经全国中小学教材审定委员会 2004年初审诵过 普通高中课程标准实验教科书 化学 选修3 物质结构与性质 人民教育出版社课程教材研究所 化学课程教材研究开发中心等善 Ch C 人八诉社
目录 ++··· 引言 第一章原子结构与性质 第一节原子结构 第二节原子结构与元素的性质 归纳与整理 2. 复习题 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第二节分子的立体结构 第三节分子的性质 归纳与整理 复习题 第三章晶体结构与性质 第一节晶体的常识 第二节分子晶体与原子晶体 第三节金属晶体 第四节离子晶体 归纳与整理 复习题 开放性作业 元素周期表
一一 引言 化学研究的是构成宏观物体的物质。对物质的研究可以分为物质的组成与结构和物质的性质与变化 两个方面。物质的这两个方面是一种什么关系呢?是物质的组成与结构决定了物质的性质与变化,还是 物质的性质与变化决定了物质的组成与结构?你可能感到这个问题很可笑,是不必问的,当然是物质的 组成与结构决定了物质的性质与变化。然而,人类并不是从一开始就认识到这一点的,而且,时至今 日,仍有许多人认为物质的性质与变化决定了物质的组成与结构 古希腊曾盛行一种叫做"原性论”的哲学,把世界万物的本原归结为四种基本性质—冷、热 千、湿;它们双双结合,便形成四种基本元素—土、水、气、火;四种元素再按不同出例结合,便得 到世间万物,可见,原性论认为物质的性质与变化决定了物质的组成与结构。 我国也有类似的自然哲学,例如,我国古代的炼丹术士认为,吞食金石矿物,可以把金石的杭腐蚀 性直接移植给人体,使人长生不老,这不也是认为性质决定了物质吗? 而今,人们已经搞清楚了,物质的组成与结构决定了物质的性质与变化;物质性质的改变是物质的 阻组成与结构发生了变化的结果。 那么,物质的组成与结构如何决定性质呢? 首先你会想到:物质的元素组成决定了性质。例子举不胜举呀!铁易生锈,真金却不怕火炼;钠与 氯反应,钠失电子,氯得电子,不会相反;氟、氰、溴、碘性质相似,因都能成盐而总称卤素;锂 钠、钾、铷、铯性质也相似,因氢氧化物都是强碱而总称碱金属……为什么不同元素有不同性质?为什 么有的元素性质相似?归根结底,是它们的原子结构不同或相似。原子结构如何决定物质的性质?这正 是本书第一章要跟你和休的同学们在化学]、化学2的基础上继续深入讨论的 在通常条件下,除了稀有气体,所有其他元素的原子总是跟同种或异种原子结合而存在,于是有了 分子,你或许能不假思索地举出许多例子说明,分子的组成决定了物质的性质:O2和O是同素异形 体,空气中的O2是我们须不能离开的,而空气里的O却不应多于1.2mg/L,否则有害;CO易燃 CO2却能灭火…… 有的分子组成相同,却有不同的性质。例如,C2HO有两种不同的结构—乙醇(C臼3CH2OE)和 甲醚(2COCH),前者与水互溶而后者不能,像乙醇和二甲醚这样的组成相同而结构不同的物质被 称为同分异构体。同分异构体的存在说明,物质的结构也是决定物质性质的重要因素。 乙游和二甲醍组成相同,结构不同(图中原子:照C:白H:红D) 有时,分子组成完全不同,却由于有类似的结构而有某些相近的性质,下面是一个例子:1933 村玛克( G Domagk:1895-1964)将第.种磺胺药-)氢基苯磺酰胺应用于医学:因而荣获1939年
