利化学家阿伏加德罗于1811年提出了分子学说：许多物质往往不是以原子的形式存在，而是以分子的形式存在；同温同压下，同体积气体所含分子数目相等。

至此，近代化学总体的理论基础基本建立了，它表明：不同元素代表不同原子，原子按一定方式或结构结合成分子，分子的结构直接决定其性能，分子进一步组成物质。这个理论基础在化学的发展进程中不断深化和扩展。

第50页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学的萌芽

近代化学理论的创立

现代化学的兴起

化学的继往开来

1234第51页，共169页，2023年，2月20日，星期六现代化学的兴起19世纪末，物理学上出现了三大发现，即伦琴射线（X射线）、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。

第52页，共169页，2023年，2月20日，星期六三大发现伦琴射线第53页，共169页，2023年，2月20日，星期六伦琴射线伦琴（1845~1923）及人类史上第一张X光照片

第54页，共169页，2023年，2月20日，星期六放射性居里夫人将铀产生放射线的过程定名为“放射性”，把有放射性的元素命名为“放射性元素”。后来居里夫妇在铀沥青矿石中发现了两种新的放射性元素：钋和镭，并被人们被人们称为“镭的父母”。

第55页，共169页，2023年，2月20日，星期六爱因斯坦说:

“在像居里夫人这样一位祟高人物结束她的一生的时候，我们不要仅仅满足于回忆她的工作成果对人类已经作出的贡献。第一流人物对于时代历史进程的意义，在其道德品质方面，也许比单纯的才智成就方面还要大。”20世纪的化学巨匠----居里夫人

第56页，共169页，2023年，2月20日，星期六电子19世纪后期德国物理学家哥耳德斯坦发现阴极射线后，伦琴从放电管阴极发出的射线发现了X射线，贝克勒尔又从对X射线的研究发现了铀的天然放射性，居里夫妇又进一步研究发现了镭。但阴极射线本身到底是什么呢？

1897年，英国物理学家汤姆生通过稀薄气体放电实验，揭开了阴极射线的真面目：阴极射线是带负电的物质粒子，他称之为“微粒”，后被命名为“电子”。

第57页，共169页，2023年，2月20日，星期六后来，汤姆生巧妙地将电场和磁场结合起来，首先测出了阴极射线的速度，并进一步测量出了阴极射线中带负电的“粒子”所携带的电荷量和它的质量的比值，称为“荷质比”。汤姆逊还发现，不论射线是怎样产生的，对于射线中的粒子来说，都具有相同的荷质比值。第58页，共169页，2023年，2月20日，星期六“葡萄干布丁”原子结构模型

电子的发现，明确地表明“原子”是可以再分的。那原子到底具有怎样的内部结构呢？汤姆生在缺乏实验证据的前提下，通过主观臆想勾勒出了“葡萄干布丁”原子结构模型。电子的发现标志着科学的一个新时代。从此，人们打开了神秘的原子世界的大门，物理学进入了微观世界的新纪元。人们称汤姆生是“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。第59页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子结构的秘密汤姆生发现电子的事实，使人们打破了原子是不可分割的物质最小单位的概念。既然电子是从原子里出来的，那么除电子之外，原子里还有什么东西呢？电子在原子里又是怎样分布的呢？汤姆生提出的“葡萄干布丁”原子结构模型是不是正确的呢？

对这些疑问的探索加速了现代物理、化学理论的发展，“量子论”的诞生也就顺理成章了。第60页，共169页，2023年，2月20日，星期六20世纪初，德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”，从此开启了现代物理理论的新纪元。普朗克的量子学说认为，辐射是由一份一份的能量组成的，就如物质是由一个个原子组成的一样。辐射中的一份能量即是一个量子。量子的能量大小取决于辐射的波长，波长越短，能量越大；波长越长，能量越小。普朗克量子论

