2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第5章第1节　原子结构　化学键

第1节　原子结构　化学键

原子结构　同位素

1．原子构成

(1)原子符号与构成

(2)微粒中的“各数”间的关系

①质量关系：质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。

②电性关系

[补短板]

原子结构的认识误区

(1)原子中不一定都含有中子，如H中没有中子。

(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子，如互为同位素的各原子。

(3)易失去1个电子形成＋1价阳离子的不一定是金属原子，如氢原子失去1个电子形成H＋。

(4)形成稳定结构的离子最外层不一定是8个电子，如Li＋为2电子稳定结构。

(5)阳离子不一定均有电子，如H＋。

2．元素、核素、同位素

(1)“三素”关系及含义

(2)几种重要的核素及其应用

(3)氢元素的三种核素

H：用字母H表示，名称为氕，不含中子。

H：用字母D表示，名称为氘或重氢，含1个中子。

H：用字母T表示，名称为氚或超重氢，含2个中子。

3．相对原子质量简介

(1)原子(即核素)的相对原子质量

一个原子(即核素)的质量与一个12C质量的的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。

(2)元素的相对原子质量

是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如：Ar(Cl)＝Ar(35Cl)×a%＋Ar(37Cl)×b%。

(3)核素的近似相对原子质量＝质量数。

(4)元素的近似相对原子质量＝A1×a%＋A2×b%＋……

4．核外电子排布

(1)核外电子排布规律

(2)原子或离子结构示意图

(3)核外电子排布与元素性质的关系

①金属元素原子的最外层电子数一般小于4，较易失去电子，形成阳离子，表现出金属性，在化合物中显正化合价。

②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4，较易得到电子，活泼非金属原子易形成阴离子，在化合物中主要显负化合价。

③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构，不易失去或得到电子，通常表现为0价。

[基础判断]

(1)任何原子的原子核均有质子和中子，任何离子均有电子。 (　　)

(2)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。 (　　)

(3)核聚变如H＋H―→He＋n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化。 (　　)

(4)H2、D2、HD均为氢元素的不同单质，三者属于同素异形体。 (　　)

(5)硫离子的结构示意图： 。 (　　)

(6)核外电子排布相同的微粒化学性质也相同。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

[知识应用]

1．H、D、T形成的氢气分子有____________；H、D、T与16O、17O可形成的水分子有________种；其中相对分子质量相同的有____________________________________；这些水分子的物理性质________；化学性质________。

[答案]　H2、D2、T2、HD、HT、DT　12　HT16O与DO、HT17O与DO、HD16O与HO、HT17O与DO　不同　几乎相同

2．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2＋、Fe3＋、O2、O3。按要求完成以下各题：

(1)H、H分别是氢元素的一种________，它们互称为________。

(2)互为同素异形体的微粒是________。

(3)Fe2＋的中子数为________，核外电子数为________。

(4)上述9种微粒中有________种核素，含有________种元素。

[答案]　(1)核素　同位素　(2)O2和O3　(3)30　24　(4)7　5

3．下图为几种微粒结构示意图，完成以下填空。

(1)属于阳离子结构的微粒是________(填编号，下同)。

(2)具有稳定性结构的原子是________________。

(3)只能得电子的微粒是________；只能失电子的微粒是________。

[答案]　(1)③⑤　(2)②　(3)③⑤　①④⑥

◎命题点1　原子结构与“各数”间的相互推算

1．国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)公布了118号元素符号为Og。下列关于Og的说法错误的是(　　)

A．原子序数为118 B．中子数为179

C．核外电子数为118 D．质子数与中子数之差为179

D　[质子数为118，质量数为297，中子数为297－118＝179，质子数与中子数之差为179－118＝61，D错误。]

2．放射性元素碘­131(I)和铯­137(Cs)是核反应物中的主要元素。下列叙述正确的是(　　)

A.I和I的所有性质都相同

B.Cs中含有的中子数比质子数多27

C.Cs与I的中子数相同

D.I与I是同素异形体

B　[I与I的物理性质不同，化学性质几乎相同，A项错误；Cs中含有的中子数比质子数多137－55－55＝27，B项正确；Cs与I的中子数不同，分别是137－55＝82、131－53＝78，C项错误；I与I的质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项错误。]

