化学专题复习第七讲物质结构元素周期律.docx

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化学专题复习第七讲物质结构元素周期律

化学专题复习第七讲物质结构元素周期律

重要考点及题型：

原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数及质量数之间的相互关系；质量数、原子的原子量及元素的原子量的区别与联系；元素周期表中各主族元素的性质及其递变规律；微粒半径大小的比较（主要是与原子序数之间的关系）；化学键类型和晶体类型的判断；电子式的书写（关键在于掌握书写方法，以能够写出陌生物质的电子式）。

一、原子结构和元素性质方面

1.原子一般由质子、中子和核外电子构成。

但

却只由质子和电子构成。

2.金属元素原子的最外层电子数一般小于4，而非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4。

但H、He、B的最外层电子数均小于4，其中H、B为非金属元素，而He为稀有气体元素；虽然Ge、Sn、Pb、Bi的最外层电子数均大于或等于4，但它们却为金属元素。

3.稀有气体元素原子的最外层一般为8个电子的稳定结构。

但He的最外层为2个电子的稳定结构。

4.主族元素的原子得失电子所形成的阴阳离子最外层一般具有8个电子的稳定结构。

但对核外只有一个电子层的离子来说，最外层却只有2个电子，如

；而

则是一个氢原子核。

5.含金属元素的离子一般为阳离子。

但也存在某些阴离子，如

等。

6.只含非金属元素的离子一般为阴离子。

但也存在某些阳离子，如

等。

7.一种非金属元素一般形成一种阴离子。

但氧元素形成的离子除

，还有

。

8.主族元素的最高化合价一般等于原子的最外层电子数。

但氟元素和氧元素的最高化合价却都不等于原子的最外层电子数，其中氟元素的最高化合价为0价（氟无正价），而氧的最高价为＋2价（在OF2中）。

9.氢元素在化合物中一般为＋1价。

但在金属氢化物中却为－1价。

10.氧元素在化合物中一般为－2价。

但在过氧化物（如

等）中为－1价；在OF2中为＋2价。

11.对于对应阴阳离子具有相同的电子层结构的金属元素和非金属元素而言，金属元素的最高化合价一般低于非金属元素的最高化合价。

而

和

虽然电子层结构相同。

但钠、镁、铝的最高价（分别为＋1、＋2、＋3价）却高于氟的最高价（0价）。

12.原子的相对原子质量一般为保留一定位数的小数有效数字。

但12C的相对原子质量却为整数，并且是精确值。

13.某原子的相对原子质量一般并不等同于对应元素的相对原子质量。

但对于某些只有一种核素的元素而言，原子的相对原子质量就是元素的相对原子质量，如：

钠元素就只有一种核素，因此，Na原子的相对原子质量就是钠元素的相对原子质量。

14.随着元素原子序数的递增，元素的相对原子质量一般依次增大。

但18号元素氩的相对原子质量却大于19号元素钾。

15.元素的金属性强弱顺序一般与金属活动性顺序一致。

但Sn和Pb的金属性：

Sn＜Pb，而金属活动性却是Sn＞Pb。

16.非金属元素的氢化物在常温下一般呈气态，故称气态氢化物，但氧的氢化物H2O却为液态。

二、分子结构方面

1.物质中一般存在化学键。

但稀有气体中却不存在化学键，只存在分子间作用力。

2.多数气体单质由双原子分子构成。

但稀有气体却由单原子分子构成，臭氧由3原子分子构成。

3.由非金属元素组成的化合物一般属于共价化合物。

但有些却是离子化合物，如NH4NO3等铵盐。

4.由金属元素和非金属元素组成的化合物一般为离子化合物，但有些却是共价化合物，如：

含金属元素的酸分子（如HMnO4、HAlO2）、AlCl3等。

5.原子间形成的共用电子对一般由成键原子共同提供电子。

但在

中却各有一个共用电子对分别是由N原子和O原子单方面提供，而与其中一个氢原子共用形成的。

6.在物质分子中，各原子最外层一般达到8个电子的稳定结构。

但有些物质例外，如：

在气态氢化物中，氢原子最外层达到2个电子的稳定结构；在PCl5中，P原子的最外层有10个电子。

7.阴阳离子作用一般形成离子化合物。

但某些阴阳离子作用却形成分子或新的离子，如：

。

8.离子化合物中一般不存在分子，但在气态时却存在离子型分子。

如：

气态NaCl中存在由一个

和一个

构成的NaCl分子。

