苏教版高中化学选修3物质结构与性质

物质结构与性质
一、原子结构
1、实物微粒（分子、原子、质子、中子、电子等）的运动特征----波粒二象性
实物微粒没有同时确定的坐标和动量，不可能分辨出各个粒子的轨迹，能量只能处于某些确定的状态，能量的改变不能取任意的连续变化的数值，需用量子力学描述其运动规律。

2、原子核外电子运动的状态用波函数ψ描述，称之为原子轨道。

2
ψ表示原子核外空间某点
电子出现的概率密度，即单位体积内电子出现的概率（亦称为电子云）。

3、在解原子Schr ödinger 方程的过程中，引入了三个量子数n,l,m ，三者之间关系为m l l n ≥+≥,1，n,l,m 的取值分别为：
n=1, 2, 3, 4⋅ ⋅ ⋅ ⋅
电子层: K L M N
l =0, 1, 2, 3, ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ n-1, n 个值
亚层: s, p, d, f ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
m=0, ±1, ± 2, ± 3 ⋅ ⋅ ± l (2l +1)
4、电子的自旋运动用自旋量子数ms 描述，取值为
21
±=s m 5、周期表中每一周期元素原子最外层的电子排布从ns1到ns2np6，呈现出周期性重复。

题一、某一周期的稀有气体原子最外层电子构型为4s24p6，该周期有四种元素A,B,C,D ，已知它们最外层电子数分别为2，2，1，7，A,C 的次外层电子数为8，B,D 的次外层电子数为18，则A Ca B Zn C K D Br .
题二、1999年是人造元素丰收年，一年间得到第114、116和118号三个新元素。

按已知的原子结构规律，118号元素应是第 七 周期第_零_族元素，它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是_气_（气、液、固选一填入）态。

近日传闻俄国合成了第166号元素，若已知原子结构规律不变，该元素应是第_八_周期第VIA 族元素。

题三、试根据原子结构理论预测：
（1）第八周期将包含多少种元素？ 50
（2）原子核外出现第一个5g 电子的元素的原子序数是多少？ 121
（3）根据电子排布规律，推断原子序数为114号新元素的外围电子构型，并指出它可能与哪个已知元素的性质最为相似。

外围电子构型7s2 7p2 ,与铅的性质应最为相似。

题四、从元素周期表中每一周期最后一个元素的原子序数2、10、18、36、54等推测第十周期最后一个元素的原子序数为
（1）200 （2）770 （3）290 （4） 292
二、晶体结构
晶体是由原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。

晶体的特点⑴均匀性；⑵各向异性；⑶自范性；⑷有明显确定的熔点；⑸有特定的对称性⑹
使X射线产生衍射。

晶胞是晶体中最小的结构重复单元，形状为平行六面体。

整个晶体是由晶胞并置堆砌而成。

根据质点间作用力的不同，晶体可分为金属晶体、离子晶体、原子晶体和分子晶体。

金属晶体可以用等径圆球堆积模型来讨论。

离子晶体可以看作大离子进行等径球密堆积，小离子填充在相应空隙中形成。

金属晶体堆积方式及性质小结
堆积方式晶胞类型空间利用率配位数实例
面心立方74% 12 Cu、Ag、Au
面心立方最
密堆积(A1)
六方最密
六方74% 12 Mg、Zn、Ti
堆积(A3)
68% 8(或14) Na、K、Fe
体心立方密
堆积(A2) 体心立方
面心立方34% 4 Sn
金刚石型堆
积(A4)
简单立方52％ 6 Po
简单立方堆
积
题五、目前已发现硼化镁在39K呈超导性，该发现可能是人类对超导认识的新里程碑。

在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，下图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。

（1）由图可确定硼化镁的化学式为：。

（2）在图右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。

a＝b≠c，c轴向上
图硼化镁的晶体结构示意图
题六、某离子晶体晶胞结构如图所示，●x位于立方体的顶点，○y位于立方体的中心，试分析：
（1）晶体中每个y同时吸引着多少个x？（4）每个x同时吸引着多少个y？（8）
该晶体的化学式为？（xy2）
（2）晶体中在每个x周围与它最接近且距离相等的x共有多少个？（12）
（3）晶体中距离最近的2个x与1个y形成的夹角∠xyx角度为多少？（109°28ˊ）（4）该晶体的摩尔质量为M g·mol-1，晶体密度为ρg·cm-3，阿佛加德罗常数为NA，
则晶体中两个距离最近的x中心间的距离为多少？（）
题七、研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。

