公開課 物質結構與性質專題

2021-01-08 化學高中

【考試要求】

原子結構與性質

l 了解多電子原子中核外電子分層排布遵循的原理,能用電子排布式表示常見元素(1~36號)原子核外電子的排布。

l 了解同一周期、同一主族中元素電離能和電負性的變化規律。

化學鍵與物質的性質

l 了解共價鍵的主要類型σ鍵和π鍵,能用鍵能、鍵長、鍵角等數據說明簡單分子的某些性質(對σ鍵和π鍵之間相對強弱的比較不作要求)。

l 了解極性鍵和非極性鍵,了解極性分子和非極性分子及其性質的差異。

l 能根據雜化軌道理論和價層電子對互斥模型判斷簡單分子或離子的空間構型(對d軌道參與雜化和AB5型以上複雜分子或離子的空間構型不作要求)。

l 了解「等電子原理」的含義,能結合實例說明「等電子原理」的應用。

l 了解簡單配合物的成鍵情況(配合物的空間構型和中心原子的雜化類型不作要求)。

l 了解NaCl型和CsCl型離子晶體的結構特徵。

l 能根據離子化合物的結構特徵和晶格能解釋離子化合物的物理性質。

l 了解原子晶體的特徵,能描述金剛石、二氧化矽等原子晶體的結構與性質的關係。

l 理解金屬鍵的含義,能用金屬鍵的自由電子理論解釋金屬的一些物理性質。

l 知道金屬晶體的基本堆積方式,了解常見金屬晶體的晶胞結構(晶體內部空隙的識別、與晶胞的邊長等晶體結構參數相關的計算不作要求)。

分子間作用力與物質的性質

l 知道分子間作用力的含義,了解化學鍵和分子間作用力的區別。

l 知道分子晶體的含義,了解分子間作用力的大小對物質某些物理性質的影響。

l 了解氫鍵的存在對物質性質的影響(對氫鍵相對強弱的比較不作要求)。

l 了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結構微粒、微粒間作用力的區別。

【命題趨勢】

本專題考查表現為一道獨立的綜合題,約佔12分。覆蓋原子結構、分子結構、晶體結構等核心概念,知識點全面,但整體難度不大。

【要點梳理】

原子結構與性質

1.構造原理

圖(1) 圖(2)

①根據構造原理,基態原子核外電子的排布遵循圖⑴箭頭所示的順序。

②根據構造原理,可以將各能級按能量的差異分成能級組如圖⑵所示,由下而上表示七個能級組,其能量依次升高;在同一能級組內,從左到右能量依次升高。基態原子核外電子的排布按能量由低到高的順序依次排布。

