第13讲 原子结构 化学键(讲)学生版

学而优·教有方PAGE1PAGE第13讲原子结构化学键【学科核心素养】1.宏观辨识与微观探析：能从离子或原子结构示意图等不同层次认识原子的结构以及核外电子的排布规律，能从宏观和微观相结合的视角分析原子结构与元素性质的关系。能从不同层次认识分子的构型，并对共价键进行分类，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知：能运用原子结构模型解释化学现象，揭示现象的本质与规律。能运用构造原理和能量最低原理揭示元素原子核外电子排布规律。认识共价键的本质及类型，能多角度、动态地分析分子的空间结构及性质，并运用相关理论解决实际问题。3.科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与原子结构有关的社会热点问题做出正确的价值判断。【核心素养发展目标】1.掌握元素、核素、同位素、相对原子质量、相对分子质量、原子构成、原子核外电子排布的含义。2.掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.掌握1～18号元素的原子结构示意图的表示方法。4.了解化学键的定义。5.了解离子键、共价键的形成。6.掌握电子式的表示方法。本部分内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题。考查原子(离子)的结构及微粒间的数量关系，也常考查对元素、核素、同位素概念的理解以及结合元素周期表的推断等。【知识点解读】知识点一原子结构、同位素1．原子结构(1)原子的构成粒子eq原子\o\al(A,Z)X)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(质子Z个——决定元素的种类,中子(A－Z)个\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(在质子数确定后,决定原子种类)))同位素)),核外电子Z个——最外层电子数决定元素的化学性质))(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数。如Mg2＋的核外电子数是10。④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。如Cl－的核外电子数是18。(3)一个信息丰富的符号【特别提醒】①原子中不一定都含有中子，如eq\o\al(1,1)H中没有中子。②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。③易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。④形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2个电子稳定结构。2．核素、同位素(1)概念辨析(2)同位素的特征①相同存在形态的同位素，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百分数(丰度)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)H(D)eq\o\al(3,1)H(T)eq\o\al(18,8)O用途核燃料用于考古断代制氢弹示踪原子(5)元素、核素、同位素的联系与区别①现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。②不同核素可能具有相同的质子数，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的质量数，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N。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。④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有H2O(普通水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。知识点二核外电子排布1.核外电子排布(1)核外电子排布规律核外电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再按照由里向外的顺序依次排布在能量逐渐升高的电子层里。①每层最多容纳的电子数为2n2个。②最外层不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。③次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。【特别提醒】核外电子排布的几条规律是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求，如M层不是最外层时，最多能容纳18个电子，当M层为最外层时，最多容纳8个电子。(2)最外层电子数与元素性质的关系①稀有气体元素原子最外层已排满8个电子(He排满2个)，既不易得到电子又不易失去电子，通常表现为0价。②金属元素原子最外层电子数一般小于4，常易失去最外层电子，形成8电子或2电子(如Li＋)稳定结构的阳离子，在化合物中显正化合价。③非金属元素原子最外层电子数一般大于或等于4，易得到电子或形成共用电子对，达到最外层8电子稳定结构，在化合物中既显正价又显负价(F无正价)。2．原子结构示意图如Mg2＋结构示意图为Cl－结构示意图为3．常见的“10电子”、“18电子”粒子(1)常见的“10电子”粒子(2)常见的“18电子”粒子4．短周期常见原子的核外电子排布规律原子核中无中子的原子eq\o\al(1,1)H最外层有1个电子的元素H、Li、Na最外层有2个电子的元素Be、Mg、He最外层电子数等于次外层电子数的元素Be、Ar最外层电子数是次外层电子数2倍的元素eq\a\vs4\al(C)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素eq\a\vs4\al(O)最外层电子数是次外层电子数4倍的元素eq\a\vs4\al(Ne)最子层数与最外层电子数相等的元素H、Be、Al最子总数为最外层电子数2倍的元素eq\a\vs4\al(Be)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素Li、Si内层电子总数是最外层电子数2倍的元素Li、P知识点三离子键与共价键1．