2020届高考化学一轮复习原子结构与化学键学案

2020届高考化学一轮复习原子结构与化学键学案

第五章 物质结构　元素周期律 第一节 原子结构与化学键 ‎1.了解元素、核素和同位素的含义。了解原子的构成。了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。‎ ‎2．了解原子核外电子排布规律。掌握原子结构示意图、电子式的表示方法。‎ ‎　3.了解化学键的定义。了解离子键、共价键的形成。‎ ‎4．熟记并正确书写常见元素的离子符号。‎ 考点(一)　原子结构 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．原子的构成 ‎(1)原子的构成粒子 ‎(2)构成原子或离子的微粒间的数量关系 ‎①原子中：质子数(Z)＝核电荷数＝核外电子数。‎ ‎②质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。‎ ‎③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带电荷数。如Mg2＋的核外电子数是10。‎ ‎④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带电荷数。如Cl－的核外电子数是18。‎ ‎(3)微粒符号周围数字的含义 ‎(4)两种相对原子质量 ‎①原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C质量的 的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。‎ ‎②元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。‎ ‎2．元素、核素、同位素 ‎(1)元素、核素、同位素的关系 ‎(2)同位素的特征 ‎①同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大。‎ ‎②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。‎ ‎(3)氢元素的三种核素 H：名称为氕，不含中子；‎ H：用字母D表示，名称为氘或重氢；‎ H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。‎ ‎(4)几种重要核素的用途 核素 U C H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 ‎[题点练通]‎ 原子的构成　 　‎ ‎1.(2019·扬州模拟)钬(Ho)的某些原子具有放射性，可用于治疗肝癌。下列有关 Ho的叙述正确的是(　　)‎ A．电子数为166　　　　　　 B．质量数为67‎ C．中子数为99 D．核电荷数为99‎ 解析：选C　元素符号左下角表示质子数或核电荷数，左上角表示质量数；质量数＝质子数＋中子数； 对于原子，质子数＝核外电子数，整个原子不显电性。电子数＝质子数＝67，故A错误；元素符号左上角为质量数166，故B错误；中子数＝质量数－质子数＝166－67＝99，故C正确；核电荷数＝质子数＝67，故D错误。‎ ‎2．(2019·龙凤区模拟)近20年来，同位素分析法在植物生理学、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．1HO的摩尔质量为20 g·mol－1‎ C．13C和 15N原子核内的质子数相差2‎ D．2H＋的核外电子数为2‎ 解析：选B　34S原子核内的中子数为34－16＝18，故A错误； 1HO的相对分子质量为1×2＋18＝20，摩尔质量在数值上等于相对分子质量，则1HO的摩尔质量为20 g·mol－1，故B正确；C原子的质子数为6，N原子的质子数为7，则 13C和15N原子核内的质子数相差7－6＝1，故C错误；H元素的原子核外只有一个电子失去一个电子变为2H＋，则其离子的核外电子数为0，故D错误。‎ ‎3．某元素原子的质量数为A，它的阴离子Xn－核外有x个电子，w g这种原子的原子核内中子数为(　　)‎ A. B. C. D. 解析：选C　X原子的中子数为A－(x－n)，w g X的物质的量为 mol，则中子的物质的量为 mol，中子数为。‎ 元素、核素、同位素　　‎ ‎4.铁60同位素的现身，揭秘了超新星爆炸历史真相。下列说法正确的是(　　)‎ A．铁元素的质量数为60‎ B.Fe的核内质子数比中子数多8‎ C.Fe与 Fe的核外电子数相同，属于同一种核素 D.Fe与 Fe的化学性质相似，互为同位素 解析：选D　Fe这种铁原子的质量数为60，而不是铁元素的质量数，A错误；Fe的核内质子数(26)比中子数(34)少8，B错误；Fe与 Fe的质子数相同但中子数不同，是两种不同的核素，C错误；Fe与 Fe是同种元素的不同核素，互为同位素，化学性质相似，D正确。‎ ‎5．下列说法正确的是(　　)‎ A．由H、D、T与 16O、17O、18O构成的过氧化氢分子的相对分子质量有36种 B．H2、D2、T2互为同素异形体 C．H2、D2、T2在相同条件下的密度比为1∶2∶3‎ D．氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于化学变化 解析：选C　H、D、T组合H2、D2、T2、HD、HT、DT共6种；16O、17O、18O组合16O2、17O2、18O2、16O17O、16O18O、17O18O 共6种，所以构成的过氧化氢分子共有6×6＝36种，但其中有相对分子质量相同的分子，故构成的过氧化氢分子的相对分子质量种数小于36种，故A错误；H2、D2、T2均为氢气单质，属于一种物质，故B错误；H2、D2、T2在相同条件下的密度比等于气体相对分子质量之比为2∶4∶6＝1∶2∶3，故C正确；氕、氘发生核聚变生成其他元素，属于核反应，不是化学变化，故D错误。‎ ‎[易错提醒]‎ 元素、核素、同位素、同素异形体的易错点 ‎(1)现行元素周期表已发现的元素有118种，由于同位素的存在，故核素的种数远大于118种。‎ ‎(2)不同核素可能具有相同的质子数，如 H、H；也可能具有相同的中子数，如 C、O；也可能具有相同的质量数，如 C、N。‎ ‎(3)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素。‎ ‎(4)同位素之间的转化，既不是物理变化也不是化学变化，是核反应。‎ ‎(5)同位素是指同一元素的不同“原子”间的关系，同素异形体是指同一元素的不同“单质”间的关系。‎ ‎(6)同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢分子有六种：H2、D2、T2、HD、HT、DT。同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有：H2O(普通的水)、D2O(重水)、T2O(超重水)等。H、D、T与16O、17O、18O可形成3×6＝18种水分子，相对分子质量不同。它们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。‎ 考点(二)　核外电子排布 【精讲精练快冲关】‎ ‎ [知能学通]‎ ‎1．核外电子排布规律 ‎2．原子结构示意图 如Mg2＋结构示意图为，‎ Cl－结构示意图为。‎ ‎3．核外电子排布与元素性质的关系 ‎(1)金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出还原性，在化合物中显正化合价。‎ ‎(2)非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属原子易形成阴离子。在化合物中主要显负化合价。‎ ‎(3)稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。‎ ‎4．短周期常见原子的核外电子排布规律 ‎(1)原子核中无中子的原子：H。‎ ‎(2)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na。‎ ‎(3)最外层有2个电子的元素：Be、Mg、He。‎ ‎(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar。‎ ‎(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：；是次外层电子数3倍的元素：；是次外层电子数4倍的元素：。‎ ‎(6)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al。‎ ‎(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素：。‎ ‎(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si。‎ ‎(9)内层电子总数是最外层电子数2倍的元素：Li、P。‎ ‎5．常见的“10电子”“18电子”微粒 ‎(1)常见的“10电子”微粒 ‎(2)常见的“18电子”微粒 ‎[题点练通]‎ 核外电子排布规律 ‎1.在元素周期表的前18号元素中，最外层电子数是其电子层数的2倍的元素共有(　　)‎ A．1种　　　 B．2种　　　　‎ C．3种　　　　 D．4种 解析：选C　He、C、S符合题意。‎ ‎2．某元素X，其原子的电子层数为(n－1)，最外层电子数为(2n－1)。下列有关元素X的说法中正确的是(　　)‎ A．X可能是金属元素 B．由X形成的含氧酸均为强酸 C．X不能形成化学式为KXO4的含氧酸盐 D．元素X的气态氢化物一定极易溶于水 解析：选D　 由X原子的最外层电子数为(2n－1)可以推知n≤4，则X的电子层数≤3，X为短周期元素。当n＝4时，X为Cl元素；当n＝3时，X为N元素；当n＝2时，不符合题意。HNO2和HClO均为弱酸，B错误；Cl元素能形成KClO4，C错误；NH3和HCl均极易溶于水，D正确。‎ ‎“10电子”“18电子”微粒的应用 ‎3.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。它们之间存在如图中转化关系。‎ ‎(1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒，请写出：‎ A的化学式：________；D的化学式：________。‎ ‎(2)如果A和C是18电子的微粒，B和D是10电子的微粒，请写出A与B在溶液中反应的离子方程式： ______________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒，结合10电子微粒的结构性质特征判断：A为NH，B为OH－，C为NH3，D为H2O。(2)如果A和C是18电子的微粒， B和D是10电子的微粒，观察框图，容易想到H2S＋OH－===HS－＋H2O或HS－＋OH－===S2－＋H2O，则A为H2S或HS－，B为OH－，C为HS－或S2－，D为H2O。