Preparision for As chemistry
1 Symbols and names of elements
元素的名称与符号
Aluminium Al 铝 Germanium Ge 锗
Antimony Sb 锑 Gold Au 金
Argon Ar 氩 Helium He 氦
Arnic As 砷 Hydrogen H 氢
Rubidium Rb 铷 Selenium Se 硒
Silicon Si 硅 Silver Ag 银
Sodium Na 钠 Strontium Sr 锶
Tin Sn 锡 Titanium Ti 钛
Tungsten W 钨 Uranium U 铀
Vanadium V 钒 Xenon Xe 氙
Zinc Zn 锌
2 前20号元素
3 金属活动顺序表
K Ca Na Mg Li Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
4 中国的初三知识
(1)acids bas salts 之间的 reactions
酸 碱 盐 反应
(2)复分解反应条件(↑↓HO生成)
2
(3)盐的溶解性口诀：钾钠铵，硝酸溶，硫酸去铅钡，盐酸去银汞，其他都不
溶。(HCO盐一定可溶)
3
-
常见强酸：HCl、HSO、HNO、HPO.(中强酸)
24334
常见强酸：NaOH、KOH、Ba(OH)、Ca(OH).(中强酸)
22
CHAPTER 1
Atomic structure 原子结构
By the end of this chapter you should be able to:
1 recogni and describe protons, neutrons and electrons in terms of their
relative charges and relative mass;
辨别并描述质子、中子和电子根据它们的相对带电量和相对数量；
2 desctibe the distribution of mass and charge within an atom;
能够描述一个原子内部微粒的电量和质量的分布；
3 desctibe the contribution of protons and neutrons to atomic nuclei in
terms of atomic number and mass number;
能够描述质子、中子对原子数和质量数的贡献；
4 deduce the numbers of protons, neutrons and electrons prent in both
atoms and ions from given atomic and mass numbers;
对于给定质量数原子和离子，可以推出其质子数、中子数和电子数；
5 describe the behaviour of protons, neutrons and electrons in electric
fieids;
能够描述在电场中质子、中子和电子的行为；
6 distinguish between isotopes on the basis of different numbers of
neutrons prent;
能够区别有不同中子数的同位素；
7 explain the terms first ionisation energy and successive ionisati on
energies of an element in terms of 1 mole of gaous atoms or ions;
能够解释一摩尔气态原子或离子的第一离子能量和连续离子能量的概念；
8 explain that ionization energies are influenced by nuclear charge,
atomic radius and electron shielding;
可以解释原子电离能受核电荷数、原子半径和屏蔽作用的影响；
9 predict the number of electrons in each principal quantum shell of an
element from its successive ionization energies;
通过连续电离子能，能够预测某元素在每个量级轨道上的电子数目；
10 describe the shapes of s and p orbitals;
能够描述s和p层的形状；
11 describe the numbers and relative energies of the s , p and d orbitals
for the principal quantum numbers 1,2,3 and also the 4s and 4p
orbitals;
能够描述量子数为1，2和3的s,p和d 轨道的数量和相对能量，还有4s
和4p的；
12 deduce the electronic configurations of atoms up to Z=36 and ions,
given the atomic number and charge, limited to s and p blocks up to
Z=36.
对于给定的原子序数和电量（仅限于s和p区，36号以下元素），能够推
1 Structure of atom 原子结构
proton (质子)
nuclei
(1)Atom 原子核 neutron(中子)
electron/核外电子(绕核运动)
(2)质子，中子，电子，相对电荷数量
带1单位正电荷 +1.6×10
-19
proton
有质量，relative mass 约是1
without charge 不带电
neutron
有质量，relative mass约是1
-19
negatively charged(一单位的负电荷)-1.6×10
electron
mass 质量很小，几乎可以忽略
(3) For an atom, number of electron = number of proton
= Atomic number
(4) Nucleon number(质量数) = proton number + neutron number
B
A
X
( B:nucleon number, A:proton number/atomic number)
中子数 = B – A
(5) Almost the total mass of an atom rest on nuclei, becau mass of
electrons is very small relative to proton and neutron .
原子的数量几乎全部集中在原子核上，因为电子的质量市质子中子的几千
分之一。
proton number equals to electron number
原子核内 质子数等于核外电子数，所以原子显中性。
(6) deduce number of protons neutrons, electrons of an atom or onions
in term of atomic number and mass number.
根据原子序数与质量数推出质子、中子、电子数。
19
916
322
23
FS
11
NO
3
Na
(7) behavior of protons. electrons and neutron in electric field.
(8) isotopes 同位素
定义：Atoms which have the same number of protons but different number
of neutrons.
Becau electrons hold the key to almost the whole of
chemistry,
so isotopes have the same chemistry. 因为电子几乎决定了原
子的所
有化学性质，所以同位素的化学性质相同。
2 ionisation energy 电离能
(1) 定义：the first ionisation energy of an element is the amount of
energy needed to remove one electron from each atom in a
mole of atoms of an element in the gaons state.
第一电离能指当从 |mo| 元素的气态每个原子中移去1个电子，所
以需的能量
(2) Symbol Hi Hi Hi
123
符号 第一电离能 第二电离能 .......
(3) factors affected ionisation energy(影响电离能的因素)
因素(i):The size of the nuclear charge.(核电荷的大小)
The nuclear charge increas, ionisation energy increa
因素(ii):The distance of the electron from the nucleus.(电子离核
的距离)
The distance↑，attractive foics↓, ionisation energy↓
因素(iii):The “shielding” effect by electrons in filled inner
shells.(内层电子的屏蔽作用)
导致连续电离能增加，且有大的飞跃。
(4) Successive ionisation energy 连续电离能的特征P Table.
9
特征(i):The successive ionisation energy in creas.
reason(原因)→when electron is removed, the remaining ion
becomes more positively charged moving the next ionisation
energy is more difficult, the next ionisation energy is
even larger .
特征(ii): There′re one or more particularly large ris with the
t of ionisation energies of each element (except hydrogen
and helium)
除了H、He 外每个原子电离能都有一个或更多个特殊大的增
(5) Application for successive ionisation energy (连续电离能应用)
P10 Figure 1.11
3 A more complex model for electrons configure
电子分布的更复杂的模型
(1) arrangements of electrons
energy level(能量级别) shells(电子层)
n=1 n=2 n=3
energy level shells(能级层)(quanta number)
(2)More complex configurations (更复杂的电子构型)
(i)S orbitals
(ii)P orbitals
Px Py Pz
(3) Subshells 亚层→每个shell里又分的小层。
orbitals,含一系列能量级的轨道。
(4) types of subshells(亚层类型):
n=1时，只有S亚层
n=2时，有S,P
n=3时，S, P, d
n=4时，S, P, d, f
(5) orbitals: pauli exclusion principle and spin-pain
同一轨道电子必须 opposite spin 半充满
最稳定的electron configuration 是两种
全充满(反
旋)
(6) Energy levels 顺序
1s 2s 2p 3s 4s 3d 4p 4d 4f(电子先排能级低再排高能级轨道)
(5)(6)应用：Write down electron configurations for an atom
(7) 典型的electron configurations 电子排布
C: 1s 2s 2p 1s 2s 2Px 2Py 2Pz
222
Cr:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
2262615
s: 最多2个
p: 最多6个
d: 最多10个
发现电子
溶液中电流的作用（电解）
例如，向氮化银水溶液中通电，金属银就会出现在负极区（阴极）。这只是个电解的例子,
最佳解释如下：
元素银在溶液中以离子形式（Ag
╈
）存在；
一个银离子得一个电子就变成银原子。
一个单元的电流被称为“电子”，这是爱尔兰科学家乔治 约翰斯通于1891年命名的。
阴极射线的研究
正常压强下的气体通常是弱导电体，但是，在很小的压强时，它们导电性能良好。科学家们，
例如威廉姆斯 克鲁克斯，第一个研究低压气体特性的科学家，发现在玻璃容器的阴极（负
电极）对面，当施加的电压特别大时会有发光现象。某固体，如果放在阴极和发光处之间，
就会产生一个阴影（如图1.2）。科学家们假设光是由从阴极发出的射线（阴极射线）引起
的。图1.2 阴极射线引起对阴极去荧幕上发光，并且有“马耳他十字”的阴影。而且当有
磁体靠近时，阴影会移动。这表明，阴极射线在磁场中会发生偏移。“阴极射线”今天仍被
广泛使用，例如示波器，曾经，有过一些关于阴极射线是否是“波”的争论，也就是说这些
射线是否与可见光相似。如果假设阴极是带电粒子流，我们就能很好的解释为何阴极射线在
磁场中会发生严重的偏转，这也是对于争论的最有力的证据。而射线在磁场中向正极偏转表
明这些有阴极产生的微粒是带负电的。
约瑟夫 托马孙的实验
对于这个问题的理解，最伟大的跨越出现在1897年剑桥大学的卡文迪许实验室（如图
1.4）。托马孙测量了在磁场和电场中一束窄窄的阴极射线的偏转程度。其结果可以用来计算
微粒带电量与质量的比值（e/m），而不论在试验中使用何种气体或是阴极类型，该比值都是
相同的。实验还发现阴极射线微粒的质量很小，只有一个氢原子质量的1/2000。托马孙给
它们命名为“电子”，这个名字早先被用来表示“电流的单元”
图1.4 托马孙装置。电子从发热的阴极区（负极）发出，穿过狭长的通道到达阳极（正极）。
密立根“滴油”实验
美国物理学家罗伯特 密立根用他著名的“滴油”实验（如图1.5），第一次精确测量了
电子的电量。他得出电子电量为1.602*10C（库仑），一个电子的质量是9.109*10Kg，是
-19-3
氢原子质量的1/1837。图1.5 罗伯特密立根的滴油实验。他把油雾喷射到被X射线电离的
空气中，使油雾带负电。调整电压使得正极对油的吸引大和油自身的重力平衡，因此油滴可
以保持静止。计算出电压就可以得到油滴的带电量。
发现质子和中子
新原子模型：“葡萄干布丁”或“核”原子
既然已经发现了电子存在，就应该建立新的原子模型。在电中性的原子中，存在带负电
的电子，就必然存在带正电的物质。一度，被认为是最好的模型是托马孙的“葡萄干布丁”
模型：电子（葡萄干）被包围在像布丁似的正电荷之中（如图1.6）。但是，1909年的一个
