第13講 原子結(jié)構(gòu) 化學(xué)鍵(講)學(xué)生版

學(xué)而優(yōu)·教有方PAGE1PAGE第13講原子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵【學(xué)科核心素養(yǎng)】1.宏觀辨識與微觀探析：能從離子或原子結(jié)構(gòu)示意圖等不同層次認識原子的結(jié)構(gòu)以及核外電子的排布規(guī)律，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系。能從不同層次認識分子的構(gòu)型，并對共價鍵進行分類，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。2.證據(jù)推理與模型認知：能運用原子結(jié)構(gòu)模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)與規(guī)律。能運用構(gòu)造原理和能量最低原理揭示元素原子核外電子排布規(guī)律。認識共價鍵的本質(zhì)及類型，能多角度、動態(tài)地分析分子的空間結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，并運用相關(guān)理論解決實際問題。3.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念，能對與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)的社會熱點問題做出正確的價值判斷。【核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)】1.掌握元素、核素、同位素、相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量、原子構(gòu)成、原子核外電子排布的含義。2.掌握原子序數(shù)、核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。3.掌握1～18號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖的表示方法。4.了解化學(xué)鍵的定義。5.了解離子鍵、共價鍵的形成。6.掌握電子式的表示方法。本部分內(nèi)容是高考的?？键c，高考中常以選擇題型出題?？疾樵?離子)的結(jié)構(gòu)及微粒間的數(shù)量關(guān)系，也?？疾閷υ?、核素、同位素概念的理解以及結(jié)合元素周期表的推斷等?！局R點解讀】知識點一原子結(jié)構(gòu)、同位素1．原子結(jié)構(gòu)(1)原子的構(gòu)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(質(zhì)子Z個——決定元素的種類,中子(A－Z)個\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(在質(zhì)子數(shù)確定后,決定原子種類)))同位素)),核外電子Z個——最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)))(2)構(gòu)成原子或離子的微粒間的數(shù)量關(guān)系①原子中：質(zhì)子數(shù)(Z)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)。②質(zhì)量數(shù)(A)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＋中子數(shù)(N)。③陽離子的核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)－陽離子所帶電荷數(shù)。如Mg2＋的核外電子數(shù)是10。④陰離子的核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋陰離子所帶電荷數(shù)。如Cl－的核外電子數(shù)是18。(3)一個信息豐富的符號【特別提醒】①原子中不一定都含有中子，如eq\o\al(1,1)H中沒有中子。②電子排布完全相同的原子不一定是同一種原子，如互為同位素的各原子。③易失去1個電子形成＋1價陽離子的不一定是金屬原子，如氫原子失去1個電子形成H＋。④形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的離子最外層不一定是8個電子，如Li＋為2個電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2．核素、同位素(1)概念辨析(2)同位素的特征①相同存在形態(tài)的同位素，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，物理性質(zhì)不同。