物质结构与性质知识点总结

物质结构与性质知识点总结

在元素周期表中，原子核外电子的排布呈现出周期性变化，即周期表中横行（周期）的元素原子核外电子数逐渐增加，而纵列（族）的元素原子核外电子排布相同。(2).元素电离能的周期性变化.随着原子核外电子数的增加，元素的第一电离能逐渐增大，但在某些元素中会出现异常现象，如Be、N、Mg等元素的第一电离能比相邻元素低，这是由于它们的电子排布结构具有稳定性。(3).元素电负性的周期性变化.元素的电负性是指原子核外电子对原子核的吸引能力，随着原子核外电子数的增加，元素的电负性逐渐增大，但也会出现异常现象，如Be、B等元素的电负性比相邻元素低，这是由于它们的电子排布结构具有稳定性。二.化学键与物质的性质.1.化学键的概念与类型.化学键是指原子之间通过电子互相吸引而形成的连接，常见的化学键包括共价键、离子键、金属键和范德华力。(1).共价键：由两个非金属原子通过共用电子形成的化学键，通常分为单、双、三键。(2).离子键：由金属和非金属原子通过电子转移形成的化学键，形成离子化合物。(3).金属键：由金属原子通过共享自由电子形成的化学键，形成金属晶体。(4).范德华力：由分子之间的瞬时电荷引起的分子间吸引力，通常出现在非极性分子之间。2.物质的性质与化学键的类型有关.不同类型的化学键决定了物质的性质，如共价键的强度较小，分子间相互作用较弱，通常为气体或液体；离子键的强度较大，通常为固体，具有良好的导电性和溶解性；金属键的强度也较大，通常为固体，具有良好的导电性和延展性。3.化学键的键能和键长.化学键的键能指的是在化学反应中需要克服的能量，键长指的是两个原子之间的距离。不同类型的化学键具有不同的键能和键长，这也决定了不同类型的化学键在化学反应中的活性和反应速率。总之，化学键的类型和物质的性质密切相关，了解化学键的类型和性质对于理解物质的性质和化学反应机理具有重要意义。随着元素原子序数的增加，元素原子的外层电子排布呈现周期性变化，每隔一定数目的元素，元素原子的外层电子排布就会重复出现，从ns1到ns2np6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。在同一周期中，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。在同一主族中，从上到下，第一电离能有逐渐减小的趋势。元素的第一电离能可以用来验证原子核外电子分层排布，并且可以用来比较元素的金属性的强弱。元素的电负性表示元素原子在分子中吸引电子对的能力。随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化。在同一周期中，主族元素的电负性逐渐增大。在同一主族中，元素的电负性呈现减小的趋势。电负性可以用来确定元素类型、化学键类型、元素价态正负，并且是判断金属性和非金属性强弱的重要参数。化学键是相邻原子之间的强烈相互作用，包括离子键、共价键和金属键。离子键是阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强，离子晶体的熔沸点也越高。离子晶体的强度可以用晶格能来衡量，晶格能越大，离子晶体的熔点和硬度也越大。离子晶体是通过离子键作用形成的晶体。典型的离子晶体结构包括NaCl型和CsCl型。在氯化钠晶体中，每个钠离子周围有6个氯离子，每个氯离子周围有6个钠离子。每个氯化钠晶胞中含有4个钠离子和4个氯离子。而在氯化铯晶体中，每个铯离子周围有8个氯离子，每个氯离子周围有8个铯离子。每个氯化铯晶胞中含有1个铯离子和1个氯离子。NaCl型晶体和CsCl型晶体中，每个正离子（Na+或Cs+）都被6或8个负离子（Cl-）包围着，同样每个负离子也被6或8个正离子（Na+或Cs+）所包围。晶胞中粒子数的计算方法使用均摊法。顶点贡献1/8，棱边贡献1/4，面心贡献1/2，体心贡献1。共价键有σ键和π键两种主要类型。我们可以用键能、键长、键角等数据来说明简单分子的某些性质。共价键的分类和判断包括σ键和π键、极性键和非极性键，还有一类特殊的共价键-配位键。共价键的三个参数是键能、键长和键角。成键的两个原子核间的平均键越短，键能越大，键越牢固。键角决定了分子的空间构型。共价键的键能与化学反应热的关系为反应热=所有反应物键能总和－所有生成物键能总和。极性键和非极性键是共价键的两种类型。极性键是不同种原子之间形成的共价键，成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移。非极性键是同种原子之间形成的共价键，成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移。分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定。极性分子是正电荷中心和负电荷中心不相重合的分子，而非极性分子是正电荷中心和负电荷中心相重合的分子。举例来说，同核双原子分子和异核双原子分子都是非极性分子。整个分子的电荷分布均匀，对称。极性分子如水分子，整个分子的电荷分布不均匀，不对称。极性键存在于不对称分子中，非极性键或极性键存在于对称分子中。共价键可以分为极性键和非极性键。