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泸溪一中高二化学竞赛辅导 第十讲物质结构


第十讲

物质结构 元素周期律(A)

知识点回顾 解 1.原子结构 [核电荷数、核内质子数及核外电子数的关系] 核电荷数=核内质子数=原子核外电子数=原子序数 A(质量数)=Z(质子数)+N(中子数) [原子核外电子的排布规律] (1)在多电子原子里,电子是分层排布的. 1 2 3 4 电子层数(n) 表示符号 离核远近能量高低 K L

M N

5 O

6 P

7 Q

n 值越大,电子离原子核越远,电子具有的能量越高

(2)能量最低原理:电子总是尽先排布在能量最低的电子层里,而当能量最低的电子层排 满后,才依次进入能量较高的电子层中. (3)各电子层容纳电子数规律:①每个电子层最 多容纳 2n2 个电子②最外层容纳的电子数≤8 个(K 层为最外层时≤2 个),次外层容纳的电 子数≤18 个,倒数第三层容纳的电子数≤32 个 (4)原子最外层中有 8 个电子(最外层为 K 层时有 2 个电子)的结构是稳定的,这个规律叫“八隅律” .但如 PCl5 中的 P 原子、BeCl2 中的 Be 原子、XeF4 中的 Xe 原子,等等,均不满足“八隅律” ,但这些分子也是稳定的. 2.元素周期律随原子序数递增,元素原子的最外层电子排布、原子半径和元素化合价呈 周期性变化。 [元素金属性、非金属性强弱的判断依据] 元素金属性强弱的判断依据:①金属单质跟水(或酸)反应置换出氢的难易程度.金属单质 跟水(或酸)反应置换出氢越容易,则元素的金属性越强,反之越弱.②最高价氧化物对应 的水化物——氢氧化物的碱性强弱.氢氧化物的碱性越强,对应金属元素的金属性越强, 反之越弱. 元素非金属性强弱的判断依据:①非金属单质跟氢气化合的越容易或生成的氢化物越 稳定②最高价氧化物对应的水化物(即最高价含氧酸)的酸性强弱.最高价含氧酸的酸性越 强,对应的非金属元素的非金属性越强,反之越弱。 3 元素周期律 元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化,这个规律叫做元素周期 律。 4.元素周期表 (1)元素周期表中共有 7 个周期,其分类如下: (2)周期表中共有 18 个纵行、16 个族.分类如下: ①既含有短周期元素同时又含有长周期元素的族,叫做主族.用符号“A”表示 ②只含有短周期元素的族叫做副族.用符号“B”表示,副族有 7 个。 ③在周期表中,第 8、9、10 纵行共 12 种元素,叫做Ⅷ族. ④稀有气体元素称为 0 族(位于周期表中从左往右的第 18 纵行). 6、原子序数与化合价、原子的最外层电子数以及族序数的奇偶关系 (1)原子序数为奇数的元素,其化合价通常为奇数,原子的最外层有奇数个电子,处于奇数 族.如氯元素的原子序数为 17,而其化合价有-1、+1、+3、+5、+7 价,最外层有 7 个电 子,氯元素位于第ⅦA 族. (2)原子序数为偶数的元素,其化合价通常为偶数,原子的最外层有偶数个电子,处于偶数 族.如硫元素的原子序数为 16,而其化合价有-2、+4、+6 价,最外层有 6 个电子,硫元 素位于第ⅥA 族. 7、元素性质与元素在周期表中位置的关系

