逍遥右脑 2013-06-02 21:32
物质结构与元素周期律
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【前自主复习与思考】
1．阅读并思考《世纪金榜》p13-14:回顾主干知识和突破核心要点部分。
2．了解元素、核素和同位素的含义，知道原子序数、核电荷数、质子数、种子数、核外电子数以及它们自己的数量关系。
3．认识元素周期律的本质。
4.了解元素原子结构、在周期表中的位置及其性质递变的规律的关系。
5.认识化学键的含义，了解离子键和共价键的形成，能识别典型的离子化合物和共价化合物，能从化学键的角度认识化学反应的本质。
【结合自主复习内容思考如下问题】
1. 下表是钠和镁的第一、二、三电离能（J•mol－1）。
元素I1I2I3
Na4964 5626 912
g7381 4517 733
请试着解释：为什么钠易形成Na＋，而不易形成Na2+？为什么镁易形成g2＋，而不易形成g3+？
2．（08全国Ⅰ卷）下列化合物，按其品体的熔点由高到低排列正确的是（ ）
A．SiO2 CaCl CBr4 CF2B．SiO2 CsCl CF4 CBr4
C．CsCl SiO2 CBr4 CF4D．CF4 CBr4 CsCl SiO2
【考纲点拨】
1．认识物质的组成、结构和性质的关系。理解化学反应的本质及变化过程中所遵循的原理和规律。（由“认识”改为 “理解”比09年的要求提高）
2．了解键的极性和分子的极性，了解极性分子和非极性分子及其性质的差异。（与09年相比增加了分子的极性）
【自主研究例题】
（09年江苏高考）生物质能是一种洁净、可再生的能。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出基态Zn原子的核外电子排布式 。
（2）根据等电子原理，写出CO分子结构式 。
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu（OH）2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是 ；甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 。
②甲醛分子的空间构型是 ；1mol甲醛分子中σ键的数目为 。
③在1个Cu2O晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu原子数目为 。
【标准答案】（1）
（2）
（3）①甲醇分子之间形成氢键 杂化
②平面三角形 3NA
③4
教师点评：本题主要考查核外电子排布式、等电子体原理、分子间作用力、杂化轨道、共价键类型、分子的平面构型。（1）Zn的原子序数为30，注意3d轨道写在4s轨道的前面；（2）依据等电子原理，可知CO与N2为等电子体，N2分子的结构式为：互为等电子体分子的结构相似，可写出CO的结构式；（3）甲醇分子之间形成了分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有形成氢键，故甲醇的沸点高；甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化；分子的空间构型为平面型；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键，1mol碳氧δ键，故含有δ键的数目为 3NA；依据晶胞示意图可以看出Cu原子处于晶胞内部，所包含的Cu原子数目为4
完成本题后同学们的思考和质疑：
【高考链接】
【例1】（08全国Ⅱ卷）Q、R、X、Y、Z为前20号元素中的五种，Q的低价氧化物与X单质分子的电子总数相等，R与Q同族。
(1)Q的最高价氧化物，其固体属于________晶体，俗名叫_____________。
(2)R的氢化物的分子的空间构型是_____________，属于____________分子(填“极性”或“非极性”)，它与X形成的化合物可作为一种重要陶瓷材料，其化学式是___________。
(3)X的常见氢化物的空间构型是____________；它的另一种氢化物X2H4是一种火箭燃料的成分，其电子式是__________。
(4)Q分别与Y、Z形成的共价化合物的化学式是_______和_______；Q与Y形成的分子的电子式是____________，属于______________分子(填“极性”或“非极性”)。
【解析】Q的低价氧化物与X单质分子的电子总数相等，Q可能为C（碳），X为N，由于这五种元素均是前20号元素，所以R为Si，Y和Z的离子与Ar原子的电子结构相同且Y的原子序数小于Z，Y为S，Z为Cl。
【参考答案】
（1）分子；干冰。
(2）正四面体；非极性；Si3N4。
(3）三角锥；
(4）CS2；CCl4， ；非极性。
【例2】（08江苏高考）已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数A＜B＜C＜D＜E。其中A、B、C是同一周期的非金属元素。化合物DC的晶体为离子晶体，D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。AC2为非极性分子。B、C的氢化物的沸点比它们同族相邻周期元素氢化物的沸点高。E的原子序数为24，ECl3能与B、C的氢化物形成六配位的配合物，且两种配体的物质的量之比为2∶1，三个氯离子位于外界。请根据以上情况，回答下列问题：（答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）
