2020届一轮复习通用版5-1认识层面原子结构、化学键（有什么）学案

2020届一轮复习通用版5-1认识层面原子结构、化学键（有什么）学案

考纲要求 教学建议 1.了解元素、核素和同位素的含义。 2.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。了解原子核外电子排布规律。 3.掌握元素周期律的实质。了解元素周期表 (长式)的结构(周期、族)及其应用。 4.以第 3 周期为例，掌握同一周期内元素性质 的递变规律与原子结构的关系。 5.以ⅠA 和ⅦA 族为例，掌握同一主族内元素 性质的递变规律与原子结构的关系。 6.了解金属、非金属元素在周期表中的位置及 其性质递变规律。 7.了解化学键的定义。了解离子键、共价键的 形成。 本章内容比较抽象难理解，在教学过程 中要多贯彻“位置――→决定 结构――→决定 性质”这一 认知线索。 本章共安排 3 课时： 第 1 课时“认识层面”解决“有什么”的问 题； 第 2 课时“理解层面”解决“是什么”的问 题； 第 3 课时“应用层面”解决“怎么用”的问 题。 3 个课时由表及里、由学到用、逐步深化、逐 级提能，让考生深入透彻理解化学学科的这 一核心知识。 第 1 课时 认识层面——原子结构、化学键(有什么) 知识点一 原子结构、同位素 1．原子结构 (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)一个信息丰富的符号 [提醒] ①原子中不一定都含有中子，如 1 1H 中没有中子。 ②电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。 ③易失去 1 个电子形成＋1 价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去 1 个电子形成 H＋。 ④形成稳定结构的离子最外层不一定是 8 个电子，如 Li＋为 2 个电子稳定结构。 2．核素、同位素 (1)概念辨析 (2)同位素的特征 ①相同存在形态的同位素，化学性质几乎完全相同，物理性质不同。 ②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数(丰度)一般不变。 (3)同位素的“六同三不同” (4)常见的重要核素及其应用 核素 23592U 146C 21H(D) 31H(T) 188O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 (5)元素、核素、同位素的联系与区别 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 21H、31H；也可能具有相同的中子数，如 146C、168O； 也可能具有相同的质量数，如 146C、147N。 ③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。 ④同位素之间可形成不同的同位素单质。如氢的三种同位素形成的单质有六种：H2、 D2、T2、HD、HT、DT，他们的物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎完全相同。 ⑤同位素之间可形成不同的同位素化合物。如水分子有 H2O(普通水)、D2O(重水)、 T2O(超重水)等。他们的相对分子质量不同，物理性质(如密度)有所不同，但化学性质几乎 完全相同。 [对点训练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)(2018·全国卷Ⅰ)22.4 L(标准状况)氩气含有的质子数为 18NA(√) (2)(2018·全国卷Ⅲ)1 mol 重水和 1 mol 水中，中子数比为 2∶1(×) (3)(2018·江苏高考)中子数为 8 的氮原子：87N(×) (4)(2017·全国卷Ⅲ)0.1 mol 的 11B 中，含有 0.6NA 个中子(√) (5)(2017·北京高考)117 号元素 Ts 的同位素原子具有相同的电子数(√) (6)(2017·北京高考)中子数为 176 的 Ts 核素符号是 176117Ts(×) (7)(2017·江苏高考)质量数为 31 的磷原子：3115P(√) (8)(2015·全国卷Ⅱ)235 g 核素 23592U 发生裂变反应：23592U＋10n――→裂变 9038Sr＋13654Xe＋1010n，净 产生的中子(10n)数为 10NA(×) 2．(2017·海南高考)下列分子中，其中子总数为 24 的是( ) A．18O3 B．2H172 O2 C．14N16O2 D．14C16O2 解析：选 D 18O3 中含有的中子总数为(18－8)×3＝30，故 A 错误；2H172 O2 中含有的中 子数为(2×1＋2×9)＝20，故 B 错误；14N16O2 中含有的中子数为 7＋2×8＝23，故 C 错误； 14C16O2 中含有的中子数为 8＋2×8＝24，故 D 正确。 