第13講原子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵

【化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)】

1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從離子或原子結(jié)構(gòu)示意圖等不同層次認(rèn)識(shí)原子的結(jié)構(gòu)以及核外電子的排布規(guī)

律，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系。能從不同層次認(rèn)識(shí)分子的構(gòu)型，并對(duì)

共價(jià)鍵進(jìn)行分類，能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問(wèn)題。

2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能運(yùn)用原子結(jié)構(gòu)模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)與規(guī)律。能運(yùn)用構(gòu)造原理

和能量最低原理揭示元素原子核外電子排布規(guī)律。認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的木質(zhì)及類型，能多角度、動(dòng)態(tài)地分析分子

的空間結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，并運(yùn)用相關(guān)理論解決實(shí)際問(wèn)題。

3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念，能對(duì)與原子結(jié)構(gòu)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題做

出正確的價(jià)值判斷。

【必備知識(shí)解讀】

一.原子結(jié)構(gòu)、同位素

1.原子結(jié)構(gòu)

(1)原子的構(gòu)成粒子

質(zhì)子(Z個(gè)X決定元素件奧｝一決定原子種臭

中子(A-Z個(gè))

楨外電子簸小及電子

決定元素的化學(xué)性及

《Z個(gè))

(2)構(gòu)成原子或離子的微粒間的數(shù)最關(guān)系

①原子中：質(zhì)子數(shù)(Z)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)。

②質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)。

③陽(yáng)離了?的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)一陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)。如Mg2+的核外電子數(shù)是10。

④陰離子的核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+陰離子所帶電荷數(shù)。如Q—的核外電子數(shù)是18。

(3)符號(hào)鄉(xiāng)義如中各個(gè)字母的含義

元素化合價(jià)

質(zhì)僦?jǐn)?shù)、I,離子所帶電荷數(shù)

質(zhì)了嗷原子個(gè)數(shù)

【特別提醒】

①原子中不一定都含有中子，如IH中沒(méi)有中子。

②電子排布完全相同的原子不一定是同一種原子，如互為同位素的各原子。

③易失去1個(gè)電子形成+1價(jià)陽(yáng)離子的不一定是金屬原子，如氫原子失去1個(gè)電子形成H、

④形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的離子最外層不一定是8個(gè)電子，如Li.為2個(gè)電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

2.核素、同位素

（1）概念辨析

具有相同核電荷數(shù)的同一類原廣的總

稱,同種元素可有多種不同的核素

具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)日的

中子的一種原子

質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同的同?元

素的不同核素的互稱

（2）同位素的特征

①相同存在形態(tài)的同位素，億學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，物理性質(zhì)不同。

②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分?jǐn)?shù)（豐度）一般不變。

（3）同位素的“六同二不同”

（4）常見(jiàn)的重要核素及其應(yīng)用

核素贊U1H(D)汨(T)皆0

用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子

（5）元素、核素、同位素的聯(lián)系與區(qū)別

①現(xiàn)行元素周期表已發(fā)現(xiàn)的元素有118種，由于同位素的存在，故核素的種數(shù)遠(yuǎn)大于118種。

②不同核素可能具有相同的質(zhì)子數(shù)，如汨、怕；也可能具有相同的中子數(shù)，如甘C、窠）；也可能具有相

同的質(zhì)量數(shù)，如中C、早N。

③同位素之間的轉(zhuǎn)化，既不是物理變化也不是化學(xué)變化，是核反應(yīng)。

④同位素之間可形成不同的同位素單質(zhì)。如氫的三種同位素形成的單質(zhì)有六種：H?、D?、T?、HD、HT、

DT,他們的物理性質(zhì)（如密度）有所不同，但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。

⑤同位素之間可形成不同的同位素化合物。如水分了?有H20（普通水）、D20（重水）、TzO（超重水）等。他

們的相對(duì)分子質(zhì)量不同，物理性質(zhì)（如密度）有所不同，但化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。

