搜索
第17讲物质结构与性质[考纲要求]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(1号～36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σ键和π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理论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。[考纲要求]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、金属晶体的结构粒子、粒子间作用力的区别。1．(2014·新课标全国卷Ⅰ节选)基态铁原子有________个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为_________________________。解析：26号元素Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，有4个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d5。答案：41s22s22p63s23p63d52．(2014·福建高考节选)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1molNH4BF4含有________mol配位键。解析：NH＋4和BF－4中分别有一个配位键。所以1molNH4BF4含有2mol配位键。答案：23．(2014·新课标全国卷Ⅱ节选)(1)N、O、S中第一电离能最大的是________(填元素符号)，Cu的价层电子轨道示意图为________________。(2)H和N、O元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；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)。解析：(1)同主族元素从上到下，第一电离能逐渐减小，同周期元素从左向右，第一电离能逐渐增大，但氮的2p轨道处于半充满状态，所以N的第一电离能最大。(2)H和N、O元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形的是NH3分子，该分子的中心原子的杂化方式为sp3，H2O2和N2H4中既含有极性共价键、又含有非极性共价键。答案：(1)N(2)sp3H2O2、N2H44．(2014·新课标全国卷Ⅰ节选)铝单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示铝单质的密度为________g·cm－3(不必计算出结果)。解析：由于铝单质为面心立方晶体，所以铝原子的配位数是12，面心立方晶胞中含有4个铝原子，其质量为4×27NAg，晶胞的体积为(4.05×10－8)3cm3，所以铝单质的密度为4×27NA·4.05×10－83g·cm－3。答案：124×27NA·4.05×10－835．(2013·山东高考节选)第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。解析：同周期元素从左向右，第一电离能逐渐增大，但Be的2s轨道全充满，导致Be的第一电离能大于B的第一电离能，N的2p轨道处于半充满状态，所以N的第一电离能大于O的第一电离能，第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O三种元素。答案：36．(2013·福建高考节选)[H3O]＋中阳离子的空间构型为________，阴离子的中心原子轨道采用________杂化。解析：H3O＋中O原子有一个孤对电子，空间构型为三角锥形，阴离子中的B原子连接4个原子，没有孤对电子，所以杂化方式为sp3。答案：三角锥形sp37.(2013·山东高考节选)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如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________。解析：○：1＋8×18＝2，：1＋4×14＝2，所以每个晶胞中含有B原子的个数为2，其化学式为BN。答案：2BN1．不会书写基态原子的核外电子排布式，没有把同一能层的电子放在一起，如Fe的基态原子的电子排布式不是1s22s22p63s23p64s23d6，而是1s22s22p63s23p63d64s2；不能区分原子的核外电子排布式、价电子排布式，价电子排布图的概念，如错把铜的价电子排布式3d104s1写成[Ar]3d104s1。2．不会判断元素第一电离能的大小，忽略同周期第一电离能的特殊情况，如N的第一电离能反而比O的第一电离能大。3．不会判断分子的空间构型和中心原子的杂化方式，如NH3的价层电子对互斥模型是四面体，分子构型是三角锥形，N原子的杂化方式是sp3不是sp2。4．不熟悉常见晶体的晶胞类型，涉及有关晶胞的计算时，不注意单位的换算。如面心立方晶胞与体心立方晶胞的配位数不同；晶胞参数给定单位是nm时，忽略换算成cm。一、原子结构与性质1．基态原子的核外电子排布(1)排布规律能量最低原理原子核外电子先占有能量的原子轨道泡利不相容原理每个原子轨道中最多只能容纳自旋状态不同的电子洪特规则原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，电子尽可能分占不同的原子轨道，且自旋状态[说明]能量相同的原子轨道在全充满、半充满和全空状态时，体系能量较低，原子较稳定。最低2个相同(2)表示形式①核外电子排布式，如Cr：，可简化为。②价层电子排布式：如Fe：。③电子排布图又称轨道表示式：如O：2．电离能的变化规律(1)同一元素：I1I2I3……(2)同一主族元素，随原子序数的增大，电子层数相应增多，核电荷数和原子半径都在增加，原子半径的增大起主要作用，所以同一主族内，I1随核电荷数的增大而。(3)同一周期：从左到右电离能变化的总趋势是增大的，但第ⅡA族、第ⅤA族部分元素例外，比相邻主族元素的第一电离能。1s22s22p63s23p63d54s1[Ar]3d54s13d64s2减小高3．