名師精講｜第13講原子結構和化學鍵

第

講

原子結構和化學鍵

【知識梳理】

一、

原子的組成

1．原子的組成

2．原子中存在的等量關係：

（1）質量關係：質量數A=Z+N

（2）電子關係：中性原子的核外電子數=質子數=核電荷數= 原子序數；陽離子的核外電子數=質子數—陽離子所帶電荷數；陰離子的核外電子數=質子數 + 陽離子所帶電荷數。

如微粒35Cl-所含質子數17、中子數35-17=18、電子數_17+1=18、質量數35。

3．元素、核素、同位素與同素異形體：

4．質量數與元素的近似相對原子質量

（1）質量數是忽略電子質量，將核素中所有質子相對質量和中子相對質量取近似整數值之和。如35Cl的質量數為35、37Cl的質量數為37。

（2）元素的近似相對原子質量是該元素各種天然同位素原子的質量數與其原子百分比的乘積之和。，如35Cl和37Cl在自然界的原子百分組成之比是3∶1，則Cl元素的近似相對原子質量為35_×3/4+ 37×1/4 =35．5。

溫馨提示：①同種元素，可以有若干種不同的核素，不同核素之間互稱為同位素。如68O、178O、188O是氧元素的三種核素，互為同位素。②同位素的“同位”是指在週期表中處於同一位置，同位素的特徵是原子序數相同而質量數不同。③天然同位素有穩定的百分組成，化學性質幾乎相同（同種元素的同位素），但物理性質可能不一樣。④同位素是同種元素的不同原子間的關係，故單質、化合物間不可能是同位素。如H2和D2及H2O和D2O之間不存在同位素關係。只有質子數相同而中子數不同的原子才是同位素；如168O和188O是同位素，而且146C和147N不是同位素。

4．核外電子排布規律

（1）電子層：科學研究證明，電子的能量是不相同的，它們分別在能量不同區域內運動。我們把不同的區域簡化為不連續的殼層，也稱作電子層，分別用n=1、2、3、4、5、6、7來表示從內到外的電子層，並分別用符號K、L、M、N、O、P、Q來表示。

（2）核外電子的排布規律：核外電子排布遵循的規律是能量最低原理，電子總是儘先佔滿能量低的電子層，然後由裡到外，依次排布在能量逐步升高的電子層上。

溫馨提示：①各電子層最多容納電子數目：2n2，最外層電子數目不超過８個（Ｋ層為最外層時，不超過２個），次外層電子數目不超過18個，倒數第三次電子數目不超過32個。②原子結構示意圖能直觀地反映核內的質子數和核外的電子層數及各能層上的電子數。如氯原子：

圓圈內表示原子的質子數，要注意正號；弧線表示電子層，弧線內數字表示該層中的電子數。離子結構示意圖中各符號含意一樣，但注意原子結構示意圖中質子數等於核外電子數，而離子結構示意圖中質子數與核外電子數不相等。③稀有氣體元素原子的電子層結構與同週期的非金屬元素的陰離子的電子層結構相同，與下一週期的金屬元素形成的陽離子的電子層結構相同。如：與Ne原子電子層結構相同的常見離子：F-、O2-、N3-、Na+、Mg2+、Al3+；與Ar原子電子層結構相同的常見離子：Cl-、S2-、K+、Ca2+。

例題1、

下列說法正確的是。

二、化學鍵

1。化學鍵：化學反應的實質就是舊的化學鍵斷裂，新的化學鍵的形成。化學鍵是相鄰的兩個或多個原子間強烈的相互作用。

（1）離子鍵和共價鍵

（2）離子化合物與共價化合物

①化合物類別與物質分類的關係

②化合物的判斷方法

（3）電子式的書寫

2．分子間作用力和氫鍵

（1）分子間作用力：把分子聚集在一起的作用力，又稱範德華力。分子間作用力比化學鍵弱得多，它主要影響物質的熔點、沸點等物理性質，而化學鍵主要影響物質的化學性質。分子間作用力存在於由共價鍵形成的多數共價化合物和絕大多數氣態、液態、固態非金屬單質分子之間。但像二氧化矽、金剛石等由共價鍵形成的物質，微粒之間不存在分子間作用力。一般說來，對於組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，分子間作用力越大，物質的熔、沸點也越高。例如，熔、沸點：I2>Br2>Cl2>F2。