诺页尔生痤孚亟医学奖。过了许多年,生杨化学豪才擋清殪,磺胺药乏所以館菌,癌由子硬胺药在结 构上类似于纸菌必须的营养物—对氮基苯甲酸,纸菌误将磺胺药当作对氮基苯甲酸,才被杀死。请看 看下面两张图,对氮基苯磺酰胺和对氮基苯甲酸的结构何其相似乃尔①! 在这里,我们不应当忘记化学家的贡献,若 化学家没有合成对氮基苯磺酰胺(1908年),哪 会有磺胺药7后来化学家还合成了许多不同结构 的磺胺药,形成一个磺胺药大家族 2]世纪化学的重要课题之一是模拟生物体 对氨基苯确酰胺 对氨基苯甲酸 中酶的结构,通过分子设计,创造与酶的结构相 (图中原子:C:白H:蓝N;红口:黄5) 似从而具有酶的性质的物质。 我们在第二章将讨论如何在化学1、化学2的基础上继续深入认识分子的结构与性质, 晶体结构是决定物质性质的又一个重要因素。最简单的例子莫过于金刚石与石墨。如果你不学化 学,无论如何不会想到珍费坚硬的金刚石和价廉柔软的石墨竞然都是碳的单质!它们的性质为什么不 E同?是由于金刚石和石墨的晶体结构不同。组成相同而晶体结构不同的物质比比皆是。另一个例子是 E壳的无机成分主要是CaCO,而贝壳有外层和内层之分,分别是两种晶体结构不同的碳酸钙,外壳 叫方解石,内层叫薇石,各有各的功能—方解石因坚硬而起保护作用,蕞石因光滑而使软体自由移 动。下图是鲍鱼及其剖面图,图中标出了它的两层不同结构的壳 核状韵方解石 珠光(石 软体 你或许可以粗浅地从右下面两张图中看出,叢石与方解石的晶体结构是不同的 或许你看不懂这些图,不要紧!本书第三 章将在化学1、化学2的基础上使你初步学会 如何考察晶体的结构,初步认识晶体的结构与 性质的关系 莎土比亚曾偕哈姆雷特之囗感叹道: There are more things in heaven and earth, ho- ratio, than are dreamt of in your philosophy @ Harmlet:Act], Scene v,《哈姆雷特》第一 幕第五景),世上万物,神奇莫测,常常超乎 石的晶体结构图 方解石的晶体结构图 人们按常理”的想像。学了本书,也许能使 二你想像的翅膀变得更有力吧 ①"何其相似乃尔”一毛泽东,因奇故引之 Q《给婚货统》中译本此句函为:“天她之大x瑙修c比你所能楚想到的多出更多”《注:鼓弱俊是缝统的密友
1原子结构 开天辟地—原子的诞生 现代大爆炸宇宙学理论认为,我们所在的竽宙诞生于一次 原子结构 atomic structure大爆炸,大炸后约2小时,诞生了大量的氢,少量的氦以及 大爆炸 big bang 极少量的锂。其后,经过或长或短的发展过程,氢、氦等发生 原子核的塔合反应,分期分批地合成其他元素,宇宙的年龄至 今约140亿年了,氢仍然是宇宙中最丰富的元素,约占宇宙原 子总数的B8,6%,氦约为氢原子数的1/B,它们合起来约占字 宙原子总数的997%以上,而其他90多种天然元素的原子总 数加起来不足1%,至今,所有恒星,包括太阳,仍在合成元 素,而且,所有这些元素都是已知的。地球的年龄已有46亿 年。地球上的元素绝大多数是金属,非金属(包括稀有气体 仅22种。 享史话 早在1815年,有个名叫普鲁特(W, Prout)的人就曾经预 言过,氢是所有元素之母。不过,他的预言没有任何根据 100多年来一直遣人嘲笑。普鲁特的预言是一种忍辨性推测 他认为既然氢最轻,它就可能是一切其他原子之母,尽管他的 忍辨性推测后来得到了论上的解释,然而,由思辨性推测作 出的预言绝不是科学。科学假设不同于忍辨性推测,须以已有 科学事实和理论为依据,更要用系统的科学观察和实验来验 图1-1宇宙大爆炸模拟图 证。实证是科学的基本特征, 能层与能级 我们已经知道,多电子原子的核外电子的能量是不同的 电子 electron 按电子的能量差异,可以将核外电子分成不同的能层,并用符 能量 enerBy 号K、L、M、N、O、P、Q……表示相应的第一、二、三 能层 shElT 四、五、六、七……能层,例如,钠原子有11个电子,分布 能级eyE ----------