化学键使离子相结合或原子相结合的作用力。根据成键粒子和粒子间的相互作用，可分为离子键和共价键。2．离子键与共价键(1)概念①离子键：带相反电荷离子之间的相互作用。②共价键：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。(2)对比项目离子键共价键非极性键极性键概念带相反电荷离子之间的相互作用原子间通过共用电子对所形成的相互作用成键粒子阴、阳离子原子成键实质阴、阳离子间的静电作用共用电子对不偏向任何一方共用电子对偏向一方原子形成条件非金属性强的元素与金属性强的元素经得失电子，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形成的物质离子化合物如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、ZnSO4、NaOH等非金属单质如H2、Cl2、N2等；某些共价化合物如H2O2或离子化合物如Na2O2共价化合物如HCl、CO2、CH4或离子化合物如NaOH、NH4Cl3．化学键类型的判断(1)从物质构成角度判断(2)从物质类别角度判断物质类别含化学键情况非金属单质，如Cl2、N2、I2、P4、金刚石等只有共价键非金属元素构成的化合物，如H2SO4、CO2、NH3、HCl、CCl4、CS2等活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如NaCl、CaCl2、K2O等只有离子键含有原子团的离子化合物，如Na2SO4、Ba(OH)2、NH4Cl、Na2O2等既有离子键又有共价键稀有气体，如Ne、Ar等没有化学键【特别提醒】①由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键，如AlCl3中Al—Cl键为共价键。②非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可能形成离子键，如NH4Cl等。③影响离子键强弱的因素是离子半径和所带电荷数：离子半径越小，离子所带电荷数越多，离子键越强，熔、沸点越高。4．电子式(1)电子式的书写概念：在元素符号周围，用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子粒子的种类电子式的表示方法注意事项举例原子元素符号周围标有价电子价电子少于4时以单电子分布，多于4时多出部分以电子对分布阳离子单核离子符号右上方标明电荷Na＋多核元素符号紧邻铺开，周围标清电子分布用“[]”，并标明电荷阴离子单核元素符号周围合理分布价电子及所得电子用“[]”，右上方标明电荷多核元素符号紧邻铺开，合理分布价电子及所得电子相同原子不得加和，用“[]”，右上方标明电荷单质及化合物离子化合物用阳离子电子式和阴离子电子式组成同性不相邻，离子合理分布单质及共价化合物各原子紧邻铺开，标明价电子及成键电子情况原子不加和，无“[]”，不标明电荷(2)电子式书写的常见错误内容实例错误1漏写未参与成键的电子错误2化合物类型不清楚，漏写或多写[]及错写电荷数错误3书写不规范，错写共用电子对错误4不考虑原子间的结合顺序错误5不考虑原子最外层有几个电子，均写成8电子结构错误6不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写(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：。知识点四化学键与物质类别的关系、分子间作用力1．离子化合物与共价化合物(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、阳离子分子或原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)离子化合物和共价化合物的判断方法【特别提醒】熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，水溶液中能导电的化合物不一定是离子化合物，如HCl。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不同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．化学键对物质性质的影响(1)对物理性质的影响金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。NaCl等部分离子化合物中也有很强的离子键，故其熔点也较高。(2)对化学性质的影响N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2的性质很稳定，H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。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eq\a\vs4\al(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：I2eq\a\vs4\al(>)Br2eq\a\vs4\al(>)Cl2eq\a\vs4\al(>)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性质影响①存在氢键的物质，其熔、沸点明显高于同族同类物质。如H2O的熔、沸点高于H2S②氨极易液化，是因为NH3分子间存在氢键；NH3极易溶于水，也是因为NH3分子与H2O分子间易形成氢键③水结冰时体积膨胀、密度减小，是因为结冰时形成了氢键【典例剖析】高频考点一同位素与同素异形体例1.（2021·广东卷）“天问一号”着陆火星，“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学，长征系列运载火箭使用的燃料有液氢和煤油等化学品。下列有关说法正确的是A．煤油是可再生能源B．H2燃烧过程中热能转化为化学能C．火星陨石中的质量数为20D．