第61页，共169页，2023年，2月20日，星期六普朗克量子论

普朗克（1858~1947）

量子论的奠基人

第62页，共169页，2023年，2月20日，星期六爱因斯坦光子学说

为了解释光电效应，1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上提出了光子学说。光电效应示意图

第63页，共169页，2023年，2月20日，星期六爱因斯坦光子学说

爱因斯坦光子学说认为：光和原子、电子一样也具有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他把这种粒子叫光量子（简称光子）。根据爱因斯坦光子学说，光是一束光子流。每一个光子携带的能量E与光的频率ν成正比，而与光强度无关。光子流的密度才与光强度成正比。第64页，共169页，2023年，2月20日，星期六爱因斯坦光子学说

爱因斯坦（1879~1955）

第65页，共169页，2023年，2月20日，星期六卢瑟福行星原子模型

根据α粒子散射实验结果，卢瑟福在1911年提出了“行星原子模型”：原子的中心有一个核心，叫做原子核。电子围绕原子核在不停地旋转，原子质量的绝大部分以及原子内的全部正电荷都集中在原子核上。第66页，共169页，2023年，2月20日，星期六卢瑟福行星原子模型

α粒子散射实验示意图第67页，共169页，2023年，2月20日，星期六卢瑟福（1871~1937）

原子核物理之父

第68页，共169页，2023年，2月20日，星期六玻尔理论

氢原子光谱是不连续的线状光谱。近代原子结构理论的研究是从最简单的氢原子光谱开始的。第69页，共169页，2023年，2月20日，星期六玻尔理论

核外电子是分层排布的。

1913年，丹麦物理学家玻尔结合氢原子线状光谱的实验事实，在普朗克量子论、爱因斯坦光子学说、卢瑟福行星原子模型的基础上提出著名的“玻尔理论”。三个假设：定态假设轨道假设跃迁假设第70页，共169页，2023年，2月20日，星期六玻尔理论的成功之处引入了量子的概念成功地解释了氢原子光谱的实验结果能计算氢原子的电离能玻尔理论的局限性无法解释氢原子光谱的精细结构不能解释多电子原、分子的光谱无法解释原子如何形成分子即化学健的本质玻尔理论并未完全冲破经典力学理论的束缚，仍然把微观粒子（电子）在原子核外的运动视为太阳系模型那样沿着固定轨道绕核旋转。

第71页，共169页，2023年，2月20日，星期六微粒说与波动说光是什么？光是一种非常细小的粒子流

光是由于介质的振动而产生的一种波

微粒说波动说光的直线传播、光的反射光的干涉、光的折衍射第72页，共169页，2023年，2月20日，星期六光的干涉

杨氏双缝干涉实验

物理学史上最经典的实验之一证明了光的波动性

两列或几列光波在空间相遇时相互迭加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。第73页，共169页，2023年，2月20日，星期六光的衍射光的单缝衍射

光的圆孔衍射

光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。第74页，共169页，2023年，2月20日，星期六光的衍射

菲涅耳对于光的衍射的解释及泊松亮斑的事实再一次证明了光的波动性。

1819年，为了解释光的衍射，法国工程师菲涅耳革命性地认为光是一种横波（也就是类似水波那样，振子作相对于传播方向垂直运动的波）。从这个观点出发，他以严密的数学推理，圆满地解释了光的衍射。第75页，共169页，2023年，2月20日，星期六波粒二象性麦克斯韦电磁理论

法拉第麦克斯韦赫兹法拉第电磁感应定律麦克斯韦电磁理论实验证明电磁波的存在地基主体封顶第76页，共169页，2023年，2月20日，星期六解释光电效应对于这些事实，麦克斯韦电磁理论无法给出合理的解释。

对光电效应的研究发现两个事实：光能否打击出电子来，只和光的频率有关。

光能否打击出电子来，与光的强度无关。

？1905年，爱因斯坦提出光量子（光子）假说，从量子论的角度出发很好的解释了光电效应。

频率更高的光线，它的单个光量子具有更高的能量，因此光的频率决定能否激发出电子。光线的强度与光量子的能量无关，强光只不过包含了更多数量的光量子而已，所以光的强度决定激发出的电子数目。第77页，共169页，2023年，2月20日，星期六康普顿效应上帝缔造了光，爱因斯坦指出了什么是光，而康普顿，第一个在真正意义上“看到”了光。

