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第3940讲化学5

第五讲

第四节周期律与化学键

一、《考试大纲》的规定

原子核外电子分布、原子、离子的电子结构式、原子轨道和电子云概念、离子键特征、共价键特征及类型

分子结构式、杂化轨道及分子空间构型、极性分子与非极性分子、分子间力与氢键分压定律及计算、液体蒸汽压、沸点、汽化热

晶体类型与物质性质的关系

周期表结构：

周期；族、原子结构与周期表关系

元素性质及氧化物及其水化物的酸碱性递变规律

二、重点内容

1．原子核外电子分布

波函数是量子力学描述微观粒子（电子）波动性质的一种数学形式，用符号ψ表示。

四个量子数是指主量于数n、副量子数

，磁量子数m和自旋量子数ms。

①主量子数n（亦称能量量子数）。

它是决定电子能量大小的主要量子数，其取值为1，2，3，…等正整数。

n不同的原子轨道称为不同的电子层，用符号K、L、M、N，…等分别表示n＝1，2，3，4…等电子层。

②副量子数

（亦称角量子数）。

它是决定电子运动角动量的量子数。

的取值受n所限，

＝0，l，2，…，（n－1），也是决定电子运动能量的次要量子数。

＝0，ψ的空间形状是球形，用符号s表示；

＝l，ψ的空间形状是无柄哑铃形、用符号p表示；

＝2，ψ的空间形状是四瓣梅花形，用符号d表示；

＝3，ψ的空间形状更复杂，用符号f表示；

③磁量子数m。

它是决定电子运动的角动量在外磁场方向上分量的大小的量子数。

m取值受

的限制，即对应每一个

，m可取m＝0，±1，±2，…，±

，它和波函数ψ在空间的取向有关。

④自旋量子数ms。

它是因考虑电子自旋运动方向不同，造成电子能级的微小差别而引出的，其取值为

或

。

四个量子数允许的取值和相应的波函数及核外电子运动可能的状态数见表3-4-l。

核外电子运动的可能状态数表3-4-1

主量子数

电子层

符号

角量子数

原子轨道符号

磁量子数

电子层中轨道总数

自旋量子数

状态数

各类轨道

各电子层

1

K

0

1s

0

1

±

2

2

2

L

0

2s

0

1

±

2

8

1

2p

-1,0,+1

3

±

6

3

M

0

3s

0

1

±

2

18

1

3p

-1,0,+1

3

±

6

2

3d

-2,-1,0,+1,+2

5

±

10

4

N

0

4s

0

1

±

2

32

1

4p

-1,0,+1

3

±

6

2

4d

-2,-1,0,+1,+2

5

±

10

3

4f

-3,-2,-1,0,+1,+2,+3

7

±

14

电子云是核外电子在空间出现的几率密度形象化表示。

电子出现几率密度大的地方，电子云浓密一些。

多电子原子的核外电子分布情况遵循三个基本原则：

①能量最低原理；②泡利（Pauli）不相容原理；③洪特（Hund）规则。

能量最低原理，指电子总是尽量优先占据能量最低的原子轨道。

即基本的轨道能级组为：

泡利不相容原理，指每个原子中，不可能有2个电子具有完全相同的四个量子数，因此，每一个轨道最多只可能容纳2个电子，且自旋方向相反。

洪特规则，指量子数n和

相同的轨道（即等价轨道），电子将优先占据不同的等价轨道，并保持自旋相同。

洪特规则实际是能量最低原理的特例。

原子的核外电子排布式的书写应根据上述三个基本原则和近似能级的顺序进行。

价层电子指外层电子对元素的化学性质有显著影响，并将描述电子在价层轨道分布的式子称为价层电子排布式。

如K的核外电子排布戏为：

1s22s22p63s23p64s1；它的价层电子排布式为4s1。

2．化学键

化学键分为离子键、共价键和金属键等。

其中，共价键按原于轨道重叠方式不同，又分为σ键和π键。

离子键的特点是没有饱和性也没有方向性，相反，共价键具有饱和性和方向性；共价键的饱和性，是指成键原子有多少未成对电子，最多就可形成几个共价键。

共价键的方向性是因为电子配对时，原子轨道必须发生重叠，而且要求是最大程度的重叠。

3．杂化轨道理论

单子轨道混合、重组的过程称为杂化，杂化后的原子轨道叫杂化轨道；有多少个原子轨道参加杂化，就形成多少个杂化轨道。

（1）sp杂化，即1个ns轨道和1个np轨道杂化成2个sp杂化轨道。

