物质结构和元素周期律是中学化学教材中重要的基础理论.doc

高中化学总复习教案物质结构 元素周期律物质结构和元素周期律是中学化学教材中重要的基础理论。 通过对本章的学习，能够对以前学过的知识进行概括、综合，实现由感性认识上升到理性认识的飞跃；同时也能以物质结构、元素周期律为理论指导，来探索、研究以后将要学习的化学知识。 本章学习重点是核外电子的排布规律；元素周期律的实质和元素周期表的结构；元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系；离子键和共价键。第一讲 原子结构 原子结构和同位素的考点，常以重大科技成果为题材，寓教于考，突出教育性与实践性。近几年的命题主要体现在以下方面： 1关于原子的组成及各粒子的关系； 2分子、原子、离子核外电子数的比较； 3已知同位素质量数和平均相对原子质量，求同位素的原子个数比； 4粒子半径大小比较。 试题大多以选择题形式出现，模式也较为稳定。由于原子结构的发现源于物理学中粒子的运动实验，无疑，原子结构成了理化学科间综合的素材。预计这一知识会成为“3+X”综合测试命题的依据。 1 原子的组成和三种微粒间的关系A X的含义：代表一个质量数为A、质子数为Z的原子。 质量数(A)；质子数(Z)+中子数(N)。核电荷数：元素的原子序数；质子数：核外电子数。2电子云 (1)核外电子运动的特点：质量很小，带负电荷；运动的空间范围小(直径约为10-10 m)；高速运动。 (2)电子云的概念：原子核外电子绕核高速运动是没有确定的轨道的，就好像一团“带负电荷的云雾”笼罩在原子核周围，这种“带负电荷的云雾”称之为电子云。电子云密集(单位体积内小黑点多)的地方，电子出现的机会多；反之，电子云稀疏(单位体积内小黑点少)的地方，电子出现的机会少。 3电子层的表示方法电子层数符号KLMNOPQ最多容纳电子数（2n2）2818322n2能量大小KL,MNOP核外电子数，如下图(乙)所示结构示意图。 (3)阴离子：核电荷数核外电子数，如下图(丙)所示结构示意图。 6元素的性质与元素的原子核外电子排布的关系 (1)稀有气体的不活泼性：稀有气体元素的原子最外层有8个电子(氦是2个电子)，处于稳定结构，因此化学性质稳定，一般不跟其他物质发生化学反应。 (2)非金属性与金属性(一般规律)：最外层电子数得失电子趋势元素的性质金属元素4较易得非金属性知识拾零 1核外有10个电子的微粒： (1)分子：Ne、HF、H20、NH3、CH4。 (2)阳离子：Mg2+、Na+、Al3+、NH4+、H30+ (3)阴离子：N3-、O2-、F-、OH-、NH2-。 2前18号元素的原子结构的特殊性 (1)原子核中无中子的原子1 H (2)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na (3)最外层有2个电子的元素：Be、Mg、He (4)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Al。 (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：Ne。 (6)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、A1。 (7)电子总数为最外层电子数2倍的元素：Be。 (8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：S ： (9)内层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、P 掌握了上述一些结构特点及规律可以迅速推断元素及其原子序数等。 ，第二讲 元素周期律一、元素性质呈周期性变化（以第三周期为例说明）原子序数1112131415161718元素符号NaMg AlSiPSCl Ar ar 原子的最外电子层数1234567原子半径大小 逐渐增大主要正价+1+2+3+4+5+6+70主要负价-4-3-2-10最高价氧化物对应的水化物NaOH强碱Mg(OH)2中强碱Al(OH)3两性H4SiO4弱酸H3PO4中强酸H2SO4强酸HClO4最强酸金属单质与水反应的情况剧烈反应缓慢反应难以反应非金属单质与H2反应的条件高温较高温度需加热光照或点燃结论随原子序数的递增、元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。核外电子层数相同的原子，随原子序数的递增、最外层电子数由1递增到8。随原子序数的递增，元素的原子半径发生周期性的变化。核外电子层数相同的原子，随原子序数的递增、原子半径递减（稀有气体突增）。元素的化合价随着原子序数的递增而起着周期性变化。主要化合价：正价+1+7；负价41，稀有气体为零价。元素周期律元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性的变化，这个规律叫做元素周期律。说明：元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。周期性变化不是机械重复，而是在不同层次上的重复。稀有气体原子半径突然变大是同稀有气体原子半径测量方法与其它原子半径的测量方法不同。O、F没有正化合价是因为它们非金属性强。例题 下列各组元素中，按原子半径依次增大顺序排列的是：A、Na、 Mg、 Al B、Cl、 S、 P C、Be、N、 F D、Cl、 Br、 I解析：Na、Mg、Al核外电子层数相同，核电荷数依次增大，原子半径依次减小，所以A错误则B正确，Be、N、F无规律比较，最外层电子数相同时随核外电子层数的增大、原子半径依次增大，所以D正确。答案：B、D。 二、 几种量的关系 (1)最外层电子数=最高正化合价 (2)|最低负化合价|+最高正化合价=8 例2、元素R的最高价含氧酸的化学式为HnRO2n2，则在气态氢化物中R元素的化合价为多少？解析：由HnRO2n2知R的最高价为+(3n4)，R在气态氢化物中为负价：8(3n4)=12+3n。三、两性氧化物和两性氢氧化物 (1)两性氧化物：既能与酸起反应生成盐和水，又能与碱起反应生成盐和水的氧化物。例：A1203 A1203+6HCl=2AlCl3+3H20 A1203+2NaOH=2NaAl02+H20 (2)两性氢氧化物：既能跟酸起反应，又能跟碱起反应的氢氧化物。例：Al(OH)3，a.与水(或酸)反应的难易b.金属与盐溶液置换反应c.金属阳离子的氧化性强弱d.最高价氧化物对应水化物的碱性强弱a.非金属单质与氢气化合难易，及氢化物稳定性b.非金属的置换反应c.非金属阴离子还原性强弱d.最高价氧化物对应水化物的酸性强弱(除F外) (2)非金属性(1)金属性1元素的金属性和非金属性判断依据 2Al(OH)3+3H2S04=Al2(S04)3+6H20 A1(OH)3+NaOHNaAl02+2H20 四、重点、难点突破 2.微粒半径大小比较中的规律(1)同周期元素的原子或最高价阳离子半径从左至右渐小(稀有气体元素除外) 如：NaMgAlSi；Na+Mg2+Al3+。 (2)同主族元素的原子或离子半径从上到下渐大 如：LiNaK，OSSe，LiNa+K+，F-C1-F-Na+Mg2+Al3+，(上一周期元素形成的阴离子与下一周期元素形成的阳离子有此规律)。 可归纳为：电子层排布相同的离子，（表中位置）阴离子在阳离子前一周期，（大小）序数大的半径小。 (4)核电荷数相同(即同种元素)形成的微粒半径大小为 阳离子中性原子阴离子，价态越高的微粒半径越小，如Fe3+Fe2+，H+HH-，C1C1-(5)电子数和核电荷数都不同的，一般可通过一种参照物进行比较。 如：比较Al3+与S2-的半径大小，可找出与Al3+电子数相同，与S2-同一族元素的O2-比较，Al3+02-，且O2-S2-，故A13+H2YO4H3ZO4，则下列判断错误的是A、原子半径XYZ B、气态氢化物的稳定性HXH2YZH3C、非金属性XYZ D、阴离子的还原性Z3Y2X解析：由三种元素最高价氧化物的水化物的化学式知X、Y、Z的最高正价分别为+7、+6、+5，推知它们分别位于第VIIA、VIA、VA族。