高考化学2017届二轮整合专题16 物质结构与性质选修学

IsIs2s2p3s3p专题十六物质结构与性质(选修)教学目标：1、原子结构与元素的性质⑴了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1〜36号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态；了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质；了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用；了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。2、化学键与物质的性质理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质；了解共价键的主要类型o键和n键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质；了解简单配合物的成键情况；了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系；理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp,sp2,sp3),能用价层电子对互斥模型或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子的空间结构。3、分子间作用力与物质的性质了解化学键和分子间作用力的区别；了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质；了解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。教学重点：核外电子排布、电离能与电负性。共价键的类型、杂化轨道及空间结构。晶体类型及微粒间作用力教学难点：晶胞的计算教学过程：考点一：基态原子的核外电子排布【知识精讲】1．排布规律能量最低原理：基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道，如Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2。泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态不同的电子。洪特规则：原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同。2．表示方法电子排布式按电子排入各电子层中各能级的先后顺序，用能级符号依次写出各能级中的电子数，同时注意特例。如：Cu：1s22s22p63s23p63d104s1简化电子排布式“稀有气体]＋价层电子”的形式表示。如：Cu：Ar]3d104s1轨道表示式用方框表示原子轨道，用“个"或Q"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。如S：【题组集训】基态Fe原子有个未成对电子。Fe3+的电子排布式为。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为。【答案】41s22s22p63s23p63d5或Ar]3d5血红色【解析】基态Fe原子的核外电子排布式为Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3+，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar]3d5。检验Fe3+时，Fe3+与SCN—形成配合物而使溶液显血红色。Cu+基态核外电子排布式为。【答案】Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10【解析】Cu的原子序数为29,根据洪特规则特例：能量相同的原子轨道在全充满（如p6和d10）、半充满（如p3和d5）和全空（如p0和d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定，因此Cu原子的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故Cu+核外基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。Na位于元素周期表第周期第族；S的基态原子核外有个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为。【答案】三IA21s22s22p63s23p2或Ne]3s23p2【解析】Na元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1,则Na位于元素周期表中第三周期第IA族。S元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,其中3p轨道有两个未成对电子。Si元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或Ne]3s23p2。XY2是红棕色气体，Y基态原子的电子排布式是。【答案】1s22s22p4基态硼原子的电子排布式为【答案】1s22s22p1【解析】B的原子序数为5,故其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。31Ga基态原子的核外电子排布式是。【答案】1s22s22p63s23p63d104s24p17.Ni2＋的价电子排布图为3d反思归纳]“两原理，一规则”的正确理解原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。易误警示在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误（违反能量最低原理（违反能量最低原理）（违反洪特规则）(4)(违反洪特规则)2．同能级的轨道半充满、全充满或全空状态的原子结构稳定如np3、np6Cr：3d54s1Mn：3d54s2Cu：3d104s1Zn：3d104s2考点二：元素的电离能和电负性【知识精讲】1．元素的电离能第一电离能：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能量叫做第一电离能。常用符号11表示，单位为kJ・mol—1。原子核外电子排布的周期性随着原子序数的增加，元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化：每隔一定数目的元素，元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。