2024高考化学一轮复习第五章物质结构元素周期律第17讲原子结构化学键学案

PAGE14-第五章物质结构元素周期律[考试要求]1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子构成。了解原子序数、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.了解原子核外电子排布；驾驭原子结构示意图。4.驾驭元素周期律的实质。了解元素周期表的结构(周期、族)及其应用。5.以第三周期为例，驾驭同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。6.以第ⅠA和第ⅦA族为例，驾驭同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。7.了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质递变的规律。8.了解化学键的定义。了解离子键、共价键的形成。9.驾驭电子式的表示方法。第17讲原子结构化学键一、原子的构成1．原子的构成粒子2．原子中的4个数量关系(1)质子数(Z)＝核电荷数＝eq\o(□,\s\up3(01))核外电子数＝原子序数。(2)质量数(A)＝eq\o(□,\s\up3(02))质子数＋eq\o(□,\s\up3(03))中子数。(3)阳离子的核外电子数＝eq\o(□,\s\up3(04))质子数－所带电荷数。如Mg2＋的核外电子数是eq\o(□,\s\up3(05))10。(4)阴离子的核外电子数＝eq\o(□,\s\up3(06))质子数＋所带电荷数。如S2－的核外电子数是eq\o(□,\s\up3(07))18。3．“三素”——元素、核素、同位素(1)元素、核素、同位素的概念及相互关系(2)同位素的特征与应用①同位素的特征a．化学性质eq\o(□,\s\up3(07))相同，物理性质eq\o(□,\s\up3(08))不同。b．自然存在的同一元素各核素所占的原子百分数一般eq\o(□,\s\up3(09))固定。②常见的重要核素及其应用核素eq\o\al(235,92)Ueq\o(□,\s\up3(10))eq\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eq\o(□,\s\up3(11))氢弹示踪原子二、原子核外电子排布规律1．核外电子排布规律eq\x(能量规律)→离核由近到远，电子能量由eq\o(□,\s\up3(01))低到eq\o(□,\s\up3(02))高eq\x(数量规律)→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每层最多容纳的电子数为\o(□,\s\up3(03))2n2,最外层不超过\o(□,\s\up3(04))8个K层为,最外层时不超过\o(□,\s\up3(05))2个,次外层不超过\o(□,\s\up3(06))18个))2．原子结构示意图3．核外电子排布与元素性质的关系(1)金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易eq\o(□,\s\up3(01))失电子，易形成eq\o(□,\s\up3(02))阳离子，在化合物中显eq\o(□,\s\up3(03))正化合价。(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易eq\o(□,\s\up3(04))得电子，活泼非金属原子易形成eq\o(□,\s\up3(05))阴离子。在化合物中主要显eq\o(□,\s\up3(06))负化合价。(3)稀有气体元素的原子最外层为eq\o(□,\s\up3(07))8电子(氦为eq\o(□,\s\up3(08))2电子)稳定结构，eq\o(□,\s\up3(09))不易失去或得到电子，化合价通常显eq\o(□,\s\up3(10))0价。三、化学键1．化学键(1)概念：使离子相结合或原子相结合的作用力。(2)分类2．离子键与共价键的比较3．化学键与物质的类别(1)离子化合物与共价化合物(2)化学键与物质类别的关系4．电子式(1)概念：在元素符号四周，用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。(2)电子式的书写①原子：一般价电子少于4时以单电子分布，多于4时多出部分以电子对分布。如：Naeq\o(□,\s\up3(01))Naeq\a\vs4\al\co1(·)Mgeq\o(□,\s\up3(02))eq\a\vs4\al\co1(·)Mgeq\a\vs4\al\co1(·)Aleq\o(□,\s\up3(03))eq\a\vs4\al\co1(·)eq\o(Al,\s\up6(·))eq\a\vs4\al\co1(·)Seq\o(□,\s\up3(04))eq\a\vs4\al\co1(·)eq\o(S,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\a\vs4\al\co1(·)Cleq\o(□,\s\up3(05))eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\a\vs4\al\co1(·)②简洁阳离子：其离子符号即电子式。如：Na＋、Mg2＋、Al3＋。③简洁阴离子：写出元素符号，然后在其上、下、左、右标出最外层(包括得到的)电子数，并加“[]”围起来，然后在其右上角标出电荷。