1、第25讲 物质结构与性质,考点一 原子结构与性质,知识清单,一 核外电子的运动特征 1.利用统计学的方法,用电子在原子核外空间某处出现机会的多少来描 述原子核外电子的运动状态。 2.对“电子云”图的认识 (1)“电子云”图是指用小黑点的疏密来表示电子在核外空间单位体积 内出现机会多少的一种图像。 (2)电子在核外空间一定范围内出现,好像带 负 电荷的云雾笼罩 在原子核周围,人们形象地称之为“电子云”。,(3)在离核越近处,单位体积内电子出现的机会越多,“电子云”(小黑点 表示)的密度 越大 ;相反,在离核越远处,单位体积内电子出现的机 会越少,“电子云”的密度 越小 。 二 能层与能级 1.不
2、同能层的能级组成 同一能层的能级总是从 s 能级开始,能层的能级数等于该能层的 序数:第一能层只有 1 个能级(1s),第二能层有 2 个能级(2s 和2p),第三能层有 3 个能级(3s、3p和3d),依次类推。 2.不同能层中各能级之间的能量大小关系 (1)不同能层中同一能级,能层序数越大能量 越高 。 例如1s2s3s 2p3p4p,(2)同一能层中,各能级之间的能量大小关系是spdf 例如第四能层中4s4p4d4f。 (3)能层和形状都相同的原子轨道的能量相等。 例如2px=2py=2pz。 3.对不同能层、能级可容纳的最多电子数的解释 (1)依据 a.每个原子轨道最多只能容纳2个电子
3、。 b.不同能级含有的原子轨道个数及各轨道电子数,(2)不同能层、能级最多容纳的电子数,三 基态原子核外电子排布的表示 1.依据 (1)能量最低原理 原子核外电子先占据能量低的轨道,然后依次进入能量较高的轨道,这,样使整个原子的能量处于最低状态。 (2)泡利原理 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋状态相反,这 个原理称为泡利原理。 (3)洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独 占据一个轨道,而且自旋状态相同,这个规则称为洪特规则。 2.表示形式 (1)电子排布式 a.用数字在能级符号的右上角标明该能级上排布的电子数,这就是电子 排布式,例如
4、K:1s22s22p63s23p64s1。,b.为了避免电子排布式的书写过于繁琐,把内层电子达到稀有气体元素 原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号的形式表示,例 如K:Ar4s1。 (2)电子排布图 每个方框代表一个原子轨道,每个箭头代表一个电子。如N元素基态原 子的电子排布图为: N: 四 第一电离能及其变化规律 1.概念: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 要的最低能量叫做第一电离能。,2.变化规律 (1)同周期元素从左到右,第一电离能呈 增大 趋势,但有些元素(如 Be、Mg、N、P等)的第一电离能比其右边相邻的元素的第一电离能高 些,这是因为它们的最外层
5、达到了全充满或半充满的稳定状态。 (2)同主族元素自上而下,第一电离能依次 减小 ,但在同一副族中, 自上而下第一电离能变化幅度不大,且不太规律。 五 电负性及其应用 1.概念:描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小,电负性越大的原 子,对键合电子的吸引力越大。 2.应用 (1)衡量元素在化合物中吸引电子的能力,一般,同一周期从左到右,元素电负性 递增 ;同一主族从上到下,元 素电负性 递减 。副族元素的电负性没有明显规律。指定氟的电 负性为4.0,并以此作为标准确定其他元素的电负性。 (2)电负性的大小可以作为判断元素的金属性和非金属性强弱的尺度。,考点二 分子结构与性质,一 分子结构与性
6、质 1.分子构型、分子极性及手性分子,2.杂化轨道类型与轨道空间构型的关系及常见分子,一般来说,一个原子有几个轨道参与杂化就会形成几个能量相同的 杂化轨道,就形成几个共价键,形成对应的一般分子构型;如果分子中存 在孤对电子,分子构型会发生变化,如NH3、H2O等。另外,具有相同价电 子数和相同原子数的分子(或离子)具有相似的结构特征。 3.用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的一般规律 (1)如果中心原子的价电子都用于形成共价键,分子的立体结构可用中 心原子周围的原子个数n来预测。,(2)如果价层电子中有未成键的孤对电子,则几何构型发生相应的 变化,可用价层电子对互斥理论解释。 中心原子上的孤
7、电子对数= (a-xb),其中a为中心原子价电子数,x为与中 心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。 在确定了键电子对数和中心原子上的孤电子对数后,把它们相加便可 确定分子中的中心原子上的价层电子对数。由价层电子对的相互排斥, 得到含有孤电子对的VSEPR模型,然后,略去VSEPR模型中的中心原子 上的孤电子对,便可得到分子的立体构型。,二 键和键的比较,三 配合物的组成、结构、性质和应用,考点三 晶体结构与性质,一 晶体的基本类型与性质,二 常见的晶体结构模型,方法 综合题常见设问的解题方法 1.基态原子核外电子排布式的书写方法 (1)构造原理,方法技巧,能量:1s