爱因斯坦提出光量子假设后，美国物理学家康普顿就通过实验证明了光子的存在。

第78页，共169页，2023年，2月20日，星期六波粒二象性光的波动性光的干涉光的衍射光的电磁说光的粒子性光电效应光子说康普顿效应只是矛盾？第79页，共169页，2023年，2月20日，星期六光具有波粒二象性光的波动性光的粒子性大量光子传播过程单个光子与其它物质相互作用对立统一波粒二象性第80页，共169页，2023年，2月20日，星期六波粒二象性1924年法国物理学家德布罗意在光的波粒二象性的启发下，大胆地提出了电子、原子、分子等微观粒子也具有波粒二象性的假设。

德布罗意预言微观粒子运动的波长λ和它的动量P可通过普朗克常数联系起来：λ：物质波的波长或德布罗意波长第81页，共169页，2023年，2月20日，星期六子弹，m=2.5×10-2Kg,v=300m/s;电子，me=9.1×10-31Kg,v=5.9×10-5m/s;

波长：子弹

=h/(mv)=6.6×10-34/(2.5×10-2

300) =8.810-35(m)可忽略，主要表现为粒性。电子

=h/(mv) =6.6×10-34/(9.1×10-31

5.9×10-5) =1210-10(m)=1.2nm[例]第82页，共169页，2023年，2月20日，星期六波粒二象性波粒二象性是微观粒子运动的特征。

后来的实验又证实了微观粒子，如运动着的质子、中子、α粒子等，都有衍射现象。第83页，共169页，2023年，2月20日，星期六薛定谔方程解薛定谔方程，就可以求出描述微观粒子运动状态的函数──波函数ψ，以及与此状态相应的能量E。

描述微观粒子运动规律微粒质量m体系总能量E

波函数ψ

波动性

微粒性

第84页，共169页，2023年，2月20日，星期六薛定谔——建立了波动力学海森堡——建立了矩阵力学狄拉克——量子力学的“集大成者”数学上来说是等价的第85页，共169页，2023年，2月20日，星期六不确定性原理1927年，海森堡在建立矩阵力学的过程中，提出了量子力学中一个基本原理——不确定性原理，其表现形式为海森堡关系式：

Δx为位置的不准量，Δp为动量的不准量，h为普朗克常数

测量微观粒子时，位置和动量的误差的乘积必定要大于普朗克常数h。不确定性原理是由微观粒子的本性即波粒二象性所决定的。

第86页，共169页，2023年，2月20日，星期六不确定性原理不确定性原理并不是说微观粒子的世界及其运动是虚无飘渺、不可认识的，而只是说明不能把微观离子和宏观物体一样用经典力学的方法来处理。

80年前，两位20世纪最伟大的物理巨擘就不确定性原理“华山论剑”，其中有过这样一段经典的对白：玻尔，亲爱的上帝不掷骰子！爱因斯坦，别去指挥上帝应该怎么做！第87页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学的萌芽

近代化学理论的创立

现代化学的兴起

化学的继往开来

1234第88页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学的今天目前，对化学学科进行进一步的划分，除了无机化学、有机化学、分析化学和物理化学之外，出现了高分子化学、生物无机化学、生物有机化学、药物化学、固体化学、金属有机化学、激光化学、计算机化学、量子化学、表面化学等学科分支，研究目标进一步细化，针对性更强，解决生产和科研中的具体问题时效果更明显。第89页，共169页，2023年，2月20日，星期六信息科学光导纤维内窥镜第90页，共169页，2023年，2月20日，星期六第91页，共169页，2023年，2月20日，星期六形状记忆合金发动机第92页，共169页，2023年，2月20日，星期六形状记忆合金第93页，共169页，2023年，2月20日，星期六生命科学氨基酸第94页，共169页，2023年，2月20日，星期六DNA第95页，共169页，2023年，2月20日，星期六材料科学第96页，共169页，2023年，2月20日，星期六第97页，共169页，2023年，2月20日，星期六第98页，共169页，2023年，2月20日，星期六第99页，共169页，2023年，2月20日，星期六第100页，共169页，2023年，2月20日，星期六纳米材料制备高效太阳能电池