②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分數(shù)(豐度)一般不變。(3)同位素的“六同三不同”(4)常見的重要核素及其應(yīng)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斷代制氫彈示蹤原子(5)元素、核素、同位素的聯(lián)系與區(qū)別①現(xiàn)行元素周期表已發(fā)現(xiàn)的元素有118種，由于同位素的存在，故核素的種數(shù)遠大于118種。②不同核素可能具有相同的質(zhì)子數(shù)，如eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H；也可能具有相同的中子數(shù)，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O；也可能具有相同的質(zhì)量數(shù)，如eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(14,7)N。③同位素之間的轉(zhuǎn)化，既不是物理變化也不是化學(xué)變化，是核反應(yīng)。④同位素之間可形成不同的同位素單質(zhì)。如氫的三種同位素形成的單質(zhì)有六種：H2、D2、T2、HD、HT、DT，他們的物理性質(zhì)(如密度)有所不同，但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。⑤同位素之間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。他們的相對分子質(zhì)量不同，物理性質(zhì)(如密度)有所不同，但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。知識點二核外電子排布1.核外電子排布(1)核外電子排布規(guī)律核外電子總是先排布在能量最低的電子層里，然后再按照由里向外的順序依次排布在能量逐漸升高的電子層里。①每層最多容納的電子數(shù)為2n2個。②最外層不超過8個(K層為最外層時不超過2個)。③次外層不超過18個，倒數(shù)第三層不超過32個。【特別提醒】核外電子排布的幾條規(guī)律是相互聯(lián)系的，不能孤立地理解，必須同時滿足各項要求，如M層不是最外層時，最多能容納18個電子，當(dāng)M層為最外層時，最多容納8個電子。(2)最外層電子數(shù)與元素性質(zhì)的關(guān)系①稀有氣體元素原子最外層已排滿8個電子(He排滿2個)，既不易得到電子又不易失去電子，通常表現(xiàn)為0價。②金屬元素原子最外層電子數(shù)一般小于4，常易失去最外層電子，形成8電子或2電子(如Li＋)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的陽離子，在化合物中顯正化合價。③非金屬元素原子最外層電子數(shù)一般大于或等于4，易得到電子或形成共用電子對，達到最外層8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在化合物中既顯正價又顯負價(F無正價)。2．原子結(jié)構(gòu)示意圖如Mg2＋結(jié)構(gòu)示意圖為Cl－結(jié)構(gòu)示意圖為3．常見的“10電子”、“18電子”粒子(1)常見的“10電子”粒子(2)常見的“18電子”粒子4．短周期常見原子的核外電子排布規(guī)律原子核中無中子的原子eq\o\al(1,1)H最外層有1個電子的元素H、Li、Na最外層有2個電子的元素Be、Mg、He最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的元素Be、Ar最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的元素eq\a\vs4\al(C)最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)3倍的元素eq\a\vs4\al(O)最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)4倍的元素eq\a\vs4\al(Ne)最子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的元素H、Be、Al最子總數(shù)為最外層電子數(shù)2倍的元素eq\a\vs4\al(Be)次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素Li、Si內(nèi)層電子總數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素Li、P知識點三離子鍵與共價鍵1．化學(xué)鍵使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力。根據(jù)成鍵粒子和粒子間的相互作用，可分為離子鍵和共價鍵。