(1)元素的金属性、非金属性与在周期表中位置的关系: ①同一周期元素从左至右,随着核电荷数增多,原子半径减小,失电子能力减弱,得电子 能力增强.a.金属性减弱、非金属性增强;b.金属单质与酸(或水)反应置换氢由易到难; c.非金属单质与氢气化合由难到易(气态氢化物的稳定性增强);d.最高价氧化物的水化物 的酸性增强、碱性减弱. ②同一主族元素从上往下,随着核电荷数增多,电子层数增多,原子半径增大,失电子能 力增强,得电子能力减弱.a.金属性增强、非金属性减弱;b.金属单质与酸(或水)反应 置换氢由难到易。c.非金属单质与氢气化合由易到难(气态氢化物的稳定性降低);d.最 高价氧化物的水化物的酸性减弱、碱性增强. (2)元素化合价与在周期表中位置的关系: 主族元素: 最高正价=最外层电子数 最高正价+最低负价的绝对值=8(对于氢元素,负价为-1,正价为+1)。 8、核素: 具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子,叫做一种核素. [同位素] 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称同位素. [元素的相对原子质量] 设某元素有 A、B、C 三种同位素,其相对原子质量分别为 MA、 MB、MC??,它们的原子个数百分比分别为 a%、b%、c%,则: 该元素的相对原子质量=MA×a% + MB×b% + MC×c%+?? 9.化学键:相邻的原子之间强烈的相互作用叫做化学键(化学键只存在于分子内直接相邻 的原子之间,存在于分子之间的作用不属于化学键) . ①离子键 使阴、阳离子结合而成的静电作用,叫做离子键. ②共价键 原子间通过共用电子对所形成的相互作用. [非极性键] 同一元素原子间通过共用电子对形成的一类共价键. [极性键] 不同种元素原子间通过共用电子对形成的一类共价键. [非极性分子] 指整个分子的电荷分布均匀、分子结构对称的一类分子, 如 ①全由非极性键结合的双原子分子必为非极性分子,如 H2、C12、N2 等 ②以极性键结合的多原子分子中分子空间构型是对称结构的。 直线型:CO2CS2 正四面体:CH4 平面正三角形:BCl3 [极性分子] 指分子中的电荷分布不均匀、结构不对称的一类分子 如①以极性键结合的双原子分子一定是极性分子,如 HCl、CO 等 ②以极性键结合的多原子分子中,分子构型不对称的分子。三角锥形的 NH3 注意:ABn 型化合物分子的极性的简易判断方法: 若 ABn 中 A 元素的化合价数等于 A 元素所在族的序数,则 ABn 为非极性分子.例如, CO2 分子中 C 元素化合价为+4 价,C 元素属于ⅣA 族,故 CO2 分子为非极性分子;CCl4 分子中 C 元素化合价为+4 价,C 元素属于ⅣA 族,故 CCl4 分子为非极性分子. 若 ABn 中 A 元素的化合价数不等于 A 元素所在族的序数,则 ABn 为极性分子.例如, H2O 分子中 O 元素化合价为-2 价,O 元素属于ⅥA 族,故 H2O 分子为极性分子;NH3 分子中 N 元素化合价为-3 价,N 元素属于ⅤA 族,故 NH3 分子为极性分子. 10、分子间作用力: 指在物质的分子与分子之间存在着的作用力---范德华力; 注意:分子间作用力要比化学键弱得多;(3)化学键的强弱影响着物质的化学性质;分子间 作用力的大小对由分子构成的物质的物理性质如熔点、沸点、溶解度等有影响. 11、氢键:氢原子与电负性很大、半径很小的原子 X(F,O,N)以共价键形成强极性键 H-X,这个氢原子还可以吸引另一个键上具有孤对电子、电负性大、半径小的原子 Y, 形成具有 X-H?Y 形式的物质。这时氢原子与 y 原子之间的定向吸引力叫做氢键(以

H?Y 表示) 。 物质间形成氢键提高了溶质的溶解度。 典型例题讲解 例 1.(2012 新课标?13)短周期元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增大,其中 W 的阴离子 的核外电子数与 X、Y、Z 原子的核外内层电子数相同。X 的一种核素在考古时常用来 鉴定一些文物的年代,工业上采用液态空气分馏方法来生产 Y 的单质,而 Z 不能形成 双原子分子。根据以上叙述,下列说法中正确的是 A.上述四种元素的原子半径大小为 W<X<Y<Z B.W、X、Y、Z 原子的核外最外层电子数的总和为 20 C. W 与 Y 可形成既含极性共价键又含非极性共价键的化合物 D.由 W 与 X 组成的化合物的沸点总低于由 W 与 Y 组成的化合物的沸点 例 2.(2012 浙江?9)X、Y、Z、W 是原子序数依次增大的四种短周期元素,甲、乙、丙、 丁、戊是由其中的两种或三种元素组成的化合物,己是由 Z 元素形成的单质。已知: 甲 + 乙 = 丁 + 己,甲 + 丙 = 戊 + 己; 0.1 mol· L-1 丁溶液的 pH 为 13(25℃)。下 列说法正确的是 A.原子半径:W>Z>Y>X B.Y 元素在周期表中的位置为第三周期第ⅣA 族 C.1 mol 甲与足量的乙完全反应共转移了 1 mol 电子 D.1.0 L 0.1 mol· L-1 戊溶液中阴离子总的物质的量小于 0.1 mol 例 3.(2011 安徽?7)科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的 N(NO2)3(如下图所示)。 已知该分子中 N?N?N 键角都是 108.1°,下列有关 N(NO2) 3 的说法正确的是 A。分子中 N、O 间形成的共价键是非极性键 N B。分子中四个氮原子共平面 C。该物质既有氧化性又有还原性 O N NO2 2 D。15.2g 该物质含有 6.02×1022 个原子 NO2 例 4.(2010 四川?8)下列说法正确的是 A.原子最外层电子数为 2 的元素一定处于周期表 IIA 族 B.主族元素 X、Y 能形成 XY2 型化合物,则 X 与 Y 的原子序数之差可能为 2 或 5 C.氯化氢的沸点比氟化氢的沸点高 D.同主族元素形成的氧化物的晶体类型均相同 例 5.(09 山东卷?11)元素在周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质,下列 说法正确的是 A。同一元素不可能既表现金属性,又表现非金属性 B。第三周期元素的最高正化合价等于它所处的主族序数 C。短周期元素形成离子后,最外层电子都达到 8 电子稳定结构 D。同一主族的元素的原子,最外层电子数相同,化学性质完全相同 例 6.(09 安徽卷?7)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如下),可 由石墨剥离而成,具有极好的应用前景。下列说法正确的是 A。石墨烯与石墨互为同位素 B。0.12g 石墨烯中含有 6.02*1022 个碳原子 C 石墨烯是一种有机物 D。石墨烯中的碳原子间以共价键结合 例 7.(09 全国卷Ⅱ?9)某元素只存在两种天然同位素,且在自然界它们的含量相近,其相 对原子质量为 152.0,原子核外的电子数为 63。下列叙述中错误的是 A。 它是副族元素 B。 它是第六周期元素 C。 它的原子核内有 63 个质子 D。 它的一种同位素的核内有 89 个中子 例 8.(09 海南卷?10)门捷列夫在描述元素周期表时,许多元素尚未发现,但他为第四周期 的三种元素留下了空位, 并对它们的一些性质做了预测, X 是其中的一种 “类硅” 元素, 后来被德国化学家文克勒发现, 并证实门捷列夫当时的预测相当准确。 根据元素周期律,

