1、2021物质结构与有机物质结构与有机化学化学05 返返物质结构与性质PART 01 返返一、原子结构与性质1.排布规律(1)能量最低原理:基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道。(2)泡利原理:每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子。(3)洪特规则:基态原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时,电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。2.核外电子排布的表示方法(1)电子排布式按电子排入各电子层中各能级的先后顺序,用能级符号依次写出各能级中的电子数,同时注意特例。如Cr:1s22s22p63s23p63d54s1。返返(2)简化电子排布式“稀有气体+价层电子排布式”的形式表示。
2、如Cr:Ar3d54s1。(3)电子排布图用方框表示原子轨道,用“”或“”表示自旋方向不同的电子,按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。如S:返返3.电离能和电负性(1)元素第一电离能的周期性变化同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势。同能级的轨道为全满、半满时较相邻元素要大,即第A族、第A族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素;同主族从上到下,第一电离能逐渐减小。(2)元素电离能的应用判断元素金属性的强弱:电离能越小,金属越容易失去电子,金属性越强;反之越弱。判断元素的化合价:如果某元素的In+1In,则该元素的常见化合价为+n价。(3)元素电负性的周期性变化随着原子
3、序数的递增,元素的电负性呈周期性变化:同周期从左到右,主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下,元素电负性逐渐减小。返返(4)元素电负性的应用 返返二、分子结构与性质1.中心原子杂化类型和分子构型的相互判断分子组成(A为中心原子)中心原子的孤电子对数中心原子的杂化方式分子立体构型示例AB20sp直线形BeCl21sp2V形SO22sp3V形H2OAB30sp2平面三角形BF31sp3三角锥形NH3AB40sp3正四面体形CH4 返返2.共价键(1)共价键的类型按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。按原子轨道的重叠方式分为键和键。(2)键参数
4、键能:气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量,键能越大,化学键越稳定。键长:形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,共价键越稳定。键角:在原子数超过2的分子中,两个共价键之间的夹角。返返键参数对分子性质的影响键长越短,键能越大,分子越稳定。(3)键、键的判断由轨道重叠方式判断“头碰头”重叠为键,“肩并肩”重叠为键。由共用电子对数判断单键为键;双键或三键,其中一个为键,其余为键。由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是键;杂化轨道形成的共价键全部为键。返返(4)配合物配位体有孤电子对,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。中心原子有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、
5、Ag+等。3.分子性质(1)分子的极性的判断 返返(2)“相似相溶”规律非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。返返4.氢键(1)作用粒子:氢、氟、氧、氮原子(分子内、分子间)。(2)特征:有方向性和饱和性。(3)强度:共价键氢键范德华力。(4)影响强度的因素:对于AHB,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,氢键键能越大。(5)对物质性质的影响:分子间氢键的存在使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸点:H2OH2S,HFHCl,NH3PH3。返返三、晶体结构与性质1.常见晶体模型晶体晶体晶体结构晶体结构
6、晶体详解晶体详解离离子子晶晶体体NaCl(型)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个,每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个;每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-CsCl(型)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有8个,每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有6个;右图为8个晶胞,每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-CaF2(型)在晶体中,每个F-吸引4个Ca2+,每个Ca2+吸引8个F-,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4 返返晶体晶体结构晶体详解金属晶体简单立方堆积典型代表Po,空间利用率52%,配位数为6体心立方堆积典型代表Na、K、Fe,空间利用率68%
7、,配位数为8六方最密堆积典型代表Mg、Zn、Ti,空间利用率74%,配位数为12面心立方最密堆积典型代表Cu、Ag、Au,空间利用率74%,配位数为12 返返晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构;键角均为10928;最小碳环由6个C原子构成且碳环上的原子不在同一平面内;C采取的杂化方式是sp3,每个C参与4条CC键的形成,C原子数与CC键数目之比为12SiO2 返返晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构;键角均为10928;最小碳环由6个C原子构成且碳环上的原子不在同一平面内;C采取的杂化
8、方式是sp3,每个C参与4条CC键的形成,C原子数与CC键数目之比为12SiO2 返返2.物质熔、沸点的比较(1)不同类型晶体:一般情况下,原子晶体离子晶体分子晶体。(2)同种类型晶体:构成晶体的粒子间的作用力大,则熔沸点高,反之则小。离子晶体:离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则其熔、沸点就越高。分子晶体:对于结构相似的分子晶体,一般情况下,相对分子质量越大,则熔、沸点越高。原子晶体:键长越短,键能越大,则熔、沸点越高。(3)常温常压下状态:熔点:固态物质液态物质;沸点:液态物质气态物质。返返3.晶胞中微粒的计算方法均摊法若1个晶胞中含有x个微粒,则1 mol晶胞中含有x mol微粒,其质
