高中化学选修3物质结构与性质全册知识点总结.pdf

高中化学 选修 3 学问点总结 主要学问要点：1、原子构造 2、元素周期表和元素周期律 3、共价键 4、分子的空间构型 5、分子的性质 6、晶体的构造和性质（一）原子构造 1、能层和能级（1）能层和能级的划分 在同一个原子中，离核越近能层能量越低。同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级 s、p、d、f，能量由低到高依次为 s、p、d、f。任一能层，能级数等于能层序数。s、p、d、f可包容的电子数依次是 1、3、5、7的两倍。能层不同能级一样，所包容的最多电子数一样。（2）能层、能级、原子轨道之间的关系 每能层所包容的最多电子数是：2n2（n：能层的序数）。2、构造原理（1）构造原理是电子排入轨道的依次，构造原理提醒了原子核外电子的能级分布。（2）构造原理是书写基态原子电子排布式的根据，也是绘制基态原子轨道表示式的主要根据之一。（3）不同能层的能级有交织现象，如 E（3d）E（4s）、E（4d）E（5s）、E（5d）E（6s）、E（6d）E（7s）、E（4f）E（5p）、E（4f）E（6s）等。原子轨道的能量关系是：ns（n-2）f （n-1）d np（4）能级组序数对应着元素周期表的周期序数，能级组原子轨道所包容电子数目对应着每个周期的元素数目。根据构造原理，在多电子原子的电子排布中：各能层最多包容的电子数为 2n2；最外层不超过 8 个电子；次外层不超过 18 个电子；倒数第三层不超过 32 个电子。（5）基态和激发态 基态：最低能量状态。处于 最低能量状态 的原子称为 基态原子。激发态：较高能量状态（相对基态而言）。基态原子的电子汲取能量后，电子跃迁至较高能级时的状态。处于激发态的原子称为激发态原子。原子光谱：不同元素的原子发生电子跃迁时会汲取（基态激发态）和放出（激发态较低激发态或基态）不同的能量（主要是光能），产生不同的光谱原子光谱（汲取光谱和放射光谱）。利用光谱分析可以发觉新元素或利用特征谱线鉴定元素。3、电子云及原子轨道（1）电子云：电子在核外空间做高速运动，没有确定的轨道。因此，人们用“电子云”模型来描绘核外电子的运动。“电子云”描绘了电子在原子核外出现的概率密度分布，是核外电子运动状态的形象化描绘。（2）原子轨道：不同能级上的电子出现 概率 约为 90%的电子云空间轮廓图 称为原子轨道。s 电子的原子轨道呈 球形对称，ns 能级各有 1 个原子轨道；p 电子的原子轨道呈纺锤形，np 能级各有 3 个原子轨道，互相垂直（用 px、py、pz表示）；nd 能级各有5 个原子轨道；nf 能级各有 7 个原子轨道。4、核外电子排布规律（1）能量最低原理：在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量渐渐上升的能级里。（2）泡利原理：1 个原子轨道里最多只能包容 2 个电子，且自旋方向相反。（3）洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，且自旋方向一样。（4）洪特规则的特例：电子排布在 p、d、f 等能级时，当其处于全空、半充溢或全充溢时，即 p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14，整个原子的能量最低，最稳定。能量最低原理表述的是“整个原子处于能量最低状态”，而不是说电子填充到能量最低的轨道中去，泡利原理和洪特规则都使“整个原子处于能量最低状态”。（5）（n-1）d 能级上电子数等于 10 时，副族元素的族序数=ns 能级电子数 （二）元素周期表和元素周期律 1、元素周期表的构造 元素在周期表中的位置由原子构造确定：原子核外的能层数确定元素所在的周期，原子的价电子总数确定元素所在的族。（1）原子的电子层构型和周期的划分 周期是指能层（电子层）一样，根据最高能级组电子数依次增多的依次排列的一行元素。即元素周期表中的一个横行为一个周期，周期表共有七个周期。同周期元素从左到右（除稀有气体外），元素的金属性渐渐减弱，非金属性渐渐增加。（2）原子的电子构型和族的划分 族是指价电子数一样（外围电子排布一样），根据电子层数依次增加的依次排列的一列元素。