高考化学一轮复习讲义专题一第五讲原子结构化学键

第五讲原子结构化学键[江苏考纲要求]—————————————————————————————————————1．理解元素、核素和同位素的含义。2．了解原子的构成。知道原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的数量关系。3．掌握1～18号元素的原子核外电子排布，能用原子结构示意图表示原子和简单离子的结构。4．知道化学键的定义。能用电子式、结构式和结构简式等表示一些常见物质的结构。原子结构同位素5．能识别典型的离子化合物和共价化合物，能从化学键变化的角度认识化学反应的实质。原子结构同位素[教材基础—自热身]1．原子的构成2．原子结构中的微粒关系(1)原子(2)离子的核外电子数核外电子数eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(阳离子：质子数－电荷数,阴离子：质子数＋电荷数))3．同位素核素(1)概念辨析(2)同位素的特征①同一元素的各核素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。②天然存在的同一元素各核素所占的原子个数百分数一般不变。(3)同位素的“六同三不同”(4)常见的重要核素及其应用核素eq\o\al(235,92)Ueq\o\al(14,6)Ceq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子4．同位素、同素异形体、同分异构体、同系物同位素同素异形体同分异构体同系物概念质子数相同，中子数不同的同一种元素的不同原子之间互为同位素同种元素组成的结构不同的单质之间互为同素异形体分子式相同，结构不同的化合物互为同分异构体结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称同系物对象原子之间单质之间一般为有机化合物之间有机化合物之间化学性质几乎完全相同相似，一定条件下可以相互转变可能相似也可能不同相似实例eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H金刚石与石墨、C60；红磷与白磷CH3COOH与HCOOCH3甲烷、乙烷、丙烷；乙烯、丙烯；甲酸、乙酸[知能深化—扫盲点]提能点一原子结构中各粒子数目的关系辨析(1)任何粒子中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不一定相等，如阴、阳离子。(2)有质子的粒子不一定有中子，如eq\o\al(1,1)H；有质子的粒子不一定有电子，如H＋。(3)质子数相同的粒子不一定属于同一种元素，如F－与OH－。(4)核外电子数相同的粒子，其质子数不一定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NHeq\o\al(＋,4)与OH－等。[对点练]1．有以下六种原子：eq\o\al(6,3)Li、eq\o\al(7,3)Li、eq\o\al(23,11)Na、eq\o\al(24,12)Mg、eq\o\al(14,)6C、eq\o\al(14,)7N，下列相关说法不正确的是()A.eq\o\al(6,3)Li和eq\o\al(7,3)Li在元素周期表中所处的位置相同B.eq\o\al(14,)6C和eq\o\al(14,)7N质量数相等，二者互为同位素C.eq\o\al(23,11)Na和eq\o\al(24,12)Mg的中子数相同但不属于同种元素D.eq\o\al(7,3)Li的质量数和eq\o\al(14,)7N的中子数相等解析：选Beq\o\al(6,3)Li和eq\o\al(7,3)Li互为同位素，A正确；eq\o\al(14,)6C和eq\o\al(14,)7N的质子数不相等，二者不互为同位素，B错误；eq\o\al(23,11)Na和eq\o\al(24,12)Mg质子数不相同，属于不同种元素，C正确；eq\o\al(7,3)Li的质量数为7，eq\o\al(14,)7N的中子数也为7，D正确。提能点(二)元素、核素、同位素、同素异形体的易错点(1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。(2)同位素的化学性质几乎完全相同，原因是核外电子排布相同。(3)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。同素异形体之间的转化是化学变化。(4)同位素是指同一元素的不同“原子”间的关系，同素异形体是指同一元素的不同“单质”间的关系。(5)同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢分子有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT。同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有：H2O(普通的水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。H、D、T与16O、17O、18O可形成3×6＝18种水分子，相对分子质量不同。它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。[对点练]2．(2019·盐城中学月考)下列说法正确的是()A．由H、D、T与16O、17O、18O构成的过氧化氢分子的相对分子质量有36种B．H2、D2、T2互为同素异形体C．H2、D2、T2在相同条件下的密度比为1∶2∶3D．氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于化学变化解析：选CH、D、T组合H2、D2、T2、HD、HT、DT共6种；16O、17O、18O组合16O2、17O2、18O2、16O17O、16O18O、17O18O共6种，所以构成的过氧化氢分子共有6×6＝36种，但其中有相对分子质量相同的分子，故构成的过氧化氢分子的相对分子质量种数小于36种，故A错误；H2、D2、T2均为氢气单质，属于一种物质，故B错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度比等于气体相对分子质量之比为2∶4∶6＝1∶2∶3，故C正确；氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于核反应，不是化学变化，故D错误。[题点全练—过高考]题点一原子结构的概念辨析1．下列说法不正确的是()①质子数相同的粒子一定属于同种元素②同位素的物理性质有较大差别而化学性质几乎完全相同③元素种类由质子数决定，原子种类由质子数和中子数共同决定，元素主要化学性质由最外层电子数决定④电子数相同的粒子不一定是同一种元素⑤每种元素都有两种或两种以上的核素A．①②④⑤ B．③④⑤C．②③⑤ D．①⑤解析：选D对于元素而言，大部分元素都有同位素原子，但是也有元素没有同位素，如Na和F，故⑤错误；质子数相同的粒子不一定属于同种元素，如OH－和F－的质子数都为9，但很明显不属于同种元素，故①错误。2．中国科学技术名词审定委员会已确定第116号元素Lv的名称为。关于eq\o\al(293,116)Lv的叙述错误的是()A．原子序数116 B．中子数177C．核外电子数116 D．相对原子质量293解析：选D由eq\o\al(293,116)Lv知，该原子的原子序数为116，核外电子数为116，中子数为293－116＝177,293是其质量数，不是相对原子质量，D项错误。题点二各种粒子之间的相互关系3．某元素的一种同位素X的原子质量数为A，含N个中子，它与1H原子组成HmX分子，在agHmX中所含质子的物质的量是()A．eq\f(a,A＋m)(A－N＋m)mol B．eq\f(a,A)(A－N)molC．eq\f(a,A＋m)(A－N)mol D．eq\f(a,A)(A－N＋m)mol解析：选AX原子的质子数为(A－N)，一个HmX分子中所含的质子数为(A－N＋m)，HmX的摩尔质量为(A＋m)g·mol－1，所以agHmX中所含质子的物质的量为eq\f(a,A＋m)(A－N＋m)mol。4．已知阴离子R2－的原子核内有n个中子，R原子的质量数为m，则wgR2－含有电子的物质的量是()A．eq\f(m－n－2,w·m)mol B．eq\f(wm－n,n)molC．weq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(m－n－2,m)))mol D．eq\f(w,m)(m－n＋2)mol核外电子排布解析：选DR原子的质子数为m－n，其核外电子数也为m－n，R2－的核外电子数为m－n＋2，而wgR原子的物质的量为eq\f(w,m)mol，所以形成的R2－含有电子的物质的量为eq\f(w,m)(m－n＋2)mol。核外电子排布[教材基础—自热身]1．核外电子排布规律2．原子结构示意图如镁离子结构示意图为，氯离子结构示意图为。3．常见的“10电子”“18电子”微粒(1)10电子微粒(2)18电子微粒4．短周期常见原子的核外电子排布规律(1)原子核中无中子的原子：eq\o\al(1,1)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、Ar。(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：eq\a\vs4\al(C)；是次外层电子数3倍的元素：eq\a\vs4\al(O)；是次外层电子数4倍的元素：eq\a\vs4\al(Ne)。(6)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素：eq\a\vs4\al(Be)。(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si。(9)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素：Li、P。(10)最外层电子数是电子层数3倍的元素：O。[题点全练—过高考]题点一核外电子排布规律1．在元素周期表的前18号元素中，最外层电子数是其电子层数的2倍的元素共有()A．1种B．2种C．3种D．4种解析：选CHe、C、S符合题意。2．(2019·无锡模拟)如图为几种粒子的结构示意图，完成以下填空。(1)属于阳离子结构的粒子是________(填标号，下同)。(2)具有稳定性结构的原子是______________。(3)只能得电子的粒子是______________；只能失电子的粒子是________________；既能得电子，又能失电子的粒子是____________________。(4)③粒子半径________④粒子半径(填“大于”“小于”或“等于”)。(5)某元素R形成的氧化物为R2O3，则R的离子结构示意图可能是________。答案：(1)③⑤⑧(2)②(3)③⑤①④⑥⑦⑧(4)小于(5)⑤题点二依据核外电子排布特点推断元素3．某元素X，其原子的电子层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法中正确的是()A．X可能是金属元素B．由X形成的含氧酸均为强酸C．