二、核外電子排布

1.核外電子排布規(guī)律

（1）在同一原子中各電子層之間的關(guān)系

7

電子層數(shù)（n）123456*

符號(hào)KLMN0PQ

電子層能量的關(guān)系從低到高

電子層離核遠(yuǎn)近的關(guān)系從近到遠(yuǎn)

（2）在含有多個(gè)電子的原子里，電子依能量的不同是分層徘布的，其主要規(guī)律是：

①核外電子總是盡先排布在能量較低的電子層，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的電子層（能

最最低原理）；

②每個(gè)電子層最多容納2n2個(gè)電子（n為電子層數(shù)）

③最外層電子數(shù)不能超過(guò)8個(gè)（K層為最外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè)）

④次外層電子數(shù)目不能超過(guò)18個(gè)（K層為次外層時(shí)不能超過(guò)2個(gè)）

⑤倒數(shù)第三層電子數(shù)目不能超過(guò)32個(gè)（K層為倒數(shù)第三層時(shí)不能超過(guò)2個(gè)）

【特別提醒】核外電子排布的幾條規(guī)律是相互聯(lián)系的，不能孤立地理解，必須同時(shí)滿足各項(xiàng)要求，如

M層不是最外層時(shí)，最多能容納18個(gè)電子，當(dāng)M層為最外層時(shí)，最多容納8個(gè)電子。

（2）最外層電子數(shù)與元素性質(zhì)的關(guān)系

①稀萬(wàn)氣體元素原子最外層已排滿8個(gè)電子（He排滿2個(gè)），既不易得到電子又不易失去電子，通常表

現(xiàn)為0價(jià)。

②金屬元素原子最外層電子數(shù)一般小于4,常易失去最外層電子，形成8電子或2電子（如Li+）穩(wěn)定結(jié)

構(gòu)的陽(yáng)離子，在化合物中顯正化合價(jià)。

③非金屬元素原子最外層電子數(shù)一般大于或等于4,易得到電子或形成共用電子對(duì)，達(dá)到最外層8電子

穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在化合物中既顯正價(jià)又顯負(fù)價(jià)（F無(wú)正價(jià)）。

2.原子結(jié)構(gòu)示意圖

電子片數(shù)

用對(duì)應(yīng)字母

表示電了?層數(shù)

離核由近到遠(yuǎn)

電子能最由低到島

（+17）288

C「結(jié)構(gòu)示意圖為

離子鍵與共價(jià)鍵

1.化學(xué)鍵

含有原子團(tuán)的離子化合物，如Na2so4、Ba(0H)2、NHQ、既有離子鍵又有共

NazCh等價(jià)鍵

稀有氣體，如INe、Ar等沒(méi)有化學(xué)鍵

【特別提醒】

①由活潑金屬與活潑非金屬形成的化學(xué)鍵不一定都是離子鍵，如A1C1..中A1-C1鍵為共價(jià)鍵。

②非金屬元素的兩個(gè)原子之間一定形成共價(jià)鍵,但多個(gè)原子間也可能形成離子鍵.如NH6I等八

③影響離子鍵強(qiáng)弱的因素是離子半徑和所帶電荷數(shù)：離了?半徑越小，離了?所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越

強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。

4.電子式

(1)電子式的書寫

概念：在元素符號(hào)周圍，用“?”或“x”來(lái)表示原子的最外層電子(價(jià)電子)的式子

粒子的種類電子式的表示方法注怠事項(xiàng)舉例

價(jià)電子少于4時(shí)以單H.

原子元素符號(hào)周圍標(biāo)有價(jià)電子電子分布，多于4時(shí)多出

.().

部分以電子對(duì)分布

單核離子符號(hào)右上方標(biāo)明電荷Na+

陽(yáng)

H

離元素符號(hào)緊鄰鋪開(kāi)，??

多核用”并標(biāo)明電荷［H：N：H］十

子周圍標(biāo)清電子分布??

H

元素符號(hào)周圍合理分用”]"，右上方標(biāo)明電??

陰單核［：C1：］-

布價(jià)電子及所得電子荷??

