高三化学复习第三讲物质结构人教版 知识精讲

高三高三化学化学复习复习 第三讲第三讲 物质结构物质结构人教版人教版 【同步教育信息同步教育信息】 一. 本周教学内容： 高三复习 第三讲 物质结构 二. 重点、难点： 1. 原子核与同位素、核外电子排布规律、原子结构与元素性质、原子和简单离子半径比 较。 2. 化学键类型、分子结构。 3. 晶体类型、物理性质、简单计算。 三. 具体内容： （一）原子结构 1. 原子核与同位素 原子简单离子中各种组成微粒的关系 中性原子中，质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）=核外电子数+中子数（N） 简单阳离子 简单阳离子中，质子数（Z）=阳离子核外电子数+阳离子的电荷数。 简单阴离子中，质子数（z）=阴离子的核外电子数阴离子的电荷数 2. 同位素 （1）同位素的概念：质子数相同，中子数不同的原子之间的互称。 尽管同位素质量数不同，同位素原子的化学性质相同，由同位素的不同原子构成的单 质的化学性质相同，由同位素的不同原子与其它不同元素构成的组成相同的化合物的化学 性质相同。 （2）元素的原子量是该种元素的各种同位素原子量的加权平均值，记为 %bBaAM X 其中 A、B分别为各同位素的（相对）原子量，a%、b%分别为各同位素在自 然界中的原子子数百分比。 如果用各种同位素的质量数代替上式中的原子量，所得值则是该元素的近似（平均） 原子量。 3. 核外电子排布规律 原子核外电子的排布必须遵守核外电子排布规律：首先电子排布时，应尽可能光占据 离核较近的能量较低的级的轨道。 此外，还应遵循下列规则： 每个电子层最多容纳 2n2个电子。 最外层不超过 8 个电子（K 层为最外层时，不超过 2 个电子） 次外层不超过 18 个电子，倒数第三层不超过 32 个电子。 4. 原子结构与元素性质 结构决定性质，因此原子结构决定该原子所属元素的性质：最外层电子数少于 4 个或 最外层电子数小于电子层数，一般为金属元素，最外层电子数大于 4 个或最外层电子数大 于电子层数，一般为非金属元素，最外层为 8 电子结构是相对稳定结构（K 层为最外层时 是 2 个电子）。 5. 原子和简单离子半径比较 原子和简单离子半径大小的比较，决定于核内质子数（核电荷数）与核外电子数两方 面因素，一般规律是： 同种元素微粒（原子或离子）半径比较，核外电子数越多，微粒半径越大，阴离子大 于原子，大于低价阳离子，大于高价阳离子， 电子层结构相同时，核电荷数越大，微粒半径越小。 离子电荷数相同时，电子层数越多，离子半径越大。 （二）化学键 分子结构 1. 比较四种化学键 2. 微粒的空间构型如何确定 （1）ABn型分子的（n1） 原理：在分子中中心原子 A 周围的价电子对相距越远，键角越大，斥力越小，分 子越稳定。由此可得出价电子对与构型的关系： （2）当中心原子存在孤对电子时，由于它“肥大”，占据较大空间，对成键电子对挤 压，使键角变小。 （3）比较为几种晶体类型 （三）晶体结构与性质 1. 几种晶体比较 2. 均摊法确定晶体的化学式 均摊是指每个图形平均拥有的粒子数目。求晶体中粒子个数比的方法是： （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 个晶胞共有，每个粒子有 1/4 属于该晶胞。 （3）处于面心的粒子，同时为 2 个晶胞共有，每个粒子有 1/2 属于该晶胞。 （4）处于晶胞内部（体心）的粒子，则完全属于该晶胞。 3. 晶体熔沸点的比较 （1）对于晶体类型不同的物质，一般来讲：原子晶体离子晶体分子晶体，而金属 晶体的熔点范围很广。 （2）原子晶体：原子晶体原子间键长越短、键能越大，共价键越稳定，物质熔沸点越 高，反之越低。如： 金刚石（CC）碳化硅（SiC）晶体硅 （SiSi）。 （3）离子晶体：离子晶体中阴、阳离子半径越小，电荷数越高，则离子键越强，熔沸 点越高，反之越低。 如 KFKClKBrKI，CaOKCl。 （4）金属晶体：金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与 自由电子静电作用越强，金属键越强，熔沸点越高，反之越低。如：NaMgAl。 合金的熔沸点一般说比它各组份纯金属的熔沸点低。如铝硅合金纯铝（或纯硅）。 （5）分子晶体：分子晶体分子间作用力越大物质的熔沸点越高，反之越低。