9.极性分子中一定含极性键，还可能含非极性键，如：

H—O—O—H等。

10.非极性分子中不一定只有非极性键，有些只含极性键，而有些既含极性键，又含非极性键。

如CH4、CH

CH等。

11.离子化合物中一定含有离子键，还可能含有极性或非极性共价键，如：

NH4Cl、Na2O2等。

12.单质分子一般是非极性分子，但O3是极性分子。

（一）原子或离子中质子数、中子数、质量数、电子数及离子所带电荷数的计算

⑴原子

X：

核电荷数Z=原子序数=核内质子数=核外电子数

阳离子

Xn+：

核电荷数Z=原子序数=核内质子数=核外电子数＋n

阴离子

Xn-：

核电荷数Z=原子序数=核内质子数=核外电子数－n

⑵质量数A=质子数Z+中子数N

例1、R2O3n-离子中共含有x个电子，R原子的质量数为A，则R原子核内的中子数为。

（二）区别质量数、原子的相对原子质量和元素的相对原子质量等概念

●质量数是对于原子（或核素）而言的，元素不存在质量数；

●原子的相对原子质量有两种计算方法：

某原子的质量与C-12原子质量的1/12相比所得出的值，或某原子的质量×NA（阿伏加德罗常数）；

●元素的相对原子质量是根据该元素的各种同位素原子的相对原子质量以及它们在自然界中的原子个数百分比所算出的平均值，也就是元素周期表中给出的相对原子质量。

例2、下列说法中正确的是（   ）

（A）具有相同电子数的中性微粒，都是同种元素的原子

（B）每种元素可能有几种质量数不同的原子

（C）质量数相同的原子，它们一定具有相同的质子数

（D）元素的相对原子质量就等于该元素的一种原子的相对原子质量

例3、设某元素原子核内的质子数为m，中子数为n，则下列叙述正确的是（   ）

（A）不能由此确定该元素的原子量

（B）这种元素的原子量为（m+n）

（C）若碳原子的质量为wg，此原子的质量为（m+n）wg

（D）核内中子的总质量小于质子的总质量

（三）核外电子排布与元素周期表的结构

1、核外电子排布的规律：

（1）电子首先排布在能量最低的电子层里；

（2）每层最多容纳2n2个电子，最外层不超过8个电子（K层不超过2个），次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个）

2、周期表的结构

（1）熟悉周期表的大体轮廓，能注明族序数，并准确记忆每个周期元素的总数

（2）能书写出所有主族元素的原子结构示意图

（3）掌握所有主族元素、常见副族元素的名称、元素符号、原子序数

例4、下列说法错误的是（  ）

（A）原子及其离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数

（B）元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵行的元素都是金属元素

（C）除氦外的稀有气体原子的最外层电子数都是8

（D）同一元素的各种同位素的物理性质、化学性质均相同

例5、114号元素位于周期表中哪个位置？

（四）元素周期律

1、同周期（从左到右）和同主族（从上到下）的递变规律

●同周期从左到右的递变规律

⑴核电荷数逐渐增加，原子半径逐渐减小（稀有气体元素除外）。

⑵元素金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强（因为失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强）。

⑶单质（或原子）氧化性逐渐增强，还原性逐渐减弱。

⑷最高价氧化物对应水化物酸性逐渐增强，碱性逐渐减弱。

⑸非金属单质与H2化合由难到易，气态氢化物稳定性逐渐增强，还原性逐渐减弱，其水溶液酸性逐渐增强。

⑹金属单质熔点逐渐升高，非金属单质熔点逐渐降低，熔点最低的是本周期的稀有气体。

●同主族从上到下的递变规律

⑴核电荷数递增，原子半径逐渐增大。

（与同周期递变规律相比，并分别加以解释）

⑵元素金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

⑶单质（或原子）还原性逐渐增强，氧化性逐渐减弱。

⑷最高价氧化物对应水化物碱性逐渐增强，酸性逐渐减弱。

⑸非金属单质与H2化合由易到难，气态氢化物稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，其水溶液酸性逐渐增强。