每个sp杂化轨道都含有½s轨道成分和½p轨道成分，每个sp杂化轨道间的夹角为180o，呈直线型。

如BeCl2、HgCI2、CO2、

等。

（2）sp2杂化，：

3个sp2杂化轨道位于同一平面，互成120o夹角。

如BF3、BCl3等。

（3）sp3杂化，4个冲sp3杂化轨道分别指向正四面体的4个顶角，轨道间的夹角互成109o28’。

如CH4、SiCl4等。

（4）sp3不等性杂化，如果在杂化轨道上含有不成键的孤对电子，则形成的4个sp3杂化轨道是不完全等同的，此杂化称为不等性杂化。

如NH3、PCl3分子的空间构型为三角锥形，如H2O、H2S、SO2分子的空间构型为V字形。

――――――――――――――

4．极性分子和非极性分子

对双原子分子，分子的极性是由键的极性决定的。

即键是非极性键，分子是非极性分子；键是极性键，分子是极性分子。

对多原子分子，分子的极性不仅取决于键的极性，还与分子的构型有关。

常见物质分子的极性和分子的空间构型见表3-4-2。

物质分子的极性和分子的空间构型表3-4-2

分子式

键的极性

分子的极性

分子的空间构型

N2，H2

非极性

非极性

直线型

CO，HCl，HCN

极性

极性

直线型

CS2，CO2

极性

非极性

直线型

H2O，SO2

极性

非极性

V字形

BF3

NH3

CH4

极性

极性

极性

非极性

极性

非极性

平面三角形

三角锥形

正四面体

（1）分子间力。

它包括取向力、诱导力和色散力。

取向力，在两个极性分子靠近时所产生的作用力；诱导力，极性分子接近非极性分子所产生的作用力；色散力，非极性分子间产生的作用力，并且它存在于所有分子之中。

（2）氢键。

如NH3、H2O、HF等分子间都存在氢键。

在X－H…Y中H与Y之间形成氢键，X与H之间形成极性共价键。

氢键有类似共价键的方向性和饱和性。

5．晶体的内部结构

晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体四种类型。

原子晶体如金刚石、Si、Ge、SiO2、SiC等，其微粒间的作用力是共价键。

――――――――――――――

6．周期律

周期表中共有7个周期。

第1周期只有2个元素；第2、3周期各有8个元素；第4、5周期各有18个元素；第6周期有32个元素；第7周期是个未完全周期。

根据元素的外层电子分布的特点，周期表又分为5个区，即：

s区、p区、d区、ds区和f区。

（1）s区，包括IA、ⅡA族，外层电子分布ns1－2；

（2）p区，包括ⅢA－O族，外层电子分布ns2p1－6；

（3）d区，包括ⅢB－Ⅶ族，外层电子分布一般为（n―1）d1―8nS2；

（4）ds区，包括IB、ⅡB族，外层电子分布（n―1）d10ns1―2；

（5）f区，包括镧系、锕系，外层电子分布（n―2）f1―14（n―1）d0―1nS2。

d区、ds区为过渡元素，f区为内过渡元素。

7．元素及其化合物性质的周期性变化

（1）第一电离能。

同一周期中自左至右第一电离能（I1）增大，原子越难失去电子。

（2）电子亲合能。

同一族元素从上向下，电子亲合能递减；同一周期中自左向右，电子亲合能增加。

（3）氧化物及其水合物的酸碱性

①同一周期从左到右各主族元素的最高价氧化物及其水合物的酸性递增（碱性递减）。

长周期副族元素的氧化物及其水合物的酸碱性递变情况类似。

②同一族中从上向下各元素相同价态的氧化物及其水合物的酸性递减（碱性递增）。

③同一元素的高价氧化物或水合物的酸性比低价的酸性更强。

如HClO4>HClO3>HClO2>HClO。

两性氧化物如A1、Sn、Pb等元素的氧化物。

三、应试题解

1．量子数n＝4，l＝2对应的轨道的名称是（　）。

A．2p

B．4d

C．3d

D．4p

答案：

B

3．下列各组量子数不合理的是（　）。

A．n＝4，l＝3，m＝1

B．n＝5，l＝1，m＝0

C．n＝3，l＝3，m＝－2

D．n＝2，l＝0，m＝1

答案：

D

4．pz波函数角度分布的形状是（　）。

A．双球形

B．球形

C．四瓣梅花形

D．橄榄形

答案：

A

9．原子序数为29的元素其价电子排布式为（　）。

A．3d94s2

B．3d84s2

C．3d104s1

D．4s23d9

答案：

C

