第三章 物质构成的奥秘
\[\S 3.1 \ 构成物质的基本微粒\]一. 微粒的性质
（一）微粒很小
（二）微粒不断地运动
- 装置：
- 装置：
- 现象：烧杯 $A$ 中溶液变红。
- 结论
- 第二个装置中大烧杯外有对照烧杯瓶：氨气微粒不断运动使酚酞试液变红。
- 无对照烧杯瓶：微粒不断运动使酚酞试液变红。
- 对照烧杯瓶的作用：对比试验，排除空气，微粒不断运动使酚酞试液变红的影响。
- 将烧杯 $C$ 换成干燥酚酞试纸时不变红，换成湿润酚酞试纸时变红。
- 原理：$\ce{NH3 + H2O \xlongequal{} NH3 * H2O}$。
- 在烧杯 $B$ 中放入少量 $\ce{CaO}$ 或 $\ce{NaOH}$ 的现象：烧杯 $C$ 中溶液很快便红。原因：反应或溶解过程放热，加快微粒运动速率。
- 结论：温度越高，微粒运动速率越快。
- 结论：微粒质量越小，微粒运动速率越快。
- 改良装置：
- 未改良装置缺点：不环保，浪费药品。
（三）微粒间有空隙
- 装置：
- 结论：微粒之间有空隙。
- 如果先加酒精后加水，则颠倒数次后总体积变化不大。说明构成水的微粒向构成酒精的微粒中运动。
- 装置：
- 说明：气体微粒间空隙大于液体微粒间空隙。
- 水结成冰：空隙增大。
二. 分子
（一）定义：分子时保持物质化学性质的最小粒子。最小的含义：不能再分。
（二）性质
- 分子很小。
- 分子不断地运动。
- 分子之间有空隙。
- 同种物质的分子，性质相同；不同种物质的分子，性质不同。
- 分子在化学变化中可再分。
（三）命名：物质名称加分子。如：水分子。
（四）表示方法：$\ce{H2O}$，化学式。
（五）应用：
- 微观：区别物理变化和化学变化的依据：是否生成新分子。
-
纯净物 混合物 宏观 同种物质组成 不同种物质组成 微观 同种分子构成 不同种分子构成 
三. 原子
（一）定义：化学变化中的最小粒子。
（二）微观
- 是化学变化的本质。
- 分子分裂成原子，原子重新组合的过程。
（三）性质
- 原子很小。
- 原子不断地运动。
- 原子之间有空隙。
- 同种物质的原子，性质相同；不同种物质的原子，性质不同。
- 原子在化学变化中不可再分。
（四）命名：元素名称加原子。
（五）表示方法：元素符号。
（六）分子与原子
- 区别：在化学变化中，分子可分，原子不可分。
- 联系：一切分子都由原子构成。分子，原子都可以构成物质。
- 由原子构成的物质：金属，稀有气体，金刚石，石墨，硅等。
（七）原子——分子论，化学成为独立学科
- 英国：汤姆生，电子。卢瑟福：原子核。
- 原子可分为带正电的原子核和带负电的电子。原子核可分为带正电的质子和不带电的中子。
- 质子数（核电荷数）等于电子数等于原子序数。
-
原子名称 质子数 中子数 电子数 $\ce{H}$ $1$ $0$ $1$ $\ce{^{(12)}C}$ $6$ $6$ $6$ $\ce{^{(13)}C}$ $6$ $7$ $6$ $\ce{^{(14)}C}$ $6$ $8$ $6$ $\ce{O}$ $8$ $8$ $8$ $\ce{Na}$ $11$ $12$ $11$ $\ce{Fe}$ $26$ $30$ $26$ - 规律
- 质子数决定原子名称（元素种类）。
- 中子数参与决定原子种类，原子质量。
- 原子中可以没有中子。
（八）质量
- 约为 $10^{-26} - 10^{-27}\ \text{kg}$。
- $\ce{^{(12)}C}$：$1.993 \times 10^{-26}\ \text{kg}$。
- 相对原子质量 $A_r = \dfrac{原子的真实质量}{一种碳原子的质量的十二分之一}$。
