高三化学原子结构化学键及分子结构晶体结构

证对市爱幕阳光实验学校高三化学原子结构、化学键及分子结构、晶体结构
【本讲信息】 一. 教学内容：
物质结构⎪⎩
⎪⎨⎧晶体结构化学键及分子结构原子结构
二. 教学要求：
1. 掌握原子构成的初步知识。

2. 掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及质量数与中子数、质子数之间的相互关系。

3. 掌握核外电子排布规律。

4. 掌握离子键、共价键、金属键的涵义。

5. 理解键的极性与分子极性的关系。

6. 了解分子间作用力、氢键的概念。

7. 掌握几种晶体类型的结构特点和性质。

三. 教学：
1. 原子核外电子的排布规律。

2. 离子键、共价键的概念，能用电子式表示离子化合物和共价化合物及其形成过程。

3. 三种晶体的结构和性质。

四. 知识分析：
1. “六种量〞及其涵义
〔1〕质子数：
即原子核内质子个数，也称为原子序数，它是决元素品种的重要因素。

〔2〕中子数：
即原子核内中子个数。

当质子数相同，而中子数不同时，便提出了同位素的概念。

〔3〕核外电子数：
原子中，质子数于电子数，因此整个原子不显电性；当质子数＞电子数时，该微粒是阳离子，当质子数＜电子数时，该微粒为阴离子。

〔4〕质量数：
将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值之和为质量数，用“A 〞表示。

由于电子质量忽略不计，质量数可以近似地表示相对原子质量的大小。

〔5〕同位素的相对原子质量：
其意义是某同位素的一个原子质量与C 12原子质量
12
1
的相比照值。

初中化学所学的相对原子质量实质上是同位素的相对原子质量。

例如：O 168的一个原子质量为kg 2610657.2-⨯，一个C 126的质量为kg 26
10
993.1-⨯ O 16
8
的相对原子质量
〔6〕元素的相对原子质量：
其意义是各种天然同位素的相对原子质量与它的原子所占的原子个数百分比的乘积之总和。

氧元素的相对原子质量[])(O Ar
759.999949.15⨯=％+037.09991.16⨯％+204.09992.17⨯％
注：我们在题中常用质量数代替同位素的相对原子质量，以此求得的结果
称为元素的近似相对原子质量，如： 氧元素的近似相对原子质量
759.9916⨯=％037.017⨯+％204.018⨯+％
2. 晶体类型与化学键、分子极性之间的关系：
由上可知：
① 离子晶体〔或离子化合物〕一含离子键。

② 离子晶体中也可能含有极性键或非极性键。

③ 请同学们把上述物质的电子式写出，以加深理解：
离子键
NaCl ：[
]-
⨯
+
...
..
:
Cl Na
离子键 MgO ：-
⨯⨯+
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡2.......2O Mg
离子键 极性键 NaOH ：-
⨯+
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡H O Na :
..... 极性键 离子键
Cl NH 4：H H Cl H N H -
⨯+
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⎥
⎦
⎤
⎢⎣
⎡:::.
.....
..
.
离子键 非极性键 22O Na ：+
-
⨯⨯+
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡Na O O Na
2..........: 离子键 非极性键
2CaC ：[]......2..2-⨯⨯+
C C Ca
〔2〕原子晶体⎩⎨⎧等
含极性键晶体硅等金钢石含非极性键2:,:SiO
〔3〕分子晶体
由上可知：
① 原子晶体与分子晶体的最大区别在于：原子晶体直接．．
由共价键构成；而分子晶体是由分子间作用力构成，其中分子内部可能含共价键。

② 非极性分子不一是由非极性键构成，还要看分子的空间构型是否对称。

〔具体见下表〕
③ 极性分子一含极性键，也可能含非极性键。

〔4〕金属晶体
3. 键的极性与分子极性的关系
【典型例题】
[例1] 钛Ti 金属常被称为未来。

钛元素的同位素Ti 4622、Ti 4722、Ti 4822、Ti 4922、Ti 50
22中，
中子数不可能为〔 〕
A. 30
B. 28
C. 26
D. 24
解析：523022=+，钛的各种同位素中无此质量数，A 可选。

