高二化学物质结构与性质

第2讲物质(wùzhì)结构与性质(选修3)第一页，共81页。1第二页，共81页。2考纲解读1．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。2．了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。3．了解原子核外电子在一定条件下会发生(fāshēng)跃迁，了解其简单应用。4．了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。第三页，共81页。35．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。6．了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。7．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。8．理解金属(jīnshǔ)键的含义，能用金属(jīnshǔ)键理论解释金属(jīnshǔ)的一些物理性质。9．了解杂化轨道理论与常见的杂化轨道类型(sp1，sp2，sp3)。第四页，共81页。410．能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子(lízǐ)的空间结构。11．了解化学键和分子间作用力的区别。12．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。13．了解分子晶体与原子晶体、离子(lízǐ)晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。第五页，共81页。5完全免费,无需注册,天天(tiāntiān)更新！第六页，共81页。6完全免费,无需(wúxū)注册,天天更新！第七页，共81页。7考情探究本讲为选考内容，选修物质结构与性质的考生较多，各课标省市都把该选修内容定为选考内容，考理科综合的试题，是一道综合填空题，单科考化学试题的省市选择题、综合填空题同时出现(chūxiàn)。近五年来，新课标地区对原子结构与性质考查6次，如：2010安徽25题。对分子结构与性质考查10次，如2011安徽7题，2010课标37题，2019宁夏38题，对晶体结构与性质考查12次，如2011江苏单科21A,2010山东32题，2019福建30题。第八页，共81页。8综合填空题一般结合元素(yuánsù)推断考查电子排布式、轨道表达式、判断成键类型、分子构型及晶体结构和性质等；选择题也是考查分子的成键特征、分子的构型、晶体结构、原子结构、轨道的杂化方式、物质熔沸点比较等知识。第九页，共81页。9该局部在高考中常与必修中所学有关知识联合考查，其主要考点是①原子结构；原子结构与元素的性质。这局部内容可以培养学生探索物质及变化的兴趣，揭示微观世界的本质和规律，是高考中的重点。②共价键；分子的立体结构；分子的性质。其中共价键是一类重要的化学键，它使原子结合成可以独立存在的分子，共价键是现代化学键理论的核心，分子的立体结构和分子之间的作用力也是理解分子结构(fēnzǐjiéɡòu)与性质关系的重要内容。③晶体常识：分子晶体与原子晶体；金属晶体；离子晶体。它是原子结构和化学键知识的延伸和提高，其中对四大晶体做了阐述，结合立体几何的知识，充分认识和挖掘典型晶胞的结构，形象、直观地认识四种晶体，在2011年高考中这些知识均有出现。第十页，共81页。10预测2012年高考仍将以元素周期表为根底，延续填空题的形式。对结构知识(zhīshi)进行系统考查。分值约8～14分。2012年试题难度可能会适当加大，可能会在晶胞结构上进行加深，应予以关注。第十一页，共81页。11第十二页，共81页。12真题链接高考真题有灵性，课前饭后碰一碰1．(2011·安徽理综)科学家最近研制出可望成为(chéngwéi)高效火箭推进剂的N(NO2)3(如以下图所示)。该分子中N—N—N键角都是108.1°，以下有关N(NO2)3的说法正确的选项是()A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键B．分子中四个氮原子共平面C．该物质既有氧化性又有复原性D．15.2g该物质含有6.02×1022个原子答案：C第十三页，共81页。13点拨：A项，N、O间形成的共价键是极性键，故A项错误；B项，由题意N—N—N键角都是108.1°，可知分子中四个氮原子不在同一平面(píngmiàn)上，故B项错误；C项，分子中顶角上的N原子为0价，—NO2×1023个原子。第十四页，共81页。142．(2011·江苏单科)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成(xíngchéng)化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。答复以下问题：第十五页，共81页。15(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为________，1molY2X2含有σ键的数目为________。