设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则：
（1）第二层离子有个，离中心离子的距离为 d，它们是离子。

（2）已知在晶体中Na＋离子的半径为116pm，Cl－离子的半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。

求离子占据整个晶体空间的百分数。

（3）纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。

（4）假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。

题八、已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x的值小于1。

测知FexO晶体密度 为5.71g·cm-3，晶胞边长为4.2810-10m（铁原子量为55.9，氧原子量为16）。

求：（1）FexO中x的值（精确至0.01）。

（x=0.92）
（2）晶体中的Fe分别为Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至0.001。

）（82.6%）
（3）写出此晶体的化学式。

(Fe2+0.76Fe3+0.16)
（4）描述Fe在此晶体中占据空隙的几何形状（即与O2-距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。

(Fe在晶体中占据空隙的几何形状为正八面体)。

（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？(3.0310-10m)
三、分子结构和分子间作用力
１、杂化轨道理论
（1）原子在形成分子时，为了增强成键能力使分子稳定性增加，趋向于将同一原子中能量相近的不同类型原子轨道重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新的原子轨道.这种重新组合的过程称为杂化，杂化后的原子轨道称为杂化轨道。

（2）杂化轨道的特性:
①只有能量相近的轨道才能互相杂化。

常见的有:ns np nd
(n-1)d ns np
②杂化轨道的成键能力大于未杂化轨道。

③参加杂化的原子轨道的数目与形成的杂化轨道数目相同。

④不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同
2、价层电子对互斥理论（VESPR）
对ABm型分子或离子，中心原子A价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）之间存在排斥力，将使分子中的原子处于尽可能远的相对位置上，以使彼此之间斥力最小，分子体系能量最低。

3、分子轨道理论
当原子结合形成分子时，原子轨道以一定的方式重叠形成分子轨道。

能量比原子轨道低的分子轨道为成键分子轨道；能量比原子轨道高的分子轨道为反键分子轨道。

分子轨道的数目等于组成分子的各原子轨道数目之和。

原子轨道形成分子轨道应遵循三个条件：(1)对称性匹配(2)能量相近(3)最大重叠。

电子在分子轨道中的排布遵循Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。

题九、元素氙（Xe）不是化学惰性的，它能与一些电负性大的元素（如氧和氟）形成一系列化合物。

氙与量不等的氟反应，生成XeF2和XeF4。

这些化合物在不同条件下和水进一步反应产生XeO3和XeO4等化合物并混有像XeOF4那样的化合物。

用VSEPR模型估计上述五种氙的化合物的结构。

题十、根据同核双原子分子的电子组态可以预见分子及离子的性质。

已知及O2其离子的键能有如下数据，请画出它们的对应关系。

O2 O2- O22- O2+
键能/ kJ·mol-1 493.5 626.1 138.1 392.9
题十一、已经探明，我国南海跟世界上许多海域一样，海底有极其丰富的甲烷资源。

其总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。

据报导，这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体，是外观像冰的甲烷水合物。

试设想，若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？它的晶体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体？你作出判断的根据是什么？
题十二、A和B两种物质互相溶解的关系如图1所示，横坐标表示体系的总组成，纵坐标为温度，由下至上，温度逐渐升高。

T1时a是B在A中的饱和溶液的组成，b是A在B中的饱和溶液的组成（T2时相应为c、d）。

T3为临界温度，此时A和B完全互溶。

图中曲线内为两相，曲线外为一相（不饱和液）。

某些物质如H2O和(C2H5)3N，C3H5(OH)3和间-CH3C6H4NH2有低的临界温度（见示意图2）。

请根据上述事实，回答下列问题：
（1）解释图1中T3存在的原因。

（2）说明图2所示的两对物质存在低的临界温度的原因。

（3）描述图2所示的两对物质的互溶过程。

T3
T2 c d
T1 a b
18.5 C
A 100% 80% 60% 40% 20% 0% H2O (C2H5)3N 0% 20% 40% 60% 80% 100% B
图 1 图 2。