厦门大学结构化学精品课程 - 原子结构
原子结构化学键
按要求完成以下各题：
2 3 核素 ，它们互称为_______ 同位素 。 (1)1 H 、 H 、 1 1 1H 分别是氢元素的一种_______
16 16 O 和 8 2 8O3 。 (2)互为同素异形体的微粒是__________
2＋ 24 30 ，核外电子数为___________ (3)56 Fe 的中子数为______ 。 26
钾离子 、______________________ 钙离子(答案合理即可) 。 ________ 解析 当y＝8时，应为有18个电子的粒子，所以可能为氩原子、氯离子、
解析 答案
硫离子、钾离子、钙离子等。
(3)写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离 Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O 子方程式：_______________________________ 。 解析 y＝3时为铝原子，y＝7时为氯原子，其最高价氧化物对应的水化物
1 1H：名称为 2 1H：用字母 3 1H：用字母
氕 ，不含中子； D 表示，名称为 氘 或重氢；
T 表示，名称为 氚 或超重氢。
(4)几种重要核素的用途
核素 用途
235 92U 14 6C 2 1H 3 1H 18 8O
核燃料 用于考古断代
制氢弹
示踪原子
正误判断·辨析易错易混 (1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有
5 种元素。 7 种核素，含有_____ (4)上述9种微粒中有_____
答案
反思归纳 原子结构与同位素的认识误区
(1)原子不一定都有中子，如1 1H。 (2)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如 F 与 OH－。 (3)核外电子数相同的微粒， 其质子数不一定相同， 如 Al3＋和 Na＋、 F－等，
结构化学第二章
8h2224Z e20rE
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17
球极坐标与笛卡儿坐标的关系
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18
Schrödinger方程在球极坐标中的形式
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2. 变数分离法
令 (r,)R( r())(),代入上式 r2si并 2n 乘以
R
s R 2 i r n r 2 R r s i n si n 1 2 2 8 h 2 2( E V ) r 2 s2 i 0 n
这样的原子称为Rydberg原子。在实验室里已造出n 约为105的H原子, n 约为104的Ba原子; 在宇宙中也观察到了n 从301到300之间的跃迁。
毋庸置疑, Rydberg原子是个大胖子。事实上, 它的半径大约相当于基态 原子的十万倍! 这样一个胖原子, 即使受到微弱的电场或磁场作用, 也会显著 变形。
第二章 原子的结构和性质
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1
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2
在本章中，将用Schrödinger方程处理真实的化学物种， 这自然要从最简单的H原子入手。为了更具一般性，也包括 类氢离子，如He+、Li2+等，它们的区别仅在于原子序数Z的 不同。
氢是化学中最简单的物种，也是宇宙中最丰富的元素。 无论在矿石、海洋或生物体内，氢无所不在。
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2. 变量分离
设ψ(r,θ,φ)=R(r)Θ(θ)Φ(φ)= R(r) Y (θ,φ). 方程两边同乘以r2/(RΘΦ)
R方程：
Y方程：
Y=ΘΦ.方程两边同乘以 sin2θ/(ΘΦ)并移项
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经变数分离得到的三个分别只含，和r变量的方程依次称 为方程、方程和R方程，将方程和方程合并，Y(，) =()()，代表波函数的角度部分。
结构化学知识点汇总
结构化学知识点汇总关键信息项：1、原子结构原子轨道电子排布原子光谱2、分子结构化学键类型分子几何构型分子的极性3、晶体结构晶体类型晶格结构晶体的性质11 原子结构111 原子轨道原子轨道是描述原子中电子运动状态的数学函数。
主要包括s 轨道、p 轨道、d 轨道和 f 轨道。
s 轨道呈球形对称，p 轨道呈哑铃形，d 轨道和 f 轨道形状更为复杂。
112 电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。
电子按照一定的顺序填充在不同的原子轨道上，形成原子的电子构型。
113 原子光谱原子在不同能级间跃迁时吸收或发射的光子所形成的光谱。