第101页，共169页，2023年，2月20日，星期六南理工纳米材料工程中心第102页，共169页，2023年，2月20日，星期六环境科学太阳灶第103页，共169页，2023年，2月20日，星期六超分子化学计算机化学绿色化学化学的明天。。。。。。第104页，共169页，2023年，2月20日，星期六1．揭示物质的结构和性能之间的关系（结构决定性质，性质反映结构）。帮助我们预测物质的性能2．合成或分离预测物质的新材料3．从分子水平上认识生命现象4．实现绿色合成，实现社会的可持续发展第105页，共169页，2023年，2月20日，星期六碳的三种同素异形体和碳纳米管的结构模型第106页，共169页，2023年，2月20日，星期六思考:以上物质都是由碳元素组成的,但为什么它们的性质和用途却存在很大的差异,为什么?结构决定性质第107页，共169页，2023年，2月20日，星期六中国的化学史造纸、磁器、火药是化学史上的伟大发明。二世纪中国造纸的流程中国的化学史也是毫不逊色的。大约5000－11000年前，我们已会制作陶器，3000多年前的商朝已有高度精美的青铜器。在十六、十七世纪时，中国算得上是世界最先进的国家。第108页，共169页，2023年，2月20日，星期六“国宝”

侯德榜著名化学家，侯氏制碱法的创始人

一，揭开了索尔维制碱法的秘密

二，创立了中国人自己的制碱工艺——侯氏制碱法

三，发展了化肥工业第109页，共169页，2023年，2月20日，星期六第110页，共169页，2023年，2月20日，星期六公元前100年中国发明造纸术。公元105年东汉蔡伦总结并推广了纸技术，而欧洲人还在用羊皮抄书呢！中国化学史上的“世界第一”公元700--800年唐朝孙思邈在《伏硫磺法》中记载了黑火药的三组分（硝酸钾、硫磺和木炭）。火药于13世纪传入阿拉伯，14世纪才传入欧洲。公元800年唐朝茅华是世界上第一个发现氧气的人。他比英国的普利斯特里（1774年）和瑞典的舍勒（1773年）发现氧气早约1000年。公元前600年中国已掌握冶铁技术，比欧洲早1900多年。公元前200年，中国炼出了球墨铸铁，比英美领先2000年。第111页，共169页，2023年，2月20日，星期六Chemistry物质结构基础第112页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子核外电子的运动规律20世纪20年代，以微观粒子的波粒二象性为基础发展起来的量子力学建立了比较符合微观世界实际的物质结构近代理论。在一般的化学反应当中，原子核不发生变化，只是核外电子的数目和运动状态发生了变化，从而使原子结合方式也发生了变化。因此，原子核外电子的运动规律和外层电子的结构，就成为化学领域研究的重要问题之一。第113页，共169页，2023年，2月20日，星期六波粒二象性统计性量子化原子核外电子运动特性决然不同于宏观物体的运动规律第114页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素周期表近代原子分子论的确立，使化学家对元素的概念有了更科学的认识。通过实验手段，人们搞清了许多化合物的组成，发现了一大批新的元素，积累了大量关于元素及其化合物的感性材料。但这些材料庞杂凌乱，如何来归纳整理？同时，化学家也在思考：地球上到底有多少种元素？如何去寻找新元素？第115页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素周期律19世纪60年代，俄国著名化学家门捷列夫和德国化学家迈耶尔等分别根据相对原子质量的大小，将元素进行分类排队，发现元素性质随相对原子质量的递增呈明显的周期性变化的规律，由此发现了自然界中一个极其重要的规律——元素周期律。

1869年，门捷列夫提出第一张元素周期表。第116页，共169页，2023年，2月20日，星期六德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫发现化学元素周期律，并列出第一张元素周期表