(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是________。(3)元素Y的一种氧化(yǎnghuà)物与元素Z的一种氧化(yǎnghuà)物互为等电子体，元素Z的这种氧化(yǎnghuà)物的分子式是________。(4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如右上图所示，该氯化物的化学式是________，它可与浓盐酸发生非氧化(yǎnghuà)复原反响，生成配合物HnWCl3，反响的化学方程式为________。第十六页，共81页。16答案：(1)sp杂化3mol或3×6.02×1023个(2)NH3分子间存在(cúnzài)氢键(3)N2O(4)CuClCuCl＋2HCl===H2CuCl3(或CuCl＋2HCl===H2[CuCl3])第十七页，共81页。17点拨：该题考查物质结构中原子轨道的杂化类型、σ键、等电子体、氢键及晶胞等知识点。Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，可推知(tuīzhī)Y是C；由X是形成化合物种类最多的元素知X是H；根据信息可写出Z的价电子排布式，知Z是N；29号元素W是Cu。(1)Y2X2是C2H2，其结构式为H—C≡C—H，C原子采取sp杂化，1molC2H2中有3NA个σ键。(2)ZX3、YX4分别是NH3、CH4，因NH3分子间存在氢键，故NH3的沸点高。(3)Y是C，Z是N，C的氧化物CO2与N的氧化物N2O是等电子体。第十八页，共81页。18第十九页，共81页。19思维激活名校模拟可借鉴，抽空一定看一看3．(2011·浙江(zhèjiānɡ)宁波高三八校联考)2010年诺贝尔物理学奖授予曼彻斯特大学的两位科学家，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是由石墨剥离而成的单层片状结构的新材料(结构如图)，性质稳定、导电性好，有望代替硅引发电子工业革命。以下说法中正确的选项是()第二十页，共81页。20A．石墨烯之所以稳定主要是因为碳原子间都以共价键相结合B．石墨烯的发现又为碳的同位素家族增添了一种新的核素C．由于(yóuyú)石墨烯为原子晶体，所以石墨烯应具有很高的熔点D．石墨烯属于烯烃类的物质，因此在一定条件下可与氢气发生加成反响答案：A第二十一页，共81页。21点拨：C与C形成的单键比较稳定，不易与其他物质发生反响；石墨烯属于一种(yīzhǒnɡ)单质，而核素是指原子，B错误；由于石墨烯为单层结构，层与层之间无化学键，它不是原子晶体，C错误；石墨烯中无H原子，只有C原子，是一种(yīzhǒnɡ)单质，不是化合物，也当然不会是烯烃类，D错误。第二十二页，共81页。224．(2011·江苏常州一中模拟)2010年上海世博会场馆，大量的照明材料或屏幕(píngmù)都使用了发光二极管(LED)。目前市售LED品片，材质根本以GaAs(砷化镓)、AlGaInP(磷化铝镓铟)、InGaN(氮化铟镓)为主。镓是铝同族下一周期的元素。砷化镓的晶胞结构如右图。试答复：第二十三页，共81页。23(1)镓的基态原子的电子排布式是________。(2)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为________，与同一(tóngyī)个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为________________。(3)N、P、As处于同一(tóngyī)主族，其氢化物沸点由高到低的顺序是________。(用氢化物分子式表示)(4)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃时制得。(CH3)3Ga中镓原子的杂化方式为______________。(5)比较二者的第一电离能：As________Ga(填“<〞、“>〞或“＝〞)。第二十四页，共81页。24(6)以下说法正确的选项是________(填字母)。A．砷化镓晶胞结构与NaCl相同B．GaP与GaAs互为等电子体C．电负性：As>GaD．砷化镓晶体(jīngtǐ)中含有配位键答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)(2)4正四面体(3)NH3>AsH3>PH3(4)sp2(5)>(6)BCD第二十五页，共81页。25点拨：(1)镓位于元素周期表中第四周期第ⅢA，故其核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1。(2)根据“均摊法〞：白色球个数为(6/2)＋(8/8)＝4。由晶胞图可知与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为正四面体(zhènɡsìmiàntǐ)。(3)由于NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点最高，由于AsH3的相对分子质量大于PH3，故AsH3的沸点高于PH3。(4)由于Ga原子周围只有3对成键电子对，故其杂化方法为sp2。