实验推翻了这种模型。曼彻斯特大学的卢瑟福研究组的2位科学家——盖格和玛斯顿，他们
发现由放射源发出的α粒子穿透金箔或是其他金属箔时，会发生偏转（如图1.7）。他们通
过荧光屏检测到这些由发光引起的微粒还发生了碰撞。因为α粒子性质活泼，他们对于粒子
穿过金属而发生轻微的偏转的现象并不感到惊奇，毕竟根据葡萄干布丁模型，当带正电的α
粒子穿过分散的电子和正电荷时会发生轻微的扩散。
图1.6 托马孙 原子的“葡萄干布丁”模型。电子（葡萄干）被包围在正电荷之中。
图1.7 盖格和玛斯顿的实验，发现了当α粒子穿过金属箔时是如何偏转的。
然而，盖格和玛斯顿也注意到一些很大的偏转。某些（大约20000）偏转角很大，在金
箔和α粒子源之间的荧光屏上也可以看到很明显的发光现象，这是他们没有预料到的。卢瑟
福说：“当你用α粒子轰击一张仅15英寸厚的金箔时，它们会反弹回来，这简直不可思议。”
由于正电荷是分散在葡萄干布丁模型中，所以不能解释盖格和玛斯顿发现的现象。于是，
卢瑟福提出了他的“核”原子模型的构想。他认为，原子虽然占据了整个空间，但是质量却
集中在非常小的带正电的原子中心处，称为原子核。原子核的体积大约是整个原子的
1/10000，就像一个足球放在运动场的中央。
大多数α粒子穿过原子空间时只发生特别微小的偏转，当某个α粒子靠近原子核时，它
们俩都带正电，会产生很大的力量相互排斥，因此α粒子的偏转角会很大（如图1.8）。
图1.8 卢瑟福对于盖格和玛斯顿实验的解释。当遇到非常小带正电的原子核时，也带正电
的α粒子会产生偏转，但原子的大部分空间是空的。
核电荷与原子序数
1913年，曼彻斯特卢瑟福研究组成员莫斯利，发明了一种比较各元素原子所带的正电荷
的方法。核电荷随着元素在元素周期表中的序列每增大1而增加一个电荷。莫斯利认为表中
的元素序列与原子的核电荷数有关，而不与相对原子质量有关（见199页）。于是，核电荷
数被称为元素的原子序数，原子序数定义了元素在周期表中的位置。
原子核中的微粒
质子
卢瑟福提出原子模型假设后，他推断在原子核中必然存在带正电的微粒。他和玛斯顿用
α粒子轰击氢、氮还有其他物质。他们发现了和氢原子有着差不多同样电量和质量的微粒，
卢瑟福称它们为质子。一个质子带1.602*10C的正电，与电子电量相等，但是极性相反。
-19
它的质量是1.673*10Kg,大约是一个电子质量的2000倍。
-27
原子是电中性的，原子核内的质子数与核外的电子数量是相同的。
中子
一个原子的质量集中在原子核处，但不仅仅取决于质子，通常，质子只提供一半的质量。
卢瑟福提出假设，原子核里还有另外一种微粒，质量与质子差不多，但是不带电。他认为，
这种微粒是质子和电子的结合体。因为没有电量，在电场中就不能体现出该微粒，所以检测
这种微粒就变得特别困难。直到卢瑟福提出假设的12年后，也就是1932年，他们的同事—
—查德威克，找到了充足的证据证明这样一种质量与质子差不多，但是不带电荷的微粒的存
在（如图1.9）。这种微粒被称为中子。
图1.9 a 查德威克就是使用这套装置发现中子的。
b 图示为装置的内部结构。查德威克用α粒子轰击铍块。不带电的微粒在铍块的一侧被
发现。当在铍块附近放一块石蜡时，就会发现带电的质子。α粒子能将铍中的中子轰击出来，
将石蜡中的质子轰击出来。
原子序数和质量数
原子序数（Z）
不同元素的原子最大的不同点是原子核中的质子数不同，质子数决定该原子属于何种元
素。元素的原子序数表示：
某元素原子原子核中的质子数
原子（电中性）中的电子数
在元素周期表中的位置
质量数（A）
一个原子的原子核中所有微粒的数目，是个很有用的数，被称为质量数。对于任何原子：
质量数是原子核中质子数与中子数之和。
Behaviour of protons, neutrons and electrons in electric fields
质子、中子和电子在电场中的运动轨迹
The three particles behave differently in an electric field, becau
of their relative mass and charges. Protons are attracted to the
negative pole and electrons are attracted to the positive pole. Becau
they are much lighter, electrons are deflected more. Neutrons are not
deflected as they have no charge (figure 1.10).
图1.10 质子、中子和电子在
电场中的运动轨迹
在电场中，这3种微粒的运动轨迹不相同。质子被吸引到负极而电子被吸引到正极。因为
电子很轻，所以电子的偏转最严重。中子不带电，因此不发生偏转（如图1.10）。
Summary table
Particle name Relative mass Relative chage
electron negligible -1
proton 1 +1
neutron 1 0
总结如下： 微粒名称 相对质量 相对电量
电子 可忽略 -1
质子 1 +1
中子 1 0
Isotopes
同位素
在卢瑟福原子模型中，原子核由质子和中子构成，每个质子和中子的质量为1个原子单
位。因此，该元素原子的相对质量应该是一个整数。由此，问题又出现了：为什么氯元素的
相对原子质量为35.5呢？答案是：同种元素的原子并不是完全相同的。在1913年，索迪.
弗雷德里克提出假设：同种元素的不同原子有不同的原子质量。他称这些不同质量的原子为
同位素。意思是“相同的地位”。例如，在元素周期表中占据同一个位置，有相同的原子序
数。质子和中子的发现正好可以解释为什么同一种元素会有同位素。在某元素的各同位素中，
它们的质子数是相同的，但中子数不同。
Remember:
atomic number(Z) =number of protons
mass number (A) =number of protons +number of neutrons
请牢记：原子序数（Z）= 质子数 ，质量数（A）= 质子数+ 中子数
Isotopes are atoms with the same atomic number, but different mass
numbers.
同位素是原子序数相同质量数不同的原子。
The symbol for isotopes is shown as.
mass
number
atomic
number
A
x
or X
Z
例如，氢元素有三种同位素
1 1H 2 1H 3 1H
氕 氘 氚
质子数 1 1 1
中子数 0 1 2
通常，可以通过名称和符号+质量数来确定某同位素。例如，铀元素（Z-92），是自然
界中存在的最重的元素。它有2个特别重要的同位素，质量数分别为235和238。它们可表
示为铀-235和铀-238，U-235和U-238或U和U。
235238
质子数，中子数和电子数
对于一个原子或离子，我们很容易计算其各个组成部分。
质子数= Z
中子数= A- Z
电中性原子中电子数= Z
正离子电子数= Z – 离子带电量
负离子电子数= Z + 离子带电量
举个例子，镁是12号元素，它属于第二主族，因此它容易失2个电子（2+）成为镁离
子。因此，镁的同位素镁-25的离子形式可表示为：25 12Mg
2+
质子数为12，中子数为13，电子数为10。
Electrons in atoms 原子中的电子
Electrons hold the key to almost the whole of chemistry. Protons and
neutrons give atoms their mass, but electrons are the outer part of the
atom and only electrons are involved in the changes that happen during
chemical reactions.
电子是研究化学反应的关键。原子的质量是质子和中子的质量和，
电子在核外，因此只有电子才可以为化学反应提供电荷。
如果我们知道了电子在原子和分子中的排布，我们就可以用纯数学的方法预计大多数
的化学反应。但是目前，即使是使用最先进的计算机，想要清楚了解核外电子排布也并非易
事。但或许在不久的将来就会实现。现在我们认识到的核外电子排布是什么样子的呢？最初
的一种简单的看法是：它们绕原子核做随机旋转。但这种看法很快被否定了。计算表明，如
果是这样，任何可动的、带电的微粒，就像电子这样的，都会损失能量，最终撞入原子核。
现在使用的模型的是电子排布在一些层上。这些“层”与电子所拥有的不同能量级别有关。
电子排布：能级(energy level)和电子层(shell)
Earlier the German physicist Max Planck had propod, in his “Quantum
Theory” of 1901,that energy, like matter, is atomic. It can only be
transferred in packets of energy he called quanta, a single packet of
energy is a quantum. Bohr applied this idea to the energy of electrons.
He suggested that, as electrons could only posss energy in quanta, they
would not exist in a stable way, anywhere outside the nucleus, unless
they were in fixed or quantized energy levels. If an electron gained or
lost energy, it could move to higher or lower energy levels, but not
somewhere in between. It is a bit like climbing a ladder；you can only
stay in a stable state on one of the rungs. You will find that, as you
read more widely, there are veral names given to three energy levels.
The most common name is shells.Shells are numbered 1, 2, 3, 4, etc. The
numbers are known as ptincipal quantu。
m1913年，原子理论取得了巨大的进展。
丹麦物理学家玻尔.尼尔斯提出了他关于原子核外电子排布的假设。之前的德国科学家普朗
克在他1901年的量子论中提出：能量是原子化的，就像其他物质一样。能量只能通过“量
子”这个能量的基本单元来进行能量转换。玻尔应用这个理论研究电子的能量，他认为，既
然电子只能占有量子级的能量，它们就不能在原子核外稳定存在，除非它们被固定在定量
的能级上。如果电子得到或丢失能量，它可以越迁到更高的或更低的能级上，但是不能处
于能级之间。这有点像爬楼梯，你可以在任何一层停留并保持稳定。随着你看更多的书，你
Shells are numbered 1, 2, 3, 4, etc. The numbers are known as ptincipal
quantum numbers(symbol n).Such numbers correspond to the numbers of
rows(or Periods) in the Periodic Table。
电子层分为1，2，3，4等层，这些数
会发现每个能级都有自己的名字。最通俗的叫法是电子层。
是基本量子数。电子层数与原子所在的周期对应。
We can now write the simple electronic configurations as shown in
table 1.1. Remember that the atomic number tells us the number of electrons
prent in an atom of the element. For a given element, electrons are added
to the shells follows
现在我们可以写出表1.1中原子的基本电子分布。原子序数表
示原子电子数。对于某个给定的元素，电子在各个层的分布按以下规律：
up to 2 electrons in shell 1:
第一层最多有2个电子■
■ 第二层最多有8个电子
up to 8 electrons in shell 2:
■ 第三层最多有18个电子
up to 8 electrons in shell 3.
电离能可以很好的解释电子层的存在。
电子数 电子数 电子数
原子序数 N=1 N=2 N=3
H 1 1
He 2 2
Li 3 2 1
Be 4 2 2
B 5 2 3
C 6 2 4
N 7 2 5
O 8 2 6
F 9 2 7
Ne 10 2 8
1 Na 11 2 8
表1.1 周期表中前11个元素的电子排布
Ionisation energy 电离能
When an atom los an electron it becomes a positive say that
it has been ionized. Energy is needed to remove electrons and this is
generally called ionization energy.
当一个原子失去一个电子，就变成一个正离
子，我们把这种过程称为电离。转移电子需要能量，这个能量就是电离能。
More precily,The first ionization energy of an element is the
amount of energy needed to remove one electron from each atom in a mole
of atoms of an element in the gaous state.
某种元素的第一电离能是从该元
素1摩尔气态原子中的每个原子中转移一个电子所需要的能量。
The general symbol for ionization energy isand for a first
ΔH
i
,
ionization energy it is, The process may be shown by the example of
ΔH
i1
calcium as (
电离能的符号是ΔH，第一电离能的符号是ΔH。以碳元素为例，整个过程
ii1
可表示为)：
Ca(g)-> Ca(g)+ e- ΔH= +590KJ/mol
+
ii
The energy needed to remove a cond electron from each ion in a mole
of gaous ions is the cond ionization energy.
