高中化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)閱讀

高中化學(xué)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》輔導(dǎo)閱讀關(guān)于本資料的相關(guān)化學(xué)是一門在原子分子水平上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)以及變化規(guī)律的基礎(chǔ)自然學(xué)科。了解與掌握基礎(chǔ)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)是高中理科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的。就被資料的編寫意圖而言，區(qū)別于市面上各種教輔以及輔導(dǎo)班的講義。本資料并不以高考解題為主要目的，主要是為了通過(guò)進(jìn)一步的詳細(xì)講解幫助理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的概念和突破學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)。就此而言，希望通過(guò)本資料掌握解題技巧的，本資料可能讓你失望了。初學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的同學(xué)往往覺(jué)得本模塊的概念多，許多概念具有繞口且復(fù)雜的表述形式。甚是有一些概念過(guò)于抽象而難以理解，很多學(xué)校包括某些重點(diǎn)學(xué)校根本不開(kāi)本模塊的課程，將本課程視為“老虎課”，覺(jué)得難以應(yīng)付。物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的難點(diǎn)，主要應(yīng)該通過(guò)自己刻苦鉆研與獨(dú)立思考來(lái)解決，但對(duì)于課業(yè)負(fù)擔(dān)較重的大多高中望對(duì)的學(xué)習(xí)有所幫助。本資料的編寫過(guò)程中，為了控制深度與難度，并沒(méi)有引進(jìn)的新概念。并且盡可能的避免例如Schr?dinger方程的出現(xiàn)，相信并3結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》為主，參考魯科版《選修·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》、蘇教版《選修·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》以1983人民教育的《高級(jí)中學(xué)（甲種本）·化學(xué)》。對(duì)于相關(guān)概念的解釋，則參考了高等教育2009年的由吉林大學(xué)宋天佑教授等人編寫的《無(wú)機(jī)化學(xué)（第二版）上冊(cè)》。由于本人水平有限，才疏學(xué)淺。在倉(cāng)促之中編寫了本資料，難免有錯(cuò)誤之處，希望在閱讀的過(guò)程中注意甄別并提出寶貴的20145

第一 原子結(jié)構(gòu)與性【閱讀·了解能量②在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量（E），且能量是不連續(xù)的（即量子化的），軌道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高，n稱為量子數(shù)。③當(dāng)且僅當(dāng)二、大理論——原子的誕He和極少量的Li，我們今天熟悉的各種元素（原子），都是從那時(shí)起經(jīng)歷了漫長(zhǎng)復(fù)雜【重點(diǎn)·理解有一個(gè)主量子數(shù)n和對(duì)應(yīng)的光譜學(xué)符號(hào)（見(jiàn)下表）—二三四五六七1234567KLMNOPQ28KLMN226262612340010120123(對(duì)應(yīng)的光譜學(xué)符號(hào)分別為s，p，d，f，g等。主量子數(shù)n限制了角量子數(shù)l的個(gè)數(shù)，共有n個(gè)值（即序數(shù)n的能層共n個(gè)能級(jí)）。角量子l的一個(gè)重要意義，是多電子原子中，Enln相同時(shí)，lE越大。如：E4s<E4p<E4d能量E則不受l的影響，只與n有關(guān)。即：E1s<E2s<E3sE4s=E4p=E4d圖所示的是氫原子的1s電子在核外出現(xiàn)的概率分布圖，圖上的每一個(gè)點(diǎn)原子軌道的形狀由角量子數(shù)l決定，例如n=4時(shí)，l有4種取值0,1,2和3，它們分別代表第四能層上的電子具有4種形狀不同的原子軌道：表示l=2表示d形，即4d軌道；l=3f雜，即4f軌道。納的電子2，則該能級(jí)中最多容納軌道，此時(shí)磁量子m只有一種取值因此s軌道在空間只有一種伸展方向，l=1時(shí)，表p軌道，此時(shí)磁量子數(shù)m3種取值0，+1和-1，因此p軌道 E2p=E2p 通過(guò)前面的知識(shí)，我們已經(jīng)知道n，l，m一組3個(gè)量子數(shù)可以決定一個(gè)電子所在的核外第三層，呈啞鈴型，沿x軸分布，即3px軌道。msms的取值只1有2個(gè)，即ms= 21動(dòng)狀態(tài)則必須用n，l，m，ms這四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。也就是說(shuō)，當(dāng)n，l，m，ms這四個(gè)【閱讀·知道與盧瑟福原子“行星模型”以及根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)得到的推論是的。根據(jù)盧瑟福原子“行星模型”以及根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)觀點(diǎn)，圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電 1σ=RH 2 n=123 2 2【考點(diǎn)·掌握1~36上圖是多電子原子的 近似能級(jí)圖，可以發(fā)現(xiàn)不同能級(jí)的能量具有以下規(guī)律E n （n2） （nE 個(gè)能級(jí)中包含不子層的能級(jí)現(xiàn)象稱為能級(jí)交錯(cuò)每個(gè)小圓圈代表一個(gè)原子軌道，同高度的圓圈代表簡(jiǎn)并軌道。l相同，n越大，能量越高；n相同，l越大，能量越高。相同能層中各能級(jí)能量產(chǎn)生差別的現(xiàn)象叫做能級(jí)。注意：Pauling能級(jí)圖不能完全反映（n+0.7（n+0.7l）都是 泡利（Puli））前面已經(jīng)講過(guò)，即便是同一個(gè)能級(jí)中的電子（n，l，m相同），也存在兩種不同的自一原子中不可能存在n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)都相同的電子）。如2s軌道上的電子排布為有1個(gè)電子的偏差。因?yàn)槟芰肯嗤脑榆壍涝谌錆M(如p6、d10或f14)、半充滿(如p3、或f7)和全空(如p0、d0f0)狀態(tài)時(shí)，體系的能量較低，原子較穩(wěn)定對(duì)應(yīng)的符號(hào)表示，如Li原子的電子排布式為1s22s1。m的原子軌道，用箭頭“↑”或“↓”來(lái)區(qū)別自旋方向不同（即不同ms）的電子，如Li原子的電子排布圖為

