1、专题十六 物质结构与性质（选修）教学目标：1、原子结构与元素的性质(1)了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态；(2)了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质；(3)了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用；(4)了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。2、化学键与物质的性质(1)理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质；(2)了解共价键的主要类型键和键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质；(3)了解简单配合物的成键情况；(4)了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二
2、氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系；(5)理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；(6)了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，能用价层电子对互斥模型或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子的空间结构。3、分子间作用力与物质的性质(1)了解化学键和分子间作用力的区别；(2)了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质；(3)了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。教学重点：核外电子排布、电离能与电负性。共价键的类型、杂化轨道及空间结构。 晶体类型及微粒间作用力教学难点： 晶胞的计算教学过程：考点一：基态原子的核外
3、电子排布【知识精讲】1排布规律(1)能量最低原理：基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道，如Ge：1s22s22p63s23p63d104s24p2。(2)泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态不同的电子。(3)洪特规则：原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态相同。2表示方法(1)电子排布式按电子排入各电子层中各能级的先后顺序，用能级符号依次写出各能级中的电子数，同时注意特例。如：Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(2)简化电子排布式“稀有气体价层电子”的形式表示。如：Cu：Ar3d104s1(3)轨道表示式用方框表
4、示原子轨道，用“”或“”表示自旋方向不同的电子，按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。如S：【题组集训】1基态Fe原子有_个未成对电子。Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为_。【答案】41s22s22p63s23p63d5或Ar3d5血红色【解析】基态Fe原子的核外电子排布式为Ar3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。检验Fe3时，Fe3与SCN形成配合物而使溶液显血红色。2Cu基态核外电子
5、排布式为_。【答案】Ar3d10或1s22s22p63s23p63d10【解析】Cu的原子序数为29，根据洪特规则特例：能量相同的原子轨道在全充满(如p6和d10)、半充满(如p3和d5)和全空(如p0和d0)状态时，体系的能量较低，原子较稳定，因此Cu原子的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，故Cu核外基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。3Na位于元素周期表第_周期第_族；S的基态原子核外有_个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为_。【答案】三A21s22s22p63s23p2或Ne3s23p2【解析】Na元素基态原子的核外电子排布式为
6、1s22s22p63s1，则Na位于元素周期表中第三周期第A族。S 元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其中3p轨道有两个未成对电子。Si元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2。4 XY2是红棕色气体，Y基态原子的电子排布式是_。【答案】1s22s22p45基态硼原子的电子排布式为_。【答案】1s22s22p1【解析】B的原子序数为5，故其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。6 31Ga基态原子的核外电子排布式是_。【答案】1s22s22p63s23p63d104s24p17Ni2的价电子排布图为_。【答案】反思归纳“两原理
7、，一规则”的正确理解1原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利不相容原理，若违背其一，则电子能量不处于最低状态。易误警示在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：(1) (违反能量最低原理)(2) (违反泡利不相容原理)(3) (违反洪特规则)(4) (违反洪特规则)2同能级的轨道半充满、全充满或全空状态的原子结构稳定如np3、np6Cr：3d54s1 Mn：3d54s2 Cu：3d104s1 Zn：3d104s2考点二：元素的电离能和电负性【知识精讲】1元素的电离能第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。常用符号I1表示，单位为kJ
8、mol1。(1)原子核外电子排布的周期性随着原子序数的增加，元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化：每隔一定数目的元素，元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。(2)元素第一电离能的周期性变化随着原子序数的递增，元素的第一电离能呈周期性变化：同周期从左到右，第一电离能有逐渐增大的趋势，稀有气体的第一电离能最大，碱金属的第一电离能最小；同主族从上到下，第一电离能有逐渐减小的趋势。说明同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第A族、第A族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。如Be、N、Mg、P。(3)元素电离能的应用判断元素
9、金属性的强弱电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。判断元素的化合价如果某元素的In1In，则该元素的常见化合价为n价，如钠元素I2I1，所以钠元素的化合价为1价。2元素的电负性(1)元素电负性的周期性变化元素的电负性：不同元素的原子对键合电子吸引力的大小叫做该元素的电负性。随着原子序数的递增，元素的电负性呈周期性变化：同周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大；同一主族从上到下，元素电负性呈现减小的趋势。(2)【题组集训】1在N、O、S中第一电离能最大的是_。【答案】N2已知Z基态原子的M层与K层电子数相等，则Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是_。【答案】Cl【解析】第三周期元