是近代化学史上的又一座光辉夺目的里程碑，对以后整个化学和自然科学的发展都具有普遍的指导意义。

第117页，共169页，2023年，2月20日，星期六现代元素周期表1905年，维尔纳（1913年诺贝尔奖获得者）制成了现代形式的元素周期表，而当时还不知道原子序数的实在物理意义。1913年，英国物理学家莫斯莱发现，门捷列夫周期表里的原子序数原来是原子的核电荷数。从此，元素周期律被表述为：元素以及由它们形成的单质和化合物的性质，随着元素的原子序数，即原子核电荷数递增而呈现周期性的变化规律。根据元素周期律，把电子层数目相同的种元素，按原子序数递增的顺序从左到右排成横行，再把不同横行中最外层的电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序自上而下排成纵行，这样就得到了元素周期表。元素周期表共有7个横行，18个纵行。每一个横行叫作一个周期，每一个纵行叫作一个族。元素周期律是自然科学的一个基本定律，这个定律使人们对化学元素的认识形成了一个完整的体系，使化学成为一门系统的科学。

第118页，共169页，2023年，2月20日，星期六第119页，共169页，2023年，2月20日，星期六第120页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素性质变化的周期性减小增大原子半径第121页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子半径同一元素：r（负离子）>r（原子）>r（正离子）

同一周期元素：从左向右，原子半径变化的总趋势是逐渐减小的。

同一族元素：电子层数的增加引起原子半径显著增大。

第122页，共169页，2023年，2月20日，星期六增大减小电离能第123页，共169页，2023年，2月20日，星期六电离能同一周期元素：从左到右电离能变化的总的趋势是增大的，但有曲折起伏。同一主族元素：从上到下，电离能减小。同一副族元素：副族的电离能变化幅度小，规律性也不强。第124页，共169页，2023年，2月20日，星期六电子亲和能同一周期元素：从左到右，电子亲和能增大。同一族元素：由上而下，电子亲和能减小。第125页，共169页，2023年，2月20日，星期六电负性分子中原子吸引成键电子的能力

1932年，为了综合表示元素的原子得、失电子的能力，美国化学家鲍林首先提出电负性的概念，并指定氟的电负性为4.0，电负性是一相对数值。电负性越大，原子在分子中吸引成键电子的能力越强。一般情况下，金属元素的电负性小于2.0，非金属元素的电负性大于2.0。第126页，共169页，2023年，2月20日，星期六增大减小电负性第127页，共169页，2023年，2月20日，星期六电负性同一周期元素：从左到右，元素电负性逐渐增大。

同一族元素：从上到下，元素电负性递减。

第128页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学键简介离子键共价键金属键化学键：分子中直接相邻的两个（或多个）原子（或离子）之间的强相互作用。化学键第129页，共169页，2023年，2月20日，星期六离子键由异种电荷离子的吸引所产生的化学结合力称为离子键。离子键的形成包括形成正、负离子和成键两个过程。

当电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子相遇时，容易发生电子的转移，形成正、负离子，从而都达到稀有气体原子稳定结构。当正离子和负离子相互靠近时，正、负离子通过静电引力结合在一起，形成化合物。由离子键形成的化合物叫做离子化合物。第130页，共169页，2023年，2月20日，星期六离子键的特征离子键的本质是静电引力。离子键既无方向性也无饱和性。第131页，共169页，2023年，2月20日，星期六共价键原子间靠共用电子对结合起来的化学键1916年，美国化学家路易斯提出了共价键学说。由共价键形成的化合物叫做共价化合物。第132页，共169页，2023年，2月20日，星期六共价键1927年，德国化学家海特勒（W.Heitler）和伦敦（F.London）首先用量子力学求解氢分子的薛定谔方程后，初步揭示了共价键的本质。1931年，鲍林（L.Pauling）等人进一步提出了杂化轨道理论。1932年，美国的密立根（R.S.Mullikin）等人提出了分子轨道理论，从而使共价键理论日趋完善。