- 注意：$A_r$ 有单位，是 $1$。$A_r$约等于质子数加中子数。相对分子质量是 $M_r$。
- 应用：相同条件下，气体密度于 $M_r$ 成正比。$M_r(空气) \approx 29$。
四. 核外电子排序
（一）规律
- 电子能量有高有低。
- 能量高的电子运动离核远，能量低的电子运动离核近。
-
电子层 一 二 三 四 五 六 七 符号 $K$ $L$ $M$ $N$ $O$ $P$ $Q$ - 原子结构示意图——电子层排布。
- 规律
- 第一电子层最多容纳 $2$ 个电子。
- 第二电子层最多容纳 $8$ 个电子。
- 最外层电子数不超过 $8$ 个。
- 由里及外，依次排布。
- 横行：周期数等于电子层数。
- 递变规律：从左到右，最外层电子数依次加一；从左到右，从金属元素到非金属元素止于稀有气体元素。
- 纵行：同纵行的原子最外层电子数相同，原子最外层电子数与原子的化学性质密切相关。
-
原子种数 最外层电子数 化学性质 金属 $<4$ 失电子 非金属 一般 $\ge 4$ 得电子 稀有气体 $8$ 或 $2$，稳定结构 稳定
（二）离子
- 定义：带点的原子或原子团。
- 离子具有稳定结构，但可变回原子。
- 分类
- 阳离子：金属离子一定是。
- 阴离子：非金属离子一般是，除 $\ce{H+}$。
- 表示方法：$\ce{H+},\ce{O^{2-}}$。
- $\ce{NaCl}$ 的形成
- $\ce{NaCl}$ 是食盐的主要成分，原理：$\ce{2Na + Cl2 \xlongequal{点燃} 2NaCl}$。
- $\ce{Na \xrightarrow{} Na+}$，$\ce{Cl \xrightarrow{} Cl-}$。
- $\ce{Na+}$ 与 $\ce{Cl-}$ 相互作用形成 $\ce{NaCl}$。
- 结论：氯化钠由 $\ce{Na+}$ 和 $\ce{Cl-}$构成。
- $\ce{HCl}$ 的形成
- 原理：$\ce{H2 + Cl2 \xlongequal{点燃} 2HCl}$。
- $\ce{H}$ 和 $\ce{Cl}$ 共用电子对形成分子。
- 结论：氯化氢由氯化氢分子构成。
- 判断物质由什么微粒构成
- 下角标个数 $= 1$，原子。
- 下角标个数 $> 1$，分子或离子（含原子团）。
一. 定义：质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称。
（一）质子数：决定元素的种类，质子数和中子数决定原子的种类。
（二）$\ce{^{(12)}C}$，$\ce{^{(13)}C}$，$\ce{^{(14)}C}$ 属于同种元素，不同种原子。
（三）一类原子包括原子和离子，不包括分子。
（四）总称：宏观概念，只论种，不论个数。
二. 分类
（一）分类
| 分类 | 依据 |
|---|---|
| 金属元素 | 最外层电子数一定 $<4$ |
| 非金属元素 | 最外层电子数一般 $\ge 4$ |
（二）最外层电子数影响：原子（元素）的化学性质，离子电荷数，元素化合价。
三. 化学性质：由原子最外层电子数决定。
四. 表示方法：元素符号，拉丁文，第一个字母大写，第二个字母小写（如果有）。
五. 元素符号意义：宏观上表示某元素，微观上表示 $1$ 个原子。
六. 物质分类
\[物质\begin{cases}纯净物\begin{cases}单质\begin{cases}金属 \\ 非金属\end{cases} \\ 化合物\begin{cases}氧化物\begin{cases}金属 \\ 非金属\end{cases} \\ 酸碱盐\end{cases}\end{cases} \\ 混合物\end{cases}\]（一）同种分子构成的物质一定是纯净物，纯净物不一定由同种分子构成。