10、素中第一电离能最大的主族元素为Cl元素。3前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A和B的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。四种元素中第一电离能最小的是_，电负性最大的是_(填元素符号)。【答案】KF4第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有_种。【答案】35已知Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1，W的一种核素的质量数为28，中子数为14。则：(1)W位于元素周期表第_周期第_族。(2)Z的第一电离能比W的_(填“大”或“小”)。【答案】(1)三A(2)小6下列曲线
11、表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是_。【答案】a7依据第二周期元素第一电离能的变化规律，参照下图中B、F元素的位置，用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。【答案】 考点三：微粒作用与分子性质【知识精讲】1共价键(1)共价键的类型按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。按原子轨道的重叠方式分为键和键，前者的电子云具有轴对称性，后者的电子云具有镜像对称性。(2)键参数键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。键角：在原子数超过2
12、的分子中，两个共价键之间的夹角。键参数对分子性质的影响键长越短，键能越大，分子越稳定。(3)键、键的判断由轨道重叠方式判断“头碰头”重叠为键，“肩并肩”重叠为键。由共用电子对数判断单键为键；双键或三键，其中一个为键，其余为键。由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是键；杂化轨道形成的共价键全部为键。(4)配位键孤电子对分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。配位键a配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键；b配位键的表示：常用“”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH可表示为，在NH中，虽然有一个NH键形成的过程与其他3个NH键形成的过程不同，
13、但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。配合物如Cu(NH3)4SO4配位体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。中心原子有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。2分子性质(1)分子的极性分子构型与分子极性的关系键的极性与分子的极性的关系类型实例键的极性空间构型分子极性X2H2、N2非极性键直线形非极性分子XYHCl、NO极性键直线形极性分子XY2 (X2Y)CO2、CS2极性键直线形非极性分子SO2极性键V形极性分子H2O、H2S极性键V形极性分子XY3BF3极性键平面三角形非极性分子NH3极性键三角锥形极性分子XY4CH4、CCl4极性键正四面体形非极性分子(2)溶解性
14、“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂，若存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。(3)无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使ROH中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H，酸性越强，如HClOHClO2HClO3HClO4。3范德华力、氢键、共价键的比较范德华力氢键共价键作用粒子分子或原子(稀有气体)氢、氟、氮、氧原子(分子内、分子间)原子特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方
15、向性、有饱和性强度比较共价键氢键范德华力影响强度的因素随着分子极性和相对分子质量的增大而增大组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大对于AHB，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键键能越大成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响影响物质的熔沸点、溶解度等物理性质组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔沸点升高，如F2Cl2Br2I2，CF4CCl4CBr4分子间氢键的存在，使物质的熔沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔沸点：H2OH2S，HFHCl，NH3PH3影响分子的稳定性共价键键能越大，分子稳定性越强【题组集训】11 mol乙醛分
16、子中含有键的数目为_，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。【答案】6NACH3COOH存在分子间氢键2已知a是H，b是N，c是O，d是S，a与其他元素形成的二元共价化合物中，分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是_(填化学式，写出两种)。【答案】N2H4、H2O23 (1)维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。该物质的结构式为以下关于维生素B1的说法正确的是_。A只含键和键 B既有共价键又有离子键C该物质的熔点可能高于NaCl D该物质易溶于盐酸(2)维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有_。A离子键、共价键 B离子键、氢键、共价键C氢键、范德
17、华力 D离子键、氢键、范德华力【答案】(1)BD(2)D4用“”或“”填空：第一电离能离子半径熔点酸性Si_SO2_NaNaCl_SiH2SO4_HClO4【答案】碳化硅晶体硅。3分子间作用力分子晶体(1)分子间作用力：把分子聚集在一起的作用力。分子间作用力是一种静电作用，比化学键弱得多，包括范德华力和氢键。范德华力一般没有饱和性和方向性，而氢键则有饱和性和方向性。(2)分子晶体：分子间以分子间作用力(范德华力、氢键)相结合的晶体，典型的有冰、干冰。其晶体结构模型及特点为干冰冰晶体模型结构特点干冰晶体是一种立方面心结构每8个CO2分子构成立方体，在六个面的中心又各占据1个CO2分子。每个CO2
18、分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个(同层4个，上层4个，下层4个)每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度反而增大，超过4 时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小分子间作用力强弱和分子晶体熔沸点大小的判断：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，克服分子间作用力使物质熔化和汽化就需要更多的能量，熔沸点越高。但存在氢键时分子晶体的熔沸点往往反常地高。(3)