包括发射光谱和吸收光谱，可用于分析原子的结构和成分。
12 分子结构121 化学键类型共价键：通过共用电子对形成，分为σ键和π键。
离子键：由正负离子之间的静电引力形成。
金属键：存在于金属晶体中，由自由电子和金属离子之间的相互作用形成。
氢键：一种特殊的分子间作用力，比一般的范德华力强。
122 分子几何构型通过价层电子对互斥理论（VSEPR）和杂化轨道理论来解释和预测。
常见的分子构型有直线型、平面三角形、四面体型、三角双锥型和八面体型等。
123 分子的极性取决于分子中正负电荷中心是否重合。
极性分子具有偶极矩，非极性分子则没有。
13 晶体结构131 晶体类型离子晶体：由离子键结合而成，具有较高的熔点和硬度。
原子晶体：通过共价键形成，硬度大、熔点高。
分子晶体：分子间以范德华力或氢键结合，熔点和硬度较低。
金属晶体：由金属键维系，具有良好的导电性和导热性。
132 晶格结构晶体中原子、离子或分子的排列方式。
常见的晶格有简单立方、体心立方、面心立方等。
133 晶体的性质各向异性：晶体在不同方向上的物理性质不同。
自范性：能够自发地呈现出多面体外形。
固定的熔点：在一定压力下，晶体具有固定的熔点。
21 量子力学基础211 薛定谔方程是描述微观粒子运动状态的基本方程，通过求解该方程可以得到粒子的能量和波函数。
结构化学知识点汇总
结构化学知识点汇总结构化学是一门研究原子、分子和晶体结构以及结构与性能之间关系的学科。
它是化学领域的重要基础，对于理解化学反应、物质的性质和材料科学等方面具有关键作用。
以下是对结构化学一些重要知识点的汇总。
一、原子结构原子由原子核和核外电子组成。
原子核包含质子和中子，质子数决定了原子的元素种类。
电子在原子核外的分布遵循一定的规律。
玻尔模型提出了电子在特定轨道上运动，但其存在局限性。
量子力学的发展给出了更精确的描述，电子的运动状态用波函数来表示。
电子具有四个量子数：主量子数（n）决定电子所在的能层；角量子数（l）决定电子亚层；磁量子数（m）决定电子在亚层中的轨道取向；自旋量子数（ms）表示电子的自旋方向。
原子轨道是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述。
s 轨道呈球形，p 轨道呈哑铃形。
电子填充原子轨道遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
二、分子结构分子的化学键包括共价键、离子键和金属键。
共价键的形成是原子间通过共用电子对达到稳定结构。
价键理论认为共价键的形成是原子轨道重叠的结果。
杂化轨道理论解释了分子的空间构型，如 sp、sp2、sp3 杂化等。
价层电子对互斥理论可以预测分子的几何构型。
分子的极性取决于分子的正负电荷中心是否重合。
分子间作用力包括范德华力和氢键。
范德华力包括取向力、诱导力和色散力，它们对物质的物理性质有重要影响。
氢键的存在会使物质的熔点、沸点升高。
三、晶体结构晶体具有规则的几何外形和固定的熔点。
晶体分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。
离子晶体由阴阳离子通过离子键结合而成，具有较高的熔点和硬度。
原子晶体中原子通过共价键形成空间网状结构，如金刚石。
分子晶体中分子间通过范德华力或氢键结合，熔点和硬度较低。
金属晶体由金属阳离子和自由电子通过金属键结合，具有良好的导电性和导热性。
晶体的空间点阵结构用晶胞来描述，通过晶胞参数可以计算晶体的密度等性质。
四、化学键的性质键能是指断开化学键所需的能量，键能越大，化学键越稳定。
结构化学 第二章
第二章
教学重点与难点
重点：
单电子原子的薛定谔方程及其解；
波函数的特点及图形表示；
量子数物理意义；
多电子的轨道近似；
多电子原子的状态表示---光谱项。
Structural Chemistry
第二章1Βιβλιοθήκη 87年3月24日道尔顿记下了第一篇气
象观测记录，只包括当天的天气状况，
第二章
第 2 章 原子的结构和性质
Structural Chemistry
第二章
内容
1. 单电子原子的薛定谔及其解 2. 量子数的物理意义 3. 波函数和电子云的图形 4. 多电子原子的结构 5. 元素周期表与元素周期性质 6. 原子光谱
Structural Chemistry
第二章
教学要求
1. 掌握量子力学处理单电子原子的思想方法和处理 过程； 2. 掌握单电子原子状态的表示及物理性质与波函数 的关系； 3. 初步了解处理多电子原子思想方法； 4. 掌握量子数 n、l、m 的物理意义； 5. 掌握多电子原子的状态表示； 6. 掌握原子光谱项的定义及简单原子体系光谱项和 光谱支项的推求。
第二章
左图：从均匀原子核模型预测的α粒子散射情况，α粒子运动方向只会发生微小偏转。 右图：卢瑟福等人实际观测到的情况，小部分的α粒子运动方向会发生大幅度偏转， Structural Chemistry 因为原子核的正电荷都集中在小范围区域。
第二章
第一节 单电子原子的薛定谔方程及其解 单电子原子体系
3 2
sin cos cos r
cos cos x r
（7）
Structural Chemistry
第13讲 原子结构 化学键 (讲)-2023年高考化学一轮复习讲练测(解析版)