如：S2－eq\o(□,\s\up3(06))[eq\o\al(·,·)eq\o(S,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)]2－Cl－eq\o(□,\s\up3(07))[eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)]－④原子团：按原子间连接依次将各原子的元素符号写出，然后将它们的最外层电子(包括得到和失去的一并分析)的共用和单独占有(孤电子对)状况在各元素符号四周标出，并加“[]”围起来，最终在其右上角标出电荷，留意相同原子不合并。如：OH－eq\o(□,\s\up3(08))[eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)H]－Oeq\o\al(2－,2)eq\o(□,\s\up3(09))[eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)]2－NHeq\o\al(＋,4)—OHeq\o(□,\s\up3(11))eq\a\vs4\al\co1(·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)H⑤单质及共价化合物按原子间连接依次将各原子的元素符号写出，然后将它们的最外层电子(包括得到和失去的一并分析)的共用和单独占有(孤电子对)状况在各元素符合四周标出，留意相同原子不合并，无“[]”，不标电荷。如：⑥离子化合物：将化学式中离子的电子式按连接依次写在一起，留意同性不相邻，相同不合并，离子合理分布。如：NaOHeq\a\vs4\al(\o(□,\s\up3(20))Na＋[\o\al(·,·)\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)H]－)Na2O2eq\a\vs4\al(\o(□,\s\up3(21))Na＋[\o\al(·,·)\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)]2－Na＋)(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，用弯箭头表示出电子的转移方向，相同的原子或离子不合并。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：eq\a\vs4\al(\o(□,\s\up3(24))H\a\vs4\al\co1(·)＋\a\vs4\al\co1(·)\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)→H\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·))。四、范德华力、氢键1．分子间作用力(1)定义：eq\o(□,\s\up3(01))把分子聚集在一起的作用力，又称eq\o(□,\s\up3(02))范德华力。(2)特点分子间作用力比化学键eq\o(□,\s\up3(03))弱得多，它主要影响物质的eq\o(□,\s\up3(04))熔点、eq\o(□,\s\up3(05))沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。(3)改变规律一般来说，对于组成和结构相像的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力eq\o(□,\s\up3(06))越大，物质的熔、沸点也eq\o(□,\s\up3(07))越高。例如，熔、沸点：I2eq\o(□,\s\up3(08))>Br2eq\o(□,\s\up3(09))>Cl2eq\o(□,\s\up3(10))>F2。2．氢键(1)定义：分子间存在的一种比eq\o(□,\s\up3(01))分子间作用力稍强的相互作用。(2)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eq\o(□,\s\up3(02))上升。1．推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。(1)通过化学改变可以实现16O与18O间的相互转化。(×)错因：同位素之间的转化不是化学改变，是核反应。(2)全部物质中都存在化学键。(×)错因：稀有气体中不存在化学键。(3)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键肯定是离子键。(×)错因：H与卤素原子结合时形成共价键。(4)非金属元素原子之间肯定形成共价键，不行能形成离子键。(×)错因：NH4Cl中NHeq\o\al(＋,4)与Cl－之间为离子键。(5)最外层电子数为8的粒子肯定是稀有气体元素原子。(×)错因：Na＋等最外层电子数为8，其不是稀有气体。(6)CaCl2的电子式：eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))·eq\o\al(－,·)[Ca2＋]eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))·eq\o\al(－,·)。(×)错因：CaCl2的电子式为eq\a\vs4\al([\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)]－Ca2＋[\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)]－)。