《物质结构与性质》PPT课件.ppt

问题1 原子结构与性质 问题2 分子结构与性质 问题3 晶体结构与性质 选修3中的知识点及知识背景解读 成都石室中学 任德怀 一 、原子结构与元素性质的知识背景分析 1.原子的诞生与原子光谱 2.能层、能级、电子层、电子亚层 （简单比喻：楼层与楼梯） 3.构造原理电子排布的经验规律 （不要求知道其中的道理即能级交错现象;在构造原理基础上 引出能量最低原理，并由此引出基态、激发态 和光谱） 第一部分 原子结构与元素性质 H： E(ns)=E(np)=E(nd) =E(nf) 以以FeFe为例如何理解电子填充顺序与失为例如何理解电子填充顺序与失( (即：电离 即：电离) )电电 子顺序？子顺序？ 26Fe 1s1s 2 2 2s 2s2 2 2p 2p 6 6 3s 3s 2 2 3p 3p 6 6 4s2 3d6 写作： Ar3d64s2而不是 Ar3d8 Fe2+ 1s1s 2 2 2s 2s 2 2 2p 2p 6 6 3s 3s 2 2 3p 3p 6 6 4s0 3d6 Ar3dAr3d 6 6 而不是而不是 Ar3dAr3d 4 4 4s4s 2 2 构造原理有多种表述： ns (n-2)f (n-1)d np 21Sc Ar3d 14s2 21Sc2+ Ar3d Ar3d 1 1 而不是而不是 Ar4sAr4s 1 1 当当Z Z足够大时能级一般只与足够大时能级一般只与n n有关有关 26Fe 1s 1s 2 2 2s 2s 2 2 2p 2p 6 6 3s 3s2 2 3p 3p 6 6 4s2 3d6 改写为： 1s1s2 2 2s 2 2p6 3s 3s 2 2 3p 3p 6 6 3d 3d 6 6 4s2 注意： 电子排布式 简化电子排布式 原子仁（实） 价电子（或外围电子排布） 以35Br为例： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 1s1s 2 2 2s 2s 2 2 2p 2p 6 6 3s 3s 2 2 3p 3p 6 6 3d10 4s2 4p5 Ar 3d3d10 10 4s2 4p5 4、量子力学模型 掌握原子轨道的形状 解释化学键的形成 5个典型的电子排布偏差 29Cu 47Ag 79Au 24Cr 42Mo 29Cu Ar 3d10 4s1 24Cr Ar 3d5 4s1 29Cu Ar 3d9 4s2 24Cr Ar 3d4 4s2 注意： 掌握136号核外电子排布规律电子排布的轨道 表示式（简并轨道、洪特规则及特例、泡利不相容原理 、电子对） 附表：能级、轨道数与电子数关系 能层 (n) 一二三四五六 七 符 号KLMNOP Q 能级 (l) 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s 轨道 数 22323523572 最 多 电子 数 22626102610142 2818322n2 为什么最外层不超过8e-、倒数第二层不超过18e-、倒数 第三层不超过32e-? 5、电电子运动动的实验实验 基础础 锂、氦、汞的发射光谱（线状光谱） 锂、氦、汞的吸收光谱 对光谱的理解及应用： 动态动态 平衡 基态 激发态 原子结构与元素周期表分区 除ds区外，区的名称来自按构造原理最 后填入电子的能级的符号 6、 元素周期表与电子排布 各区价电子层排布规律： 构造原理推断每一周期元素种类 1s 2s2p 3s3p 4s4p3d 5s5p4d 6s6p5d4f 电离能、电负性的应用： 电离能的应用：（He、Na、Mg与Al的第一电离能） 同周期元素，从左往右第一电离能呈增大趋势的理解？ 电负性的应用： s区p区d区ds区f区 价层电子 的排布式 ns12ns2np16(n1)d19ns12(n1)d10ns12 纵列数2682 是否都是 金属 除H 外 否是是是 二 原子结构与元素的性质的新课标要求与高考试题举例 1原子结构与元素的性质的新课标要求 了解原子核外电子的排布原理及能级分布，能用能用电 子排布式表示常见元素（136号）原子核外电子、价 电子的排布及洪特规则及特例、泡利不相容原理。 了解能量最低原理，知道知道基态与激发态，知道知道原子核 外电子在一定条件下会发生跃迁产生原子光谱 了解原子核外电子的运动状态，知道知道电子云和原子轨道。 