（具有氢 键的分子晶体，熔沸点反常地高）如：H2OH2TeH2SeH2S，C2H5OHCH3O CH3。 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸 点越高。 如：CH4SiH4GeH4SnH4。 组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点就越高， 如熔沸点 CON2，CH3OHCH3CH3。 在高级脂肪酸形成的油脂中，不饱和程度越大，熔沸点越低。如： C17H35COOHC17H33COOH； 硬脂酸 油酸 烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随着分子里碳原子数增加，熔沸点升高， 如 C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。 同分异构体：链烃及其衍生物的同分异构体随着支链增多，熔沸点降低。如： 3323 )(CHCHCH （正）CH3CH2CH（CH3）2（异）（CH3）4C（新）。芳香烃的异构体有两个取 代基时，熔点按对、邻、间位降低。（沸点按邻、间、对位降低） 【典型例题典型例题】 例 1 （核磁共振）可以用于含碳化合物的结构分析。 表示的碳原子，NMRC 13 6 C 13 6 下列说法正确的是（ ） A. 核外有 13 个电子，其中 6 个能参与成键。 B. 核内有 6 个质子，核外有 7 个电子 C. 质量数为 13，原子序数为 6，核内有 7 个质子。 D. 质量数为 13，原子序数为 6，核内有 7 个中子。MCE2000 年 解析：解析：本题考查原子表示式和原子结构的基本知识，属对学生的基本认知能力的检查。 由原子表示式可知，该种碳原子质量数为 13，核内中子数（N）=136=7。 答案：答案：D 例 2 X、Y、Z 和 R 分别代表四种元素。如果、四种离子 m aX n bY n cZ M dR 的电子层结构相同，则下式正确是（ ） A. ac=mn B. ab=nm C. cd=m+n D. bd=n+m（MCE97 年） 解析：解析：本题考查离子组成各种微粒之间关系的判断、比较能力。题意说明这四种离子 核外电子数相同，而四种离子核外电子数依次为 am=bn=c+n=d+m，故 ac=m+n，A 错误；ab=mn，所以 B 错误，cd=mn，C 错误，bd=m+n。 答案：答案：D 例 3 晶体硼由 和两种同位素原子构成。已知 5.4 克晶体硼全部转化成B 10 5 B 11 5 （乙硼烷）气体时，可得标准状况下 5.6 升乙硼烷，则晶体硼中和两种同位 62H BB 10 5 B 11 5 素原子个数比为（ ） A. 1:1 B. 1:3 C. 1:4 D. 1:2 解析：解析：本题考查近似平均原子量的概念。要求出两种硼原子的个数比，需要先求出硼 的（近似平均）原子量。由于标准状况下 5.6 升乙硼烷含硼原子的物质的量= ，因此硼的（近似平均）摩尔质量=，moL molL L 5 . 02 / 4 . 22 6 . 5 molg moL g / 8 . 10 5 . 0 4 . 5 硼的（近似平均）原子量=10.8。运用十字交叉法可求出两种硼原子的个数比： 答案：答案：C 例 4 两种元素原子 X 和 Y，X 原子的 M 层比 Y 原子的 M 层少 3 个电子，Y 原子的 L 层 电子数恰为 X 原子 L 层电子数的 2 倍。则 X，Y 分别是（ ） A. 硅原子和钠原子 B. 硼原子和氦原子 C. 氯原子和碳原子 D. 碳原子和铝原子 解析：解析：本题考查核外电子排布规律知识的运用。由于 Y 原子的 M 层比 X 原子的 M 层 多 3 个电子，说明 Y 的 M 层的电子数至少有 3 个，那么 Y 的 L 层必为 8 电子，X 的 L 层 只有 4 个电子，M 层无电子。由此推出 Y 的核外电子总数为 13e，X 的为 6e。所以 X、Y 的核电荷数依次为 6 和 13。 答案：答案：D 例 5 下列关于稀有气体的叙述不正确的是（ ） A. 原子的最外电子层都有 8 个电子 B. 其原子与同周期 IA，IIA 族阳离子具有相同的核外电子排布 C. 化学性质非常不活泼 D. 原子半径比同周期 VIIA 族元素原子的大（MCE2000） 解析：解析：本题考查对稀有气体元素原子结构和性质及其关系的认识。