或 2s（相當(dāng)于給出了對(duì)應(yīng)四個(gè)量子數(shù)，這也是中3、 號(hào)元素的基態(tài)原子電子排布式和電子排布圖(軌道表示式序數(shù)元素1H2345B6C7N8O9FPSKV Ar原子相同，3d64s2表示基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布。周特周特111122222s483323s48443918553918664163277416應(yīng)有32Sn元素，原子的電子構(gòu)型為[Kr]4d105s25p25pSn是第五周期表中有七個(gè)A族（1~213~17），AIA~VIIA，最后一個(gè)電子填入ns或np軌道，其族數(shù)等于價(jià)電子總數(shù)。周期表中有七個(gè)B族（3~711~12），BIB~VIIB，最后一個(gè)電子填入(n-1)dIIIB~VIIB族數(shù)等于價(jià)電子總數(shù)。IBIIB族的族序數(shù)等于價(jià)電子中位于ns軌道上的電子數(shù)。周期表中還有一個(gè)VIII族，包括8,9,10三列元素，其最后一個(gè)電子也填充在(n-1)d軌道上，它們的價(jià)電子總數(shù)是8~10.ssIAIIA族。該區(qū)的價(jià)電子構(gòu)型為ns1~2，屬于活潑金屬。p區(qū)元素最后一個(gè)電子填充在基態(tài)原子的pIIIA~VIIA族。該區(qū)的價(jià)電子構(gòu)型為（n1）d1~10ns0~2（Pds電子），該區(qū)為過(guò)渡元素。ds（n1）d10ns1~2，其（n-1）dff（n2）f0~4n1）d0~2ns2【領(lǐng)悟·方法例如：確定質(zhì)子數(shù)Z=47的元素所處的位置。n4d105s15s該能級(jí)屬于第五能級(jí)組，因此該元綜上，該元素在周期表中的位置是第五周期IB【思考·發(fā)現(xiàn)共價(jià)半 金屬半 范德華半r核間r核間r核間原子半徑的大小取決于一對(duì)“”的因素：電子層數(shù)和核電荷數(shù)。很顯然，電子層受到的引力增大，使原子半徑變小。正是這一對(duì)“”因素的綜合作用使原子半徑呈現(xiàn)【對(duì)于長(zhǎng)周期元素來(lái)說(shuō)，電子填入（-1）d軌道，使得核電的最低能量稱為該元素的第一電離能，用I1來(lái)表示時(shí)所需要的最低能量稱為該元素的第二電離能，用I2來(lái)表示……EgE（g） E EgE

