第15讲-原子结构-化学键(精讲)-2022年一轮复习讲练测(原卷版)

第五章物质结构元素周期律第15讲原子结构化学键（精讲）【考情分析】本讲内容是高考的常考点，高考中常以选择题型出题，考查内容主要有以下四方面：①核素与同位素的概念及表示方法；②原子结构示意图的书写及粒子“量”之间的关系；③化学键类型与存在的判断；④电子式的书写，结合其他化学用语一起考查。预计今后高考考查的重点仍会以元素及其化合物知识为载体，用物质结构理论来解释现象、定性推断、定量计算，向多方位、多角度、多层次方向延伸，主要表现在以下几个方面：一是元素、核素和同位素的概念及性质；二是原子结构及各粒子“量”之间的关系；三是8e－结构判断及等电子微粒的判断及应用，如10e－、18e－微粒；四是化学键类型的判断与化合物类型的判断；五是电子式的书写，结合其他化学用语一起考查。考查方式有选择题和填空题，选择题测试角度主要考查学生对原子结构，核外电子排布规律、化学键类型判断等的认识和理解能力。在填空题中常常和元素推断的内容结合起来，借以考查学生对元素或物质微观结构的认识。【核心素养分析】宏观辨识与微观探析：能用原子或物质结构解释元素或相关物质的性质，其实质是能根据原子核外电子排布、典型物质的结构(电子式、结构式等)、典型物质(最高价氧化物对应的水化物、氢化物)性质的变化规律等，通过知识的类比迁移，推断、比较、解释元素及相关物质的性质。证据推理与模型认知：通过对原子结构认识逐步深入的演变过程认识模型在科学发展中的作用。【网络构建】【知识梳理】知能点一原子结构与核素、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)微粒之间的等式关系1）质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)；2）电性关系：①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数；②阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数，如Mg2＋的核外电子数是10。③阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数，如Cl－的核外电子数是18。(3)微粒符号周围数字的含义【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．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。3.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)的质量与一个12C质量的eq\f(1,12)的比值。一种元素有几种同位素，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：是根据该元素各种天然同位素的相对原子质量按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝Ar1×a%＋Ar2×b%＋Ar3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。(3)核素的近似相对原子质量＝该核素的质量数。(4)元素的近似相对原子质量：是根据该元素各种天然同位素的质量数按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。即：Ar(E)＝A1×a%＋A2×b%＋A3×c%＋…，其中a%＋b%＋c%＋…=1。知能点二核外电子排布1．电子的运动特征运动速度很快，与宏观物体的运动有极大不同：不能同时确定速度和位置，不能描绘动轨迹。2.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)。3．原子结构示意图4．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，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属原子易形成阴离子，在化合物中主要显负化合价。(3)稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。5．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6．1～20号元素原子核外电子排布的特点与规律(1)原子核中无中子的原子：eq\o\al(1,1)H。(2)最外层只有一个电子的原子：H、Li、Na、K；最外层有两个电子的原子：He、Be、Mg、Ca。(3)最外层电子数等于次外层电子数的原子：Be、Ar；最外层电子数是次外层电子数2倍的原子：C；最外层电子数是次外层电子数3倍的原子：O。(4)电子层数与最外层电子数相等的原子：H、Be、Al；最外层电子数是电子层数2倍的原子：He、C、S；最外层电子数是电子层数3倍的原子：O。(5)次外层电子数是最外层电子数2倍的原子：Li、Si。(6)内层电子总数是最外层电子数2倍的原子：Li、P。(7)与He原子电子层结构相同的离子有：H－、Li＋、Be2＋。(8)次外层电子数是其他各层电子总数2倍的原子：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。7．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，如同位素原子。(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－。知能点三化学键、分子间作用力和氢键（一）化学键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.分类3．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、NH4Cl4．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。③离子键中“静电作用”包括静电吸引和静电排斥，且二者达到平衡。5．电子式(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。