认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的 应用价值。 能说出说出元素电离能、电负性的涵义，能应用 应用元素的电离 能说明说明元素的某些性质。 2原子结构与元素的性质的高考试题举例 12011年全国统一卷37 基态B原子的电子排布式为 ；B和N相比， 电负性较大的是 ，BN中B元素的化合价为 ； 2（2011山东卷）氧是底壳中含量最多的元素。 （1）氧元素基态原子核外未成对电子数为_个 。 3（2009-宁夏）已知X、Y和Z三种元素的原子序数之 和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y 元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形 成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。 请回答下列问题： （1）X元素原子基态时的电子排布式为 ，该 元素的符号是 ； （2）Y元素原子的价层电子的轨道表示式为 ，该 元素的名称是 ； 4（2010-山东）CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电 子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为 。 第二部分 分子结构与性质 一 分子结构与性质的背景知识分析 1共价键的形成与属性 电子配对法（VB原理）对共价键的贡献 键合原子双方各提供自旋方向相反的未成对电子，彼此配对能量降低 以H2、Cl2为例： 根据泡林原理已经键合电子不能再形成新的化学键共价键饱和性 以He、Ne及H3为例 轨道最大重叠原理共价键方向性 以H2S为例： 注意：电子配对法的不足：如对C元素原子成键的理解？、对分子如H2O空 间结构的解释？（C原子的2S电子有一个跃迁到2P形成4个单电子！） 共价键键的分类类、键键 、键的形成与价键轨道（形状与对称性）： 双黄双黄鸡鸡蛋型蛋型 葫芦型葫芦型 糖果型糖果型 双冬瓜型双冬瓜型 、键的判断： 两原子总是优先成键 多重键一定有且只有一个键，其余为键 例分析下列分子成化学键： O=O (Px-Px) 及 (Py-Py) HCl S-Px N N (Px-Px) 及 (Py-Py ) ( Pz-Pz) H2O S-Px和 S-Py PH3 S-Px S-Py和S-Pz 特殊共价键配位键 几种概念： 孤对电子对 空轨道 AB 配位键是或键 例：CO CO （与N N不同） NH4+看作 【 H NH3】+ H3O+看作 【H OH2 】+ Al2Cl6看作 AlCl3 +AlCl3 共价键的键参数及应用 比较H2C=CH2和HCCH中、键的键能分析加成反应难易？ （离子键与晶格能附后） 等电子体内容及应用 预测分子的立体结构 以CO N2 为例（成键方式相似 空间结构相似 部分性质相似） 等电子体的判断 CO N N 注意：CO32-和SiO32-不是等电子体 CO2 SiO2不是等电子体 2分子的立体结构（红外光谱） 价层电子对互斥理论模型 价层电子对互斥理论：分子中价电子对因相互排斥而远分子中价电子对因相互排斥而远 离，价电子对尽可能采取对称的空间构型。离，价电子对尽可能采取对称的空间构型。分子（或离子） 的立体构型是价层电子对相互排斥的结果。 配位原子与中心原子 配位原子与中心原子的确定：如HClO 中心原子的价层电子对中心原子的价层电子对（孤对电子+的电子）及计算方法及计算方法： 中心原子的价层电子对=（a-x+b） 1/2 a：中心原子的价电子数 b：配位原子提供的电子数 x：分子（或离子）的电荷数 当配位原子：AA时提供时提供1e1e - - 、AA提供提供0e0e - - 、一价基团均提供、一价基团均提供1e1e - - 中心原子键电子对数由配位原子数决定 价层电子对互斥模型只要求价层电子数小于或等于4，不要拓展！ VSEPR模型 由于价由于价层电层电层电层电 子子对对对对的相互排斥，价的相互排斥，价层电层电 层电层电 子子对对对对相互尽可能相互尽可能远远远远离以减小离以减小 排斥力，价排斥力，价层电层电层电层电 子子对对对对在空在空间间间间将尽可能采取将尽可能采取对对对对称的构型方式。