3．某元素的一种同位素X原子的质量数为A，含N个中子，它与1H原子构成HmX分子，在a g Hm X中所含原子的物质的量为________，所含中子的物质的量为________，所含质子数为________，所含电子数为________。

[答案]　(m＋1) mol　N mol　(m＋A－N)NA　(m＋A－N)NA

◎命题点2　同位素、同素异形体、同分异构体的辨析

4．同位素示踪技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。下列有关叙述正确的是(　　)

A．14C与12C是两种不同的元素或核素

B．通过化学变化可以实现16O与18O之间的相互转化

C．35Cl2与37Cl2互为同素异形体

D．铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子

D　[A项，14C与12C是同种元素的不同核素，错误；B项，16O与18O之间的相互转化实际上是改变原子核的结构，不属于化学变化的范围，错误；C项，35Cl2与37Cl2都是Cl2的单质，不是同素异形体，错误；D项，铯元素的两种同位素中137Cs比133Cs多4个中子，正确。]

5．重水(D2O)是重要的核工业原料。下列说法错误的是(　　)

A．氘(D)原子核外有1个电子

B．1H与D互称同位素

C．H2O与D2O互称同分异构体

D．1HO与DO的相对分子质量相同

[答案]　C

“三同”比较

◎命题点3　核外电子排布

6．(2019·鞍山模拟)短周期元素X和Y，元素X原子的最外层电子数为a，次外层电子数为b；元素Y原子的M层电子数为(a－b)，L层电子数为(a＋b)。则X、Y两元素形成的化合物可能具有的性质是(　　)

A．和水反应　　　　　 B．和硫酸反应

C．和氢氧化钠反应 D．和氯气反应

C　[根据Y原子的L层电子数为(a＋b)，M层电子数为(a－b)，知a＋b＝8，再根据X原子次外层电子数为b，可知b＝2，则a＝6，进而确定X为氧(O)，Y为硅(Si)。两元素形成SiO2，SiO2为酸性氧化物，可与NaOH反应。]

7．核电荷数小于18的某元素X，其原子的电子层数为n，最外层电子数为(2n＋1)，原子核内质子数为(2n2－1)。下列关于元素X的说法中，不正确的是 (　　)

A．其最高化合价为＋3价

B．可以形成化学式为KXO3的盐

C．其氢化物可以用来做喷泉实验

D．其最高价氧化物的水化物是强酸

A　[根据题意知：X可能为N或Cl。]

8．A、B、C、D 4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。

(1)这4种元素的元素符号依次是A________、B________、C________、D________。

(2)C的原子结构示意图为________。

(3)D的离子结构示意图为________。

(4)B的单质与D的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为_____________________________________________________。

(5)A单质与浓硫酸共热的化学方程式为__________________。

[解析]　A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，所以A的核电荷数为2×8＝16，A为硫元素。D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半，所以D原子的核电荷数是(2＋8)×2＝20，D为钙元素。根据核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8，可以判断出B为氯元素，C为钾元素。

[答案]　(1)S　Cl　K　Ca

(2) 　(3)

(4)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

(5)S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O

化学键与化合物的类型

1．化学键及其分类

(1)相邻原子间的强相互作用称为化学键。

(2)离子键与共价键

①离子键：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。

②共价键：原子间通过共用电子形成的化学键。

③二者比较

注意：①离子键中“静电作用”包括静电吸引和静电排斥，且二者达到平衡。

②由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键，如AlCl3中Al—Cl键为共价键。

③非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多非金属原子形成的化合物也存在离子键，如NH4Cl。

2．化合物——离子化合物和共价化合物

(1)离子化合物与共价化合物的比较

(2)两类化合物一般鉴定方法：熔融状态下进行导电性实验，能导电的化合物为离子化合物。

3．化学键与化合物的关系

[补短板]

