廣東版高考化學(xué)總復(fù)習(xí)專(zhuān)題十九物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（講解練）教學(xué)講練

1、第六部分 結(jié)構(gòu)化學(xué)專(zhuān)題十九物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)高考化學(xué) 廣東專(zhuān)用考點(diǎn)清單考點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、核外電子的運(yùn)動(dòng)特征1.利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,用電子在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少來(lái)描述原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.對(duì)“電子云”圖的認(rèn)識(shí)(1)“電子云”圖是指用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)多少的一種圖像。(2)電子在核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn),好像帶負(fù)電荷的云霧籠罩在原子核周?chē)?人們形象地稱(chēng)之為“電子云”。(3)在離核越近處,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越多,“電子云”(小黑點(diǎn)表示)的密度越大;相反,在離核越遠(yuǎn)處,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越少,“電子云”的密度越小。二、能層與能級(jí)1.不同能層的能

2、級(jí)組成同一能層的能級(jí)總是從s能級(jí)開(kāi)始,能層的能級(jí)數(shù)等于該能層的序數(shù):第一能層只有1個(gè)能級(jí)(1s),第二能層有2個(gè)能級(jí)(2s和2p),第三能層有3個(gè)能級(jí)(3s、3p和3d),以此類(lèi)推。2.各能級(jí)之間的能量大小關(guān)系(1)不同能層中同一能級(jí),能層序數(shù)越大能量越高。例如1s2s3s2p3p4p(2)同一能層中,各能級(jí)之間的能量大小關(guān)系是spdf例如第四能層中4s4p4d4f。(3)能層和形狀都相同的原子軌道的能量相等。例如2px=2py=2pz。3.對(duì)不同能層、能級(jí)可容納的最多電子數(shù)的解釋(1)依據(jù)a.每個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)電子。b.不同能級(jí)含有的原子軌道個(gè)數(shù)及各軌道電子數(shù)(2)不同能層、能級(jí)最

3、多容納的電子數(shù)能級(jí)spdf原子軌道數(shù)1357各軌道電子數(shù)261014能層一二三四n符號(hào)KLMN 能級(jí)1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f 各能級(jí)軌道數(shù)11、31、3、51、3、5、7 各能級(jí)所能容納的最多電子數(shù)22、62、6、102、6、10、14 能層所能容納的最多電子數(shù)2818322n2三、基態(tài)原子核外電子排布的表示1.依據(jù)(1)能量最低原理原子核外電子先占據(jù)能量低的軌道,然后依次進(jìn)入能量較高的軌道,這樣使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。(2)泡利原理在一個(gè)原子軌道里,最多只能容納2個(gè)電子,而且它們的自旋狀態(tài)相反,這個(gè)原理稱(chēng)為泡利原理。(3)洪特規(guī)則當(dāng)電子排布在同一能級(jí)的不同軌

4、道時(shí),基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)一個(gè)軌道,而且自旋狀態(tài)相同,這個(gè)規(guī)則稱(chēng)為洪特規(guī)則。2.表示形式(1)電子排布式a.用數(shù)字在能級(jí)符號(hào)的右上角標(biāo)明該能級(jí)上排布的電子數(shù),這就是電子排布式,例如K:1s22s22p63s23p64s1。b.為了避免電子排布式的書(shū)寫(xiě)過(guò)于繁瑣,把內(nèi)層電子達(dá)到稀有氣體元素原子結(jié)構(gòu)的部分以相應(yīng)稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)的形式表示,例如K:Ar4s1。(2)電子排布圖每個(gè)方框代表一個(gè)原子軌道,每個(gè)箭頭代表一個(gè)電子。如N元素基態(tài)原子的電子排布圖為:N:四、第一電離能及其變化規(guī)律1.概念:氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫作第一電離能。2.

5、變化規(guī)律(1)同周期主族元素從左到右,第一電離能呈增大趨勢(shì),但有些元素(如Be、Mg、N、P等)的第一電離能比其右邊相鄰的元素的第一電離能高些,這是因?yàn)樗鼈兊哪芗?jí)達(dá)到了全充滿或半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)。(2)同主族元素自上而下,第一電離能依次減小,但在同一副族中,自上而下第一電離能變化幅度不大,且不太規(guī)律。五、電負(fù)性及其應(yīng)用1.概念:描述不同元素的原子對(duì)鍵合電子吸引力的大小,電負(fù)性越大的原子,對(duì)鍵合電子的吸引力越大。2.應(yīng)用(1)衡量元素在化合物中吸引電子的能力。一般,同一周期主族元素從左到右,元素電負(fù)性遞增;同一主族從上到下,元素電負(fù)性遞減。副族元素的電負(fù)性沒(méi)有明顯規(guī)律。指定氟的電負(fù)性為4.0,并以