元素第一电离能的周期性变化随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈周期性变化：同周期从左到右，第一电离能有逐渐增大的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小；同主族从上到下，第一电离能有逐渐减小的趋势。He15001000MgLa500F(N/ybHe15001000MgLa500F(N/ybLifSSiNaA】02468101214161820222426283032343638525456原子序数第一电离能/kJ-mol-125002000说明同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第IIA族、第VA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。如Be、N、Mg、P。元素电离能的应用判断元素金属性的强弱电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。判断元素的化合价如果某元素的In+lMn，则该元素的常见化合价为+n价，如钠元素I2»1，所以钠元素的化合价为＋1价。2．元素的电负性元素电负性的周期性变化元素的电负性：不同元素的原子对键合电子吸引力的大小叫做该元素的电负性。随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化：同周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同一主族从上到下，元素电负性呈现减小的趋势。(2)判断元素在化合物中的价态形成的化学键主要是离子键电负性差值小的元素原子之间电负性差值大的元素原子之间判断化学形成的化学键主要是离子键电负性差值小的元素原子之间键类型形成的化学键主要是共价键【题组集训】在N、0、S中第一电离能最大的是。【答案】N已知Z基态原子的M层与K层电子数相等，则Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是【答案】Cl【解析】第三周期元素中第一电离能最大的主族元素为Cl元素。前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A—和B+的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。四种元素中第一电离能最小的是，电负性最大的是(填元素符号)。【答案】KFTOC\o"1-5"\h\z第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有种。【答案】3已知Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,W的一种核素的质量数为28,中子数为14。则：⑴W位于元素周期表第周期第族。(2)Z的第一电离能比W的(填"大”或“小”)。【答案】⑴三WA(2)小下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是。答案】a答案】a依据第二周期元素第一电离能的变化规律，参照下图中B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。原子序数5678原子序数56789Tom.pf'j【答案】总了庁数考点三：微粒作用与分子性质【知识精讲】1．共价键共价键的类型按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。按原子轨道的重叠方式分为O键和n键，前者的电子云具有轴对称性，后者的电子云具有镜像对称性。键参数键能：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。键参数对分子性质的影响键长越短，键能越大，分子越稳定。键角键能「键长=决定分子的一性质迟分子的稳定性键角键能「键长=决定分子的一性质迟分子的稳定性決复分子的空间构型o键、n键的判断由轨道重叠方式判断"头碰头”重叠为o键，"肩并肩”重叠为n键。由共用电子对数判断单键为o键；双键或三键，其中一个为o键，其余为n键。由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是o键；杂化轨道形成的共价键全部为o键。配位键孤电子对分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。配位键a.配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键;b.配位键的表示：常用“—”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH4H可表示V:HN—H]+为I】，在NH甘中，虽然有一个N—H键形成的过程与其他3个N—H键形成的过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。配合物如Cu(NH3)4]SO4配位原子(提供孤电子对)(轟；配位体[Cu(NH3)4]轻内'界外界配位数配位体有孤电子对，如H20、NH3、CO、F—、Cl—、CN—等。中心原子有空轨道，如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。分子性质(1)分子的极性分子构型与分子极性的关系非极性分子

t单质一»正负电荷中心重合-—结构对称ft双原子分子多原子分子II化合物〜正负电荷中心不重合—结构不对称极性分子键的极性与分子的极性的关系类型实例键的极性空间构型分子极性X2H2、N2非极性键直线形非极性分子XYHCI、NO极性键直线形极性分子XY2(X2Y)CO2、CS2极性键直线形非极性分子SO2极性键V形极性分子H20、H2S极性键V形极性分子XY3BF3极性键平面二角形非极性分子NH3极性键三角锥形极性分子XY4CH4、CCI4极性键正四面体形非极性分子溶解性“相似相溶"规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂，若存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。“相似相溶"还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越强，如HCIOVHCIO2VHCIO3VHCIO4。