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必修2预科讲义
第一章物质结构元素周期律
第一讲原子结构
知识详解
一、原子的构成
1.原子的构成
⑴原子核:
带正电,几乎集中了原子的全部质量,体积只占原子体积的千亿分之一。
⑵质子:
带一个单位正电荷,单位质子和中子的质量基本相同,约为单位电子质量的1836倍。
质子数决定了元素的种类。
⑶中子:
不带电。
中子数与质子数一起决定了同位素的种类。
⑷电子:
带一个单位负电荷。
电子的排布决定了元素在周期表中的位置。
决定元素原子化学性质的电子又称价电子(主族元素的价电子即是其最外层电子)。
多数元素原子的化学性质仅由其最外层电子数(价电子数)决定。
2.微粒间数目关系
质子数(Z)=核电荷数=原子序数
原子序数:
按质子数由小大到的顺序给元素排序,所得序号为元素的原子序数。
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
中性原子:
质子数=核外电子数
阳离子:
质子数=核外电子数+所带电荷数
阴离子:
质子数=核外电子数-所带电荷数
3.原子表达式及其含义
A表示X原子的质量数;Z表示元素X的质子数;
d表示微粒中X原子的个数;c±表示微粒所带的电荷数;
±b表示微粒中X元素的化合价。
二、原子及原子团
1.原子:
是化学变化中的最小微粒。
在化学反应中,核外电子数可变,但原子核不变。
2.原子团:
两个或两个以上原子结成的集团,作为一个整体参加化学反应。
它可以是中性的基(如—CH3),也可以是带正电的阳离子(如NH+4)或带负电的阴离子(如NO-3)。
三、“三素”的比较
1.元素:
具有相同的核电荷数(即质子数)的同类原子的总称。
判断不同微粒是否属于同一元素的要点是:
单原子核+质子数相同,而不管微粒是处于何种状态(游离态或化合态)或价态(各种可能的负价、0价、各种可能的正价)。
2.核素:
人们把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素。
换言之,核素是一种具体原子的另一称呼。
3.同位素:
具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子,互称同位素。
换言之,同一元素的不同核素,互称同位素。
⑴同位素中“同”的含义
是指元素符号、质子数、电子数、电子排布、在周期表中位置相同、原子的化学性质等相同,它们的物质性质略有差异。
⑵同位素的特征
①同一元素的不同同位素原子的化学性质基本相同。
②天然存在的元素里,不论是游离态还是化合态,各种天然同位素原子所占的百分比一般是不变的。
四、相对原子质量、相对分子质量的概念和有关计算
1.(同位素)原子的相对原子质量(精确值)
⑴概念:
某元素一个(同位素)原子的质量与一个12C原子的质量的1/12的比值(所以12C原子的相对原子质量恰好为12)。
其单位为1,或说没有单位,因为是两个质量的比值。
⑵近似相对原子质量:
数值上等于该原子的质量数(质子数和中子数之和)。
(近似值)
2.元素的(平均)相对原子质量(平均值)
⑴概念:
某元素各种同位素原子的相对原子质量与其原子百分数(原子个数百分比,丰度)乘积的和。
元素周期表中的数值就是元素的(平均)相对原子质量。
(加权平均)
⑵元素的近似(平均)相对原子质量:
某元素的各种同位素原子的质量数与其原子百分数乘积的和。
(近似平均值)
3.相对分子质量:
组成分子的各原子的相对原子质量的总和。
4.理解。
对于有同位素的元素来说
⑴原子的相对原子质量≠原子的质量数≠元素的(近似)相对原子质量。
⑵只有具体的原子才有质量数,元素没有质量数。
⑶元素的相对原子质量不仅与其各同位素原子的相对原子质量有关,还与其在自然界中所占的原子百分数(丰度)有关。
⑷原子百分数(a1%、a2%…):
在自然界中,某元素的某种同位素原子的数目占该元素所有同位素原子总数的百分比。
指各种原子的个数百分比或物质的量百分比,而非质量百分比,但两者可通过原子的相对原子质量来换算。
五、核外电子的运动状态
1.原子结构理论的发展。
经历了以下五个发展阶段:
①1803年英国化学家道尔顿家建立了原子学说;
②1903年汤姆逊发现了电子建立了“葡萄干布丁”模型;
③1911年英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子结构的核式模型;
④1913年丹麦科学家玻尔建立了核外电子分层排布的原子结构模型;