答案：A
评注：此题考查了“X A Z 〞的含义，以及“质量数=中子数+质子数〞这一关系式，为送分题，但也属于高考的热点之一。

[例2] 某元素构成的双原子单质分子有三种，其式量分别为158、160、162。

在天然单质分子中，此三种单质的物质的量之比为1:1:1，由此推断以下结论正确的选项是〔 〕
A. 此元素有3种同位素。

B. 其中一种同位素质量数为80。

C. 其中质量数为79的同位素占原子总数的2
1。

D. 此元素的单质的平均式量为160。

解析：假设某元素有两种同位素X a 、X b ，那么构成的双原子单质分子有
X X a a
，X X b a ，X X b b 三种。

假设a ＜b ，那么1582=a ，1622=b ，求得79=a ，81=b 。

由三种单质的物质的量之比为1:1:1，可求得X a 、X b 原子的物质的量之比为1:1，平均式量由下式求得：160311623116031
158=⨯+⨯+⨯=r M
答案：CD
评注：此题主要考查学生对双原子分子构成的认识。

较典型的具体事例是
2Cl 、)70(235=Mr Cl 、)72(3735=Mr Cl Cl 、)74(237=Mr Cl 。

它可以帮助读者理解由两种
同位素构成的双原子分子的式量问题。

[例3] 以下关于化学键的说法，正确的选项是〔 〕
A. 构成单质分子的粒子一含共价键。

B. 由非金属元素组成的化合物不一是共价化合物。

C. 非极性键只存在于双原子单质分子里。

D. 不同元素组成的多原子分子里的化学键一是极性键。

解析：列举法。

A 错，因稀有气体构成的单原子分子中不含共价键。

B 对，例如Cl NH 4、424)(SO NH 铵盐是非金属元素组成的离子化合物。

C 错，例如在22O Na 、22O H 物质中O O -键是非极性键。

D 错，例如22O H 中O O -键，62H C 中C C -键是非极性键。

答案：B
[例4] NaCl 晶体结构中，+Na 和-Cl 都是距离交错排列的，食盐的摩尔质量为
mol g /5.58，密度为3/2.2cm g ，阿伏加德罗常数为1231002.6-⨯mol ，在食盐晶体中两
个距离最近的+Na 的中心间的距离接近于〔 〕
A. cm 8100.3-⨯
B. cm 8105.3-⨯
C. cm 8100.4-⨯
D. cm 8100.5-⨯
解析：从NaCl 晶体模型中选出1个最小的正方体为研究对象如以下图，那么该小立方体平均拥有+Na 〔或-Cl 〕数为：21814=⨯，而拥有2
1个+Na 和-Cl 对的小立方体的密度与食盐的密度相同，设两个距离最近的+Na 中心距离为x ，那么该
小立方体体积为3
)2
(x
，由密度公式得：
33
1231)2(2.2211002.65.58x cm g mol mol g ⨯⋅=⨯⨯⋅--- 答案：C
评注：此题主要考查了学生对图表的观察能力和空间想象能力，并运用了一种解题方法——均推法。

这种方法在晶体结构题中经常用到。

具体如下，在立方体的不同位置的原子为周围的立方体所共用，属于该立方体的分别为：
立方体顶点上的原子为该立方体提供了该原子的81。

立方体棱边上的原子为该立方体提供了该原子的41。

立方体面上的原子为该立方体提供了该原子的2
1。

立方体体内的原子为该立方体提供了该原子的1。

【模拟试题】 一. 选择题：
1. 某微粒+n A Z R 表示，以下关于该微粒的表达正确的选项是〔 〕
A. 所含质子数n A -=
B. 所含中子数Z A -=
C. 所含电子数n Z +=
D. 所含质子数Z A += 2. 以下表达中，正确的选项是〔 〕
A. 两种微粒，假设核外电子排布完全相同，那么其化学性质一相同。

B. 凡单原子形成的离子，一具有稀有气体元素原子的核外电子排布。

C. 两原子，如果核外电子排布相同，那么一属于同种元素。

D. 不存在两种质子数和电子数均相同的阳离子和阴离子。

3. 以下分子中，含有非极性键的化合物是〔 〕 A. HD B. 2CO C. O H 2 D. OH H C 52
4. 以下表达正确的选项是〔 〕〔质检题〕
A. 两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键。

B. 两种不同的非金属元素原子间形成的化学键都是极性键。

C. 含有非极性键的化合物分子一不是极性分子。

D. 只要是离子化合物，其熔点就比共价化合物的熔点高。

5. 共价键、离子键、金属键、分子间作用力都是微粒间的作用力，含有以上两种作用力的晶体是〔 〕〔预测题〕
A. 2SiO
B. 4CCl
C. NaCl
D. NaOH
6. 设某元素原子核内的质子数为m ，中子数为n ，那么以下论断正确的选项是〔 〕
A. 不能由此确该元素的相对原子质量。

