物质结构与性质任德怀.ppt

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1、问题问题1 1 原子结构与性质原子结构与性质问题问题2 2 分子结构与性质分子结构与性质问题问题3 3 晶体结构与性质晶体结构与性质选修选修3 3中的知识点及中的知识点及知识知识背景解读背景解读成都石室中学成都石室中学 任德怀任德怀一一 、原子结构与元素性质的知识背景分析原子结构与元素性质的知识背景分析1.1.原子的诞生与原子光谱原子的诞生与原子光谱2.能层、能级、电子层、电子亚层（简单比喻：楼层与楼梯）3.构造原理电子排布的经验规律（不要求知道其中的道理即能级交错现象;在构造原理基础上引出能量最低原理，并由此引出基态、激发态 和光谱）第一部分第一部分 原子结构与元素性质原子结构与元素性质 H

2、：E(ns)=E(np)=E(nd)=E(nf)26Fe 4s4s2 2 3d3d6 6 写作：Ar3d64s2而不是 Ar3d8 Fe2+4s4s0 0 3d3d6 6 构造原理有多种表述构造原理有多种表述：ns(n-2)f(n-1)d np 21Sc Ar3d14s2 21Sc2+26Fe 4s4s2 2 3d3d6 6 改写为：2s2s2 2 2p 2p6 6 4s 4s2 2注意：电子排布式 简化电子排布式 原子仁（实）价电子（或外围电子排布）以35Br为例：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 3d 3d1010 4s4s2 2 4p 4p5 5 ArAr

3、 4s4s2 2 4p 4p5 5 4、量子力学模型 掌握原子轨道的形状 解释化学键的形成5个典型的电子排布偏差 29Cu 47Ag 79Au 24Cr 42Mo29Cu ArAr 3d 3d1010 4s 4s1 124Cr ArAr 3d 3d5 5 4s 4s1 129Cu ArAr 3d 3d9 9 4s 4s2 224Cr ArAr 3d 3d4 4 4s 4s2 2 注意：掌握136号核外电子排布规律电子排布的轨道表示式（简并轨道、洪特规则及特例、泡利不相容原理、电子对）附表：能级、轨道数与电子数关系能层(n)一二三四五六七符 号KLMNOPQ能级(l)1s2s2p3s3p3d4s

4、4p4d4f5s轨道数22323523572最 多电子数226261026101422818322n2 为什么最外层不超过8e-、倒数第二层不超过18e-、倒数第三层不超过32e-?5、电子运动的实验基础电子运动的实验基础 锂、氦、汞的发射光谱（线状光谱）锂、氦、汞的吸收光谱对光谱的理解及应用：动态平衡动态平衡 基态 激发态原子结构与元素周期表分区除ds区外，区的名称来自按构造原理最 后填入电子的能级的符号6、元素周期表与电子排布各区价电子层排布规律：构造原理推断每一周期元素种类1s 2s2p 3s3p 4s4p3d 5s5p4d 6s6p5d4f 电离能、电负性的应用：电离能的应用：（He、

5、Na、Mg与Al的第一电离能）同周期元素，从左往右第一电离能呈增大趋势的理解？电负性的应用：s区p区d区ds区f区价层电子的排布式ns12ns2np16(n1)d19ns12(n1)d10ns12纵列数2682是否都是金属除H外否是是是二二 原子结构与元素的性质的新课标要求与高考试题举例原子结构与元素的性质的新课标要求与高考试题举例1 1原子结构与元素的性质的新课标要求原子结构与元素的性质的新课标要求了解原子核外电子的排布原理及能级分布，电子排布式表示常见元素（136号）原子核外电子、价电子的排布及洪特规则及特例、泡利不相容原理。了解能量最低原理，基态与激发态，原子核外电子在一定条件下会发生跃

6、迁产生原子光谱了解原子核外电子的运动状态，电子云和原子轨道。认识原子结构与元素周期系的关系，了解元素周期系的 应用价值。能元素电离能、电负性的涵义，能元素的电离 能元素的某些性质。2 2原子结构与元素的性质的高考试题举例原子结构与元素的性质的高考试题举例12011年全国统一卷37基态B原子的电子排布式为 ；B和N相比，电负性较大的是 ，BN中B元素的化合价为 ；2（2011山东卷）氧是底壳中含量最多的元素。（1）氧元素基态原子核外未成对电子数为_个。3（2009-宁夏）已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对

