高三化学物质结构元素周期律二知识精讲.docx
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高三化学物质结构元素周期律二知识精讲
高三化学物质结构、元素周期律
(二)
【本讲主要内容】
物质结构、元素周期律
(二)
共价键、离子键、极性键、非极性键
极性分子和非极性分子
常见晶体结构及其性质
【知识掌握】
【知识点精析】
1.化学键的型:
(1)离子键:
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。
①成键元素:
活泼金属(如:
K、Na、Ca、Ba等,主要是ⅠA和ⅡA族元素)和活泼非金属(如:
F、Cl、Br、O等,主要是ⅥA族和ⅦA族元素)相互结合时形成离子键。
②成键原因:
活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子,活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。
当活泼金属遇到活泼非金属时,电子发生转移,分别形成阳、阴离子,再通过静电作用形成离子键。
③离子键构成离子化合物。
(2)共价键:
原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键。
①成键元素:
通常为非金属元素的原子间。
②成键原因:
同种或不同种元素的原子之间结合成分子时并不发生电子的完全得失,而是通过共用电子对而结合的。
③共价键可以形成单质也可形成化合物。
Ⅰ非极性共价键:
同种元素的原子之间形成的共价键,简称非极性键;
Ⅱ极性共价键:
不同元素的原子之间形成的共价键,简称极性共价键。
化合物中含有的化学键可以有:
极性键;极性键和非极性键;离子键;离子键和极性键;离子键和非极性键等。
注意:
①共价键可存在于单质分子、共价化合物分子和离子化合物中。
②共价化合物中只有共价键,离子化合物中一定含有离子键。
③单质分子中的共价键均为非极性键,化合物分子中可有非极性键,离子化合物中
可存在极性键和非极性键。
④非金属元素的原子间可形成离子化合物。
如:
NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3等。
2.极性分子和非极性分子
(1)极性分子由极性键形成,分子负电荷重心和正电荷重心不重合的分子。
极性分子的溶质一般易溶于水。
如:
HCl、NH3、H2O等。
(2)非极性分子分子负电荷重心与正电荷重心重合的分子。
非极性分子的溶质一般不易溶于水。
如:
H2、CO2、CH4等
3.晶体的比较
晶体类型
构成微粒
微粒间作用
熔沸点比较
实例
原子晶体
原子
共价键
很高
金刚石、SiO2
离子晶体
阴、阳离子
离子键
较高
NaCl
分子晶体
分子
分子间作用力、氢键
低
CO2
金属晶体
金属原子、阳离子、自由电子
金属键
有的低,有的高
金属单质
晶体熔沸点的高低与该晶体构成微粒间的作用强弱有关:
①原子晶体一般比较构成原子间的共价键的强弱,一般成键原子的半径越小即共价键的键长越短,原子晶体的熔沸点越高;
②离子晶体的熔沸点由离子键的作用强弱决定,一般阴、阳离子的半径越小,所带电荷越多,离子键作用越强,熔沸点越高;
③分子晶体中分子间作用力由分子的相对分子质量决定,相对分子质量越大,分子间作用力越强,分子晶体的熔沸点越高,含有氢键时分子的熔沸点升高。
如H2O、HF、NH3等。
④金属晶体一般比较金属阳离子的半径和所带电荷,一般半径小,电荷多,晶体熔沸点高。
【解题方法指导】
例1.A、B二种短周期的元素可以形成两种不同的共价化合物C与D。
A在化合物C中显-1价,在化合物D中显-2价。
化合物C在一定条件下反应产生A的单质。
化合物D较为稳定。
元素A位于周期表第_______周期,______族;化合物C的电子式______,化合物D的化学式____________。
解析:
短周期元素中,显-2价为第ⅥA的元素,只能是氧和硫。
在中学化学知识中硫通常无-1价。
而氧在过氧化物中显-1价,因此A为氧元素。
但C、D均为共价化合物,故C为H2O2,B元素为氢。
答案:
二,第ⅥA,,H2O
例2.现有原子序数之和为51的五种短周期元素A、B、C、D、E。
已知A的单质在常温下为无色气体;B原子的最外层电子数比次外层电子数多3个;C和B属于同一主族;D的最高正价与负价的代数和为4,其最高价氧化物对应的水化物的酸性在同主族元素中最强,E元素最外层电子数与其K层电子数相同。
①试写出它们的元素符号。
②写出B的氢化物的电子式。
③B的气态氢化物与D的气态氢化物互相作用生成的物质,其电子式为_________或___________。
解析:
B原子的次外层只能为K层,所以B为氮,C为磷,最高正价和负价的代数和为4时,只有最高正价为+6价,负价为-2价,即ⅥA元素符合,因其含氧酸性为本周期元素的含氧酸中之最强,所以D元素为硫,E为镁,再由原子序数之和为51,而B、C、D、E原子序数均已知,肯定A为氢。
答案:
①H、N、P、S、Mg②
③
例3.如图为NaCl晶体中取出一部分结构图,图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。
(1)若该立方体中心处是一钠离子,请将图中代表Na+的小圆用笔涂为黑圆点,以完成NaCl晶体结构示意图。
分析这个立方体示意图中共有多少个“NaCl”单元?