在极性键中，电子密度不均匀分布，会形成极分子。而在非极性键中，电子密度均匀分布，不会形成极分子。极性键中，正负电荷中心不重合，而在非极性键中，重合。举例来说，非极性分子包括H2、N2、O2，而极性分子中CO、HF、HCl的极性键不重合。相似相溶原理指出，极性分子易溶于极性分子溶剂中，而非极性分子易溶于非极性分子溶剂中。常见分子的类型和形状也有所不同，例如非极性分子He、Ne和H2、O2，极性分子HCl和NO，以及CO2和CS2等。原子晶体是由共价键结合成的晶体，或相邻原子以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。金刚石、晶体硅和二氧化硅是典型的原子晶体，其中金刚石是正四面体的空间网状结构，晶体硅的结构与金刚石相似，而二氧化硅晶体是空间网状结构。共价键的强弱和原子晶体熔沸点大小有关。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。例如，金刚石的熔点比碳化硅和晶体硅都要高。简单配合物的成键情况可以分为共价键和配位键。在共价键中，配体与中心离子之间形成共价键；而在配位键中，配体中的一个或多个原子与中心离子形成配位键。配合物的空间构型和中心原子的杂化类型不作要求。综上所述，了解分子的结构和性质对化学学习至关重要。概念表示条件：共价键中的共用电子对由一个原子A中的一个电子提供给另一个原子B中的孤对电子，形成的共电子对必须能够接受体电子的孤对电价键。孤对电子将被接受体子的轨道吸引。配位键是由一个原子提供一对电子与另一个原子接受电子形成的共价键。即成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的共价键。配合物是由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子（或离子）以配位键形成的化合物。中心原子（或离子）必须存在空轨道，而配位体必须具有提供孤电子对的原子。配合物的稳定性与配位键的强度有关，当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。分子间作用力是把分子聚集在一起的作用力，比化学键弱得多。它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。分子晶体是由分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体，如冰、干冰。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，克服分子间引力使物质熔化和气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。氢键存在于NH3、H2O和HF中，使得它们的沸点比同族其他元素的氢化物的沸点反常地高。氢键的存在会增加物质的溶解度和溶解性。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体的微粒和微粒间作用力有所不同。原子晶体由金属阳离子和自由电子组成，离子晶体由阴、阳离子以离子键相互结合，金属晶体由金属阳离子和自由电子以金属键相互结合。分子晶体由原子或分子以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合。一般来说，物质的硬度可以分为较硬和较软两种。硬度较高的物质一般较少具有软性质。此外，硬度还与物质的溶解性有关。难溶解的物质通常具有相似的溶解性，而易溶于水的物质则相对溶解性较强。固体物质通常不导电，除了硅之外，大部分物质的导电情况较差。金刚石、干冰、冰、水晶、纯碳、硫酸、钠、镁、铝等物质可以作为导电实例。化学键可以分为离子键、共价键和金属键三种类型。离子键是由阴阳离子间通过静电作用形成的化学键，共价键则是由原子间通过共用电子对所形成的化学键，金属键则是由金属阳离子与自由电子对所形成的化学键。离子键的成键微粒为阴阳离子，成键性质为静电作用。金属键的形成条件为活泼的金属与活泼的非金属元素。共价键可以分为非极性键和极性键，非极性键是由同种元素原子形成的共价键，极性键则是由不同种元素原子形成的共价键，共用电子对发生偏移。物质的熔沸点可以通过以下几个方面进行比较。对于不同类晶体，一般情况下，原子晶体的熔沸点高于离子晶体和分子晶体。对于同种类型的晶体，构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。离子晶体的熔沸点与离子所带的电荷数和离子半径有关，分子晶体的熔沸点与式量有关，原子晶体的熔沸点与键长和键能有关。在常温常压下，固态物质的熔点高于液态物质，液态物质的沸点高于气态物质。离子共存问题涉及到离子的性质及溶液酸碱性等综合知识。凡能使溶液中因反应发生使有关离子浓度显著改变的均不能大量共存。例如生成难溶、难电离、气体物质或能转变成其它种类的离子(包括氧化一还原反应)。弱碱阳离子只存在于酸性较强的溶液中，弱酸阴离子只存在于碱性溶液中。3.在酸性或碱性溶液中，弱酸的酸式阴离子不能大量共存。当它们遇到强酸（H+）时，会生成弱酸分子；当遇到强碱（OH-）时，会生成正盐和水。