⑤20世纪20年代建立了现代量子力学模型。
2.核外电子运动特征:
在很小的空间内作高速运动,没有确定的轨道。
3.电子运动与宏观物体运动的描述方法的区别
描述宏观物质的运动:
计算某时刻的位置、画出运动轨迹等。
描述电子的运动:
指出它在空间某区域出现的机会的多少。
4.核外电子运动状态的形象化描述——电子云:
电子在原子核外高速运动,像带负电的“云雾”笼罩在原子核的周围,人们形象地把它叫做电子云。
电子云实际上是对电子在原子核外空间某处出现的概率多少的形象化描述,图中的小黑点不表示电子的个数,而是表示电子在该空间出现的机会多少。
参见上页“氢原子基态电子云图”。
七、原子结构的特殊性(1~18号元素)
1.原子核中没有中子的原子:
11H。
2.最外层电子数与次外层电子数的倍数关系。
①最外层电子数与次外层电子数相等:
4Be、18Ar;
②最外层电子数是次外层电子数2倍:
6C;
③最外层电子数是次外层电子数3倍:
8O;
④最外层电子数是次外层电子数4倍:
10Ne;
⑤最外层电子数是次外层电子数1/2倍:
3Li、14Si。
3.电子层数与最外层电子数相等:
1H、4Be、13Al。
4.电子总数为最外层电子数2倍:
4Be。
5.次外层电子数为最外层电子数2倍:
3Li、14Si
6.内层电子总数是最外层电子数2倍:
3Li、15P。
八、1~20号元素组成的微粒的结构特点
1.常见的等电子体
①2个电子的微粒。
分子:
He、H2;离子:
Li+、H-、Be2+。
②.10个电子的微粒。
分子:
Ne、HF、H2O、NH3、CH4;离子:
Na+、Mg2+、Al3+、NH+4、H3O+、N3-、O2-、F-、OH-、NH-2等。
③.18个电子的微粒。
分子:
Ar、SiH4、PH3、H2S、HCl、F2、H2O2、N2H4(联氨)、C2H6(CH3CH3)、CH3NH2、CH3OH、CH3F、NH2OH(羟氨);离子:
K+、Ca2+、Cl-、S2-、HS-、P3-、O2-2等。
2.等质子数的微粒
分子。
14个质子:
N2、CO、C2H2;16个质子:
S、O2。
离子。
9个质子:
F-、OH-、NH-2;11个质子:
Na+、H3O+、NH+4;17个质子:
HS-、Cl-。
3.等式量的微粒
式量为28:
N2、CO、C2H4;式量为46:
CH3CH2OH、HCOOH;式量为98:
H3PO4、H2SO4;式量为32:
S、O2;式量为100:
CaCO3、KHCO3、Mg3N2。
典型例题
例1.(2010·山东理综)16O和18O是氧元素的两种核素,NA表示阿伏加德罗常数,下列说法正确的是( )
A.16O2与18O2互为同分异构体
B.16O与18O核外电子排布方式不同
C.通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化
D.标准状况下,1.12L16O2和1.12L18O2均含0.1NA个氧原子
例2.(2010·海南)下列叙述错误的是( )
A.13C和14C属于同一种元素,它们互为同位素
B.1H和2H是不同的核素,它们的质子数相等
C.14C和14N的质量数相等,它们的中子数不等
D.6Li和7Li的电子数相等,中子数也相等
例3、(2012·烟台模拟)
(1)某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍,其质子数是最外层电子数的3倍,该元素的原子结构示意图是______________。
(2)已知某粒子的结构示意图为:
,试回答:
①当x-y=10时,该粒子为________(填“原子”、“阳离子”或“阴离子”)。
②当y=8时,粒子可能为(填名称)________、________、________、________、________。
③写出y=3与y=7的元素最高价氧化物对应水化物之间发生反应的离子方程式________________。
课堂练习
1.核电荷数小于18的某元素X,其原子核外电子层数为a,最外层电子数为(2a+1)。
下列有关元素X的说法中,不正确的是( )
A.元素X的原子核内质子数为(2a2-1)
B.元素X形成的单质既能作氧化剂又能作还原剂
C.元素X形成的简单离子,各电子层的电子数均达到2n2个(n表示电子层数)
D.由元素X形成的某些化合物,可能具有杀菌消毒的作用
2.2011年9月29日,我国天宫一号目标飞行器成功发射,其内部结构含有金属钛。
下列有关2248Ti和2250Ti的说法正确的是( )