B. 这种元素的相对原子质量为n m +。

C. 假设碳原子的质量为wg ，此原子的质量为wg n m )(+。

D. 核内中子的总质量小于质子总质量。

7.【2000年高考试题】以下每组物质发生状态变化所克服微粒间的相互作用属于同种类型的是〔 〕
A. 食盐和蔗糖熔化
B. 钠和硫熔化
C. 碘和干冰升华
D. 二氧化硅和氯化钠熔化
8.【1998年高考试题】以下分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是〔 〕
A. 光气)(2COCl
B. 六氟化硫
C. 二氟化氙
D. 三氟化硼
9.【1999年高考试题】关于晶体的以下说法正确的选项是〔 〕 A. 在晶体中只要有阴离子就一有阳离子
B. 在晶体中只要有阳离子就一有阴离子
C. 原子晶体的熔点一比金属晶体的高
D. 分子晶体的熔点一比金属晶体的低
10. 以下物质的熔沸点上下顺序正确的选项是〔 〕 A. 金钢石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅 B. 4CI ＞4CBr ＞4CCl ＞4CH C. HgO ＞O H 2＞2O ＞2N D. 金钢石＞生铁＞纯铁＞钠
11.【2000年测试题】NaF 、NaI 、MgO 均为离子化合物，现有以下数据，试判断这三种化合物熔点上下顺序是〔 〕
A. ①＞②＞③
B. ③＞①＞②
C. ③＞②＞①
D. ②＞①＞③
12. 目前，界拟合成一种“二重构造〞的球型分子，即把“足球型〞的60C 溶进“足球型〞的60Si 分子中，外面的硅原子与里面的碳原子的共价键结合。

以下关于这种分子的说法不正确的选项是〔 〕
A. 是一种型的化合物
B. 晶体属于分子晶体
C. 是两种单质组成的混合物
D. 相对分子质量为2400 二. 填空题：
13. 〔3分〕溴化碘IBr 是一种卤素互化物。

它有很高的化学活性，有许多性质跟卤素单质很相似。

它在常温、常压下是深固体，熔点为41℃，沸点为116℃。

固体溴化碘是
晶体，含有 键。

溴化碘与水反，生成一种无氧酸和一种含氧酸，反方程式是 。

14. 硫化氢)(2S H 分子中，两个S H -键的夹角接近︒90，说明S H 2分子的空间构型为 ；二氧化碳)(2CO 分子中，两个O C ==键的夹角是︒180，说明2CO 分子的空间构型为 ；甲烷)(4CH 分子中，两个相邻H C -键的夹角是82109'︒，说明4CH 分子的空间构型为 。

15. 氰2)(CN 为无色可燃气体、剧毒、有苦杏仁味，和卤素单质的性质相似。

〔1〕写出氰与苛性钠溶液反的离子方程式： 。

〔2〕氰分子键之间夹角为︒180并有对称性，2)(CN 的电子式为 ，结构式为 ，2)(CN 分子为 〔填“极性〞或“非极性〞〕分子。

〔3〕-CN 中电子数为 ，-CN 的电子式为 。

〔测试题〕
16.〔1999年试题〕以下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl 、
CsCl 、干冰、石、石墨结构中的某一种的某一：
〔1〕其中代表石的是〔填编号字母，下同〕 ，其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相。

金钢石属于 晶体。

〔2〕其中代表石墨的是 ，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为 个。

〔3〕其中代表NaCl 的是 ，每个+Na 周围与它最接近且距离相的+Na 有 个。

〔4〕代表CsCl 的是 ，它属于 晶体，每个+Cs 与 个-Cl 紧邻。

〔5〕代表干冰的是 ，它属于 晶体，每个2CO 分子与 个
2CO 分子紧邻。

〔6〕上述五种物质中熔点由高到低的顺序是 ；其中在熔融为液态时能导电的电解质是 ，在水溶液中能导电的非电解质是 。

三. 题：
17. 〔8分〕根据室中测硫酸铜晶体结晶水含量的，填写以下空白。

〔1〕从以下仪器选出所需仪器〔用标号字母填写〕： 。

A. 托盘天平〔带砝码〕、
B. 研钵、
C. 试管夹、
D. 酒精灯、
E. 蒸发皿、
F. 玻璃棒、
G. 坩埚、
H. 枯燥器、
I. 、
J. 三脚架
除上述仪器外，还需要的仪器是 。

〔2〕某学生后得到以下数据：
请写出结晶水含量[])(2O H w 的计算公式〔用1W 、2W 、3W 表示〕： 。

该生测结果是偏高还是偏低？答： 。

〔3〕从以下分析中选出该学生产生误差的原因，可能是〔填写字母〕 。

A. 加热前称量时容器未完全枯燥
B. 最后两次加热后的质量相差较大〔大于g 1.0〕
C. 加热后容器未放入枯燥器中冷却
D. 加热过程中晶体有少量溅失 四. 计算题：
18. 氯元素的相对原子质量为5.35，由Cl Na 35
23,
和Cl 37构成的，gNaCl 7.11晶体
中含-Cl 35质量是多少？含Cl Na 3723的质量是多少？
19.〔1〕教材上图示了NaCl 晶体结构，它向空间延伸得到完美晶体。