(2)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的Na+共有多少个?
解析:
下图中心圆涂中黑的为Na+,与之相隔均要涂黑
(1)图中大立方体是由8个小立方体构成,由于顶点上的微粒是由八个相同的立方体共用、棱上的微粒是由四个相同的立方体共用、面上的微粒是由两个相同的立方体共用。
可如下计算立方体中钠离子、氯离子个数:
计算在该晶胞中含有Na+的数目。
在晶胞中心有1个Na+外,在棱上共有4个Na+,一个晶胞有6个面,与这6个面相接的其他晶胞还有6个面,共12个面。
又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有,所以该晶胞独占的是12×1/4=3个。
该晶胞共有的Na+为4个。
晶胞中含有的Cl-数:
Cl-位于顶点及面心处,每个平面上有4个顶点与1个面心,而每个顶点上的氯离子又为8个晶胞(本层4个,上层4个)所共有。
该晶胞独占8×1/8=1个。
一个晶胞有6个面,每面有一个面心氯离子,又为两个晶胞共有,所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。
不难推出,n(Na+):
n(Cl-)=4:
4=1:
1。
所以图示立方体中共有4个“NaCl”单元。
化学式为NaCl。
(2)以中心Na+为依据,画上或找出三个平面(三个平面互相垂直)。
在每个平面上的Na+都与中心Na+最近且为等距离。
每个平面上又都有4个Na+,所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。
例4.在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有___________个,在晶体中截取一个最小的正方形;使正方形的四个顶点都落到CO2分子的中心,则在这个正方形的平面上有___________个CO2分子。
解析:
解答此题要求对干冰的晶体模型十分熟悉。
以右下角CO2分子为研究对象:
与其紧邻的为面心上的3个CO2分子,而CO2分子被8个这样的立方体所共有,故有3×8=24。
又考虑到面心上的CO2被2个这样的立方体共有,故24/2=12个。
由CO2晶体模型分析得出,符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半,不难看出有4个CO2分子。
答案:
12;4。
例5.单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点
>3823
1683
2573
沸点
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5
①晶体硼的晶体类型属于____________晶体,理由是________________________。
已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个B原子。
通过视察图形及推算,此晶体结构单元由
____________________个硼原子构成。
其中B—B键的键角为____________。
解析:
①原子,理由:
晶体的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间,而金刚石和晶体Si均为原子晶体,B与C相邻与Si处于对角线处,亦为原子晶体。
②每个三角形的顶点被5个三角形所共有,所以,此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5,每个三角形中有3个这样的点,且晶体B中有20个这样的三角形,因此,晶体B中这样的顶点(B原子)有3/5×20=12个。
又因晶体B中的三角形为正三角形,所以键角为60°
【考点突破】
化学键的类型与分子的极性在高考试题中不断出现,不断考查晶体熔沸点的判断等知识点。
【考点指要】
分析近几年高考试题可以看出本讲内容的考查特点:
1.重点考查判断化学键类型,并且常与分子极性的判断或晶体类型的判断结合在一起考查,题目难度适中。
2.分子结构的考查则注重分子空间构型、分子极性、分子中成键原子最外层8电子结构的判断,常见分子、离子、基团的电子式书写。
3.晶体结构的确定及晶体物理性质的比较题在高考中的比重有增大的趋势,难度也有增加。
表现为考查一些单质、化合物的晶体类型,判断晶体中基本粒子间的作用力,确定晶体的熔沸点等。
考查学生的观察能力和三维空间的想象能力成为高考的命题点。
复习中应用的方法:
1.正确理解化学键的概念及其本质,将离子键、共价键进行比较;善于判断化合物中原子之间的成键类型,并能用电子式正确表示离子化合物和共价化合物的形成过程和结构。
2.写出常见物质的电子式、结构式,指出化学键的类型,判断分子的极性。
3.掌握四种晶体构成的基本粒子、相互之间的作用、主要物理性质等,能判断常见物质的晶体类型,会比较物质熔沸点的高低。
【典型例题分析】
例1.(2006年夏季高考全国卷Ⅰ)在常温常压下呈气态的化合物、降温使其固化得到的晶体属于()
