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第三章 物質的組成及其變化

第三章 物質的組成及其變化. 物質的形成. 原子結合方式. 起源. 道耳吞原子說. 原子不可分割嗎？. 原子的構造. 道耳吞原子說. 一切物質都由原子所組成－原子是組成物質之最基本粒子，不可再分割。 同種的原子，具有相同的質量和性質，不同種類的元素的原子，質量和性質不同。 不同種類元素的原子，能以簡單整數比，互相結合成化合物。 化合物分解所得的原子，與構成化合物的同種原子，性質相同。. 原子的構造. 原子核外的電子 （由湯木生發現）. 原子核 （由拉塞福發現）. 軌域. 中子. 質子. 電子在原子核外分布情形. 質量數. 陰極射線.

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第三章 物質的組成及其變化

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Presentation Transcript

  1. 第三章 物質的組成及其變化

  2. 物質的形成 原子結合方式 起源 道耳吞原子說 原子不可分割嗎？ 原子的構造

  3. 道耳吞原子說 • 一切物質都由原子所組成－原子是組成物質之最基本粒子，不可再分割。 • 同種的原子，具有相同的質量和性質，不同種類的元素的原子，質量和性質不同。 • 不同種類元素的原子，能以簡單整數比，互相結合成化合物。 • 化合物分解所得的原子，與構成化合物的同種原子，性質相同。

  4. 原子的構造 原子核外的電子 （由湯木生發現） 原子核 （由拉塞福發現） 軌域 中子 質子 電子在原子核外分布情形 質量數

  5. 陰極射線 • 在近真空玻璃管內，通高壓電(104 V)從陰極射出不可見的射線稱之

  6. 湯木生Electrons

  7. α粒子散射實驗Nucleus

  8. 原子結構

  9. X 元素 • 標示為 • 質量數 ( A ) = 質子數 + 中子數 = 原子量 ( 取整數 ) • 質子數 ( Z ) = 原子序 = 原子核電荷數 = 電子數 ( 原子 ) • 中子數 (A-Z) = 質量數 - 原子序 • 價 數 ( m ) = 失去或獲得電子數 • 個 數 ( n ) = 組成的個數

  10. 同位素：(isotope) • 定義：質子數(原子序)相同而中子數不同的原子。

  11. 由同位素 39K 40K 41K 求鉀原子量： • 39K 38.9637 amu × 93.2518 ％ • 40K 39.9640 amu × 0.0117 ％ • +) 41K 40.8618 amu × 6.7302 ％ • ─────────────────── • = 39.0983 amu

  12. 核外電子的排列方式 • 軌道說：早期科學家(拉賽福、波耳)認為電子繞核公轉，有一定的軌道。 • 軌域說(orbital)：現代科學家們根據理論與實驗，隨無法知道電子在核外確切位置與運動的軌跡(因為電子質量極小，運動速度又極為快速)但可以用數學方式算出電子核外出現的機率之大小，把出現機率較大的區域勾畫出來該區域即稱為軌域。

  13. 殼層(shell)：電子於核外並非隨機分佈而是有幾個固定的能量層，，依次為K，L，M，N…即最內層為K層，其餘按英文字母順序。且由內而外，每一層能量逐漸升高。 • 每一殼層最多能填入2n2個電子。 • 價電子(valence shell electron)：一原子內排列在最外層的電子稱之為價電子，元素的性質是由價電子決定之，而非決定於元素之總電子數。

  14. 或以 表示

  15. 或以 表示

  16. 電子點式表示原子結構 • 由於原子的化學性質和最外層的電子關係最為密切，因此常用的表示法僅畫出最外層的電子如：

  17. 原子結合的方式 H2O的形成 NaCl的形成 例題 例題 常見各種物質的化學式

  18. 解：一般化學式可按照下列步驟書寫 • Cl為非金屬，Ca為金屬，他們形成的鍵結應為離子鍵。 • Ca的電子排列為2，8，8，2容易失去二個電子成為Ca2+；Cl的電子排列為2，8，7，希望得到一個電子成為Cl-。 • 寫出不帶電的化學式，應由一個鈣和二個氯構成，其化學式為CaCl2。 • 寫出化合物的電子點式 試寫出氯化鈣的電子點式表示法及化學式。

  19. 解：氮與氟的化學式可按照下列步驟完成 • F為非金屬，N亦為非金屬，它們形成的鍵結應為共價鍵。 • F的電子排列為2，7，若得到一個電子可成為鈍氣組態。N的電子排列為2，5需要3個電子方可成為鈍氣組態。 • 每個氮原子必須和三個氟原子共用電子，其化學式為NF3。 • 其電子點式可寫成： 試寫出氟化氮的化學式及電子點式的表示法。

  20. 化學鍵(chemical bond) • 定義：原子與原子相互靠近所產生的作用力稱為化學鍵。 • 不同的原子具有不同的價電子數，因此靠近時可以形成不同的化學鍵。 • 種類：_______、_________、________。

  21. 八隅體理論(Octet rule) • 不論共價鍵或離子鍵在形成穩定粒子時，各組成原子的最外層電子數都等於鄰近的惰性氣體原子的價電子數(除He以外，每個惰性氣體元素之價電子數均為8個)，亦即最為層以8個價電子為全滿，故呈安定的狀態。

  22. 共價鍵(covalent bond) • 在_________與___________之間所形成的化學鍵。 • 非極性共價鍵：兩個_______的非金屬原子之間所形成的化學鍵。 • 極性共價鍵：由兩個_______的非金屬原子之間所形成的化學鍵。