⑹金属单质熔点逐渐降低，非金属单质熔点逐渐升高。

⑺单质密度逐渐增加。

此外，同主族元素①最高正价相同（氧、氟除外）②最高正价氧化物通式相同③最高价氧化物的水化物通式相同（但HNO3和H3PO4不同等）④气态氢化物通式相同。

2、金属性和非金属性强弱的判断（从实验上）

●金属性：

⑴与水或酸反应置换出H2的难易；⑵对应的氢氧化物碱性强弱；⑶在水溶液中的置换反应；⑷原电池中的正负极；⑸电解池中的放电顺序。

●非金属性：

⑴与H2反应的难易；⑵气态氢化物的稳定性；⑶对应的最高价含氧酸酸性强弱；⑷在水溶液中的置换反应。

例6、a、b、c、d、e五种金属两两组成原电池，金属a均为正极，将五种金属投入盐酸中，只有b、c溶解，在滤液中加入过量NaOH溶液，只得到金属c的氢氧化物沉淀，电解d、e的硝酸盐溶液，在阴极上首先析出了e的单质。

则a、b、c、d、e五种金属的活动性由强到弱的顺序可能是（   ）

（A）a、b、c、d、e                （B）c、b、d、e、a

（C）b、c、d、e、a                （D）a、c、b、d、e

3、原子半径、离子半径大小的比较

⑴据周期表中同周期、同主族的递变规律；

⑵同种元素原子半径大于阳离子半径，小于阴离子半径；

⑶电子层结构相同的离子，原子序数越大，半径越小。

如N3-＜O2-＜F-＜Na+＜Mg2+＜Al3+；S2-＜Cl-＜K+＜Ca2+。

例7、X、Y、Z、W四种主族元素，若X的阳离子与Y的阴离子具有相同的电子层结构；W的阳离子的氧化性强于等电荷数的X阳离子的氧化性；Z阴离子半径大于等电荷数的Y的阴离子半径，则四种元素的原子序数由大到小的顺序是（  ）

（A）ZXYW  （B）WXYZ   （C）XYZW   （D）ZYXW

（五）化学键和晶体类型

1、物质中所含化学键及所属晶体类型的分析

⑴化学键类型比较

类型

作用方式

成键元素

离子键

阴阳离子间的静电作用

活泼金属与活泼非金属

共价键

极性键

共用电子对

共用电子对偏向吸引电子能力强的原子

不同的非金属元素原子

非极性键

共用电子对无偏移

同一非金属元素的原子

金属键

金属阳离子和自由电子之间

形成的化学键

金属原子

⑵晶体类型比较

晶体类型

构成微粒

作用类型

物质类别

分子晶体

分子

分子间作用力

常温下的气体及液体和部分固体物质

离子晶体

阴阳离子

离子键

活泼金属与活泼非金属元素形成的

离子化合物

原子晶体

原子

共价键

金刚石、晶体硅、SiC、SiO2等

金属晶体

金属阳离子和自由电子

金属键

金属单质

【注意】①形成分子晶体的物质能以分子形式存在，而形成离子晶体和原子晶体的物质不能以单个分子形式存在；

②晶体液化时，分子晶体中的化学键（稀有气体中不含化学键）不被破坏，离子晶体和原子晶体中的化学键要断裂；

③掌握NaCl、CsCl、CO2、金刚石、SiO2的晶体结构。

⒉晶体的熔沸点和硬度比较：

根本依据：

相互作用越强，熔沸点越高，硬度越大。

⑴不同晶型比较：

一般地，原子晶体＞离子晶体、金属晶体＞分子晶体

⑵相同晶型比较：

①原子晶体中键长越短，键能越大，熔沸点和硬度越高。

②离子晶体：

电荷数越多，半径越小，键越强。

③金属晶体：

价电子数越多，原子半径越小，键越强。

此外，金属单质的熔点还可根据周期表递变规律比较；合金的熔点比各成分金属的熔点都低。

④分子晶体：

组成和结构相似的分子，分子量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。

例8、在下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键的断裂，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）CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑（D）NH4Cl+NaOH

NaCl+NH3↑+H2O

⒊电子式及结构式书写

中学阶段及高考中对电子式书写的要求基本上都不脱离形成8电子稳定结构这一原则，不管是熟悉的物质还是不熟悉的物质，在书写电子式时应以此作为重要依据，当然，最根本的还是要从成键角度掌握电子式书写，根据其成键情况写出的电子式才是最为准确的。