从1摩尔气态离子中在转移
一个电子所需要的能量为第二电离能。以碳为例：
Ca(g) —〉Ca(g)+ e- ΔH= +1150KJ/mol
+2+
i2
Note that the cond ionization energy is much larger than the first
注意第二电离能比第一电离能大得多。
We can continue removing electrons until only the nucleus of an atom is
quence of first cond, third, fourth, etc, ionization
energies(or successive ionization energies) for the first 11 elements in
the Periodic Table are shown in table 1.2(
我们可以不停地转移电子直到只剩原
子核。周期表中前11个元素的第一、二、三、四电离能如表1.2所示)。
移动 的电 子数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 H 1310
2 He 2370 5250
3 Li 520 7300 11800
4 Be 900 1760 14850 21000
5 B 800 2420 3660 25000 32800
6 C 6220 1090 2350 4620 37800 47300
7 N 7480 1400 2860 4580 9450 53300 64400
7450 8 O 1310 3390 5320 11000 13300 71300 84100
8410 9 F 1680 3470 6040 11000 15200 17900 92000 10600
9370 10 Ne 2080 3950 6120 12200 15200 13140
11 Na 510 4560 6940 9540 13400 16600 20100 25500 28900 14100 158700
表1.2 周期表中前11个元素的各级电离能（圆整至10KJ/mol）
以下规律对所有元素适用：
■ The ionization energies increa. As each electron is removed from
an atom, the remaining ion becomes more positively charged. Moving
the next electron away from the incread positive charge is more
difficult and the next ionization energy is even larger.
电离能是增
加的。每当从原子中移出一个电子后，剩余的离子所带的正电越多，因此，再移出一
■ There are one or more particularly large ris within the t of
ionization energies of each element (except hydrogen and helium)
个电子也就越困难。所需的电离能就越大。
除氢与氦外，其他元素的一系列电离能中，有一个或几个较大的阶越。
Ionisation energies of elements are measured mainly by two techniques:
可以用两种方法来测量某元素的电离能
■
calculating the energy of the radiation causing particular lines in
the emission spectrum of the element
计算引起放射谱的放射能量。
■ using electron bombardment of gaous elements in discharge tubes.
We now know the ionization energies of all of the elements.
在放电管中，
使用气体元素的电子轰击方法.
The data may be ionization energies of the atomic numbers of elements
and their simple electronic configurations.
我们现在已知所有元素的电离能，
可以根据元素的原子序数和其核外电子排布来解释电离能。在此之前，我们先来考虑影响
电离能大小的因素。
Factors influencing ionization energies
影响电离能大小的因素
The three strongest influences on ionization energies of elements are
the following
三个最重要的影响因素为：
■ The size of the positive nuclear charge
This charge affects all the electrons in an increa in nuclear
charge with atomic number will tend to cau an increa in ionization
energive.
原子核内正电荷数正电荷吸引电子，正电荷越多，电离能越大。
■ The distance of the electron from the nucleus
电子与原子核的距离
It has been found that, if F is the force of attraction between two objects
and d is the distance between them, then：
2
F is proportional to 1∕a (the inver square law)
This distance effect means that all forces of attraction decrea rapidly
as the distance between the attracted bodiees increas. Thus the
attractions between a nucleus and electrons decrea as the quantum
numbers of the shells increa, The furtner the shell is from the nucleus,
the lower are the ionisation energies for electrons in that shell.
F为
两物体之间的引力，d为两物体之间的距离，则F与1/d 成正比，当两物体之间距离增大
时，引力减小得很快。因此，原子核与电子之间的引力随核外电子层数增加而减小。
2
■ The shielding effect by electrons in filled inner shells
All electrons are negatively charged and repel each other. Electrons in
the filled inner shells repel electrons in the outer shell and reduce the
effect of the positive nuclear charge. This is called the shielding effect.
The greater the shielding effect upon an electron, the lower is the energy
required to remove it and thus the lower the ionisation energy.
电子带负
外层电子的“屏蔽”效应
电，电子之间相互排斥。内层电子排斥外层电子，抵消内原子核的引力，这个效应成为“屏
蔽”效应。电子的“屏蔽”效应越大，移动所需的能量越小，电离能就越小。
Consider the example of the successive ionisation energies of lithium
We e a low first ionisation energy, followed by much larger cond and
third ionization energies. This comfirms that lithium has one electron
in its outer shell n=2, which is easier to remove than either of the two
electrons in the inner shell n= large increa in ionization energy
indicates where there is a change from shell n=2 to shell n=1.
以锂的连
续电离能为例，可见第一电离能很小，而第二、第三电离能都很高。这与锂的电子结构相符。
第二层电子层有一个电子，移出该电子比移出内层的2个电子容易许多。电离能的剧烈增加
说明该处为电子层从第一层到第二层。
The pattern is en even more clearly if we plot a graph of ionisation
energies(y axis) against number of electrons removed (x axis).As the
ionization energies are so large, we must u logarithm to ba 10(10g)
10
to make the numbers fit on a reasonable graph for sodium is shown
in figure 1.11.
以电离能为y轴，以转移的电子数为x轴，我们可以明显地看出一种趋
势。因为电离能数值很大，因此所对数。纳的图象如图1.11所示，图1.1 随着移动的电子
Successive ionization energies are thus helpful for predicting or
confirming the simple electronic configurations of elements. In
particular, they confirm the number of electrons in the outer shell.
数增加，钠的电离能变化。
This leads also to confirmation of the position of the element in the
Periodic Table.
因此，连续电离能可用来预测或确定元素的基本电子结构。而且它与元
素外层电子数相符。这种趋势也与元素在周期表的中位值相符。
最外层电子数为1的元素是第一主族元素。最外层电子数为2的元素是第二主族元素。
以此类推。
Need for a more complex model需要更复杂的电子排布模型
Electronic configurations are not quite so simple as the pattern shown
in will e in chapter 9(page206) that the first
ionization energies of the elements 3 (lithium) to 10 (neon) do not
increa enenly. This, and other, variations show the need for a more
complex model of electron configurations than the Bohr model.
电子结构并
不像表1.1中那么简单。在第九章，你会发现3号元素到10号元素的电离能的增加并非均
匀。因此，我们需要一个比布尔模型更复杂的电子结构模型。
The newer models depend upon an understanding of the mathematics of
quantum mechanics and, in particular, the Schrodinger equation and
，
Heinbergs uncertainty principle，Explanations of the will not be
attempted in this book, but an outline of some implications for the
chemists view of atoms is is now thought that the following hold.
，
（
建立新模型，要建立在希洛丁格等式和海森堡的不确定原则等量子论的数学方法之上。
本书部队这些理论进行解释，只给原子的化学解释。目前认为以下观点是正确的）：
■ The energy levels(shells)of principal quantum number n=1,2,3,4, etc.
do not have preci energy values. Instead, they each consist of a t
of subshells, which contain orbitals with different energy values.
基本
能级没有确定的能量值。它们由一系列附属轨道组成，附属轨道有不同的能量值。
■ The subshells are of different types labeled s, p, d and f. An s
subshell contains one orbital; a p subshell contains three
orbitals; a d subshell contains five orbitals; and an f subshell
圈，d轨道有五圈，f轨道有7圈。
contains ven orbitals.
用s,p,d,f表示各个附属轨道。S轨道有一圈，P轨道有三
■ An electron orbital reprents a region of space around the nucleus
of an atom, within which there is a high chance of finging that particular
electron.
一个电子轨道表示一个核外空间，电子在轨道上的概率较大。
■ Each orbital has its own approximate, three dimensional shape.
It is not possible to draw the shape of orbitals precily. They do not
have exact boundaries but are fuzzy, like clouds; indeed, they are often
called charge clouds.
每个轨道都是三维的。想要精确的画出轨道比较难。它们没有特
定的边界，就像云一样，因此它们常叫做“电子云”。
Approximate are reprentations of orbitals are shown in figure
regions, where there is a greater chance of finding an electron,
are shown as more den than others. To make drawing easier, however, we
usually show orbitals as if they have a boundary;
this enclos over 90％ of the space where you can find the electron.
Note there is only one type of s orbital but three different p orbitals
(P,P,P). There are five different d orbitals and ven f orbitals.
xyz
轨道的大致模型如图1.12所示。电子轨道只是电子所在的概率较大的地方。为了使得表示
方便，我们通常把轨道画成有边界的，在边界内有90%的几率可以找到电子。注意只有一种
S轨道，但是有三种不同的P轨道（Px,Py,Pz）.有五种不同的D轨道和七种F轨道。
Orbitals: Pauli exclusion principle and spin-pairing
轨道：泡利不相容原理和双旋转
The shell n=1 consists of a single s orbital called 1s; n=2 consists of
s and p orbitals in subshells called 2s and 2p; n=3 consist of s, p and
d orbitals in subshells called 3s, 3p and 3d.
第一电子层只有一个S轨道为1s,
第二电子层有s轨道和p 轨道，称为2s和2p。第三电子层有s,p,d轨道，成为3s,3p,3d。
There is an important principle concerning orbitals that affects all
electronic configurations .This is the theory that any individual orbital
can hold onc or two electrons but not more. The principle was propod
by the Austro-Swiss physicist Wolfgang Pauli in 1921 and is called the
Pauli exclusion principle.
有一个很重要的理论是关于影响电子排布的电子轨道的。
这个理论是说，一个轨道上只能有1个或2个电子。奥地利物理学家泡利在1921提出此理
论，因此成为“泡利不相容原理”。
You may wonder how an orbital can hold two electrons with negative
charges that repel each other strongly. It is explained by the idea of
spin-pairing. Along with charge, we say that electrons have a property
called spin. We can visuali spin as an electron rotating at a fixed
rate. Two electrons can exist as a pair in an orbital through each having
opposite spin (figure 1.13); this reduces the effect of repulsion (e
also later in this chapter).Clockwi spin is shown as ↑, anticlockwi
spin as ↓.
你或许会想为什么在同一个轨道上会有两个相互的排斥的电子呢？我们可以
用双旋转来解释。电子都有旋转的属性，且以一个固定的速率旋转。如果两个电子旋转方向
相反，它们就可以同时存在于同一轨道上。（如图1.13）；这样会降低排斥效应（见下一章）。
↑表示顺时针旋转，↓表示逆时针旋转。
From all the known evidence, including the Pauli exclusion principle,
scientists have decided that: shell n=1 contains up to two electrons in
an s orbital; shell n=2 contains up to eight electrons, two in an s orbital
and six in the p subshell, with two in each of the P, P, P orbitals;
xyz
shell n=3 contains up to 18 electrons, two in an s orbital, six in the
p subshell and ten in the d subshell, with two in each of the five orbitals.
由泡利不相容原理等已知信息，科学家们规定：第一电子层至多有2个电子；第二电子层
最多有8个电子，2个在S轨道，6个平均分布在Px,Py,Pz轨道上。第三电子层最多包含
18个电子，2个在S轨道，6个平均分布在P轨道，10个平均分布在d轨道上。图1.13 旋
转方向相反的两个电子
Order of filling shells and orbitals 充满轨道的顺序
in each successive element of the Periodic Table, the order of filling
the shells and orbitals is the order of their relative energy. The
electronic configuration of each atom is the one that gives as low an
energy state as possible to the atom as a whole. This means that the
lowest-energy orbitals are filled first. The order of filling is:
first 1s, then 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d,4p,...
