高考化学总复习 第29章 物质结构与性质课件.ppt

第29章物质结构与性质 考法1粒子核外电子排布的表示方法考法2电离能的比较与应用考法3元素电负性的大小比较 考点77原子结构与性质 1 能层 能级与原子轨道 1 能层 n 原子核外的电子分为不同的能层 离核越远 能量越高 2 能级 任一能层的能级总是从s能级开始 而且能层的能级数等于该能层的序数 不同能层中同一能级 能层序数越大 能量越高 同一能层中 各能级之间的能量高低 s p d f 能层和形状相同的原子轨道的能量相等 如2px 2py 2pz 原子轨道 1 能量最低原理原子的核外电子排布遵循的构造原理使整个原子的能量处于最低状态 随着原子核电荷数的递增 绝大多数元素的原子核外电子排布将遵1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 即ns n 2 f n 1 d np 2 泡利 不相容 原理每个原子轨道最多只能容纳2个电子 且它们的自旋状态相反 洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时 总是优先单独占据一个轨道 而且自旋方向相同 在等价轨道上的电子排布处于全充满 p6 d10 f14 半充满 p3 d5 f7 和全空 p0 d0 f0 状态时 具有较低的能量和较强的稳定性 2 核外电子排布规律 1 第一电离能 含义 气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量叫作第一电离能 符号为i 单位为kj mol 1 意义 元素的第一电离能可以衡量元素的原子失去1个电子的难易程度 规律a 同周期 从左到右 第一电离能呈现逐渐增大的变化趋势 b 同族元素 从上到下 第一电离能逐渐减小 c 同种原子 逐级电离能越来越大 i1 i2 i3 3 原子结构与元素性质 2 电负性 含义 电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小 标准 以氟的电负性为4 0作为相对标准 计算得出其他元素的电负性 稀有气体元素未计 变化规律 一般来说 周期表从左到右 元素的电负性逐渐变大 周期表从上到下 元素的电负性逐渐变小 3 原子结构与元素性质 1 基态原子的核外电子排布式 考法1粒子核外电子排布的表示方法 1 简单原子的核外电子排布式 2 复杂原子的核外电子排布式 3 部分原子的核外电子排布式的特殊性 4 基态原子外围电子排布式 价电子 的书写 注意 常考查的核外电子排布式的书写cr ar 3d54s1cu ar 3d104s1fe ar 3d64s2mn ar 3d54s2fe3 ar 3d5cu2 ar 3d4 2 基态离子核外电子排布式的书写 1 先正确书写基态原子的核外电子排布式 2 再由外到内失电子 3 核外电子排布图 轨道表示式 用方框表示原子轨道 用 或 表示自旋方向不同的电子 按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写 考法1粒子核外电子排布的表示方法 高考题汇编 1 我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐 n5 6 h3o 3 nh4 4cl 氮原子价电子的轨道表达式 电子排布图 为 课标 理综2017 35题节选 2 研究发现 在co2低压合成甲醇反应 co2 3h2 ch3oh h2o 中 co氧化物负载的mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性 显示出良好的应用前景 co基态原子核外电子排布式为 课标 理综2017 35题节选 例1 解析 1 n原子位于第二周期第 a族 价电子是最外层电子 则其价电子排布式为2s22p3 所以其价电子排布图为 2 co是27号元素 位于元素周期表中第四周期第 族 其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或 ar 3d74s2 答案 1 2 1s22s22p63s23p63d74s2或 ar 3d74s2 1 第一电离能的比较同周期元素从左往右 第一电离能呈增大的趋势 注意第 a族与第 a族 第 a族与第 a族的反常 即同周期从左往右第一电离能大小的关系为 a a a a a a a 考法2电离能的比较与应用 注意 第iia族和第va族元素原子最外层p轨道处于全空 半充满状态 为稳定状态 第一电离能相对较大 2 电离能的应用同一元素逐级电离能的变化体现了核外电子排布 若电离能大幅度突变 则失去该电子后为稳定结构 若 则元素通常显 1价 为第 a族元素 若 则元素通常显 2价 为第 a族元素 