电负性的变化规律(1)同一周期，从左到右，电负性逐渐。(2)同一主族，从上到下，电负性逐渐。(3)副族元素的电负性没有明显的变化规律。[说明]我们常用化合价及物质类别判断电负性的大小，如O与Cl的电负性比较：①HClO中Cl为＋1价、O为－2价，可知O的电负性大于Cl；②Al2O3是离子化合物，AlCl3是共价化合物，可知O的电负性大于Cl。增大减小二、分子结构与性质[说明]键长键能键角头碰头肩并肩2．价层电子对数、中心原子的杂化类型及分子空间构型的判断价层电子对数成键对数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型中心原子杂化类型实例2BeCl2BF33SnBr2CH4NH34H2O20直线形sp30直线形平面三角形平面三角形sp221V形40正四面体形正四面体形sp331三角锥形22V形3.等电子原理(1)基本观点：原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征。(2)实例：如SO2－4、PO3－4为等电子体，其中心原子均采用sp3杂化，离子构型均为正四面体形。4．三种作用力及对物质性质的影响范德华力氢键共价键作用微粒分子H与N、O、F原子强度比较＞＞影响因素组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大形成氢键元素的电负性原子半径对性质的影响影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质分子间氢键使熔、沸点升高，溶解度增大键能越大，稳定性越强共价键氢键范德华力三、晶体结构与性质1．晶体类型的判断(1)组成粒子和粒子间作用①离子晶体：阴、阳离子，离子键；②分子晶体：分子，分子间作用力；③原子晶体：原子，共价键；④金属晶体：金属离子和自由电子，金属键。(2)根据熔、沸点的相对大小：。(3)根据导电性：为良导体，不导电，熔化可导电，和不导电。(4)根据类别判断。如离子化合物为，非金属单质一般为，少部分为(如金刚石、晶体硅等)。原子晶体离子晶体分子晶体金属晶体离子晶体离子晶体原子晶体分子晶体分子晶体原子晶体2．晶体的有关微观计算(1)晶胞中粒子数目的计算[说明]其他不同形状的晶胞结构要根据实际确定共用情况，如：六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共用。(2)晶胞各物理量的关系对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3×ρ×NA＝n×M，a表示晶胞的棱长，ρ表示密度，NA表示阿伏加德罗常数，n表示1mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示摩尔质量，a3×ρ×NA表示1mol晶胞的质量。(3)晶体中配位数的计算①记住一些常见晶体的晶胞如氯化钠(配位数为6，一个晶胞中有4个Na＋、4个Cl－)；氯化铯(配位数为8，一个晶胞中有1个Cs＋、1个Cl－)；金刚石(一个晶胞中有4个碳原子)。②根据晶胞结构直接判断如图所示，钛原子位于立方体的中心和八个顶点上，上下两面上各有2个O原子，另2个O原子位于立方体内，所以Ti的配位数为6，O的配位数为3。[例1]高考组合题(1)(2014·福建高考)基态铜原子的核外电子排布式为________________。(2)(2014·安徽高考)Na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________________。(3)(2013·新课标全国卷Ⅰ)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________、电子数为________。(4)(2013·新课标全国卷Ⅱ)Ni2＋的价电子排布图为_________________________________________________________。考向一原子结构与性质(5)(2012·新课标全国卷)Se原子序数为________，其核外M层电子的排布式为__________________________________________。(6)(2012·江苏高考)Mn2＋基态的电子排布式可表示为________________。[解析](1)Cu是29号元素，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。(2)Na是11号元素，位于第三周期第ⅠA族，S的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，有2个未成对电子，Si是14号元素，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。(3)Si的最高能层为3，其符号为M，该能层有1个s轨道，3个p轨道，5个d轨道，共9个轨道，Si在该能层有4个电子。(4)Ni是28号元素，价电子排布式为3d84s2，Ni2＋的价电子排布为3d8，电子排布图为↑↓↑↓↑↓↑↑。(5)Se是34号元素，M层有18个电子，M层电子的排布式为3s23p63d10。(6)Mn是25号元素，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则Mn2＋基态的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。[答案](1)1s22s22p63s23p63d104s1(2)三ⅠA21s22s22p63s23p2(3)M94(4)↑↓↑↓↑↓↑↑(5)343s23p63d10(6)1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)[规律方法]基态原子核外电子排布表示方法中的常见误区(1)在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误：(2)当出现d轨道时，虽然电子按ns、(n－1)d、np的顺序填充，但在书写电子排布式时，仍把(n－1)d放在ns前，如Fe：1s22s22p63s23p63d64s2正确，Fe：1s22s2