6、此作為標(biāo)準(zhǔn)確定其他元素的電負(fù)性。(2)電負(fù)性的大小可以作為判斷元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的尺度。一般認(rèn)為,電負(fù)性大于1.8的是非金屬元素,小于1.8的是金屬元素,在1.8左右的元素既有金屬性又有非金屬性;電負(fù)性差值小于1.7的兩種元素的原子之間形成極性共價(jià)鍵,相應(yīng)的化合物是共價(jià)化合物;電負(fù)性差值大于1.7的兩種元素化合時(shí),形成離子鍵,相應(yīng)的化合物為離子化合物?？键c(diǎn)二分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.分子構(gòu)型、分子極性及手性分子雜化類(lèi)型軌道空間構(gòu)型常見(jiàn)分子sp直線形BeCl2、HgCl2、BeH2等sp2平面三角形BF3、BCl3sp3正四面體形CH4、CCl4、NH3(三角錐形)2.雜化軌道

7、類(lèi)型與軌道空間構(gòu)型的關(guān)系及常見(jiàn)分子一般來(lái)說(shuō),一個(gè)原子有幾個(gè)軌道參與雜化就會(huì)形成幾個(gè)能量相同的雜化軌道,就形成幾個(gè)共價(jià)鍵,形成對(duì)應(yīng)的一般分子構(gòu)型;如果中心原子上有孤電子對(duì),分子構(gòu)型會(huì)發(fā)生變化,如NH3、H2O等。另外,具有相同價(jià)電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子(或離子)具有相似的結(jié)構(gòu)特征。3.用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷共價(jià)分子結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律(1)如果中心原子的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵,分子的立體結(jié)構(gòu)可用中心原子周?chē)脑觽€(gè)數(shù)n來(lái)預(yù)測(cè)。(2)如果中心原子上有未成鍵的孤電子對(duì),則幾何構(gòu)型發(fā)生相應(yīng)的變化,可用價(jià)層電子對(duì)互斥理論解釋。n234幾何構(gòu)型直線形平面三角形正四面體形范例CO2CH2OCH4中心原子上的孤電

8、子對(duì)數(shù)=(a-xb),其中a為中心原子價(jià)電子數(shù),x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù),b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)。在確定了鍵電子對(duì)數(shù)和中心原子上的孤電子對(duì)數(shù)后,把它們相加便可確定分子中的中心原子上的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。由價(jià)層電子對(duì)的相互排斥,得到含有孤電子對(duì)的VSEPR模型,然后,略去VSEPR模型中的中心原子上的孤電子對(duì),便可得到分子的立體構(gòu)型。鍵類(lèi)型鍵鍵原子軌道重疊方式沿鍵軸方向相對(duì)重疊沿鍵軸方向平行重疊原子軌道重疊部位兩原子核之間,在鍵軸上鍵軸上方和下方,鍵軸處為零原子軌道重疊程度大小鍵的強(qiáng)度較大較小化學(xué)活潑性不活潑活潑成鍵規(guī)律共價(jià)單鍵是鍵,雙鍵中有1個(gè)鍵、1個(gè)鍵,三鍵中有1個(gè)鍵、2個(gè)鍵

9、二、鍵和鍵的比較三、配合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用 考點(diǎn)三晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、晶體的基本類(lèi)型與性質(zhì)晶體類(lèi)型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體晶體微粒陰、陽(yáng)離子分子原子金屬陽(yáng)離子和自由電子微粒間相互作用離子鍵分子間作用力共價(jià)鍵金屬鍵熔沸點(diǎn)較高很低很高一般較高,少部分低硬度較硬一般很軟很硬一般較硬,部分軟溶解性易溶于極性溶劑相似相溶難溶難溶(部分與水反應(yīng))導(dǎo)電情況晶體不導(dǎo)電,熔融狀態(tài)下導(dǎo)電晶體和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電一般不導(dǎo)電,個(gè)別導(dǎo)電,還有半導(dǎo)體晶體導(dǎo)電導(dǎo)熱性不良不良不良良物質(zhì)類(lèi)別或舉例離子化合物多數(shù)的非金屬單質(zhì)及共價(jià)化合物金剛石、SiC、晶體硅、SiO2等金屬單質(zhì)晶體晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶體中粒子分布詳解氯