考法2电离能的比较与应用 1 利用周期表判断比较在元素周期表中 从左到右 元素的电负性逐渐变大 从上到下 元素的电负性逐渐减小 如电负性 ccl br i 2 利用化合价及物质类别比较应用化合价及物质类别比较元素电负性 如o与cl的电负性比较 hclo中cl显 1价 o显 2价 可知o的电负性大于cl al2o3是离子化合物 alcl3是共价化合物 可知o的电负性大于cl 考法3元素电负性的大小比较 高考题汇编 1 元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能 e1 第二周期部分元素的e1变化趋势如图所示 其中除氮元素外 其他元素的e1自左而右依次增大的原因是 氮元素的e1呈现异常的原因是 课标 理综2017 35题节选 2 元素mn与o中 第一电离能较大的是 基态原子核外未成对电子数较多的是 课标 理综2017 35题节选 3 四种元素 f k fe ni 中电负性最大的是 课标 理综2013 37题节选 例2 1 同周期元素 从左到右非金属性逐渐增强 原子核对电子的束缚能力增大 除氮原子外 其他原子得电子能力依次增强 得电子后形成的阴离子稳定性逐渐增强 所以根据第一电子亲和能的定义可知同周期元素的第一电子亲和能自左向右依次增大 n的2p能级上有3个电子 处于半充满的稳定状态 得电子能力相对较弱 因此其第一电子亲和能较同周期相邻元素要小 2 同周期元素从左向右 元素的第一电离能呈增大趋势 故mn的第一电离能小于se 同主族元素从上到下 元素的第一电离能逐渐减小 故se的第一电离能小于o 则第一电离能 mn o o基态原子的价电子排布式为2s22p4 所以其核外未成对电子数是2 而mn基态原子的价电子排布式为3d54s2 所以其核外未成对电子数是5 故核外未成对电子数较多的是mn 3 同周期从左到右 元素的电负性逐渐增大 同主族从上到下 元素的电负性逐渐减小 由此可知 四种元素中电负性最大的是f 例2 考法4共价键的类型与分子的极性考法5原子杂化轨道类型与分子空间构型的判断考法6配位键与配位化合物的特点考法7微粒间作用力都物质性质的影响考法8等电子原理的应用 考点78分子结构与性质 1 定义 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 1 共价键 2 分类 键的形成 键的形成 1 共价键 2 分子的极性 1 极性分子 正电中心和负电中心不重合的分子 2 非极性分子 正电中心和负电中心重合的分子 键能 键长 键角 键能越大 键长越短 分子越稳定 3 键参数 键的形成 键的形成 1 杂化轨道理论 概念在外界条件的影响下 原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化 组合后形成的一组新的原子轨道 叫杂化原子轨道 简称为杂化轨道 分类 3 分子的立体结构 2 价层电子对互斥理论 特点价层电子对在球面上彼此相距最远时 排斥力最小 体系的能量最低 孤电子对的排斥力较大 价层电子对互斥模型 3 分子的立体结构 金属离子 或原子 与某些分子或离子 成为配体 以配位键结合形成的化合物称为配位化合物 简称配合物 4 配位键与配位化合物 1 配位键 定义 成键的两个原子一方提供孤电子对 一方提供空轨道而形成的共价键为配位键 表示 配位键可以用a b表示 a表示提供孤电子对的原子 即电子对给予体 b表示接受孤电子对的原子 即电子对接受体 形成条件 中心离子 绝大多数为过渡金属离子 有空轨道 而配位体 主要是第 a a a族元素 能提供孤电子对 2 配位化合物 5 等电子原理 1 等电子原理原子总数相同 价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征 使它们的许多性质 物理性质 相近 此原理称为等电子原理 2 等电子原理的应用 利用等电子原理可以判断一些微粒的结构及空间构型 等电子原理在制造新材料等方面也有重要的应用 如晶体硅 锗是良好的半导体材料 它们的等电子体磷化铝 alp 砷化镓 gaas 也都是良好的半导体材料 6 氢键 1 形成 已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子 该氢原子几乎为裸露的质子 与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力 称为氢键 2 表示方法 a h b 注意 a b为电负性很强的原子 一般为n o f三种元素的原子 a b可以相同 也可以不同 3 特征 具有一定的方向性和饱和性 4 分类 氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种 5 分子间氢键对物质性质的影响 