范德华力、氢键、共价键的比较范德华力氢键共价键作用粒子分子或原子(稀有气体)氢、氟、氮、氧原子(分原子子内、分子间)特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方向性、有饱和性强度比较共价键〉氢键〉范德华力影响强度的因素随着分子极性和相对分子质量的增大而增大组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大对于A—HB—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键键能越大成键原子半径越小，键长越短，键冃匕越大，共价键越稳定对物质性质的影响影响物质的熔沸点、溶解度等物理性质组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔沸点升高，如F2VCI2VBr2VI2,CF4VCCI4VCBr4分子间氢键的存在，使物质的熔沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔沸点：H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3影响分子的稳定性共价键键能越大，分子稳定性越强【题组集训】1mol乙醛分子中含有o键的数目为，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是【答案】6NACH3COOH存在分子间氢键已知a是H，b是N，c是0,d是S，a与其他元素形成的二元共价化合物中，分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是(填化学式，写出两种)。【答案】N2H4、H202(1)维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。该物质的结构式为以下关于维生素B1的说法正确的是。A.只含o键和n键B.既有共价键又有离子键C.该物质的熔点可能高于NaClD.该物质易溶于盐酸维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有A.离子键、共价键B.离子键、氢键、共价键C.氢键、范德华力D.离子键、氢键、范德华力【答案】(1)BD(2)D4.用“>”或“<”填空：第一电离能离子半径熔点酸性SiSO2—Na+NaClSiH2SO4HClO4【答案】<><<【解析】同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势，但s、p、d等轨道处于全空、半满、全满的稳定状态时，则出现反常现象。Si、S元素基态原子的价电子排布式分别为3s23p2、3s23p4，其中3p轨道均处于不稳定状态，因此Si的第一电离能小于S。O2—与Na+的核外电子排布相同，其电子排布式均为1s22s22p6，离子核外电子排布相同时，原子序数越大，离子半径越小，因此O2—的离子半径大于Na+oNaCl为离子晶体，Si为原子晶体，因此Si的熔点高于NaCl。一般来说，元素的非金属性越强，该元素的最高价氧化物对应水化物的酸性越强，

Cl元素的非金属性强于S元素，则HCI04的酸性强于H2SO4。已知元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2,元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，元素Z的最外层电子数是其内层的3倍。(1)Z的氢化物(H2Z)在乙醇中的溶解度大于H2Y，其原因是。(2X的氯化物与氨水反应可形成配合物X(NH3)4]CI2,1mol该配合物中含有o键的数目为【答案】(1)水分子与乙醇分子之间形成氢键(2)16mol或16x6.02x1023个【解析】X的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，为30号元素锌。Y核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，为16号元素硫，Z为氧。(1)在乙醇中的溶解度H2O大于H2S，是因为水分子与乙醇间能形成分子间氢键。(2Zn(NH3)4]2+中Zn与NH3之间以配位键相连，共4个o键，加上4个NH3的12个o键，共16个o键。若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物中提供孤电子对的原子是。【答案】X【解析】由于在BCl3中B原子无孤电子对，但有空轨道，所以提供孤电子对的原子是X。碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/(kJ・mol—1)356413336226318452①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是。【答案】①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键8.(1)BF3与一定量的水形成(H2O)2・BF3晶体Q，Q在一定条件下可转化为R：晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及(填序号)。离子键b.共价键c.配位键d.金属键e.氢键f.范德华力(2)已知苯酚()具有弱酸性，其Ka=1.1x10-10(2)已知苯酚(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)Ka(苯酚)(填“〉”或"V”)，其原因是【答案】(1)ad⑵V中形成分子内氢键，使其更难电离出H+考点四：微粒作用与晶体结构【知识精讲】离子键——离子晶体

化学键：相邻原子之间强烈的相互作用。化学键包括离子键、共价键和金属键。离子键：阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。离子键强弱的判断：离子半径越小，离子所带电荷数越多，离子键越强，离子晶体的熔沸点越高。离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量，晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。离子晶体：通过离子键作用形成的晶体。①典型的离子晶体结构：CsCI型晶体CsCI型晶体每个Na每个Na+周围被6个Cl-所包围,同样每个Cl-也被6个Na+所包围每个正离子被8个负离子包围着，同时每个负离子也被8个正离子所包围②晶胞中粒子数的计算方法——均摊法位置顶点棱边面心体心—r^.卜贝献1/81/41/212.共价键——原子晶体原子晶体：所有原子间通过共价键结合成的晶体或相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。典型的原子晶体有金刚石(C)、晶体硅(Si)、二氧化硅(Si02)。典型原子晶体结构金刚石二氧化硅结构示意图ci.A■-晶胞示意图特点正四面体空间网状结构，最小的碳环中有6个碳原子，每个碳原子与周围4个碳原子形成四个共价键,1mol金刚石中含有2mol碳碳键二氧化硅晶体是空间网状结构，最小的环中有6个硅原子和6个氧原子,每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，1molSiO2中含有4mol硅氧键(4)共价键强弱和原子晶体熔沸点大小的判断：原子半径越小，形成共价键的键长越短，共价键的键能越大，其晶体熔沸点越高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。3．分子间作用力——分子晶体分子间作用力：把分子聚集在一起的作用力。分子间作用力是一种静电作用，比化学键弱得