(5)As和Ga处于同一周期，而处于ⅤA的As外围电子处于半充满的较稳定的结构，故As的第一电离能大于Ga。第二十六页，共81页。26(6)由题中晶胞(jīnɡbāo)图可知A显然是错误的。根据等电子体的概念可知选项B正确。根据电负性的概念可知选项C正确。由于Ga原子最外层只有3个电子，而每个Ga原子与4个As原子成键，因此其中一个共价键必为配位键，D正确。第二十七页，共81页。27第二十八页，共81页。28网控全局知识网络(wǎngluò)优化记忆1．化学键与晶体结构第二十九页，共81页。292．晶体(jīngtǐ)类型与电解质的关系第三十页，共81页。30考点整合高效提升触类旁通1．原子结构与性质(1)能层与能级原子是由原子核和核外电子构成的，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成不同能级。任一能层的能级总是从s能级开始，而且能级等数等于(děngyú)能层序数。从s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次为1、3、5、7……的2倍。第三十一页，共81页。31(2)能级形状与能级数量s电子的原子轨道都是球形的，能层序数n越大，原子轨道的半径越大。p电子的原子轨道是纺锤形的，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直(chuízhí)。而且，p电子原子轨道的平均半径也随n增大而增大。ns能级各有1个轨道，np能级各有3个轨道，nd能级各有5个轨道，nf能级各有7个轨道。第三十二页，共81页。32(3)核外电子的排布遵循的三个原理①能量最低原理，内容(nèiróng)是：原子的电子排布遵循使整个原子的能量处于最低状态的原理。②泡利不相容原理，内容(nèiróng)是：1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋方向相反。③洪特规那么，内容(nèiróng)是：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。第三十三页，共81页。33(4)元素根本性质的周期性变化规律①原子半径：同一周期元素从左到右，原子半径越来越小；同一族元素从上到下，原子半径越来越大。②电离能：元素的第一电离能是从一个气态原子失去一个最外层电子而形成＋1价离子时所需的最低能量。电离能越小，电子越容易失去。同一周期元素从左到右，电离能逐渐增大(zēnɡdà)(ⅡA和ⅤA元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能)；同一主族元素从上往下，电离能逐渐减小。第三十四页，共81页。34③电负性：同一周期元素从左到右，电负性逐渐(zhújiàn)增大；同一主族元素从上到下，电负性逐渐(zhújiàn)减小。④元素的金属性和非金属性：同一周期元素，从左到右，元素金属性逐渐(zhújiàn)减弱，非金属性逐渐(zhújiàn)增强；同一主族元素，从上到下，元素金属性逐渐(zhújiàn)增强，非金属性逐渐(zhújiàn)减弱。第三十五页，共81页。352．化学键、分子(fēnzǐ)间作用力与物质性质(1)共价键①共价键的类型由成键条件的不同，可将共价键分为极性键、非极性键和配位键。NH4Cl中含有离子键、极性键和配位键。第三十六页，共81页。36②σ键和π键的比较(bǐjiào)键类型σ键π键原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴上键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼成键规律共价单键是σ键，双键中有一个σ键，一个π键，叁键中有一个σ键，两个π键第三十七页，共81页。37③键参数(键能、键长、键角)键能是指在101.3kPa,298K条件(tiáojiàn)下，断开1molAB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量；键能越大，意味着化学键越牢固，键长是指成键两原子原子核间的距离，键长越短，说明共价键越强。键角是指两个化学键之间的夹角，它是描述分子空间结构的重要参数。第三十八页，共81页。38(2)分子的立体结构与性质①中心原子的杂化轨道(guǐdào)数＝σ键数＋孤对电子数物质杂化类型分子空间构型NH3sp3三角锥形H2Osp3V形CH4sp3正四面体形CO2sp直线形NH4＋sp3正四面体形H3O＋sp3三角锥形第三十九页，共81页。39②极性分子和非极性分子分子有极性分子和非极性分子之分。在极性分子中，正电中心和负电中心不重合(chónghé)，使分子的某一个局部呈正电性(δ＋)，另一局部呈负电性(δ－)；非极性分子的正电中心和负电中心重合(chónghé)。第四十页，共81页。40③分子间作用力a．范德华力分子与分子之间存在着一种把分子聚集(jùjí)在一起的作用力叫分子间作用力，又叫范德华力。影响范德华力的因素主要包括：分子的大小，分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。