2．離子鍵與共價鍵(1)概念①離子鍵：帶相反電荷離子之間的相互作用。②共價鍵：原子間通過共用電子對所形成的相互作用。(2)對比項目離子鍵共價鍵非極性鍵極性鍵概念帶相反電荷離子之間的相互作用原子間通過共用電子對所形成的相互作用成鍵粒子陰、陽離子原子成鍵實質(zhì)陰、陽離子間的靜電作用共用電子對不偏向任何一方共用電子對偏向一方原子形成條件非金屬性強的元素與金屬性強的元素經(jīng)得失電子，形成離子鍵同種元素原子之間成鍵不同種元素原子之間成鍵形成的物質(zhì)離子化合物如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、ZnSO4、NaOH等非金屬單質(zhì)如H2、Cl2、N2等；某些共價化合物如H2O2或離子化合物如Na2O2共價化合物如HCl、CO2、CH4或離子化合物如NaOH、NH4Cl3．化學(xué)鍵類型的判斷(1)從物質(zhì)構(gòu)成角度判斷(2)從物質(zhì)類別角度判斷物質(zhì)類別含化學(xué)鍵情況非金屬單質(zhì)，如Cl2、N2、I2、P4、金剛石等只有共價鍵非金屬元素構(gòu)成的化合物，如H2SO4、CO2、NH3、HCl、CCl4、CS2等活潑非金屬元素與活潑金屬元素形成的化合物，如NaCl、CaCl2、K2O等只有離子鍵含有原子團的離子化合物，如Na2SO4、Ba(OH)2、NH4Cl、Na2O2等既有離子鍵又有共價鍵稀有氣體，如Ne、Ar等沒有化學(xué)鍵【特別提醒】①由活潑金屬與活潑非金屬形成的化學(xué)鍵不一定都是離子鍵，如AlCl3中Al—Cl鍵為共價鍵。②非金屬元素的兩個原子之間一定形成共價鍵，但多個原子間也可能形成離子鍵，如NH4Cl等。③影響離子鍵強弱的因素是離子半徑和所帶電荷數(shù)：離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強，熔、沸點越高。4．電子式(1)電子式的書寫概念：在元素符號周圍，用“·”或“×”來表示原子的最外層電子(價電子)的式子粒子的種類電子式的表示方法注意事項舉例原子元素符號周圍標(biāo)有價電子價電子少于4時以單電子分布，多于4時多出部分以電子對分布陽離子單核離子符號右上方標(biāo)明電荷Na＋多核元素符號緊鄰鋪開，周圍標(biāo)清電子分布用“[]”，并標(biāo)明電荷陰離子單核元素符號周圍合理分布價電子及所得電子用“[]”，右上方標(biāo)明電荷多核元素符號緊鄰鋪開，合理分布價電子及所得電子相同原子不得加和，用“[]”，右上方標(biāo)明電荷單質(zhì)及化合物離子化合物用陽離子電子式和陰離子電子式組成同性不相鄰，離子合理分布單質(zhì)及共價化合物各原子緊鄰鋪開，標(biāo)明價電子及成鍵電子情況原子不加和，無“[]”，不標(biāo)明電荷(2)電子式書寫的常見錯誤內(nèi)容實例錯誤1漏寫未參與成鍵的電子錯誤2化合物類型不清楚，漏寫或多寫[]及錯寫電荷數(shù)錯誤3書寫不規(guī)范，錯寫共用電子對錯誤4不考慮原子間的結(jié)合順序錯誤5不考慮原子最外層有幾個電子，均寫成8電子結(jié)構(gòu)錯誤6不考慮AB2型離子化合物中2個B是分開寫還是一起寫(3)用電子式表示化合物的形成過程①離子化合物：左邊是原子的電子式，右邊是離子化合物的電子式，中間用“―→”連接，相同的原子或離子不合并。如NaCl：。②共價化合物：左邊是原子的電子式，右邊是共價化合物的電子式，中間用“―→”連接。如HCl：。知識點四化學(xué)鍵與物質(zhì)類別的關(guān)系、分子間作用力1．離子化合物與共價化合物(1)離子化合物與共價化合物的比較項目離子化合物共價化合物定義含有離子鍵的化合物只含有共價鍵的化合物構(gòu)成微粒陰、陽離子分子或原子化學(xué)鍵類型一定含有離子鍵，可能含有共價鍵只含有共價鍵與物質(zhì)類別的關(guān)系①強堿、②絕大多數(shù)鹽、③活潑金屬氧化物①酸、②弱堿、③氣態(tài)氫化物、④非金屬氧化物、⑤極少數(shù)鹽(2)離子化合物和共價化合物的判斷方法【特別提醒】熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物一定是離子化合物，水溶液中能導(dǎo)電的化合物不一定是離子化合物，如HCl。2．化學(xué)鍵與物質(zhì)類別的關(guān)系(1)只含有極性共價鍵的物質(zhì)一般是不同種非金屬元素形成的共價化合物，如SiO2、HCl、CH4等。(2)只含有非極性共價鍵的物質(zhì)是同種非金屬元素形成的單質(zhì)，如Cl2、P4、金剛石等。(3)既有極性鍵又有非極性鍵的共價化合物一般由多個原子組成，如H2O2、C2H4等。(4)只含離子鍵的物質(zhì)主要是由活潑非金屬元素與活潑金屬元素形成的化合物，如Na2S、CaCl2、NaCl等。(5)既有離子鍵又有極性共價鍵的物質(zhì)，如NaOH、K2SO4等；既有離子鍵又有非極性共價鍵的物質(zhì)，如Na2O2等。(6)僅由非金屬元素形成的離子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等。