1、第一单元物质结构研究的内容学 习 任 务1能结合已有知识描述常见物质的微观结构，分析物质结构与其性质之间的关系。2能从物质的微观结构出发解释或预测物质的宏观性质。3认识物质结构研究对化学科学发展的重要意义。一、认识物质的特征结构1元素周期律元素原子最外层电子排布的周期性是元素性质周期性变化的主要原因。具体表现为：随着原子序数的递增，元素原子最外层电子排布和原子半径(稀有气体元素除外)呈现周期性的变化。随着原子序数的递增，元素的金属性、非金属性呈现周期性的变化。元素周期律的实质：元素原子的核外电子排布随着元素核电荷数的递增发生周期性变化。2氯化钠形成过程钠原子在化学反应中容易失去最外电子层上的1
2、个电子，形成带1个单位正电荷的阳离子(Na)，钠元素表现出强的金属性；氯原子最外层上有7个电子，不容易失去电子，在钠与氯气的反应中倾向于获得1个电子，形成带1个单位负电荷的阴离子(Cl)，氯元素表现出强的非金属性。因此，在化学反应中，钠原子和氯原子通过电子的转移，分别形成稳定结构的钠离子和氯离子，再通过静电作用形成氯化钠晶体。氯化钠形成示意图由上分析可知，判断元素的性质必须深入研究原子的结构，特别是最外电子层上发生的变化。3物质之间反应的本质研究物质之间的化学反应，其本质就是研究从一种结构(反应物)如何转变为另一种新的结构(生成物)，这就需要对反应物、生成物的特征结构进行针对性的研究，考察反应
3、物中什么原子或原子团上的化学键容易发生断裂，继而在什么位置上生成新的化学键。4乙醇的氧化过程分析上述反应发生的结构特征可见：在乙醇分子的羟基官能团上，即OH失去1个H，与OH相连的C上也失去1个H、形成新的C=O双键，乙醇转化成乙醛分子(乙醛中含有醛基官能团)，这个过程也被称为氧化(去氢)反应。5氮分子含有氮氮三键，在通常条件下很稳定，难以参加化学反应，因此，在固氮研究中，需要通过改变反应条件，如升温、加压、使用催化剂等，氮分子才能转化为氮的化合物。6研究物质的特征结构，可以帮助我们获得很多有用的信息，设计反应的条件，解释反应生成的产物等。同时还必须思考相关的一系列问题：同一元素或不同种元素的
4、原子之间为什么能彼此结合？为什么物质中直接相邻原子之间的化学键类型不同？为什么原子、分子或离子可以构成不同的晶体？晶体中的微粒是通过怎样的相互作用结合的？为什么分子具有一定的空间构型？为什么有机化合物有同分异构体现象？为什么有些元素能形成几种同素异形体？等等。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)物质的结构决定物质的性质，物质的性质反映物质的结构。()(2)物质的结构仅包括构成物质的微粒间的相互作用和分子的结构。()(3)物质的结构随着人们的认识或研究的发展经常发生一些小的变化。()(4)物质的结构有宏观和微观两个方面的认识，从宏观上说物质是由元素组成的，从微观上说物质是由分子构成的。(
5、)(5)N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大。()(6)研究材料结构与性质的关系，有助于新材料的研发。()二、揭示物质结构与性质的关系1物质的结构决定了物质的某些性质物质的结构在很大程度上决定了该物质的某些性质。如：白磷在潮湿空气中发生缓慢的氧化反应，在40 左右即可发生自燃；而红磷在300 左右才能与氧气反应。这是由于白磷晶体是由白磷分子(P4)组成的分子晶体，分子呈正四面体结构，因其中的PP键弯曲而具有较大的张力，其键能较小，易断裂，所以白磷在常温、常压下就有很高的反应活性。而红磷的链状结构比较稳定，室温下不与氧气反应。因此，科学家从结构入手预测物质可能的性质，再通过反复实
6、验，以阐明物质结构与性质的关系。2物质某些性质的差异反映了物质的结构由相同元素组成的不同的单质，它们互称为同素异形体。其性质的不同可间接反映其结构。如碳元素形成的不同单质。金刚石碳原子间结合形成空间网状结构，结合牢固。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，可用于切割玻璃、金属。富勒烯结构碳原子结合形状呈中空足球状，其中空部分可以填入其他原子或分子；木炭碳原子不规则结合，又称无定型碳。同一层上的碳原子之间形成六边形网状结构并层层重叠、层与层之间引力微弱、可以滑动。常用作润滑剂。碳纳米管结构中空管状的富勒烯又称碳纳米管，它强度高、弹性佳，应用前景广泛。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)