離

元素符號(hào)緊鄰鋪開(kāi)，合理相同原子不得加和，用????

子多核［：0：0：?"

分布價(jià)電子及所得電子“[『，右上方標(biāo)明電荷????

單離子化合用陽(yáng)離子電子式和陰同性不相鄰，離子合??

Na+E：CI

質(zhì)物離子電子式組成理分布??

及

化單質(zhì)及共各原子緊鄰鋪開(kāi)，標(biāo)原子不加和，無(wú)????

o：：c：：o

合價(jià)化合物明價(jià)電子及成鍵電子情況**[]”，不標(biāo)明電荷????

物

(2)電子式書寫的常見(jiàn)錯(cuò)誤

內(nèi)容實(shí)例

錯(cuò)誤1漏寫未參與成鍵的電子

、aCl誤寫為?Na+：&：,應(yīng)寫

化合物類型不清楚，漏寫或多寫[]

為：曰：誤寫為

錯(cuò)誤2Na+[]JHF

及錯(cuò)寫電荷數(shù)

H+「F：：]一，應(yīng)寫為H：F：

N2的電子式不能寫成

：：：：,更不能寫成

錯(cuò)誤3書寫不規(guī)范，錯(cuò)寫共用電子對(duì):NN

：7：Si：或?7：7?

HQO的電子式為H：b:ci：,

錯(cuò)誤4不考慮原子間的結(jié)合順序

而不是H:ci:b:

CHr的電子式為[H：C：H]*,

不考慮原子最外層有幾個(gè)電子，均寫

H

錯(cuò)誤5

成8電子結(jié)構(gòu)而不是[H：C:H[+

H

不考慮AB7型離子化合物中2個(gè)B是

錯(cuò)誤6

分開(kāi)寫還是一起寫

(3))11電子式表示化合物的形成過(guò)程

①離子化合物：左邊是原子的電子式，右邊是離子化合物的電子式，中間用“一一二連接，相同的原子或

離子不合并。

②共價(jià)化合物：左邊是原子的電子式，右邊是共價(jià)化合物的電子式，中間用“一一產(chǎn)連接。

如HQ：H+(

四、化學(xué)鍵與物質(zhì)類別的關(guān)系、分子間作用力

1.離子化合物與共價(jià)化合物

(1)離子化合物與共價(jià)化合物的比較

項(xiàng)目離子化合物共價(jià)化合物

定義含有離子鍵的化合物只含有共價(jià)鍵的化合物

構(gòu)成微粒陰、陽(yáng)離子分子或原子

一定含有離子鍵，

化學(xué)鍵類型只含有共價(jià)鍵

可能含有共價(jià)鍵

與物質(zhì)類①?gòu)?qiáng)堿、②絕大多數(shù)鹽、⑤①酸、②弱堿、③氣態(tài)氫化物、

別的關(guān)系活潑金屬氧化物④非金屬氧化物、⑤極少數(shù)鹽

(2)離子化合物和共價(jià)化合物的判斷方法

【特別提醒】

熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物一定是離子化合物，水溶液中能導(dǎo)電的化合物不一定是離子化合物，如HCL

2.化學(xué)鍵與物質(zhì)類別的關(guān)系

(1)只含有極性共價(jià)鍵的物質(zhì)一般是不同種非金屬元素形成的共價(jià)化合物，如SiO?、HCKCH”等。

(2)只含有非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)是同種非金屬元素形成的單質(zhì)，如CMP4、金剛石等。

(3)既有極性鍵又有非極性鍵的共價(jià)化合物一般由多個(gè)原子組成，如H2O2、C2H4等。

(4)只含離子鍵的物質(zhì)主要是由活潑非金屬元素與活潑金屬元素形成的化合物，如NazS、CaCl2>NaCl

等。

(5)既有離子鍵又有極性共價(jià)鍵的物質(zhì)，如NaOH、K2sO4等；既有離子鍵又有非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)，如