第133页，共169页，2023年，2月20日，星期六共价键的特征键具有方向性。键具有饱和性。共价键必须由两个原子中自旋方向相反的单电子配对而成。而每个原子具有的单电子数目是一定的，所以它能形成的共价键的数目也是一定的。

不同类型的原子轨道在空间的伸展方向不同，成键时，只有同号原子轨道在一定方向实现最大程度重叠才能形成稳定的共价键。第134页，共169页，2023年，2月20日，星期六金属键由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。金属键既没有方向性，也没有饱和性。第135页，共169页，2023年，2月20日，星期六一、元素和元素符号自然界里的物质，有的是由同种元素组成的，如氧气是由氧元素组成的，铁是由铁元素组成的，像这种由同种元素组成的物质叫做单质。有的单质由分子构成，如氧气、氢气、氮气等；有的单质由原子构成，如铁、镁、铜、铝、银等。化学的基本概念第136页，共169页，2023年，2月20日，星期六

根据单质的不同性质，单质一般可分为非金属和金属两大类。例如氢气、氧气、硫、磷等都属于非金属单子。铁、铜、铝、银、锡等都属于金属单质。

有些物质的组成比较复杂。例如氯化钠是由钠和氯两种不同元素组成的；硫酸铜是由铜、硫和氧三种不同的元素组成的；碳酸氢钠是由碳、氧、氢和钠四种不同的元素组成的。像这些由不同元素组成的物质叫做化合物。第137页，共169页，2023年，2月20日，星期六元素符号具有二种意义：表示一种元素；表示这种元素的一个原子；元素符号表示元素的原子量

例如，元素符号“O”既表示氧元素，也表示一个氧原子和氧的原子量。表示每种元素的名称都有一个专用的汉字。气态非金属元素的名称都有“气”字头，液态非金属元素的名称有“氵”旁，固态非金属元素的名称都有“石”字旁，金属元素的名称都有“钅”字旁（汞除外）。第138页，共169页，2023年，2月20日，星期六二、原子组成元素的最小单元。由原子核和围绕原子核运动的电子组成。原子（atom）指化学反应的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。原子核外分布着电子，电子跃迁产生光谱，电子决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性有着很大的影响。所有质子数相同的原子组成元素，原子中的三等式：核电荷数=质子数=核外电子数＝原子序数分子和原子的根本区别是在化学反应中分子可分原子不可分第139页，共169页，2023年，2月20日，星期六原子结构示意图

原子结构示意图是表示原子核电荷数和电子层排布的图示形式。小圈和圈内的数字表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的电子数。第140页，共169页，2023年，2月20日，星期六1,核外电子是分层排列的,从里到外1,2,3,4,5,6,7.

2,第一层最多2个电子,第二层最多8个电子,最外层不超过8个电子.倒数第二层不超过18个电子，倒数第三层最多不超过32个电子。

3,最外层8个电子的结构叫做稳定结构（特殊的是稀有气体中的氦是最外层2个电子）.

4,金属原子最外层电子数<4易失电子.

5.每层最多排2×(n)^2个电子（n表示层数）非金属原子最外层电子数≥4容易得到电子.化学性质不稳定稀有气体最外层电子数是8个.He:(2个)不得不失（达到最稳定状态，所以稀有气体性质较稳定）。第141页，共169页，2023年，2月20日，星期六怎样了解原子结构示意图