由同一周期元素性质的递变规律。可确定A符合题意。答案：A例3、处于相邻2个周期的主族元素A、B、C、D。它们原子半径依次减小。A离子和B离子的电子层相差2层，且能形成BA2型的离子化合物。C的离子带3个单位正电荷。D的气态氢化物通式为H2R，在其最高价氧化物中D质量分数为40%。D的原子序数大致等于其原子量数值的一半。试回答 A是_ B是_ C是_ D是_ B、C、D单质的还原性从大到小的顺序是_。 向D的氢化物的水溶液中，滴入少量A单质，写出反应的化学方程式。解析：由H2R可知D可显2价，D的最高价为+6，最高价氧化物为DO3。解得：D=32，D的原子序数为16，D 为硫元素符合题意。由A离子和B离子相差2个电子层，且能形成BA2型离子化合物，说明B为IIA族元素，A为VIIA族元素。再由A、B、C、D原子半径依次变小，D为S可知，A为Br、B为Mg、而C为Al。答案Br、Mg、Al、S MgAlS H2S+Br2=S+2HBr例4、A、B、C、D为周期表中前三周期元素，A元素原子的次外层电子数是最外层电子数的二分之一，B的阴离子核外只有一个电子层、C单质在标准状况下密度是1.43g/L，D元素的焰色反应呈黄色。将以上四种元素组成的结晶盐3.4g加热反至完全失去结晶水，其质量减少1.35g，所得无水盐中C元素的质量分数为39%，将该无水盐与适量盐酸作用得到一种弱酸，再将所得弱酸完全燃烧可得0.9g水和1.12L标准状况下的CO2，已知这种弱酸的一个分子中共有32个质子。试回答：A、B、C、D四种元素各是什么元素？求结晶盐化学式。解析：A元素原子的次外层电子数是最外层电子数的二分之一，则只有碳元素符合，所以A是碳。B的阴离子只有一个电子层，可推断B是氢。根据所得到弱酸完全燃烧，知此弱酸为有机酸。C的摩尔质量=1.43g/L22.4L/mol=32g/mol，所以C是氧。弱酸中：nc=0.05mol nH=2=0.1mol n0=0.05mol所以弱酸的最简式为：CH2O，其中共有6+2+8=16个质子，根据一个分子中有32个质子，故弱酸化学式为：C2H4O2是醋酸CH3COOH。答案：A为碳 B为氢 C为氧 D为钠 CH3COONa3H2O第四讲 化学键一、化学键定义：相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用叫做化学键。说明：直接相邻的原子间强烈的相互作用，破坏这种作用需较大能量。中学阶段所学的化学键主要为下列两种类型： 离子键 化学键 极性共价键 共价键 非极性共价键二、离子键定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。说明：成键元素：活泼金属（如：K、Na、Ca、Ba等，主要是A和A族元素）和活泼非金属（如：F、Cl、Br、O等，主要是A族和A族元素）相互结合时形成离子键。成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。离子键构成离子化合物。三、电子式的几种表示形式单核阳离子符号，即为阳离子的电子式，如H+、K+、Na+、Mg2+；原子团的阳离子等四、共价键定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键。说明：成键元素：通常为非金属元素的原子间。成键原因：同种或不同种元素的原子之间结合成分子时并不发生电子的完全得失，而是通过共用电子对而结合的。共价键可以形成单质也可化合物。同种元素的原子之间形成的共价键称非极性共价键，简称非极性键；不同元素的原子之间形成的共价键称极性共价键，简称极性共价键。五、极性分子和非级性分子六、键能、键长和键角的概念及其对分子的影响。项 目概 念对分子的影响键 能拆开1摩共价键所吸收的能量或生成1摩共价键所放出的能量键能大、键牢固、分子稳定键 长成键的两个原子的核间的平均距离键越短、键能越大，键越牢固，分子越稳定键 角分子中相邻键之间的夹角决定分子空间构型和分子的极性六、电子式（结构式）表示共价键的几种形式分子HHN2： （N = N） Cl2： （ClCl） CO2： （O=C=O）HH2O： （HO） CH4： （HCH）七、几点说明1共价键可存在于单质分子、共价化合物分子和离子化合物中。