‎ 答案：(1)NH　H2O　(2)H2S＋OH－===HS－＋H2O(或HS－＋OH－===S2－＋H2O)‎ ‎4．用A＋、B－、C2－、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子的八种微粒(离子或分子)，请回答下列问题：‎ ‎(1)A元素是________、B元素是________、C元素是________(用元素符号表示)。‎ ‎(2)D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是________，含有的化学键是________。‎ ‎(3)E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是________，其与水反应的化学方程式为_________________________________________________________。‎ ‎(4)F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是________，其电子式和电离方程式为______________、____________________________________________________________。‎ ‎(5)G分子中含有4个原子，其分子式是_________________________________。‎ ‎(6)H分子中含有8个原子，其分子式是____________________________________。‎ 答案：(1)K　Cl　S　(2)HCl　共价键 ‎(3)F2　2F2＋2H2O===4HF＋O2‎ ‎(4)H2S　HH H2SH＋＋HS－，HS－H＋＋S2－‎ ‎(5)H2O2(或PH3)　(6)C2H6‎ 考点(三)　化学键与分子间作用力　氢键 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．化学键 ‎(1)概念：使离子相结合或原子相结合的作用力。‎ ‎(2)分类 ‎2．离子键、共价键的比较 离子键 共价键 非极性键 极性键 概念 阴、阳离子通过静电作用所形成的化学键 原子间通过共用电子对(电子云重叠)而形成的化学键 成键 粒子 阴、阳离子 原子 成键 实质 阴、阳离子的静电作用 共用电子对不偏向任何一方 共用电子对偏向一方原子 形成 条件 活泼金属元素与活泼非金属元素经电子得失，形成离子键 同种元素原子之间成键 不同种元素原子之间成键 形成的 物质 离子化合物 非金属单质；某些共价化合物或离子化合物 共价化合物或离子化合物 ‎[注意]　①化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，只有化学键的断裂，不一定是化学变化，如熔融NaCl。‎ ‎②物质中不一定都存在化学键，如He等稀有气体分子。‎ ‎③非金属元素的两个原子之间能形成共价键，但多个非金属元素原子间也可能形成离子键，如NH4Cl。‎ ‎3．电子式 ‎(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来代表原子的最外层电子的式子。‎ ‎(2)书写方法 ‎(3)用电子式表示化合物的形成过程 ‎①离子化合物：左边是原子的电子式，右边是离子化合物的电子式，中间用“―→”连接，相同的原子或离子不合并。‎ 如NaCl：。‎ ‎②共价化合物：左边是原子的电子式，右边是共价化合物的电子式，中间用“―→”连接。‎ 如HCl：。‎ ‎4．分子间作用力和氢键 ‎(1)分子间作用力 定义 把分子聚集在一起的作用力，又称范德华力 特点 ‎①分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响物质的熔点、沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质；‎ ‎②分子间作用力存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数气态、液态、固态非金属单质分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质，微粒之间不存在分子间作用力 变化规律 一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点也越高。例如，熔、沸点：I2>Br2>Cl2>F2‎ ‎(2)氢键 定义 分子间存在的一种比分子间作用力稍强的相互作用 形成条件 除H外，形成氢键的原子通常是O、F、N 存在 氢键存在广泛，如蛋白质分子、醇、羧酸分子、H2O、NH3、HF等分子之间。分子间氢键会使物质的熔点和沸点升高 ‎[题点练通]‎ 化学键与物质变化 ‎1.下列关于化学键的叙述正确的是(　　)‎ A．非金属元素组成的化合物中只含共价键 B．C、N、O、H四种元素形成的化合物一定既有离子键，又有共价键 C．不同元素的原子构成的分子只含极性共价键 D．CH4中所有的最外层电子都参与形成共价键 解析：选D　A项，在铵盐中含有离子键，错误；B项，C、N、O、H形成的氨基酸只含共价键，错误；C项，C2H6、C2H4等烃中除极性键外，还含有非极性键，错误。‎ ‎2．下列物质中所有原子均满足最外层8电子稳定结构的化合物是(　　)‎ A．PCl5　　 B．P4　　　‎ C．CCl4　　　 D．NH3‎ 解析：选C　判断原子满足最外层8电子结构的方法为最外层电子数＋所成价键数＝8。