12．下列说法不正确的是（　）。

A．离子晶体在熔融时能导电

B．离子晶体的水溶液能导电

C．离子晶体中，晶格能越大通常熔点越高，硬度越大

D．离子晶体中离子的电荷数越多，核间距越大，晶格能越大

答案：

D

16．下列原子半径大小顺序中正确的是（　）。

A．Be

B．Be

C．Be>Na>Mg

D．Na

答案：

B

29．在CH4分子间存在的作用力主要是（　）。

A．色散力

B．诱导力

C．取向力

D．氢键

答案：

A

30．乙醇与水分子之间存在的作用力为（　）。

A．色散力、诱导力

B．诱导力、取向力

C．色散力、诱导力、取向力

C．色散力、诱导力、取向力、氢键

答案：

D

36．下列物质中熔点最高的应是（　）。

A．NaCl

B．MgO

C．CaO

D．Cr2O3

答案：

D

39．下列氧化物中，既可和稀H2SO4溶液作用，又可和稀NaOH溶液作用的是（　）。

A．Al2O3

B．Cu2O

C．SiO2

D．CO

答案：

A

三、应试题解

1．量子数n＝4，l＝2对应的轨道的名称是（　）。

A．2p

B．4d

C．3d

D．4p

答案：

B

2．量子力学理论中的一个原子轨道是指（　）。

A．与玻尔理论的原子轨道相同

B．主量子数n具有一定数值时的波函数

C．主量子数n、副量子数

，磁量子数m具有合理组合数值时的一个波函数

D．主量子数n、副量子数

、磁量子数m、自旋量子数ms具有合理组合数值时的一个波函数

答案：

C

3．下列各组量子数不合理的是（　）。

A．n＝4，l＝3，m＝1

B．n＝5，l＝1，m＝0

C．n＝3，l＝3，m＝－2

D．n＝2，l＝0，m＝1

答案：

D

4．pz波函数角度分布的形状是（　）。

A．双球形

B．球形

C．四瓣梅花形

D．橄榄形

答案：

A

5．下列电子构型中，原子不属于基态的是（　）。

A．1s22s2

B．1s22p2

C．ls22s22p53d1

D．1s22s12p1

答案：

A

6．在下列原子的电子结构式中，不能正确表示基态原子的电子结构式的有（　）。

A．[He]2s2

B．[Ne]3s23p2

C．[Ne]3s23p4

D．[Ar]3d64s3

答案：

D

7．24号元素Cr的基本原子价层电子分布正确的是（　）。

A．3d64s0

B．3d44s1

C．3d44s2

D．3d44s24p1

答案：

B

8．Fe2+离子的价层电子排布式应为（　）。

A．3d54s1

B．3d44s2

C．3d6

D．3d44s14p1

答案：

C

9．原子序数为29的元素其价电子排布式为（　）。

A．3d94s2

B．3d84s2

C．3d104s1

D．4s23d9

答案：

C

10．下列有关电子排布的叙述中，正确的是（　）。

A．价电子层有ns电子的元素是碱金属元素

B．ⅦB族元素的价电子排布为（n－1）d6ns2

C．ⅥB族元素的价电子排布均为（n－1）d6ns2

D．29号元素的价电子排布为3d10nsl

答案：

D

11．石墨晶体在常温下有优良的导电性和传热性，这是因为（　）。

A．石墨在高温下能分解成碳正离子和碳负离子

B．石墨具有半导体性质

C．石墨具有金属特性

D．石墨晶体中含有一层层的共轭大π键

答案：

D

12．下列说法不正确的是（　）。

A．离子晶体在熔融时能导电

B．离子晶体的水溶液能导电

C．离子晶体中，晶格能越大通常熔点越高，硬度越大

D．离子晶体中离子的电荷数越多，核间距越大，晶格能越大

答案：

D

13．下列元素中各基态原子的第一电离能最大的是（　）。

A．Be

B．B

C．C

D．Ｎ

答案：

D

14．下列叙述正确的是（　）。

A．同一主族元素从上至下，元素的原子半径增大，其电离能增大

B．元素的原子半径愈大，其电子亲合能愈大

C．同一主族元素从上至下，元素的原子半径增大，其电离能减小

D．同一主族元素从上至下，元素的电负性增大

答案：

C

15．下列元素中电负性最大的是（　）。

A．O

B．F

C．C

D．Ｎ

答案：

B

16．下列原子半径大小顺序中正确的是（　）。

A．Be

B．Be

C．Be>Na>Mg

D．Na

答案：

B

17．下列氢氧化物碱性最强的是（　）。

A．Sn（OH）4