7、分子组成都是C2H6O的乙醇和二甲醚在性质上差异不大。()(2)氨水和硝酸银溶液作用生成的氢氧化银沉淀可溶于过量的氨水中。()(3)白磷在空气中燃烧，生成的产物之一是P4O10与P4结构无关。()(4)根据石墨易传热、能导电的性质，可以推测出石墨晶体中有自由移动的电子。()(5)同素异形体的物理性质不同，化学性质完全相同。()化学键的形成与类型判断1901年2月的一天，在美国俄勒冈州波特兰市，一个伟大的生命诞生了。他就是化学键理论的先驱鲍林。1939年，鲍林发表了惊人的著作化学键的本质。在这部著作中，鲍林第一次揭示了化学键的本质。文章中指出，化学键就是分子(或原子团)中各原子间因电子配合关系而
8、产生的相互作用；简言之，化学键的本质就是电子的相互作用。这种相互作用有三种形式，即化学键的三种基本类型：共价键、离子键、金属键。各种各样的分子的化学键不同。也就意味着分子性质的差异。因此，掌握了化学键理论。就掌握了人工合成大门的一把金钥匙。在该理论指导下，人工合成出一种又一种新物质，事实证明了鲍林的理论是正确的。问题1根据上述材料分析，化学键中的相互作用指的是什么？提示化学键中的相互作用指的是原子核与原子核间的斥力、电子与电子间的斥力、电子与原子核间的引力等。问题2一种物质中一定就只有一种化学键吗？提示不一定。问题3什么是化学键？化学键如何分类？提示问题4化学键类型与化合物类型有什么关系？提示
9、含有离子键的化合物是离子化合物，只含有共价键的化合物是共价化合物。问题5离子键和共价键形成的基本条件是什么？提示离子键：一般活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间。共价键：一般非金属元素原子之间。1化学键(1)化学键的定义及分类(2)化学反应的本质：反应物的旧化学键断裂与生成物的新化学键形成。2离子键、共价键的比较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(电子云重叠)所形成的相互作用成键微粒阴、阳离子原子成键实质阴、阳离子的静电作用共用电子对不偏向任何一方原子共用电子对偏向一方原子形成条件活泼金属与活泼非金属经电子得失，
10、形成离子键；或者铵根离子与酸根离子之间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非金属单质(除稀有气体外)；某些共价化合物或离子化合物共价化合物或某些离子化合物3.离子化合物与共价化合物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物质类别强碱绝大多数盐多数金属氧化物含氧酸弱碱气态氢化物非金属氧化物极少数盐，如AlCl3判断离子化合物和共价化合物的三种方法1在下列各组物质中，化学键类型完全相同的是()ACl2 和 CaCl2BH2O2 和 Na2O2CCO2 和 Ar DNaCl
11、和 Na2OD一般来说，活泼金属和活泼非金属元素之间易形成离子键，非金属元素之间易形成共价键，据此分析判断。A项，Cl2分子中Cl原子和Cl原子之间只存在共价键，CaCl2中钙离子和氯离子之间只存在离子键，化学键类型不同，错误；B项，H2O2分子中H原子和O原子之间、O与O之间都存在共价键，Na2O2中钠离子和过氧根离子之间存在离子键，O与O之间存在共价键，化学键类型不同，错误；C项，Ar为单原子分子，不存在共价键，CO2中C原子和O原子之间存在共价键，错误；D项，NaCl和Na2O都是离子化合物，均只含离子键，化学键类型相同，正确。2下列说法正确的是()A非金属元素不能形成离子键B含离子键的
12、化合物一定是离子化合物C分子间作用力也是化学键D含共价键的化合物一定是共价化合物BA项，非金属元素也能形成离子键，如氯化铵，错误；B项，离子化合物一定含离子键，正确；C项，使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键，所以分子间作用力不是化学键，错误；D项，含共价键的化合物不一定是共价化合物，如氢氧化钠，错误。3下列说法正确的是()AH2O的热稳定性比H2S强，是因为H2O分子间作用力比H2S强B离子化合物中一定含有离子键、一定不含共价键CNaClO是含有两种类型化学键的离子化合物DSiO2属于原子晶体，熔化破坏共价键和分子间作用力CA项，稳定性是化学性质，与分子间作用力无关，而与共价键的强弱
13、有关，错误；B项，离子化合物中一定含有离子键，可能存在共价键，如 Na2O2、NaOH等，错误；C项，NaClO中含有离子键和共价键，属于离子化合物，正确；D项，SiO2属于原子晶体，熔化只破坏共价键，错误。乙醇不同化学反应的断键位置判断材料一晋代的江统在酒诰中写道“酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，又云杜康。有饭不尽，委馀空桑，郁积成味，久蓄气芳，本出于此，不由奇方。”江统是我国历史上第一个提出“谷物自然发酵酿酒”学说的人。材料二在实验室组装蒸馏装置。将一定量的醪糟或者米酒放入蒸馏烧瓶中，用酒精灯加热，并用锥形瓶分段收集经过冷凝管的馏出液，观察其状态，闻一闻气味并测定其酒精度，与蒸馏前的醪糟或米