2

1（ （ 1①短周期元素，I1逐漸增大。②長(zhǎng)周期元素，前半部分I1緩慢增大同族中：I1逐漸減小。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一個(gè)原子I1<I2<I3<，這很容易理解，因?yàn)閺恼粌r(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離IIINaI3I2I2I1I1I2I3I1=496kJ/molI1=590kJ/molI2=1145kJ/mol做第一電子親和能，通常用A1或E1表示。1932年鮑林引入了電負(fù)性的概念——電負(fù)性是元素的原子在化合物中吸引電子能力的標(biāo)度，通常用符號(hào)χ表示。同周期中，從左向右，χ 從上到下，χ逐漸減小χF=4.0χCs=0.7的電負(fù)性之差χ也常常作為判斷該物質(zhì)是離子化合物還是共價(jià)化合物，一般來(lái)說(shuō)，χ<1.7是共價(jià)化合物（如AlCl3）χ>1.7LiMg，Be與Al，BSiLiMg反應(yīng)平緩不劇烈，鎂則緩慢，氫氧化鋰易溶，20度是溶解度12.8g，氫氧化鎂難溶20度時(shí)溶解度0.00095gBe與AlBSi★單質(zhì)的,與酸堿的作用,氫化物的與性質(zhì)等都相似SiCl4+ H4SiO4+BCl3+ HBO2+【歸納·總結(jié)外，還有自旋運(yùn)動(dòng)。正是n、l、m、ms這四個(gè)量子數(shù)，共同確定了包括自旋在內(nèi)的核外電第二 分子結(jié)構(gòu)與性【溫故·知新理論。有關(guān)離子鍵和金屬鍵，在第三章加以討論。第一 共價(jià)【夯實(shí)·基礎(chǔ)為χ<1.7），甚至相同，就要通過(guò)共用電子對(duì)的形式形成化學(xué)鍵。這種以共用電子對(duì)方子穩(wěn)定”。例如，HCl分子的形成： 力學(xué)處理H2分子，提出共價(jià)鍵理論（VB法），從而奠定了現(xiàn)代共價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)，闡明互作用。一是兩原子核之間與兩電子之間的排斥作用，二是HAeB以及HBeA的吸引旋相反配對(duì)成鍵，使整個(gè)系統(tǒng)能量降低，形成H2分子。此時(shí)，兩個(gè)H原子核間的電子云eAeB的自旋方向相同，則排斥作用占主導(dǎo)地位，兩個(gè)H原子核間的電子云密度減小，使整個(gè)系統(tǒng)能量升高，不能形成穩(wěn)定的H2分子。當(dāng)H原子的1s軌道與Cl原子的3px軌道沿鍵軸（x軸）進(jìn)行時(shí)，所有的方。所以，HCl分子只有采用（a）的方式形成的共價(jià)鍵才有效。請(qǐng)仿照上述方法分析一下兩個(gè)Cl原子在形成Cl2時(shí)的電子配對(duì)和原子軌道σs- σ σp-pσπ+p-pπ （x---nn3丁二烯分子中的π4 苯分子中的π6 298.15K100kPa1mol化學(xué)鍵所需要BE的單位是kmolBEB（單鍵）<EB（雙鍵）<EB（三鍵