（2）氫鍵：分子間存在著一種比分子間作用力的稍強相互作用。氫鍵不是化學鍵，是分子間作用力，除H外，形成氫鍵的原子通常是N、O、F。氫鍵存在廣泛，如蛋白質分子、H2O、NH3、HF等分子之間。分子間氫鍵會使物質的熔點和沸點升高。

例題

、

下列說法正確的是。

①兩種原子構成的共價化合物分子中的化學鍵都是極性鍵

②含有非極性鍵的化合物一定是共價化合物

③難失去電子的原子，易形成陰離子

④單質分子中不存在化學鍵，化合物的分子中才存在化學鍵

⑤非金屬元素原子組成的化合物不可能是離子化合物

⑥共價化合物中不可能含有離子鍵

⑦在氧化鈉中，除氧離子和鈉離子的靜電吸引作用外，還存在電子與電子，原子核與原子核之間的排斥作用

⑧離子化合物中可能含共價鍵

⑨兩種非金屬原子間不可能形成離子鍵

⑩標準狀況下，2。24 L CCl4含有的共價鍵數為0。4

5．下列說法正確的是

①過氧化鈉與水反應中，既有離子鍵、極性共價鍵和非極性共價鍵的斷裂，也有這些化學鍵的生成

②同位素的性質完全相同

③氫鍵是一種化學鍵

④由分子組成的物質中一定存在共價鍵，如氣體單質分子中一定含有共價鍵

⑤5．6g鐵粉與足量的稀鹽酸反應，為了加快反應速率而不改變H2的產量，可以滴入幾滴硫酸銅溶液

⑥決定反應速率的主要因素是反應物的性質

⑦同溫同壓下，H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）在光照和點燃條件下的Δ

相同

A．②④⑤ B．①②③ C．①⑥⑦ D．②④⑤⑥

6．已知前20號元素的離子：aAn+、bB（n+1）+、cCn-、dD（n+1）-電子層結構相同，關於A、B、C、D四種元素的敘述正確的是

A．原子半徑大小：D﹤C﹤B﹤A B．它們一定都是短週期元素

C．單質的還原性：B＞A D．原子序數：B＞A＞C＞D

7．下列說法正確的是（）

①離子化合物含離子鍵，也可能含極性鍵或非極性鍵

②硫酸的酸性大於碳酸的酸性，所以非金屬性

③含金屬元素的化合物不一定是離子化合物

④由非金屬元素組成的化合物一定是共價化合物

⑤熔融狀態能導電的化合物是離子化合物

⑥由分子組成的物質中一定存在共價鍵

A．①③⑤⑥ B．②④⑥ C．①②③⑤ D．①③⑤

8．義大利羅馬大學的FulvioCacace等人獲得了極具理論研究意義的N4氣體分子。N4分子結構如圖所示，下列說法不正確的是

A．相同條件N4氣體比N2密度大 B．N4分子中只含有共價鍵

C．1molN4分子所含共價鍵數為6

A D．N4發生化學反應需要破壞離子鍵

9．科學家用X射線鐳射技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如圖。

下列說法不正確的是（）

A．CO2含有極性共價鍵

B．上述過程中CO斷鍵形成C和O

C．上述過程表示CO和O生成CO2

D．從狀態Ⅰ到狀態Ⅲ，有能量放出

10．銠的配合物離子［Rh（CO）2I2］－可催化甲醇羰基化，反應過程如圖所示。

下列敘述錯誤的是

A．CH3COI是反應中間體

B．甲醇羰基化反應為CH3OH+CO=CH3CO2H

C．反應過程中Rh的成鍵數目保持不變

D．存在反應CH3OH+HI=CH3I+H2O

11．我國科研人員提出了由CO2和CH4轉化為高附加值產品CH3COOH的催化反應歷程，該歷程示意圖如下所示。

下列說法不正確的是

A．生成CH3COOH總反應的原子利用率為100%

B．CH4→CH3COOH過程中，有C—H鍵發生斷裂

C．①→②放出能量並形成了C—C鍵

D．該催化劑可有效提高反應物的平衡轉化率

12．2020年2月，科學家報道了利用磁性奈米Fe3O4顆粒除去水體草甘膦汙染物的方法，其原理如圖所示：（Fe3O4顆粒在水中表面會帶—OH，在水體pH≈4時除汙效果最好）。下列說法不正確的是（）