7、电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：（1）X元素原子基态时的电子排布式为 ，该元素的符号是 ；（2）Y元素原子的价层电子的轨道表示式为 ，该元素的名称是 ；4（2010-山东）CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电 子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为 。第二部分第二部分 分子结构与性质分子结构与性质一一 分子结构与性质的背景知识分析分子结构与性质的背景知识分析1 1共价键的形成与属性共价键的形成与属性电子配对法（电子配对法（VBVB原理）对共价键的贡献原理）对共价键的贡献键合原子双方各提供自旋方向相反的未成对电子，彼此配对能量降低键合

8、原子双方各提供自旋方向相反的未成对电子，彼此配对能量降低以以HH2 2、ClCl2 2为例：为例：根据泡林原理已经键合电子不能再形成新的化学键根据泡林原理已经键合电子不能再形成新的化学键共价键饱和性共价键饱和性以以HeHe、NeNe及及HH3 3为例为例轨道最大重叠原理轨道最大重叠原理共价键方向性共价键方向性以以HH2 2S S为例：为例：注意：电子配对法的不足：如对注意：电子配对法的不足：如对C C元素原子成键的理解？、对分子如元素原子成键的理解？、对分子如HH2 2OO空空间结构的解释？（间结构的解释？（C C原子的原子的2S2S电子有一个跃迁到电子有一个跃迁到2P2P形成形成4 4个单电

9、子！）个单电子！）共价键的分类共价键的分类、键键、键的形成与价键轨道（形状与对称性）：、键的判断：两原子总是优先成键多重键一定有且只有一个键，其余为键例分析下列分子成化学键：O=O O=O (P Px x-P-Px x)及及 (P Py y-P-Py y)H HCl S-PCl S-Px x N N N N (P Px x-P-Px x)及及 (P Py y-P-Py y)()(P Pz z-P-Pz z)H H2 2O O S-PS-Px x和和 S-PS-Py y PH PH3 3 S-PS-Px x S-P S-Py y和和S-PS-Pz z特殊共价键特殊共价键配位键配位键 几种概念：几

10、种概念：孤对电子对孤对电子对 空轨道空轨道 AB AB 配位键是配位键是 或或 键键例：例：CO CCO CO O （与（与N N NN不同）不同）NHNH4 4+看作看作 【H H NHNH3 3】+H H3 3OO+看作看作 【H OHH OH2 2 】+Al Al2 2ClCl6 6看作看作 AlClAlCl3 3 +AlCl+AlCl3 3共价键的键参数及应用共价键的键参数及应用 比较比较HH2 2C=CHC=CH2 2和和HCCHHCCH中中、键的键能分析加成反应难易？键的键能分析加成反应难易？（离子键与晶格能附后）（离子键与晶格能附后）等电子体内容及应用等电子体内容及应用 预测分子

11、的立体结构预测分子的立体结构 以以CO NCO N2 2 为例（成键方式相似为例（成键方式相似 空间结构相似空间结构相似 部分性质相似）部分性质相似）等电子体的判断等电子体的判断 CO N CO N NN注意：注意：COCO3 32-2-和和SiOSiO3 32-2-不是等电子体不是等电子体 COCO2 2 SiO SiO2 2不是等电子体不是等电子体2 2分子的立体结构（红外光谱）分子的立体结构（红外光谱）价层电子对互斥理论模型价层电子对互斥理论模型 价层电子对互斥理论：价层电子对互斥理论：分子（或离子）分子（或离子）的立体构型是价层电子对相互排斥的结果。的立体构型是价层电子对相互排斥的结果

12、。配位原子与中心原子配位原子与中心原子配位原子与中心原子的确定：如配位原子与中心原子的确定：如HClOHClO（孤对电子（孤对电子+的电子）的电子）：中心原子的价层电子对中心原子的价层电子对=（a-x+ba-x+b）1/21/2 a a：中心原子的价电子数：中心原子的价电子数 b b：配位原子提供的电子数：配位原子提供的电子数 x x：分子（或离子）的电荷数：分子（或离子）的电荷数当配位原子：当配位原子：中心原子中心原子 键电子对数由配位原子数决定键电子对数由配位原子数决定价层电子对互斥模型只要求价层电子数小于或等于4，不要拓展！VSEPRVSEPR模型模型 这种这种方式就称为方式就称为VSE

