2022年高中化学物质结构与性质苏教版知识点归纳.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 温故知新必修 2 专题 1 微观结构与物质的多样性部分内容元素周期表 (the periodic table of elements )中,将原子核外电子层数相同的元素列为同一周期 (period ),将原子最外层电子数相同的元素列为同一族(group);元素周期表中共有7 个周期, 13 周期为短周期,47 周期为长周期,第 7 周期又称为不完全周期;元素周期表中共有 18 个族, A A 族为主族,主族与 0 族由短周期、长周期共同构成, B B族为副族,副族与族完全由长周期构成;要内容如下(除稀有气体外):元素周期律 (the perio
2、dic law of elements )的主核电荷数同周期左 右同主族上 下增加增加最外层电子数增加相同核外电子层数相同增加原子半径减小增大失电子才能减弱增强得电子才能增强减弱金属性减弱增强非金属性增强减弱从水或酸中置换出氢的难易越难越易最高价氧化物水化物的碱性越弱越强与氢气反应形成气态氢化物的难易越易越难气态氢化物的稳固程度越稳固越不稳固最高价氧化物水化物的酸性越强越弱*元素周期表中,元素的相对原子质量为元素的已知各同位素按其在自然界中含量所求得的加权平均数;通常地 ,主族元素的最高正化合价在数值上等于其最外层电子数,最低负化合价与其最高正化合价肯定值之和等于 最高正化合价及最低负化合价:
3、8,金属元素没有负化合价;以下是短周期元素的同种元素的原子或离子,随核外电子数的递增半径递增;同周期的主族元素的原子,名师归纳总结 随核电荷数的递增半径递减;同主族的元素原子或带相同电荷的离子,随核电荷数的递增半第 1 页,共 11 页径递增; 核外电子排布相同的离子,随核电荷数的递增半径递减;以下是短周期元素的原子- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 半径(单位: pm):元素周期表中, 位置相近的元素性质相像,出肯定的金属性,又表现出肯定的非金属性;且在金属和非金属分界线邻近的元素既表现 * 一些元素的性质出现出“ 对角线” 相像性,名师归纳总结 如元
4、素周期表中的Li 与 Mg 、Be 与 Al 及 B 与 Si;第 2 页,共 11 页同种元素形成不同单质的现象称为同素异形现象(allotropism ),这些单质互称为该元素的 同素异形体( allotrope );相同分子式的化合物结构不同的现象称为同分异构现象(isomerism ),这些化合物互称为同分异构体 (isomer);- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 新知 选修 3 物质结构与性质1913 年,丹麦物理学家 N. Bohr 在 Rutherford 行星式原子模型的基础上,提出了新的原子结构理论:( 1)原子核外电子在有确定半径和
5、能量的特定的原子轨道上运动,电子在运动时并不辐射能量; (2)不同的原子轨道能量不同,原子轨道的能量变化不连续;( 3)电子可在能量不同的轨道上发生跃迁;原子核外的电子具有波粒二象性,不遵循经典力学的运动规律;1927 年,德国物理学家 W. Heisenberg 提出了不确定原理,认为无法同时确定电子的位置与速度,电子并没有确 定的轨道; 因此, 人们采纳统计方法描述电子在某一位置显现的概率;为形象表示电子在核 外空间显现的概率分布情形,人们用点的疏密程度表示概率密度,这种图形称为 电子云(electron cloud )图;原子核外电子的排布与如下的一系列整数有关:n 的值(1) 主量子数
6、 (principal quantum number ,n)表示电子所处的电子层的类型;越大就电子层离核越远,能量越高;n=1, 2,3,4,5 分别可记作 K、 L、M 、 N、 O;(2)角量子数 (angular quantum number ,l)表示电子所处的原子轨道的类型;n 的值 s、p、d、f、g;相同时, l 的值越大就原子轨道能量越高;l=0,1,2,3,4 分别可记作(3)磁量子数 (magnetic quantum number ,m)表示原子轨道在空间的舒展方向,m 可 取 0,1,2,3;(4)自旋量子数 (spin quantum number,ms)表示电子自身