月壤中的与地球上的互为同位素【举一反三】（2020·浙江卷）下列说法正确的是()A.和是两种不同的元素 B.单晶硅和石英互为同素异形体C.和互为同系物 D.H与Na在元素周期表中处于同一主族【易错警示】①元素的种类由原子核内的质子数决定，因此划分元素种类的唯一标准是质子数(即核电荷数)。②元素概念中的原子是泛指，即各种状况下的原子或离子(包括游离态和化合态)，所以H、D、T、H＋、H－都属于氢元素。③元素是个宏观概念，元素只讲种类，不讲个数，元素组成物质。【变式探究】我国稀土资源丰富。下列有关稀土元素eq\o\al(144,62)Sm与eq\o\al(150,62)Sm的说法正确的是()A.eq\o\al(144,62)Sm与eq\o\al(150,62)Sm互为同位素B.eq\o\al(144,62)Sm与eq\o\al(150,62)Sm的质量数相同C.eq\o\al(144,62)Sm与eq\o\al(150,62)Sm是同一种核素D.eq\o\al(144,62)Sm与eq\o\al(150,62)Sm的核外电子数和中子数均为62高频考点二“10电子”“18电子”微粒的应用例2.（2021·湖南卷）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Y的原子序数等于W与X的原子序数之和，Z的最外层电子数为K层的一半，W与X可形成原子个数比为2：1的分子。下列说法正确的是A．简单离子半径：B．W与Y能形成含有非极性键的化合物C．X和Y的最简单氢化物的沸点：D．由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性【方法技巧】寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法(1)“10电子”微粒(2)“18电子”微粒【变式探究】（2020·浙江卷）X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。Y元素的最高正价为+4价，Y元素与Z、M元素相邻，且与M元素同主族；化合物的电子总数为18个；Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子。下列说法不正确的是()A.原子半径：B.最高价氧化物对应水化物的酸性：C.易溶于水，其水溶液呈碱性D.X、Z和Q三种元素形成的化合物一定是共价化合物高频考点三利用核外电子排布规律推断元素例3.4．（2021·全国甲卷）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和，也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是A．原子半径：B．W与X只能形成一种化合物C．Y的氧化物为碱性氧化物，不与强碱反应D．W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物【举一反三】（2020·新课标Ⅲ）W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素，四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z；化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是()A.非金属性：W>X>Y>Z B.原子半径：Z>Y>X>WC.元素X的含氧酸均为强酸 D.Y的氧化物水化物为强碱【变式探究】(2020·浙江7月选考，16)X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。Y元素的最高正价为＋4价，Y元素与Z、M元素相邻，且与M元素同主族；化合物Z2X4的电子总数为18个；Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子。下列说法不正确的是()A．原子半径：Z＜Y＜MB．最高价氧化物对应水化物的酸性：Z＞Y＞MC．X2Z—ZX2易溶于水，其水溶液呈碱性D．X、Z和Q三种元素形成的化合物一定是共价化合物高频考点四8电子结构与电子式的判断及其应用例4.（2020·新课标Ⅱ）一种由短周期主族元素组成的化合物(如图所示)，具有良好的储氢性能，其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24。下列有关叙述错误的是A.该化合物中，W、X、Y之间均为共价键B.Z的单质既能与水反应，也可与甲醇反应C.Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸D.X的氟化物XF3中原子均为8电子稳定结构【方法技巧】判断分子中各原子是否达到8电子的稳定结构，主要有两种方法：(1)经验规律法凡符合最外层电子数＋|化合价|＝8的皆为8电子稳定结构。(2)试写结构法判断某化合物中的某元素最外层是否达到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：O原子最外层有6个电子，H2O中每个O原子又与两个H原子形成两个共价键，所以H2O中的O原子最外层有6＋2＝8个电子，但H2O中的H原子最外层只有2个电子；②N2：N原子最外层有5个电子，N与N之间形成三个共价键，所以N2中的N原子最外层达到8电子稳定结构。【变式探究】(2019·海南，13)自门捷列夫发现元素周期律以来，人类对自然的认识程度逐步加深，元素周期表中的成员数目不断增加。回答下列问题：(1)2016年IUPAC确认了四种新元素，其中一种为Mc，中文名为“镆”。元素Mc可由反应：eq\o\al(243,95)Am＋eq\o\al(41,20)Ca=eq\o\al(281,115)Mc＋3eq\o\al(1,0)n得到。该元素的质子数为________，287Mc与288Mc互为__________________。(2)Mc位于元素周期表中第ⅤA族，同族元素N的一种氢化物为H2N—NH2，写出该化合物分子的电子式：______________________，该分子内存在的共价键类型有________________。(3)该族中的另一元素P能呈现多种化合价，其中＋3价氧化物的分子式为_______________，＋5价简单含氧酸的分子式为__