A.2248Ti和2250Ti原子中均含有22个中子B.2248Ti和2250Ti在周期表中位置相同,都在第4纵行
C.2248Ti和2250Ti的物理性质相同D.2248Ti和2250Ti为同一核素
3.(2011·海南,4)53131I是常规核裂变产物之一,可以通过测定大气或水中53131I的含量变化来监测核电站是否发生放射性物质泄漏。
下列有关53131I的叙述中错误的是( )
A.53131I的化学性质与53127I相同B.53131I的原子序数为53
C.53131I的原子核外电子数为78D.53131I的原子核内中子数多于质子数
5.(2012·豫南九校联考)两种微粒含有相同的质子数和电子数,这两种微粒可能是( )
①两种不同的原子 ②两种不同元素的原子 ③一种原子和一种分子 ④一种原子和一种离子 ⑤两种不同分子 ⑥一种分子和一种离子 ⑦两种不同阳离子 ⑧两种不同阴离子 ⑨一种阴离子和一种阳离子
A.①③⑤⑥⑦⑧ B.①③⑤⑦⑧
C.①③④⑤⑦D.全部都是
6.不具有放射性的同位素称之为稳定同位素,稳定同位素分析法近20年来在植物生理学、生态学和环境科学研究中获得广泛应用。
如在陆地生态系统研究中,2H、13C、15N、18O、34S等常用作环境分析指示物。
下列有关说法正确的是( )
A.34S原子核内中子数为16
B.1H216O和1H218O的相对分子质量不同
C.13C和15N原子的原子序数相差2
D.2H+结合OH-的能力比1H+的更强
7.2011年11月3日,长征三号火箭承担运载“神八”的使命。
氕化锂、氘化锂、氚化锂可以作为启动长征2号火箭的优良炸药。
下列说法正确的是( )
A.LiH、LiD、LiT的摩尔质量之比为1∶2∶3
B.它们都可与1H2O反应生成1H2
C.H、D、T之间可通过化学反应相互转化
D.它们可与O2反应生成LiO和不同相对分子质量的水
8.A、B、C、D、E五种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。
其中A为非金属元素,C是金属元素;A、C元素原子的最外层都只有一个电子;B和D元素原子的最外层电子数相同,且B元素原子L层电子数是K层电子数的3倍;E元素原子最外层电子数比次外层电子数少1。
回答下列问题:
(1)写出五种元素的元素符号:
A.________,B.________,C.________,D.________,E.________。
(2)画出B、C的原子结构示意图:
B.________,C.________;画出D的离子结构示意图:
_______________________。
(3)从原子核外电子排布的角度分析C元素的化合价为什么为+1价?
_________________。
第二节元素周期表和元素周期律
【知识梳理】
一、元素周期表的结构
1、周期
2、族
3、把数目相同的各种元素,按 从左到右的递增顺序排成横行,称为周期;把数目相同的各种元素,按 从上到下递增顺序排成纵行,称为族,这样就得到一个表,这个表就叫元素周期表。
4、镧系、锕系分别位于第、周期族,各含、种元素。
5、对于主族元素,最外层电子数=序数=价电子数=价(O、F除外)
练习:
画出元素周期表的边界线,标明各个周期、族、金属元素与非金属元素分界线,并将1—36号元素的元素符号填入相应位置、及所有稀有气体的元素符号及原子序数
二.元素周期律及其实质
1.定义:
元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化的规律叫做元素周期律。
2.实质:
是元素原子的核外电子排布的周期性变化的必然结果。
核外电子排布的周期性变化,决定了元素原子半径、最外层电子数出现周期性变化,进而影响元素的性质出现周期性变化。
3.具体实例:
以第3周期或第VIIA族为例,随着原子序数的递增
元素性质
同周期元素(左→右)
同主族元素(上→下)
⑴.最外层电子数
逐渐增多(1e—→8e—)
相同
⑵.原子半径(补充微粒半径比较)
逐渐减小(稀有气体除外)
逐渐增大
⑶.主要化合价
最高正价:
+1→+7;
最低负价-4→-1;
最低负价=主族序数-8
最高正价相同;
最低负价相同(除F、O外)
最高正价=主族序数
⑷.第一电离能
呈增大的趋势
呈减小趋势
⑸.电负性
电负性逐渐增大
电负性逐渐减小
⑹.得失电子能力
失能减;得能增。
失能增;得能减。
⑺.元素的金属性和非金属性
金属性逐渐减弱;
非金属性逐渐增强。
金属性逐渐增强;