13、PR模型模型 价层电子对与价层电子对与VSEPR模型的关系模型的关系例：计算下列微粒中心原子的价层电子对例：计算下列微粒中心原子的价层电子对CO2 4/2=2 NH3 （5+3）/2=4 H2O（6+1+1）/2=4 CH4（4+4）/2=4 BF3（3+3）/2=3 NH4+（5+4-1）/2=4SO2（6+0）/2=3 COCO3 32-2-（4+24+2）/2=3/2=3NONO2 2 5/2=2.55/2=2.533ABnVSEPR模型分子立体结构实例n2直线形直线形CO2、BeCl2n3平面三角形平面三角形CH2O、BF3n4正四面体形正四面体形CH4、SiF4 VSEPR简明、直观

14、，应用范围比较广泛，对于我们经常遇简明、直观，应用范围比较广泛，对于我们经常遇到的分子或离子，特别是以非金属原子为中心的单核（即单中到的分子或离子，特别是以非金属原子为中心的单核（即单中心）分子或离子，心）分子或离子，VSEPR预测的立体结构很少与事实不符。预测的立体结构很少与事实不符。、中心原子上有孤电子对的分子空间构型确定方法、中心原子上有孤电子对的分子空间构型确定方法 思考：CO2、CH2O、CH4、BF3、NH4+、H3O+、COCO3 32-2-等分子分子的空间结构分析？第一步计算微粒中心原子的价层电子对数第一步计算微粒中心原子的价层电子对数 CO2 4/2=2第二步分子构型分析第二

15、步分子构型分析 2=22=2：直线型：直线型又如：CH4（4+4）/2=4 BF3（3+3）/2=3 NH4+（5+4-1）/2=4 COCO3 32-2-（4+24+2）/2=3 /2=3 CH2O （4+2）/2=3 NONO2 2 5/2=2.55/2=2.533杂化理论对分子空间构型的解释及化学键的推断杂化理论对分子空间构型的解释及化学键的推断 轨道的杂化理论轨道的杂化理论:几种杂化轨道几种杂化轨道:Sp杂化轨道：杂化轨道：sp2杂化轨道：杂化轨道：sp3杂化轨道：杂化轨道：以CH2O、NH3、H2O、CH4、HClO BF3、NH4+、H3O+、CCl4、为例分析分子的杂化方式并解释

16、分子的空间构型？注意：是：借助VSEPR模型对分子的立体结构作出预测。例 CO2:4/2=2 SPSP杂化杂化 两个两个 夹角夹角1801800 0 分子为直线型分子为直线型 是：事先知道它的立体结构 如苯环VSEPR模型 立体构型 AY5 AY6 三角双锥体 正八面体 杂化类型 sp3d或dsp3 sp3d2或d2sp3 杂化轨道理论是一种价键理论,杂化仅仅是描述给定杂化仅仅是描述给定分子结构中成键的一种理论方式。它只是对分子形状的理分子结构中成键的一种理论方式。它只是对分子形状的理论解释之一！论解释之一！VSEPR模型与中心原子杂化轨道类型的对应关系模型与中心原子杂化轨道类型的对应关系（3

17、）分子中化学键的推断简单分子中化学键的推断：以NH3、H2O、CO2、NCl3、PCl5（超纲）为例 CHCH2 2O O C C为为SPSP2 2杂化杂化 3 3个杂化轨道与个杂化轨道与3 3个配位原子成个配位原子成3 3个个 键键 C C剩余剩余P P轨道与轨道与OO剩余剩余P P轨道成轨道成 键键关于碳的杂化及简单推断例：H2C=CH2 H2C=O HCOOH HCCH CH3CCCH2HC=CHCOOH HCN 根据分子空间构型推断苯分子中C的杂化方式？石墨 苯 金刚石路易斯结构式（小黑点表示未键合的电子）资料卡片：形形色色的分子！（了解）资料卡片：形形色色的分子！（了解）3 3配合物

18、理论配合物理论配合物的定义与构成配位原子：主要是非金属元素C、N、O、S、卤素等原子。如何计算配离子的电荷？Fe(SCN)x-(x-3)Cu(NH3)42+Pb(CH3COO)2配位数Fe(C0)5 无外界配合物的分类、命名与中学常见配合物例如：Cu(NH3)4SO4Cu(NH3)42+SO 42 配合物的稳定性（配位能力）与螯合物（叶绿素）：配位原子：CNOX 中心原子：过渡元素主族元素形成条件（配位键形成）：配合物的性质：键的极性与分子的极性键的极性与分子的极性:O O3 3键有极性与分子也有极性键有极性与分子也有极性范德华力及其对物质性质的影响范德华力及其对物质性质的影响:范德华力的产生

