物质结构化学键.pdf

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1、物质结构 化学键 主讲：黄冈中学高级教师 傅全安 一、复习策略(一)复习要点阐述 2、晶体的分类及其性质 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 定义 离子间通过离子键相结合而形成的晶体 分子间通过分子间作用力相互结合而形成的晶体 原子间通过共价键相互结合而形成空间网状结构的晶体 金属阳离子跟自由电子通过金属键相结合而形成的晶体 组成晶体粒子 阴离子、阳离子 分子 原子 金属阳离子、自由电子 粒子间相互作用 离子键 范德华力或氢键 共价键 金属键 熔点、沸点 较高 很低 很高 一般较高，少部分低 硬度 较硬、脆 硬度较小 坚硬 较大 导电性 固体不导电，溶于水或熔融状态导电 有的水溶液导电 不

2、导电 易导电 举例 NaCl、NaOH、Na2O2、KBr H2(S)、NH3(S)、CO2、P4、HCl(S)、O2(S)、He、C60 金刚石、晶体硅、碳化硅、石英 Na、Mg、Al、Fe(二)要点复习的策略及技巧 1、化学键 (1)化学键：相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用称为化学键。(2)离子键：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫离子键。阴、阳离子带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，形成的化合物的熔、沸点就越高，晶体的硬度就越大。成键的微粒：阴离子和阳离子。键的本质：阴离子和阳离子之间的静电作用。键的形成条件：成键的主要原因：a 原子容易相互得、失电子形成阴、阳离子；b

3、离子间的吸引和排斥达到平衡；C 成键后体系的能量降低。通过离子键形成的化合物均为离子化合物，如强碱、大多数盐以及典型的金属氧化物等。(3)共价键：原子间通过共用电子对(即电子云的重叠)所形成的化学键叫共价键。成键的微粒：一般为非金属原子(相同或不相同)。键的本质：原子间通过共用电子对(即电子云重叠)产生的强烈作用。键的形成条件：一般是非金属元素之间，且成键原子最外层电子未达到饱和状态，则在两原子之间通过形成共用电子对成键。通过共价键形成的物质，有的是单质，如 H2、Cl2、O2等，有的是化合物，如 HCl、H2S、H2O、CO2等。共价键的 2 种类型 a非极性(共价)键：成键原子完全相同时，

4、共用电子对在两原子的正中间不偏向任何一方，或电子云在成键原子核之间中央区域最密集。如 ClCl 等。b极性(共价)键：两个不同的原子成键时，其共用电子对偏向成键的某原子。如 HCl 中电子对偏向 Cl原子。键参数 a 键能：是指 1.01105Pa 和 25下将 lmol 理想气体分子 AB 拆开为中性气态原子 A 和 B 时所需要的能量(单位为 kJmol1)，键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。b键长：在分子中两个成键原子的核间平均距离叫键长，原子间所形成的键，键长越短，键就越强，越牢固。c键角：在分子中键与键之间的夹角叫键角。键角可反映分子的空间构型，可进一步帮助我们判断分子的

5、极性。d共价键与离子键之间没有绝对的界限。2、电子式 在元素符号的周围用小黑点“”或小叉“”来表示该原子最外层电子个数的式子。例如：、钾原子：K、氖原子：。(1)阴离子的电子式，不但要画出最外层电子数，而且还应用括号“”括起来，并在右上角标出“n”电荷字样。例如：氧离子：、氟离子。(2)阳离子的电子式：不要求画出离子最外层电子数，只要在元素符号右上角标出“n”电荷字样。例如：Na钠离子；Mg2镁离子；Ba2钡离子。(3)原子团的电子式：不仅要画出各原子最外层电子数，而且还应用括号“”括起来，并在右上角标出“n”或“n”电荷字样。例如：铵根离子：氢氧根离子：(4)离子化合物的电子式：由阴、阳离子