‎ ‎3．(2019·腾冲模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．随着电子层数的增加，卤化物CX4分子间作用力逐渐增大，所以它们相应的熔沸点也逐渐升高 C．由于H—O键比H—S键牢固，所以水的熔沸点比H2S高 D．在由分子所构成的物质中，分子间作用力越大，该物质越稳定 解析：选B　冰融化时发生物理变化，只破坏范德华力而不破坏化学键，故A错误；结构相同的分子晶体中，物质的熔沸点与其相对分子质量成正比，所以随着电子层数的增加，卤化物CX4分子间作用力逐渐增大，所以它们相应的熔沸点也逐渐升高，故B正确；物质的熔沸点与化学键无关，水的熔沸点比H2S高是因为水中存在氢键，故C错误；物质的稳定性与化学键有关，与范德华力无关，故D错误。‎ 电子式的书写与判断 ‎4.(2018·江苏高考)用化学用语表示NH3＋HCl===NH4Cl中的相关微粒，其中正确的是(　　)‎ A．中子数为8的氮原子：N B．HCl的电子式：‎ C．NH3的结构式：‎ D．Cl－的结构示意图：‎ 解析：选C　中子数为8的氮原子为N，A项错误；HCl是共价化合物，电子式为 ，B项错误；Cl－的结构示意图为，D项错误。‎ ‎5．书写下列粒子或物质的电子式：‎ ‎(1)Mg__________________，S___________________________________________。‎ ‎(2)Na＋________________，Cl－_____________________________________，‎ NH__________________，H3O＋_______________________________________，‎ OH－____________________，—OH____________________________，‎ ‎—CHO__________________，—NH2_________________________________________。‎ ‎(3)Cl2___________________，H2______________________________________，‎ N2______________________，O2______________________________________。‎ ‎(4)MgF2_________________，Na2S__________________________________________，‎ Na2O2___________________，NH4Cl__________________________________，‎ NaH____________________。‎ ‎(5)H2O________________，NH3____________________________________________，‎ CCl4_____________________，C2H4______________________________________，‎ HClO__________________，C2H5OH___________________________________。‎ ‎(6)①(2018·天津高考)Mg(OH)2的电子式：____________________________。‎ ‎②(2018·海南高考)CO2的电子式：____________________________________________。‎ ‎③(2018·北京高考)由Na和Cl形成离子键的过程：___________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎④(2017·天津高考)NaOH的电子式为________________________________________。‎ ‎⑤(2017·海南高考)PH3的电子式为_______________________________________。‎ ‎⑥(2016·全国卷Ⅱ)联氨(N2H4)分子的电子式为__________________________________。‎ ‎⑦(2016·浙江高考)硫化氢的电子式为__________________________________________。‎ ‎⑧(2015·全国卷Ⅰ)硼氢化钠(NaBH4)的电子式为____________________________。‎ ‎⑨(2015·浙江高考)H2O2的电子式为______________________________________。‎ ‎⑩(2015·海南高考)甲硅烷(SiH4)的电子式为______________________________________‎ ‎______________。‎ ‎⑪(2014·全国卷)光气的化学组成为COCl2，每个原子均达到8电子稳定结构，其电子式为________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)Mg　 ‎ ‎[易错提醒]‎ ‎ 电子式书写常见的6大误区 内容 实例 误区 漏写未参与成键的电子 N2误写为N⋮⋮N，应写为 误区 化合物类型不清楚，漏写或多写[　]及错写电荷数 NaCl误写为·Na＋，应写为 Na＋[]－，HF误写为 H＋[]－，应写为H 误区 书写不规范，错写共用电子对 N2的电子式不能写成 NN，更不能写成 或 误区 不考虑原子间的结合顺序 HClO的电子式为H，‎ 而不是 误区 不考虑原子最外层有几个电子，均写成8电子结构 CH的电子式为，而不是 误区 不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写 CaBr2、CaC2的电子式分别为 考点(四)　化学键与物质类别的关系 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．