3．(2015·上海高考)中国科学技术名词审定委员会已确定第 116 号元素 Lv 的名称为 。 关于 293116Lv 的叙述错误的是( ) A．原子序数 116 B．中子数 177 C．核外电子数 116 D．相对原子质量 293 解析：选 D 对于 293116Lv，质子数＝核电荷数＝原子序数＝核外电子数＝116，A、C 正 确；中子数＝质量数－质子数＝293－116＝177，B 正确；293 为核素 293116Lv 的质量数，而不 是相对原子质量，D 错误。 知识点二 核外电子排布 1.核外电子排布 (1)核外电子排布规律 (2)最外层电子数与元素性质的关系 ①稀有气体元素原子最外层已排满 8 个电子(He 排满 2 个)，既不易得到电子又不易失 去电子，通常表现为 0 价。 ②金属元素原子最外层电子数一般小于 4，常易失去最外层电子，形成 8 电子或 2 电子 (如 Li＋)稳定结构的阳离子，在化合物中显正化合价。 ③非金属元素原子最外层电子数一般大于或等于 4，易得到电子或形成共用电子对，达 到最外层 8 电子稳定结构，在化合物中既显正价又显负价(F 无正价)。 2．原子结构示意图 如 Mg2＋结构示意图为 Cl－结构示意图为 3．常见的“10 电子”、“18 电子”粒子 (1)常见的“10 电子”粒子 (2)常见的“18 电子”粒子 4．短周期常见原子的核外电子排布规律 原子核中无中子的原子 11H 最外层有 1 个电子的元素 H、Li、Na 最外层有 2 个电子的元素 Be、Mg、He 最外层电子数等于次外层电子数的元素 Be、Ar 最外层电子数是次外层电子数 2 倍的元素 C 最外层电子数是次外层电子数 3 倍的元素 O 最外层电子数是次外层电子数 4 倍的元素 Ne 最子层数与最外层电子数相等的元素 H、Be、Al 最子总数为最外层电子数 2 倍的元素 Be 次外层电子数是最外层电子数 2 倍的元素 Li、Si 内层电子总数是最外层电子数 2 倍的元素 Li、P [对点训练] 1．X 和 Y 均为短周期元素，X 原子的最外层电子数是次外层电子数的 2.5 倍，Y 位于 X 的前一周期，且最外层只有一个电子，则 X 和 Y 形成的化合物的分子式可表示为 ( ) A．XY B．XY2 C．XY3 D．XY4 解析：选 C 由题意知 X 是 N，Y 是 H，C 正确。 2．A＋、B＋、C－、D、E 五种粒子(分子或离子)中，每个粒子均有 10 个电子，已知： ①A＋＋C－===D＋E↑；②B＋＋C－===2D。 请回答： (1)C－的电子式是______________。 (2)分别写出 A＋和 D 反应、B＋和 E 反应的离子方程式：________________________、 ________________________________________________________________________。 (3)除 D、E 外，请再写出两种含 10 个电子的分子的分子式__________________。 解析：因 A＋、C－、D、E 均为 10 电子粒子，且 A＋＋C－===D＋E↑，则 A＋为 NH＋ 4 ，C －为 OH－，E 为 NH3，D 为 H2O，进而推知 B＋为 H3O＋。 答案：(1)[ O H]－ (2)NH＋ 4 ＋H2ONH3·H2O＋H＋ H3O＋＋NH3===NH＋ 4 ＋H2O (3)CH4、Ne(其他合理答案也可) 知识点三 离子键与共价键 1．化学键 使离子相结合或原子相结合的作用力。根据成键粒子和粒子间的相互作用，可分为离 子键和共价键。 2．离子键与共价键 (1)概念 ①离子键：带相反电荷离子之间的相互作用。 ②共价键：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。 (2)对比 项目 离子键 共价键 非极性键 极性键 概念 带相反电荷离子之间 的相互作用 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 成键 粒子 阴、阳离子 原子 成键 实质 阴、阳离子间的静电 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 非金属性强的元素与 金属性强的元素经得 失电子，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 离子化合物如 NaCl、 KCl、MgCl2、CaCl2、 ZnSO4、NaOH 等 非金属单质如 H2、 Cl2、N2 等；某些共价 化合物如 H2O2 或离 子化合物如 Na2O2 共价化合物如 HCl、 CO2、CH4 或离子化合 物如 NaOH、NH4Cl 3．