对组成和结构相似的分子，其范德华力一般随相对分子质量的增大而增大。第四十一页，共81页。41b．氢键氢键是一种既可以存在于分子之间又可以存在于分子内部的作用力。它比化学键弱，比范德华力强。当氢原子与电负性大的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个(yīɡè)电负性大的原子Y之间形成氢键。氢键根本上还是属于静电作用，它既有方向性又有饱和性。第四十二页，共81页。42④氢键(qīnɡjiàn)的形成条件化合物中有氢原子，即氢原子处于X—H…Y其间。氢只有跟电负性很大且原子半径较小的元素化合后，才有较纯的氢键(qīnɡjiàn)，如N、O、F等。第四十三页，共81页。43(3)晶体(jīngtǐ)的根本类型与性质晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体举例NaCl、CsClCO2、HClSiO2、金刚石Na、Fe组成晶体粒子阴、阳离子分子原子金属阳离子和自由电子粒子间的相互作用离子键分子间作用力共价键金属键物理性质熔沸点较高较低高较高硬度较大较小大较大其他在熔融状态下或水溶液中能够导电固态、熔融状态均不导电，溶于水可能导电一般不导电，个别为半导体导电、导热，有延展性，有金属光泽第四十四页，共81页。44(4)杂化轨道(guǐdào)类型与分子空间构型的关系及常见分子杂化类型杂化轨道几何构型常见分子sp直线形BeCl2、HgCl2、CH≡CH等sp2平面三角形BF3、BCl3、CH2===CH2sp3四面体形CH4、CCl4、NH3(三角锥形)、H2O(V形)第四十五页，共81页。45一般来说，一个分子有几个(jǐɡè)轨道参与杂化就会形成几个(jǐɡè)能量相同的杂化轨道，就形成几个(jǐɡè)共价键，形成对应的分子构型，但如果分子中存在孤对电子或在一定场效应作用下，分子构成会发生变化，如NH3、H2O等。另外，具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。第四十六页，共81页。46(5)用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的一般规那么①中心原子的价电子都用于形成共价键，分子的立体结构可用中心原子周围原子个数n来判断。②如果价层电子对中有未成键的孤对电子，那么几何构型发生(fāshēng)相应的变化，用价层电子互斥理论解释。n234几何构型直线形平面三角形四面体形范例CO2CH2OCH4第四十七页，共81页。47方法归纳拓展思维活学活用1．基态原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式①用数字在能级符号的右上角说明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如(lìrú)K：1s22s22p63s23p64s1。②为了防止电子排布式书写过于繁琐，把内层电子到达稀有气体元素原子结构的局部以相应稀有气体的元素符号号外加方括号表示，例如(lìrú)K：[Ar]4s1。第四十八页，共81页。48(2)轨道表示式每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子(diànzǐ)。如第二周期元素基态原子的电子(diànzǐ)排布如下所示：第四十九页，共81页。49(3)特殊性有少数元素的基态原子的电子排布对于构造原理有1个电子的偏差。因为(yīnwèi)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。如第五十页，共81页。502．物质溶沸点的判断方法(fāngfǎ)(1)原子晶体中原子间键长越短，共价键越稳定，物质熔沸点越高，反之越低。(2)离子晶体中阴、阳离子半径越小，电荷数越多，离子键越强，熔沸点越高，反之越低。(3)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的静电作用越强，熔沸点越高，反之越低。第五十一页，共81页。51(4)分子晶体中分子间作用力越大，物质(wùzhì)的熔沸点越高，反之越低(具有氢键的分子晶体的熔沸点反常较高)。①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(wùzhì)的熔沸点越高。②在高级脂肪酸甘油酯中，不饱和程度越大，熔沸点越低。③烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物，一般随着分子内碳原子数的增多，熔沸点升高。④链烃及其衍生物的同分异构体随着支链的增多，熔沸点降低。第五十二页，共81页。52⑤相同(xiānɡtónɡ)碳原子数的有机物，分子中官能团不同，一般随着分子量的增大，熔沸点升高；官能团相同(xiānɡtónɡ)时，官能团数越多，熔沸点越高。⑥晶体类型不同时一般熔沸点规律为原子晶体>离子晶体>分子晶体，金属晶体有高有低。第五十三页，共81页。533．