第15讲 原子的结构和化学键

专题一 物质结构

一、知识整理

物质结构理论包括原子结构、分子结构和*晶体结构三个部分，它是探索和研究从微观(核外电子排布、稳定结构、化学键的形成)的原子结构、分子结构到宏观物质的晶体结构及其性质的变化规律。知识体系参见表1。

注：*号为选学内容，考试说明中不作要求(以下均相同)。 二、重点知识解析

1．原子结构同位素相对原子质量

(1)原子ZX：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)

质子数＝核电荷数＝核外电子数

(2)同位素：具有相同质子数(Z)不同中子数(N)的不同种原子互称同位素。 元素：具有相同质子数(Z)的一类原子(包括离子)的总称。 (3)相对原子质量：

A a．同位素相对原子质量：以126C质量的

1作为标准，某种同位素的一个原子跟它相比1235较所得数值(相对量)，就是该种同位素的相对原子质量。例： 17C的相对原子质量为34.969。

b．元素相对原子质量：根据各种天然同位素相对原子质量，按各种天然同位素原子所占的一定百分比算出的平均值。 2．化学键

(1)化学键：相邻原子之间强烈的相互作用。该作用是微粒之间的静电作用，包括静电的引力(阴、阳离子或共用电子对与原子核之间)和静电的斥力。 (2)分类：

a．离子键：活泼金属(ⅠA、ⅡA)与活泼非金属(ⅥA、ⅦA)之间，通过得、失电子形成阴、阳离子，阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键。

b．共价键：原子间通过共用电子对(或电子云重叠)形成的化学键。其中包含一类特殊的共价键——配位键，电子对是由一个原子单方面提供而跟另一个原子(提供空轨道)共用。

(3)表示方式：

a．电子式： b．结构(或结构简)式： *d．键线式： c．球棍(或比例)模型： *e．原子实：

3．分子的物理性质

结构相同、分子量越大——熔、沸点越高。 4．核外电子数相同的粒子规律

＋＋＋

(1)核外电子总数为10个电子的粒子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4、Na、Mg2、Al3、

＋

－

－

－

－

?32

NH?4、H3O、N、O、F、OH、NH2等。

(2)核外电子总数为18个电子的粒子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、

＋＋－－－－

CH3OH、N2H4、K、Ca2、P3、S2、Cl、HS等。

? (3)核外电子总数及质子总数均相同的离子有：Na、NH? 4、H3O或F、OH、NH2。

＋

＋

－

－

三、典型例题解析

【例1】设某元素原子核内的质子数为m，中子数为n，则下列论断正确的是

A．不能由此确定该元素的相对原子质量 B．该元素的相对原子质量为m＋n

C．若碳原子质量为wg，此原子的质量为(m＋n)wg D．核内中子的总质量总小于质子的总质量

【知识点】元素的相对原子质量 【能力层次】了解 【答案】A

【思路解析】此题在于考查对最基本的概念——原子量的认识。常见的错误是对原子量与质量数混淆不清。原子量全称是元素的平均相对原子量，不是某一个原子的原子量，因此选项B看上去似乎是正确的，但实际是错误的。

任一原子的质量不可能是碳原子质量与此原子质子与中子数之和的乘积，而且碳原子有多种同位素，选项C中的w是没有被指定的数值，只从这一点来看，选项C也不能成立。 题目没有指明是哪种原子核，无法确知此核内质子数与中子数的相对多少，故选项D也不能成立。故正确选项为A。

【例2】下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是

A．光气(COCl2) B．二氯化铍 C．四氟化氙 D．二氧化碳

【知识点】化学键与分子结构、原子结构知识的综合 【能力层次】灵活判断 【答案】A、D

【思路解析】试题考查对成键原子最外电子层8电子稳定结构的辩证认识。从化学式推断其分子结构，是一道逆向思维考查试题。本题通过分析化合物结构，从而扩大知识面，有利于发展辩证思维能力。

原子间相互结合形成共价化合物时，都有一种倾向，形成稀有气体元素原子的稳定结构。中学所见的以8电子结构为主，但这易形成思维定势，认为所有的化合物分子中所有原子都满足最外层8电子结构。实际上中学学过的化合物中除了8电子稳定结构外，还有两类：一类是有氢元素参加的，其形成的化合物中氢原子形成2电子(与氦原子结构相同)稳定结构。另一类如五氯化磷、三氟化硼……等分子，由于中心原子最外层电子和其他元素原子形成的共用电子对数分别是5、3……，因此形成10电子、6电子等非8电子结构。 首先确定分子结构，光气分子结构是碳酸分子中两个羟基被氯原子取代；再判断是否满足最外层8电子结构，在光气分子中碳、氧和氯原子最外层都达到8电子结构。二氧化碳分子中碳原子与每个氧原子形成两对共用电子对，每个原子均呈8电子结构。在二氯化铍分子(注意：是共价化合物)的结构中，铍原子分别与2个氯原子之间形成1个共价键，因此氯原子满足最外层8电子结构，而铍原子仅4电子结构，但铍和氯原子都达到稳定结构。在四氟化氙分子的结构中，氙原子分别与4个氟原子之间形成1个共价键，因此氟原子满足最外层8电子结构，而氙原子为12电子结构，但氟和氙原子都达到稳定结构。 【例3】请写出10个化学式，使每个分子中都含有18个电子。 【知识点】微粒的电子结构、元素周期律知识的综合运用 【能力层次】推理判断 【答案】Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、(N2H4)、C2H6、CH3F、CH3OH、(CH3NH2) 【思路解析】与该知识内容相关的还有含有10电子、18电子结构的微粒，它是从电子总数讨论类似稀有气体元素原子的稳定结构。