(2)电子式的书写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)电子式书写常见的6大误区①漏写未参与成键的电子，如：N2：N⋮⋮N，正确应为∶N⋮⋮N∶②化合物类型不清楚，漏写或多写[]及错写电荷数，如：NaCl：Na＋eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up11(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)；HF：H＋[eq\o\al(·,·)eq\o(F,\s\up11(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)]－，正确应为NaCl：Na＋[eq\o\al(·,·)eq\o(Cl,\s\up11(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)]－，HF：Heq\o\al(·,·)eq\o(F,\s\up11(··),\s\do4(··))eq\o\al(·,·)。③书写不规范，错写共用电子对，写双原子分子的非金属单质的电子式时，要注意共用电子对的数目和表示方法。如：N2的电子式为∶N⋮⋮N∶，不能写成∶N∶∶∶N∶，更不能写成eq\o\al(·,·)eq\o(N,\s\up14(··))eq\o\al(·,·)eq\o(N,\s\up14(··,))eq\o\al(·,·)或·eq\o(N,\s\up14(··,))eq\o\al(·,·)eq\o(N,\s\up11(··),\s\do4(··))·。④错误理解原子间的结合顺序，如HClO的结构式为H—O—Cl而非H—Cl—O。确定原子间连接顺序的方法是先标出各原子的化合价，然后根据异性微粒相邻，同性微粒相间的原则确定，如HClO中各元素的化合价为eq\o(H,\s\up14(＋1))eq\o(Cl,\s\up14(＋1))eq\o(O,\s\up14(－2))，其结构式为H—O—Cl，电子式为：eq\o(Cl,\s\up11(),\s\do4())：eq\o(O,\s\up11(),\s\do4())：H。⑤忽视原子最外层电子数，均写成8电子结构，如CHeq\o\al(＋,3)的电子式为[H：eq\o(C,\s\up14(,))H：H]＋而非[H：eq\o(C,\s\up11(),\s\do4())H：]＋。⑥不考虑A2B、AB2型离子化合物中2个A、2个B是分开写还是一起写。要注意每一个离子都与带相反电荷的离子直接相邻的事实。如Na2O的电子式应为Na＋[：eq\o(O,\s\up11(),\s\do4())：]2－Na＋，不能写成Naeq\o\al(＋,2)[：eq\o(O,\s\up11(),\s\do4())：]2－；再如CaBr2的电子式为[：eq\o(Br,\s\up11(),\s\do4())：]－Ca2＋[：eq\o(Br,\s\up11(),\s\do4())：]－。(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：。(4)陌生电子式书写方法①确定该物质是属于共价化合物还是离子化合物；②确定该物质中各原子的成键方式；③根据各原子最外层电子数和成键后各原子达到最外层8(或2)电子稳定结构的要求，分析各原子共用电子对的情况；④根据化合物类型、成键方式和原子稳定结构的分析，书写电子式。6.化学键与物质类别的关系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①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。②NaCl等部分离子化合物，也有很强的离子键，故熔点也_较高__。(2)对化学性质的影响①N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2性质很_稳定__。②H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易_分解__。(3)物质熔化、溶解时化学键的变化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A．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。B．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。C．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，其分子内的共价键破坏，如Cl2、F2等。（二）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：I2eq\a\vs4\al(>)Br2eq\a\vs4\al(>)Cl2eq\a\vs4\al(>)F22.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3.化学键、分子间作用力、氢键的强弱：范德华力＜氢键＜化学键。【特别提醒】化学键判断常见错误(1)认为有化学键破坏的变化一定是化学变化，如HCl溶于水破坏共价键是物理变化。(2)认为物质在熔化时都破坏化学键，如HCl、S等熔化时不破坏化学键。(3)认为物质中均含化学键，如稀有气体中不含化学键。(4)认为只含非金属元素的化合物不存在离子键，如NH4NO3中存在离子键。(5)认为金属与非金属之间不能形成共价键，如AlCl3中存在共价键。(6)认为离子化合物中不存在共价键，如NaOH中存在共价键。(7)认为共价化合物中存在离子键，根据离子化合物定义若含离子键一定是离子化合物。【典例剖析】高频考点1考查同位素与同素异形体的判断例1.（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【变式训练】(2021·河北衡水高三检测)随着科学技术的不断进步，研究物质的手段和途径越来越多，Neq\o\al(＋,5)、H3、O4、C60等已被发现。下列有关说法正确的是()A．Neq\o\al(＋,5)中含有36个电子B．O2与O4属于同分异构体C．C60和12C、14C互为同位素D．H2与H3属于同素异形体高频考点2考查原子中各种微粒数目之间的关系与计算例2(2021·山东淄博高三检测)质子数和中子数之和为A，核内中子数为N的R2＋与16O所形成的Wg氧化物中所含质子的物质的量为()A．eq\f(W,A＋16)(A－N＋8)molB．eq\f(W,A＋16)(A－N＋10)molC．(A－N＋8)molD．eq\f(W,A＋16)(A－N＋6)mol【变式训练】（专题04物质结构和元素周期律——备战2021年高考化学纠错笔记）若NA为阿伏加德罗常数，已知某元素的阴离子Rn-的原子核中，中子数为A-x＋n，其中A为原子的质量数，则mgRn-中电子总数为A． B． C． D．高频考点3考查核外电子排布规律的理解与应用例3.(2021·河南信阳调研)现有部分元素的原子结构特点如表：XL层电子数是K层电子数的3倍Y核外电子层数等于原子序数ZL层电子数是K层和M层电子数之和W共用三对电子形成双原子分子，常温下为气体单质下列叙述中正确的是()A．W原子结构示意图为B．元素X和Y只能形成原子个数比为1︰2的化合物C．元素X比元素Z的非金属性强D．X、Y、Z、W四种元素不能形成离子化合物【变式训练】下列有关短周期元素原子的说法正确