即元素周期表中的一个列为一个族（第族除外）。共有十八个列，十六个族。同主族周期元素从上到下，元素的金属性渐渐增加，非金属性渐渐减弱。（3）原子的电子构型和元素的分区 按电子排布可把周期表里的元素划分成 5 个区，分别为 s 区、p 区、d 区、f 区和ds 区，除 ds 区外，区的名称来自按构造原理最终填入电子的能级的符号。2、元素周期律 元素的性质随着核电荷数的递增发生周期性的递变，叫做元素周期律。元素周期律主要表达在核外电子排布、原子半径、主要化合价、金属性、非金属性、第一电离能、电负性等的周期性改变。元素性质的周期性来源于原子外电子层构型的周期性。（1）同周期、同主族元素性质的递变规律 同周期（左右）同主族（上下）原子构造 核电荷数 渐渐增大 增大 能层（电子层）数 一样 增多 原子半径 渐渐减小 渐渐增大 元素性质 化合价 最高正价由+1+7 负价数=（8族序数）最高正价和负价数均一样，最高正价数=族序数 元素的金属性和非金属性 金属性渐渐减弱，非金属性渐渐增加 金属性渐渐增加，非金属性渐渐减弱 第一电离能 呈增大趋势（留意反常点：A族和A 族、A 族和A 族）渐渐减小 电负性 渐渐增大 渐渐减小（2）微粒半径的比拟方法 同一元素：一般状况下元素阴离子的离子半径大于相应原子的原子半径，阳离子的离子半径小于相应原子的原子半径。同周期元素（只能比拟原子半径）：随原子序数的增大，原子的原子半径依次减小。如：NaMgAlSiPSCl 同主族元素（比拟原子和离子半径）：随原子序数的增大，原子的原子半径依次增大。如：LiNaKRbCs，F-Cl-Br-Na+Mg2+Al3+（3）元素金属性强弱的推断方法 本质 原子越易失电子，金属性越强。推断 根据 1.在金属活动依次表中越靠前，金属性越强 2.单质及水或非氧化性酸反响越猛烈，金属性越强 3.单质复原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强（电解中在阴极上得电子的先后）4.最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强 5.若 xn+yx+ym+则 y 比 x 金属性强 6.原电池反响中负极的金属性强 7.及同种氧化剂反响，先反响的金属性强 8.失去一样数目的电子，汲取能量少的金属性强（4）非金属性强弱的推断方法 本质 原子越易得电子，非金属性越强 推断 方法 1.及 H2化合越易，气态氢化物越稳定，非金属性越强 2.单质氧化性越强，阴离子复原性越弱，非金属性越强（电解中在阳极上得电子的先后）3.最高价氧化物的水化物酸性越强，非金属性越强 4.An-+BBm-+A 则 B 比 A 非金属性强 5.及同种复原剂反响，先反响的非金属性强 6.得到一样数目的电子，放出能量多的非金属性强 （三）共价键 1、共价键的成键本质：成键原子互相接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间电子云密度增加，体系能量降低。2、共价键类型：（1）键和键 键 键 成键方向 沿键轴方向“头碰头”平行或“肩并肩”电子云形态 轴对称 镜像对称 坚固程度 强度大，不易断裂 强度小，易断裂 成键推断规律 单键是 键；双键有一个是 键，另一个是 键；三键中一个是 键，另两个为 键。（2）极性键和非极性键 非 极 性 键 极 性 键 定义 由同种元素的原子形成的共价键，共用电子对不发生偏移 由不同种元素的原子形成的共价键，共用电子对发生偏移 原子吸引电子实力 一样 不同 共用电子对位置 不偏向任何一方 偏向吸引电子实力强的一方 成键原子的电性推断根据 不显电性 显电性 举例 单质分子（如 H2、Cl2）和某些化合物（如 Na2O2、H2O2）气态氢化物，非金属氧化物、酸根和氢氧根等（3）配位键：一类特别的共价键，一个原子供应空轨道，另一个原子供应一对电子所形成的共价键。配位化合物：金属离子及配位体之间通过配位键形成的化合物。如：Cu(H2O)4SO4、Cu(NH3)4(OH)2、Ag(NH3)2OH、Fe(SCN)3等。