元素周期表中连续的元素，它们充满轨道的顺序就是其相对能量的顺序。原子的电子排布
是尽可能低能的排布。这意味着最低能量轨道会先被占满。布满的顺序为：首先 1s, 其次
2s,2p,3s,3p,4s,3d.4p„„
As you e, the order (shown diagrammatically in figure 1.14) is not
quite what we might have predicted! An expected order is followed up to
the 3p subshell, but then there is a variation, as the 4s is filled before
the 3d. This variation and other variations further along in the order
are caud by the increasingly complex influences of nuclear attractions
and electron repulsions upon individual electron.
这个顺序（见图1.14）和
我们想象的或许不一样。预计的顺序为在3p之后应该为3d,但事实是4s。原子核引力和其
他电子的斥力综合作用导致了这样的变化。图1.14 表示排满轨道的顺序（只到第四电子层）
Electronic configurations
电子排布
Reprenting electronic configurations
电子排布的描述
The most common way of reprenting the electronic configurations of atoms
is shown below. For example, hydrogen has one electron in an s orbital
in the shell with principal quantum number n=1. We show this as Helium
2
has two electrons, both in the 1s orbital, and is shown as 1s,The
electronic configurations for the first 18 elements (H to Ar) are
shown in table 1.3, For the t of elements 19(potassium) to 36(krypton),
it is more convenient to reprent part of the configuration as a noble-gas
core .In this ca the core is the configuration of argon. For
convenience we sometimes reprent 1s 2s 2p 3s 3p as [Ar] rather than
22626
write it out each time .Some examples are shown in table 1.4. The following
points should be noted.
最常见的原子电子排布如下。例如，氢元素有1个电子排在S
层上，基本量子单位为1。我们表示成1s，S 表示电子层，s前的1表示基本量子单位，上
标1表示电子数量，氦元素有两个电子，都在1s层，表示为1S前18个元素的电子排布如
2
表1.3 所示。对于从第19号元素到第36号元素，如果把其部分电子排布表示成惰性气体
核心的，就会很简易。这样一来，核心就是氩气。为了表示方便我们可以用|Ar|来代替上面
介绍的表示方法。其中一些例子见表1.4，注意以下几点：
1
■ When the 4s orbital is filled, the next electron goes into a 3d orbital
(e scandium).This begins a pattern of filling up the 3d subshell, which
finishes at zinc. The elements that add electrons to the d subshells are
called the d-block elements; a subt of the is called
transition elements.
当4s被占满后，下个电子将占据3d层，直至锌，这种占据d层
的元素被称为d区元素。其中一部分成为“过渡元素”.
■ There are variations in the pattern of filling the d subshell at
elements 24(chromium) and 29(copper). There elements have only one
electron in their 4s orbital. Chromium has five d electrons, rather than
the expected four; copper has ten d electrons rather than nine. This is
the outcome of the complex interactions of attractions and repulsions in
their atoms.
24号元素（铬）与29号元素（铜）之间，d层的排布所有变化。这些元素
的4s层只有一个电子。铬有5个d层电子，而不是4个。铜有10个而不是9个。这是引力
和斥力共同作用的结果。
■ From elements 31(gallium) to 36(krypton) the electrons add to the
4p subshell. This is similar to the pattern of filling the 3 fp subshell
from elements 13(aluminium) to 18(argon) in period 3.
从第31号元素（镓）
到36号元素（氪）电子会排到4p层。这与从13号元素（铝）到18号元素（氩）的电子排
在3p层相似。
1S 1 H
1S 2 He
1S2s 3 Li
2 1
1S2s 4 Be
1S2s2p 5 B
2 2 1
1S2s2p 6 C
2 2 2
1S2s2p 7 N
2 2 2
1S2s2p 8 O
2 2 2
1S2s2p 9 F
2 2 2
1S2s2p 10 Ne
2 2 2
1S2s2p3s 11 Na
1S2s2p3s 12 Mg
2 2 2 2
1S2s2p3s3p 13 Al
2 2 2 2 1
1S2s2p3s3p 14 Si
1S2s2p3s3p 15 P
2 2 2 2 3
1S2s2p3s3p 16 S
2 2 2 2 4
1S2s2p3s3p 17 Cl
2 2 2 2 5
1S2s2p3s3p 18 Ar
19 K |Ar|4s
20 Ca |Ar|4s
21 Sc |Ar|3d4s
1
2
2 2
2 2 2 1
2 2 2 2 2
2 2 2 2 6
表1.3 前18号元素的电子排布
1
2
1 2
24 Cr |Ar|3d4s
25 Mn |Ar|3d4s
5 2
5 1
29 Cu |Ar|3d4s
30 Zn |Ar|3d4s
31 Ga |Ar|3d4s4p
35 Br |Ar|3d4s4p
36 Kr |Ar|3d4s4p
10 1
10 2
10 2 1
10 2 5
10 2 6
表1.4 元素19至36，部分元素电子排布
Filling of orbitals 轨道的填充
Whenever possible, electrons will occupy orbitals singly. This is
due to the repulsion of electron charges. Electrons remain unpaired until
the available orbitals of equal energy have electron each. When there
are more electrons than the orbitals can hold as singles, they pair up
by spin-pairing. This means that, if there are three electrons available
for a p subshell, one each will go to the p p and none in p. When there
xyz
are four electrons available, two will spin-pair in one orbital, leaving
single electrons in the other orbitals. Similarly, five electrons in a
d subshell will remain unpaired in the five orbitals(e figure1.15).
如果可能，电子将会独自占据整个轨道。这与电子之间的斥力有关。电子只有另一个电子
拥有相同能量时才会与之配对。当电子数多于轨道所能容纳的电子数时，它们将结对成双
旋转。这说明，如果在P层有3个可用电子，每一个将会分别占据Px,Py,Pz。如果有四个
电子，2个将会结对占据一个轨道，留下另外两个单独存在。与之相似，如有5个电子在d
层，这五个将会各自独立。
As an example, we can show how orbitals are occupied in atoms of carbon,
nitrogen and oxygen as:
22110
carbon (six electrons)1s s 2p 2p 2p
xyz
nitrogen (ven electrons) 1s 2s 2p 2p 2p
22111
xyz
oxygen (eight electrons) 1s 2s 2p 2p 2p 2p
222211
xyyz
举个例子，我们可以看出C，N,O元素原子的电子是怎样占据轨道的。
C (6个电子) 1S2s2p2p2p
2 2 1 10
xy z
N (7个电子) 1S2s2p2p2p
2 2 1 11
xy z
2 2 2 11
O (8个电子) 1S2s2p2p2p
xy z
Electronic configurations of ions 离子的电子排布
The number of electrons in an ion is found from the atomic number of the
element and the charge of the ion. Some examples are shown in table 1.5
离子的电子数由元素原子序数和带电荷数决定。部分例子见表1.5。
钠原子 钠离子 氟原子 氟离子
符号 Na Na+ F F-
原子序数 11 11 9 9
电子数 11 10 9 10
排布 1S2s2p 1S2s2p3s 1S2s2p 1S2s2p
2 2 52 2 2 12 2 2 2 2 6
Note that both the sodium ion Naand the fluoride ion F have the same
+ -
electronic configuration as the noble gas neon. This has implications for
the formation of, and bonding in, the compound sodium fluoride (e
chapter 3,page 30 for a discussion of ionic bonding).
注意钠离子和氟离子，有相同的电子排布。这表示钠和氟可以结合成化合物（见第三章）。
Electronic configurations in boxes电子的盒式排布
Another uful way of reprenting electronic configurations is in
box form. We can show the electrons arrows with their clockwi or
anticlockwi spin as ↑ or ↓.
盒式是表示电子排布另一种方法。用箭头↑↓表示
电子电子顺时针和逆时针旋转。图1.5 就是用这种方法表示的前36个电子电子排布。
SUMMARY 总结
◆ Any atom has an internal structure with almost all of the mass in the
nucleus, which has a diameter about 10 that of the diameter of the atom.
-4
原子都有内部结构，其质量集中在原子核上，但原子核直径只有原子的1/10000。
◆ The nucleus contains protons (+charge) and neutrons (0 charge) exist
在核外。
outside the nucleus.
原子核内有质子（带正电）和中子（不带电）。电子（带负电）
◆ All atoms of the same element have the same atomic number(Z); that
is ,
they have equal numbers of protons in their nuclei.
相同元素的所有原子的
原子序数（Z）相同，即核内质子数相同。
◆ The mass number(A) of an atom is the total number of protons and
neutrons. Thus the number of neutrons =A-Z.
原子的质量数（A）是中子和质
子的总数。中子数=A-Z。
◆ The isotopes of an element are atoms with the same atomic number but
different mass numbers. If neutral, they have the same number of protons
and electrons but different numbers of neutrons.
相同元素的同位素，原子序
数相同，但是质量数不同。如果是电中性，质子数和电子数相同，中子数不同。
◆ Electrons can exist only at certain energy levels and gain or lo
quanta of energy when they move between the levels.
电子只在某些能级上存
在。得到或失去量级的能量，它们会处于能级之间。
◆ The main energy levels or shells are given principal quantum numbers
n=1, 2, 3, 4, etc. Shell n=1 is the clost to the nucleus.
用数字1，2，
3，4表示主要能级即电子层。第一电子层离核最近。
◆ The shells consist of subshells known ass p, d or f and each subshell
consists of orbitals. Subshells s, p, d and f have one, three, five and
ven orbitals respectively Orbitals s, p, d, and f have different,
distinctive shapes; we have looked at the shape of s and p orbitals.
每个电子层都有其附属层s,p,d,f等，每个附属层由一些轨道组成。S,p,d,f分别由1个，
3个，5个，7个轨道。s,p,d,f层形状不同。我们已见过s和p层的轨道。
◆ Each orbital holds a maximum of two electrons, so that full subshells
of s, p, d and f orbitals contain two, six, ten and fourteen electrons
respectively. The two electrons in any single orbital are spin-paired.
每个轨道最多可以容纳2个电子，因此排满s,p,d,f层分别需要2个，6个，10个和14个
电子。每层中的2个电子为双旋转结构。
◆ Electrons remain unpaired among orbitals of equal energy until numbers
require them to spin-pair.
直到有相同能量的电子时，电子才会配成双旋转结构。
◆ The first ionization energy of an element is the energy required to
remove one electron from each atom in a mole of atoms of the element in
the gaous state.
元素的第一电离能是从气态原子中移出一个电子所需要的能量。
◆ Successive ionisation energies are the energies required to remove
first, cond, third, fourth, etc, electrons from a mole of gaous ions
of an element.
连续电离能是从气态原子中移出1个，2个，3个，4个等等电子时所需
要的能量。
◆ Large changes in the values of successive ionisation energies of an
element indicate that the electrons are being removed from different
shells. This gives evidence for the electronic configuration of atoms
of the element and helps to confirm the position of the element in the
Periodic Table.