主要表现为使物质的熔 沸点升高 对电离和溶解度等产生影响 7大 键 1 含义 在多原子分子中 如有相互平行的p轨道 两个原子的轨道 p轨道 从垂直于成键原子的核间连线的方向接近 发生电子云重叠而成键 p电子在多个原子间运动形成 型化学键 这种不局限在两个原子之间的 键称为离域 键 或共轭大 键 简称大 键 2 形成条件 原子共平面 原子都提供平行的轨道 提供的电子总数小于轨道数的2倍 是3个或3个以上原子形成的 键 7大 键 3 实例 苯 c6h6 分子中c原子sp2杂化后 剩余的1个没有参与杂化的p轨道互相平行 轨道中各有1个电子 所以形成了6原子6电子的大 键 苯的大 键平均分布在六个碳原子上 所以苯分子中每个碳碳键的键长和键能是相等的 4 表示方法 分子中的大 键可用符号表示 其中m代表参与形成大 键的原子数 n代表参与形成大 键的电子数 如苯分子中的大 键可表示为 1 共价键类型的判断 1 键和 键的判断通过物质的结构式 可以快速有效地判断键的种类及数目 共价单键全为 键 双键中有一个 键和一个 键 三键中有一个 键和两个 键 一般情况下 键比 键稳定 2 极性键和非极性键的判断看共价键是否由同种元素的原子构成 若为同种元素原子构成的a a型 则为非极性键 若为不同种元素原子构成的a b型 则为极性键 考法4共价键的类型与分子的极性 2 键的极性与分子极性的关系 考法4共价键的类型与分子的极性 课标 理综2017 35题节选 我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐 n5 6 h3o 3 nh4 4cl 用r代表 经x射线衍射测得化合物r的晶体结构 其局部结构如图所示 1 从结构角度分析 r中两种阳离子的相同之处为 不同之处为 填序号 a 中心原子的杂化轨道类型b 中心原子的价层电子对数c 立体结构d 共价键类型 例3 2 r中阴离子中的 键总数为 分子中的大 键可用符号表示 其中m代表参与形成的大 键原子数 n代表参与形成的大 键电子数 如苯分子中的大 键可表示为 则中的大 键应表示为 3 图中虚线代表氢键 其表示式为 nh4 n h cl 例3 解析 1 r中的两种阳离子分别为nh4 和h3o nh4 的中心原子是n 中心n原子形成4个 键 没有孤电子对 价层电子对数为4 故其杂化轨道类型为sp3 nh4 的空间构型为正四面体形 h3o 的中心原子是o 中心o原子形成3个 键 孤电子对数为1 价层电子对数为4 故其杂化轨道类型为sp3 h3o 的空间构型为三角锥形 nh4 和h3o 中共价键类型都是极性共价键 故r中两种阳离子的相同之处为a b d项 不同之处为c项 2 根据化合物r的局部结构图可知中 键总数为5 根据信息 每个n原子有且只有1个p轨道与环平面垂直 1个p轨道中有1个电子 从外界得到的1个电子也进入与环平面垂直的p轨道形成的 键中 因此 电子总数为1 5 1 6 所以大 键可表示为 3 由图可知 h3o 中的1个氢原子与中的1个n原子形成氢键 nh4 中的1个氢原子与中的1个n原子形成氢键 则还含有 nh4 n h n 和 h3o o h n 答案 1 abdc 2 5 3 h3o o h n nh4 n h n 1 原子杂化轨道类型的判断 1 根据 键数目判断 2 根据杂化轨道数判定2 分子空间构型的判断根据中心原子的杂化轨道类型判断价层电子对的空间构型 而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型 不包括孤电子对 当中心原子无孤电子对时 两者的构型一致 当中心原子有孤电子对时 两者的构型不一致 考法5原子杂化轨道类型与分子空间构型的判断 高考题汇编 1 x射线衍射测定等发现 i3asf6中存在离子 离子的几何构型为 中心原子的杂化形式为 课标 理综2017 35题节选 2 co2和ch3oh分子中c原子的杂化形式分别为 和 在co2低压合成甲醇反应 co2 3h2 ch3oh h2o 所涉及的4种物质中 沸点从高到低的顺序为 原因是 硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料 mn no3 2中的化学键除了 键外 还存在 课标 理综2017 35题节选 例4 解析 1 的中心i原子形成2个i i键 孤电子对数为 7 1 2 1 2 即中心i原子形成2个 键 还有2对孤电子对 故中心i原子采取sp3杂化 的几何构型为v形 2 根据价层电子对互斥理论 co2和ch3oh的中心c原子分别属于 2 成键电子对数 0 孤电子对数 型和 4 0 型 中心c原子的价层电子对数分别为2和4 所以co2和ch3oh分子中c原子的杂化形式分别为sp和sp3 h2o ch3oh co2 