19、范德华力的产生 范德华力的种类：范德华力的种类：氢键及其对物质性质的影响氢键及其对物质性质的影响4 4分子的性质分子的性质氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响构成物质的分子若能与水分子之间形成氢键，使构成物质的分子若能与水分子之间形成氢键，使该物质在水中的溶解度增大。该物质在水中的溶解度增大。形成分子间氢键使物质的熔、沸点升高，形成形成分子间氢键使物质的熔、沸点升高，形成分子内氢键使物质的熔、沸点降低。分子内氢键使物质的熔、沸点降低。例如：例如：NaHCO3溶解性差！溶解性差！HNO3易挥发！易挥发！乙酸与苯混合：体积增大！乙酸与苯混合：体积增大！手性分子与手性异构（不对称异构、镜像异构如

20、下）手性分子与手性异构（不对称异构、镜像异构如下）无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸酸性强弱的变化规律无机含氧酸酸性强弱的变化规律例：如何理解硫酸、磷酸酸性强弱？例：如何理解硫酸、磷酸酸性强弱？如何解释如何解释H2CO3为弱酸？为弱酸？二二 分子结构与物质性质新课标要求与高考题举例分子结构与物质性质新课标要求与高考题举例 1 1化学键与物质的性质新课标要求化学键与物质的性质新课标要求共价键的主要类型键和键，键参数键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质；能说明“等电子原理”的含义及应用。共价分子结构的多样性和复杂性，能根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论简单分子或离子的构型；能

21、简单配合物的成键情况。常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)极性共价键和非极性共价键、极性分子和非极性分子；说明化学键和分子间作用力的区别、分子间作用力对物质性质的影响、氢键对物质性质的影响，以及“手性分子”在生命科学等方面的应用。“相似相溶”规则的实际应用和运用分子结构的知识无机含氧酸分子的酸性。1.（2011海南卷）19物质结构20分19-1（6分）下列分子中属于是ASO2 BBeCl2 CBBr3 DCOCl2 19-2 SO32的：S的杂化方式：2(2010-海南)下列描述中正确的是 ACS2为V形的极性分子 BClO3-的空间构型为平面三角形CSF6中有6对完全相同的 DSiF4

22、的中心原子均为3 320112011年全国统一卷年全国统一卷3737在在BF3BF3分子中，分子中，F FB BF F的的是是 ，B B原子的杂原子的杂化轨道类型为化轨道类型为 ，BF3BF3和过量和过量NaFNaF作用可生成作用可生成NaBFNaBF4 4，BFBF4 4-的的为为 ；在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B B原子原子与与N N原子之间的原子之间的为为 ，层间，层间 ；B B、N N均属于非金属元素，二者均属于非金属元素，二者形成的化学键是极性共价键；根据石墨结构可知六方形成的化学键是极性共价键；根据石墨结构可知六方氮化硼晶体中，层

23、与层之间靠分子间作用力结合氮化硼晶体中，层与层之间靠分子间作用力结合。4（2011-山东）（山东）（2）H2O分子内的分子内的OH键、分子键、分子间的间的从强到弱依次为从强到弱依次为 。的的比比 高，原因是高，原因是 。6 6（2011-2011-江苏）原子序数小于江苏）原子序数小于3636的的X X、Y Y、Z Z、W W四种元素，四种元素，其中其中X X是形成化合物种类最多的元素之一，是形成化合物种类最多的元素之一，Y Y原子基态时最外层原子基态时最外层电子数是其内层电子数的电子数是其内层电子数的2 2倍，倍，Z Z原子基态时原子基态时2p2p原子轨道上有原子轨道上有3 3个未成对的电子，

24、个未成对的电子，W W的原子序数为的原子序数为2929。回答下列问题：。回答下列问题：（1 1）Y Y2 2X X2 2分子中分子中Y Y原子轨道的原子轨道的为为 ，1molY1molY2 2X X2 2含有含有为为 。（2 2）化合物）化合物ZXZX3 3的的比化合物比化合物YXYX4 4的高，其主要原因是的高，其主要原因是 。（3 3）元素）元素Y Y的一种氧化物与元素的一种氧化物与元素Z Z的一种氧化物互为的一种氧化物互为，元素元素Z Z的这种氧化物的分子式是的这种氧化物的分子式是 。第三部分第三部分 晶体结构与性质晶体结构与性质一一 晶体结构与性质的知识背景分析晶体结构与性质的知识背景