  23. Na原子與Cl原子經電子轉移後，形成帶正、負電荷的離子而相互吸引的鍵結方式稱為離子鍵。Na原子與Cl原子經電子轉移後，形成帶正、負電荷的離子而相互吸引的鍵結方式稱為離子鍵。

  24. NaCl的形成 由Na＋與Cl－形成離子鍵 NaCl(s) 離子固體

  25. 離子鍵(ionic bond) • 定義：由於金屬容易失去電子形成_______；非金屬原子容易接受金屬原子所放出之電子而形成_______兩個不同的離子靠正負電荷的靜電吸引力結合在一起，該引力即為離子鍵。 • 含離子鍵的化合物稱之為「______________」，常溫下以固體存在稱為____________。

  26. NaCl在固體中，每一個Cl-被6個Na+包圍 每一個Na+被6個Cl-包圍 其化學式以Na+:Cl-=1:1表示為NaCl(S)此式稱為實驗式或簡式。

  27. 離子固體中離子鍵多而強，故______及______均甚高。 • 離子化合物是以______來表示，因為離子化合物為三度空間之連續網狀結構，沒有單獨分子存在，因此不能用分子式表示，只能以簡式(實驗式)表示，例如：NaCl即為簡式。

  28. 金屬鍵(metal bond) • 金屬原子的價電子常很少，容易失去，故可以在原子間自由的移動，因量多而形成_________，這些原子失去價電子而形成帶正電荷的陽離子，但靠電子海的引力而不會互相排斥故可以形成穩定的金屬物質，該引力就是金屬鍵。

  29. 原子量的定義與發展 • 西元1905年國際原子能委員會決定，以自然界存在的氧訂為16.00做為原子量的比較標準；但後來發現氧的三種同位素16O、17O、18O，而這些同位素的組成也非完全固定。 • 西元1961年國際純粹及應用化學聯合會( IUPAC )，決定以12C同位素 = 12.0000 a.m.u.做為原子量的比較標準。

  30. 分子量為分子中所有原子的原子量總和。

  31. 克原子量、克分子量、亞佛加厥數與莫耳 • 克原子量為1莫耳原子的質量。 • 克分子量為1莫耳分子的質量。 • 亞佛加厥數：為一克原子量或一克分子量的任何物質，均含有6.02 × 1023 個原子或分子，此值為了紀念科學家亞佛加厥，故稱為亞佛加厥數常以N表示。

  32. 莫耳(mol) • 莫耳是化學計量的「單位」，所謂的1 莫耳是含有 6.02 × 1023 個粒子

  33. 計算 ×6.02×1023個/mol 原子個數 [分子] 原子莫耳數mole [分子] = 克原子數 [分子] 重量 g × 原子量g/mol ÷ 原子量g/mol ÷6.02×1023個/mol

  34. 物質的性質 • 物理性質：物質不生化學變化時，可由肉眼辨認、儀器測量的性質，例如：顏色、b.p.、m.p.、質量、密度、溶解度、導電、導熱性… • 化學性質：物質發生化學反應時，所表現的特性，例如：可燃性、助燃性、氧化力、還原力、酸鹼性、腐蝕性…

  35. C12H22O11(aq) NaCl(aq) 電解質與非電解質 • 電解質：在水溶液中可以導電的物質。 • 非電解質：在水溶液中不能導電的物質。

  36. 阿瑞尼士(Arrhenius)解離說 • 定義：物質在水中（或熔融狀態）會釋放出帶正電的陽離子、及帶負電的陰離子時，稱為解離。 • 此時溶液呈電中性，代表陽離子所帶的總電量會等於陰離子所帶的總電和量。但是，溶液中陽離子數目不一定等於陰離子數目。 • 當溶液通電時，陽離子會往負極移動，陰離子會往正極移動。

  37. 解離 Cu2++Cr2O72- 藍　　　　橙 CuCr2O7

  38. 沈澱反應Precipition Reactions • 鹽類的溶解度： • 可溶：溶解度大於0.1M。 • 微溶：溶解度接於0.0001M與0.1M之間。 • 難溶：溶解度小於0.0001M。 • 不溶：溶解度極小。

  39. 不同的兩種電解質互相混合時，陽離子與陰離子互相吸引形成化合物，若在水中的解離度小，則析出沈澱，此現象稱為離子沈澱反應。

  40. 氯化鋇與硫酸鈉皆易溶於水，兩水溶液互相混合後，溶液中的Ba2+與SO42-互相碰撞後，會產生白色固體沈澱硫酸鋇。此種固體物質由溶液生成的過程稱為沈澱。氯化鋇與硫酸鈉皆易溶於水，兩水溶液互相混合後，溶液中的Ba2+與SO42-互相碰撞後，會產生白色固體沈澱硫酸鋇。此種固體物質由溶液生成的過程稱為沈澱。 • BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → BaSO4(s) + 2NaCl(aq)

  41. 離子反應式： • 2Na+(aq) + SO42- + Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) → BaSO4(s)_+ 2Na+(aq) + 2Cl-(aq) • Ba2+(aq) + SO42- → BaSO4(s)_

  42. 其反應方程式為： Pb(NO3)2(aq)+ 2KI(aq) PbI2(s)+2KNO3(aq) 淨離子方程式為： Pb2+(aq) + 2I-(aq) PbI2(s)

  43. 重要的沈澱反應 • AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) • Ca(OH)2(aq) + CO2(g) → CaCO3(s) • Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq)

  44. 酸鹼中和反應Acid-Base Neutralization Reactions • 阿瑞尼士學說( 1887 Arrhenius ) • 酸(acid)：水溶液中，游離或與水作用產生 H+的物質。 • 鹼(base)：水溶液中，游離或與水作用產生 OH-的物質。 • 鹽(salt)：由酸與鹼_中和所產生的化合物稱為鹽。如NaCl、CaCl2。

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