(1)离子化合物中一定含离子键，可能含非极性键和极性键。

(2)共价化合物一定含极性键，可能含非极性键，一定不含离子键。

(3)既有极性键又有非极性键的共价化合物一般由多个原子组成，如H2O2、C2H4等。

(4)既有离子键又有极性共价键的物质，如NaOH、K2SO4等；既有离子键又有非极性共价键的物质，如Na2O2等。

(5)物质中不一定均存在化学键，如稀有气体分子。

4．分子间作用力——范德华力与氢键

(1)定义：把分子聚集在一起的作用力，又称范德华力。

(2)特点

①分子间作用力比化学键弱得多，它主要影响物质的熔点、沸点等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。

②分子间作用力存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数气态、液态、固态非金属单质分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质，微粒之间不存在分子间作用力。

(3)变化规律

一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点也越高。例如，熔、沸点：I2>Br2>Cl2>F2。

(4)氢键：分子间存在氢键的物质(如H2O、HF、NH3)在同主族氢化物中熔、沸点反常的高，如H2O>H2S，HF>HCl。

5．化学键对物质性质的影响

(1)对物理性质的影响

①金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。

②NaCl等部分离子化合物，也有很强的离子键，故熔点也较高。

(2)对化学性质的影响

①N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2性质很稳定。

②H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。

[基础判断]

(1)Na2O2、NaOH、Na2SO4物质中均存在离子键和共价键。 (　　)

(2)Na、Mg、Al的冶炼均可采用电解熔融的氯化物。 (　　)

(3)H2O的沸点比H2S的高，说明H—O键比H—S键强。 (　　)

(4)NaCl、SiO2、冰液化时均断裂化学键。 (　　)

(5)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键。 (　　)

(6)Na2O2与H2O反应时既有离子键的断裂又有共价键断裂。 (　　)

(7)SO2的沸点比H2O的沸点高。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×

[知识应用]

现有以下物质：

①NaCl　②Na2O　③Na2O2　④NaOH　⑤H2SO4

⑥H2O　⑦N2　⑧(NH4)2CO3　⑨CO2　⑩H2O2

⑪Ne　⑫C2H4

(1)只含离子键的物质有________，只含共价键的物质有________，不含化学键的有________。

(2)属于离子化合物的有________；其中含有非极性键的是________，其中含有极性键的是________。

(3)属于共价化合物的有________；其中含有非极性键的是________。

[答案]　(1)①②　⑤⑥⑦⑨⑩⑫　⑪

(2)①②③④⑧　③　④⑧

(3)⑤⑥⑨⑩⑫　⑩⑫

◎命题点1　化学键与化合物类型的判断

1．(2019·日照模拟)2017年1月，南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界上首个全氮阴离子盐，全氮阴离子化学式为N。下列关于全氮阴离子盐的说法不正确的是(　　)

A．每个N含有36个电子

B．全氮阴离子盐为离子化合物

C．全氮阴离子盐既含离子键又含共价键

D．全氮阴离子盐可能属于非电解质

D　[全氮阴离子盐为离子化合物，不可能属于非电解质。]

2．下列关于NaHSO4的说法中正确的是(　　)

A．因为NaHSO4是离子化合物，所以NaHSO4固体能够导电

B．NaHSO4固体中阳离子和阴离子的个数比是2∶1

C．NaHSO4固体熔化时破坏的是离子键和共价键

D．NaHSO4固体溶于水时破坏的是离子键和共价键

D　[虽然NaHSO4是离子化合物，但其固体中不存在能自由移动的阴、阳离子，因而不能导电；NaHSO4固体中阳离子(Na＋)和阴离子(HSO)的个数比是1∶1；NaHSO4固体熔化时破坏的只是离子键，而溶于水时电离出Na＋、H＋和SO，破坏的是离子键和共价键。]

3．(2019·滨州模拟)X、Y为两种短周期元素，其原子的最外层电子数分别是1和6，则X、Y两种元素形成的常见化合物或者离子不可能是(　　)

A．只含极性键的共价化合物

B．含非极性键的共价化合物

C．阴阳离子个数之比为1∶1的离子化合物

D．含非极性键的离子化合物

C　[由题意可知，X可能为H、Li、Na，Y可能为O、S，故X、Y形成的化合物有H2O、H2O2、H2S、Na2O2、Na2O、Na2S等。]