25、分析1 1晶体结构（晶体结构（X X射线衍射）与性质射线衍射）与性质晶体与非晶体:局部单晶、整体物固定外形如何理解晶体的自范性？何理解晶胞？只要求学生认识简单晶胞及计算一个晶胞平均占有的原子数。2 2晶体的堆积与性质晶体的堆积与性质分子晶体（若无氢键）大多密堆分子晶体（若无氢键）大多密堆H H2 2O COO CO2 2的堆积模型的堆积模型原子晶体的堆积模型原子晶体的堆积模型金刚石的堆积模型金刚石的堆积模型金属晶体的堆积模型：金属晶体的堆积模型：等径圆球的一维密堆、二维密堆、三维密堆等径圆球的一维密堆、二维密堆、三维密堆堆积方式.简单立方堆积如：Po非密置层（配位数为4）密置层（配位数为6).

26、钾型.镁型ABAB)铜型(ABCABC)ABAB 镁型镁型(六方密堆积六方密堆积)铜型铜型(面心立方密堆积面心立方密堆积)了解了解晶胞的空间利用率的计算（以简单立方堆积为例晶胞的空间利用率的计算（以简单立方堆积为例）（具有代表性的是：简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆）（具有代表性的是：简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆）设立方晶胞的边长为a，金属原子的半径为r，由于原子沿边长方向相互接触，则a=2r。晶胞的体积为a3，每个金属原子的体积为4r3/3，每个晶胞中只含有1个原子，所以空间利用率为：4r3/3 4r3/3 =52%a3 (2r)3简单立方 体心立方简单立方堆积：简单立方堆积

27、：空间占有率空间占有率 52%52%体心立方堆积：体心立方堆积：空间占有率空间占有率 68.02%68.02%六方密堆：六方密堆：空间占有率空间占有率 74.05%74.05%立方面心堆积：立方面心堆积：空间占有率空间占有率 74.05%74.05%3 3离子晶体结构与性质离子晶体结构与性质离子晶体的堆积方式()桔黄色球为桔黄色球为F F绿色球为绿色球为CaCa 离子晶体的稳定性（了解）：离子晶体的稳定性（了解）：以碳酸盐为例以碳酸盐为例 晶格能及影响因素晶格能及影响因素 (4)(4)离子键、共价键和金属键的比较离子键、共价键和金属键的比较 (5)(5)分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的

28、结构分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别微粒、微粒间作用力的区别.二二 晶体结构与性质新课标要求与高考题举例晶体结构与性质新课标要求与高考题举例1 1晶体结构与性质新课标要求晶体结构与性质新课标要求分子晶体和原子晶体的特征，能以典型的物质为例分子晶体和原子晶体的结构与性质的关系。金属键的涵义，能用金属键理论金属的一些物理性质；能金属晶体的基本堆积模型简单立方堆积、钾型、镁型和铜型。能离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征其物理性质；离子晶体的特征；晶格能的应用，晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构粒子、粒子间

29、作用力的区别。在晶体结构的基础上进一步知道物质是由粒子构成的，并研究晶体结构的基本方法；1.2011年全国统一卷37.化学选修3：物质结构与性质 六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼、个硼原子，立方氮化硼的是 gcm-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为NA）。2.（2011海南卷）19物质结构20分19-.（4）元素金位于第六周期，与Cu同族；Au的最外层：；一种铜合金为最密堆积，晶胞中Cu处于面心，Au处于顶点，则数之比：；原子之间的为：；原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成

30、化合物种最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题：（1）Y2X2分子中Y原子轨道的为 ，1mol Y2X2含有为 。（2）化合物ZX3的比化合物YX4的高，其主要原因是 。（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为，元素Z的这种氧化物的（5）上述晶体据哟与储氢功能，氢原子进入到Cu原子与 Au原子构成的四面体空隙中，若将Cu原子与 Au原子等同看待，该晶体储氢后的，该晶体储氢后的化学式应为：；3.（2011江苏卷）分子式是 。（4）元素W的一种氯化物晶体的 ，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为 。09福建物质结构09福建09江苏物质结构09广东物质结构09海南物质结构10山东物质结构10海南物质结构10江苏物质结构10福建物质结构