判断晶体类型(lèixíng)的方法(1)依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断：离子晶体的晶格质点是阴、阳离子，质点间的作用是离子键；原子晶体的晶格质点是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的晶格质点是分子，质点间的作用是分子间作用力即范德华力；金属晶体的晶格质点是金属阳离子和自由电子，质点间的作用是金属键。第五十四页，共81页。54(2)依据物质的分类判断：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(dānzhì)(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(dānzhì)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、二氧化硅等；金属单质(dānzhì)(除汞外)是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断：离子晶体的熔点较高，常在数百至1000余摄氏度；原子晶体熔点高，常在1000摄氏度至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度，金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。第五十五页，共81页。55(4)依据导电性判断：离子晶体水溶液及熔融时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成(xíngchéng)自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断：离子晶体硬度较大或硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，具有延展性。第五十六页，共81页。56第五十七页，共81页。57第五十八页，共81页。58第五十九页，共81页。59第六十页，共81页。60[例1](2011·福建理综)[化学——物质结构与性质]氮元素可以形成多种化合物。答复以下问题(wèntí)：(1)基态氮原子的价电子排布式是________。(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是____________________________________。第六十一页，共81页。61(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成(xíngchéng)的另一种氮的氢化物。①NH3分子的空间构型是________；N2H4分子中氢原子轨道的杂化类型是________。②肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反响是：N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－1038.7kJ·mol－1假设该反响中有4molN—H键断裂，那么形成(xíngchéng)的π键有________mol。第六十二页，共81页。62③肼能与硫酸反响生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，那么N2H6SO4的晶体内不存在________(填标号(biāohào))。a．离子键 b．共价键c．配位键 d．范德华力(4)图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)，分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。第六十三页，共81页。63以下分子(fēnzǐ)或离子中，能被该有机化合物识别的是________(填标号)。a．CF4 B．CH4c．NH4＋ D．H2O第六十四页，共81页。64解析：(1)基态氮原子价电子(diànzǐ)排布为：2s22p3，注意是价电子(diànzǐ)，不要答成所有电子(diànzǐ)的排布式。(2)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为：N>O>C，注意N元素第一电离能要比O元素的大。(3)①NH3分子空间构型为三角形，N原子sp3杂化，根据题干中给出的信息可知N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型也是sp3。②反响中有4molN—H键断裂，即有1molN2H4反响，根据反响方程式可知，1molN2H4参加反响有1.5molN2生成，而每摩尔N2中有2molπ键。那么答案为3mol。第六十五页，共81页。65③该题为信息题，知道(NH4)2SO4分子中存在的化学键(离子键、共价键、配位键)即可解答，所以答案选d，范德华力只存在于分子晶体中。(4)四个选项中能形成氢键的是NH3、H2O、HF，但只有NH4＋空间构型为正四面体，4个H原子位于四个顶点，恰好对应该(yīnggāi)有机化合物的4个N原子，形成4个氢键，应选C。答案：(1)2s22p3(2)N>O>C(3)①三角锥形sp3