2、共价化合物中只有共价键，离子化合物中一定含有离子键。如H2O（共价化合物）H O O H （由共价键形成），NaOH（离子化合物），Na+ O H（由共价键和离子键形成）。3单质分子中的化学键均为非极性键，化合物分子中可有非极键，离子化合物中可存在极性键和非极性键。如NN（N N叁键为非极键）HOOH（HO键为极性键，OO键为非极性键），Na+ OO2Na （OO键为非极性键，Na+与O2间为离子键） 4非金属元素的原子间可形成离子化合物。如：NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3等。5离子半径的比较。同族元素相同价态的离子随核外电子层数的增多离子半径增大（FClBrI，Na+K+Rb+FNa+Mg2+Al3+）。例1、A元素的最高价离子0.5mol被还原成中性原子时，要得到6.021023个电子，它的单质同盐酸充分反应时，放出0.02gH2，用0.4gA。B元素的原子核外电子层数与A相同，且B元素形成的单质是红棕色液体。写出两种元素的名称A_，B_用结构示意图表示A、B两元素的常见离子。A_、B_解析：红棕色液体为溴单质，则B为溴元素。由An+ + ne = A，可知n=2 ，A的化合价为+2价。 A=40答案：A 钙 B 溴 Ca2+ Br例2、A、B二种短周期的元素可以形成两种不同的共价化合物C与D。A在化合物C中显1价，在化合物D中显2价。化合物C在一定条件下反应产生A的单质。化合物D较为稳定。元素A位于周期表第_周期，_族；化合物C的电子式_，化合物D的化学式_。解析：短周期元素中，显2价为第A的元素，只能是氧和硫。在中学化学知识中硫通常无1价。而氧在过氧化物中显1价，因此A为氧元素。但C、D均为共价化合物，故C为H2O2，B元素为氢。答案：第二周期，第A族，H O O H、H2O例3、现有原子序数之和为51的五种短周元素A、B、C、D、E。已知A的单质在常温下为无色气体；B原子的最外层电子数比次外层电子数多3个；C和B属于同一主族；D的最高正价的代数和为4，其最高价氧化物对应的水化物的酸性在同主族元素中最强，E元素最外层电子数与其K层电子数相同。试写出它们的元素符号。写出B的氢化物的电子式。B的气态氢化物与D的气态氢化物互相作用生成的物质，其电子式为_或_.解析：B原子的次外层只能为K层，所以B为氮，C为磷，最高正价和负价的代数和为4时，只有最高正价为+6价，负价为2价，即A元素符合，因其含氧酸性为本周期元素的含氧酸中之最强，所以D元素为硫，E为镁，再由原子序数之和为51，而B、C、D、E原子序数均已知，肯定A为氢。第五讲晶体的类型和性质1四种基本晶体类型分类晶体质点间作用力物理性质熔化时的变化代表物离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体混合型晶体 要求：物理性质应从熔、沸点、硬度、导电性等方面展开并回答。熔化时的变化应从化学键或分子间作用力的破坏，以及破坏后成为的粒子来回答。 代表物应从物质的分类来回答，不能回答一些具体的物质。 2四种基本晶体类型的判断方法 (1)从概念，物质分类上看，由_组成，通过_和_强烈相互作用而形成的晶体为金属晶体。 构成晶体质点为_，这些质点间通过_间作用力，而形成的晶体为分子晶体。共价化合物一般为_晶体，但SiO2、SiC为_晶体；离子化合物一定为_晶体 (2)由晶体的物理性质来看 根据导电性，一般地：熔融或固态时都不导电的是_晶体或_晶体，熔融或固态都能导电的为_晶体；固态时不导电，熔化或溶于水时能导电的一般为 _晶体；液态、固态、熔融都不能导电，但溶于水后能导电的晶体是_晶体。一种称为过渡型或混合型晶体是_，该晶体_导电 根据机械性能：具有高硬度，质脆的为_晶体，较硬且脆的为_晶体，硬度较差但较脆的为 _晶体，有延展性的为_晶体。 