非金属性逐渐减弱。
⑻.最高价氧化物对应水化物的酸碱性
碱性逐渐减弱;
酸性逐渐增强。
碱性逐渐增强;
酸性逐渐减弱。
⑼.非金属气态氢化物稳定性
逐渐增强
逐渐减弱
注意:
元素各项性质的周期性变化不是简单的重复,而是在新的发展的基础上重复。
随着原子序数的增大,元素间性质的差异也在逐渐增大,并且由量变引起质变。
典型例题
例1.同周期的X、Y、Z三种元素,已知其氢化物分别为XH3、H2Y、HZ,则下列判断正确的是
A.原子半径Z>Y>X
B.Z的非金属性最强
C.氢化物还原性XH3>H2Y>HZ,稳定性XH3>H2Y>HZ
D.最高氧化物对应水化物H3XO4酸性最强
例2.X、Y、Z是3种短周期元素,其中X、Y位于同一族,Y、Z处于同一周期,X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍,Z原子的核外电子数比Y原子少1。
下列说法正确的是
A.元素非金属性由弱到强的顺序为Z<Y<X
B.Y元素最高价氧化物对应水化物的化学式可表示为H3YO4
C.3种元素的气态氢化物中,Z的气态氢化物最稳定
D.原子半径由大到小的顺序为Z>Y>X
例3.X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,且互不同族;其中只有两种为金属。
X原子的最外层电子数与次外层电子数相等;X与W、Y与Z这两对原子的最外层电子数之和均为9。
单质Y和W都可与浓的NaOH溶液反应。
请回答下列问题:
⑴.Y、Z、W的原子半径由小到大的顺序是(用元素符号做答)。
⑵.ZW2的电子式是;它在常温下呈液态,形成晶体时,属于晶体。
⑶.工业生产单质Y的原理是(用化学方程式表示)。
⑷.X与Y化学性质相似,则X与浓NaOH溶液反应的化学方程式是。
⑸.0.1mol的单质W与50mL1.5mol/L的FeBr2溶液反应,则被氧化的Fe2+与Br-的物质的量之比是。
例4.已知1~18元素的离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构。
下列关系正确的是
A.质子数c>dB.离子的还原性Y2->Z-
C.氢化物的稳定性H2Y>HZD.原子半径X<W
例5(2012·福建)8.短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如右下图所示,其中T所处的周期序数与族序数相等。
下列判断不正确的是
A.最简单气态氢化物的热稳定性:
R>Q
B.最高价氧化物对应水化物的酸性:
Q C.原子半径: T>Q>RD.含T的盐溶液一定显酸性 例6(2012·四川)8.已知W、X、Y、Z为短周期元素,W、Z同主族,X、Y、Z同周期,W的气态氢化物的稳定性大于Z的气态氢化物稳定性,X、Y为金属元素,X的阳离子的氧化性小于Y的阳离子的氧化性,下列说法正确的是 A.若W与Y的原子序数相差5,则二者形成化合物的化学式一定为Y2W3 B.W与X形成的化合物中只含离子键 C.W的气态氢化物的沸点一定高于Z的气态氢化物的沸点 D.X、Y、Z、W的原子半径依次减小 例7(2012·浙江)X、Y、Z是原子序数依次递增的短周期元素,3种元素的原子核外电子数之和与Ca2+的核外电子数相等,X、Z分别得到一个电子后均形成稀有气体原子的稳定电子层结构。 下列说法正确的是A.原子半径: Z>Y>XB.Z与X形成化合物的沸点高于Z的同族元素与X形成化合物的沸点C.CaY2与水发生氧化还原反应时,CaY2只作氧化剂D.CaX2、CaY2和CaZ2等3种化合物中,阳离子与阴离子个数比均为1︰2 巩固练习 1.在独居石中含有尚有未命名的116号元素。 试判断,116号元素应位于周期表中的() A.第6周期ⅣA族B.第7周期ⅥA族C.第7周期Ⅷ族D.第8周期ⅥA族 2.同主族两种元素原子核外电子数差值不可能为( ) A.2 B.10 C.26 D.30 3.同周期ⅢA、ⅡA元素原子序数之差不可能为() A.1 B.11 C.25 D.26 4.在周期表中金属和非金属的分界线附近能找到() A.制农药的元素 B.制催化剂的元素C.做半导体的元素 D.制耐高温合金材料的元素 5.几种短周期元素部分性质的数据见下表,下列说法正确的是() 元素性质 元素编号 ①②③④⑤⑥⑦ 原子半径 0.741.601.521.100.991.86 0.75 最高正化合价 无+2+1+5+7+1+5 最低负化合价 -2无无-3-1无-3 A.③、⑥号元素都是金属元素B.⑦的单质容易与①的单质反应 C.