（1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为 。
（2）B的氢化物的分子空间构型是 。其中心原子采取 杂化。
（3）写出化合物AC2的电子式 ；一种由B、C组成的化合物与AC2互为等电子体，其化学式为 。
（4）E的核外电子排布式是 ，ECl3形成的配合物的化学式为 。
（5）B的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液与D的单质反应时，B被还原到最低价，该反应的化学方程式是 。
【解析】本题对应于选修程模块的“物质结构与性质”，这一模块的学生学习体会是：学的时候难，复习的时候不难，做题时比较有把握。本题的命题风格和平时的模拟有明显不同之处，它是建立在必修模块物质结构基础上的，A、B、C、D的推断是解题的基础，它明显属于必修模块的要求。而物质结构与性质方面主要考查了第一电离能，杂化和分子构型判断，电子式和等电子原理，核外电子排布式和配合物化学式书写等重点知识，重“形式”而不“深入”。
【参考答案】
（1）C＜O＜N ；（2）三角锥形 ；sp3 ；（3） ；N2O
（4）1s22s22p63s23p63d54s1（或[Ar] 3d54s1）； [Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3
（5）4g+10HNO3=4g(NO3)2+NH4NO3+3H2O
【例3】（09广东高考）铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。
（1）Cu位于元素周期表第I B族。Cu2＋的核外电子排布式为__________。
（2）右图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为_________。
（3）胆矾CuSO4•5H2O可写成[Cu(H2O4)]SO4 •H2O，其结构示意图如下：
下列说法正确的是__________（填字母）。
A. 在上述结构示意图中，所有氧原子都采用sp3杂化
B. 在上述结构示意图中，存在配位键、共价键和离子键
C. 胆矾是分子晶体，分子间存在氢键
D. 胆矾中的水在不同温度下会分步失去
（4）往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋配离子。已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是_______________。
（5）Cu2O的熔点比Cu2S的_________(填“高”或“低”)，请解释原因__________。
【解析】本题考查常见元素核外电子排布、电负性概念、常见轨道杂化类型、以及离子晶体的晶胞结构、化学键、物质性质、配合物成键状况的了解。
（1）Cu（电子排布式为：[Ar]3d104s1） Cu2＋的过程中，参与反应的电子是最外层的4s及3d上各一个电子，故Cu2+离子的电子是为：[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9；（2）从图中可以看出阴离子在晶胞有四类：顶点（8个）、棱上（4个）、面上（2个）、体心（1个），根据立方体的分摊法，可知该晶胞中有4个阴离子；（3）胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的，属于离子化合物，C不正确；（4）N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，所以NH3中共用电子对偏向N，而在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子；（5）由于氧离子的例子半径小于硫离子的离子半径，所以亚铜离子与氧离子形成的离子键强于亚铜离子与硫离子形成的离子键，所以Cu2O的熔点比Cu2S的高。
【参考答案】（1）[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
（2）4个
（3）B、D
（4）N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子使得氮原子上的孤对电子难于与Cu2＋形成配位键。
（5）高 。Cu2O与Cu2S相比阳离子相同，阴离子所带的电荷数也相同，但O2－半径比S2－半径小，所以Cu2O的晶格能更大，熔点更高。
【例4】．（09福建理综）短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如右图所示，期中T所处的周期序数与主族序数相等，请回答下列问题：
（1）T的原子结构示意图为 。
（2）元素的非金属性为（原子的得电子能力）：Q W（填“强于”或“弱于”）。
（3）W的单质与其最高价氧化物的水化物浓溶液共热能发生反应，生成两种物质，其中一种是气体，反应的化学方程式为 。
（4）原子序数比R多1的元素是一种氢化物能分解为它的另一种氢化物，此分解反应的化学方程式是 。
（5）R有多种氧化物，其中甲的相对分子质量最小。在一定条下，2L的甲气体与0.5L的氯气相混合，若该混合气体被足量的NaOH溶液完全吸收后没有气体残留，所生成的R的含氧酸盐的化学式是 。
（6）在298下，Q、T的单质各1mol完全燃烧，分别放出热量akJ和bkJ。又知一定条下，T的单质能将Q从它的最高价氧化物中置换出，若此置换反应生成3molQ的单质，则该反应在298下的 = （注：题中所设单质均为最稳定单质）。