现以磷原子结构示意图为例，具体说明。

“Ο”，表示原子核，圈内“+”号，表示质子所带电荷的性质；圈内数字“15”，表示核内15个质子；圈外弧线，表示电子层，弧线所夹的数字为该层容纳的电子的数目。磷原子有3条弧线，表示它共有3个电子层。2,8,5表示第一、二、三电子层有2,8,5个电子。(K、L、M、N、O、P、Q由里到外）第142页，共169页，2023年，2月20日，星期六三、分子分子是独立存在而保持物质化学性质的最小粒子。分子有一定的大小和质量；分子间有一定的间隔；分子在不停的运动；分子间有一定的作用力。分子由原子组成,原子由原子核跟核外电子组成,原子核则由质子跟中子组成。第143页，共169页，2023年，2月20日，星期六四、分子式和分子量1、分子式（1）分子式的定义：各种纯净物都有一定的组成，化学上常用元素符号表示物质的分子组成。例如氧分子、氢分子、水分子、硫化氢分子和二氧化碳分子的组成，可分别用O2、H2、H2O、H2S、CO2来表示；把这种用元素符号表示物质分子组成的式子叫做分子式。不同的物质其分子式也不同，一种物质只有一个分子式。第144页，共169页，2023年，2月20日，星期六（2）分子式的写法①单质分子式的写法单质是由同种元素组成的。写单质分子式时，先写元素符号，然后在元素符号的右下角，写一个数字。用这个数字来表示这种单质的一个分子里所含原子的数目（原子数是1时不写）。例如，氧气、氢气的每个分子里都含有两个原子，所以它们的分子式分别写成O2、H2。惰性气体是由单质组成的，通常用元素符号表示它们的分子式。例如氦气、氖气分别用He、Ne表示。金属单质和固体非金属单质，习惯上是用它们的元素符号来表示它们的分子式。如铁用Fe表示，磷用P表示，钾用K表示。第145页，共169页，2023年，2月20日，星期六②化合物分子式的写法化合物是由不同的元素组成的。写化合物分子式时，必须知道这种化合物是由哪几种元素组成的，以及这种化合物的一个分子里，每种元素各有多少个原子。然后先写出元素符号，在每种元素符号右下角写个数字，以标明这种化合物的一个分子里所含该元素的原子数目。例如，二氧化碳的分子式写成CO2，氯化铵的分子式写成NH4Cl。由氧元素与另一种元素组成的化合物，书写分子式时，一般氧元素符号写在右方，另一种元素写在左方，如上述两例的CO2和NH4Cl。

第146页，共169页，2023年，2月20日，星期六

分子式用来表示物质的一个分子，如果要表示物质的几个分子，即在分子式前面加上系数，标明该物质的分子数。例如，要表示2个氢分子，就写成2H2，5个水分子，就写成5H2O。

化合物名称的读法，一般是从右向左读作“某化某”。例如，KCl读作氯化钾；有时还要读出化合物每一个分子里元素的原子个数。例如，CO2读作二氧化碳。第147页，共169页，2023年，2月20日，星期六五、常用的化学用语熟记下列元素名称及符号、O氧H氢N氮Cl氯C碳P磷S硫、K钾Ca钙Na钠Mg镁Al铝Zn锌Fe铁Cu铜Hg汞Ag银Mn锰Ba钡常见化学式、单质：氢气H2氧气O2氮气N2碳C磷P硫S第148页，共169页，2023年，2月20日，星期六、化合物氧化物：水H2O二氧化碳CO2一氧化碳CO二氧化硫SO2三氧化硫SO3

五氧化二磷P2O5氧化钙CaO氧化钠Na2O酸：盐酸HCl盐酸硫酸H2SO4硝酸HNO3

磷酸H3PO4碳酸H2CO3亚硫酸H2SO3

碱：氢氧化钠NaOH氢氧化钾KOH氢氧化钙Ca(OH)2

盐：氯化钠NaCl碳酸钠Na2CO3氯化钙CaCl2氯化钾KCl硫酸钠Na2SO4碳酸钙CaCO3氯酸钾KClO3硝酸钾KNO3氯化铵NH4Cl硝酸铵NH4NO3硫酸铵(NH4)2SO4

碳酸氢铵NH4HCO3碳酸氢钠NaHCO3有机物：尿素CO(NH2)2

第149页，共169页，2023年，2月20日，星期六2、相对分质量化学式中各个原子的相对原子质量的总和，就是相对分子质量，用符号Mr表示。根据分子式，可以算出物质的相对分子量。例如，氧气的分子式是O2，那么氧气的分子量就是两个氧原子的原子量之和。已知氧的原子量为16，所以O2的相对分子量=16×2=32。磷酸一铵的分子式是NH4H2PO4，它是1个氮原子的原子量（14）、6个氢原子的原子量（1）、1个磷原子的原子量（31）和4个氧原子的原子量（16）之和。即NH4H2PO4的分子量=14+6×1+31+16×4=115。相对分子质量在数值上等于摩尔质量，但单位不同。相对分子质量的单位是1，而摩尔质量的单位是g/mol。