根据熔、沸点：_晶体与_晶体高于 _晶体。_晶体熔沸点有的高，有的低。 3典型晶体的粒子数物质晶型重复单位几何形状粒子数NaCl每个Cl- 周围与它最近等距的Na+有_个CsCl 立方体每个Cs+(Cl-)等距的Cl-(Cs+)有_个金刚石最小环上有_个C原子石墨每个六边形独占_个C原子SiO2 硅氧四面体最小环上有_个原子干冰CO2面心立方等距相邻有_个CO2分子 4四种晶体熔、沸点对比规律 离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。 离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO熔点高于 NaCl 分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高。 原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。 金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如A的Al， A的Mg，IA的Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。第六讲硫酸铜晶体结晶水的测定实验(1)测定原理：CuS045H20中，Cu(H2O)42+与 S042-H20，其中前者是蓝色的，后者是_色的。5个水分子与CuS04结合力是_，在383 K时，Cu(H2O)42+失去4个水分子，在531 K时，才能使_中的水失去。 (2)测定标准记量： 如果用w为托盘天平称量坩埚的质量，w2为坩埚与晶体的总质量，w3是无水CuS04与坩埚再加热，放在干燥器中冷却后的质量。设x为结晶水的物质的量，则计算x的数学表达式为值只有在4.9-5.1之间，才表明实验是成功的。 (3)测定误差分析：你认为在_条件下会导致实验失败。你认为产生误差的可能情况有哪些? (至少写五种)问题：脱水后的白色CuSO4 粉未为什么要放在干燥器中冷却？ 重点点拨 做此实验如果没有瓷坩埚、坩埚钳、铁架台等仪器，可用试管和试管夹代替来做，步骤如下： 用天平准确称量出干燥试管的质量，然后称取已研碎的CuS045H20并放入干燥的试管。 CuSO45H2O应铺在试管底部。 把装有CuS045H20的试管用试管夹夹住，使管口向下倾斜，用酒精灯慢慢加热。应先从试管底部加热，然后将加热部位逐步前移，至CuS045H20完全变白：当不再有水蒸气逸出时，仍继续前移加热，使冷凝管在试管壁上的水全部变成气体逸出。 待试管冷却后，在天平上迅速称出试管和 CuS04的质量。 加热，再称量，至两次称量误差不超过0.1为止。 问题： 该实验为什么以两次称量误差不超过0.1 g(即 (0.1 g)作为标准? 答：用加热的方法除去CuS045H20中的结晶水，为了避免加热时间过长或温度过高造成的CuS04分解，就不可避免的没有使CuSO45H2O中结晶水全部失去，这势必会造成新的误差。为此，本实验采取了多次加热的方法，以尽可能的使晶体中的结晶水全部失去。0.1 g是托盘天平的感量，两次称量误差不超过0.1 g，完全可以说明晶体中的结晶水已全部失去。实验针对性练习一、选择题 1.某学生称量CuS045H2O时，左盘放砝码4 g，游码在0.5刻度处，天平平衡.右盘CuS045H20晶体的质量是 ( ) A.4.5 g B.4 g C.3，5 g D.3 g 2.下列实验操作会引起测定结果偏高的是 A.测定硫酸铜晶体结晶水含量的实验中，晶体加热完全失去结晶水后，将盛试样的坩埚放在实验桌上冷却 B.中和滴定用的锥形瓶加入待测液后，再加少量蒸馏水稀释 C.为了测定一包白色粉末的质量，将药品放在右盘，砝码放在左盘，并需移动游码使之平衡 D.取待测液的酸式滴定管用水洗后，没用待测液润洗 3.实验室测定CuS045H20晶体里结晶水的n值时，出现了三种情况： 晶体中含有受热不分解的物质 晶体尚带蓝色，即停止加热 晶体脱水后放在台上冷却，再称量。使实验结果偏低的原