14、酒进行对比。材料三乙醇分子中不同化学键如图所示。问题1你能大体说出材料一中谷物如何变成酒精的吗？提示淀粉葡萄糖酒精。问题2材料二说明酒精有什么物理性质？提示易挥发、能溶于水。问题3根据材料三说出乙醇中存在的官能团名称是什么？电子式如何书写？化学键有极性吗？提示羟基；羟基的电子式为；有极性，是极性共价键。问题4乙醇和乙酸在浓硫酸加热的条件下，发了什么反应？乙醇、乙酸分别断裂了什么化学键？提示取代反应；乙酸中羟基上的OH键断裂，乙酸中羧基上的COH键断裂，简单总结为酸脱羟基醇脱氢。问题5乙醇和金属钠反应有什么现象？说明什么键断裂？简述理由。提示钠在乙醇中，缓慢放出气泡。反应结束后，向溶液中滴加少量
15、酚酞溶液，溶液变红。因为1 mol乙醇和足量钠发生反应只生成0.5 mol氢气，故此，可推断断裂的是OH键。问题6乙醇燃烧时产物是什么？什么化学键断裂？提示生成二氧化碳和水。所有化学键全部断裂。1醇的结构醇是羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物，饱和一元脂肪醇的通式为CnH2n1OH(n1)。如乙醇的组成和结构：2醇的化学性质与断键位置反应类型条件断键位置氧化反应O2(Cu)，点燃置换反应Na取代反应浓HBr，取代反应浓硫酸，140和取代(酯化)反应CH3COOH，浓硫酸，消去反应浓硫酸，170 3.醇的两大反应规律(1)醇的消去反应规律醇分子中，连有羟基(OH)的碳原子必须有相邻的碳原
16、子，并且此相邻的碳原子上必须连有氢原子时，才可发生消去反应，生成不饱和键。表示为如CCH3CH3OH、都不能发生消去反应。(2)醇的催化氧化规律醇的催化氧化产物的生成情况与跟羟基(OH)相连的碳原子上的氢原子的个数有关。1已知HH键的键能为436 kJmol1，O=O键为497.3 kJmol1，ClCl键为242.7 kJ mol1，NN键为946 kJ mol1，则下列叙述中正确的是()ANN键的键能为946 kJ mol1315.3 kJ mol1B氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短C氧气分子中氧原子是以共价单键结合的D氮气分子比氯气分子稳定DA项，NN键的键能不是NN键键能的，A
17、错误；B项，氢原子半径在所有原子中是最小的，所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长，B错误；C项，氧气分子中氧原子是以共价双键结合的，C错误；D项，氮气分子中的NN键很牢固，所以氮气分子比氯气分子稳定，D正确。2下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中，不正确的是()A成键原子一定的未成对电子数决定了共价键具有饱和性B共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的C分子的空间结构与共价键的方向性密切相关D共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关DA项，原子的未成对电子一旦配对成键，一般不再与其他原子的未成对电子配对成键，故共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了原子成键时最多连接的原子数，A项正
18、确；B项，形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，这种成键的方向性与分子的空间结构密切相关，B项正确；C项，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，这种成键的方向性与分子的空间结构密切相关，C项正确；D项，共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关，D项错误。3表格中的图是乙醇分子的化学键断键位置的示意图。下列对乙醇发生反应时的反应条件、断键方式及主要有机产物的叙述中错误的是()选项反应条件断键位置主要有机产物乙醇的分子结构A与钠反应常温CH3CH2ONaB催化氧化Cu或AgCH3CHOC消去反应浓硫酸，170 CH2=CH2D与浓HB
19、r反应CH3CH2BrB乙醇含有羟基，可发生取代、消去和氧化反应，可与钠反应生成氢气，其中与乙酸发生酯化反应，与钠反应生成氢气时OH键断裂，发生催化氧化反应生成乙醛，CH、OH键断裂，如燃烧，则所有化学键都断裂。A项，与Na反应生成氢气，OH键断裂，即断裂，A正确；B项，在Cu作用和O2反应，生成醛，CH、OH键断裂，则键、断裂，B错误；C项，乙醇和浓硫酸，共热到170 发生消去反应生成乙烯，OH转化为碳碳双键，断键，C正确；D项，和浓HBr发生取代反应生成溴乙烷，断裂，故D正确。4碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键CCCHCOSiSiSiHSiO键能/(kJ