10、化銫晶體每8個(gè)Cs+、8個(gè)Cl-各自構(gòu)成立方體,在每個(gè)立方體的中心有一個(gè)異種離子(Cl-或Cs+)。在每個(gè)Cs+周?chē)罱牡染嚯x(為a/2)的Cl-有8個(gè),在每個(gè)Cs+周?chē)罱牡染嚯x(為a)的Cs+有6個(gè)(上、下、左、右、前、后),在每個(gè)Cl-周?chē)罱牡染嚯x的Cl-亦有6個(gè)二、常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)模型二氧化碳晶體每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體,且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2。在每個(gè)CO2周?chē)染嚯x(a/2,a為立方體棱長(zhǎng))最近的CO2有12個(gè)(同層4個(gè)、上層4個(gè)、下層4個(gè))金剛石晶體每個(gè)C與另4個(gè)C以共價(jià)鍵結(jié)合,前者位于正四面體的中心,后四者位于正四面體的頂點(diǎn),晶體中所有CC鍵鍵長(zhǎng)相等,鍵角相等(均

11、為10928);晶體中最小碳環(huán)由6個(gè)C組成,且6個(gè)C不在同一平面內(nèi);晶體中每個(gè)C參與了4條CC鍵的形成,而對(duì)每條鍵的貢獻(xiàn)只有一半,故C原子與CC鍵的個(gè)數(shù)之比為12SiO2晶體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)每個(gè)Si與4個(gè)O結(jié)合,前者在正四面體的中心,后四者在正四面體的頂點(diǎn);同時(shí)每個(gè)O被兩個(gè)正四面體所共用,正四面體內(nèi)鍵角為10928,每個(gè)正四面體占有一個(gè)完整的Si原子,4個(gè)“1/2 O原子”,故晶體中Si原子與O原子的個(gè)數(shù)比為12三、金屬晶體堆積方式1.簡(jiǎn)單立方堆積2.體心立方堆積3.六方最密堆積4.面心立方最密堆積四、離子晶體晶格能標(biāo)準(zhǔn)狀況下,拆開(kāi)單位物質(zhì)的量的離子晶體使其變?yōu)闅鈶B(tài)組分離子所需吸收的能量,稱(chēng)為離子

12、晶體的晶格能。影響晶格能大小的因素有離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構(gòu)型等。電荷高、半徑小的離子,其晶格能大。知能拓展1.基態(tài)原子核外電子排布式的書(shū)寫(xiě)方法(1)構(gòu)造原理能量:1s2s2p3s3p4s3d4p離子晶體分子晶體,金屬晶體有高有低。例(2020屆惠州二調(diào),35)元素X的基態(tài)原子中的電子共有7個(gè)能級(jí),且最外層電子數(shù)為1,X原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子,在氣體分析中,常用XCl的鹽酸溶液吸收并定量測(cè)定CO的含量,其化學(xué)反應(yīng)如下:2XCl+2CO+2H2O X2Cl22CO2H2O(1)X基態(tài)原子的電子排布式為。(2)C、H、O三種原子的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)椤?3)X2Cl22CO2H2

13、O是一種配合物,其結(jié)構(gòu)如圖1所示:與CO為互為等電子體的分子是。該配合物中氯原子的雜化方式為。在X2Cl22CO2H2O中,每個(gè)X原子能與其他原子形成3個(gè)配位鍵,在圖中用“”標(biāo)出相應(yīng)的配位鍵。(4)阿伏加德羅常數(shù)的測(cè)定有多種方法,X射線衍射法就是其中的一種。通過(guò)對(duì)XCl晶體的X射線衍射圖像的分析,可以得出XCl的晶胞如圖2所示,則距離每個(gè)X+最近的Cl-的個(gè)數(shù)為,若X原子的半徑為a pm,晶體的密度為 gcm-3,計(jì)算阿伏加德羅常數(shù)NA=(列計(jì)算式表達(dá))。解析元素X的基態(tài)原子中的電子共有7個(gè)能級(jí),說(shuō)明有四個(gè)電子層,且最外層電子數(shù)為1,X原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子說(shuō)明3d軌道排滿,即為CuAr3

14、d104s1。(1)X為Cu,基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1。(2)同周期,從左到右,電負(fù)性逐漸增大,即OC,非金屬性越強(qiáng),電負(fù)性越強(qiáng),所以CH,即OCH。(3)X2Cl22CO2H2O是一種配合物,找等電子體,找與這些原子相鄰的原子,因此CO互為等電子體的分子是N2;氯有2個(gè)鍵,還有兩對(duì)孤對(duì)電子,因此氯原子的雜化方式為sp3;在X2Cl22CO2H2O中,每個(gè)X原子能與其他原子形成3個(gè)配位鍵,CO、H2O、Cl-各提供1對(duì)孤電子對(duì),亞銅離子提供空軌道,因此配位鍵圖示為。(4)XCl的晶胞如圖2所示,以面心分析,左邊兩個(gè)Cl-,右邊兩個(gè)C