(7)次氯酸(HClO)的电子式：Heq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)。(×)错因：eq\a\vs4\al(HClO的电子式为H\o\al(·,·)\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))\o\al(·,·)。)2．教材改编题(据人教必修二P11T4)放射性同位素铀eq\o\al(235,92)U的原子核内的中子数与核外电子数之差为()A．143 B．92C．51 D．32答案C3．教材改编题(据人教必修二P25T9)有以下9种物质：①Ne②NH4Cl③KNO3④NaOH⑤Cl2⑥SO2⑦H2S⑧Na2O2⑨MgCl2(1)既存在离子键又存在共价键的是________。(2)不存在化学键的是________。(3)属于共价化合物的是________。(4)属于离子化合物的是________。答案(1)②③④⑧(2)①(3)⑥⑦(4)②③④⑧⑨解析①是不存在化学键的单质；②、③、④、⑧是既存在离子键，又存在共价键的离子化合物；⑤是存在共价键的单质；⑥、⑦是存在共价键的共价化合物；⑨是只存在离子键的离子化合物。考点eq\a\vs4\al(一)原子结构核素[解析]40K的质子数是19，中子数是21,40Ca的质子数是20，中子数是20，A错误；原子最外层只有一个电子的元素不肯定是金属元素，如氢元素是非金属元素，B错误；原子是由原子核和核外电子构成的，原子核由质子和中子构成，原子变成离子，改变的是核外电子，但核内质子不变，所以任何原子或离子的组成中都含有质子，C正确；互为同位素的不同核素间核外电子数相同，电子层排布相同，所以化学性质相同，但物理性质不同，D错误。[答案]C1．正确理解微粒的组成和结构(1)有质子的原子不肯定有中子，有质子的微粒不肯定有电子。如eq\o\al(1,1)H只有一个质子和一个电子，不含中子；H＋只有一个质子，既没有中子也没有电子。(2)质子数相同的粒子不肯定属于同种元素，如Ne和H2O。(3)任何微粒中，质量数＝质子数＋中子数，但质子数与电子数不肯定相等，如阴、阳离子中。(4)核外电子数相同的微粒，其质子数不肯定相同，如Al3＋和Na＋、F－等，NHeq\o\al(＋,4)与OH－等。(5)一个信息丰富的符号2．正确理解元素、核素、同位素的概念(1)元素、核素、同位素之间的关系(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)核素之间的转化，既不是物理改变也不是化学改变，是核反应。(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。3．两种相对原子质量(1)原子(即核素)的相对原子质量一个原子(即核素)的质量与12C质量的eq\f(1,12)的比值。一种元素有几种核素，就有几种不同核素的相对原子质量。(2)元素的相对原子质量是按该元素各种核素的相对原子质量和所占的原子百分比算出的平均值。如：Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。1．下列说法不正确的是()①质子数相同的粒子肯定是同一元素②质子数相同且电子数也相同的两种粒子不行能一种是分子，另一种是离子③电子数相同的粒子不肯定是同种元素④一种元素不能形成不同单质⑤某元素的相对原子质量取整数值就是质量数A．②④⑤ B．①④⑤C．②③④ D．②③答案B解析留意微观粒子包括原子、分子、离子等，H2O、NH3、Ne等微粒的质子数相同，不是同一种元素，所以①不正确，分析选项，选B(巧答)。2．氢包括两种稳定核素：H和D，氧常见的核素有16O、17O和18O，下列有关说法正确的是()A．H2和D2互为同分异构体，其化学性质完全相同B．Heq\o\al(16,2)O、Heq\o\al(17,2)O、Heq\o\al(18,2)O互为同位素，都能与金属钠发生反应C．18O2和18O3互为同素异形体，其密度之比为2∶3D．电解肯定量的Deq\o\al(18,2)O时，阴、阳两极所得气体的质量之比约为2∶9答案D解析同分异构体的分子式相同，结构不同，H2和D2结构相同，A错误；16O、17O、18O互为同位素，Heq\o\al(16,2)O、Heq\o\al(17,2)O、Heq\o\al(18,2)O既不互为同位素，也不是同素异形体，B错误；18O2和18O3互为同素异形体，但只有在同温同压下，它们的密度之比才为2∶3，C错误；电解肯定量的Deq\o\al(18,2)O时，阴、阳两极会收集到物质的量之比为2∶1的D2和18O2，其质量之比约为2∶9，D正确。考点eq\a\vs4\al(二)核外电子排布规律及应用[解析]X、Y、Z是短周期主族元素，原子序数X<Y<Z，Y原子的电子总数等于Z＋的最外层电子数，则Z原子最外层有1个电子，Z是Na元素；Na＋最外层有8个电子，则Y是O元素；O原子最外层有6个电子，所以X是C元素。元素原子核外电子层数越多，原子半径越大，同一周期的主族元素原子序数越大，原子半径越小，由于Z是第三周期元素，X、Y是其次周期元素，原子序数X<Y，所以原子半径：Z>X>Y，A错误；Z2X2Y4化学式是Na2C2O4，该物质属于强碱弱酸盐，水溶液显碱性，B正确；C2Oeq\o\al(2－,4)没有很强的氧化性，C错误；Y与Z形成的两种常见化合物是Na2O、Na2O2，二者的阴、阳离子个数比都是1∶2，D错误。[答案]B1．