选项 A 没考虑氦元 素，最外层只有 2 个电子，选项 B 错误，正确叙述应为原子与下一周期 IA，IIA 族阳离子 具有相同的核外电子排布，而 C、D 选项均正确。 答案：答案：A 和 B 例 6 X、Y 两元素的阳离子电子层结构相同，X 元素阳离子半径大于 Y 元素的阳离子半 径 Z 和 Y 两元素的原子核外电子层数相同，Z 元素的原子半径小于 Y 元素的原子半径。 X、Y、Z 三种元素原子序数的关系是（ ） A. XYZ B. YXZ C. ZXY D. ZYX 解析：解析：本题结合元素周期律,考查原子、离子半径的大小与元素原子序数的关系。根据 题意，、Z 元素的同周期元素，的阳离子半径比的小，原子序数；而 的原子半径比的大，原子序数Z。因此三种元素原子序数由大到小的顺序应为 Z。 答案：答案：D 例 7 有关白磷（P4）分子，下列叙述不正确的是（ ） A. 正四面体分子，键角为 10928 B. 正四面体分子，键角为 60 C. 分子中共用电子对数为 4 D. 分子中孤对电子对数为 4 解析：解析：白磷分子的空间结构为内空的正四面体。 如图所示，6 个 PP 键即构成了正四面体的 6 条棱，故键与键之间的夹角即正三角形 的夹角,即为 60，所以 A、B 中 B 是对的。 又 P 个原子最外层共有 5e，其中三个是未成对电子，两个成为一对孤对电子。每个 P 分别拿出 3 个未成对电子分别与 3 个 P 形成 PP 共价键，故分子中共用电子对数即共价 键数为 6。每个 P 原子上各有 1 对孤对电子，P4分子中有 4 对孤对电子。 答案：答案：A、C。 例 8 氮可以形成多种离子，如 N3、NH2、N3、NH4+、N2H5+等。已知 N2H5+离子的形 成过程类似于 NH4+的形成过程，N2H5+在碱性溶液中生成电中性的分子和水。填写： （1）该电中性分子的化学式为_，电子式为_，分子中所有原子是否 共平面_（填“是”或“否”）。 （2）N2H5+离子的电子式_。 （3）一个 N3共有电子数为_。 答案：答案：见解析 解析：解析： （1）联系 NH4+的形成过程： NHHNH 34 又因为 N2H5+在碱性溶液中生成电中性分子和水。水可由 H+和 OH结合而成。故 N2H5+在碱性条件下推动 H+，即发生下列反应。 N HOHN HH O 25242 N2H4可看成 NH2中一个 H 被NH2取代。故可先写出其结构简式为 H2NNH2。 由于 NH3分子是三角锥形的，其中一个 H 被-NH2取代后，每个 N 仍处在锥顶，且两 个 N 上各有一对孤对电子，若同侧，斥力大，不稳定，故应在异侧。由此可知，整个分子 中的原子不可能为共平面。 想一想：H2O2的空间构型为何如下所示？ 例 9 已知氯化铝的熔点为 190（2.02105Pa），但它在 180即开始升华。 （1）氯化铝是 （填“离子化合物”或“共价化合物”）。 （2）在 500K 和 1.01105Pa 时，它的蒸气密度（换算成标准状况时）为 11.92g/L，且 已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的化学式为 ，结构式为 。 （3）无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”，其原因是 。 （4）如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物？ 答案：答案：见解析 解析：解析： （1）由氯化铝的熔点较低，且又易升华.说明氯化铝晶体属于分子晶体.氯化铝是共价 化合物。 （2）26792.11 4 . 22 4 . 22 0 M AlCl3的分子量为 133.5，267/133.5=2 由此可知氯化铝的蒸气是二聚体。 结构式：Al2Cl6 （3）AlCl3遇到空气中的 H2O 发生水解，生成的 HCl 与空气中水蒸气形成酸雾。 反应式：OHAlCl 23 3HClOHAl3)( 3 （4）将 AlCl3加热至熔融状态，测量其导电性。 例 10 关于晶体的下列说法正确的是（ ） A. 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B. 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C. 