B．Sn（OH）2

C．Pb（OH）4

D．Pb（OH）2

答案：

D

18．下列含氧酸中酸性最强的是（　）。

A．HClO3

B．HBrO3

C．H2SeO4

D．H2TeO6

答案：

A

19．下列几种固体物质品格中，由独立分子占据晶格结点的是（　）。

A．石墨

B．干冰

C．SiC

D．NaCl

答案：

B

20．下列化合物中既有离子键又有共价键的是（　）。

A．BaO

B．H2O

C．CO2

D．NaOH

答案：

D

21．通过测定AB2型分子的偶极矩，总能判断（　）。

A．分子的几何形状

B．元素的电负性差值

C．A—B键的极性

D．三种都可以

答案：

A

22．中心原子采用sp2d2杂化轨道成键的分子，其空间构型可能是（　）

A．八面体

B．平面正方形

C．四方锥

D．以上三种均有

答案：

A

23．H2S分子的空间构型和杂化方式分别为（　）。

A．直线型，sp杂化

B．V形，sp2杂化

C．V形，sp3杂化

D．直线型，sp2杂化

答案：

C

24．下列物质分中，中心原子以sp杂化轨道成健，分子的空间构型是直线型的是（　）。

A．BeCl2

B．BF3

C．H2S

D．NH3

答案：

A

25．下列各组判断中，不正确的是（　）。

A．CH4，CO2，BCl3非极性分子

B．CHCl3，HCl，H2S极性分子

C．CH4，CO2，BCl3，H2S非极性分子

D．CHCl3，HCl极性分子

答案：

C

26．下列分子中键有极性，分子也有极性的是（　）。

A．CCl4

B．CO

C．BF3

D．N2

答案：

B

27．下列物质中，具有极性键的非极性分子是（　）。

A．NH3

B．O2

C．H2O

D．CCl4

答案：

D

28．下列化合物中键的极性最大的是（　）。

A．MgCl2

B．BCl3

C．CaCl2

D．PCl3

答案：

C

29．在CH4分子间存在的作用力主要是（　）。

A．色散力

B．诱导力

C．取向力

D．氢键

答案：

A

30．乙醇与水分子之间存在的作用力为（　）。

A．色散力、诱导力

B．诱导力、取向力

C．色散力、诱导力、取向力

C．色散力、诱导力、取向力、氢键

答案：

D

31．下列各物质中，分子间只存在色散力的是（　）。

A．HBr

B．NH3

C．H2O

D．CO2

答案：

D

32．下列每组物质中不同物质分子间既存在范德华力又存在氢键的是（　）。

A．苯与甲烷

B．碘与甲烷

C．甲醇与水

D．氯气与乙烯

答案：

C

33．下列说法正确的是（　）。

A．色散力仅存在于非极性分子中

B．极性分子之间的作用力称为取向力

C．诱导力仅存在于极性分子与非极分子之间

D．分子量小的物质，其溶点、沸点有时也会高于分子量大的物质

答案：

D

34．下列化合物中熔点最高的是（　）。

A．CF4

B．CCl4

C．CBr2

D．Cl2

答案：

D

35．下列化合物中沸点最低的是（　）。

A．NH3

B．PH3

C．AsH3

D．SbH3

答案：

B

36．下列物质中熔点最高的应是（　）。

A．NaCl

B．MgO

C．CaO

D．Cr2O3

答案：

D

37，下列物质的溶点由高到低排列，其顺序正确的是（　）。

A．HI>HBr>HCl>HF

B．HF>HI>HBr>HCl

C．SiC>SiCl4>CaO>MgO

D．SiC>CaO>MgO>SiCl4

答案：

B

38．下列气态卤化氢中，分子偶极矩变小的顺序为（　）。

A．HCl，HBr，HI，HF

B．HI，HBr，HCl，HF

C．HF，HCl，HBr，HI

D．HBr，HCl，HF，HI

答案：

C

39．下列氧化物中，既可和稀H2SO4溶液作用，又可和稀NaOH溶液作用的是（　）。

A．Al2O3

B．Cu2O

C．SiO2

D．CO

答案：

A

四、答案

1．B2．C3．D4．A5．A6．D7．B8．C9．C10．D

11．D12．D13．D14．Cl5．B16．B17．D18．A19．B20．D

21．A22．A23．C24．A25．C26．B27．D28．C29．A30．D

31．D32．C33．D34．D35．B36．D37．B38．C39．A