A．草甘膦既可以和鹽酸反應，又可以和氫氧化鈉溶液反應

B．Fe3O4奈米顆粒除去草甘膦的過程有化學鍵的形成和斷裂

C．Fe3O4奈米顆粒粒徑越小、溶液中

（OH）越大除汙效果越好

D．處理完成後，Fe3O4奈米顆粒可利用磁鐵回收，經加熱活化重複使用

13．過氧化尿素的化學式為CO（NH2）2H2O2，是過氧化氫和尿素的加合物，外觀為白色針狀晶體，無毒無味，熱分解溫度為 45℃，易溶於水和乙醇，熔點 75-85℃，其水溶液兼有尿素和過氧化氫的性質，具有活性氧含量高、穩定性好等特點，被廣泛用於醫藥、紡織領域。已知尿素與KMnO4溶液、NaOH 溶液都不反應。

I．合成過氧化尿素的流程及反應器的示意圖如下：

回答下列問題：

（1）圖1中分離操作的名稱為 _______，圖 2 中反應器的名稱是 _______；

（2）過氧化尿素是尿素分子與過氧化氫分子之間透過_________（填字母）結合形成的。

A．氫鍵 B．共價鍵 C．離子鍵 D．化學鍵

反應器中發生反應的化學方程式為____________。

（3）工業生產中，除向反應釜中投料反應物過氧化氫、工業尿素（含少量雜質鐵、銅等離子）外，新增穩定劑可以提高產品的穩定性。不加穩定劑導致產品穩定率差的原因是 __。

（4）活性氧含量的高低直接決定產品的質量，合格產品中活性氧的含量≥16%（相當於其中含H2O234%）。為了確定所得產品合格與否，質檢員稱取乾燥樣品 2．500g，溶解於水，在250mL 容量瓶中定容，準確量取其中 25．00mL 溶液於錐形瓶中，加入1mL6mol/LH2SO4，然後用0．1000mol/LKMnO4標準溶液滴定樣品中的H2O2，三次滴定平均消耗KMnO4溶液 8．000mL。

①達到滴定終點的現象是____________。

②根據滴定結果確定產品質量_（填“合格”或“不合格”），活性氧的質量分數為___。

II．過氧化尿素的性質探究：

（5）過氧化尿素的催化分解實驗：在試管中加入 0．1g產品、少量水及二氧化錳，用火柴餘燼檢驗生成氣體，可觀察到火柴復燃。實驗中加入二氧化錳的量一定要少（固體控制在小米粒大小）的原因是：_________。

（6）測定過氧化尿素溶液的酸鹼性：在試管中加入1mL 6mol/L NaOH溶液、1mL過氧化尿素溶液和 2mL無水乙醇，振盪試管。測得pH約為6，並觀察到有白色的膠狀沉澱生成，該沉澱為生成的NaHO2在乙醇中析出。寫出該反應的化學方程式：___

14．某汽車安全氣囊的產氣藥劑主要含有NaN3、Fe2O3、KClO4、NaHCO3等物質。當汽車發生碰撞時，產氣藥劑產生大量氣體使氣囊迅速膨脹，從而起到保護作用。