【解析】
结构决定位置，结构决定性质，位置体现性质。周期数=电子层数，主族数=最外层电子数=最高正价数，该题还重点考察了碳、氮、氧的一些特殊性质，知识涉及面广，且同能量的变化相结合考察，效果好！
【参考答案】
（1）
（2）弱于
（3）S＋2H2SO4(浓) 3SO2↑＋2H2O
（4）2H2O2 2H2O＋O2↑（或其他合理答案）
（5）NaNO2
（6）(3a ? 4b)kJ/mol
【归纳与思考】
“物质结构与性质”并不是试卷体现区分度的地方，因此，我们今后在进行该部分内容的复习时，应不深挖，不做偏题怪题，把时间留在化学主干知识的复习上，留在学生化学思想的形成和化学能力的培养上。
【自主检测】《世纪金榜》专题高效测评部分。
参考答案
物质结构与元素周期律
【自主研究例题】
【标准答案】（1）
（2）
（3）①甲醇分子之间形成氢键 杂化
②平面三角形 3NA
③4
教师点评：本题主要考查核外电子排布式、等电子体原理、分子间作用力、杂化轨道、共价键类型、分子的平面构型。（1）Zn的原子序数为30，注意3d轨道写在4s轨道的前面；（2）依据等电子原理，可知CO与N2为等电子体，N2分子的结构式为：互为等电子体分子的结构相似，可写出CO的结构式；（3）甲醇分子之间形成了分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有形成氢键，故甲醇的沸点高；甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化；分子的空间构型为平面型；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键，1mol碳氧δ键，故含有δ键的数目为 3NA；依据晶胞示意图可以看出Cu原子处于晶胞内部，所包含的Cu原子数目为4
【高考链接】
【例1】【解析】Q的低价氧化物与X单质分子的电子总数相等，Q可能为C（碳），X为N，由于这五种元素均是前20号元素，所以R为Si，Y和Z的离子与Ar原子的电子结构相同且Y的原子序数小于Z，Y为S，Z为Cl。
【参考答案】
（1）分子；干冰。
(2）正四面体；非极性；Si3N4。
(3）三角锥；
(4）CS2；CCl4， ；非极性。
【例2】【解析】本题对应于选修程模块的“物质结构与性质”，这一模块的学生学习体会是：学的时候难，复习的时候不难，做题时比较有把握。本题的命题风格和平时的模拟有明显不同之处，它是建立在必修模块物质结构基础上的，A、B、C、D的推断是解题的基础，它明显属于必修模块的要求。而物质结构与性质方面主要考查了第一电离能，杂化和分子构型判断，电子式和等电子原理，核外电子排布式和配合物化学式书写等重点知识，重“形式”而不“深入”。
【参考答案】
（1）C＜O＜N ；（2）三角锥形 ；sp3 ；（3） ；N2O
（4）1s22s22p63s23p63d54s1（或[Ar] 3d54s1）； [Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3
（5）4g+10HNO3=4g(NO3)2+NH4NO3+3H2O
【例3】【解析】本题考查常见元素核外电子排布、电负性概念、常见轨道杂化类型、以及离子晶体的晶胞结构、化学键、物质性质、配合物成键状况的了解。
（1）Cu（电子排布式为：[Ar]3d104s1） Cu2＋的过程中，参与反应的电子是最外层的4s及3d上各一个电子，故Cu2+离子的电子是为：[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9；（2）从图中可以看出阴离子在晶胞有四类：顶点（8个）、棱上（4个）、面上（2个）、体心（1个），根据立方体的分摊法，可知该晶胞中有4个阴离子；（3）胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的，属于离子化合物，C不正确；（4）N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，所以NH3中共用电子对偏向N，而在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子；（5）由于氧离子的例子半径小于硫离子的离子半径，所以亚铜离子与氧离子形成的离子键强于亚铜离子与硫离子形成的离子键，所以Cu2O的熔点比Cu2S的高。
【参考答案】（1）[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9
（2）4个
（3）B、D
（4）N、F、H三种元素的电负性：F>N>H，在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子使得氮原子上的孤对电子难于与Cu2＋形成配位键。
（5）高 。Cu2O与Cu2S相比阳离子相同，阴离子所带的电荷数也相同，但O2－半径比S2－半径小，所以Cu2O的晶格能更大，熔点更高。
【例4】．【解析】
结构决定位置，结构决定性质，位置体现性质。周期数=电子层数，主族数=最外层电子数=最高正价数，该题还重点考察了碳、氮、氧的一些特殊性质，知识涉及面广，且同能量的变化相结合考察，效果好！
【参考答案】
（1）
（2）弱于
（3）S＋2H2SO4(浓) 3SO2↑＋2H2O
（4）2H2O2 2H2O＋O2↑（或其他合理答案）
（5）NaNO2
（6）(3a ? 4b)kJ/mol