配位化合物的组成：3、共价键的三个键参数 概念 对分子的影响 键长 分子中两个成键原子核间间隔（米）键长越短，化学键越强，形成的分子越稳定 键能 对于气态双原子分子 AB，拆开 1molA-B 键所需的能量 键能越大，化学键越强，越坚固，形成的分子越稳定 键角 键及键之间的夹角 键角确定分子空间构型（1）键长、键能确定共价键的强弱和分子的稳定性，键角确定分子空间构型和分子的极性。（2）键能及反响热：反响热生成物键能总和反响物键能总和 （四）分子的空间构型 1、等电子原理 原子总数一样、价电子总数一样的分子具有相像的化学键特征，很多性质是相像的，此原理称为等电子原理。（1）等电子体的推断方法：在微粒的组成上，微粒所含原子数目一样；在微粒的构成上，微粒所含价电子数目一样；在微粒的构造上，微粒中原子的空间排列方式一样。（等 电 子 的 推 断 常 用 转 换 法，如 CO2=CO+O=N2+O=N2O=N2+N=N3或SO2=O+O2=O3=N+O2=NO2）（2）等电子原理的应用：利用等电子体的性质相像，空间构型一样，可运用来预料分子空间的构型和性质。2、价电子互斥理论（1）价电子互斥理论的根本要点：ABn型分子（离子）中中心原子 A 四周的价电子对的几何构型，主要取决于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小。（2）ABn型分子价层电子对的计算方法：对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按供应的价电子数计算，如：PCl5中 O、S 作为配位原子时按不供应价电子计算，作中心原子时价电子数为 6；离子的价电子对数计算 如：NH4+：；SO42-：3、杂化轨道理论（1）杂化轨道理论的根本要点：能量相近的原子轨道才能参及杂化。杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端及成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定。杂化轨道能量一样，成分一样，如：每个 sp3杂化轨道占有 1 个 s 轨道、3 个 p 轨道。杂化轨道总数等于参及杂化的原子轨道数目之和。（2）s、p 杂化轨道和简洁分子几何构型的关系 杂化类型 sp sp 2 sp 3 sp 3不等性杂化 轨道夹角 180 o 120 o 109o28 中心原子位置 A，B A A A A A 中心原子孤对电子数 0 0 0 1 2 3 分子几何构型 直线形 三角形 正四面体 三角锥形 V 字形 直线形 实例 BeCl2、HgCl2 BF3 CH4、SiCl4 NH3、PH3 H2O、H2S HCl（3）杂化轨道的应用范围：杂化轨道只应用于形成键或者用来包容未参与成键的孤对电子。（4）中心原子杂化方式的推断方法：看中心原子有没有形成双键或叁键，假如有 1个叁键，则其中有 2 个键，用去了 2 个 p 轨道，形成的是 sp 杂化；假如有 1 个双键则其中有 1 个键，形成的是 sp2杂化；假如全部是单键，则形成的是 sp3杂化。4、分子空间构型、中心原子杂化类型和分子极性的关系 分子（离子）中心原子价电子对 杂化类型 VSEPR模型 分子空间构型 键角 分子极性 CO2 2 sp 直线 直线形 180 o 非 SO2 3 sp2 平面三角 V 字形 极 H2O、OF2 3 sp3 平面三角 V 字形 极 HCN 2 sp 直线 直线形 180 o 极 NH3 4 sp3 正四面体 三角锥形 107 o18 极 BF3、SO3 3 sp2 平面三角 平面三角形 120 o 非 H3O+4 sp3 正四面体 三角锥形 107 o18 CH4、CCl4 4 sp3 正四面体 正四面体形 109o28 非 NH4+4 sp3 正四面体 正四面体形 109o28 非 HCHO、COCl2 3 sp2 平面三角 平面三角形 极 （五）分子的性质 1、分子间作用力（范德华力和氢键）（1）分子间作用力和化学键的比拟 化学键 分子间作用力 概念 相邻原子间猛烈的互相作用 分子间微弱的互相作用 范围 分子内或某些晶体内 分子间 能量 键能一般为 120800kJmol1 约几到几十 kJmol1 性质影响 主要影响物质的化学性质（稳定性）主要影响物质的物理性质（熔沸点）（2）范德华力及氢键的比拟 范德华力 氢键 概念 物质分子间存在的微弱互相作用 分子间（内）电负性较大的成键原子通过 H原子而形成的静电作用 存在范围 分子间 分子中含有及 H 原子相结合的原子半径小、电负性大、有孤对电子的 F、O、N 原子 强度比拟 比化学键弱得多 比化学键弱得多，比范德华力稍强 影响因素 随分子极性和相对分子质量的增大而增大 性质影响 随范德华力的增大，物质的熔沸点上升、溶解度增大 分子间氢键使物质熔沸点上升硬度增大、水中溶解度增大；分子内氢键使物质熔沸点降低、硬度减小 2、极性分子和非极性分子（1）极性分子和非极性分子 非极性分子：从整个分子看，分子里电荷的分布是对称的。