称的构型方式。这这种 方式就称为为VSEPR模型 价层电层电 子对对与VSEPR模型的关系( (价价层电层电层电层电 子子对轨对轨对轨对轨 道道间间间间位置关系位置关系) ) 价层电子对数目价层电子对数目 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 VSEPRVSEPR模型模型直线形直线形三角形三角形四面体四面体三角双锥三角双锥八面体八面体 例：计算下列微粒中心原子的价层电子对 CO2 4/2 =2 NH3 （5+3）/2=4 H2O （6+1+1）/2 =4 CH4 （4+4）/2=4 BF3 （3+3）/2 =3 NH4+ （5+4-1）/2 =4 SO2 （6+0）/2=3 CO32- （4+2）/2 =3 NO2 5/2=2.53 利用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型利用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型 配位原子借助价层电子与中心原子形成配位原子借助价层电子与中心原子形成 键！键！ 注意：注意： 中心原子上无孤中心原子上无孤电电电电子子对对对对的分子空的分子空间间间间构型确定方法构型确定方法 （价（价层电层电层电层电 子子对对对对数等于配位原子数）数等于配位原子数） ABnVSEPR模型分子立体结构实例 n2直线形直线形CO2、BeCl2 n3平面三角形平面三角形CH2O、BF3 n4正四面体形正四面体形CH4、SiF4 VSEPR简明、直观，应用范围比较广泛，对于我们经常遇到 的分子或离子，特别是以非金属原子为中心的单核（即单中心） 分子或离子，VSEPR预测的立体结构很少与事实不符。 、中心原子上有孤电电子对对的分子空间间构型确定方法 （价（价层电层电层电层电 子子对对对对数大于配位原子数）数大于配位原子数） 思考：CO2 、CH2O、CH4、BF3、NH4+ 、 H3O+、 CO32- 等分子分子的空间结构分析？ 第一步计算微粒中心原子的价层电子对数 CO2 4/2 =2 第二步分子构型分析 2=2：直线型 又如： CH4 （4+4）/2=4 BF3 （3+3）/2 =3 NH4+ （5+4-1）/2 =4 CO32- （4+2）/2 =3 CH2O （4+2）/2=3 NO2 5/2=2.53 杂化理论对分子空间构型的解释及化学键的推断 轨道的杂化理论: 几种杂化轨道: Sp杂杂化轨轨道： sp2杂杂化轨轨道： sp3杂杂化轨轨道： 以CH2O、 NH3、 H2O 、CH4 、 HClO BF3 、NH4+ 、H3O+、 CCl4、为例分析 分子的杂化方式并解释分子的空间构型？ 注意：中心原子的杂化轨道类型中心原子的杂化轨道类型预测预测 是：借助VSEPR模型对分子的立体结构作出预测。 杂化轨道数杂化轨道数= =价层电子对数价层电子对数 例 CO2 : 4/2=2 SP杂化 两个夹角1800 分子为直线型 是：事先知道它的立体结构 如苯环 VSEPR模型 立体构型 AYAY 4 4 AY AY 3 3 AY AY2 2 AY5 AY6 正四面体正四面体 平面三角形平面三角形 直直线线形形 三角双锥体 正八面体 杂化类型 spsp 3 3 sp sp 2 2 sp sp sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3 杂化轨道理论是一种价键理论, 杂化仅仅是描述给定 分子结构中成键的一种理论方式。它只是对分子形状的理 论解释之一！ VSEPR模型与中心原子杂化轨道类型的对应关系 （3）分子中化学键的推断 简单分子中化学键的推断： 以NH3、H2O、CO2、NCl3、PCl5（超纲）为例 第一步：分析中心原子的杂化方式第一步：分析中心原子的杂化方式 CH2O C为SP2杂化 第二步：有几个配位原子就成几个第二步：有几个配位原子就成几个 键键 3个杂化轨道与3个配位原子成3个键 第三步：剩余第三步：剩余P P轨道参与成轨道参与成 键键 C剩余P轨道与O剩余P轨道成键 关于碳的杂化及简单推断 例：H2C=CH2 H2C=O HCOOH HCCH CH3CCCH2HC=CHCOOH HCN 根据分子空间构型推断苯分子中C的杂化方式？ 