7、的两种不同状态,-1/2 分别可记作 、 ;ms=+1/2 ,以下是一些原子轨道的外形(从左至右为s、px、py、pz、dx 2-y 2、dz 2):以下是量子数、电子层、原子轨道与电子容量的关系:电子K s L p s M d s p N d f 层电子s p 亚层原子1s 2s 4 2p 3s 3p 3d 4s 4p 16 4d 4f 轨道1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 轨道数1 9 电子2 2 8 6 2 6 10 2 6 32 10 14 容量2 18 原子核外电子的排布遵循如下法就:(1)能量最低原理;电子的排布要尽可能使整个原子处于最低的能量状态,即电子应依次进入能量较高的
8、原子轨道;名师归纳总结 (2)Pauli 不相容原理 ;每个原子轨道最多能容纳两个ms 不同的电子;m 不同的原第 3 页,共 11 页(3)Hund 规章 ;在 n 与 l 相同的原子轨道上排布的电子,应尽可能分占子轨道,且ms相同,这样整个原子处于最低的能量状态;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 美国科学家 L. Pauling 总结出多电子原子轨道的近似能级图(如右图) ;这种能级图简洁明白,基本反映了多电子原子核外电子按能量由低到高的填充次序;但按这种能级图,全部元素的原子轨道能级次序都相同;*1962 年,美国化学家 F. A. Cotton
9、 留意到原子轨道的能量与原子序数有关,提出了新的原子轨道能级图(如右下图),这里不再过多介绍;依据上述规章,可写出原子的电子排布式与轨道表示式;为防止繁复书写,可将内层电子已达到稀有气体结构的部分用 X 表示( X 为稀有气体元素符号) ,在化学反应中,一般是原子的外围电子发生变化;因此,描述原子核外电子排布时,也可仅写出外围电子的排布式(具体参见教材);136 号元素的电子排布式如下:从 左 侧 表 中 可看出一些特别情形;例如,铬( Cr)原子的 电 子 排 布 为Ar3d 54s 1 而 不 是Ar3d 44s 2;铜( Cu)原子的电子排布为 Ar3d 104s 1 而不 是 Ar3d
10、 94s 2 ; 这 说 明 3d 轨 道 处 于 半 充 满(| | | | | | ) 和全布满(| | | | | | )状态时原子是相对稳固的;* 应当指出, 有些原子序数较大的过渡元素,其电子排布更为复杂,难以用上述原就来概括,如镧系、锕系中的某些元素;* 元素周期表中区块的划分如右图;黄色部 分 为 s 区 ( ns 12), 蓝 色 部 分 为 d 区( n-1d 19ns 12 ), 绿 色 部 分 为 ds 区(n-1d 10ns 12),粉红色部分为 p 区( ns 2np 16),橙红色部分为 f 区,外围电子排布较为复杂;每隔肯定数目的元素,元素原子的外围电子排布重复显
11、现从 ns 1到 ns 2np 6 的周期性变化;某元素的气态原子失去一个电子形成 +1 价气态阳离子所需的最低能量,称为该元素的第一电离能 (first ionization energy ,I 1);第一电离能越小,原子越易失电子,金属性越强;元素的第一电离能大小与其原子的核外电子排布有关;通常情形下, 核外电子在能量相等的轨道上形成全空、半满和全满结构时, 原子的能量较低,第一电离能较大;*某元素的气态原子获得一个电子形成-1 价气态负离子所需的最低能量,称为该元素的 电子亲和能 (electronic affinity ,A1);电子亲和能越小,原子越易得电子,非名师归纳总结 金属性越
12、强 ;为比较元素的原子在化合物中争夺电子的才能,美国化学家L. Pauling 于 1932第 4 页,共 11 页年提出了元素的电负性 (electronegavity ,P);电负性越小,原子争夺电子才能越弱,金属性越强;以下是136 号元素的第一电离能(单位:kJmol-1);- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 以下是 136 号元素的电负性(Pauling 标度):一般地,电负性(Pauling 标度)大于1.8 的元素为非金属,小于1.8 的元素为金属;电名师归纳总结 负性小的元素化合价为正,电负性大的元素化合价为负;成键元素间电负性差大于1.