如：只由非极性键构成的同种元素的双原子分子：H2、Cl2、N2等；只由极性键构成，空间构型对称的多原子分子：CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4等；极性键非极性键都有的：CH2=CH2、CHCH、。极性分子：整个分子电荷分布不对称。如：不同元素的双原子分子如：HCl，HF 等。折线型分子，如 H2O、H2S 等。三角锥形分子如 NH3等。（2）共价键的极性和分子极性的关系：两者探讨对象不同，键的极性探讨的是原子，而分子的极性探讨的是分子本身；两者探讨的方向不同，键的极性探讨的是共用电子对的偏离及偏向，而分子的极性探讨的是分子中电荷分布是否匀称。非极性分子中，可能含有极性键，也可能含有非极性键，如二氧化碳、甲烷、四氯化碳、三氟化硼等只含有极性键，非金属单质 F2、N2、P4、S8等只含有非极性键，C2H6、C2H4、C2H2等既含有极性键又含有非极性键；极性分子中，肯定含有极性键，可能含有非极性键，如 HCl、H2S、H22等。（3）分子极性的推断方法 单原子分子：分子中不存在化学键，故没有极性分子或非极性分子之说，如 He、Ne 等。双原子分子：若含极性键，就是极性分子，如 HCl、HBr 等；若含非极性键，就是非极性分子，如 O2、I2等。以极性键结合的多原子分子，主要由分子中各键在空间的排列位置确定分子的极性。若分子中的电荷分布匀称，即排列位置对称，则为非极性分子，如 BF3、CH4等。若分子中的电荷分布不匀称，即排列位置不对称，则为极性分子，如 NH3、SO2等。根据 ABn的中心原子 A 的最外层价电子是否全部参及形成了同样的共价键。（或A 是否达最高价）（4）相像相溶原理 相像相溶原理：极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。相像相溶原理的适用范围：“相像相溶”中“相像”指的是分子的极性相像。假如存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。相反，无氢键互相作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比拟小。3、有机物分子的手性和无机含氧酸的酸性（1）手性分子 手性分子：具有完全一样的组成和原子排列的一对分子，犹如左手及右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体（又称对映异构体、光学异构体）。含有手性异构体的分子叫做手性分子。手性分子的推断方法：推断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子。手性碳原子必需是饱和碳原子，饱和碳原子所连有的原子和原子团必需不同。（2）无机含氧酸分子的酸性 酸的元数=酸中羟基上的氢原子数，不肯定等于酸中的氢原子数（有的酸中有些氢原子不是连在氧原子上）含氧酸可表示为：（HO）mROn,酸的强度及酸中的非羟基氧原子数 n 有关，n 越大，酸性越强。n=0 弱酸 n=1 中强酸 n=2 强酸 n=3 超强酸 （六）晶体的构造和性质 1、四大晶体的比拟 晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体微粒 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子、自由电子 粒子间作用力 离子键 共价键 范德华力 微粒间的静电作用 物熔沸点 较高 很高 低 有高、有低 2、典型晶体的构造特征（1）NaCl 属于离子晶体。