石墨 苯 金刚石 路易斯结构式（小黑点表示未键合的电子） 资料卡片：形形色色的分子！（了解） 3配合物理论论 配合物的定义与构成 配位原子： 主要是非金属元素C、N、O、S、卤素等原子。 如何计算配离子的电荷？ Fe(SCN)x-(x-3) Cu(NH3)42+ Pb(CH3COO)2 配位数 Fe(C0)5 无外界 配合物的分类、命名与中学常见配合物 例如：Cu(NH3)4SO4Cu(NH3)42+SO 42 NaNa 3 3 AlFAlF 6 6 Ag(NH Ag(NH 3 3) )2 2 OH Fe(SCN)xOH Fe(SCN)x-(x-3) -(x-3) Cu(NHCu(NH 3 3) )4 4 (OH)(OH)2 2 Cu(NH Cu(NH 3 3) )2 2 SOSO4 4 H H 2 2 PtClPtCl4 4 K K4 4 Fe(CN)Fe(CN) 6 6 配合物的稳定性（配位能力）与螯合物（叶绿素）： 配位原子：CNOX 中心原子：过渡元素主族元素 形成条件（配位键形成）： 配合物的性质： 键键的极性与分子的极性: O3键键有极性与分子也有极性 范德华华力及其对对物质质性质质的影响: 范德华华力的产产生 范德华华力的种类类： 氢键氢键 及其对对物质质性质质的影响 4分子的性质 氢键对氢键对 物质质性质质的影响 构成物质质的分子若能与水分子之间间形成氢键氢键 ，使 该该物质质在水中的溶解度增大。 形成分子间氢键间氢键 使物质质的熔、沸点升高，形成 分子内氢键氢键 使物质质的熔、沸点降低。 例如：NaHCO3溶解性差！ HNO3易挥发挥发 ！ 乙酸与苯混合：体积积增大！ 手性分子与手性异构（不对对称异构、镜镜像异构如下） 无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸酸性强弱的变变化规规律 例：如何理解硫酸、磷酸酸性强弱？ 非非羟羟羟羟基氧越多，吸基氧越多，吸电电电电子能力越子能力越强强，H-OH-O电电电电子云密子云密 度越小越易度越小越易电电电电离离 如何解释释H2CO3为为弱酸？ 二 分子结构与物质性质新课标要求与高考题举例 1化学键与物质的性质新课标要求 知道知道共价键的主要类型键和键，能用 能用键参 数键能、键长、键角等说明简单分子的某些 性质；能举例举例说明“等电子原理”的含义及应用。 认识认识共价分子结构的多样性和复杂性，能根据 价层电子对互斥模型和杂化轨道理论判断判断简单分 子或离子的构型；能说明说明简单配合物的成键情况。 了解了解常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3) 了解了解极性共价键和非极性共价键、极性分子和 非极性分子；举例举例说明化学键和分子间作用力的 区别、分子间作用力对物质性质的影响、氢键对 物质性质的影响，以及了解了解“手性分子”在生命科 学等方面的应用。 知道知道“相似相溶”规则的实际应用和运用分子结 构的知识解释解释无机含氧酸分子的酸性。 1.（2011海南卷）19物质结构20分19-1（6分）下列分 子中属于非极性的非极性的是 ASO2 BBeCl2 CBBr3 DCOCl2 19-2 SO32的立体构型立体构型： S的杂化方式： 2(2010-海南)下列描述中正确的是 ACS2为V形的极性分子 BClO3 -的空间构型为平面三角形 CSF6中有6对完全相同的成键电子对成键电子对 DSiF4的中心原子均为spsp 3 3 杂化杂化 32011年全国统一卷37 在BF3分子中，FBF的键角键角是 ，B原子的杂 化轨道类型为 ，BF3和过量NaF作用可生成 NaBF4，BF4- 的立体结构立体结构为 ； 在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子 与N原子之间的化学键化学键为 ，层间作用力为作用力为 ；B、N均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性 共价键；根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中，层与 层之间靠分子间作用力结合。 