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第15讲物质结构与性质(选修3)[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排布原理及能级分布，能正确书写价电子的电子排布式和轨道表达式。了解原子核外电子的运动状态。(2)了解元素电离能、电负性的含义，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。2.化学键与物质的性质：(1)理解离子键、共价键、金属键的含义和形成，了解共价键的极性，能根据物质的结构特征解释其物理性质。(2)了解配位键的含义。(3)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。(4)了解金属晶体常见的堆积方式。(5)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离子的空间结构。3.分子间作用力与物质的性质：(1)了解范德华力的含义及对物质性质的影响。(2)了解氢键的含义及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、金属晶体的结构与性质的关系。(4)了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。(5)了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。[学科素养]1.宏观辨识与微观探析：认识原子的核外电子的运动状态，排布原理及元素的某些性质，能从化学键角度认识分子的结构、性质，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2.证据推理与模型认知：能运用价层电子对互斥理论和晶体模型解释和推测简单分子或离子的空间结构及常见晶体的晶胞结构及类型，揭示现象的本质和规律。[网络构建][核心强化]1．复习必记的4种金属核外电子排布式的书写Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1；Fe：1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；Cu：1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1；Zn：1s22s22p63s23p62d104s2或[Ar]3d104s2。2．常考元素第一电离能的大小比较NOC，PSSi。3．常考分子的杂化方式和空间构型CH4：sp3杂化，正四面体；NH3：sp3杂化，三角锥；H2O：sp3杂化，V形。4．熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目A．NaCl(含4个Na＋，4个Cl－)B．干冰(含4个CO2)C．CaF2(含4个Ca2＋，8个F－)D．金刚石(含8个C)E．体心立方(含2个原子)F．面心立方(含4个原子)5．易错的知识点(1)ⅠA族和ⅡA族元素位于s区，ⅢA～ⅦA族和0族元素位于p区，ⅢB～ⅦB族和Ⅷ族元素位于d区，ⅠB族和ⅡB族元素位于ds区。(2)一般地，原子的第一电离能越小，金属性越强。(3)叁键中有1个σ键和2个π键。一般σ键比π键稳定。(4)杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，未参与杂化的p轨道可用于形成π键。(5)氢键的存在使冰的密度小于水的密度，使H2O的沸点高于H2S的沸点。(6)分子晶体具有熔点低、硬度很小、易升华的物理特性。(7)原子晶体中相邻原子间以共价键相结合，高硬度、高熔点是原子晶体的物理特性。(8)晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。考点一原子结构与性质(1)(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题：①下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________(填标号)。②Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是__________________________________________________。(2)(2018·全国卷Ⅱ)回答下列问题：①Zn原子核外电子排布式为________。②黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是____________________________。(3)(2018·全国卷Ⅱ)回答下列问题：基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为______________________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。[解析](1)①根据能级能量E(1s)E(2s)E(2p)判断，能量最低的为D，能量最高的为C。②Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。(2)①Zn原子核外有30个电子，其电子排布式为[Ar]3d104s2。②Cu原子的外围电子排布式为3d104s1,4s能级处于半充满状态，而Zn原子的4s能级处于全充满状态，Zn原子更不易失去1个电子，所以Zn原子的第一电离能较大。(3)①基态Fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为。基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据最高能级为3p，p能级的电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。[答案](1)①DC②Li＋核电荷数较大(2)①[Ar]3d104s2②大于Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子(3)哑铃(纺锤)(1)核外电子排布的书写规律①当出现d轨道时，虽然电子按ns，(n－1)d，np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：1s22s22p63s23p64s23d6，错误。②在书写简化的电子排布式时，并不是所有的都是[X]＋外围电子排布式(注：X代表上一周期稀有气体元素符号)。(2)对元素性质的四点认识①金属活动性顺序与元素相应的电离能大小顺序不完全一致，故不能根据金属活动性顺序表判断电离能的大小。②不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。③共价化合物中，两种元素电负性差值越大，它们形成共价键的极性就越强。④同周期元素，从左到右，非金属性越来越强，电负性越来越大，第一电离能总体呈增大趋势。[分点突破]角度一：原子核外电子排布1．填写下列空白：(1)(2017·全国卷Ⅱ)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为___________________________________________________。(2)(2017·全国卷Ⅲ)Co基态原子核外电子排布式为________________________________________________________________________________________________________________。(3)(2016·江苏卷)Zn2＋基态核外电子排布式为______________________________________________________________________。(4)(2016·全国卷Ⅰ)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。(5)(2016·全国卷Ⅱ)镍元素基态原子的电子排布式为______________，3d能级上的未成对的电子数为________。(6)(2016·全国卷Ⅲ)写出基态As原子的核外电子排布式______________________________________________________。(7)(2015·江苏卷)Cr3＋基态核外电子排布式为________________________。(8)(2015·全国卷Ⅰ)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。[答案](1)(2)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)(4)3d104s24p22(5)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)2(6)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)(7)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)(8)电子云2角度二：元素的性质2．填写下列空白：(1)(2017·全国卷Ⅲ)元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。(2)(2017·江苏卷)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________。(3)(2016·全国卷Ⅲ)根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“”或“”)(4)(2016·全国卷Ⅰ)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是______________________。(5)(2015·全国卷Ⅰ)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。则四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)。(6)(2013·全国卷Ⅱ)F、K、Fe、Ni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)[解析](1)O是非金属元素，而Mn是金属元素，前者易得电子而不易失电子，后者则反之，所以O的第一电离能大于Mn的。Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4，前者的3d轨道中5个电子均未成对，后者的2p轨道中有2个电子未成对，所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。(2)非金属性：HCO，则电负性：HCO。(3)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。(4)锗、锌位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(除稀有气体元素外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(5)C元素原子核外电子总数是最外层电子数的3倍，为P元素，与P同周期的元素D最外层有1个未成对电子，推出D为Cl，原子序数小于15的A2－与B＋具有相同的电子构型，则推出A为O，B为Na,4种元素中O的非金属性最强，电负性最大。(6)金属K的金属性最强，第一电离能最小，F的非金属性最强，电负性最大。[答案](1)OMn(2)HCO(3)(4)OGeZn(5)O(6)KF电离能与电负性变化规律与大小判断(1)元素第一电离能的周期性变化规律(2)电离能、电负性大小判断规律在周期表中，电离能、电负性从左到右逐渐增大，从上往下逐渐减小特性同周期主族元素，第ⅡA族(ns2)全充满、第ⅤA族(np3)半充满，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA和第ⅥA族元素方法我们常常应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角度三：原子结构与性质3．A、B、C、D、E、F为硫酸铝钾和硫酸铝铵的组成元素，A原子核外只有1种运动状态的电子，B、C元素位于第二周期且原子半径BC，D与C同主族，E、F元素的电离能数据如下表：请回答下列问题：(1)A在元素周期表中属于__________区元素。(2)基态E原子的电子排布式为__________。(3)D、E、F离子半径大小顺序为__________(用离子符号表示)。(4)B、C、D电负性大小顺序为__________(用元素符号表示)。(5)参照表中数据，进行判断：Mg原子第一电离能__________(填“大于”或“小于”)577.5kJ·mol－1。(6)通过上述信息和表中数据分析，为什么E原子失去核外第二个电子所需的能量要远远大