晶胞中每个 Na+四周吸引着 6 个 Cl，这些 Cl构成的几何图形是正八面体，每个 Cl四周吸引着 6 个 Na+，Na+、Cl个数比为 1：1，每个 Na+及 12 个Na+等间隔 相邻，每个氯化钠晶胞含有 4 个 Na+和 4 个 Cl。（2）CsCl 属于离子晶体。晶胞中每个 Cl（或 Cs+）四周及之最接近且间隔 相等的 Cs+（或Cl）共有 8 个，这几个 Cs+（或 Cl）在空间构成的几何构型为立方体，在每个 Cs+四周间隔 相等且最近的 Cs+共有 6 个，这几个 Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有 1 个 Cs+和 1 个 Cl。（3）金刚石（空间网状构造）属于原子晶体。晶体中每个 C 原子和 4 个 C 原子形成 4 个共价键,成为正四面体构造，C 原子及碳碳键个数比为 1：2，最小环由 6 个 C 原子组成，每个 C 原子被 12 个最小环所共用；每个最小环含有 1/2 个 C 原子。（4）SiO2 属于原子晶体。晶体中每个 Si 原子四周吸引着 4 个 O 原子，每个 O 原子四周吸引着 2 个 Si 原子，Si、O 原子个数比为 1：2，Si 原子及 SiO 键个数比为 1：4，O 原子及 SiO 键个数比为 1：2，最小环由 12 个原子组成。（5）干冰 属于分子晶体。晶胞中每个 CO2分子四周最近且等间隔 的 CO2有 12 个。1 个晶胞中含有 4 个 CO2。（6）石墨 理性质 硬度 硬而脆 大 小 有高、有低 导电性 不良（熔融或水溶液中导电）绝缘、半导体 不良 良导体 传热性 不良 不良 不良 良 延展性 不良 不良 不良 良 溶解性 易 溶 于 极 性 溶剂，难溶于有机溶剂 不 溶 于 任何溶剂 极性分子易溶于极性溶剂；非极性分子易溶于非极性溶剂 一般不溶于溶剂，钠等可及水、醇类、酸类反响 典型实例 NaOH、NaCl 金刚石 P4、干冰、硫 钠、铝、铁 属于过渡性晶体。是分层的平面网状构造，层内 C 原子以共价键及四周的 3 个 C原子结合，层间为范德华力。晶体中每个 C 原子被 3 个六边形共用,平均每个环占有 2个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数和碳碳单键数之比为 2：3。（7）金属晶体 金属 Po（钋）中金属原子积累方式是简洁立方积累，原子的配位数为 6，一个晶胞中含有 1 个原子。金属 Na、K、Cr、Mo（钼）、W 等中金属原子积累方式是体心立方积累，原子的配位数为 8，一个晶胞中含有 2 个原子。金属 Mg、Zn、Ti 等中金属原子积累方式是六方积累，原子的配位数为 12，一个晶胞中含有 2 个原子。金属 Au、Ag、Cu、Al 等中金属原子积累方式是面心立方积累，原子的配位数为 12，一个晶胞中含有4 个原子。3、物质熔沸点凹凸的推断（1）不同类晶体：一般状况下，原子晶体离子晶体分子晶体（2）同种类型晶体：构成晶体质点间的作用力大，则熔沸点高，反之则小。离子晶体：构造相像且化学式中各离子个数比一样的离子晶体中离子半径小（或阴、阳离子半径之和越小的），键能越强的，熔、沸点就越高。如 NaCl、NaBr、Nal；NaCl、KCl、RbCl 等的熔、沸点依次降低。离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO 熔点高于 NaCl。分子晶体：在组成构造均相像的分子晶体中，式量大的，分子间作用力就大，熔点也高。如：F2、Cl2、Br2、I2和 HCl、HBr、HI 等均随式量增大。熔、沸点上升。但构造相像的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高。原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂（碳化硅）、晶体硅的熔、沸点渐渐降低。金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如A 的 Al，A 的 Mg，IA 的 Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。