第四單元 物質構成的奧秘

第四單元 物質構成的奧秘

第一節 原子的構成

1. 原子的構成

原子一般是由質子、中子和電子構成，有的原子不一定有中子，質子數也不一定等於中子數。

原子的種類由核電荷數（質子數）決定。

2. 構成原子的各種粒子間的關係

在原子中，原子序數＝核電荷數＝核內質子數＝核外電子數。

由於原子核所帶的正電荷與核外電子所帶的負電荷的電量相等，電性相反，所以原子整體不顯電性。

3. 相對原子質量

以一種碳原子（碳12）質量的1/12（1.66×10-27kg）為標準，其他原子的質量跟它相比較所得到的比，作為這種原子的相對原子質量，符號為Ar。相對原子質量是通過比較得出的比值，單位為「1」。

原子中質子和中子的質量接近碳原子質量的1/12，而電子的質量約為質子質量的1/1836，可以忽略不計，所以原子的質量集中在原子核上，即相對原子質量≈質子數＋中子數

第二節 元素

1. 定義：元素就是具有相同電荷數（即核內電子數）的一類原子的總稱。

元素與原子的區別和聯繫：

2. 元素之最

地殼中含量（質量分數）排在前五位的元素：氧、硅、鋁、鐵、鈣

地殼中含量最多的金屬元素：鋁

地殼中含量最多的非金屬元素：氧

生物細胞中含量最多的元素：氧

人體中含量最多的金屬元素：鈣

3. 元素的分類：金屬元素、非金屬元素、稀有氣體元素

4. 元素符號：元素用元素符號表示。元素符號是用元素拉丁文名稱的第一個字母表示的，如果第一個字母相同，則再附加一個小寫字母加以區別。

5. 元素符號的意義：元素符號不僅表示一種元素，還表示這種元素的一個原子。如果物質由原子構成，元素符號還可以表示一種物質。

如果元素符號前加上係數，就只表示該原子的個數，只具有微觀意義。

如：H表示氫元素、1個氫原子。2H表示2個氫原子。Cu表示銅元素、一個銅原子、金屬銅。

6. 描述物質宏觀組成和微觀構成：

①宏觀組成（描述物質的組成時用元素敘述）：鐵是由鐵元素組成的。二氧化碳是由碳元素、氧元素組成的。

②微觀構成（描述物質的構成時用分子、原子、離子敘述）鐵是由鐵原子構成的。二氧化碳是由二氧化碳分子構成的。

（描述分子的構成時用原子敘述）1個二氧化碳分子是由1個碳原子和2個氧原子構成的。

7. 元素周期表：元素周期表的每一橫行叫做一個周期，共7個周期；每一縱行叫做一個族，共16個族。

周期的變化規律：從左到右，原子序數由少變多。除第一周期以外，每一周期都是以金屬元素開始，逐漸過渡到非金屬元素，最後以稀有氣體元素結束，從左到右金屬性逐漸減弱。

同一周期元素的原子的電子層數相等。

第三節 離子

1. 核外電子的排布

在含有很多電子的原子里，電子的能量並不相同，能量高的通常在離核較遠的區域運動，能量低的電子通常在離核較近的區域運動，就像分了層一樣。這樣的運動，我們稱為分層運動或分層排布。

現在發現的元素，原子核外電子最少的有1層，最多的有7層。電子層序數越大，層內電子的能量越大，離原子核距離越遠。

規律：① 核外電子總是儘先排在能量最低的電子層里，第一層排滿才能排第二層，第二層排滿才能排第三層。

② 每個電子層最多能容納2n2個電子（n為層序數，第一層n=1，第二層n=2）。

③ 最外層電子數不超過8個（第一層為最外層時，不超過2個）。

2. 原子結構示意圖：一個氯原子的原子結構示意圖如下

3. 元素的種類

①金屬元素：原子的最外層電子數一般少於4個（是不穩定結構），在化學變化中易失去最外層電子，而使次外層成為最外層，形成穩定結構。這種性質叫做金屬性。

②非金屬元素：原子的最外層電子數一般多於或等於4個（是不穩定結構），在化學變化中易獲得電子，而使最外層達到8電子的穩定結構。這種性質叫做非金屬性。

③稀有氣體元素：原子的最外層有8個電子（He為2個），為相對穩定結構。

4. 離子的形成：帶電的原子或原子團叫做離子。

在化學反應中，金屬元素原子失去最外層電子，非金屬元素原子得到電子，從而使參加反應的原子帶上電荷。

帶電荷的原子叫做離子。帶正電荷的原子叫做陽離子，帶負電荷的原子叫做陰離子。

陰、陽離子由於靜電作用互相吸引，結合形成穩定的、不帶電性的化合物。

5. 離子內質子數不等於核外電子數，離子的最外層電子一般是8（氫是0）個電子的穩定結構。

原子通過得失電子變成離子，離子也可以通過得失電子變回原子。

6. 離子符號

離子用離子符號表示：在原子團或元素符號的右上角標出離子所帶的電荷的多少及電荷的正負（數字在前，符號在後），當離子所帶電荷數為1時，1可以不寫。如Na+（鈉離子）、Ca2+（鈣離子）、H+（氫離子）、Cl-（氯離子）、O2-（氧離子）、OH-（氫氧根離子）等。