NaiO?等。

(6)僅由非金屬元素形成的離子化合物，如NHK1、NH4NO3等。

(7)金屬元素和非金屬元素間可能存在共價(jià)鍵，如AlCb等。

【關(guān)鍵能力拓展】

1.原子中的質(zhì)子、中子、電子數(shù)目的計(jì)算

(1)質(zhì)子數(shù)二核電荷數(shù)二核外電子數(shù)二原子序數(shù)

(2)中子數(shù)二相對(duì)原子質(zhì)量質(zhì)子數(shù)

2.離子中的質(zhì)子、中子、電子數(shù)目的計(jì)算

(1)陽(yáng)離子中：質(zhì)子數(shù)二陽(yáng)離子核外電子數(shù)+陽(yáng)離子的電荷數(shù)

陰離子中：質(zhì)子數(shù)=陰離子核外電子數(shù)陰離子的電荷數(shù)

(2)中子數(shù)=質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)

(3)陽(yáng)離子電子數(shù)二質(zhì)子數(shù)陽(yáng)離子的電荷數(shù)

陰離于電于數(shù)=質(zhì)于數(shù)+陰離子的電荷數(shù)

3.常見(jiàn)的“10電子”、“18電子”粒子

(1)4410電子''微粒

N"O2

嚴(yán)OH:出發(fā)點(diǎn)

CH1-NH,-牛O-HF--(NC)-Na，-*Mg2fAp

NH；HQ.

(2)“18電子”微粒

4.短周期常見(jiàn)原子的核外電子排布規(guī)律

原子核中無(wú)中子的原子IH

最外層有1個(gè)電子的元素H、Li、Na

最外層有2個(gè)電子的元素Be、Mg、He

最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的元素Be、Ar

最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的元素C

最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)3倍的元素O

最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)4倍的元素Ne

最子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的元素H、Be、Al

最子總數(shù)為最外層電子數(shù)2倍的元素Be

次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素Li、Si

內(nèi)層電子總數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素Li、P

5.化學(xué)鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響

(1)對(duì)物理性質(zhì)的影響

金剛石、晶體硅、石英、金剛砂等物質(zhì)硬度大、熔點(diǎn)高，就是因?yàn)槠渲械墓矁r(jià)鍵很強(qiáng)，破壞時(shí)需消耗

很多的能量。NaCl等部分離子化合物中也有很強(qiáng)的離子鍵，故其熔點(diǎn)也較高。

(2)對(duì)化學(xué)性質(zhì)的影響

Nz分子中有很強(qiáng)的共價(jià)鍵，故在通常狀況下，N2的性質(zhì)很穩(wěn)定，HzS、HI等分子中的共價(jià)鍵較弱，故

它們受熱時(shí)易分解。

6.分子間作用力和氫鍵

(1)分子間作用力

定義把分子聚集在一起的作用力，又稱范德華力

①分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多，它主要影響物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等物理性質(zhì)，

而化學(xué)鍵主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)；

特點(diǎn)②分子間作用力存在于由共價(jià)鍵形成的多數(shù)共價(jià)化合物和絕大多數(shù)氣杰、液

態(tài)、固態(tài)非金屬單質(zhì)分子之間。但像二氧化硅、金剛石等由共價(jià)鍵形成的物質(zhì)，

微粒之間不存在分子間作用力

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)：相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力

變化規(guī)律

越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)也越高。例如，熔、沸點(diǎn)：l2>Br2>Cb>F2

（2）氫鍵

定義分子間存在的一種比分子間作用力稍強(qiáng)的相互作用

形成條件除H外，形成氫鍵的原子通常是0、F、N

氫鍵存在廣泛，如蛋白質(zhì)分子、醇、翅酸分子、HQ、NH,、HF等分子之間。

存在

分子間氫鍵會(huì)使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)升高

①存在氫鍵的物質(zhì)，其熔、沸點(diǎn)明顯高于同族同類物質(zhì)。如HzO的熔、沸

點(diǎn)高于H2s

性質(zhì)