NiO 〔氧化镍〕晶体的结构与NaCl 相同，+2Ni 与最邻近-2O 的核间距离为cm a 810-⨯，计算NiO 晶体的密度〔NiO 的摩尔质量为mol g /7.74〕。

〔2〕天然的和绝大人工制备的晶体都存在各种缺陷。

例如在某种NiO 晶体中就存在如图1-14所示的缺陷：一个+2Ni 空缺，另有两个+2Ni 被两个+3Ni 所取代。

其结果晶体仍呈电中性，但化合物Ni O 的比值却发生了变化。

某氧化镍样品组成为O Ni 97.0，试计算该晶体中+3Ni 与+2Ni 的离子数之比。

〔高考题〕
试题答案 一. 选择题：
1. B
2. CD
3. D
4. B
5. BD
6. A
7. C
8. A
9. A 10. BC 11. B 12. C 二. 填空题：
13. 分子；极性；HIO HBr O H IBr +===+2 14. 折线型；直线型；正四面体型 15.
〔1〕O H CNO CN OH CN 222)(++=+---
〔2〕::.
......
.......N C C N ；N C C N -
------；非极性 〔3〕14；[]-
:
:...
..
.N C
16.〔1〕D ；4；原子 〔2〕E ；2 〔3〕A ；12
〔4〕C ；离子；8 〔5〕B ；分子；12
〔6〕石墨＞金钢石＞NaCl ＞CsCl ＞干冰；NaCl ，CsCl ；2CO 三. 题：
17.〔1〕A 、B 、D 、F 、G 、H 、J ；坩埚钳、泥三角、药匙 〔2〕100
)(1
23
22⨯--=
W W W W O H w ％；将有关数据代入求得44)(2=O H w ％，大于
O H CuSO 245⋅晶体中结晶水的含量〔36％〕，偏高
〔3〕误差分析的方法是)(2O H w 计算式分析，答案为A 、D 四. 计算： 18. 解：
〔1〕mol mol
g g
NaCl n 2.0)57.11)(1
=⋅=
- (35Cl m g mol g 25.5/3543
=⨯⨯
〔2〕g mol g mol Cl Na m 3/)3723(4
1
2.0)(37=+⨯⨯=
19. 解：
〔1〕在如图的立方体中顶点上的粒子被8个立方体共用，每个立方体只享
用了8/1个粒子；棱上的粒子被4个立方体共用，每个立方体只享用了4/1个粒子；面心处的粒子被2个立方体共用，每个立方体只享用了2/1个粒子；体心处的粒子那么被一个立方体独享。

NiO 类似NaCl ，是8个顶点为4个+2Ni 、4个-2O 交替占据，可见每个立方体真正占有的+2Ni 和-2O 粒子数均是2/1)8/1(4=⨯。

molNiO 1将构成2/11002.623÷⨯个立方体，其体积为
2/11002.623÷⨯38)10(cm a -⨯⨯，其质量为g 7.74，故
密度=
3
3
3823
/0.62)10(2/11002.67.74cm g a
cm a g =⨯⨯÷⨯-。

〔2〕解法1：根据晶体仍呈电中性可知O Ni 97.0中Ni 的平均化合价为97.0/2+，故
91:6)397.0/2(:)97.0/22()(:)(23=--=++Ni n Ni n 。

解法2：设O Ni mol 97.01中+3Ni 的物质的量为x ，那么+2Ni 的物质的量为
)97.0(x mol -，根据晶体呈电中性有
21)97.0(23⨯=-+mol x mol x ，
解得：mol x 06.0=。

91:6)97.0(:=-x mol x 。

请依照上述思考方法，完成下面思考题。

题目为原题：
① 计算在NiO 晶体中两个+2Ni 之间的最短距离； ② 与某个+2Ni 最近且距离的-2O 围成的空间几何形状； ③ O Ni mol 7.01中空缺+2Ni 有多少个？ 答案：① cm a 810414.1-⨯；
② 正八面体； ③ A N 03.0个。

评注：。