離子符號表示的意義：Mg2+表示1個鎂離子帶2個單位的負電荷。2O2-表示2個氧離子。

離子符號只有微觀含義，沒有宏觀含義。

7. 一定帶正電的粒子：質子、原子核、陽離子

一定帶負電的粒子：電子、陰離子

不帶電的粒子有：中子、原子、分子

8. 物質與其構成粒子之間的關係：

①原子直接構成物質。如汞、金剛石直接由原子構成。

②金屬元素原子和非金屬元素原子分別形成陽離子和陰離子。如氯化鈉是由氯離子和鈉離子構成的。

③非金屬元素離子和非金屬元素離子各提供電子形成共用電子對，結合成分子。如氧氣是由氧分子構成的。

第四節 化學式與化合價

1. 化學式：用元素符號和數字組合來表示物質組成的式子。

2. 化學式（如H2O）的意義：

表示一種物質（宏觀意義）——表示水這種物質；

表示一個分子（微觀意義）——表示1個水分子；

表示某物質是由什麼元素組成的（宏觀意義）——表示水是由氫元素、氧元素組成；

表示某物質是由什麼粒子構成（微觀意義）——表示水由水分子構成；

表示某物質的分子由什麼粒子構成（微觀意義）——表示1個水分子由2個氫原子和1個氧原子構成；

3. 化學式的寫法：

書寫化合物的化學式時，首先要弄清以下兩點：

①這種物質由哪種物質組成；

②化合物中各元素的原子個數比是多少。

4. 化合價：元素化合價是一個原子在化合時表現出來的性質。在元素符號或原子團的上方標出化合價，「+」、「-」寫在前，數字寫在後。

5.

化合價的一般規律：

金屬元素跟非金屬元素化合時，金屬元素顯正價，非金屬元素顯負價。氧元素通常顯-2價，氫元素通常顯+1價。在化合物里正負化合價的代數和為0。在單質中元素的化合價為0。

同一元素在不同物質里可顯不同的化合價。在同一種物質里，同一元素也可顯不同的化合價（如NH4NO3）。

6.

根據化合價寫化學式：「正價前，負價后，十字交叉右下處，化簡才是原子數」。如P2

O5 → P2O5

7.

數字的意義：

①元素符號前的數字錶示幾個某原子。如2H中的「2」表示2個氫原子。

②化學式前的數字錶示幾個某分子。如2H2O中的「2」表示2個水分子。

③元素符號右下角數字錶示一個某分子或離子中有幾個某原子。如CO2中的「2」表示1個二氧化碳分子中有2個氧原子。

④元素符號右上角的數字錶示一個某離子中帶幾個單位的正或負電荷。如Fe3+中的「3」表示1個鐵離子帶3個單位的正電荷。

⑤元素符號正上方數字錶示某元素的化合價。如Fe表示鐵元素的化合價是+3。

8. 根據化學式進行計算（計算時要注意式子的化學意義）

1) 相對分子質量＝（相對原子質量×原子個數）之和

2) 組成元素的質量比＝（相對原子質量×原子個數）之比

在計算時要注意標清元素的順序。

3) 原子個數之比＝（元素質量÷相對原子質量）之比

4) 化合物中某元素的質量分數＝

5) 某元素的質量＝某化合物的質量×某元素質量分數＝

【例】多少噸的氧化亞鐵（FeO）中所含鐵元素質量和100t中氧化鐵所含鐵元素的質量相同？

解：設需氧化鐵的質量為x。

答：需氧化亞鐵的質量為90t。

【注意】列方程時所設未知數不能帶有單位。

6) 某元素的質量＝某混合物的質量×純度×某元素質量分數

某元素的質量＝

【例】現在有一種化肥，主要成分是硝酸銨，測得其含氮量為34.3%（雜質不含氮），求這種化肥的純度。

解：設該化肥的質量為100g，該化肥的純度為a%。

答：這種化肥的純度為98%。

【注意】①設這種氮肥的質量是為了使方程有化學意義。

②純度是百分數，不能小於0%，也不能大於100%。純度是未知數時，表示純度的字母后要跟上百分號。

7) 有一瓶不純的硝酸銨（NH4NO3）樣品，經分析其中的含氮量為37%，則所含雜質可能是：

A. (NH4)2SO4 B. CO(NH2)2 C. NH4Cl D. NH4HCO3

【分析】解這道題需要三個要素：最大數、中間數、最小數（指含氮量）。三者之間的關係為：最大數＞中間數＞最小數。這裡的37%是求出的平均含氮量，是中間數。

接下來算出NH4NO3中的含氮量：35%。由於35%＜37%，所以應該是最小數。

然後算出四個候選答案中每個化合物的含氮量，它是最大數，數值應該大於37%。在這裡只有CO(NH2)2的含氮量為46.7%，超過了37%，成為最大值。所以最後答案應該是B。

附表1 一些常見元素的名稱、符號和相對原子質量

附表2 一些常見元素、根的化合價和離子符號

* 亞鐵指化合價為+2的鐵元素，亞銅指化合價為+1的銅元素。

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