9、量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量);1个晶胞的质量为a3 g(a3为晶胞的体积),则1 mol晶胞的质量为a3NA g,因此有xM=a3NA。返返考考点点1原子结构与性质角度1基态原子核外电子排布答案答案【例1】(2020山东二模)下列关于原子结构及元素周期表的说法错误的是()。A.第A族基态原子最外层电子排布均为ns2B.第三、第四周期同主族元素的原子序数均相差8 C.第四周期第A族与第A族元素的原子序数相差11 D.基态原子3d轨道上有5个电子的元素位于第B族或第B族解析解析B 返返解析解析 第三、第四周期同主族元素的原子序数在过渡元素之前相差8,在过渡元素之后相差18(因过渡元素
10、增加了10种金属元素)。返返答案答案解析解析【例2】下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是(填标号)。A角度2元素的电负性和电离能 返返解析解析 由题给信息知,A项和D项代表Mg+,B项和C项代表Mg。Mg+再失去一个电子较难,即第二电离能大于第一电离能,所以电离最外层一个电子所需能量AB;3p能级的能量高于3s能级,3p能级上电子较3s能级上易失去,故电离最外层一个电子所需能量AC、AD。返返考考点点2分子构型角度1物质的性质与变化答案答案解析解析D 返返 返返答案答案解析解析【例4】元素As与N同族。预测As的简单氢化物分子的立体结构为,其沸点比NH3的(填“高”或“低”),其
11、判断理由是。答案 三角锥形 低 NH3分子间存在氢键角度2 微粒间作用力与分子性质 返返 返返解释表中氧化物之间熔点差异的原因:。氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/1570280023.8-75.5考考点点3晶体结构与性质答案答案【例5】一些氧化物的熔点如下表所示:解析解析Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体;晶格能MgOLi2O;分子间作用力(分子量)P4O6SO2角度1晶体结构与微粒作用力 返返解析解析 氧化锂、氧化镁是离子晶体,六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体,离子键比分子间作用力强。返返角度2晶体结构有关计算答案答案解析解析SmFeAsO1-xFx 返返 返返答案
12、答案解析解析1.(1)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为。(2)比较离子半径:F-O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。答案 (1)4s4f5(2)小于题组1原子结构与性质 返返解析解析(1)Fe的价层电子排布式为3d64s2,其阳离子Fe2+、Fe3+的价层电子排布式分别是3d6、3d5,二者均首先失去4s轨道上的电子;Sm失去3个电子成为Sm3+时首先失去6s轨道上的电子,然后失去1个4f轨道上的电子,故Sm3+的价层电子排布式为4f5。(2)F-与O2-电子层结构相同,核电荷数越大,原子核对核外电子的吸引力越大,离子半径越小
13、,故离子半径F-N,同主族从上到下,元素的电负性逐渐减小,故电负性NP,又电负性OH,因此NH4H2PO4中电负性最大的元素是O。返返答案答案3.Cu2+基态核外电子排布式为。Ar3d9或1s22s22p63s23p63d9 返返答案答案解析解析4.(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)。DC(2)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是。Li+核电荷数较大 返返解析解析(1)根据核外电子排布规律可知,Li的基态核外电子排布式为1s22s1,则D项中所表示的Li原子的能量最低;C项中有2个电子处于2p能级上,能量最高。(2)由于锂
14、的核电荷数较大,原子核对最外层电子的吸引力较大,因此r(Li+)r(H-)。返返答案答案5.基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为。返返答案答案解析解析6.(1)Zn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)(填“大于”或“小于”)I1(Cu)。原因是。Ar3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)大于Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子 返返解析解析(1)Zn是第30号元素,所以核外电子排布式为Ar3d104s2。(2)Zn的第一电离能高于Cu的第一电离能,原因是Zn的核外电子排布已经达到了全
15、满的稳定结构,而Cu的最外层是一个电子,Zn电离最外层一个电子还要拆开电子对,额外吸收能量。返返答案答案解析解析N题组2分子结构与性质sp3sp2ac(CH3)2NH 返返答案答案解析解析C3a3NA10-30 返返 返返答案答案解析解析正四面体(2)抗坏血酸的分子结构如图所示,分子中碳原子的轨道杂化类型为;推测抗坏血酸在水中的溶解性:(填“难溶于水”或“易溶于水”)。Osp3、sp2易溶于水 返返 返返答案答案解析解析9.LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是,中心原子的杂化形式为。LiAlH4中存在(填字母)。A.离子键B.键C.键D.氢键答案 正四面体形s
16、p3AB 返返 返返答案答案解析解析10.(1)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是。(2)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为形,其中共价键的类型有种;固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为。H2S平面三角2SP3 返返 返返11.图1是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图2是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=pm,Mg原子之间最短距离y=pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是
17、gcm-3(列出计算表达式)。答案答案解析解析题组3晶体结构与性质 返返 返返12.NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示:这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 (用n代表P原子数)。答案答案(PnO3n+1)(n+2)-解析解析 返返 返返13.(1)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。可知,Li原子的第一电离能为kJmol-1,O O 键键能为kJmol-1,Li2O晶格能为kJmol-1。(2)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为gcm-3(列出计算式)。答案答案520解析解析4982908 返返 返返14.MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a=0.448 nm,则r(Mn2+)为nm。答案答案0.148解析解析0.076 返返谢谢 观赏