下列有关 X 性质的描述中错误的是: A.X 单质不易与水反应 B.XO2 可被碳或氢还原为 X C.XCl4 的沸点比 SiCl4 的高 D.XH4 的稳定性比 SiH4 的高 例 9.(2012 大纲?27)原子序数依次增大的短周期元素 a、b、c、d 和 e 中,a 的最外层电子 数为其周期数的二倍;b 和 d 的 A2B 型氢化物均为 V 型分子,c 的+1 价离子比 e 的?1 价离子少 8 个电子。回答下列问题: ⑴元素 a 为 ,c 为 ; ⑵由这些元素形成的双原子分子为 ; ⑶由这些元素形成的三原子分子中,分子的空间结构属于直线型的是 , 非直线型的是 (写两种); ⑷ 这 些 元 素 的单 质 或 由它 们 形 成 的 AB 型 化合物 中 , 其 晶 体类 型 属 于原 子 晶 体 的 是 ,离子晶体的是 ,金属晶体的是 ,分子晶体的 是 ;(每空填一种) ⑸元素 a 和 b 形成的一种化合物与 c 和 d 形成的一种化合物发生的反应常用于防毒面具, 该反应的化学方程式为 。 例 10.(2012 福建?23)(1)元素 M 的离子与 NH4+所含电子数和质子数均相同,则 M 的原 结构示意图为 (2)硫酸铝溶液与过量氨水反应的离子方程式为 。 (3)能证明 Na2SO3 溶液中存在 SO32? +H2O HSO3?+OH?水解平衡的事实 .. 是 (填序号)。 A.滴入酚酞溶液变红,再加入 H2SO4 溶液红色退去 B.滴入酚酞溶液变红,再加入氯水后红色退去 C.滴入酚酞溶液变红,再加入 BaCl2 溶液后产生沉淀且红色退去 (4)元素 X、Y 在周期表中位于同一主族,化合物 Cu2X 和 Cu2Y 可发生如下转化(其中 D 是 纤维素水解的最终产物): Cu2X
过量浓硝酸

澄清溶液

一定量 NaOH

悬浊液

D 的溶液

Cu2Y

①非金属 X Y(填“>”或“<”) ②Cu2Y 与过量浓硝酸反应有红棕色气体生成,化学方程式为 。 (5)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行 2A(g)+B(g) 2C(g)+D(s)反应,按下表数 据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高,简述该反应的平衡常数与温度的变化关 系: 。 A B C D 物 质 起始投料/mol 2 1 2 0

例 11.(2010 四川?26)短周期元素形成的常见非金属固体单质 A 与常见金属单质 B,在加 热条件下反应生成化合物 C,C 与水反应生成白色沉淀 D 和气体 E,D 既能溶于强酸, 也能溶于强碱。 E 在足量空气中燃烧产生刺激性气体 G, G 在大气中能导致酸雨的形成。 E 被足量氢氧化钠溶液吸收得到无色溶液 F。溶液 F 在空气中长期放置发生反应,生成 物之一为 H。H 与过氧化钠的结构和化学性质相似,其溶液显黄色。请回答下列问题: (1)组成单质 A 的元素位于周期表中第 周期,第 族 (2)B 与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为: 。 (3)G 与氯酸钠在酸性条件下反应可生成消毒杀菌剂二氧化氯。该反应的氧化产物 为 ,当生成 2mol 二氧化氯时,转移电子 mol。 (4)溶液 F 在空气中长期放置生成 H 的化学反应方程式为: 。 (5)H 的溶液与稀硫酸反应产生的现象为


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