(7)金屬元素和非金屬元素間可能存在共價鍵，如AlCl3等。3．化學(xué)鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)對物理性質(zhì)的影響金剛石、晶體硅、石英、金剛砂等物質(zhì)硬度大、熔點高，就是因為其中的共價鍵很強，破壞時需消耗很多的能量。NaCl等部分離子化合物中也有很強的離子鍵，故其熔點也較高。(2)對化學(xué)性質(zhì)的影響N2分子中有很強的共價鍵，故在通常狀況下，N2的性質(zhì)很穩(wěn)定，H2S、HI等分子中的共價鍵較弱，故它們受熱時易分解。4．分子間作用力和氫鍵(1)分子間作用力定義把分子聚集在一起的作用力，又稱范德華力特點①分子間作用力比化學(xué)鍵eq\a\vs4\al(弱)得多，它主要影響物質(zhì)的熔點、沸點等物理性質(zhì)，而化學(xué)鍵主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)；②分子間作用力存在于由共價鍵形成的多數(shù)共價化合物和絕大多數(shù)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)非金屬單質(zhì)分子之間。但像二氧化硅、金剛石等由共價鍵形成的物質(zhì)，微粒之間不存在分子間作用力變化規(guī)律一般來說，對于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點也越高。例如，熔、沸點：I2eq\a\vs4\al(>)Br2eq\a\vs4\al(>)Cl2eq\a\vs4\al(>)F2(2)氫鍵定義分子間存在的一種比分子間作用力稍強的相互作用形成條件除H外，形成氫鍵的原子通常是O、F、N存在氫鍵存在廣泛，如蛋白質(zhì)分子、醇、羧酸分子、H2O、NH3、HF等分子之間。分子間氫鍵會使物質(zhì)的熔點和沸點升高性質(zhì)影響①存在氫鍵的物質(zhì)，其熔、沸點明顯高于同族同類物質(zhì)。如H2O的熔、沸點高于H2S②氨極易液化，是因為NH3分子間存在氫鍵；NH3極易溶于水，也是因為NH3分子與H2O分子間易形成氫鍵③水結(jié)冰時體積膨脹、密度減小，是因為結(jié)冰時形成了氫鍵【典例剖析】高頻考點一同位素與同素異形體例1.（2021·廣東卷）“天問一號”著陸火星，“嫦娥五號”采回月壤。騰飛中國離不開化學(xué)，長征系列運載火箭使用的燃料有液氫和煤油等化學(xué)品。下列有關(guān)說法正確的是A．煤油是可再生能源B．H2燃燒過程中熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．火星隕石中的質(zhì)量數(shù)為20D．月壤中的與地球上的互為同位素【舉一反三】（2020·浙江卷）下列說法正確的是()A.和是兩種不同的元素 B.單晶硅和石英互為同素異形體C.和互為同系物 D.H與Na在元素周期表中處于同一主族【易錯警示】①元素的種類由原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定，因此劃分元素種類的唯一標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)子數(shù)(即核電荷數(shù))。②元素概念中的原子是泛指，即各種狀況下的原子或離子(包括游離態(tài)和化合態(tài))，所以H、D、T、H＋、H－都屬于氫元素。③元素是個宏觀概念，元素只講種類，不講個數(shù)，元素組成物質(zhì)。【變式探究】我國稀土資源豐富。下列有關(guān)稀土元素eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm的說法正確的是()A.eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm互為同位素B.eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm的質(zhì)量數(shù)相同C.eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm是同一種核素D.eq\o\al(144,62)Sm與eq\o\al(150,62)Sm的核外電子數(shù)和中子數(shù)均為62高頻考點二“10電子”“18電子”微粒的應(yīng)用例2.（2021·湖南卷）W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，Y的原子序數(shù)等于W與X的原子序數(shù)之和，Z的最外層電子數(shù)為K層的一半，W與X可形成原子個數(shù)比為2：1的分子。下列說法正確的是A．簡單離子半徑：B．W與Y能形成含有非極性鍵的化合物C．X和Y的最簡單氫化物的沸點：D．由W、X、Y三種元素所組成化合物的水溶液均顯酸性【方法技巧】尋找“10電子”微粒和“18電子”微粒的方法(1)“10電子”微粒(2)“18電子”微?！