（1）NaN3是氣體發生劑，受熱分解產生N2和Na，N2的電子式為_____。

（2）Fe2O3是主氧化劑，與Na反應生成的還原產物為_____（已知該反應為置換反應），鈉的原子結構示意圖為________：

（3）KClO4是助氧化劑，反應過程中與Na作用生成KCl和Na2O。KClO4含有化學鍵的型別為___。

（4）NaHCO3是冷卻劑，吸收產氣過程中釋放的熱量而發生分解，其化學方程式為_____，CO2的結構式 _______。

15．下圖是元素週期表的一部分，根據① ~ ⑨在週期表中的位置按題目要求回答：

（1）畫出⑩的原子結構示意圖_________________________

（2）①與②形成的一種化合物甲，甲在大氣含量過高會產生溫室效應，寫出甲物質的結構式 __________________________________。

（3）元素③⑤對應的最高價氧化物的水化物，寫出它們相互之間能發生反應化學方程式__________________。

（4）元素⑦和⑨形成的化合物乙，請用電子式表示物質乙的形成過程__________________。

（5）②、⑥分別形成的兩種氫化物中，沸點較高的是______（填化學式），原因是：_________。

16．現有 A、B、C、D、E、F 六種短週期主族元素，其相關性質資訊如下：

請根據上述資訊，完成下列問題：

（1）請給出元素 D 在元素週期表中的位置：________。

（2）請將 A、D、E、F 四種元素的簡單離子按照離子半徑由大到小排序（用離子符號表示）：____。

（3）請給出化合物 BFC 的電子式：______。

（4）用電子式表示 E 與 F 形成化合物 EF 的過程：______。

（5）請將 A、D、F 三種元素的最高價氧化物對應的水化物按照酸性由強到弱排序（用化學式表示）：__________。

（6）元素 A 的單質常用於野外焊接鋼軌，請寫出該反應的化學方程式：________。

（7）單質 A 能溶於 E 的最高價氧化物對應水化物的水溶液，請給出該反應的離子方程式：_____________。

【解析】H2O2、N2H4、C2H6等都含有非極性共價鍵，①錯誤；過氧化鈉中含有非極性鍵，它是離子化合物，②錯誤；稀有氣體原子既難失電子，又難得到電子，③錯誤；除稀有氣體外，氮氣、氧氣、氯氣、S8等單質都含非極性共價鍵，④錯誤；非金屬元素原子可以組成離子化合物，如銨鹽，⑤錯誤；含有離子鍵一定是離子化合物，⑥正確；在離子化合物中除陰陽離子電荷之間的靜電引力外，還存在電子與電子，原子核與原子核之間的排斥作用，⑦錯誤；如NH4Cl中含有共價鍵，⑧正確；兩種非金屬原子間不能得失電子，不能形成離子鍵，⑨正確；在標準狀況下四氯化碳是液態，不能用氣體摩爾體積進行有關物質的量的計算，⑩錯誤；該分子中碳碳雙鍵屬於非極性鍵，錯誤；硫化鈉為離子化合物，含有離子鍵，電子式為

，錯誤。

【課時練習】

1．D【解析】A、232Th的質量數是232，故A錯誤；

B、Th元素的相對原子質量是Th各種同位素相對原子質量的平均值，故B錯誤；

C、232Th轉換成233U是原子核變屬於物理變化，故C錯誤；

D、230Th和232Th核外電子排布相同，所以化學性質相同，故D正確；

故選D。

2．D【解析】A．元素符號的左上角為質量數，質量數=質子數+中子數=53+78=131，所以質子數為53，中子數為78的碘原子表示為13153I，故A錯誤；

B．乙烯的結構簡式：CH2=CH2，故B錯誤；

B．硫酸鈉溶液中除了硫酸根中有氧原子，水分子中也有氧原子，所以該溶液中氧原子數目大於0．4

A，故B錯誤；

C．一個丙三醇分子中含有3個羥基，92．0g丙三醇的物質的量為 92。0/92g/mol =1mol，含有羥基的數目為3

A，故C錯誤；

D．R的核內中子數為N，質量數為A，則其質子數為A-N，所以原子核外電子數也為A-N，則R2+核外電子數為A-N-2，所以amol的R2+的核外電子數為a（A－N－2）

A，故D正確；

故答案為D。

5．C【解析】①過氧化鈉與水反應生成氫氧化鈉和氧氣，部分部分氧元素的化合價升高生成氧氣，部分化合價降低，生成氫氧根離子，既有離子鍵、極性共價鍵和非極性共價鍵的斷裂，也有這些化學鍵的生成，①說法正確；

②同位素的同位素化學性質相同，但物理性質有較大差別，②說法錯誤；

③氫鍵是分子間的作用力，不是化學鍵，③說法錯誤；

④由分子組成的物質中不一定存在共價鍵，如稀有氣體單質分子中不含有共價鍵，④說法錯誤；

⑤5．6g鐵粉與足量的稀鹽酸反應，為了加快反應速率，可以滴入幾滴硫酸銅溶液，可形成鐵銅原電池，能夠加快生成氫氣的速率，但是與鹽酸反應的鐵減少，生成氫氣的量減少，⑤說法錯誤；

⑥決定反應速率的主要因素是反應物自身的性質，⑥說法正確；

⑦同溫同壓下，H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）的Δ

，與反應的始態和終態有關，與反應的條件是光照和點燃無關，⑦說法正確；

綜上所述，①⑥⑦說法正確，答案為C。

6．D【解析】金屬原子失電子轉化為陽離子，電子層數少1；非金屬原子得電子生成為陰離子，電子層數不變，aAn+、bB（n+1）+、cCn-、dD（n+1）-電子層結構相同，則A、B在C、D的下一週期，且A在B的左邊，C在D的右邊。