6、的电子式组成，但对相同的离子不得合并。例如：(5)用电子式表示下列化合物的形成过程 (6)离子化合物 KCl 形成过程；(7)共价化合物 HCl 形成过程：3、分子间作用力和氢键 (1)分子间作用力：分子间作用力的实质是分子间静电引力。氢键：因氢原子而引起的分子间作用力。(2)分子间作用力、氢键与化学键的比较 化学键 分子间作用力 氢键 概念 相邻的两个或多个原子间强烈的相互作用 分子间微弱的静电引力叫分子间作用力 因氢原子而引起的分子间作用力 存在范围 分子内或某些晶体内 分子间 分子间(某些物质的分子内也存在)能量 键能一般为 100kJmol1800kJmol1 约几 kJmol1至几十

7、kJmol1 比分子间作用稍强 (3)氢键不是化学键，为了与化学键相区别，在下图中用“”来表示氢键。注意三个原子要在同一条直线上。但由于它比分子间作用力稍强，故若分子晶体中存在氢键，则使得该分子晶体的熔沸点相对较高，如 NH3、H2O、HF 的沸点就比同主族元素氢化物的熔沸点高。4、非极性分子和极性分子 (1)非极性分子：电荷分布对称的分子为非极性分子。例如 X2型双原子分子(如(H2、Cl2、Br2等)、XYn型多原子分子中键的极性相互抵消的分子(如 CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4等)都属非极性分子。(2)极性分子：电荷分布不对称的分子称为极性分子。例如 XY 型双原子分子(如 H

8、F、HCl、CO、NO 等)、XYn 型多原子分子中键的极性不能相互抵消的分子(如 SO2、H2O、NH3等)都属极性分子。5、几种典型晶体的结构模型 (1)离子晶体 氯化钠晶体：在 NaCl 晶体中每个 Na同时吸引着 6 个 Cl，每个 Cl也同时吸引着 6 个 Na。氯化铯：在 CsCl 晶体中每个 Cs同时吸引着 8 个 Cl，每个 Cl也同时吸引着 8 个 Cs。说明：在 NaCl 和 CsCl 晶体中，都不存在单个的 NaCl 分子或单个的 CsCl 分子，在这种晶体里，阴、阳离子的个数比都是 1l，NaCl 和 CsCl 只是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的

9、分子式。(2)分子晶体 说明：干冰由晶体变为气态或液态时，只破坏分子间作用力而不破坏化学键。(3)原子晶体 二氧化硅晶体：每个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子，同时每个 O 原子跟 2 个 Si 原子结合 金刚石：每个碳原子都被相邻的 4 个碳原子包围，以共价键跟 4 个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。说明：原子晶体中的微粒是原子，这些原子以共价键结合向空间发展形成空间网状结构，因此，在晶体中不存在单个分子。所以原子晶体的化学式如 SiO2代表二氧化硅中硅元素和氧元素原子个数比为 12，并不表示分子式。(4)过渡型晶体(混合型晶体)描述：石墨晶体是层状结构，在

10、每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子都与其他 3 个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构，在层与层之间，是以分子间作用力结合的。说明：石墨晶体中同一层碳原子间以较强的共价键结合，使石墨熔点很高，但层与层之间分子间作用力较弱，容易滑动，使石墨的硬度较小。像石墨这样的晶体一般称为过渡型晶体或混合型晶体。5、金属晶体 通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。6、金属晶体的结构特点 金属(除汞外)在常温下一般都是晶体。在金属中，金属原子容易失去外层电子变成金属离子。金属原子释放出电子后形成的金属离子按一定的规律堆积，释放出的电子在整个晶体里自由运动，称为自由电子。金属离子

11、与自由电子之间存在着较强的作用(金属键)，使许多金属离子结合在一起形成金属晶体。7、金属晶体的共同性质 (1)导电性 在外加电场的作用下，金属晶体中自由电子就会发生定向移动而形成电流，所以金属容易导电。(2)导热性 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而能量从温度较高的部分传到温度较低的部分，这就是金属的导热性。(3)延展性 当金属受到外力时，晶体中的各离子层就会发生相对滑动，由于金属阳离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后相互作用没有被破坏，金属虽然发生了形变，但不会导致金属键断裂，这就是金属的延展性。8、四种晶体的比较 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体