元素连续电离能的巨大变化预示电子将要从另外一层上移出。这印证了
原子的电子排布，并且确定了元素在周期表中的位置。
CHAPTER 2
Atoms molecules and stoichiometry
原子，分子和化学计量学
By the end of this chapter you should be able to:
1 define the terms relative atomic mass, relative isotopic mass, relative
molecular mass and relative formula mass, bad on the C scale;
12
建立在Ｃ基础上的相对原子质量，相对同位素质量、相对分子质量的定义。
１２
2 describe the basic principles of the mass spectrometer;
能够描述质谱仪的基本原理。
3 outline the u of mass spectrometry in the determination of relative
isotopic mass, isotopic abundance and relative atomic mass, and as a
method for identifying elements.
能够列出质谱仪在检测同位素时的作用。
4 interpret mass spectra in terms of isotopic abundances;
从同位素丰度的角度来分析质谱仪的光谱
5 calculate the relative atomic mass of an element given the relative
abundances of its isotopes, or its mass spectrum;
给定相对同位素质量及所占的组成比例，计算元素的相对原子质量。
6 define the mole in terms of Avogadro’s constant and molar mass as the
mass of 1 mole of a substance;
根据阿伏加德罗常数和摩尔质量（１摩尔物质的质量），定义“摩尔”。
7 define the terms empirical formula and molecular formula;
了解最简式和分子式的定义。
8 calculate empirical and molecular formulae, using composition by mass;
会计算最简式和分子式．
9 construct balanced chemical equations (full and ionic);
会写化学方程式（包括离子式）。
10 perform calculations involving reacting mass, volumes of gas and
volumes and concentrations of solutions in simple acid-ba titrations,
and u tho calculations to deduce stoichiometric relationships.
借助酸碱滴定法，会计算化学反应质量、气体体积、固体体积和密度，能够推导出化学
计算关系。
1 relative atomic mass 相对原子量 bad on scale.
12
C
以原子量的为标准，其它原子的质量是这个标准的多少倍，则相对原量
12
C
就是多少。
1
12
Ar =
symbsl ratio 是比值无单位unit
2 relative isotopic mass→某一个具体的同位素原子的相质.
relative molecular/formula mass Mr
3 由abundance and relative mass of istopes Find relative Atomic mass
每个istope 的相对质量与其丰度的之和。
4 Determination of Ar from mass spectra
从质谱仪中测Ar 质谱仪
5 principles of mass spectrometer
(1)Atoms are first converted into singly charged, positive ions,
when high-energy electron collides with an atom of a
vaporid sample of the element, a positive
原子首先用高能量的电子碰撞，从而转化成带正电的离子。
(2)A beam of the positive ions is accelerated by using a positively
charged electrode to repel it.
(3)The beam of positive ions pass through a magnetic field where ions
are deflected according to their mass.
(4)the lighter ions defleet more
(5)A detector measures the relative abundance of each isotope prent.
6 Counting chemical substances in bulk
----The mol and Avogadro’s constant
(1) ≈6×10
23
1万→10个 1 million→10个 1 mol→6×10个
4623
(2) molar mass →1mol 物质的质量。
-1
摩尔质量(单位)
Co2: relative molucular mass 44(无单位)
: molar mass ()
-1
(3) 常见基本公式及基本计算(见书上SAQ)
物质的量(amount of substance)
m
n = (m:物质的实际质量 g M:摩尔质量molar mass )
-1
M
n = (N:粒子个数 L: Avogadro’s constant 6×10)
N
23
L
（适合于固、液、气态）
Gas Volume(气体体积): V, room temperature, and pressure,
Volume of 1 mol gas ≈ 24dm
3
VV
n = = (室温，室压下，只适合于气体)
Vmolar
24dmmol
31
(4) Concentration of solution (溶液浓度)
n
C() = (n的单位为mol v的单位为dm)
-3-3
v
-3-3
→ M → 3M
(5) Chemical equations 化学方程式含义
C + O(g) = CO(g)
(s)22
ratio of amount of substance 1 : 1 : 1
mass of reactant 12 : 32 : 44
2H(g) + O(g) = 2HO
222(l)
物质量比 2 : 1 : 2 (2×2 1×32 18×2)
质量比 4 : 32 : 36
7 Writing chemical formula (书写化学式)
(1)常见的元素及其化合价 → oxidation state
H, Li Na K
++++
Mg, Ca → Group II
2+2+
Al
3+
--1--1-
F Cl Br I, NO
3
O, S, CO, SO, SO
2-2-2-2-2-
343
Pv
4
3-
(2) 书写writing → 物质内所有元素和为零
+5 -2
P O
25
命名规则：
① metals do not usually change their names,(金属通常在化合物中不
变名称)
② non-metals change their name by becoming–ide(非金属通常在后面
加-ide后缀)
③ 非金属与非金属的化合物 eg CO, NO, SO, SO
2232
④ 底标数字 1-morro 2-di 3-tri 4-tetra 5-penta 6-hexa
7-hepta 8-octa
(3) 命名总结：
①：金属+非金属(离子化合物)，非金属+非金属(其他化合物)
Xm 化合物为正的元素名称不变 Yn 化合物为负的后缀-ide
eg CO → Carbon dioxide
2
NaCl → Sodium chloride
②：Acid 酸 (xx acid , -ic 后缀) ③:盐salt ④:ba
(4) 名称类型
① chemical formula eg CO, NaCl, HSO
224
② molecular formula → 分子式(以分子形式存在的物质名称)
③ empirical formulae → 最简式
分子式 最简式
NO NO
242
CHO CH0
362362
CHO CHO
48242
HO HO
22
CH CH
66
CH CH
41025
总结1 常见的数学底标
1--- 4--- 7---
2--- 5--- 8---
3--- 6---
总结2 常见的阴离子(非金属阴离子ide 后缀)
2-
O → oxide 盐→-ate
S → sulphide SO → sulphate
2-2-
4
F → fluoride NO → Nitrate
--
3
--
Br → bromide PO → phosphate
4
-2-
C1 → chloride SO → sulphite
3
I → iodide CO → Carbonate
-2-
3
P → phosphouride
3-
eg. FeO FeO FeO
3423
FeO: iron(II)oxide FeO: iron (III)oxide FeO:tri-inn tetra
2334
oxide
-
碱 OH hydroxide eg: NaOH sodium hydroxide
iron(II)hydroxide
变价：Fe(OH) iron(III)hydroxide Fe(OH) 亚铁 ferrous
32
hydroxide
酸 acid
H2SO4 硫酸 sulphuric
H3PO4 磷酸 phosphoric
HC1 盐酸(非含氧酸) hydrochloric
HNO3 硝酸 Nitric
H2S 氢硫酸 hydrosulpharic
8 Writing and Balancing chemical equation
(1) writing (标准态)
solid -- (s) liquid – (l) gas -- (g) 水溶液solution --
(aq)
C + O2 → CO 2NaOH(aq) + HSO(aq) → NaSO(aq) +
(s)(g)2(g)2424
2HO(l)
2
(2) Balancing chemical equations (观察法)
① 观察法配平（初中学过）
② Combustion of carbonhydrogen compounds (碳氢化合物的燃烧)
yzy
)O → XCO + HOCHO + (x +
222xyz
42
2
81
CHO + (3+)O → 3CO + 4HO
38222
22
(3) Writing and Balacing ionic equations(书写与配平离子方程式)
2NaOH(aq) + HSO(aq) → NaSO(aq) + 2HO(l)
24242
化学方程式→离子方程式① 所有溶于水电离的物质都拆成离子②消去左
右的相同离子
++2-+2-
2Na + 2OH + 2H + SO → 2Na + SO + 2HO
-
442
2OH + 2H → 2HO → 离子反应式反应了化学变化中真正参加反应的物
-+
2
OH + H → HO(l)
-+
2
总结：能拆的物质（强电解质）
强酸：HSO HCl HNO HBr HI
243
强碱：NaOH KOH Ca(OH) Ba(OH)
22
可溶性盐（溶解度口诀）钾钠铵硝酸溶，硫酸去铅钡，盐酸去银汞，其他
都不容(HCO的盐都溶)
3
-
9 Combustion analysis 氧化燃烧的分析法
一般适合于含C H O N 等有机物
eg: 0.500g of an organic compound X (含C H O ) produces 0.733g of CO
2
and 0.300g of H2O on complete combustion, 又知Mr is 60.
y
HO 1. CxHyOz + O → X CO +
222
2
y
1 X
2
0.5000.7330.300
604418
0.500
m1
n= = x = 2
60
0.733
Mx
44
0.500
1
= y = 4
60
0.300
y
18
2
Counting atoms and molecules
量不同。利用相对原子质量，Ar,某元素的相对原子质量是相对于Ｃ的质量。Ｃ的相对
同位素质量为12，其他元素的相对原子质量是与Ｃ相比得出的。注意，我们使用的是原
子的平均质量，把不同种类的同位素也考虑进去了。因此，氢元素的精确原子质量为1.0079，
氯为35.49（相对原子质量见元素周期表）。
１２１２
１２
We u the term relative isotopic mass for the mass of an isotope
of an element relative to carbon-12.
我们使用相对同位素质量表示某元素一个
同位素相对于Ｃ的质量。
１２
For example, the relative isotopic mass of carbon-13 is 13.003. If the
natural abundance of each isotope is know, together with their relative
isotopic mass, we can calculate the relative atomic mass of the element
as follows.
Chlorine, for example, occurs nature ally as chlorine-35 and chlorine-37
with percentage natural abundances 75.5％ and 24.5％
relative atomic mass=
１3
75.53524.537
100
= 35.5
例如Ｃ的相对同位素质量为13.003。如果已知每种元素的自然分布，将它们相对同位
素质量之和相加。我们就可以计算元素的相对原子质量。以氯为例，自然存在Cl-35和Cl-37，
所占比例分别为75.5%和24.5%.相对原子质量=（75.5*35+24.5*37）/100 =35.5
The relative molecular mass, M, of a compound is the mass of a molecule
r
of the compound relative to the mass of an atom of carbon-12。
不同分子
的质量化成相似形式进行比较，化合物的相对分子质量Mr， 是该化合物相对Ｃ的质量，
１２
即12的多少倍。为了得到某分子的相对分子质量，我们要把该分子中所有原子的质量相加，
例如，甲烷CH相对分子质量是12+4*1=16，若化合物为离子化合物，我们使用相对式量，
4
相对分子质量是指含分子的化合物。
在下一单元，我们将确定相对同位素质量和同位素的种类
Determination of A from mass spectra
r
从质谱仪中获取Ar
You may have wondered how tables relative atomic mass have been obtained.
An instrument called a mass spectrometer is ud for this purpo; such
instruments are too expensive to be found in most schools or colleges.
Academic or industrial chemical laboratories may have one or two,
depending on their needs and resources. Mass spectrometers have even been
nt into space(figure2.1).In order to obtain the mass and the percentage
abundance for parating atoms of different mass is required. The
principles for this paration are relatively simple and are as follows:
你或许疑惑相对原子质量表示如何制成的。有一种仪器——质谱仪，它的用途正在于此。昂
贵的质谱仪在学校中并不多见，只是在大学或工业试验室中，如有需要和能力，或许才有一
两台。质谱仪曾被送入到太空中（如图2.1）。为了得到某元素各同位素的质量和比例，需
要用刀分离不同质量的微粒这样的方法。分离原则相对简单，如下：
■ Atoms are first converted into singly charged, positive ions. A
vaporized sample of an element is bombarded with high-energy
electrons. An ion forms when a high-energy electron collides with
an atom of the element. Providing the electron has sufficient energy,
the collision will remove an electron from the atom, forming a
positive ion.