第150页，共169页，2023年，2月20日，星期六3、分子式和分子量的应用（1）、根据分子式可以计算组成物质的各元素的质量比，例如：水的分子式是H2O，那么组成水分子的氢元素和氧元素的质量比是1×2:16=1:8。（2）、根据分子式还可以计算出物质中某一元素的百分含量。例如：计算氯化钾（KCl）中钾元素的百分含量。先计算出氯化钾的分子量：KCl的分子量=39+35.5=74.5，再计算出钾元素在氯化钾中的百分含量

K/KCl×100%=39/74.5×100%=52.3%。第151页，共169页，2023年，2月20日，星期六六、物质的量1、概念物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一，是一个物理量的整体名词。其符号为n，单位为摩尔(mol)，简称摩。物质的量是表示物质所含微粒数(N)（如：分子，原子等）与阿伏加德罗常数(NA)之比，即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。其表示物质所含粒子数目的多少。第152页，共169页，2023年，2月20日，星期六2、阿伏伽德罗常数（1）概念：1mol的任何物质所含有的该物质的微粒数叫阿伏伽德罗常数，近似值为NA=6.0221367×10^23。（2）1mol任何微粒的粒子数为阿伏伽德罗常数,其不因温度压强等条件的改变而改变。（3）应用阿伏伽德罗定律及理论(在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子)时要满足：物质在所给温度,压强下为气体。第153页，共169页，2023年，2月20日，星期六3.摩尔质量定义：单位物质的量的物质所具有的质量(1mol物质的质量）叫摩尔质量，即1mol该物质所具有相对原子质量与摩尔质量的数值等同。1mol近似值为6.02×10^23摩尔质量(M)单位g/mol(公式M=m/n)

物质的量（n）、质量（m）、摩尔质量（M）之间的关系为：n=m/M

物质的量(mol)=物质的质量(g)/物质的摩尔质量(g/mol)几个基本符号物质的量—n物质的质量—m摩尔质量—M粒子数（微粒的个数）—N

阿伏加德罗常数—NA相对原子质量—Ar相对分子质量—Mr第154页，共169页，2023年，2月20日，星期六溶液的浓度1、定义溶液浓度可分为质量浓度、体积浓度和质量-体积浓度三类。（1）质量百分浓度：溶液的浓度用溶质的质量占全部溶液质量的百分率表示的叫质量百分浓度，用符号%表示。例如，25%的葡萄糖注射液就是指100克注射液中含葡萄糖25克。质量百分浓度（%）=溶质质量/溶液质量100%（2）体积浓度：摩尔浓度溶液的浓度用1升溶液中所含溶质的摩尔数来表示的叫摩尔浓度，用符号mol/L表示，例如1升浓硫酸中含18.4摩尔的硫酸，则浓度为18.4mol/L。摩尔浓度（mol/L）=溶质摩尔数/溶液体积（升）

第155页，共169页，2023年，2月20日，星期六溶液的浓度（3）以单位体积溶液里所含溶质B（B表示各种溶质）的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。常用单位：mol/L或mol/m3。气体的体积V=物质的量(mol)x气体摩尔体积(Vm)相关公式n=cvn=N/NAn=m/Mn=V/Vm第156页，共169页，2023年，2月20日，星期六化学方程式1、概念：也称为化学反应方程式，是用化学式表示不同物质之间化学反应的式子化学方程式反映的是客观事实。因此书写化学方程式要遵守两个原则：一是必须以客观事实为基础，绝不能凭空臆想、臆造事实上不存在的物质和化学反应；二是要遵守质量守恒定律，等号两边各原子种类与数目必须相等。