A．依據電子層數多半徑大及同週期元素從左往右原子半徑依次減小的遞變規律，原子半徑大小：C﹤D﹤B﹤A，A不正確；

B．A、B可能為第四周期元素，C、D都是短週期元素，B不正確；

C．A、B同週期且A在B的左邊，金屬性A>B，單質的還原性A＞B，C不正確；

D．由以上分析知，A、B在C、D的下一週期，且A在B的左邊，C在D的右邊，原子序數：B＞A＞C＞D，D正確；

故選D。

7．C【解析】①離子化合物含離子鍵，也可能含極性鍵或非極性鍵，如H2O2、Na2O2，①項正確；

②元素最高價氧化物的水化物酸性越強，其非金屬元素的非金屬性越強，②項正確；

③含金屬元素的化合物不一定是離子化合物，如AlCl3為共價化合物，③項正確；

④由非金屬元素組成的化合物不一定是共價化合物，如銨鹽為離子化合物，④項錯誤；

⑤熔融狀態能導電的化合物是離子化合物，說明該化合物中含有自由移動的離子，⑤項正確；

⑥由分子組成的物質中不一定存在共價鍵，如稀有氣體，⑥項錯誤；

綜上所述， ①②③⑤ 正確，故C項正確，

答案選C。

8．D【解析】A．相同條件下，氣體的密度之比等於摩爾質量之比，所以相同條件N4氣體比N2密度大，A正確；

B．N4分子中只有氮原子之間形成的共價鍵，B正確；

C．由題中N4分子結構可知，一個分子中含有6個共價鍵，所以1molN4分子所含共價鍵數為6

A，C正確；

D．N4分子中只有共價鍵，所以發生化學反應需要破壞的是共價鍵，D錯誤；

答案選D。

9．B【解析】A．二氧化碳分子中C原子與2個O之間的以C=O共價鍵結合，C=O共價鍵為極性共價鍵，A正確；

B．不存在CO中化學鍵的斷裂，為CO和O生成CO2，B錯誤；

C．CO與O在催化劑表面形成化學鍵，生成CO2，C正確；

D．圖中狀態Ⅰ比狀態Ⅲ的能量高，反應發生就有能量放出，反應為放熱反應，D正確；

故合理選項是B。

10．C【解析】題幹中明確指出，銠配合物［Rh（CO）2I2］—充當催化劑的作用，用於催化甲醇羰基化。由題幹中提供的反應機理圖可知，銠配合物在整個反應歷程中成鍵數目，配體種類等均發生了變化；並且也可以觀察出，甲醇羰基化反應所需的反應物除甲醇外還需要CO，最終產物是乙酸；因此，凡是出現在歷程中的，既非反應物又非產物的物種如CH3COI以及各種配離子等，都可視作中間物種。

A．透過分析可知，CH3COI屬於甲醇羰基化反應的反應中間體；其可與水作用，生成最終產物乙酸的同時，也可以生成使甲醇轉化為CH3I的HI，A項正確；

B．透過分析可知，甲醇羰基化反應，反應物為甲醇以及CO，產物為乙酸，方程式可寫成：

13．（1）過濾；三頸燒瓶（2）A；CO（NH2）2＋H2O2＝CO（NH2）2·H2O2（3）鐵、銅離子等會催化過氧化氫分解（4）①滴入最後一滴 KMnO4 標準溶液時，溶液恰好變為淺紅色，且半分鐘內不褪色②不合格；12．80%（5）以防由於分解速度過快使反應液噴濺到試管外（6）NaOH＋H2O2＝NaHO2＋H2O

【解析】（1）分離後得到固體產品和母液，所以分離操作為過濾；反應器的名稱為三頸燒瓶；

（2）過氧化尿素是尿素分子與過氧化氫分子之間透過氫鍵結合形成，共價鍵、離子鍵不是分子間作用力，氫鍵不屬於化學鍵，所以選A；反應器中的反應物有尿素和過氧化氫，產物為過氧化尿素，根據元素守恆可得化學方程式為CO（NH2）2＋H2O2＝CO（NH2）2·H2O2；

（3）工業尿素中含有鐵、銅等雜質離子，不新增穩定劑，鐵、銅離子等會催化過氧化氫分解，導致產品穩定率差；

（4）①達到滴定終點時H2O2完全反應，再滴入高錳酸鉀不再反應，溶液會顯淺紅色，所以滴定終點的現象為：滴入最後一滴 KMnO4 標準溶液時，溶液恰好變為淺紅色，且半分鐘內不褪色；

②高錳酸鉀溶液的濃度為0．1000mol/L，消耗的體積為8．000mL，根據發生的反應方程式可知