X不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐D．元素X的气态氢化物一定极易溶于水解析：选D由X原子的最外层电子数为(2n－1)可以推知n≤4，则X的电子层数≤3，X为短周期元素。当n＝4时，X为Cl元素；当n＝3时，X为N元素；当n＝2时，不符合题意。HNO2和HClO均为弱酸，B项错误；Cl元素能形成KClO4，C错误；NH3和HCl均极易溶于水，D正确。4．X和Y均为短周期元素，X原子的最外层电子数是次外层电子数的2.5倍，Y位于X的前一周期，且最外层只有一个电子，则X和Y形成的化合物的分子式可表示为()A．XYB．XY2C．XY3 D．XY4解析：选C由题意知X是N，Y是H，C正确。5．A、B、C、D4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。则4种元素的元素符号依次是A__________，B__________，C_________，D________。解析：A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，所以A的核电荷数为2×8＝16，A为S元素；D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半，所以D的核电荷数是(2＋8)×2＝20，D为Ca元素。根据核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8，可以判断出B为Cl元素，C为K元素。答案：SClKCa题点三“10电子”“18电子”微粒的应用6．A＋、B＋、C－、D、E五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有10个电子，已知：①A＋＋C－=D＋E↑；②B＋＋C－=2D。请回答：(1)C－的电子式是______________。(2)分别写出A＋和D反应、B＋和E反应的离子方程式：________________________、________________________________________________________________________。(3)除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子的分子式__________________。解析：因A＋、C－、D、E均为10电子微粒，且A＋＋C－=D＋E↑，则A＋为NHeq\o\al(＋,4)，C－为OH－，E为NH3，D为H2O，进而推知B＋为H3O＋。答案：(1)(2)NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋H3O＋＋NH3=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(3)CH4、Ne(其他合理答案也可)7．用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子的八种微粒(离子或分子)，请回答下列问题：(1)A元素是________、B元素是________、C元素是________(用元素符号表示)。(2)D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是________，含有的化学键是________。(3)E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是________，其与水反应的化学方程式为_______________________________________。(4)F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是________，其电子式和电离方程式为______________、__________________________________________________。(5)G分子中含有4个原子，其分子式是_____________________________________。(6)H分子中含有8个原子，其分子式是___________________________________。答案：(1)KClS(2)HCl共价键(3)F22F2＋2H2O=4HF＋O2(4)H2SH2SH＋＋HS－，HS－H＋＋S2－离子键和共价键(5)H2O2(或PH3)(6)C2H6离子键和共价键[教材基础—自热身]1．离子键和共价键(1)化学键的分类(2)化学反应的本质反应物eq\o(→,\s\up7(旧键断裂))eq\a\vs4\al(生成原子或离子)eq\o(→,\s\up7(重新组合),\s\do5(新键生成))生成物(3)离子键与共价键①概念离子键：阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。共价键：原子间通过共用电子对所形成的化学键。②对比离子键共价键非极性键极性键概念阴、阳离子通过静电作用所形成的化学键原子间通过共用电子对而形成的化学键成键粒子阴、阳离子相同原子不同原子成键方式得失电子形成阴、阳离子形成共用电子对，不偏向任何一方形成共用电子对，偏向一方原子形成条件活泼金属元素与活泼非金属元素经电子得失，形成离子键同种元素原子之间成键不同种元素原子之间成键存在离子化合物非金属单质；某些共价化合物或离子化合物共价化合物或离子化合物③化学键与物质类型的关系2．电子式(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来代表原子的最外层电子的式子。