h2这4种物质中 常温下水和甲醇是液体 而二氧化碳和氢气是气体 液体的沸点高于气体 水分子中有2个氢原子都可形成分子间氢键 而甲醇分子中只有1个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键 所以水的沸点高于甲醇的沸点 二氧化碳的相对分子质量比氢气大 所以二氧化碳的分子间作用力较大 沸点较高 硝酸锰是离子化合物 硝酸根和锰离子之间形成离子键 硝酸根 no3 中还存在n o键 则存在 键 例4 答案 1 v形sp3 2 spsp3 h2o ch3oh co2 h2h2o与ch3oh均为极性分子 h2o中氢键比甲醇多 co2与h2均为非极性分子 co2相对分子质量较大 范德华力较大 离子键和 键 1 配位键的特点配位键是一类特殊的共价键 共用电子对由成键原子单方面提供 h 没有电子 只有空轨道 h2o分子中的o原子 nh3分子中的n原子都具有孤电子对 所以能通过配位键形成h3o nh4 配位键与其他的化学键完全等同 键能 键长都完全相同 考法6配位键与配位化合物的特点 2 配位化合物的结构特点中心离子与配体构成了配合物的内配位层 或称为内界 以配位键相结合 在一定程度上丧失了cu2 和nh3各自独立时的化学性质 通常把它们放在中括号内 so42 称为外配位层 或称为外界 内 外界之间通过离子键结合 配合物在水中全部电离 考法6配位键与配位化合物的特点 3 配位化合物的形成条件 考法6配位键与配位化合物的特点 高考题汇编 1 硫酸镍溶于氨水形成 ni nh3 6 so4蓝色溶液 在 ni nh3 6 2 中ni2 与nh3之间形成的化学键称为 提供孤电子对的成键原子是 课标ii理综2016 37题节选 2 k fe3 f 三种离子组成的化合物k3fef6 其中化学键的类型有 该化合物中存在一个复杂离子 该离子的化学式为 配体是 课标ii理综2013 37题节选 解析 1 在 ni nh3 6 2 中ni2 提供空轨道 nh3中n原子提供孤电子对 ni2 与nh3之间形成的化学键称为配位键 2 k fe3 f 三种离子组成的化合物k3fef6 其中化学键的类型有离子键 配位键 该化合物中存在复杂离子 fef6 3 配体是f 答案 1 配位键n 2 离子键 配位键 fef6 3 f 例5 1 范德华力对物质性质的影响 1 范德华力主要影响物质的熔沸点 硬度等物理性质 2 分子间氢键可使物质的熔 沸点升高 并对在水溶液中的电离和溶解性等产生影响 考法7微粒间作用力对物质性质的影响 1 增强物质的溶解性2 使物质的熔 沸点升高3 对酸性的影响由于邻羟基苯甲醛形成了分子内氢键 使酸性 1 氢键对物质性质的影响 特别提示 分子间的氢键比分子内氢键对物质熔沸点的影响大 考法7微粒间作用力对物质性质的影响 考法7微粒间作用力对物质性质的影响 2 微粒间作用力的判断 1 离子晶体中存在离子键 可能存在共价键 2 原子晶体中只存在共价键 3 分子晶体中 分子之间存在分子间作用力 分子内部可能存在共价键 4 只有电负性强的n o f三元素的原子与氢原子形成氢键 5 强度关系 共价键 氢键 范德华力 高考题汇编 1 江苏化学2013 21题节选 氧元素的氢化物 h2o 在乙醇中的溶解度大于h2s 其原因是 2 福建理综2013 31题节选 已知苯酚 具有弱酸性 其ka 1 1 10 10 水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键 据此判断 相同温度下电离平衡常数ka2 水杨酸 填 或 ka 苯酚 其原因是 高的原因是 例6 解析 1 h2o在乙醇中的溶解度大于h2s 是因为水分子与乙醇分子之间可形成氢键 2 氧的电负性较大 则中形成分子内氢键 即o h o coo 中双键氧与羟基氢之间存在氢键 其大小介于化学键和范德华力之间 使其更难电离出h 则水杨酸第二级电离常数小于苯酚的电离常数 答案 1 水分子与乙醇分子之间形成氢键 2 coo 与 oh形成分子内氢键 使其更难电离出h 例6 1 等电子体的判断方法 1 同主族变换 2 左右移位2 等电子原理的应用 1 利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型 2 常见的等电子体汇总 考法8等电子原理的应用 高考题汇编 1 写出两个与cs2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 课标i理综2015 37题节选 2 与h2o分子互为等电子体的阴离子为 江苏化学2016 21题节选 答案 1 co2 scn 或cos等 2 nh2 解析 1 等电子体的空间构型和键合形式相同 原子总数和价电子总数分别相等的微粒互为等电子体 cs2中共有3个原子核16个价电子 