1～20号元素的特别的电子层结构(1)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na、K。(2)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar。(3)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：C。(4)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素：O。(5)最外层电子数是内层电子数总数一半的元素：Li、P。(6)最外层电子数是次外层电子数4倍的元素：Ne。(7)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si。(8)次外层电子数是其他各层电子总数2倍的元素：Li、Mg。(9)次外层电子数与其他各层电子总数相等的元素：Be、S。(10)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。2．找寻“10电子”粒子和“18电子”粒子的方法(1)“10电子”粒子(2)“18电子”粒子3．质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系(1)可以是两种原子，犹如位素原子。(2)可以是两种分子，如CH4、NH3等。(3)可以是两种带电荷数相同的阳离子，如NHeq\o\al(＋,4)、H3O＋。(4)可以是两种带电荷数相同的阴离子，如OH－、F－。3．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________________。答案(1)[eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)H]－(2)NHeq\o\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋H3O＋＋NH3=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(3)CH4、Ne、HF(任选两种即可)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＋。4．(2024·湖南名校高三大联考)A、B、C、D、E、F为原子序数依次增大的六种短周期主族元素，A的单质是最志向的燃料，C原子次外层电子数是最外层的eq\f(1,3)，E与C同主族。下列说法不正确的是()A．元素F的最高价氧化物对应的水化物肯定是一种强酸B．元素D与A肯定形成共价化合物C．元素B可能与元素A形成多种共价化合物D．若元素D是非金属元素，则D的单质可能是良好的半导体材料答案B解析由题干信息可推断出A为H，C为O，E为S，F为Cl。Cl元素的最高价氧化物对应的水化物HClO4是一种典型的强酸，A项正确；D是F、Na、Mg、Al、Si、P元素中的一种，其中Mg、Na与H形成的化合物均是离子化合物，B项错误；若B为C元素，则其能与H元素形成多种共价化合物，C项正确；若D是Si元素，则其单质是良好的半导体材料，D项正确。考点eq\a\vs4\al(三)化学键物质构成[解析]依据题意，可以推断X为Ca、Y为Cl、Z为S、W为C。(3)CS2为共价化合物，A错误；元素的非金属性越强，其气态氢化物越稳定，故稳定性HCl>H2S，C错误；核外电子总数相同的简洁离子，质子数越大，半径越小，所以r(Ca2＋)<r(Cl－)，D错误。(4)CaCl2的电子式为[eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)]－Ca2＋[eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up6(··),\s\do15(··))eq\o\al(·,·)]－，A错误；Cl2与H2S反应的离子方程式中H2S为弱酸不拆，应写为：Cl2＋H2S=S↓＋2H＋＋2Cl－，C错误。[答案](1)20CaCl2(2)硫碳(3)B(4)BD1．化学键类型的推断方法2．化合物类型与化学键类型的关系(1)存在离子键的化合物肯定是离子化合物。(2)离子化合物中肯定存在离子键，可能存在共价键，如NaOH、Na2O2、(NH4)2SO4等。(3)共价化合物中只有共价键，肯定没有离子键。(4)含有共价键的化合物不肯定是共价化合物，如NH4Cl、NaOH、Na2O2等。(5)全部由非金属元素组成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐，铵根离子和酸根离子之间以离子键结合。由金属元素和非金属元素形成的化合物也可能是共价化合物，如AlCl3。3．物质熔化、溶解时化学键的改变(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。留意强酸酸式盐溶解和熔化破坏的化学键不完全相同。如NaHSO4(aq)=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(2－,4)(破坏离子键和共价键)，NaHSO4(熔融)=Na＋＋HSOeq\o\al(－,4)(只破坏离子键)。(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，其分子内共价键被破坏，如CO2和SO2等。②有些共价化合物溶于水后发生电离，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．氢键对物质