(2)书写方法(3)用电子式表示化合物的形成过程①离子化合物：左边是原子的电子式，右边是离子化合物的电子式，中间用“→”连接，相同的原子或离子不合并。如NaCl：。②共价化合物：左边是原子的电子式，右边是共价化合物的电子式，中间用“→”连接。如HCl：。[题点全练—过高考]题点一化学键类型的判断1．下列关于化学键的叙述正确的是()A．非金属元素组成的化合物中只含共价键B．C、N、O、H四种元素形成的化合物一定既有离子键，又有共价键C．不同元素的原子构成的分子只含极性共价键D．CH4中所有的最外层电子都参与形成共价键解析：选DA项，在铵盐中含有离子键；B项，C、N、O、H形成的氨基酸只含共价键；C项，C2H6、C2H4等烃中除极性键外，还含有非极性键。2．下列化合物中，含有非极性共价键的离子化合物是()A．CaC2 B．N2H4C．Na2O D．NH4NO3解析：选ACaC2是离子化合物，Ceq\o\al(2－,2)中C、C之间为非极性共价键，A项正确；N2H4是共价化合物，B项错误；Na2O中仅含离子键，C项错误；NH4NO3是离子化合物，但不含非极性共价键，D项错误。题点二电子式的书写3．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)×(9)×(10)×(11)×(12)×[误区警示]电子式书写常见的6大误区(1)漏写未参与成键的电子，如N2误写为，应写为(2)化合物类型不清楚，漏写或多写[]及错写电荷数，如NaCl误写为HF误写为而正确的写法应为(3)书写不规范，错写共用电子对，如N2的电子式不能写成更不能写成而应写成。(4)不考虑原子间的结合顺序，如HClO的电子式为而非(5)不考虑原子最外层有几个电子，均写成8电子结构，如CHeq\o\al(＋,3)的电子式为而非(6)不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写。如CaBr2、CaC2的电子式分别为题点三8电子结构的判断4．下列物质中所有原子均满足最外层8电子稳定结构的化合物是()A．H2S B．P4C．CCl4 D．NH3解析：选C判断原子满足最外层8电子结构的方法为最外层电子数＋所成价键数＝8，A、D项错误；P4为单质，而非化合物，B项错误；C项中5原子最外层均为8电子稳定结构，C项正确。5．含有极性键且分子中各原子都满足8电子稳定结构的化合物是()A．CH4B．CH2=CH2C．CO2D．N2解析：选CA、B两项中的氢原子都只满足2电子稳定结构；D项，N2是单质而不是化合物。[规律方法]8电子结构的判断方法(1)经验规律法凡符合最外层电子数＋|化合价|＝8的皆为8电子结构。(2)试写结构法判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构，应从其结构式或电子式结合原子最外层电子数进行判断，如①H2O中O最外层有8个电子，而H最外层只有2个电子，②N2中N原子最外层有5个电子，N与N之间形成3个共价键，所以N2中的N原子最外层达到8电子稳定结构。[题后归纳]常用的化学用语的表示方法原子或离子结构示意图eq\a\vs4\al(S2－：)eq\a\vs4\al(Al3＋：)核素符号中子数为10的氧原子为eq\o\al(18,8)O、中子数为16的磷原子为eq\o\al(31,15)P电子式球棍模型甲烷：乙烯：比例模型甲烷：乙烯：结构式CO2：O=C=OHClO：H—O—Cl结构简式乙烯：CH2=CH2乙酸：CH3COOH最简式(或实验式)葡萄糖的实验式CH2O、乙烯的实验式CH2等分子式、化学式臭氧：O3明矾：KAl(SO4)2·12H2O电离方程式HCOeq\o\al(－,3)的电离：HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH3O＋＋COeq\o\al(2－,3)水解方程式HCOeq\o\al(－,3)的水解：HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2CO3＋OH－难溶电解质的溶解平衡硫酸钡：BaSO4(s)Ba2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)化学键与分子间作用力化学键与分子间作用力[教材基础—自热身]1．离子化合物与共价化合物的比较项目离子化合物共价化合物定义含有离子键的化合物只含有共价键的化合物构成微粒阴、阳离子分子化学键类型一定含有离子键，可能含有共价键只含有共价键与物质类别的关系①强碱、②绝大多数盐、③活泼金属氧化物①酸、②弱碱、③气态氢化物、④非金属氧化物、⑤极少数盐2.化学键与物质类别的关系(1)只含有极性共价键的物质一般是由两种非金属元素形成的共价化合物，如SiO2、HCl、CH4等。(2)只含有非极性共价键的物质是同种非金属元素形成的单质，如Cl2、P4、金刚石等。(3)既有极性键又有非极性键的共价化合物一般由多个原子组成，如H2O2、C2H4等。(4)只含离子键的物质主要是由活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CaCl2、NaCl等。(5)既有离子键又有极性共价键的物质，如NaOH、K2SO4、NH4Cl等；既有离子键又有非极性共价键的物质，如Na2O2等。(6)仅由非金属元素形成的离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等。(7)金属元素和非金属元素间可能存在共价键，如AlCl3等。3．物质的溶解或熔化与化学键变化(1)离子化合物的溶解或熔化过程离子化合物溶于水或熔化后均电离成自由移动的阴、阳离子，离子键被破坏。