【练习】写出水、氨气、氮气、甲烷、四氯化碳、乙烯、乙炔、二氧化碳、氢氧化钠、过氧化钠、双氧水、羟基的电子式。

例9、下列分子中所有原子都能满足8电子结构的是（    ）

（A）CO2 （B）PCl3 （C）CCl4 （D）NO2 （E）COCl2  （F）SF6

（G）XeF2（H）BF3 （I）BeCl2 （J）PCl5 （K）N2

（六）极性分子与非极性分子、分子间作用力、氢键的概念

例10、在海洋底部存在大量被称为“可燃冰”的物质，其蕴藏量是地球上煤、石油的几百倍，因而是一种待开发的巨大能源物质，初步查明“可燃冰”主要是甲烷与水的结合物，有关“可燃冰”的下列推测中错误的是（    ）

（A）高压、低温有助于可燃冰的形成  

（B）常温常压下可燃冰是一种稳定的物质

（C）甲烷和水分子是通过氢键而结合成为可燃冰的

（D）构成可燃冰的原子间存在着极性共价键

【答案】1、（2A－X+24+n）/22、B3、A4、AD5、第七周期第ⅣA族6、BC7、A8、A9、ABCEK10、B

（一）  原电池：

把化学能转变为电能的装置。

⒈构成原电池的条件：

两个相互连接或直接接触的活动性不同的电极（金属与金属、金属与非金属或金属与金属氧化物）与同一电解质溶液接触，发生氧化还原反应。

⒉原电池中电子由负极经外电路流向正极，形成电流，而在电解质溶液中是靠阴阳离子的定向移动形成电流。

例⒈将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，则（）

（A）正极附近c（SO42-）逐渐增大（B）负极附近c（SO42-）逐渐增大

（C）正负极附近c（SO42-）基本不变（D）锌片、铜片同时有气泡时，说明锌片不纯

⒊原电池电极的判断及电极上的反应。

负极：

为较活泼金属，电极本身失电子，发生氧化反应，是电子流出的一极。

   正极：

为较不活泼金属，非金属单质或金属氧化物，电解质溶液中的阳离子或金属氧化物得电子，发生还原反应，是电子流入的一极。

例⒉从铜、铁及碳棒中选取合适的电极材料设计一个原电池，实现如下反应

   3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O，

   则负极为，电极反应式为，正极应选，电极反应式为。

【练习】

⒈设计一个原电池，实现反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，请写出电极反应式。

⒉写出氢氧燃料电池的电极反应式和总反应式。

⒊利用反应CH4+2O2→CO2+2H2O，人类也已设计出了一种新型的燃料电池（电解质溶液为强碱性溶液），试写出其电极反应式。

例⒊下列装置能否形成原电池？

若能，请写出各电极反应式和总的反应式。

例⒋银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为：

2Ag+Zn（OH）2

Ag2O+Zn+H2O，则此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）

（A）Ag（B）Zn（OH）2（C）Ag2O（D）Zn

⒋当形成原电池时，化学反应速率大大加快了。

⒌钢铁的腐蚀与防护。

电化学腐蚀（吸氧腐蚀）

化学腐蚀

条件

不纯金属或合金与电解质

溶液接触构成微小原电池

金属跟接触物质（多为非电解质）

直接反应

现象

有微弱电流产生

无电流产生

结果

活泼金属被腐蚀

较不活泼金属得到保护

各种金属都有可能被腐蚀

实例

负极：

正极：

2Fe+3Cl2=2FeCl3（某些工厂）

本质

金属原子失去电子被氧化而损耗

联系

两种腐蚀同时发生，但电化腐蚀较化学腐蚀普遍，钢铁以吸氧腐蚀常见

金属的

防护

①改变金属内部结构，如制成不锈钢；②在金属表面覆盖保护层，如电镀、涂油、喷漆、搪瓷、镀氧化膜（致密），目的使金属制品与周围物质隔开；③电化学保护法（被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极）

（二）电解和电镀：

把电能转化为化学能，装置必须配有外电源。

⒈电极的判断与电极上的反应。

阳极：

与电源正极相连的电极，是发生氧化反应，电子流出的一极；若惰性材料（石墨、Pt、Au等）作阳极，失电子的是溶液中的阴离子；若非惰性电极（绝大多数金属电极），失电子的是电极本身。