10电子微粒的考查已有10多年了，从书本上学习、高考中考查，大约有17种以上(不妨练习写写)。而18电子的微粒也应重视，本题仅从分子方面讨论。首先可在稀有气体元素中找出氩原子含有18电子，而稀有气体分子由单原子组成，因此Ar是第一个符合要求的化学式。依据Ar在周期表的位置可以找其前一种元素的氢化物HCl；再依据元素周期律规律找到H2S、PH3、SiH4。其次，可从含18个电子的双原子分子中寻找，氟元素的原子含有9个电子，其分子F2恰好也是18个电子；再依据元素周期律规律找到H2O2、N2H4(中学教材中尚未涉及)、C2H6。很明显，上述分子数还不足10个，若从3原子分子中寻找，碳原子不成立，其他方面规律性也差。再从已有的分子分析，在上述后4种分子中皆为双原子或双原子团，它们一半的电子总数恰好是9个，相互组合可以组成18个电子的分子。因此又可找到CH3F、CH3OH、CH3NH2(中学教材中尚未涉及)、HFO(已有报道)。

【例4】A、B、C、D、E分别代表5种微粒，每种微粒中都含有18个电子。其中A和C都是由单原子形成的阴离子；B、D和E都是分子；又知在水溶液中A跟B反应可生成C和D；E具有强氧化性。请回答： (1)用化学符号表示上述5种微粒：

A________，B________，C________，D________，E________。 (2)在水溶液中A跟B反应的离子方程式是：________。

【知识点】18电子微粒、离子反应、氧化还原知识的综合运用 【能力层次】应用

－－

【答案】(1)A：S2，B：HCl，C：Cl，D：H2S，E：F2(或H2O2)

－＋

(2)S2＋2HH2S ↑

【思路解析】要熟悉常见的18电子微粒(如阳离子、阴离子和分子)及性质，如具有氧化性的分子只有F2和H2O2，水溶液中能够发生的反应应该是生成弱电解质的反应等。 【例5】描述下列各组物质的熔、沸点变化规律，并说明其原因。 (1)F2、Cl2、Br2、I2

(2)CH3CH2CH3、CH3CH2CH2CH3、CH3CH2CH2CH2CH3

(3)CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4 【知识点】分子的物理性质 【能力层次】综合应用

【答案】(1)熔、沸点依次升高。同主族元素的非金属单质，随分子量增大，分子间作用力依次增大。(2)熔、沸点依次升高。同系列的物质中，随分子量增大，分子间作用力依次增大。(3)熔、沸点依次降低。分子量相同的同分异构体中，结构中支链愈多，分子间结合的愈弱，熔、沸点依次降低。

【思路解析】试题考查了物质熔、沸点的变化规律。物质熔、沸点高低取决于晶体结构中微粒之间的作用力；其变化规律又遵循元素周期律。

(1)熔、沸点依次升高。同主族元素的非金属单质，随分子量增大，分子间作用力依次增大。(2)熔、沸点依次升高。同系列的物质中，随分子量增大，分子间作用力依次增大。(3)熔、沸点依次降低。分子量相同的同分异构体中，结构中支链愈多，分子间结合的愈弱，熔、沸点依次降低。 四、反馈练习

1．铋(Bi)在医药方面有重要应用。下列关于 A． C．

209832098320983Bi和21083Bi的说法正确的是 ( ) Bi和21083Bi互为同位素

Bi和21083Bi分别含有126和127个质

Bi和21083Bi都含有83个中子 Bi和21083Bi的核外电子数不同

B．D．

2098320983子

2．下列叙述正确的是 ( ) A．聚丙烯的结构简式为：

B．石英的化学式为：CaSiO3

C．在CS2、PCl3中各原子最外层均能达到8电子的稳定结构 D．Ar原子的结构示意图为：

3．对相同状况下的12C18O和14N2两种气体，下列说法正确的是 ( ) A．若质量相等，则质子数相等 B．若原子数相等，则中子数相等 C．若分子数相等，则体积相等 D．若体积相等，则密度相等

＋－－

4．用A、B、C2、D、E、F、G和H分别表示含有18个电子的8种微粒(离子或分子)，请回答： ( )

(1)A元素是________、B元素是________、C元素是________ (用元素符号表示)。 (2)D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是________。

(3)E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是________。 (4)F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是________，电子式是________。 (5)G分子中含有4个原子，其分子式是________。 (6)H分子中含有8个原子，其分子式是________。 【反馈练习答案】 1．B 2．C 3．C 4．(1)K Cl S (2)HCl (3)F2 (4)H2S (5)H2O2(或PH3)(6)C2H6

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