原子首先被转换成带单电的正离子。用高能电子轰击气体元素的原
子。当与高能电子碰撞后，原子变成离子，因为电子能力充足，碰撞将导致一个电子
■ A beam of the positive ions is accelerated by using a positively
charged electrode to repel it.
一束这样的正离子被一个正电极加速。
从原子中逸出，因此形成一个正离子。
■ The beam of positive ions pass through a magnetic field where ions
are deflected according to their the magnetic field
deflects lighter ions more than heavier ions, paration occurs.
■ A suitable detector measures the relative abundance of each isotope
prent. The charge on each ion produces a tiny electric current at
the detector. The more ions there are of the same mass, the higher
the current.
用某探测器测定每种同位素的相对数量。离子带的正电在探测器中形
成电流，离子越多，电流越大。
轻的离子在磁场中偏转得厉害，因此轻重离子就被分离开来。
质谱仪的简易图示如图2.2，实际上，质谱仪是特别精密的仪器，涵盖机械、电子、电
气和计算机等工程。质谱仪内部是特别低的气压，这是为了避免离子因碰撞空气分子而造成
损失。结果回以图表形式向市在计算机上（如图2.3锆的质谱）。注意纵坐标表示同位素所
占的比例，横坐标表示质量与电荷的比值。质谱仪只能用来检测正离子，这些正离子带一个
电荷，因此横坐标通常在数量上表示质量（因为电荷为1）。现代质谱仪可以探测到小数点
后第四、第五位。图2.4是质谱仪的照片。图2.2 质谱仪的简易图示图2.3 锆的质谱分析
图2.4 高精度质谱仪，可以精确测定元素的同位素。
Counting chemical substances in bulk
The mole and Avogadro’s constant
计算化学物的体积——摩尔和阿伏加德罗常数
化学家写的化合物的分子式告诉我们化合物种每种元素的数量。例如H0，说明是2原
2
子的H和1原子和O化合。H的相对原子质量为1，Ｏ的相对原子质量为16，H0的相对分
2
子质量为2+16=18，H与Ｏ的质量之比为２：16。如果原子单独称重，质量很小。但是任何
质量的水中，H和O都是这个比例。例如，18g水中有2gH和16gO，在18吨水中有2吨H
和16吨O，但其中实际原子的数量是很大的。
When we take the relative molecular mass or relative atomic mass of
a substance in grams, we say that we have one mole of the substance. The
mole is the chemist’s unit of amount. A more of substance is the mass
of substance that has the same number of particles as there are atoms in
exactly 12 g of carbon-12 The particles may be atoms, molecules,ions or
even electrons.
The number of atoms or molecules in one mole is a constant know as
Avogadro’s constant Avogadro’s constant, L, is approximately
6×10mol
23-1
如果我们想用质量来表示相对原子质量，我们可认为有1摩尔的物质。摩尔是化学计量单
位，一摩尔物质中的微粒的量与12克Ｃ中的原子数相同。微粒可以使原子、分子、离子
１２
或是电子。1摩尔的分子数或原子数是一个常数，成为阿伏加德罗常数，用C表示，大约为
6*10mol
23-1
。
You need to remember that amount has a specific meaning as do mass and
volume. Each has its own unit SI is an abbreviation for the Syteme
Intemational dUnies. In this internationally recognized system,
'
‘
kilogram, metre and mole are three of the ven ba units from which all
supplementary units are derived.
Units ud by chemists:
Mass is measured in g (kg in units).
Volume is measured in cm or dm
33
(1dm = 1000cm =1 litre)
33
Amount of substance is measured in moles
(abbreviation is mol)
化学中的单位：
质量以g为单位（kg是国际制单位）
体积用cm或dm表示，1dm=1000cm=1升
3333
物质的量用摩尔表示（简写为mol）
要记住的是，物质的量不同于质量和体积，在国际认证体系中，千克、米和摩
尔是7个基本单位中的3个。其他单位都可以由这7个基本单位推出。
We often refer to the mass of one mole of a substance as the molar
-1
mass, M, The units, of molar mass are g mol.
通常，我们称1摩尔的物质质量为摩尔质量，用Ｍ表示。摩尔质量的单位是ｇ/mol。
在图2.5，1摩尔的某些元素是可以比较的。当我们想要计量反应物或是计算生成物的
质量时，摩尔这个概念特别有用。例如，生产一种药品需要特别贵的试剂，而且混合的其他
试剂的量也要正确不浪费，就要写出化学方程式，并计算所需的物质的量。质量除以摩尔质
量即可得到物质的量。例如，NaCl，M=23+35.5=58.5g/mol，如果有585克的NaCl,其物质
的量为585/58.5=10mol图2.5 从左至右，分别是1摩尔的铜、溴、碳、汞和铅。要计算质
量，只需用物质的量乘以摩尔质量即可。
计算反应质量
如果给定反应物的质量，我们就可以计算出反应后生成物的质量。这是需要列出化学平
衡方程式。水是由氢元素和氧元素组成的：
2H + O → 2H0
222
读作 2分子氢气 1分子氧气 2分子水
或者 2摩尔氢气 1摩尔氧气 2摩尔水
质量（g）2*2=4 32 36
如果我们把4克氢气和32克氧气混合，应该产生36克水。注意，水的摩尔数不是氢气
和氧气摩尔数之和，因为化学反应产生的分子有不同的分子质量。
如果我们要计算离子化合物中离子的质量，如FeO,当该物质被一氧化碳在爆炸中还原
23
时，反应的方程式为：FeO+ 3CO → 2Fe + 3CO
23 2
FeO的分子质量是 （2*56）+（3*16）=160 g/mol, 1摩尔的FeO会生成2摩尔Fe，
2323
就是说160g 的氧化铁会产生2*56=112 g 的铁。如果是1000g 的氧化铁，会产生
112*1000/160 =700g 的铁。 图2.6 工人把熔融的铁放入爆炸炉中。
Calculation of empirical and molecular formulae
分子式和最简式的计算
The empirical formula of a compound shows the simplest whole-number
ratio of the elements prent. For many simple compounds it is the same
as the molecular formula. The molecular formula shows the total number
of atoms of each element prent in a molecule of the compound.
化合物的
最简式表示出组成分子的元素最简整数比。对于许多简单的化合物，分子式和成分式是相同
的。分子式表示出化合物分子中原子的个数。举一些例子：
Compound Empirical formula Molecular formula
water HO HO
22
methane CH CH
44
butane CH CH
25410
benzene CH CH
66
分子式很有用。知道了分子式，就可以写出化学方程式，并且计算反应中物质的质量。
但是计算混合物中的物质质量却不行。而且，仅仅是分子式，我们看不出原子在化合物中是
如何排列的。但是，这样可以得到物质的成分式。为了得到成分式，需要一种测定元素质量
的方法。例如，镁在氧气中燃烧形成氧化镁。假设镁的质量已知，且燃烧充分，那么就可以
得到氧化镁的质量。这个质量就可以用来计算氧化镁的成分式。
实验中，0.240克的镁条可以生成0.400克的氧化镁：
Mg O
质量（克） 0.240 0.400-0.240=0.160
物质的量（摩尔） 质量/摩尔质量=0.240/24=0.01 0.160/16=0.01
可见，镁和氧的比例是1：1，因此，氧化镁的成分式为MgO。注意，我们把元素的质量
转化为物质的量，因为我们要求元素原子个数的比例。
氧化分析
有机物的质量组成可以用氧化分析的方法来得出。需要确定一定质量的物品氧被氧气完
全氧化。在氧化分析中，所有的碳元素转化成二氧化碳，所有的氢元素转化成水。二氧化碳
和水要充分被吸收，并且称量。装置如图2.7所示。通过计算可得碳和氢的质量。如果氧气
不足，生成物质量会减少（见下例）。其他元素需要进一步分析。图2.7 现代微量分析设备，
可用来测定化合物中C和H的百分比。假设有0.500g的有机物X（只有C、H、O三种元素
构成）， 完全氧化生成0.733g的二氧化碳和0.300g的水。化合物的质谱显示它的分子质量
为60。我们如何来确定其分子式呢？H，C，O的相对原子质量为1，12，16。计算如下，如
果有12g的碳，就会生成1摩尔的二氧化碳（44g）。
在0.733g的二氧化碳中碳的质量 = 0.733*12/44 =0.2g =X 中碳的质量
1摩尔的水中（18g）有2g氢，
0.300g水中氢的质量 = 0.300 *2/18 =0.033g =化合物X中氢的质量
由此，化合物X中氧的质量= 0.500-0.200-0.033 =0.267g
C H O
质量（g） 0.200 0.033 0.267
物质的量（mol） 0.200/12=0.0167 0.033/1= 0.033 0.267/16=0.0167
除以最小的物质的量，得到整数为：
1 2 1
因此，成分式为CHO。相对分子质量=12+2+16= 30，而X的相对分子质量为60，所以化
2
合物的化学式为CHO。
242
化学式的写法
你现在已经知道一些简单的化合物的化学式了。为了进一步学习化学，你还需要知道更
多化合物的化学式。元素的核外电子排布和结合方式决定了物质的化学式。化合物中元素的
连接方式将在第三章中学习。离子化合物的化学式中，正电荷数等于负电荷数。以氧化镁为
2+2-
例，镁（第二主族）生成镁离子（Ｍｇ），氧（第六主族）生成氧离子（O），氧化镁为MgO
（+2-2=0）。2个Al需要3个O形成氧化铝，化学式为AlO。注意，在化学式中元素离子
3+2-
23
个数的写法为，数字写在元素字母的下方。一些化合物中没有离子。这些化合物中存在共价
键。可以从核外电子层需要的点子数量来推导部分简单的共价化合物。例如，甲烷，碳的最
外层电子层需要4个电子，氢需要1个电子。因此，1个碳将会结合4个氢形成CH。在第
４
三章中，你将会了解到１个氢与碳形成一个共价键，碳可以有４个共价键。
表2.1总结了部分常见离子的带电量。元素在周期表中的位置是很有用的信息。在多数
情况下，元素所在的主族预示了离子能够带的电量。注意，金属元素形成正离子，非金属元
素形成负离子。金属在化合物中名称不变，非金属要变成XX化。例如，氯元素，在氯化钠
中读氯化。钠的读法不变，尽管其成分变化了。某些非金属元素与其他非金属元素化合，形
成负离子。部分离子包括在表2.1中。
电量 举例
1+ H+和第一主族的碱金属离子
2+ 第二主族离子
3+ Al3+
1- 第七主族卤素
硝酸根离子
2- 第六主族离子
碳酸根离子
硫酸根离子，亚硫酸根离子
表2.1 常见离子的带电量
3- 磷酸根离子
配平化学方程式
在化学反应中，原子既不能被创造也不能被毁灭。因此，要保证化学方程式两边元素种
类和个数相同。我们称这样的过程为配平化学方程式。如下：
写出反应式和所有产物
检查两边元素原子个数是否相等
在每个反应物或生成物前添加系数保证两边原子个数相同。不能改变反应物或生成
物的化学式，只能改变整体的个数。
举个例子，Fe为+3价，氧化铁 + 一氧化碳生成铁和二氧化碳。方程式为：
FeO + CO → Fe + CO
232
检查后发现左边有两个Fe，而右边只有1个，于是写成
FeO + CO → 2Fe + CO
232
再来配氧，左边是4个，右边只有2个，因此在CO前配2：
2
FeO + CO → Fe + CO
232
这是右边有２个Ｃ，左边只有１个，如果把CO前配２，那么氧的数目又不平了。
再来仔细观查这个方程式，每个CO需要一个Ｏ来形成CO，因此需要３个CO来结合FeO
223
中的３个Ｏ，在CO前配２，得：
２
FeO + ３CO → ２Fe + ２CO方程配平了。
232，
我们通常需要确定方程式中物质的物理状态。例如在计算焓变时（见第五章）。用（s）
表示固体，（l）表示液体，（g）表示气体，（aq）表示水溶液。上述方程加入物理状态为：
FeO（s） + CO（g） → Fe（s） + CO（g）
232
Balancing ionic equations 配平离子方程式
离子方程式比相应的全方程式要简单些。例如，当把锌块放入硫酸铜溶液中，铜可以被
置换出来，在锌表面形成红褐色沉淀。全方程为：