◎命题点2　物质变化引起的化学键变化

4．在下列变化中，既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是(　　)

A．将NH3通入水中

B．氢氧化钠熔化

C．将HBr通入水中   

D．硫酸氢钾溶于水

[答案]　D

5．下列说法正确的是 (　　)

A．碘晶体受热转变为碘蒸气，吸收的热量用于克服碘原子间的作用力

B．硫酸钾和硫酸溶于水都电离出硫酸根离子，所以它们在熔融状态下都能导电

C．金刚石和氯化钠分别受热熔化克服相同类型化学键

D．H2和Cl2在光照条件下反应生成HCl，反应中一定有共价键的断裂和形成

D　[A项，I2(s)―→I2(g)，克服了分子间作用力，错误；B项，液态H2SO4不电离，不能导电，错误；C项，金刚石熔化断裂共价键，NaCl熔化断裂离子键，错误。]

6．下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成的是(　　)

A．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

B．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑

C．Cl2＋H2OHClO＋HCl

D．NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O

A　[A项，反应中既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成，正确；B项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误；C项，该反应中没有离子键的断裂和形成，也没有非极性键的形成，错误；D项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误。]

结构化学用语的规范书写

——微观探析与模型认知

最新考试大纲明确要求考生：“熟记并正确书写常见元素的名称、符号、离子符号；掌握原子结构示意图、电子式、分子式、结构式和结构简式等表示方法”。所以对“一图五式”的强化，符合学科素养和考试说明的要求，是学生规范答题的重要一环。 体现了“微观探析与模型认知”的核心素养。

1．结构示意图

(1)原子结构示意图：如Cl：。

(2)离子结构示意图：如Cl－：。

2．电子式

(1)电子式

在元素符号周围用“·”或“×”来代表原子的最外层电子的式子。

(2)用电子式表示化合物的形成过程

①离子化合物：左边是原子的电子式，相同原子电子式可以合并，右边是离子化合物的电子式，中间用“―→”连接。如NaCl：。

②共价化合物：左边是原子的电子式，相同原子电子式可合并，右边是共价化合物的电子式，中间用“―→”连接。

。

3．结构式

用元素符号和短线表示化合物(或单质)分子中原子的排列和结合方式的式子。结构式用—、===、≡分别表示1、2、3对共用电子，结构式可以在一定程度上反映真正的分子结构和性质，但不能表示空间构型，如甲烷分子是正四面体，而结构式为，但不能认为碳原子和四个氢原子却都在同一平面上。

说明：对于复杂的有机物，结构式可简化为结构简式或示性式等。

题型1　常见化学用语的正误判断

1．(2018·江苏高考)用化学用语表示NH3＋HCl===NH4Cl中的相关粒子，其中正确的是 (　　)

[答案]　C

2．(2019·昆明摸底调研测试)下列化学用语表示正确的是(　　)

A．S2－的离子结构示意图：

B．次氯酸的结构式：H—O—Cl

C．水分子的填充模型：

D．NCl3的电子式：

[答案]　B

题型2　电子式的书写

3．书写下列物质的电子式：

(1)Mg________，S________。

(2)Na＋________，Cl－________，NH________，

H3O＋________，OH－________，—OH________，—NH2________，SCN－________。

(3)Cl2________，N2________。

(4)Na2S________，Na2O2________，NaOH________，NH4Cl________，NaH________，CaF2________。

(5)NH3________，CO2________，CH3Cl________，H2O2________，C2H4________，PCl3________，CS2________，HCN________。

(6)化合物乙的球棍模型为“”，写出乙的电子式：________。

[答案]　

4．用电子式表示下列物质的形成过程：

(1)MgBr2：____________________________________________。

(2)H2O：____________________________________________。

(3)H2：______________________________________________。

(4)Na3N：___________________________________________。

[答案]　

5．下列微粒中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构的是________(填序号)。

①BF3　②NCl3　③H3O＋　④SiCl4　⑤PCl3　⑥PCl5　⑦NO2　⑧XeF4　⑨SO2　⑩HClO　⑪N2　⑫N2H4　⑬CO2

[答案]　②④⑤⑪⑬

题型3　共价分子结构式、结构简式和空间构型名称书写

6．(1)CH4、NH3、H2O2、N2H4的结构式分别为________________、________________、________________、________________。