例如，HSO3-、HCO3-、HS-、H2PO4-、HPO42-等。4.如果阴、阳离子能相互结合生成难溶或微溶性的盐，则不能大量共存。例如，Ba2+、Ca2+与CO32-、SO32-、PO43-、SO42-等；Ag+与Cl-、Br-、I-等；Ca2+与F-，C2O42-等。5.如果阴、阳离子发生双水解反应，则不能大量共存。例如，Al3+与HCO3-、CO32-、HS-、S2-、AlO2-、ClO-、SiO32-等；Fe3+与HCO3-、CO32-、AlO2-、ClO-、SiO32-、C6H5O-等；NH4+与AlO2-、SiO32-、ClO-、CO32-等。6.如果阴、阳离子能发生氧化还原反应，则不能大量共存。例如，Fe3+与I-、S2-；MnO4-(H+)与I-、Br-、Cl-、S2-、SO32-、Fe2+等；NO3-(H+)与上述阴离子；S2-、SO32-、H+等。7.因络合反应或其他反应而不能大量共存。例如，Fe3+与F-、CN-、SCN-等；H2PO4-与PO43-会生成HPO42-，因此两者不共存。常见气体的制取和检验1.氧气制取原理：含氧化合物自身分解。制取方程式：2KClO32KCl+3O2↑。装置：略微向下倾斜的大试管，加热。检验：带火星木条，复燃。收集：排水法或向上排气法。2.氢气制取原理：活泼金属与弱氧化性酸的置换。制取方程式：Zn+H2SO4===H2SO4+H2↑。装置：启普发生器。检验：点燃，产生淡蓝色火焰，在容器壁上有水珠。收集：排水法或向下排气法。3.氯气制取原理：强氧化剂氧化含氧化合物。制取方程式：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O。装置：分液漏斗，圆底烧瓶，加热。检验：能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色。除杂质：先通入饱和食盐水（除HCl），再通入浓H2SO4（除水蒸气）。收集：排饱和食盐水法或向上排气法。尾气回收：Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。4.硫化氢制取原理：强酸与强碱的复分解反应。制取方程式：FeS+2HCl===FeCl2+H2S↑。装置：启普发生器。检验：能使湿润的醋酸铅试纸变黑。制取二氧化硫的方法是通过稳定性强酸与不稳定性弱酸盐的复分解来实现的。具体的制取方程式为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O。在装置方面，可以使用分液漏斗或圆底烧瓶。为了除去杂质，可以通入浓H2SO4。在收集方面，可以使用向上排气法。尾气回收的方式是SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O。制取二氧化碳的方法是通过稳定性强酸与不稳定性弱酸盐的复分解来实现的。具体的制取方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。在装置方面，可以使用启普发生器。为了除去杂质，可以通入饱和NaHCO3溶液和浓H2SO4。在收集方面，可以使用排水法或向上排气法。检验二氧化碳的方法是通入澄清石灰水，会导致石灰水变浑浊。制取氨气的方法是通过固体铵盐与固体强碱的复分解来实现的。具体的制取方程式为Ca(OH)2+2NH4Cl=CaCl2+NH3↑+2H2O。在装置方面，可以使用略微向下倾斜的大试管，并进行加热。为了除去杂质，可以通入碱石灰。在收集方面，可以使用向下排气法。检验氨气的方法是用湿润的红色石蕊试纸，会导致试纸变蓝。制取氯化氢的方法是通过高沸点酸与金属氯化物的复分解来实现的。具体的制取方程式为NaCl+H2SO4=Na2SO4+2HCl↑。在装置方面，可以使用分液漏斗和圆底烧瓶，并进行加热。为了除去杂质，可以通入浓硫酸。在收集方面，可以使用向上排气法。检验氯化氢的方法是通入AgNO3溶液，产生白色沉淀，再加稀HNO3沉淀不溶。制取二氧化氮的方法是通过不活泼金属与浓硝酸的氧化还原来实现的。具体的制取方程式为Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O。在装置方面，可以使用分液漏斗和圆底烧瓶，或者使用大试管和锥形瓶。检验二氧化氮的方法是通入AgNO3溶液，颜色会变浅，但不会产生沉淀。在收集方面，可以使用向上排气法。尾气处理的方式是3NO2+H2O=2HNO3+NO，以及NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。制取一氧化氮的方法是通过不活泼金属与稀硝酸的氧化还原来实现的。具体的制取方程式为Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。在装置方面，可以使用分液漏斗和圆底烧瓶，或者使用大试管和锥形瓶。制取甲酸：制取甲酸的原理是利用浓硫酸对有机物的脱水作用。制取方程式为HCOOHCO↑+H2O。制备装置包括分液漏斗和圆底烧瓶。检验方法是将无色气体暴露于空气中，会立即变成红棕色。收集方法是排水法。除杂质的方法是通入浓硫酸，除去水蒸气。