⑥是该周期元素中原子半径最小的元素D.①、⑥号元素只能形成一种白色化合物 6.X、Y、Z、W、R是5种短周期元素,其原子序数依次增大。 X是周期表中原子半径最小的元素,Y原子最外层电子数是次外层电子数的3倍,Z、W、R处于同一周期,R与Y处于同一族,Z、W原子的核外电子数之和与Y、R原子的核外电子数之和相等。 下列说法不正确的是() A.元素Y、Z、W具有相同电子层结构的离子,其半径依次增大 B.元素X能与元素Y形成化合物 X2Y2 C.元素Y、R的形成的化合物有两种 D.元素W的离子半径小于R的离子半径 7.下表是元素周期表的一部分,有关说法正确的是() A.e的原子半径小于d B.a、b、e三种元素的原子半径: e>b>a C.六种元素中,c元素单质的化学性质最活泼 D.e的离子半径大于f的离子半径,a的离子半径大于b的离子半径 8.元素X、Y、Z原子序数之和为36,X、Y在同一周期,X+与Z2-具有相同的核外电子层结 构。 下列推测不正确的是 () A.同周期元素中X的半径最大 B.原子半径X>Y,离子半径X+>Z2- C.Z的同族元素中硫的低价氧化物 能够漂白草帽 D.铁和Y的单质反应生成铁的高价化合物 9.张青莲是我国著名的化学家。 1991年,他准确测得In的相对原子质量为114.818,被国际原子量委员会采用为新的标准值。 这是原子量表中首次采用我国测定的相对原子质量值。 已知In的原子结构如图所示, 则下列关于In的说法不正确的是() A.In为长周期元素 B.In为过渡元素 C.In容易导电导热 D.In在反应中容易失电子 10.某元素X最高价含氧酸的相对分子质量为98,且X的氢化物的分子式不是H2X,则下列说法正确的是() A.X的最高价含氧酸的分子式可表示为H3XO4 B.X是第二周期ⅤA族元素 C.X是第二周期ⅥA族元素 D.X的最高化合价为+4 11.A、B、C三种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示,已知A、C可分别与B形成化合物X和Y,A与B的质子数之和为C的质子数,现有以下说法,其中判断正确的组合是() ①B与C均存在同素异形体②X的种类比Y的多 ③A的氢化物能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝 ④A的最高价氧化物对应水化物能与铁生成氢气 A.①②③B.②③C.①②④D.①④ 12.已知短周期元素的离子,aA2+、bB+、cC2-、dD-都具有相同的电子层结构,则下列叙述正确的是() A.原子半径A>B>D>CB.原子序数d>c>b>a C.离子半径C>D>B>AD.单质的还原性A>B>D>C 13.下表为元素周期表的一部分,请参照元素①-⑧在表中的位置,用化学用语回答下列问题: 族 周期 IA 0 1 ① ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 2 ② ③ ④ 3 ⑤ ⑥ ⑧ (1)④、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序为_________________________。 (2)⑤、⑥、⑧形成的三种离子中半径最小的是________,其离子结构示意图为。 (3) 比⑧的质子数大18的元素在周期表中的位置是,在地壳中含量占第二位的元素在周期表中的位置是 (4)由表中两种元素的原子按1: 1组成的常见液态化合物的稀液易被催化分解,这种物质和下列物质反应时仅被氧化的是(填序号)_________________。 a.MnO2b.FeCl3c.Na2SO3d.KMnO4 第三讲化学键(第1课时) 化学键的概念 1.含义及其分类 通称为化学键,包括离子键和共价键。 2.一个化学反应的过程,本质上是旧化学键断裂和新化学键的形成 一.离子键: 根据NaCl的形成过程,结合课本填写下列空白 (一)离子键称为离子键 ①成键微粒: ②成键本质: ③成键条件: 注意: 1含有离子键的化合物均为离子化合物(如: 大多数金属化合物、强碱、大多数盐类) 2金属和非金属不一定形成离子键,例如: 氯化铝 3非金属和非金属也能形成离子键,例如: 氯化铵 例: 下列化合物中有离子键的是() (1)KI (2)HBr(3)Na2SO4(4)NH4Cl(5)H2CO3 (二)、电子式: 在化学反应中,一般是
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