第13讲原子结构化学键1.掌握元素、核素、同位素、相对原子质量、相对分子质量、原子构成、原子核外电子排布的含义。
2.掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。
3.掌握1～18号元素的原子结构示意图的表示方法。
4.了解化学键的定义。
5.了解离子键、共价键的形成。
6.掌握电子式的表示方法。
本部分内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题。
考查原子(离子)的结构及微粒间的数量关系，也常考查对元素、核素、同位素概念的理解以及结合元素周期表的推断等。
【核心素养分析】1.宏观辨识与微观探析：能从离子或原子结构示意图等不同层次认识原子的结构以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。
能从不同层次认识分子的构型，并对共价键进行分类，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
2.证据推理与模型认知：能运用原子结构模型解释化学现象，揭示现象的本质与规律。
能运用构造原理和能量最低原理揭示元素原子核外电子排布规律。
认识共价键的本质及类型，能多角度、动态地分析分子的空间结构及性质，并运用相关理论解决实际问题。
3.科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原子结构有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
知识点一原子结构、同位素1．原子结构(1)原子的构成粒子原子A ZZ个——决定元素的种类(A－Z)个在质子数确定后决定原子种类同位素Z个——最外层电子数决定元素的化学性质(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。
②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数。
如Mg2＋的核外电子数是10。
④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。
如Cl－的核外电子数是18。
(3)一个信息丰富的符号【特别提醒】①原子中不一定都含有中子，如11H中没有中子。
②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。
结构化学
电子排布规则与全波函数的 Slater 行列式表示
1. Pauli 原理：一个原子轨道最多只能容纳自旋相反 (α,β) 的两个电子 2. 能量最低原理：电子优先占据低能级。基态能量最低 3. Hund 规则：在简并轨道中，电子尽可能占据不同的轨道且自旋平行
He (1s2) 的全波函数
or
不能满足 Fermi 子波函数的反对称特征：
例：Slater 法计算 Li 原子单电子原子轨道能、基态能量、电离能、电子结合能
基态能量
电离能
可由实验测得
2s 轨道的电子结合能
1s 轨道的电子
(电子互斥能所致)
从 Li 原子中拔掉一个 2s 电子比
单纯从 2s 轨道拔掉一个电子容易得多，
其差值便是电子互斥能的贡献
虽然 (1s,1s) 互斥能大于 (1s,2s) 互斥能， 但 1s 轨道能远低于 2s 轨道能， 因此 Li+(1s22s0) 能量低于 Li+(1s12s1)
氢原子光谱
光谱项
跃迁选律：Δn 任意
高分辨光谱可 以观察到双线
多电子原子中的角动量耦合
p2 组态的自旋角动量耦合
总自旋角量子数 单重态 (singlet) 三重态 (triplet)
总自旋磁量子数
p2 组态的轨道角动量耦合
总轨道角量子数 L = 2, 1, 0 (S, P, D) 总轨道磁量子数 ML = L, L−1, …, −L
须线性组合：
Slater 行列式
常见化学反应性指标
电离能 (ionization energy) 电子亲和势 (electron affinity)
vacuum
I
Ae
LUAO
高考化学一轮复习专题一第五讲原子结构化学键课件
子数也为 7，D 正确。
提能点 二
元素、核素、同位素、同素 异形体的易错点
(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有 多少种核素就有多少种原子。
(2)同位素的化学性质几乎完全相同，原因是核外电子排 布相同。
(3)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化， 是核反应。同素异形体之间的转化是化学变化。
考点2 核外电子排布
教材基础—自热身
1．核外电子排布规律
2．原子结构示意图
如镁离子结构示意图为____________， 氯离子结构示意图为_____________。
3．常见的“10 电子”“18 电子”微粒 (1)10 电子微粒
(2)18 电子微粒