根据等电子原理可知 co2 scn 和cos等的空间构型和键合形式与cs2相同 2 h2o中共有3个原子和8个价电子 则与h2o分子互为等电子体的阴离子为nh2 等 例7 考法9晶体类型的判断与熔 沸点的比较考法10晶胞结构的分析与计算 考点79晶体结构与性质 1 四种晶体的比较 1 晶胞 概念 描述晶体结构的基本单元 晶体中晶胞的排列 无隙并置 a 无隙 相邻晶胞之间没有任何间隙 b 并置 所有晶胞平行排列 取向相同 2 晶格能 定义 气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量 通常取正值 单位为kj mol 1 影响因素a 离子所带电荷数 离子所带电荷数越多 晶格能越大 b 离子的半径 离子的半径越小 晶格能越大 对离子晶体性质的影响晶格能越大 形成的离子晶体越稳定 且熔点越高 硬度越大 2 晶胞晶格能 1 原子晶体 3 常见的几种晶体 2 分子晶体 3 离子晶体 4 石墨晶体 5 常见金属晶体的原子堆积模型 3 常见的几种晶体 考法9晶体类型的判断与熔 沸点的比较 1 晶体类型的判断 1 根据晶体的构成微粒和微粒间的相互作用 分子晶体 由分子通过分子间作用力形成的晶体原子晶体 由原子通过共价键形成的晶体离子晶体 由阴 阳离子通过离子键形成的晶体金属晶体 由金属阳离子和自由电子通过它们之间的较强作用形成的晶体 考法9晶体类型的判断与熔 沸点的比较 1 晶体类型的判断 2 根据物质的分类判断 金属氧化物 强碱和绝大多数的盐类是离子晶体 大多数非金属单质 除金刚石 石墨 晶体硅 晶体硼外 气态氢化物 非金属氧化物 除sio2外 酸 绝大多数有机物 除有机盐外 是分子晶体 常见的原子晶体单质有金刚石 晶体硅 晶体硼等 常见的原子晶体化合物有碳化硅 二氧化硅 氮化硅等 金属单质 注 汞在常温下为液体 与合金是金属晶体 2 同一晶体类型的物质 比较晶体内部粒子间作用力 作用力越大 熔 沸点越高 考法9晶体类型的判断与熔 沸点的比较 2 晶体熔 沸点的比较 1 不同晶体类型的物质 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体的熔 沸点有的很高 同类晶体熔 沸点比较思路 原子晶体 共价键键能 键长 原子半径分子晶体 分子间作用力 相对分子质量离子晶体 离子键强弱 离子所带电荷数 离子半径 3 常温常压下物质状态 熔点 固态物质 液态物质 沸点 液态物质 气态物质 1 课标 理综2015 37题节选 co能与金属fe形成fe co 5 该化合物的熔点为253k 沸点为376k 其固体属于 晶体 2 山东理综2015 33题节选 氟在自然界中常以caf2的形式存在 下列有关caf2的表述正确的是 a ca2 与f 间仅存在静电吸引作用b f 的离子半径小于cl 则caf2的熔点高于cacl2c 阴 阳离子比为2 1的物质 均与caf2晶体构型相同d caf2中的化学键为离子键 因此caf2在熔融状态下能导电 例8 解析 1 fe co 5的熔 沸点较低 在常温下为液体 故其固体属于分子晶体 2 caf2中ca2 与f 间存在离子键 即ca2 与f 间存在静电作用 既包含静电吸引作用也包含静电排斥作用 f 的离子半径小于cl 则caf2的晶格能大于cacl2 故caf2的熔点高于cacl2 晶体的结构与电荷比和半径比都有关 若半径比与caf2相差较大 则晶体的结构可能不同 caf2在熔融状态下能电离出自由移动的阴 阳离子 故能导电 答案 1 分子 2 bd 例8 考法10晶胞结构的分析与计算 1 晶胞结构的分析 1 判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时 要注意运用三维想象法 2 记住常见晶体如干冰 冰 金刚石 sio2 石墨 cscl nacl k cu等的空间结构 考法10晶体结构的分析与计算 2 晶胞中微粒数目的计算方法 均摊法 1 处于顶点的粒子 同时为8个晶胞所共有 每个粒子有1 8属于该晶胞 2 处于棱上的粒子 同时为4个晶胞所共有 每个粒子有1 4属于该晶胞 3 处于面上的粒子 同时为2个晶胞所共有 每个粒子有1 2属于该晶胞 4 处于晶胞内部的粒子 则完全属于该晶胞 注意 均摊法计算晶胞中微粒个数时 要注意晶胞的形状 不同形状的晶胞 先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有 3 晶胞结构计算的思维方法 晶胞结构的计算常常涉及以下数据 晶体密度 na m 晶胞体积 微粒间距离 微粒半径 夹角等 密度的表达式往往是列等式的依据 解决这类题 一是要掌握 均摊法 的计算原理 二是要有扎实的立体几何知识 三是要熟悉常见晶体的结构特征 并能