19、NH3、H2O、HF中由于存在氢键，使得它们的沸点比同族其他元素氢化物的沸点反常地高。影响物质的性质方面：增大物质的熔沸点，增大物质的溶解性。表示方法：XHY(N、O、F)，一般都是氢化物中存在。4金属键金属晶体(1)金属键：金属离子和自由电子之间强烈的相互作用。运用自由电子理论可解释金属晶体的导电性、导热性和延展性。晶体中的微粒导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用(2)金属晶体：通过金属键作用形成的晶体。金属键的强弱和金属晶体熔沸点的变化规律：阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强，熔
20、沸点越高，如熔点：NaMgNaKRbCs。金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。5分子晶体、原子晶体、离子晶体与金属晶体的结构微粒，以及微粒间作用力的区别晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体离子晶体结构微粒原子分子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间作用(力)共价键分子间作用力复杂的静电作用离子键熔沸点很高很低一般较高，少部分低较高硬度很硬一般较软一般较硬，少部分软较硬溶解性难溶解相似相溶难溶(Na等与水反应)易溶于极性溶剂导电情况不导电(除硅)一般不导电良导体固体不导电，熔化或溶于水后导电实例金刚石、水晶、碳化硅等干冰、冰、纯硫酸、H2(S)等Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3、NaOH等
21、6.物质熔沸点的比较(1)不同类晶体：一般情况下，原子晶体离子晶体分子晶体。(2)同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。离子晶体：离子所带的电荷数越高，离子半径越小，则其熔沸点就越高。分子晶体：对于同类分子晶体，相对分子质量越大，则熔沸点越高。原子晶体：键长越短，键能越大，则熔沸点越高。(3)常温常压下状态：熔点：固态物质液态物质；沸点：液态物质气态物质。【题组集训】1 Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。【答案】162Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最
22、近的铜原子数目为_。【答案】123某种半导体材料由Ga和As两种元素组成，该半导体材料的化学式_，其晶体结构类型为_。【答案】GaAs原子晶体4Z基态原子的M层与K层电子数相等，它与某元素形成的化合物的晶胞如下图所示，晶胞中阴离子和阳离子的个数之比是_。【答案】215氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。(1)关于这两种晶体的说法，正确的是_(填序号)。a立方相氮化硼含有键和键，所以硬度大b六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c两种晶体中的BN键均为共价键d两种晶
23、体均为分子晶体(2)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_，其结构与石墨相似却不导电，原因是_。【答案】(1)bc (2)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子【解析】(1)立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有键和键无关，与晶体的结构有关，即立方相氮化硼晶体为原子晶体，硬度较大，a错误；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的，故其作用力小，质地较软，b正确；B和N都是非金属元素，两种晶体中的BN键都是共价键，c正确；六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似，属于混合型晶体，立方相氮化硼晶体为原子晶体，d错误。(2)六方相氮化硼晶体与石墨晶体相
24、似，同一层上的原子在同一平面内，根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知，1个B原子与3个N原子相连，故为平面三角形结构；由于B最外层有3个电子都参与了成键，层与层之间没有自由移动的电子，故不导电。6周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的 3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为_。(5)这5种元素形成的一种11型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图
25、2所示)。该化合物中，阴离子为_，阳离子中存在的化学键类型有_；该化合物加热时首先失去的组分是_，判断理由是_。【答案】(1)1(2)SO共价键和配位键H2OH2O与Cu2的配位键比NH3与Cu2的弱【解析】(1)e为Cu，c为O，由图1可知，晶胞中含Cu原子为4个，含O原子为812个，故化学式为Cu2O，O为2价，则Cu为1价。(2)含有H、N、O、S、Cu 5种元素的化合物，结合课本选修3络合物有关知识和题目所给信息，观察中心为1个Cu2，周围为4个NH3分子和2个H2O分子，得到该化合物化学式为Cu(NH3)4SO42H2O，加热时，由于H2O和Cu2作用力较弱会先失去。7 Al2O3在
26、一定条件下可制得AlN，其晶体结构如下图所示，该晶体中Al的配位数是_。【答案】4【解析】分析AlN晶体结构示意图，与Al原子距离最近且等距离的N原子数为4。8NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH33F2NF33NH4F上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有_(填序号)。a离子晶体 b分子晶体 c原子晶体 d金属晶体【答案】abd【解析】NH3、F2、NF3都是分子晶体，Cu是金属晶体，NH4F是离子晶体。9利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，下图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为_，该功能陶瓷的化学式为_。【答案】2BN【解析】：18
27、2，：142，所以每个晶胞中含有B原子的个数为2，其化学式为BN。10(1)硅主要以硅酸盐、_等化合物的形式存在于地壳中。(2)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以_相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献_个原子。(3)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为_。【答案】(1)二氧化硅(2)共价键3(3)Mg2Si4NH4Cl=SiH44NH32MgCl2【解析】(2)金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是。11元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如下图所示。在1个晶胞中，X离子的数目为_。该化合物的化学式为_。【答案】4ZnS【解析】由晶胞结构可知，一个晶胞中X离子的数目为864个。Y在晶胞内部，共4个，化学式为ZnS。