化学键与化学反应的关系 ‎[注意]　①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量。‎ ‎②有化学键变化的不一定是化学变化。如NaCl晶体从溶液中析出只有化学键的形成，没有化学键的断裂，HCl溶于水电离成H＋和Cl－‎ 等，只有旧化学键的断裂没有新化学键的形成，二者都没有发生化学变化。‎ ‎2．化学键与物质类别的关系 除稀有气体中没有化学键外，其他物质都存在化学键。化学键与物质的类别之间的关系可概括为 ‎(1)只含有极性共价键的物质一般是不同种非金属元素形成的共价化合物，如SiO2、HCl、CH4等。‎ ‎(2)只含有非极性共价键的物质是同种非金属元素形成的单质，如Cl2、P4、金刚石等。‎ ‎(3)既有极性键又有非极性键的共价化合物一般由多个原子组成，如H2O2、C2H4等。‎ ‎(4)只含离子键的物质主要是由活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CaCl2、NaCl等。‎ ‎(5)既有离子键又有极性共价键的物质，如NaOH、K2SO4等；既有离子键又有非极性共价键的物质，如Na2O2等。‎ ‎(6)仅由非金属元素形成的离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等。‎ ‎(7)金属元素和非金属元素间可能存在共价键，如AlCl3等。‎ ‎3．化学键对物质性质的影响 ‎(1)对物理性质的影响 金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。NaCl等部分离子化合物中也有很强的离子键，故其熔点也较高。‎ ‎(2)对化学性质的影响 N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定，H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。‎ ‎[题点练通]‎ ‎1．在下列变化过程中，既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是(　　)‎ A．将SO2通入水中　 　 　 B．烧碱溶于水 C．将HCl通入水中 D．硫酸氢钠溶于水 解析：选D　SO2、HCl不含有离子键，所以通入水中不会有离子键的破坏，A、C错误；烧碱在水溶液中电离产生Na＋和OH－，没有共价键的破坏，B错误；硫酸氢钠既含有离子键又含有共价键，溶于水时电离出Na＋、H＋和SO，既有离子键被破坏，也有共价键被破坏。‎ ‎2．下列关于离子键、共价键的叙述中正确的是(　　)‎ A．在离子化合物里，只存在离子键，没有共价键 B．非极性键只存在于双原子的单质分子(如Cl2)中 C．在共价化合物分子内，一定不存在离子键 D．由多种元素组成的多原子分子里，一定只存在极性键 解析：选C　A项，NH4Cl中存在共价键；B项，如H2O2、CH3CH3等分子中存在非极性键；C项，共价化合物一定不含离子键；D项，H2O2、C2H6等分子中存在非极性键。‎ ‎3．下列说法正确的是(　　)‎ A．共价化合物中可能含有离子键 B．区别离子化合物和共价化合物的方法是看其水溶液是否能够导电 C．离子化合物中只含有离子键 D．离子化合物熔融状态能电离出自由移动的离子，而共价化合物不能 解析：选D　A项，共价化合物中只含有共价键；B项，区别离子化合物和共价化合物的方法是看其熔融状态能否导电，而不能根据其溶于水是否导电来判断；C项，离子化合物熔融状态下能电离，共价化合物在熔融状态下不电离。‎ ‎4．(2019·连云港模拟)已知X、Y、Z三种元素的原子序数依次递增，X原子的电子层数与它的核外电子总数相等，而Z原子的最外层电子数是次外层的3倍，Y和Z可以形成两种以上气态化合物，则下列说法错误的是(　　)‎ A．Y和Z可以组成一种Y和Z的质量比为7∶8的共价化合物 B．X、Y、Z能组成既含离子键又含共价键的离子化合物 C．X和Z可以组成原子个数比分别为1∶1和2∶1，常温下为液态的两种化合物 D．由X、Y、Z三种元素中的任意两种组成的具有10电子的微粒仅有2种 解析：选D　由X原子的电子层数与它的核外电子总数相等知X为氢元素；Z原子的最外层电子数是次外层的3倍，故Z为氧元素；与氧元素形成两种以上气态化合物的Y为氮元素。‎ ‎5．现有以下物质：　　 ‎ ‎①NaCl　②Na2O　③Na2O2　④NaOH　⑤H2SO4　⑥H2O ‎⑦N2　⑧(NH4)2CO3　⑨CO2　⑩H2O2　 ⑪Ne ⑫C2H4‎ ‎(1)只含离子键的物质有________，只含共价键的物质有________，不含化学键的有________。‎ ‎(2)属于离子化合物的有________；其中含有非极性键的是________，其中含有极性键的是________。‎ ‎(3)属于共价化合物的有________；其中含有非极性键的是________。‎ 答案：(1)①②　⑤⑥⑦⑨⑩⑫　⑪‎ ‎(2)①②③④⑧　③　④⑧‎ ‎(3)⑤⑥⑨⑩⑫　⑩⑫‎ 离子化合物、共价化合物的判断方法 ‎　　　　 ‎