咀兪教骄俊浚?020·浙江卷）X、Y、Z、M、Q五種短周期元素，原子序數(shù)依次增大。Y元素的最高正價為+4價，Y元素與Z、M元素相鄰，且與M元素同主族；化合物的電子總數(shù)為18個；Q元素的原子最外層電子數(shù)比次外層少一個電子。下列說法不正確的是()A.原子半徑：B.最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：C.易溶于水，其水溶液呈堿性D.X、Z和Q三種元素形成的化合物一定是共價化合物高頻考點三利用核外電子排布規(guī)律推斷元素例3.4．（2021·全國甲卷）W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和，也是Y的最外層電子數(shù)的2倍。W和X的單質(zhì)常溫下均為氣體。下列敘述正確的是A．原子半徑：B．W與X只能形成一種化合物C．Y的氧化物為堿性氧化物，不與強堿反應(yīng)D．W、X和Z可形成既含有離子鍵又含有共價鍵的化合物【舉一反三】（2020·新課標(biāo)Ⅲ）W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期元素，四種元素的核外電子總數(shù)滿足X+Y=W+Z；化合物XW3與WZ相遇會產(chǎn)生白煙。下列敘述正確的是()A.非金屬性：W>X>Y>Z B.原子半徑：Z>Y>X>WC.元素X的含氧酸均為強酸 D.Y的氧化物水化物為強堿【變式探究】(2020·浙江7月選考，16)X、Y、Z、M、Q五種短周期元素，原子序數(shù)依次增大。Y元素的最高正價為＋4價，Y元素與Z、M元素相鄰，且與M元素同主族；化合物Z2X4的電子總數(shù)為18個；Q元素的原子最外層電子數(shù)比次外層少一個電子。下列說法不正確的是()A．原子半徑：Z＜Y＜MB．最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：Z＞Y＞MC．X2Z—ZX2易溶于水，其水溶液呈堿性D．X、Z和Q三種元素形成的化合物一定是共價化合物高頻考點四8電子結(jié)構(gòu)與電子式的判斷及其應(yīng)用例4.（2020·新課標(biāo)Ⅱ）一種由短周期主族元素組成的化合物(如圖所示)，具有良好的儲氫性能，其中元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大、且總和為24。下列有關(guān)敘述錯誤的是A.該化合物中，W、X、Y之間均為共價鍵B.Z的單質(zhì)既能與水反應(yīng)，也可與甲醇反應(yīng)C.Y的最高化合價氧化物的水化物為強酸D.X的氟化物XF3中原子均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)【方法技巧】判斷分子中各原子是否達到8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，主要有兩種方法：(1)經(jīng)驗規(guī)律法凡符合最外層電子數(shù)＋|化合價|＝8的皆為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(2)試寫結(jié)構(gòu)法判斷某化合物中的某元素最外層是否達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，應(yīng)從其結(jié)構(gòu)式或電子式結(jié)合原子最外層電子數(shù)進行判斷，如①H2O：O原子最外層有6個電子，H2O中每個O原子又與兩個H原子形成兩個共價鍵，所以H2O中的O原子最外層有6＋2＝8個電子，但H2O中的H原子最外層只有2個電子；②N2：N原子最外層有5個電子，N與N之間形成三個共價鍵，所以N2中的N原子最外層達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)?！咀兪教骄俊?2019·海南，13)自門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律以來，人類對自然的認識程度逐步加深，元素周期表中的成員數(shù)目不斷增加?；卮鹣铝袉栴}：(1)2016年IUPAC確認了四種新元素，其中一種為Mc，中文名為“鏌”。元素Mc可由反應(yīng)：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。該元素的質(zhì)子數(shù)為________，287Mc與288Mc互為__________________。(2)Mc位于元素周期表中第ⅤA族，同族元素N的一種氫化物為H2N—NH2，寫出該化合物分子的電子式：______________________，該分子內(nèi)存在的共價鍵類型有________________。(3)該族中的另一元素P能呈現(xiàn)多種化合價，其中＋3價氧化物的分子式為_______________，＋5價簡單含氧酸的分子式為__