2.第一電離能

氣態電中性基態原子失去1個電子,轉化為氣態基態正離子所需要的能量叫做第一電離能。常用符號I1表示,單位為kJ/mol。

同周期元素,從左往右第一電離能呈增大趨勢。電子亞層結構為全滿、半滿時較相鄰元素要大即第 ⅡA 族、第 ⅤA 族元素的第一電離能分別大於同周期相鄰元素。

同主族元素,從上到下第一電離能逐漸減小。

3.電負性

元素的原子在分子中吸引電子對的能力叫做該元素的電負性。

(1)同周期元素從左到右,電負性逐漸增大;(2)同周期元素從上到下,元素的電負性逐漸減小。

化學鍵與物質的性質

1.鍵的極性和分子的極性

2.多原子分子(離子)的立體結構

3.價層電子對互斥模型判斷簡單分子或離子的空間構型

4.等電子原理及其應用

等電子體:原子數相同,價電子數也相同的微粒,如:CO和N2,CH4和NH4+;等電子體具有相似的化學鍵特徵,性質相似。

5.簡單配合物

概念

表示

條件

共用電子對由一個原子單方向提供給另一原子共用所形成的共價鍵。

A B

電子對給予體 電子對接受體

其中一個原子必須提供孤對電子,另一原子必須能接受孤對電子的軌道。

6.典型離子晶體的結構特徵

NaCl型晶體

CsCl型晶體

每個Na+離子周圍被六個C1—離子所包圍,同樣每個C1—也被六個Na+所包圍。

每個正離子被8個負離子包圍著,同時每個負離子也被8個正離子所包圍。

7.金屬鍵對金屬通性的解釋

金屬通性

解釋

金屬光澤

金屬中的自由電子能在一定範圍內自由活動,無特徵能量限制,可以在較寬範圍內吸收可見光並隨即放出,因而使金屬不透明、具一定金屬光澤(多數為銀白色)。

導電

在外加電場的作用下,自由電子在金屬內部發生定向運動,形成電流。

導熱

自由電子把能量從溫度高的區域傳到溫度低的區域,從而使整塊金屬達到同樣的溫度。

有延展性

當金屬受到外力作用時,金屬原子之間發生相對滑動,表現為良好的延展性。

8.金屬原子在空間的堆積方式

鈉、鉀、鉻、鎢等

體心立方堆積

鎂、鈦、鋅等

六方堆積

金、銀、銅、鋁等

面心立方堆積

分子間作用力與物質的性質

1.氫鍵對物質性質的影響

分子間氫鍵使物質的熔沸點升高,使物質的溶解性增強;分子內氫鍵一般使物質的熔沸點降低。

分子間氫鍵

2.幾種類型的晶體的比較

晶體類型

金屬晶體

離子晶體

原子晶體

分子晶體

構成微粒

金屬陽離子和自由電子

陰、陽離子

原子

分子

微粒間作用力

金屬鍵

離子鍵

共價鍵

分子間作用力

熔、沸點

隨金屬鍵強弱變化,差別較大

較高

很高

較低

硬度

隨金屬鍵強弱變化,差別較大

較大

很大

較小

導電性

良好

水溶液和熔融狀態能導電

一般不導電

一般不導電

舉例

所有固態金屬

NaCl、CsCl、CaF2

金剛石、晶體矽、SiO2

乾冰、冰、I2

HN3稱為疊氮酸,常溫下為無色有刺激性氣味的液體。N3—也被稱為類滷離子。用酸與疊氮化鈉反應可製得疊氮酸。而疊氮化鈉可從下列反應製得:NaNH2+N2O=NaN3+H2O。HN3、濃鹽酸混合液可溶解銅、鉑、金等不活潑金屬,如溶解銅生成CuCl2—。銅和鉑的化合物在超導和醫藥上有重要應用,Cu的化合物A(晶胞如圖)即為超導氧化物之一,而化學式為Pt(NH3)2Cl2的化合物有兩種異構體,其中B異構體具有可溶性,可用於治療癌症。試回答下列問題:

(1)基態銅原子核外電子排布式為。

(2)元素N、S、P的第一電離能(I1)由大到小的順序為。

(3)HN3屬於晶體,N3—的空間構型是_____,與N3—互為等電子體的分子的化學式為(寫1種)。NH2—的電子式為,其中心原子的雜化類型是。

(4)CuCl2—中的鍵型為,超導氧化物A的化學式為

(5)治癌藥物B的結構簡式為

[解析] (1)根據銅的原子序數和構造原理可寫出:1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1

(2)同主族元素,從上到下第一電離能逐漸減小,N和P原子的外層電子構型具有較穩定的p3半滿結構,第一電離能比硫的大,則N、S、P的第一電離能(I1)由大到小的順序為:N>P>S

(3)分子,直線,CO2 (N2O、CS2,寫1個即可),

sp3

(4)配位鍵(寫共價鍵也可) 根據晶胞中頂點、面、體心的分配關係,A的化學式為YBa2Cu3O7

(5)B異構體具有可溶性,說明其為極性分子:

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【典例精析】

[化學——選修3:物質結構與性質](15分)

N、Cu及其相關化合物用途非常廣泛。回答下列問題:

(1)基態銅原子的價電子排布式為__________________。

(2)銅與鉀處於同周期且最外層電子數相同,銅的熔沸點及硬度均比鉀大,其原因是___________________________。

(3)NH3分子的立體構型為_________,中心原子的雜化類型是_________。

(4)N、S、P是組成蛋白質的常見元素。三種元素中第一電離能最大的是_________,電負性最小的是_________。(填元素符號)

(5)已知:Cu2O熔點為1235℃,CuCl熔點為426℃,則可判定Cu2O為_________ (填「離子晶體」或「分子晶體」,下同),CuCl為_________。

(6)氮與銅形成的一種化合物的晶胞結構如圖所示。

與每個Cu原子緊鄰的Cu原子有_________個,阿伏加德羅常數的數值為NA,該晶體的密度為_________ (列出計算式)g·cm-3。

【答案】(1)3d104s1(2分)

(2)銅原子半徑較小且價電子數較多,金屬鍵更強 (2分)

(3)三角錐形(1分) sp3 (1分)

(4)N(1分) P (1分)

(5)離子晶體(1分) 分子晶體 (1分)

(6)8 (2分)

(3分)

【解析】

(1)銅是29號元素,基態銅原子的價電子排布式為3d104s1,故答案為:3d104s1 。

(2)銅與鉀處於同周期且最外層電子數相同,銅的熔沸點及硬度均比鉀大,其原因是:銅原子半徑較小且價電子數較多,金屬鍵更強,故答案為:銅原子半徑較小且價電子數較多,金屬鍵更強。

(3)NH3中孤對電子數為1,N原子的雜化類型是sp3,分子的立體構型為三角錐形,故答案為:三角錐形;sp3。

(4)N原子2p軌道處於半充滿狀態,能量低,故第一電離能最大,同周期隨著原子序數增大電負性增大,同主族自上而下電負性減小,故P元素的電負性最小,故答案為:N ;P。

(5)根據熔點大小可判斷,Cu2O為離子晶體,CuCl為分子晶體,故答案為:離子晶體; 分子晶體。

(6)由圖可知,Cu原子都在稜上,與每個Cu原子緊鄰的Cu原子有8個,在立方晶胞中,頂點粒子佔1/8,稜上粒子佔1/4,因此一個晶胞中,Cu的數目為3 ,N的數目為1,該晶體的化學式為Cu3N,Cu3N的摩爾質量為206g/mol,1nm=10-9m=10-7cm,密度=質量/體積=(206/NA)g/(0.38×10-7cm)3=

,故答案為:8;

【點睛】

確定晶胞中原(離)子數目及晶體化學式:

①處於頂點的微粒,同時為8個晶胞所共享,每個微粒有1/8屬於該晶胞;

②處於稜上的微粒,同時為4個晶胞所共享,每個微粒有1/4屬於該晶胞;

③處於面上的微粒,同時為2個晶胞所共享,每個微粒有1/2屬於該晶胞;

④處於晶胞內部的微粒,完全屬於該晶胞。

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