Zn (s) + CuSO (aq) → Zn (aq) + Cu (s)
4
2+
在反应中，Cu被置换成Cu，Zn被氧化成Zn，硫酸根保持不变。离子方程式不表示这
2+2+
些不变化的离子，只注重变化的离子。因此简化为：
Zn (s) + Cu(aq) → Zn (aq) + Cu (s)
2+2+
在离子方程式中，需要配平两边的电荷。注意，该方程式两边电荷数都是2。在配平原
子个数之前，应先确保电荷配平。
2+
Cu和Zn的反应需要转移电子，称为氧化还原反应。在第六章，你会学到更多的此类反
应。离子方程式常用来表示氧化还原反应，也常被用来预测某反应。
例如，将NaOH溶液注入到蓝色的CuSO溶液中，会形成Cu(OH)
42
全方程为：CuSO+ 2NaOH = NaSO+ Cu(OH)
4 2 4 2
离子方程式为：Cu(aq) + 2OH (aq)= Cu(OH)（s）
2+-
2
硫酸根离子和钠离子保持不变，在离子方程式中省略掉。
计算气体体积和浓度
溶液浓度
1摩尔的物质溶解在1dm的溶液中，其浓度为1 mo dm。通常溶质为水。
3-3
通
常用mol dm表示摩尔浓度。例如，2 mol dm的NaOH水溶液的浓度为2M，M表示摩尔浓
-3-3
度。在计算中最好使用mol dm。以前使用mol/dm或是mol/L,以后高级化学要求使用mol dm
-33-3
图2.8 中和滴定实验可以精确测定2种反应物。中和滴定实验可以测定溶液的浓度。中和
滴定实验（如图2.8）是确定反应物的量的一种方法，对于测定未知浓度的液体浓度也很有
帮助。对于中和滴定实验，你需要知道一下五点：
化学平衡方程式
第一种反应物的体积
第一种反应物的浓度
第二种反应物的体积
第二种反应物的浓度
-3-3
如果我们已知其中的四点，我们就可以计算第五点。记住浓度的单位是mol dm 或gdm。
已知一种反应物的浓度和体积，就可以计算出它的物质的量。例如，24.0 cm的NaOH
3
-3
溶液摩尔浓度为0.010 mol dm，NaOH的物质的量是多少？
转化成体积dm，1 dm= 1000 cm
333
24.0 cm= 24/1000 dm
24.0 cm的NaOH溶液物质的量= 0.010*24/1000 = 2.4*10 mol
3-4
3 3
检查计算：
3-3
注意单位。dm
* mo ldm = mol
-3
注意最终结果的单位是要求的单位，例如，浓度单位是 mol dm
检查结果，注意数量关系。
我们也通常需要求已知体积溶液的浓度。例如，含有2 *10mol 硫酸的10cm的硫酸溶
-43
液的浓度是多少？
转化成体积dm
10 cm= 0.01 dm
3 3
硫酸的浓度 = 2 *10/0.01 = 2 *10mol dm
-4-2 -3
3
检查一下单位：mol/ dm= mol dm
可将浓度单位mol dm转化成 gdm，用M乘mol dm 就得到 gdm，注意单位抵消。
-3-3-3-3
3 -3
通过一个例子来解释中和滴定实验，确认计算中那“5个要知道的量”。用20 cm 0.200 mol
3
-33
dm 的NaOH中和25.0 cm 的硫酸溶液。硫酸溶液的浓度是多少？
20 cm = 20/1000 dm = 2.00 *10 dm
33-23
NaOH的物质的量 =2.00 *10 * 0.200 mol = 4.00*10 mol
-2-3
方程式为：
２NaOH (aq) + HSO (aq) = NaSO(aq)+2 H0 (aq)
2424 2
中和需要2摩尔的NaOH 和1摩尔的HSO，因此
24
硫酸的物质的量为 2.00*10 mol
-3
硫酸的体积 = 25 cm= 20/1000dm =2.5*10 dm
A 硫酸的浓度 = 2.00*10/2.5*10 =0.080 mol dm
-3-2-3
B 硫酸的相对分子质量 = 98g
硫酸的浓度 = 98*0.080 =7.84 gdm
-3
33-23
中和滴定实验的用途之一是确定反应物的摩尔比，称为化学剂量比。
举例说明，一份25cm 0.0400 mol dm的碱液中和0.100mol dm 的盐酸，需要20 cm
3-3-33
的盐酸。过程如下：
-3
碱的物质的量 = 0.0400 * 25.0/1000 = 1.00*10mol
酸的物质的量 = 0.100 *20.0/1000 =2.00 *10mol
-3
因此，碱与酸的摩尔比为 1：2，也就是说消耗1摩尔的碱需要2摩尔的盐酸。1摩尔盐
酸有1个氢离子，所以碱中应该有2个氢氧根离子。平衡式为：
M(OH)(aq) + 2HCl(aq) = MCl(aq) + 2H0 (l) M 表示某种金属。
222
气体体积
1811年，阿伏加德罗发现在标准状况下，1摩尔气体的体积是相同的。如果给定气体的
3
体积，计算气体的物质的量就变得很容易。在常温常压下，1摩尔气体的体积约为24.0dm。
例如1摩尔的二氧化碳和氮气的体积都是24.0dm。
3
可以利用参与反应的气体体积来确定化学剂量比。实验应在相同的温度和压强下进行。
可以得到体积相同的气体，物质的量也相同。例如，20 cm 的氢气和10 cm的氧气生成水。
33
体积比是2：1，因此，水中的氢和氧的化学剂量比为2：1。化学平衡式为：
2H(g) + O(g) =2H0 (l)
222
333
例题：利用气体反应体积求碳氢化合物的分子式
10cm 的碳氢化合物X在50 cm的氧气中燃烧，生成30cm的二氧化碳。实验在常温常
压下进行。我们需要确定：碳氢化合物的分子式和化学平衡方程。计算如下：
X 氧气 二氧化碳
气体体积cm 10 50 30
3
体积比 1 5 3
摩尔比 1 5 3
要生成3摩尔的二氧化碳需要1摩尔X，所以X中应该有3个C。3摩尔的C用掉3摩尔
的氧气，因此剩下的2摩尔的氧气与氢结合生成水。2摩尔氧气需要有8摩尔氢，所以，X
中应该有8个H。所以，碳氢化合物的分子式为 CH
38
反应方程式为：CH(g) +5O(g) = 3CO(g) + 4HO (l)
38222
SUMMARY 总结
◆
One mole of a substance is the amount of substance that has the same
number (called Avogadro’s constant) of particles as there are atoms
in exactly 12 g of carbon-12.
1摩尔物质具有相同数目的微粒（阿伏加德罗常
数）与12g C-12的微粒数相同。
◆ A mass spectrometer enables ionized atoms to be accelerated in to beam
of gaous ions which are deflected in a magnetic field according to
their mass.
质谱仪可以加速带电离子，在磁场作用下，不同离子偏转不同。
◆
Mass spectra of elements enable isotopic abundances and relative
atomic mass to be found.
同位素的质谱可以发现同位素的种类和相对原子质
量。
◆
Empirical formulae show the simplest whole number ration of atoms in
a compound whilst molecular formulae show the total number of atoms
for each element prent Empirical formulae may be determined form
the composition by mass of a compound. The molecular formula may then
be found if the molecular mass is known.
最简式表示化合物中最简原子个
数比，分子式表示出所有的原子。化合物的质量组成可以得到成分式，如果再知道分子
质量即可算出分子式。
◆
Molar mass enable calculations to be made using moles and balanced
chemical equations involving reacting mass, volumes and
concentrations of solutions and volumes of gas.
摩尔质量可以用来计
算化学方程式中的物质的质量、体积、溶液浓度和气体体积的。
◆ Balanced chemical equations (which show the stoichiometry of a
reaction) may also be derived by measuring reacting mass, volumes
and concentrations of solutions or volumes of gas.
化学平衡方程（可
以表示反应中的化学剂量比）可以由测量反应物质量、体积、溶液浓度和气体体积得出。
CHAPTER 3 Chemical bonding and
structure
化学键和结构
By the end of this chapter you should be able to ：
1 describe ionic bonding as the electrostatic attraction between two
oppositely charged ions, including the u of dot-and-cross diagrams;
描述离子键是电性相反的电荷间的静电吸引，包括用点叉图表示。
2 describe, in simple terms, the lattice structure of sodium chloride;
3 describe a covalent bond as a pair of electrons shared between two atoms;
简单描述氯化钠晶格的结构。
描述共价键是两个原子共用一对电子。
4 describe, including the u of dot-and-cross diagrams, covalent bonding;
and dative covalent(coordinate) bonding.
用点叉图表示共价键和配位键。
5 appreciate that, between the extremes of ionic and covalent boding,
there is a gradual transition from one extreme to the other;
理解在离子键和共价键之间存在一个由一个极端向另一极端渐变的过程。
6 describe electronegativity as the ability of an atom to attract the
bonding electrons in a covalent bond;
描述在共价键中电负性指的是原子对于成键电子的吸引能力。
7 explain that bond polarity may ari when the atoms joined by a covalent
bond have different electronegativities, and that polarization may
occur between cations of high charge density and anions of low charge
density;
如果形成共价键的原子电负性不同，那么键存在极性。当阳离子的电荷密度
较大，阴离子的电荷密度较小时，那么就产生极化。
8 explain and predict the shapes of, and bond angles in, molecules and
ions by using the qualitative model of electron-pair repulsion up to
4 electron pairs;
用电子对的互斥定量模型解释并预测分子或离子的形状，键角。
9 describe metallic bonding, prent in a giant metallic lattice
structure,as the attraction of a lattice of positive ions to a a of
mobile electrons;
描述在大的金属晶格中的金属键，其中存在着正离子与自由电子的吸引力。
10 describe intermolecular forces(van der Waals’ forces), bad on
instantaneous and permanent dipoles;
基于瞬时和永久偶极描述分子间作用力（范德华力）。
11 describe, in simple terms, the giant molecular structures of graphite
and diamond;
简单描述石墨和金刚石等大分子的结构。
12 describe hydrogen bonding between molecules containing-OH and –NH
groups, typified by water and ammonia;
描述分子中含有—OH和―NH集团的氢
键，典型的是水和氨。
13 describe and explain the anomalous properties of water resulting from
hydrogen bonding;
描述并解释水中由于含有氢键，性质的异常。
14 describe, interpret and/or predict physical properties in terms of the
types, motion and arrangement of particles (atoms, molecules and ions)
and the forces between them, and the different types of bonding;
描述，解释，并预测分子的物理性质，如类型，粒子（原子，分子和离子）的运动和排
列，和它们之间的作用力，成键类型。
15 deduce the type of bonding prent in a substance, given suitable
information.