13、7,形第 5 页,共 11 页成离子键;电负性差小于1.7,形成共价键;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 常温下, 金属单质有很多共同的特点,如具有金属光泽,能导电传热, 具有延展性等;这些共性都是由 金属晶体 (metallic crystal )的结构导致的;金属原子的电子受核束缚较弱,在晶体内部易脱离原子,这样就形成自由电子与金属阳离子;金属阳离子与自由电子间的剧烈相互作用称为金属键 (metallic bond );通常情形下,金属内部自由电子的运动无方向性;但在外电场作用下,自由电子发生定向运动而形成电流,因此金属具有导电性 (electri
14、cal conductivity );金属部分受热时,这部分自由电子能量增加,运动速率加快, 与金属阳离子或原子碰撞频率增加,发生能量的传递而使整块金属达到相同温度,因此金属具有导热性 (thermal conductivity );金属键无方向性,金属受外力时,金属原子间发生相对滑动但仍旧保持金属键的作用;因此,在肯定外力的作用下金属可发生形变,具有延展性 (ductility );一般地,金属原子半径越小,金属键键长越小,键能越大,金属键越强,金属的原子化热越大,金属晶体硬度越大,熔沸点越高;金属晶体由能反映晶体结构特点的基本重 复单位 晶胞 ( unit cell )在空间连续重复延 伸
15、而形成;金属原子在平面上可有两种排列方 式( a 非密置层、 b 密置层)如右图;在空间中, 将上述两种 排列方式积累,就形成了 4 种基本积累方式:简洁立方(Po)、体心立方 (Na、K、Cr、Mo 、W)、面心立方(Au、Ag 、Cu、Pb)和六方( Mg 、Zn、Ti )从左至右如右图;离子化合物中,阴阳离子间的静电力使离子相互吸引,电子间及原子核间的静电力使离子相互排斥;当静电引力与斥力平稳时,阴阳离子形成稳固 系能量最低; 通常地, 阴阳离子及其电荷分布可看作球形对称,离子键 (ionic bond ),整个体 在空间各方向上静电作用相同,都可与异号电荷离子发生作用,在静电作用能达到
16、的范畴内,一个离子可同时吸引多个异号电荷离子;因此,离子键无方向性与饱和性;离子晶体 ( ionic crystal)中阴阳离子间静电作用的大小以 晶格能(lattice energy ,U)表示,晶格能指拆开1 mol 离子晶体使之形成气态阴阳离子时所需的能量;一般地,结构相像时,成键离子半径越小,离子键键长越小,键能越大,离子键越强,晶格能越大,离子晶体硬度越大,熔沸点越高;NaCl 型( NaCl、AgBr 、CaO、CsF、FeO、 KCl 、 MgO 等)与 CsCl型( CsCl、AgCd 、AuZn 、FeTi、NH 4Cl、NH 4Br 等)是最常见的离子晶体结构类型;在 Na
17、Cl 晶体(如右上图)中,Na +或 Cl-四周各排列 6 个异号电荷离子, 每个 NaCl 晶胞中含 4 个 Na +与 4 个 Cl-,配位数为 6;在 CsCl晶体(如左图)中,Cs +或 Cl-四周各排列 8 个异号电荷离子,每个 CsCl晶胞中含 1 个 Cs +与 1 个 Cl-,配位数为 8;离子晶体中离子配位数主要取决于阴阳离子半径比;*一般地,阳离子半径与阴离子半径之比值越大,配位数越多;通常地,电负性相近的原子间通过共用电子对形成 原子电子 ms 不同,相互靠近时随核间距减小,两个共价键 ( covalent bond);如两个氢 1s 轨道同号重叠,核间形成一个电子概率密
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