阴极：

是与电源负极相连的电极，电极本身不参与反应，电子流入；溶液中的阳离子在阴极上得电子，发生还原反应。

⒉电解池中电子由电源负极流向阴极，被向阴极移动的某种阳离子获得，而向阳极移动的某种阴离子或阳极本身在阳极上失电子，电子流向电源正极。

例⒌某种蓄电池的充放电过程可表示为：

Fe+NiO2+2H2O

Fe（OH）2+Ni（OH）2，该电池充电时，阳极是，电极反应式为。

【注意】蓄电池在充电时为电解池，放电时为原电池，其电极的判断最好是利用电极上的反应类型加以分析。

⒊放电顺序：

主要取决于离子本身的性质，也与溶液浓度、温度、电极材料等有关。

阴极（得电子能力）：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+，但应注意，电镀时通过控制条件（如离子浓度等），Fe2+和Zn2+可以先与H+放电。

阳极（失电子能力）：

若阳极材料为金属单质（Pt、Au除外），则电极本身失去电子（若为合金，金属单质失电子顺序应符合金属活动顺序），而溶液中的阴离子不参与电极反应；若阳极材料为惰性电极，则有S2->I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子及F－等。

例⒍填写下表（阳极、阴极均采用惰性电极）。

类型

实例

电极反应及特点

总反应

pH

恢复原溶液

电解水型

NaOH

H2SO4

Na2SO4

分解电解质型

HCl

CuCl2

放H2生成碱型

NaCl

放O2生成酸型

CuSO4

【思考】为什么说电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程？

4. 电解产物的计算：

解题依据：

相同时间内，串联的电解池各个电极上通过（得或失）的电子数相等。

例⒎将质量分数为0.052（5.2%）的NaOH溶液1L（密度为1.06g·cm-3）用铂电极电解，当溶液中NaOH的质量分数改变了0.010（1.0%）时停止电解，则此时溶液中应符合的关系是（）

NaOH的质量分数

阳极析出物的质量（g）

阴极析出物的质量（g）

A

0.062

19

152

B

0.062

152

19

C

0.042

1.2

9.4

D

0.042

9.4

1.2

例⒏实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极Pb+SO42-=PbSO4+2e－正极PbO2+4H++SO42-+2e－=PbSO4+2H2O，今若制Cl20.050mol，这时电池内消耗H2SO4的物质的量至少是（）

（A）0.025mol（B）0.050mol（C）0.10mol（D）0.20mol

5.电镀和电解精炼的原理来源于电解，但与通常意义上的电解又有所不同。

⑴电镀时，须用镀层金属作极，镀件作极，电镀液中含有。

电镀过程中，电镀液中金属离子浓度理论上保持不变。

⑵电解精炼制高纯度金属时，须用粗金属作极，纯金属作极，电解液中含该金属的离子。

例⒐下列关于铜电极的叙述正确的是（）

（A）铜锌原电池中铜是正极（B）用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极

（C）在镀件上电镀铜时，用金属铜作阳极

（D）电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极

6.金属腐蚀的快慢：

在相同的电解质溶液中，金属腐蚀的快慢一般为：

电解池的阳极>原电池负极>化学腐蚀>电解池阴极、原电池正极。

例⒑下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时，由快到慢的顺序是（  ）

（A）④>②>①>③

（B）②>①>③>④

（C）④>②>③>①

（D）③>②>④>①

此外，电化学原理还往往用于金属活动性大小的比较。

参考答案：

例1、CD

例2、Cu；3Cu-6e-=3Cu2+；碳棒；8H++2NO3-+6e-=2NO↑+4H2O

练习1、负极：

Al电极反应为2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O

正极：

碳棒或Pt等电极反应为6H2O+6e-=3H2↑+6OH-

练习2、负极：

2H2-4e-=4H+（或2H2+4OH--4e-=4H2O）

正极：

O2+2H2O+4e-=4OH-（或O2+4H++4e-=4H2O）

注意：

电极反应式的写法与电解质溶液的成分（酸性或碱性）有关

练习3、负极：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O

正极：

4H2O+2O2+8e-=8OH-

例3、能形成原电池的有：

装置1（为铜锌原电池，电极反应式略）；

装置2（为钢铁吸氧腐蚀的原理，电极反应式略）

装置3（为干电池的工作原理，电极反应式请参阅人教版化学教材）

装置4（与铜锌原电池原理类似，电极反应式略）

例4、D

例5、Ni（OH）2；Ni（OH）2+2OH--2e-=NiO2+2H2O

例6、略

例7、B

例8、C

例9、AC

例10、A