E（單鍵）

E（雙鍵）≠

E（三鍵） 4μB——鍵的極例如：HCl分子中，Cl原子的電負(fù)性較大，成鍵電子云偏向Cl原子，所以H—Cl 鍵的極性的大小可用鍵的偶極矩（簡(jiǎn)稱鍵矩μB）來(lái)衡量。鍵矩的定義為鍵的兩極上電荷q與兩極長(zhǎng)度l（即核間距或鍵長(zhǎng)）的乘積。 Bμ= B質(zhì)主要是物理性質(zhì),這是一條很有用的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,稱為等電子原理。①210（直線形）：CON、CN、C2 ②316（直線形）CO、SCNNONNO、 ③318（V形）：SO、O ④424（平面三角形）：SO、CO2NO、BFBO2 ⑤426（三角錐形）：SO2、ClOPO3 ⑦58（正四面體形）：CH ⑧532（正四面體形）：SO2PO3 例如，CO2SiO2，表面看它們?cè)訑?shù)和價(jià)電子總數(shù)相等，應(yīng)該是同一構(gòu)型，實(shí)際上接成的無(wú)限的三維骨架結(jié)構(gòu)，是原子晶體。究其原因：C原子只以2s2p軌道成鍵、而Si【掌握·方法IVA族元素有SiCl4、VIIA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3……；SiF4、SiFCl3……?！纠?】CO2的等電子體確定：可將O原子換為S原子：COS（羰基硫）、CS2。C原子換為Si原子，因?yàn)镃O2SiO2的結(jié)構(gòu)不同（前者為分子晶體，后者為原子晶體）BeCl2的等電子體確定為MgCl2BeF2（3】SO2OS原子得SO2 2NO的等電子體可確定為PO（偏磷酸根 一般來(lái)說(shuō)，討論的元素為sp區(qū)元素，即主族元素居多，通常相關(guān)元素的族序數(shù)1B換為2C）。如：原子的價(jià)電子數(shù)分別為4、6，從周期表中的位置看，中間夾著N元素，N原子價(jià)電子數(shù)時(shí)變?yōu)?），則可換為兩個(gè)N原子得N2O；如果將C原子的兩個(gè)價(jià)電子轉(zhuǎn)移給兩個(gè)O原子，元素原子分別轉(zhuǎn)換為1Be、2個(gè)Cl，就可以得到CO2的另一個(gè)等電子體BeCl2。331個(gè)C原子和一個(gè)O原子可得CNO2N1C原子和一個(gè)S原子可得SCN。③即將指定粒子中的某元素原子的價(jià)電子轉(zhuǎn)化為粒子所帶的電237】CN的等電子體查找可用N11N原子換為C2個(gè)負(fù)電荷，其等電子體即為C2；反之，將CN1個(gè)電子，23第二 分子的空間幾何構(gòu)【了解·知道F I

【熟悉·掌握根據(jù)價(jià)鍵理論，CH4分子中Csp電子成鍵，每個(gè)分子的鍵長(zhǎng)均是相中學(xué)階段，我們主要接觸的雜化類型是由sp軌道參與的雜化，最常見(jiàn)的s-雜化類型有sp、sp2sp3三種，相對(duì)應(yīng)的是sp雜化軌道、sp2sp3雜化軌道。下①sp原子在形成分子時(shí)，由同一個(gè)原子的一個(gè)ns軌道和一個(gè)np軌道進(jìn)行雜化的過(guò) 為例，分析C原子的sp雜化過(guò)程個(gè)能量相等的sp雜化軌道： s和p成分。這兩個(gè)sp雜化軌道夾角為180°， Cs各自的另一個(gè)sp雜化軌道分別與兩個(gè)H原子的1s軌道“頭碰頭”形成2個(gè)σs-H1s）鍵。此時(shí)，兩個(gè)C2p42p（p 原子在形成分子時(shí)，由同一個(gè)原子的一個(gè)ns軌道和兩個(gè)np軌道進(jìn)行雜化的過(guò)yyxxssp2yyyyxxssp2yyxxpsp2yyxxpyyx3個(gè)sp2sp2 CH2為例，分析C原子的sp2雜化過(guò)程個(gè)能量相等的sp2 3個(gè)sp2雜化軌 成鍵時(shí)，兩個(gè)C原子各拿出一個(gè)sp2雜化軌道“頭碰頭”形成Csp2Csp2）鍵，然后各自再拿出兩個(gè)sp2雜化軌道分別與四個(gè)H原子的1s軌道“頭碰頭”形成4個(gè)σ（Cs2H1s）鍵。此時(shí)，兩個(gè)C2p2個(gè)2p軌道“肩并肩”，形成一個(gè)2pC2p）鍵③sp3原子在形成分子時(shí)，由同一個(gè)原子的一個(gè)ns軌道和三個(gè)np軌道進(jìn)行雜化的過(guò)yyxyxy雜zyxy雜zx4個(gè)sp3雜化軌zxyyx 個(gè)能量相等的sp3雜化