12、定义 离子间通过离子键相结合而形成的晶体 分子间通过分子间作用力相结合而形成的晶体 原子间通过共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 金属阳离子跟自由电子通过金属键相结合而形成的晶体 组成晶体粒子 阴离子、阳离子 极性分子或非极性分子 原子 金属阳离子、自由电子 粒子间作用力 离子键 范德华力或氢键 共价键 金属键 熔点、沸点 较高 很低 很高 较高 硬度 较硬、脆 硬度较小 坚硬 较大 导电性 固体不导电，熔于水或熔化状态导电 有的水溶液导电 不导电 易导电 举例 NaCl、NaOH、Na2O2、KBr H2、NH3、CO2、P4、HCl、O2、He、C60 金刚石、晶体硅、碳化硅、石英 Na

13、、Mg、Al、Fe 9、晶体熔、沸点高低的比较方法 比较晶体的硬度大小、熔沸点高低等物理性质的依据是：(1)离子晶体 一般地讲，化学式与结构相似的离子晶体，阴阳离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高，如：NaClKClCsCl。(2)原子晶体 成键原子间键长越短，键能越大，共价键越强，熔、沸点越高。如：金刚石碳化硅晶体硅。(3)分子晶体 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高，如：I2Br2Cl2F2；H2TeH2SeH2S。但具有氢键的分子晶体，如：NH3、H2O、HF 等熔、沸点反常地高。绝大多数有机物属于分子晶体，其熔、沸点遵循以下规律：组成和结构相似

14、的有机物，随着相对分子质量增大，其熔、沸点升高，如：CH4C2H6C3H8C4H10；CH3OHC2H5OHCH3CH2CH2OH。链烃及其衍生物的同分异构体，其支链越多，熔、沸点越低，如：CH3(CH2)3CH3CH3CH2CH(CH3)2(CH3)4C；芳香烃的异构体有两个取代基时，熔、沸点按邻、间、对位降低，如：在高级脂肪酸和油脂中，不饱和程度越大，熔、沸点越低，如：C17H35COOHC17H33COOH；(C17H35COO)3C3H5(C17H33COO)3C3H5。(4)金属晶体 在同类金属晶体中，金属离子半径越小，阳离子所带的电荷数越多，金属键越强，熔、沸点越高，如 LiNaK

15、RbCs，合金的熔点低于它的各成分金属的熔点，如 AlMg镁铝合金。(5)不同类型的晶体 般是原子晶体熔、沸点最高，分子晶体熔、沸点最低，离子晶体熔、沸点较高，大多数金属晶体熔、沸点较高，如：金刚石氧化镁；铁水。二、典例剖析 例 1、关于化学键的下列叙述中，正确的是()A离子化合物可能含共价键 B共价化合物可能含离子键 C离子化合物中只含离子键 D共价化合物中不含离子键 解析：化合物中只要含有离子键，就是离子化合物，共价化合物中一定不含离子键。离子化合物中，除了离子键外还有可能含有共价键。如 NaOH 中 OH 键即是共价键，但 NaOH 是离子化合物。在离子化合物中还可能含非极性共价键，如

16、Na2O2。答案：AD 例 2、下列关于元素的叙述正确的是()A金属元素与非金属元素能形成共价化合物 B只有在原子中，质子数才与核外电子数相等 C目前使用的元素周期表中，最长的周期含有 36 种元素 D非金属元素形成的共价化合物中，原子的最外层电子数只能是 2 或 8 解析：金属元素与非金属元素能以共价键并形成化合物，如 AlCl3等，A 正确；分子中的质子数与核外电子数也可能相等，如 NH3、H2O、HF 等，B 不正确；目前周期表中最长周期只含 32 种元素，C 错；非金属元素形成的共价化合物中，有的最外电子层电子数多于 8，如 PCl5等，D 错。答案：A 例 3、下图中每条折线表示周期