多，包括范德华力和氢键。范德华力一般没有饱和性和方向性，而氢键则有饱和性和方向性。⑵①分子晶体：分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体，典型的有冰、干冰。其晶体结构模型及特点为干冰冰晶体模型结构特点干冰晶体是一种立方面心结构一一每8个C02分子构成立方体，在六个面的中心又各占据1个C02分子。每个C02分子周围，离该分子最近且距离相等的C02分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个）每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度反而增大，超过4°C时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小②分子间作用力强弱和分子晶体熔沸点大小的判断：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔沸点越高。但存在氢键时分子晶体的熔沸点往往反常地高。（3）NH3、H2O、HF中由于存在氢键，使得它们的沸点比同族其他元素氢化物的沸点反常地高。影响物质的性质方面：增大物质的熔沸点，增大物质的溶解性。表示方法：X—H...Y（N、0、F），一般都是氢化物中存在。4．金属键——金属晶体（1）金属键：金属离子和自由电子之间强烈的相互作用。运用自由电子理论可解释金属晶体的导电性、导热性和延展性。晶体中的微粒导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用卜发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用（2）①金属晶体：通过金属键作用形成的晶体。②金属键的强弱和金属晶体熔沸点的变化规律：阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强，熔沸点越高，如熔点：Na<Mg<AI,Li>Na>K>Rb>Cs。金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。5．分子晶体、原子晶体、离子晶体与金属晶体的结构微粒，以及微粒间作用力的区别晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体离子晶体结构微粒原子分子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间作用（力）共价键分子间作用力复杂的静电作用离子键熔沸点很高很低一般较咼，少部分低较咼硬度很硬一般较软一般较硬，少部分软较硬溶解性难溶解相似相溶难溶（Na等与水反应）易溶于极性溶剂导电情况不导电(除硅)一般不导电良导体固体不导电，熔化或溶于水后导电实例金刚石、水晶、碳化硅等干冰、冰、纯硫酸、H2(S)等Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3、NaOH等6.物质熔沸点的比较(1)不同类晶体：一般情况下，原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。分子晶体：对于同类分子晶体，相对分子质量越大，则熔沸点越高。原子晶体：键长越短，键能越大，则熔沸点越高。常温常压下状态：①熔点：固态物质〉液态物质；②沸点：液态物质〉气态物质。【题组集训】1．Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有个铜原子。【答案】16TOC\o"1-5"\h\zCu20在稀硫酸中生成Cu和CuS04。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为。【答案】123.某种半导体材料由Ga和As两种元素组成，该半导体材料的化学式其晶体结构类型为。【答案】GaAs原子晶体Z基态原子的M层与K层电子数相等，它与某元素形成的化合物的晶胞如下图所示，晶胞中阴离子和阳离子的个数之比是。o阴离子•阳离子【答案】2:1氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。六方相氮化硼立方相氮化硼O氮原子•硼原子(1)关于这两种晶体的说法，正确的是(填序号)。立方相氮化硼含有o键和n键，所以硬度大六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软两种晶体中的B—N键均为共价键两种晶体均为分子晶体六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为，其结构与石墨相似却不导电，原因是。【答案】(1)bc(2)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子【解析】(1)立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有o键和n键无关，与晶体的结构有关，即立方相氮化硼晶体为原子晶体，硬度较大，a错误；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的，故其作用力小，质地较软，b正确；B和N都是非金属元素，两种晶体中的B—N键都是共价键，c正确；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，属于混合型晶体，立方相氮化硼晶体为原子晶体，d错误。(2)六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，同一层上的原子在同一平面内，根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知，1个B原子与3个N原子相连，故为平面三角形结构；由于B最外层有3个电子都参与了成键，层与层之间没有自由移动的电子，故不导电。周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1,则e离子的电荷为。这5种元素形成的一种1:1型离子化合物中，阴离子呈