15、l-,即距離每個(gè)X+最近的Cl-的個(gè)數(shù)為4;若X原子的半徑為a pm,即每個(gè)邊長(zhǎng)為b=2a pm,晶體的密度為 gcm-3,每個(gè)晶胞中有4個(gè)Cu+,4個(gè)Cl-,晶胞質(zhì)量=4= gcm-3(2a10-10cm)3,整理可得NA=mol-1。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(2)OCH(3)N2sp3(4)4mol-1 實(shí)踐探究物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì),物質(zhì)性質(zhì)決定物質(zhì)用途。以元素原子核外電子排布、晶體類(lèi)型、微粒間作用力等知識(shí)為載體,預(yù)測(cè)、描述和解釋物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì),充分體現(xiàn)了宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。例(2019屆山西太原定時(shí)

16、訓(xùn)練,35)已知元素N、S、Cl可形成多種物質(zhì),在工業(yè)生產(chǎn)上有著廣泛的應(yīng)用。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)Fe3+可與SCN-形成多種配離子,其中一種為Fe(SCN)63-,該配離子中的SCN-會(huì)使鐵的剩余價(jià)電子壓縮配對(duì),則每個(gè)配離子中鐵的單電子個(gè)數(shù)為。(2)Se與S是同族元素,請(qǐng)寫(xiě)出基態(tài)Se原子的核外電子排布式。N與S是不同族元素,請(qǐng)解釋NH3在水中的溶解度比H2S大的原因:。(3)有一種共價(jià)化合物由19號(hào)元素中的部分元素組成,且與SCl2互為等電子體,它的分子式為。借助等電子原理可以分析出SCN-中鍵和鍵的個(gè)數(shù)比為。(4)已知S4的結(jié)構(gòu)為,其中S原子的雜化方式是。N、P可分別形成多種三角錐形分子,

17、已知NH3的鍵角大于PH3,原因是。(5)離子晶體中陽(yáng)離子和陰離子的半徑比不同可形成不同的晶胞結(jié)構(gòu),如表:半徑比0.2250.4140.4140.7320.7321典型化學(xué)式立方ZnSNaClCsCl晶胞已知某離子晶體RA,其陰、陽(yáng)離子半徑分別為184 pm和74 pm,摩爾質(zhì)量為M gmol-1,則陽(yáng)離子配位數(shù)為,晶體的密度為gcm-3。(列出計(jì)算式,無(wú)需化簡(jiǎn),設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)解析(1)Fe(SCN)63-中Fe為+3價(jià),3d能級(jí)中單電子數(shù)為5,由于SCN-會(huì)使鐵的剩余價(jià)電子壓縮配對(duì),則鐵的3d能級(jí)中5個(gè)電子形成2對(duì)電子對(duì),故剩余單電子個(gè)數(shù)為1。(2)根據(jù)構(gòu)造原理可知基態(tài)Se原子

18、的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p4或Ar3d104s24p4。NH3與H2O分子間能形成氫鍵,使NH3在水中的溶解度較大;而H2S與H2O分子間不能形成氫鍵,故H2S在水中的溶解度較小。(3)根據(jù)等電子體的概念和判斷方法可知,19號(hào)元素形成的共價(jià)化合物中,與SCl2互為等電子體的是OF2。SCN-與CO2互為等電子體,CO2的結(jié)構(gòu)式為OCO,其中鍵和鍵個(gè)數(shù)比為22=11,則SCN-中鍵和鍵的個(gè)數(shù)比也為11。(4)由S4的結(jié)構(gòu)可看出,有的S原子形成4個(gè)鍵且無(wú)孤電子對(duì),有的S原子形成2個(gè)鍵且含有2對(duì)孤電子對(duì),則硫原子為sp3雜化。NH3和PH3均是三角錐形結(jié)構(gòu),成鍵電子對(duì)都受一對(duì)孤電子對(duì)的斥力影響,由于電負(fù)性:NPH,且原子半徑:NPH3。(5)晶體RA中陽(yáng)、陰離子半徑比為74 pm184 pm0.402,該晶體的晶胞為立方ZnS型,根據(jù)晶胞圖示可看出陰離子的配位數(shù)為4,陽(yáng)離子的配位數(shù)也為4。由均攤法可知該晶胞中含4個(gè)“RA”,結(jié)合圖示