②氨極易液化，是因?yàn)镹%分子間存在氫鍵；N%極易溶于水，也是因?yàn)?/p>

影響

N%分子與出0分子間易形成氫鍵

③水結(jié)冰時(shí)體積膨脹、‘密度減小，是因?yàn)榻Y(jié)冰時(shí)形成了氫鍵

7.共價(jià)分子中原子是否滿足最外層8電子結(jié)構(gòu)的判斷方法

（1）共價(jià)化合物：形成共價(jià)化合物的各原子滿足“最外層電子數(shù)+化合價(jià)的絕對(duì)值=8”的具有8電子結(jié)

構(gòu)

（2）單質(zhì)：滿足“最外層電子數(shù)+共有電子對(duì)數(shù)目=8”的原子具有8電子結(jié)構(gòu)。

【核心題型例解】

高頻考點(diǎn)一同位素與同素異形體

例1.（2023.全國(guó)乙卷第10題）一種礦物由短周期元素W、X、Y組成，溶于稀鹽酸有無(wú)色無(wú)味氣體生

成。W、X、Y原子序數(shù)依次增大。簡(jiǎn)單離子X(jué)?與丫??具有相同的電子結(jié)構(gòu)。下列敘述正確的是

A.X的常見(jiàn)化合價(jià)有1和2B.原子半徑大小為Y>X>W

C.YX的水合物具有兩性D.W單質(zhì)只有4種同素異形體

【變式探究】長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、價(jià)格昂貴的物質(zhì)弋。2在我國(guó)科學(xué)家的攻關(guān)下，終于成功地研制出了。下

列說(shuō)法正確的是

A.弋。與[O互為同位素B.[O與[0是中子數(shù)相同

C.[O和]?；瘜W(xué)性質(zhì)不相同D.[O和1?；橥禺愋误w

【變式探究】據(jù)報(bào)道，月球上有大量；He存在，以下關(guān)于；He的說(shuō)法正確的是

A.是：He的同素異形體B.比：He少一個(gè)質(zhì)子

C.是：He的同位素D.比；He多一個(gè)中子

高頻考點(diǎn)二“10電子”“18電子”微粒的應(yīng)用

A.X與Z形成的10電子微粒有2種

B.Z與Q形成的一種化合物可用于飲用水的消毒

D.由X、Y、Z三種元素組成的化合物的水溶液均顯酸性

A.X與Y、Z均可形成多種化合物B.非金屬性：Z>Y>>X

C.X、W元素可形成離子化合物D.原子半徑：W>Y>Z>>X

高頻考點(diǎn)三化學(xué)用語(yǔ)

例3.卜列化學(xué)用語(yǔ)表達(dá)正確的是

A.中子數(shù)為10的氧原子：g

B.Ca2+的結(jié)構(gòu)示意圖:288

C.CH’的球棍模型:

D.HBr的形成過(guò)程為H^-Br：—>H+[?Br：]-

【舉一反三】反應(yīng)8NH3+3Ch=6NHQl+N2可用于氯氣管道的檢漏。下列化學(xué)用語(yǔ)正確的是

A.中子數(shù)為1的氫原子：；H

B.N2分子結(jié)構(gòu)式N三N

「H??「+

c.的電子式：H：N：HC1

NH4CI??

LH」

D.。的結(jié)構(gòu)示意圖:

高頻考點(diǎn)四8電子結(jié)構(gòu)與電子式的判斷及其應(yīng)用

例4.（2020?新課標(biāo)H）一種由短周期主族元素組成的化合物（如圖所示），具有良好的儲(chǔ)氫性能，其中

元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大、且總和為24。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

Z+|W-X-Y-Y]■

WWW

A.該化合物中，W、X、Y之間均為共價(jià)鍵

B.Z的單質(zhì)既能與水反應(yīng)，也可與甲醇反應(yīng)

C.Y的最高化合價(jià)氧化物的H化物為強(qiáng)酸

D.X的氟化物XF3中原子均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

【方法技巧】判斷分子中各原子是否達(dá)到8