（二）同种元素组成的物质不一定是单质，一定不是化合物，不一定是混合物，单质一定由同种元素组成。
（三）含氧元素化合物一定是含氧化合物，不一定是氧化物。
（四）含氧分子的物质一定含氧气，含氧气的物质一定含氧分子。
（五）易错：盐酸，双氧水，锈，稀有气体，合金，溶液都是混合物。
七. 含量（质量）
（一）地壳：$\ce{O > Si > Al > Fe > Ca}$。
（二）海水：$\ce{O > H > Cl > Na > Mg}$。
（三）人体：$\ce{O > C > H > N > Ca}$。
（四）太阳：$\ce{H > He}$。
（五）空气：$\ce{N > O}$。
八. 元素与人体健康
（一）常量元素
- $\ce{Ca}$ 少：佝偻病。
- $\ce{Ca}$ 多：动脉硬化，白内障。
（二）微量元素
- 缺 $\ce{Fe,Co}$：贫血。
- 轻度缺 $\ce{Zn}$：智力发育不良。
- 重度缺 $\ce{Zn}$：侏儒症。
- 缺 $\ce{Se}$：致癌。
- 多 $\ce{Se}$：抗癌。
- 缺或多 $\ce{I}$：甲状腺疾病。
- 多 $\ce{Cu}$：肝脏疾病。
一. 化学式定义：用元素符号和数字的组合表示纯净物的组成的式子，称为该物的化学式。
二. 化学式的书写
（一）化合价
\[一价\ \ce{H F K Na Ag}\ \ \ \ 二价\ \ce{O Ca Ba Mg Zn} \\ 三\ \ce{Al}\ 四\ \ce{Si}\ 五价\ \ce{P}\ \ \ \ 一二\ \ce{Cu Hg}\ 四七\ \ce{Mn}\\ 二三\ \ce{Fe}\ 二四\ \ce{C}\ \ \ \ 二四六\ \ce{S}\ 三五\ \ce{N}\ \ \ \\ 一五七\ \ce{Cl}\ 常常见\ \ \ \ 单质零价永不变\ \ \ \ \ \color{White}{ }\]（二）规律
- 金属元素只显正价。
- 非金属元素得电子数 $\le 3$，当有多种化合价的只有唯一负价，其余为正价。
- 氧气的特殊情况：$\ce{\overset{+1}{H}_2\overset{-1}{O}_2}$。
-
原子团 符号 化合价 氢氧根 $\ce{OH}$ $-1$ 硝酸根 $\ce{NO3}$ $-1$ 硫酸根 $\ce{SO4}$ $-2$ 碳酸根 $\ce{CO3}$ $-2$ 铵根 $\ce{NH4}$ $+1$ 磷酸根 $\ce{PO4}$ $-3$ - 已知化合价时写化学式：金左非右氧在后，有机物碳写在最前面。
- 一种元素在化合物中可以显多种化合价，比如 $\ce{Fe3O4}$，一个 $\ce{Fe3O4}$ 分子中含有 $2$ 个铁离子，$1$ 个亚铁离子。
（三）命名（多数情况）
- 氧化物：$\ce{P2O5,Fe3O4,CO,CO2,MgO}$，几氧化几某。
- 非氧化物：两种元素某化某，三种及以上元素某酸某。
（四）数字的含义
| 化学用语 | 意义 |
|---|---|
| $\ce{2H,2H+,2CO}$ | 正前方：$2$ 个某微粒 |
| $\ce{H2O}$ | 右下角：$1$ 个某分子中含有 $2$ 个某原子 |
| $\ce{F2^{2+}}$ | 右上角：$1$ 个某离子带 $2$ 个单位的正或负电荷 |
| $\ce{\overset{+2}{Mg}O}$ | 正上方：在某物质中，某元素的化合价是 $+2$ |