17、表AA 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()AH2S BHCl CPH3 DSiH4 解析：NH3、HF、H2O 分子间存在氢键，故它们的沸点分别高于其同主族气态氢化物沸点，故在图象上出现反常的“折点”。而A 族气态氢化物 CH4、SiH4、GeH4、SnH4、PbH4结构和组成类似，故分子间作用力随相对分子质量增大而增强，熔沸点随相对分子质量增大而升高，因而在图象上表现为沸点逐渐升高。本题答案为 D。答案：D 例 4、关于晶体的下列说法正确的是()A在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C原子晶体的熔点一定比金

18、属晶体高 D分子晶体的熔点一定比金属晶体低 解析：晶体中只要有阴离子，就有阳离子 A 对，但有阳离子不一定有阴离子，如金属晶体中有金属阳离子而无阴离子 B 错。金属晶体中的熔点就比某些原子晶体高。例如金属钨的熔点就高于原子晶体 SiO2的熔点，因此，并非所有原子晶体的熔沸点都比金属晶体高，也并非所有分子晶体的熔点都比金属晶体低。例如金属 Hg 在室温下为液态其熔沸点比某些分子晶体熔沸点低。答案：A 例 5、下图是氯化钠的晶体结构示意图，它是从氯化钠晶体中划分出来的一个平行六面体结构单元晶胞。完美的氯化钠晶体可看做是无限多个晶胞在三维方向作无限周期性排列而成。据此判断在氯化钠晶体中平均每个晶胞中

19、含有()A4 个 Cl离子和 4 个 Na离子 B6 个 Cl离子和 6 个 Na离子 C1 个 Cl离子和 1 个 Na离子 D8 个 Cl离子和 8 个 Na离子 解析：在氯化钠晶体中位于晶胞顶点处的离子为 8 个晶胞所共有，即每个晶胞占有该离子的，位于棱上的离子的为该晶胞所有，位于面上离子的为该晶胞所有，位于体心处的离子为该晶胞所独有。据此可知，在氯化钠晶体中平均每个晶胞含有：答案：A 例 6、在金刚石晶体中每个 C 原子与_个 C 原子紧邻，由_个 C 原形成正四面体结构单元，由共价键构成的最小碳环上有_个 C 原子，不在同一平面上晶体中每个 C 原子参与_个共价键的形成，而每个 C

20、原子对每条共价键的贡献为_，在金刚石晶体中 C 原子个数与 CC 键键数之比为 N(C)N(CC)=_。12g 金刚石中含_mol CC 键。解析：金刚石为正四面体结构，在晶体中由共价键构成的最小碳环上有 6 个 C 原子。在晶体中 1 个 C 与 4 个 C原子形成 4 个 CC 键，每个 C 原子对 CC 键的贡献为，故晶体中：；12g金刚石物质的量为 1mol，所以 12g 金刚石含 CC 键 2mol。答案：4 5 6 4 12 2 例 7、通常人们把拆开 1mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(H)，化学反应的H

21、 等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。化学键 SiO SiCl HH HCl SiSi SiC 键能/kJmol1 460 360 436 431 176 347 请回答下列问题：(1)比较下列两组物质的熔点高低 SiC_Si；SiCl4_SiO2。(填“”或“”)(2)下图立方体中心的“”表示出硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“”表示与之紧邻的硅原子。(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取：该反应的反应热H=_kJmol1。解析：(1)金刚砂(SiC)和晶体硅均为原子晶体，原子晶体熔点的高低取决于原子晶体中共价键键能的大小，共价键键能愈大该晶体沸点愈高，而共价键键长愈短键能愈大，因碳原子半径小于 Si 原子半径，所以金刚砂沸点高于晶体硅的沸点，SiCl4属分子晶体，SiO2属原子晶体，所以 SiCl4沸点低于 SiO2晶体。(2)由 1 个 Si 以共价键与四个 Si 原子构成正四面体。(3)1mol Si 可形成 4mol SiSi 键，而 1mol SiSi 键含 2mol Si，因此 Si 原子个数是 SiSi 键键数的 2 倍，据此可知每生成 1mol Si 必形成 2mol SiSi 键：H=4360kJmol12436kJmol12176kJmol14431kJmol1=236kJmol1 答案：(1)(2)如下图 (3)236