制取甲烷：制取甲烷的方程式为CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3。制备装置是略微向下倾斜的大试管，加热。收集方法包括排水法或向下排空气法。制取乙烯：制取乙烯的原理是利用浓硫酸对有机物的脱水作用，方程式为CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O。制备装置包括分液漏斗、圆底烧瓶和加热设备。除杂质的方法是通入NaOH溶液除去SO2和CO2，通入浓硫酸除去水蒸气。收集方法是排水法。制取乙炔：制取乙炔的原理是电石强烈吸水作用，方程式为CaC2+2H2OCa(OH)2+CHCH↑。制备装置包括分液漏斗、圆底烧瓶或大试管和锥形瓶。检验方法是产生无色气体，能燃烧，产生明亮的火焰，并冒出浓的黑烟。除杂质的方法是通入硫酸铜溶液除去H2S和PH3，通入浓硫酸除去水蒸气。收集方法包括排水法或向下排气法。快速制法：一些快速制法包括：1.O22H2O2=催化剂MnO2==2H2O+O2；2.2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2；3.16HCl+2KMnO4=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2；4.将浓硫酸逐滴加入浓HCl中；5.H2NaH+H20→NaOH+H2↑。燃料电池：燃料电池包括氢氧燃料电池和甲烷燃料电池。氢氧燃料电池的负极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，总反应式为2H2+O2=2H2O。甲烷燃料电池的负极反应式为CH4+10OH--8e-==CO32-+7H2O，正极反应式为2O2+4H2O+8e-==8OH-，总反应式为CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O。没有明显的格式错误或问题段落。（3）甲醇燃料电池的负极反应式为2CH4O+16OH--12e-==2CO32-+12H2O，正极反应式为3O2+6H2O+12e-==12OH-，总反应式为2CH4O+3O2+4OH-==2CO32-+6H2O。为了更加清晰地表达，可以改写为：甲醇燃料电池的负极反应式为2CH4O+16OH--12e-==2CO32-+12H2O，正极反应式为3O2+6H2O+12e-==12OH-，总反应式为2CH4O+3O2+4OH-==2CO32-+6H2O。（4）氢氧化物燃料电池的负极反应式为2H2+2O2--4e-=2H2O，正极反应式为O2+4e-=2O2-，总反应式为2H2+O2=2H2O。可以改写为：氢氧化物燃料电池的负极反应式为2H2+2O2--4e-=2H2O，正极反应式为O2+4e-=2O2-，总反应式为2H2+O2=2H2O。（5）熔融盐燃料电池使用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作为电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，可以在650℃下工作。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因此备受关注。其电极反应式为负极：2CO+2CO32--4e-==4CO2，正极：O2+2CO2+4e-==2CO32-，总反应式为2CO+O2==2CO2。可以改写为：熔融盐燃料电池使用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作为电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，可以在650℃下工作。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因此备受关注。其电极反应式为负极：2CO+2CO32--4e-==4CO2，正极：O2+2CO2+4e-==2CO32-，总反应式为2CO+O2==2CO2。（1）铅蓄电池的负极反应式为Pb+SO42--2e-=PbSO4，正极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。可以改写为：铅蓄电池的负极反应式为Pb+SO42--2e-=PbSO4，正极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，总反应式为Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。（2）碱性镍—镉电池的负极反应式为Cd+2OH--2e-==Cd(OH)2，正极反应式为2NiO(OH)+2H2O+2e-==2Ni(OH)2+2OH-，总反应式为Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2+2Ni(OH)2。可以改写为：碱性镍—镉电池的负极反应式为Cd+2OH--2e-==Cd(OH)2，正极反应式为2NiO(OH)+2H2O+2e-==2Ni(OH)2+2OH-，总反应式为Cd+2NiO(