20、mol1)356413336226318452硅与碳同族，也有一系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是_。SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_。解析烷烃中的CC键和CH的键能大于硅烷中的SiSi键和SiH键。键能越大、物质就越稳定，CH键的键能大于CO键，故CH键比CO键稳定，而SiH键的键能远小于SiO键，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键。答案CC键和CH键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成；CH键的键能大于CO键，CH键比CO键稳定，而SiH键的键能却远小于SiO键，所以SiH键不稳
21、定而倾向于形成稳定性更强的SiO键1铷是第5周期A元素，关于铷元素性质推测不正确的是()A投入水中会发生爆炸式反应B铷是一种强还原剂，铷离子很稳定C铷在空气中能燃烧，生成复杂的氧化物D铷的金属性比钾弱DA，金属性RbNa，则Rb与水反应比Na更剧烈，会发生爆炸式反应；B，金属元素单质的还原性越强，其简单阳离子氧化性越弱，Rb的还原性大于Na，则简单铷离子氧化性很弱，所以其简单离子很稳定，不易被还原；C，铷的金属性大于钠，钠与氧气反应可生成氧化钠或过氧化钠，所以Rb与O2反应更加剧烈，可生成过氧化物或超氧化物等复杂的氧化物；D，同主族，从上到下，金属性增强，金属性RbK。2下列几种类推结论中正确
22、的是()ACH4的沸点低于SiH4，推出H2O沸点低于H2SB碳和硅都是A族的元素，推出CO2和SiO2属于同种类型的晶体C镁引起的火灾不能用干冰灭火，推出钠引起的火灾也不能用干冰灭火DCaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，推出Na2CO3的溶解度也小于NaHCO3CA，由于水分子间能形成氢键，所以水的沸点远高于H2S，A错误；B，CO2属于分子晶体，而SiO2属于原子晶体，所以二者的晶体类型不同；C，镁具有较强的还原性，能够与具有弱氧化性的CO2反应，而钠的还原性强于镁，钠也能与二氧化碳反应，所以钠引起的火灾也不能用干冰灭火，C正确；D，CaCO3的溶解度小于Ca(HCO3)2，但Na2
23、CO3的溶解度大于NaHCO3，正盐和酸式盐的溶解度之间没有必然联系，不能类推，D错误。3下列说法正确的是()A化学键的形成与原子结构无关B氢键是一种极弱的化学键，但比分子间作用力强C离子化合物可能不含金属元素，但可能存在共价键D共价化合物中一定不含金属元素C化学键的形成与原子结构有关，主要通过原子的价电子间的转移或共用来实现，A错误；氢键本质上是一种分子间作用力，不属于化学键，B错误；铵盐不含金属元素，是离子化合物，铵根离子中存在共价键，C正确；共价化合物中不一定不含金属元素，例如AlCl3、BeCl2为共价化合物，含金属元素，D错误。4下列有关说法正确的是()A测定晶体结构最常用的仪器是X
24、射线衍射仪B石英玻璃和水晶的衍射图谱相同C通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构D晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角A测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确；石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，二者的衍射图谱不同，B项错误；通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C项错误；通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，D项错误。5已知常温时红磷比白磷稳定，则反应中：P4(白磷，s)5O2(g)P4O10(s)Ha kJ/mol，4P(红磷，s)5O2(g)P4O10(s)Hb kJ/ mol，若a、b均大于零，则a和b的关系为()AabBabCabD无法确定C常温时红磷比白磷稳定，则等物质的量的红磷和白磷相比，能量：白磷红磷，因此等物质的量红磷与氧气反应放出的热量相较于白磷与氧气反应放出的能量低，因此ab，答案为C。