4（2011-山东）（2）H2O分子内的OH键、分子 间的范德华力和氢键范德华力和氢键从强到弱依次为 。 的沸点沸点比 高，原因是 。 6（2011-江苏）原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素， 其中X是形成化合物种类最多的元素之一，Y原子基态时最外层 电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3 个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题： （1）Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型杂化类型为 ，1molY2X2 含有键的数目键的数目为 。 （2）化合物ZX3的沸点沸点比化合物YX4的高，其主要原因是 。 （3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体等电子体， 元素Z的这种氧化物的分子式是 。 第三部分 晶体结构与性质 一 晶体结构与性质的知识背景分析 1晶体结构（X射线衍射）与性质 晶体与非晶体:局部单晶、整体物固定外形 如何理解晶体的自范性？ 何理解晶胞？六面体、具有六面体、具有8 8个完全相同顶点、个完全相同顶点、3 3组完全组完全 相同的面、相同的面、3 3组完全相同的棱边（晶胞判断不要求！）组完全相同的棱边（晶胞判断不要求！） 只要求学生认识简单晶胞及计算一个晶胞平均占有的原子数。 2晶体的堆积与性质 分子晶体（若无氢键）大多密堆 H2O CO2的堆积模型（为什么不是立方面心？）（为什么不是立方面心？） 原子晶体的堆积模型 金刚石的堆积模型 金属晶体的堆积模型： 等径圆球的一维密堆、二维密堆、三维密堆 堆积方式 . 简单立方堆积如：Po 非密置层（配位数为4） 密置层（配位数为6 ) . 钾型 . 镁型ABAB) 铜型(ABCABC) A B A B 镁型(六方密堆积) 铜型(面心立方密堆积) 了解晶胞的空间利用率的计算（以简单立方堆积为例 ） （具有代表性的是：简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆） 设立方晶胞的边长为a，金属原子的半径为r，由于原子沿边长 方向相互接触，则a =2r。晶胞的体积为a3，每个金属原子的体积为 4r3/3，每个晶胞中只含有1个原子，所以空间利用率为： 4r3/3 4r3/3 = = 52% a3 (2r)3 简单立方 体心立方 简单立方堆积：配位数配位数 空隙种类空隙种类 空间占有率 6 6 立方体立方体 52% 体心立方堆积： 配位数配位数 空隙种类空隙种类 空间占有率 8 8 四面体和正八面体四面体和正八面体 68.02% 六方密堆： 配位数配位数 空隙种类空隙种类 空间占有率 12 12 正四面体和八面体正四面体和八面体 74.05% 立方面心堆积： 配位数配位数 空隙种类空隙种类 空间占有率 12 12 正四面体和八面体正四面体和八面体 74.05% 3离子晶体结构与性质 离子晶体的堆积方式(含配位数含配位数 空隙填充率空隙填充率) 桔黄色球为F 绿色球为Ca 离子晶体的稳定性（了解）： 以碳酸盐为例 晶格能及影响因素 (4)离子键、共价键和金属键的比较 (5)分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构 微粒、微粒间作用力的区别. 二 晶体结构与性质新课标要求与高考题举例 1晶体结构与性质新课标要求 了解了解分子晶体和原子晶体的特征，能以典型的物质为例描述 描述分子 晶体和原子晶体的结构与性质的关系。 知道知道金属键的涵义，能用金属键理论解释 解释金属的一些物理性质； 能列举列举金属晶体的基本堆积模型简单立方堆积、钾型、镁型 和铜型。 能说明说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释 解释其物 理性质；了解了解离子晶体的特征；了解了解晶格能的应用，知道 知道晶格能 的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。 知道知