由已知条件，推倒物质的成键类型。
1 ionic bonding (离子键):
(1)产生的实质是什么？electrostatic attraction between two oppositely
charged ions.
(2)形成过程(离子键) formation of ionic bonging
eg :
Na原子
层8电子
最外
H
补充稳定结构e 只
有一层，2电子
Na
(3)dot-and-cross diagrams of formation of ionic bonding (
用点插图表示
离子键形成过程)
2 describe the lattice structure of sodium chloride (NaCl的晶胞结构)
3 properties of ionic compounds (离子化合物典型性质)
① crystalline slids with high melting points.(高熔点晶体固体)
② conduct electricity, with decomposition at the electrodes, in
aqueous solution or when they are molten.(在水溶液中或溶融时，能
够导电，也能在电极电解.)
③ 硬而脆. are hard and brittle with crystals that cleave easily.
④ 常常易溶于水.usually are soluble in water.
4 离子化合物电解的原理 electrolysis
When in aqueous solution or when they are molten, this process is called
electrolysis Io ns are free to more through the aqueous solution and
molten compound and are attracted to the opposite charged electrode.
At the electrode, the ions discharge.
5 covalent bond /共价 (一般都是非金属与非金属原子间形成的)
实质：两个原子间共享（A share of electron pairs between two atom）
(1)dot-and-cross diagram 点叉图（共价键）
formation 形成过程
+→
→
Hits 离子键形成的物质都是离子化合物
所有纯净物分类(晶体类型)
金属晶体 离子晶体 分子晶体 原子晶体
eg CO eg SO
22
金属键 离子键形成的 电共价键形成
metallic ionic bond covalent bond (原子晶体与分子晶体的
分子式)
(2)dative covalent bond/coordinate bond
NH →
3
dot and cross
NH + H →
3
+
NH
4
(3) 中间特征键存在的原因
Bonds of intermediate character →离子化合物都表现了一些共价化合
物特征
Between the extremes of ionic and covalent bonding there is a
gradual transition from one extreme to the other.
(4) polarisation of ions(离子的极化)
容易发生 polarisation Anions and Cations
Anions with a greater charge or a larger radius.
Cations with a larger charge or a smaller radius
(5) polar molecules (极性分子).概念
① The molecule has an electron dipole.
②electronegativity is the ability of a bonded atom to attract the
electron charge
③ 电负性规律 → 同一周期，group I---group VII 电负性↑
→ 同一group,由上 → 下 电负性↓
因为原子半径↓ 核吸引电子能力↑ 电负性↑
比较半径(原子，离子):先看电子层(shells)数目，电层数↑半径↑，当电
子层相同，看质子数，质子数↑半径↓。
比较电负性方法：推电负性electronegativity
电负性关系：eg O Cl F N
↓ ↓ ↓ ↓
8 3 9 7
半径 Cl ＞ N ＞ O ＞ F
electronegativity Cl ＜ N ＜ O ＜ F
电负性 F ＞ Cl ＞ Br ＞ I
(6) ① 共价键：polar covalent 极性共价键→两相同原子形成 Cl-Cl 0=0
non-polar covalent 非极性共价键→两个不同原子形成键
H-Cl.
② 分子极性非极性：
polar molecules (极性分子) non-polar molecules(非极性分子)
判断分子是否为极性非极性的方法：
(i) diatomic molecules which consist of two same atom are always non
polar
eg:Cl, H, N 两个原子不同，就是极性
222
(ii)ployatomic 多原子 molecules 分子，一般直线形正面体对称结构非
极性。
极性是由形状决定的，只有知道分子实际形状，才能知道其极性或非极性。
常见eg：
SAQ : O— nonpolar HF -- polar CHBr -- polar HO-- polar
2 32
(7) shapes of simple molecules 分子晶体 研究对象时分子
① electron-pair repulsion theory (电子对互斥理论)
electrons are negatively charged, they exert a repulsion on each
other. Each pair will repel each of the other pairs. The effect of
the repulsions will cau the electron-pairs to move as far apart
as possible. (因为电子带负电互相排斥，它们彼此施加斥力。每对电子
彼此的排斥使它们尽可能的远离。)
② The prediction of shapes of simple molecule(简单分子形状的预测)
关键：中心原子的最外层电子对数→必须画点叉图更好
几对成键(bonding electron pair) 几对不成键(non-bonding
pair)
常见形状及电子对数：
(i)centural atom four bonding electron pairs(中心电子有4对成键电
子)→tetrahedron(四面体)→典型的代表物CH :C位于四面体中心，
4
H位于4个顶点上。
(ii) The centural atom has three bonding electron pairs(中心原子
有3对成键电子对)→triangular pyramidal molecules(三角锥结
构)
典型代表物：NH
3
(iii)The centural atom has two bonding electron pairs(中心原子有
2个成键电子对)→non-linear bent 弯曲的molecule
典型代表物水 HO
2
(iv) linear molecular (直线性分子)
典型代表物 CO
2
(v) The centural atom only has three pairs of electron, which are
bonding(中心原子只有3对电子，且都成键)→trigonal planar
molecule(平面三角形)
典型代表物 BF
3
(vi)中心原子仅有6对电子，都成键→sulphur hexafluoride典型代表物
SF
6
(8) lone pair(LP) Bonding pair(BP)and bond angle
顺序：Lp-Lp, repulsion ＞ Lp-Bp repulsion ＞ Bp-Bp repulsion 解释
键角问题
eg: CH中 NH中 H0中
432
(9) Bond enthalpy and bond length (键焓能与键长)
The bond enthalpy is the energy required to break one mole of the
given bond in the gaous molecule.
(10) Metallic bonding
① properties of metallic lattice(金属晶体的性质)
(A)sking 有光泽 (B) good conductor of heat and
electricity(导电导热)
(C)ductile 可延续的 (D) hard
② Metallic bonding:
In Metallic lattice, the metal atoms lo their outershell
electrons and become positive ionions. The attractive force between
the a of mobile electrons and positive ions.
③ 用金属成键 model 解释金属：导电 conduct electricity
：导热 conduct heat
explanation
：延展性 ductile
同体分类
ionic bonding, ionic lattice (离子键和离子化合物)。
covalent bonding分子化合物, covalent compound原子化合物(共价键
和共价化合物)
Metallic bonding, Metal (金属键与金属晶体)。
Intermolecular forces 分子间作用力→研究分子化合物
(11) Intermolecular force → 影响熔沸点
eg: PO :covalent bond 共价键使原子形成分子
25
：分子间力使分子聚焦成分子 PO 固
25
体
常见分子间作用力的类型及产生原因及分子间作用力应用
① Instantaneous dipole-induced dipole forces→一般单压产生此力
(i)成因：At any instant it is possible for more electrons to lie
to one side of the atom or molecule than the other, and an
instantaneous electric dipole occurs.(在任何一时刻，电子
可能在原子或分子的一端多，而另一端少，于是瞬时电偶形成。)
This instantaneous dipole produces an induced dipole in a
neighbouring atom or molecule, which hence attracted.(这
种瞬时的电偶使它相邻的分子或原 子产生诱导电偶，于是两者
互相吸引。)
Intermolecular force of this type is called instantaneous
dipole-induced dipole forces, (also called van der Waal’s
forces). 这种分子间力称为瞬时诱导力，也称范德华力。
(ii)影响大小的因素：number of electrons and protons of atoms or
molecules increas, 瞬时诱导力增加
② permanent dipole-dipole forces
永久电偶力→极性分子→共价键的化合物
③ Hydrogen bond 氢键→发生在含O,F,N的氢化物.(O,F,N电负性极高)
一般时，一但化合物突然出现某一个的熔沸点突变，从氢键考虑。
氢化物典型的-OH ,–NH.
eg1: eg2: eg3:
(12)水的特殊性质
The anomalous properties of water resulting from hydrogen bonding.
(冰中氢键由于氢键引起的水的异常性质)
in ice, a three-dimensional hydrogen-bonded lattice is produced,
each oxygen is surrounded by a tetrahedron of hydrogen atoms bonded
to further oxygen atom.
在冰中，一个三维的由氢键固定的晶体。每个O原子由氢键连接的H原子
形成四面体结构。
The high tension of water surface is due to hydrogen bonding of water
(13)综合应用 Table 3.5 (P48)
bond strength 键强度
键强关系intermolecular force ＜ hydrogen bond ＜ covalent
bond/ionic bond
SUMMARY 总结
All bonding involves electrostatic attractive forces.
@-@
所有的成键作用都涉及静电引力作用。
@-@
In ionic bonding, the attractive forces are between oppositely charged
ions.
在离子键中，电性相反的离子间存在引力。
@-@
In a covalent bond (one electron from each atom) or a dative covalent
bond (both electrons from one atom), the forces are between two atomic
nuclei and pairs of electrons situated between them.
在共价键中（每个
原子提供一个电子），或配位键中（其中的一个原子提供两个电子），两个原子核间和
原子核间的电子对存在着引力作用。
@-@
Ionic and covalent bonds may be en as extremes. Between the two,
there is a gradual transition from one extreme to the other.
离子键
和共价键可以看作是极端情况，在两者之间，存在着从一种极端向另一种极端过渡的
@-@
In metallic bonding, the forces are between delocalized electrons and
positive ions.
在金属键中，离域的电子与正离子间存在着力的作用。
状态。
@-@
Intermolecular attractive forces also involve electrostatic forces.
分子间同样存在着静电引力。
@-@
Intermolecular forces (hydrogen bonds, dipole-dipole and
instantaneous dipole-induced dipole forces) are much weaker than
ionic, covalent or metallic bonding forces.
分子间作用力（氢键作用，偶
极－偶极作用，瞬时偶极－诱导偶极作用）比离子键，共价键，金属键弱的多。
@-@
Dot-and-cross diagrams enable ionic and covalent bonds to be described.
U of the diagrams with electron-pair repulsion theory enables
molecular shapes to be predicted.
点叉图可以表示离子键和共价键。利用这种
表示方法表示电子对互斥理论可以预测分子的形状。
@-@
In molecules, atomic orbitals combine to produce and molecular
orbitals.
在分子中，原子轨道结合成σ，π分子轨道。
@-@
Physical properties and structures of elements and compounds may be
explained in terms of kinetic theory and boning (table 3.5).
用动力学理论和成键理论可以解释元素和化合物的物理性质和结构。
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