A.分子晶体 B.原子晶体
C.离子晶体 D.何种晶体无法判断
解析:
本题是用晶体的性质反推晶体的类型,分子晶体的熔、沸点较低,常温、常压时为气体或液体的化合物,其晶体为分子晶体;若化合物晶体构成粒子间是共价键或离子键作用,则作用强烈,其熔、沸点高,常温、常压时不会为气体。
答案:
A。
例2.(2006年夏季高考北京卷)下图中每条折线表示周期表ⅣA~ⅦA中的某一族元素氢化物的沸点变化,每个小黑点代表一种氢化物,其中a点代表的是( )
A.H2SB.HClC.PH3D.SiH4
解析:
第三周期Si、P、S、Cl所形成的氢化物晶体类型均属分子晶体,并且分子间只
存在分子间作用力,无氢键,所以沸点随分子的相对分子质量大小变化,相对分子质量越大,分子间作用力越强,分子晶体沸点越高。
答案:
D。
例3.(2006年夏季高考全国Ⅱ)下列叙述正确的是()
A.NH3是极性分子,分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B.CCl4是非极性分子,分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C.H2O是极性分子,分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
D.CO2是非极性分子,分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
解析:
NH3分子为三角锥型结构,A错误,CCl4分子为正四面体型分子结构,B错误,H2O分子为折线型,C正确,CO2分子为直线型结构,三原子共线。
例4.(2006年夏季高考四川卷)下列物质发生变化时,所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( )
A.液溴和苯分别受热变为气体B.干冰和氯化铵分别受热变为气体
C.二氧化硅和铁分别受热熔化D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中
解析:
注意掌握每种晶体的构成微粒间的作用,晶体类型相同,晶体在熔化或气化时克服的作用力相同。
A正确。
【达标测试】
一.选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列关于化学键的叙述正确的是()
A.化学键既存在于相邻原子之间,又存在于相邻分子之间
B.两个原子之间的相互作用叫化学键
C.化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间的强烈相互作用
D.阴阳离子之间有强烈的吸引作用而没有排斥作用,所以离子间的核间距相当小
2.下列化合物中只有共价键的是()
A.Na2O2B.CaCl2C.KOHD.NH3
3.下列性质中,可以证明某化合物内一定存在离子键的是()
A.可溶于水B.具有较高的熔点
C.水溶液能导电D.熔融状态能导电
4.下列各组中的元素,能形成离子键的是()
A.C,OB.P,ClC.Na,FD.Cl,I
5.根据化学反应的实质是旧键断裂和新键形成这一观点,下列变化为化学反应的是()
A.氯化钠受热熔化B.石墨在高温高压下转化为金刚石
C.木炭转化为活性炭D.CO2气体加压降温得到干冰
6.下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是()
A.NaFB.MgI2C.BaI2D.KBr
7.下列各组物质中,化学键与晶体类型完全相同的是()
A.KF和NH4FB.Br2和HCl
C.CO2和SiO2D.H2O和H2S
8.下列物质中,都是由极性键构成的极性分子的一组是()
A.CH4和HBrB.NH3和H2O
C.H2S和CCl4D.CO2和HCl
9.下列含有非极性键的离子化合物是()
A.CH3COOHB.NaOHC.Na2O2D.MgCl2
10.下面关于化学键和晶体的叙述正确的是()
A.晶体受热熔化时,其中的化学键一定被破坏
B.离子晶体中一定含有离子键,分子晶体中一定含有共价键
C.离子晶体中不可能含有共价键,分子晶体中可能含有离子键
D.非极性键可能存在于分子晶体中,也可能存在于离子晶体中
二.填空题
11.在一定条件下,某元素的氢化物X可完全分解为两种单质:
Y和Z。
若已知:
①反应前的X与反应后生成的Z的物质的量之比n(X):
n(Z)=2:
3
②单质Y的分子为正四面体构型。
请填写下列空白。
(1)单质Y是_______________。
单质Z是________(填写名称或分子式)。
(2)Y分子中共含____________个共价键。
(3)X分解为Y和Z的化学方程式为:
______________。
12.氮化钠(Na3N)是科学家制备的一种重要的化合物,它与水作用可产生NH3。
请回答下列问题:
(1)Na3N的电子式是_________,该化合物是由_________键形成。
(2)Na3N与水的反应属于_________反应。
(3)Na3N与盐酸反应生成_________种盐,其电子式是_________。