(2)乙酸的结构式为____________________，结构简式为________________；次氯酸的结构式为______________________________。

(3)乙烯、乙醇的结构简式分别为__________________、______________。

(4)苯、硝基苯的结构简式分别为________________ 、________________。

(5)葡萄糖的分子式为____________，结构简式为

____________。

(6)CO2、H2O、CH4、NH3的空间构型分别为__________、______________、______________、______________。

(7)淀粉的分子通式为________，聚乙烯的结构简式为________。

[答案]　

1．下列说法正确的是________(填序号)。

①(2019·全国卷Ⅱ)3 g 3He含有的中子数为1NA

②(2019·全国卷Ⅱ)48 g正丁烷和10 g异丁烷的混合物中共价键数目为13NA

③(2018·全国卷Ⅰ)22.4 L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA

④(2018·全国卷Ⅲ)24 g镁与27 g铝中，含有相同的质子数

⑤(2018·全国卷Ⅲ)1 mol重水与1 mol水中，中子数之比为2∶1

⑥(2018·全国卷Ⅲ)同等质量的氧气和臭氧中，电子数相同

⑦(2018·全国卷Ⅱ)常温常压下，124 g P4中所含P—P键数目为4NA

⑧(2018·全国卷Ⅲ)1 mol乙烷和1 mol乙烯中，化学键数相同

⑨(2015·全国卷Ⅰ)N和P不能存在于同一离子化合物中

[答案]　①②③⑥

2．(1)(2016·全国卷Ⅱ)联氨(N2H4)的电子式为________________，其中氮的化合价为________。

(2)(2015·全国卷Ⅰ)硼氢化钠(NaBH4)的电子式为________________________。

(3)(2014·全国卷)光气的化学组成为COCl2，每个原子均达到8电子稳定结构，其电子式为________。

[答案]　

3．(2018·全国卷Ⅱ)W、X、Y和Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。W与X可生成一种红棕色有刺激性气味的气体；Y的周期数是族序数的3倍；Z原子最外层的电子数与W的电子总数相同。下列叙述正确的是(　　)

A．X与其他三种元素均可形成两种或两种以上的二元化合物

B．Y与其他三种元素分别形成的化合物中只含有离子键

C．四种元素的简单离子具有相同的电子层结构

D．W的氧化物对应的水化物均为强酸

A　[根据W与X可生成一种红棕色有刺激性气味的气体，可知该气体为NO2，因原子序数递增可知W和X分别为N元素和O元素；结合Y的周期数是族序数的3倍，且Y为短周期元素，则Y只能为Na元素；根据Z原子最外层的电子数与W原子的电子总数相同，且Z为短周期元素可知Z为Cl元素。]

4．(2015·全国卷Ⅰ)W、X、Y、Z均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是(　　)

A．单质的沸点：W>X

B．阴离子的还原性：W>Z

C．氧化物对应水化物的酸性：Y<Z

D．X与Y不能存在于同一离子化合物中

B　[W、X、Y、Z四种元素均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，故W是第1周期的H元素，X是第2周期的N元素，Y、Z是第3周期元素，因为四种元素的最外层电子数之和为18，故Y、Z最外层电子数之和为18－(1＋5)＝12，又因为第3周期主族元素最外层电子排布是1～7，故只有Y的最外层电子数是5，Z的最外层电子数是7才能满足条件，则Y是P元素，Z是Cl元素。]

5．(2015·全国卷Ⅱ)原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a－的电子层结构与氦相同，b和c的次外层有8个电子，c－和d＋的电子层结构相同。下列叙述错误的是(　　)

A．元素的非金属性次序为c>b>a

B．a和其他3种元素均能形成共价化合物

C．d和其他3种元素均能形成离子化合物

D．元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6

B　[由a的最外层电子数为1，a－的电子层结构与氦相同可知，a为H。b和c的次外层有8个电子，则b、c处于第3周期，又知b、c的最外层电子数分别为6、7，从而推知，b、c分别为S、Cl。由c－和d＋的电子层结构相同可知，d为K。]