4個(gè)sp3雜化軌 成鍵時(shí)，C原子的四個(gè)sp3雜化軌道分別與四個(gè)H原子的1s軌道“頭碰頭”形4個(gè)σ（Csp3-H1s）鍵s-p雜化之后，形成的雜化軌道的能量不完全相等，所含有的sp成分也熟悉的NH3和H2O分子中的N、O原子的雜化類型來(lái)看看：我們可以看到，由于NO56個(gè)電子，而參與雜4sp3雜化軌道，這樣一來(lái)，則必然有雜化軌道被孤電子七、價(jià)層電子對(duì)互斥理論（Valence ElectronPairRepulsion狀如下表所示（圖中A1234456來(lái)表示分子或離子，其中A表示中心原子，X表示配位原子（A成鍵的原子），n表示配位原子的個(gè)數(shù)，L表示中心原子價(jià)層上的孤電子對(duì)，m表示孤電子對(duì)的數(shù)目。價(jià)層電=?成鍵電子對(duì)數(shù)（即配位原子數(shù)VIA族元素（O、S）作配位原子，其與中心原子成鍵時(shí)提供的價(jià)電子數(shù)目③主族元素（除HVIA族元素外）的原子作配位原子時(shí)，每個(gè)原子提供的價(jià)電子個(gè)數(shù)??族序數(shù)?【重要·方法 【例】試通VSEPR理論確定SO2CO2NH3CCl4PCl5SF6SO2SO2 CO2NH、NOAlF3、I13種分子或離子的VSEPR 計(jì)，S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=??×?=3，由于配位原子數(shù)=2，孤電子對(duì)數(shù)-2=1，所以?SO2VSEPR模型為“平面三角形”，分子的空間構(gòu)型為“V-?=- C4C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)??×?=4，由于配位原子數(shù)=4，孤電子對(duì)數(shù)=4-4=0，所以，CCl P原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=??×?=5，由于配位原子數(shù)=5，孤電子對(duì)數(shù)=5-5=0，所以，PCl SF6分子中，S6，每個(gè)F1，S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=???×?=6，由于配位原子數(shù)=6，孤電子對(duì)數(shù)-6=0，所以，SF 3SO2離子中，S6O原子提供的價(jià)電子數(shù)目以×=3?3=3，孤電子對(duì)數(shù)4-3=1SO2VSEPR344?4=4，孤電子對(duì)數(shù)4-4=0SO2VSEPR433=×=?3=3，孤電子對(duì)數(shù)=3-3=0，所以，CO2VSEPR344?4子對(duì)數(shù)4-4=0，所以，NH離子的VSEPR模型為“正四面體”，離子的空間構(gòu)型為“正43531，N原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=?×??=3，由于配位原子數(shù)?3孤電子對(duì)數(shù)=3-3=0NOVSEPR模型為“平面三角形”，離子的空間構(gòu)366=?66 12種分子或離子中選取SO2、SO2、CO、CO2 分子或離中心原子的孤31VSO234120CO2330414403下面我們?cè)賮?lái)看看最后一個(gè)IVSEPR333負(fù)電荷數(shù)為1，I原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=??×??=5，由于配位原子數(shù)=2，孤電子對(duì)數(shù)?33LP-LP>LP-BP>BP-LP： 3根據(jù)這個(gè)規(guī)律，我們?cè)谟懻揑離子的價(jià)電子對(duì)分布時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使LP-LP之間的夾角3LP-LP120°，若價(jià)層電子對(duì)按(b)LP-LP之間的夾角有兩90120°，若價(jià)層電子對(duì)按(c)方式分布，則LP-LP90°一個(gè) 【綜合·小結(jié)模模型名直線平面三角平面三角四面正四面典NH我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了利用等電子原理、雜化軌道理論和VSEPR理論來(lái)判斷分子或離子空間構(gòu)

【研讀·新知由穩(wěn)定的簡(jiǎn)單化合物進(jìn)一步合成得到的，如CoCl3·6NH3、PtCl2·2NH3等。后來(lái)發(fā)現(xiàn)絕配離子中心位置的離子（或原子,通常把它叫做中心離子（或原子,如 和[Fe(CO)5]Cu2+Fe原子。中心離子（或原子）的特征是，必須具有可以接受孤電]NH3分子和[Fe(SCN)6]SCN。提供配體的物質(zhì)稱為配位劑。配體中與中心離子（子）成鍵的原子稱為配位原子，如[Cu(NH3)42+中的N原子和[Fe(SCN)6]S原子。配位 、-、X等 （ 的配位數(shù)。例如，[Ag(NH3)2]+配離子中，Ag+2，在[Cu(NH3)4]2+中，Cu2+位數(shù)可以從1~12，其中最常見(jiàn)的是4、6。