(4)比较Na3N中两种微粒的半径:
r(Na+)_________r(N3-)(填“>”、“=”、“<”)
【综合测试】
一.选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列叙述中错误的是()
A.构成分子晶体的粒子一定含有共价键
B.离子键只存在于离子化合物中,不存在于共价化合物中
C.离子晶体也可以完全由非金属元素构成
D.共价化合物中可能存在离子键
2.已知CO2、BF3、CH4、SO3都是非极性分子,NH3、H2S、H2O、SO2都是极性分子,由此可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律正确的是()
A.分子中所有原子在同一平面内
B.分子中不含氢原子
C.在ABn分子中,A元素为最高正价
D.在ABn分子中,A原子最外层的电子都已成键
3.经研究发现,有一种磷分子具有链状结构,在下列选项中,有关其结构简式的说法正确的是()
A.它是一种高分子化合物
B.它的分子中具有极性共价键
C.分子中每个磷原子以三个共价键分别结合三个磷原子
D.分子中具有不饱和键
4.通常把质子数和电子数都相等的分子或离子称为等电子体,人们发现等电子体间的结构和性质相似,B3N3H6和C6H6是等电子体,称之为无机苯,下列关于无机苯的叙述中正确的是()
A.B3N3H6是由极性键组成的非极性分子
B.B3N3H6具有碱性
C.B3N3H6能发生加成反应和取代反应
D.B3N3H6各原子不在同一平面上
5.下列分子的结构中,原子的最外层电子不能满足8电子稳定结构的是()
A.CO2B.PCl3C.CCl4D.NO2
6.下列说法正确的是()
A.酸性氧化物在常温均呈气态
B.元素的非金属性强,其单质的活泼性也一定强
C.非金属元素间相互结合形成的化合物一定是共价化合物
D.共价化合物的分子中一定不含离子键
7.下列说法正确的是()
A.核外电子排布完全相同的两种微粒,其化学性质一定相同
B.难失电子的原子,一定具有强氧化性
C.离子化合物和共价化合物中都可能含有非极性键
D.共价化合物溶于水电离过程中,共价键可以不被破坏
8.99年报导合成和分离了含高能量的正离子N5+的化合物N5AsF6,下列叙述错误的是()A.N5+共有34个核外电子
B.N5+中氮原子间以共用电子对结合
D.化合物N5AsF6中F化合价为-1
9.已知三角锥形分子E和直线形分子G反应,生成两种直线形分子L和M(组成E、G、L、M分子的元素原子序数均小于10)。
如下图,则下列判断错误的是()
A.G是最活泼的非金属单质B.L是极性分子
C.E能使紫色石蕊试液变蓝色D.M化学性质活泼
10.近期《美国化学会志》报道,中国科学家以二氧化碳为碳源,金属钠为还原剂,在470℃、80MPa下合成出金刚石,具有深远意义。
下列说法不正确的是()
A.由二氧化碳合成金刚石是化学变化
B.金刚石是碳的一种同位素
C.钠被氧化最终生成碳酸钠
D.金刚石中只含有非极性共价键
二.填空题
11.
(1)下列结构图中,●代表原子序数从1到10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分),小黑点代表未用于形成共价健的最外层电子,短线代表价键,(示例:
)
根据各图表示的结构特点,写出该分子的化学式:
A:
_____________B:
______________C:
________________D:
____________
(2)在分子的结构式中,由一个原子提供成键电子对而形成的共价健用→表示,例如:
写出三硝酸甘油酯的结构式:
_____________________。
12.a、b、c、d、e、f、g为七种由短周期元素构成的微粒,它们都有10个电子,其结构特点如下:
粒子代码:
abcdefg
原子核数:
单核单核双核单核多核多核多核
核电荷数:
01+1-02+1+0(单位电荷)
其中b的离子半径大于e的离子半径;d是由极性键构成的四原子极性分子;c与f可形成两个共价型g分子。
试写出
(1)a粒子的电子式______________________。
(2)b与e相应元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较为:
_______>______(用化学式表示)。
(3)d溶于水的电离方程式__________________。
(4)g粒子所构成的晶体类型属_____________________。
(5)c粒子是___________,f粒子是________________(用化学式表示)。
【达标测试答案】
1.C2.D3.D4.C5.B6.B7.D8.D9.C10.D
11.
(1)白磷(或
),氢(或
)
(2)6
(3)
12.
(1)
,离子
(2)复分解
(3)两,
(4)<
【综合测试答案】
1.A2.D3.C4.A5.D6.D7.C8.C9.D10.B
11.
(1)
12.
(1)
(2)
(3)
(4)分子晶体
(5)
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