化学键类型的判断 (1)从物质构成角度判断 (2)从物质类别角度判断 物质类别 含化学键情况 非金属单质，如 Cl2、N2、I2、P4、金刚石等 只有共价键非金属元素构成的化合物，如 H2SO4、CO2、NH3、HCl、CCl4、 CS2 等 活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如 NaCl、CaCl2、 K2O 等 只有离子键 含有原子团的离子化合物，如 Na2SO4、Ba(OH)2、NH4Cl、Na2O2 等 既有离子键又有共价键 稀有气体，如 Ne、Ar 等 没有化学键 [提醒] ①由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键，如 AlCl3 中 Al—Cl 键为共价键。 ②非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可能形成离子键，如 NH4Cl 等。 ③影响离子键强弱的因素是离子半径和所带电荷数：离子半径越小，离子所带电荷数 越多，离子键越强，熔、沸点越高。 4．电子式 (1)电子式的书写 概念：在元素符号周围，用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子 粒子的 种类 电子式的表示方法 注意事项 举例 原子 元素符号周围标有价电子 价电子少于 4 时 以单电子分布， 多于 4 时多出部 分以电子对分布 阳 离 子 单 核 离子符号 右上方标明电荷 Na＋ 多 核 元素符号紧邻铺开，周围标 清电子分布 用“[ ]”，并标 明电荷 阴 离 子 单 核 元素符号周围合理分布价 电子及所得电子 用“[ ]”，右上 方标明电荷 多 核 元素符号紧邻铺开，合理分 布价电子及所得电子 相同原子不得加 和，用“[ ]”， 右上方标明电荷 单 质 及 化 合 物 离子 化合 物 用阳离子电子式和阴离子 电子式组成 同性不相邻，离 子合理分布 单质 及共 价化 合物 各原子紧邻铺开，标明价电 子及成键电子情况 原子不加和，无 “[ ]”，不标明 电荷 (2)电子式书写的常见错误 内容 实例 错误 1 漏写未参与成键的电子 错误 2 化合物类型不清楚，漏写或多 写[ ]及错写电荷数  错误 3 书写不规范，错写共用电子对 错误 4 不考虑原子间的结合顺序 错误 5 不考虑原子最外层有几个电 子，均写成 8 电子结构 错误 6 不考虑 AB2型离子化合物中 2 个 B 是分开写还是一起写 (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： 。 [对点训练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)(2018·全国卷Ⅱ)钠与 N、O、Cl 分别形成的化合物中只含有离子键(×) (2)(2018·全国卷Ⅲ)1 mol 乙烷和 1 mol 乙烯中，化学键数相同(×) (3)(2018·全国卷Ⅲ)Na2O2 与 ClO2 均含有非极性共价键(×) (4)(2018·江苏高考)由 Na、O 组成的化合物中均不含共价键(×) (5)(2017·天津高考)氢元素与其他元素可形成共价化合物或离子化合物(√) (6)(2016·江苏高考)由钠、氟两种元素组成的化合物是离子化合物(√) (7)(2015·全国卷Ⅰ)N 和 P 不能存在于同一离子化合物中(×) (8)(2015·全国卷Ⅱ)氢与硫、氯、钾 3 种元素均能形成共价化合物(×) (9)(2015·全国卷Ⅱ)60 g 丙醇中存在的共价键总数为 10NA(×) 2．下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非 极性键形成的是( ) A．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ B．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑ C．Cl2＋H2O===HClO＋HCl D．NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O 解析：选 A A 项，反应中有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、 非极性键形成，正确；B 项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误；C 项，该反应中 没有离子键的断裂和形成，也没有非极性键的形成，错误；D 项，该反应中没有非极性键 的断裂和形成，错误。 3．书写下列物质的电子式。 (1)(2018·天津高考)Mg(OH)2 的电子式为___________________________________； (2)(2017·天津高考)NaOH 的电子式为___________________________________； (3)(2017·海南高考)PH3 的电子式为________________________________________； (4)(2016·全国卷Ⅱ)联氨(N2H4)的电子式为_____________________________________； (5)(2015·全国卷Ⅰ)硼氢化钠(NaBH4)的电子式为______________________； (6)(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________________________________________________________________________。 知识点四 化学键与物质类别的关系、分子间作用力 1．离子化合物与共价化合物 (1)离子化合物与共价化合物的比较 项目 离子化合物 共价化合物 定义 含有离子键的化合物 只含有共价键的化合物 构成微粒 阴、阳离子 分子或原子 化学键类型 一定含有离子键， 可能含有共价键 只含有共价键 与物质类 别的关系 ①强碱、②绝大多数盐、③活泼 金属氧化物 ①酸、②弱碱、③气态氢化物、 ④非金属氧化物、⑤极少数盐 (2)离子化合物和共价化合物的判断方法 [提醒] 熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，水溶液中能导电的化合物不一 定是离子化合物，如 HCl。 2．化学键与物质类别的关系 (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 的性质很稳定，H2S、HI 等分子中的 共价键较弱，故它们受热时易分解。 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 性质影响 ①存在氢键的物质，其熔、沸点明显高于同族同类物质。如 H2O 的熔、 沸点高于 H2S ②氨极易液化，是因为 NH3 分子间存在氢键；NH3 极易溶于水，也是 因为 NH3 分子与 H2O 分子间易形成氢键 ③水结冰时体积膨胀、密度减小，是因为结冰时形成了氢键 [对点训练] 1．实现下列变化，需克服相同类型作用力的是( ) A．石墨和氯化钠分别受热熔化 B．冰的熔化和水的分解 C．NaCl 和 HCl 溶于水 D．干冰和碘的升华 解析：选 D 石墨熔化破坏共价键，NaCl 熔化破坏离子键，A 错误；冰的熔化破坏氢 键，水的分解破坏共价键，B 错误；NaCl 溶于水破坏离子键，HCl 溶于水破坏共价键，C 错误；干冰和碘的升华均破坏分子间作用力，D 正确。 2.如图中每条折线表示元素周期表中第ⅣA～第ⅦA 族中的某一族元 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．H2S B．HCl C．PH3 D．SiH4 解析：选 D 在第ⅣA～第ⅦA 族元素的氢化物中，NH3、H2O、HF 因存在氢键，沸 点反常高，则含 a 的线为第ⅣA 族元素的氢化物，a 点为 SiH4。 3．(2017·海南高考)X、Y、L、M 为核电荷数依次增大的前 20 号主族元素。X2 是最轻 的气体，Y、L 与 M 三种元素的质子数均为 5 的倍数。回答下列问题： (1)X 与 L 组成的最简单化合物的电子式为_________。 (2)X 与 M 组成的物质为__________(填“共价”或“离子”)化合物，该物质可作为野 外 工 作 的 应 急 燃 料 ， 其 与 水 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 (3)Y 在 周 期 表 中 的 位 置 是 ________________ ， 其 含 氧 酸 的 化 学 式 为 ____________________。 (4)L 与 M 形成的化合物中 L 的化合价是________。 解析：X2 为最轻的气体，即 X 为 H，Y、L、M 三种元素的质子数为 5 的倍数，质子 数等于原子序数，质子数可能为 5、10、15、20 中的三个，因四种元素为主族元素，故质 子数为 10 舍去，即三种元素分别为 B、P、Ca。(1)形成的最简单化合物是 PH3，其电子式 为 。(2)形成的化合物是 CaH2，属于离子化合物，与水发生的反应是 CaH2＋ 2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑。(3)Y 为 B，属于第二周期ⅢA 族元素，其含氧酸为 H3BO3。(4) 形成的化合物是 Ca3P2，其中 P 显－3 价。 答案：(1) (2)离子 CaH2＋2H2O===Ca(OH)2＋2H2↑ (3)第二周期ⅢA 族 H3BO3 (4)－3