4．短周期常见原子的核外电子排布规律 (1)原子核中无中子的原子：__11H___。 (2)最外层有 1 个电子的元素：_H__、__L_i_、__N_a__。 (3)最外层有 2 个电子的元素：_B__e、__M__g_、__H__e_。 (4)最外层电子数等于次外层电子数的元素：_B__e_、__A_r__。 (5)最外层电子数是次外层电子数 2 倍的元素：_C__；是次外 层电子数 3 倍的元素：_O_；是次外层电子数 4 倍的元素：_N__e_。 (6)电子层数与最外层电子数相等的元素：_H__、__B_e_、__A_l__。 (7)电子总数为最外层电子数 2 倍的元素：_B_e_。 (8)次外层电子数是最外层电子数 2 倍的元素：_L__i、__S_i__。 (9)内层电子总数是最外层电子数 2 倍的元素：_L__i、__P__。 (10)最外层电子数是电子层数 3 倍的元素：_O___。
(4)同位素是指同一元素的不同“原子”间的关系，同素 异形体是指同一元素的不同“单质”间的关系。
结构化学知识点汇总
结构化学知识点汇总一、原子结构1、波粒二象性德布罗意波长公式：λ ＝ h ／ p ，其中λ为波长，h 为普朗克常量，p 为动量。
海森堡不确定原理：ΔxΔp ≥ h ／4π ，表明不能同时精确测定粒子的位置和动量。
2、原子轨道薛定谔方程：用于描述原子中电子的运动状态。
原子轨道的形状：s 轨道为球形，p 轨道为哑铃形。
原子轨道的能量：能层和能级的概念，以及能级交错现象。
3、电子自旋电子自旋量子数：取值为＋1/2 和－1/2 。
泡利不相容原理：一个原子轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子。
二、分子结构1、化学键离子键：由正负离子之间的静电引力形成。
共价键价键理论：包括原子轨道重叠、共价键的方向性和饱和性。
杂化轨道理论：解释分子的几何构型。
价层电子对互斥理论：预测分子的空间构型。
金属键：金属原子之间通过自由电子形成的化学键。
氢键：一种特殊的分子间作用力，具有方向性和饱和性。
2、分子的极性极性分子和非极性分子的判断依据：分子的正负电荷重心是否重合。
分子极性对物质性质的影响：如溶解性、熔沸点等。
3、分子间作用力范德华力：包括色散力、诱导力和取向力。
范德华力对物质物理性质的影响。
三、晶体结构1、晶体的特征有固定的熔点和规则的几何外形。
内部质点在三维空间呈周期性有序排列。
2、晶体的分类离子晶体：具有较高的熔点和硬度，如 NaCl 。
原子晶体：熔点和硬度很高，如金刚石。
分子晶体：熔点和硬度较低，如干冰。
金属晶体：具有良好的导电性和导热性，如铜。
3、晶胞晶胞的概念：晶体结构的基本重复单元。
晶胞中原子的占有率计算。
四、光谱学1、原子光谱发射光谱和吸收光谱。
原子光谱的应用：元素分析、测定原子结构。
2、分子光谱红外光谱：用于研究分子的化学键和官能团。
紫外可见光谱：反映分子中电子的跃迁。
五、量子化学计算方法1、从头算方法基于薛定谔方程的精确求解。
计算量较大，但结果较为准确。
2、半经验方法引入一些经验参数简化计算。
计算速度较快，但精度相对较低。
厦门大学结构化学习题集
结构化学习题集习题1:1.1 在黑体辐射中，对一个电热容器加热到不同温度，从一个针孔辐射出不同波长的极大值，试从其推导Planck 常数的数值：T/℃ 1000 1500 2000 2500 3000 3500 λmax /nm 2181 1600 1240 1035 878 7631.2 在地球表面，太阳光的强度是1.0×103W/m 2， 一个太阳能热水器水箱涂黑面直对阳光。
按黑体辐射计算，热平衡时水箱内水温可达几度？（忽略水箱其它表面的热辐射） 1.3 计算波长为600nm(红光),550nm(黄光),400nm(蓝光)和200nm(紫光)光子的能量。
1.4 某同步加速器,可把质子加速至具有100×109eV 的动能,试问此时质子速度多大？ 1.5 Al 的电子逸出功是4.2eV ，若用波长200nm 的光照射Al 表面，试求： （1）光电子的最大动能 （2）Al 的红限波长1.6 具有0.2nm 波长的电子和光子，它们的动能和总能量各是多少？ 1.7 计算下列粒子的德布洛意波长 (1) 动能为100eV 的电子; (2) 动能为10eV 的中子; (3) 速度为1000m/s 的氢原子.1.8 质量0.004kg 子弹以500ms -1速度运动，原子中的电子以1000ms -1速度运动,试估计它们位置的不确定度, 证明子弹有确定的运动轨道, 可用经典力学处理, 而电子运动需量子力学处理。
1.9 用测不准原理说明普通光学光栅(间隙约10-6m)观察不到10000V 电压加速的电子衍射。
1.10 小球的质量为2mg , 重心位置可准确到2μm, 在确定小球运动速度时,讨论测不准关系有否实际意义?1.11 一个粒子的某状态波函数为21/42()xa x e αψπ-⎛⎫= ⎪⎝⎭，a 为常数，,x -∞≤≤+∞证明x x p ∆∆满足测不准关系。
1.12 判断下列算符是否是线性厄米算符： （1）dXd （2）2∇ （3）x 1+x 2 （4）2x e -1.13 下列函数是否是dXd的本征函数？若是，求其本征值： （1）exp （ikx ） （2）coskx （3）k （4）kx1.14 氢原子1s 态本征函数为0/1r a s Ne ψ-=（a 0为玻尔半径），试求1s 态归一化波函数。