(2)共价化合物的溶解过程①有些共价化合物溶于水后，能与水反应，其分子内共价键被(填“被”或“不被”，下同)破坏，如CO2和SO2等。②有些共价化合物溶于水后，与水分子作用形成水合离子，从而发生电离，形成阴、阳离子，其分子内的共价键被破坏，如HCl、H2SO4等。③某些共价化合物溶于水后，其分子内的共价键不被破坏，如蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。(3)单质的溶解过程某些活泼的非金属单质溶于水后，能与水反应，其分子内的共价键被破坏，如Cl2、F2等。4．分子间作用力和氢键(1)分子间作用力定义把分子聚集在一起的作用力，又称范德华力特点①分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响物质的熔点、沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质；②分子间作用力存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数气态、液态、固态非金属单质分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质，微粒之间不存在分子间作用力变化规律一般来说，对于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，物质的熔、沸点也越高。例如，熔、沸点：I2>Br2>Cl2>F2(2)氢键定义分子间存在的一种比分子间作用力稍强的相互作用形成条件除H外，形成氢键的原子通常是O、F、N存在氢键存在广泛，如蛋白质分子、醇、羧酸分子、H2O、NH3、HF等分子之间。分子间氢键会使物质的熔点和沸点升高[题点全练—过高考]题点一化学键的断裂与形成1．在下列变化过程中，既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是()A．将SO2通入水中 B．烧碱溶于水C．将HCl通入水中 D．硫酸氢钠溶于水解析：选DSO2、HCl不含有离子键，所以通入水中不会有离子键的破坏，A、C错误；烧碱在水溶液中电离产生Na＋和OH－，没有共价键的破坏，B错误；硫酸氢钠既含有离子键又含有共价键，溶于水时电离出Na＋、H＋和SOeq\o\al(2－,4)，既有离子键被破坏，也有共价键被破坏。2．下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成的是()A．2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑B．Mg3N2＋6H2O=3Mg(OH)2↓＋2NH3↑C．Cl2＋H2O=HClO＋HClD．NH4Cl＋NaOH=NaCl＋NH3↑＋H2O解析：选AA项，反应中有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成，正确；B项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误；C项，该反应中没有离子键的断裂和形成，也没有非极性键的形成，错误；D项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误。题点二化学键与物质类别3．下列关于离子键、共价键的叙述中，正确的是()A．在离子化合物里，只存在离子键，没有共价键B．非极性键只存在于双原子的单质分子(如Cl2)中C．在共价化合物分子内，一定不存在离子键D．由多种元素组成的多原子分子里，一定只存在极性键解析：选CA项，NH4Cl中存在共价键；B项，如H2O2、CH3CH3等分子中存在非极性键；C项，共价化合物一定不含离子键；D项，H2O2、C2H6等分子中存在非极性键。4．有以下9种物质：①Ne②HCl③P4④H2O2⑤Na2S⑥NaOH⑦Na2O2⑧NH4Cl⑨AlCl3请用上述物质的序号填空：(1)不存在化学键的是____________________________________________。(2)只存在极性共价键的是_____________________________________。(3)只存在非极性共价键的是____________________________________________。(4)既存在非极性共价键又存在极性共价键的是_____________________________。(5)只存在离子键的是_____________________________________________。(6)既存在离子键又存在共价键的是______________________________________。答案：(1)①(2)②⑨(3)③(4)④(5)⑤(6)⑥⑦⑧题点三分子间作用力与氢键5．下列变化需克服相同类型作用力的是()A．碘和干冰的升华 B．硅和C60的熔化C．氯化氢和氯化钾的溶解 D．溴和汞的汽化解析：选AA项变化克服的都是分子间作用力，正确；硅和C60的熔化分别克服的是共价键、分子间作用力，B项错误；氯化氢和氯化钾的溶解分别克服的是共价键、离子键，C项错误；溴和汞的汽化分别克服的是分子间作用力、金属键，D项错误。6．下列现象与氢键有关的是()①NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素氢化物的高②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶③冰的密度比液态水的密度小④水分子高温下很稳定A．