8、2s2p3s3p4s3d4p5s (2)依据构造原理(1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p)、各能级最 多容纳的电子数及能量最低原理,电子依次由低能级向高能级排列,如3 3号砷元素,首先排满1s2,依次为2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d10,最后是4p 3;然后把3d10调至4s2之前,以使同能层的电子排在一起,即得该元素基态 原子的电子排布式。 为了避免电子排布式书写过于繁琐,把内层电子达到稀有气体元素原子 结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示,例如K:Ar4s1。 (3)根据元素周期表分区进行书写。如第4周期中各元素基态原子的电 子排布式有如下规律:位于s
9、区的A、A族分别为Ar4s1、Ar4s2;,位于p区的主族元素原子的核外电子排布式为Ar3d104s24p族序数-2;位 于d区的副族元素原子的核外电子排布式为Ar3dm4sn(m+n=族序数, 族除外);位于ds区的副族元素原子的核外电子排布式为Ar3d104sm(m =族序数)。 2.中心原子杂化方式的判断技巧 若m为与中心原子结合的原子数,n为中心原子的孤电子对数,则: m+n=2,中心原子杂化方式为sp; m+n=3,中心原子杂化方式为sp2; m+n=4,中心原子杂化方式为sp3。 3.晶体结构中的有关计算 (1)根据晶体晶胞的结构特点确定晶体的化学式,晶胞中粒子数目的计算(均摊法)
10、,注意 当晶胞为六棱柱时,其顶点上的粒子被6个晶胞共用,每个粒子 属于该晶胞的部分为 ,而不是 。 审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”,若是分子结 构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,且原子个数可以不 互质(即原子个数比可以不约简)。,(2)根据晶体晶胞的结构特点和有关数据,求算晶体的密度或晶体晶胞 的体积或晶胞参数a(晶胞边长) 对于立方晶胞,可建立如下求算途径:得关系式:= (a表示晶胞边长,表示密度,NA表示阿伏加德罗常数 的数值,n表示1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量,M表示摩 尔质量) 4.物质熔沸点的判断 原子晶体中,原子间键长越短,键能越大,共
11、价键越稳定,物质熔沸点越高;,反之越低。 离子晶体中,阴、阳离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子键越强,熔 沸点越高;反之越低。 金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属阳离子与自 由电子的静电作用越强,熔沸点越高;反之越低。 分子晶体中,范德华力越大,物质的熔沸点越高;反之越低(具有氢键的分 子晶体的熔沸点反常,较高)。 (1)一般,组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强, 物质的熔沸点越高。 (2)在高级脂肪酸甘油酯中,不饱和程度越大,熔沸点越低。 (3)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物,一般随着分子里碳原子数的,增多,熔沸点升高。 (4)链烃及其衍生物的
12、同分异构体随着支链的增多,熔沸点降低。 (5)相同碳原子数的有机物,分子中官能团不同时,一般随着相对分子质 量的增大,熔沸点升高;官能团相同时,官能团数越多,熔沸点越高。 晶体类型不同时,一般熔沸点规律为原子晶体离子晶体分子晶体,金 属晶体有高有低。,例 (2017江西五市八校第二次联考,37)有A、B、C、D、E五种原子 序数依次增大的元素(原子序数均小于30)。A的基态原子2p能级有3个 单电子;C的基态原子2p能级有1个单电子;E原子最外层有1个单电子,其 次外层有3个能级且均排满电子;D与E同周期,价电子数为2。则: (1)B元素的氢化物的沸点是同族元素氢化物中最高的,原因是 。 (2
13、)A、B、C 三种元素的氢化物稳定性由强到弱的顺序为 (用化学式表示)。 (3)A的最简单氢化物分子的空间构型为 ,其中A原子的杂 化类型是 杂化。 (4)A的单质中键的个数为 ,键的个数为 。,(5)写出基态E原子的价电子排布式: 。 (6)C和D形成的化合物的晶胞结构如图所示,已知晶体的密度为 gcm-3, 阿伏加德罗常数的值为NA,设晶胞边长为a cm,则a = 。(用含、 NA的计算式表示),解题导引 根据元素周期表及电子排布知识先推断出A、B、C、D、 E五种元素,然后根据物质结构有关知识,逐一解答各设问即可。解析 根据题干信息不难推出A、B、C、D、E五种元素分别是N、 O、F、Ca、Cu。 (2)气态氢化物的稳定性与元素的非金属性有关,由于非金属性FON, 所以稳定性HFH2ONH3。 (3)A的最简单氢化物是NH3,中心原子N原子的价层电子对数是4,孤电 子对数是1,所以NH3分子的空间构型是三角锥形,N原子的杂化类型是 sp3杂化。 (4)N2的结构式是 ,所以键个数是1,键个数是2。 (6)C和D形成的化合是CaF2,一个晶胞中有4个“CaF2”,所以一个晶胞,质量是 g,一个晶胞的体积是a3 cm3,根据= = ,则a= 。答案 (1)H2O分子间存在氢键 (2)HFH2ONH3 (3)三角锥形 sp3 (4)1 2 (5)3d104s1 (6),