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D. 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 解析：解析：A 正确。B 不正确，在金属晶体中含金属阳离子而不含阴离子。C 不正确，金 属钨的熔点比有的原子晶体高。D 不正确，单质汞在常温下为液态，而分子晶体碘、硫在 常温下为固态。 答案：答案：A。 例 11下列说法中，正确的一组是（ ） 两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键 两种非金属元素原子间形成的化学键都是极性键 含有极性键的化合物分子一定不含非极性键 只要是离子化合物，其熔点就比共价化合物的熔点高 离子化合物中可能含有共价键 分子晶体中的分子不含有离子键 分子晶体中的分子内一定有共价键 原子晶体中一定有非极性共价键 A. B. C. D. 解析：解析： 错，因为 H2O2中含有 OO 非极性键；对；错，如酒精（C2H5OH）分 子中既含极性键，又含非极性键； 错，如由共价化合物构成的原子晶体的熔点可能比由 离子化合物构成的离子晶体的熔点高； 对，若离子化合物中的某种离子由两种或两种以 上元素组成，如 NH4+、OH等，则其离子内部有共价键； 对，分子晶体的晶格质点是 分子，分子间只有分子间作用力，分子内除稀有气体外，都只有共价键； 错，稀有气体 分子是原子分子，无任何化学键； 错，原子晶体分为两大类，一类是由单质组成的原子 晶体，如金刚石、晶体硅，含非极性键，一类是由两种原子形成的原子晶体，如金刚砂 （SiC）、石英（SiO2），含极性键。 答案：答案：C。 例 12 下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是（ ） A. 金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅 B. CI4CBr4CCl4CH4 C. MgOO2N2H2O D. 金刚石生铁纯铁钠 解析：解析：A 项中，同属原子晶体，熔、沸点高低，主要看共价键强弱，显然晶体硅碳 化硅，错误；B 项中，同为组成结构相似的分子晶体，熔、沸点高低取决于相对分子质量 大小，正确；C 项中，对于不同晶型熔、沸点高低一般为：原子晶体离子晶体分子晶 体，但 H2OO2N2，错误；D 项中，生铁为铁合金，熔点低于纯铁，错误。 答案：答案：B。 例 14 计算一个 NaCl 晶胞中含 Na+、Cl的个数。如图 1 为 NaCl 晶胞。 的晶体结构模型NaCl 图 1 解析：解析：如图 1 所示，体心内有一个 Na+完全属于这个晶胞，12 条棱上各有一个 Na+， 故 Na+个数为 1+121/4=4（个）。在 8 个顶点各有一个 Cl-，6 个面上各有一个 Cl-，故 Cl- 个数为 81/8+61/2=4（个）。（大家一定要深刻领会晶胞的概念，同时结合空间想象力 准确分析出 NaCl、CsCl 的晶胞构型） 例 15 如图 2（晶体硼），晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子 晶体，其中含有 20 个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有 1 个原子，回答：这 个基本结构单元是由 个硼原子组成，键角是 度，共含有 个 BB 键。 图 2（晶体硼） 解析：解析：因为每一个顶角为 5 个三角形共有，所以顶角数即硼原子个数，为 2031/5=12（个）。因为每个面都是等边三角形，所以键角是 60 度。每一条边为 2 个面 共有，故 20 个三角形所含有的边数即 BB 键数，为 2031/2=30（个）。 【模拟试题模拟试题】（答题时间：90 分钟） 1. Z 元素的某同位素离子 ，其核外共有个电子，该同位素原子的质量数为，则 n Z 其原子核内含有的中子数为（ ） A. A B. A C. A D. A 2. 射线是由粒子组成的，粒子是一种没有核外电子的微粒，它带有个单位正电 荷，它的质量数等于 4。粒子带有_质子，_中子。已知钍的原子可发生Th 232 90 下列放射性变化：，则原子中含质子数_，中子数_。Th 232 90 3. 一定量碳（由、组成）和足量氧气