第五章 物质结构 元素周期律李仕才考点二 化学键与物质类别和物质变化的关系1．化学键与物质类别的关系(1)物质中化学键的存在规律①离子化合物中一定有离子键，可能还有共价键。简单离子组成的离子化合物中只有离子键，如MgO、NaCl等，复杂离子(原子团)组成的离子化合物中既有离子键，又有共价键，如(NH4)2SO4、NH4NO3、NaOH、Na2O2等。②共价化合物中只有共价键，一定没有离子键，如HCl、CH4、CO2、H2SO4等。③在非金属单质中只有共价键，如Cl2、O2、金刚石等。④构成稀有气体的单质分子，由于原子已达到稳定结构，是单原子分子，分子中不存在化学键。⑤非金属元素的原子间也可以形成离子键，如NH4Cl中的NH与Cl－。(2)物质所含化学键类型的判断方法16\n2．化学键的形成及对物质性质的影响(1)由金属元素与非金属元素间形成的化学键不一定是离子键，如AgCl、AlCl3等都含共价键，它们属于共价化合物。(2)由阳离子和阴离子结合生成的化合物不一定是离子化合物，如H＋＋OH－===H2O,2H＋＋CO===H2CO3。(3)由两种共价分子结合生成的化合物也不一定是共价化合物，如NH3＋HCl===NH4Cl。(4)有化学键被破坏的变化不一定是化学变化。如HCl溶于水、NaCl熔化等都有化学键被破坏，但都属于物理变化。因为没有新化学键形成。(5)用化学键强弱可解释物质的化学性质，也可解释物质的物理性质。根据不同的物质类型，有的物质发生物理变化要克服化学键。如金刚石、晶体硅熔点高低要用化学键强弱来解释。而HF、HCl、HBr、HI中的化学键强弱只能解释其化学性质，它们的物理性质与H—X键无关。3．物质变化过程中化学键的变化(1)化学变化过程化学键变化：既有断裂又有形成。解释：化学反应的实质是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。举例：H2＋F2===2HF，H—H键、F—F键均被破坏，形成H—F键。16\n(2)物理变化过程(只讨论溶解或熔化)①离子化合物。化学键变化：只有离子键断裂。解释：离子化合物溶解或熔化时，离子键被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，但无化学键的形成。②共价化合物。a．溶解过程。化学键变化：共价键可能被破坏，也可能不被破坏。解释：b．熔化过程。化学键变化：共价键可能被破坏，也可能不被破坏。解释：③单质。化学键变化：共价键可能被破坏，也可能不被破坏。解释：16\n一、化学键与物质类别的关系1．一定条件下，氨气与氟气发生反应：4NH3＋3F2===NF3＋3NH4F，其中NF3分子构型与NH3相似。下列有关说法错误的是( )A．NF3中只含极性共价键B．NF3既是氧化产物，又是还原产物C．NH4F中既含有离子键又含有共价键D．上述反应中，反应物和生成物均属于共价化合物解析：NF3分子中N—F共价键是极性键，A正确；反应中氮元素的化合价：－3→＋3；氟元素的化合价：0→－1，NF3既是氧化产物又是还原产物，B正确；NH4F中既含有离子键又含有共价键，C正确；NH4F是离子化合物，F2是单质，D错误。答案：D2．下列物质中含有相同类型化学键的是( )A．NaCl、HCl、H2O、NaOHB．Cl2、Na2S、HCl、SO2C．HBr、CO2、H2O、CS2D．Na2O2、H2O2、H2O、O3解析：A项，NaCl只含有离子键，HCl、H2O只含有共价键，NaOH既有离子键又有共价键；B项，Cl2、HCl、SO2分子中只有共价键，而Na2S中只有离子键；D项，Na2O2既有离子键又有共价键，H2O2、H2O、O3分子中只有共价键。16\n答案：C3．下列说法正确的是( )A．共价化合物中可能含有离子键B．区别离子化合物和共价化合物的方法是看其水溶液是否能够导电C．离子化合物中只含有离子键D．离子化合物在熔融状态下能电离出自由移动的离子，而共价化合物不能解析：A项，共价化合物中只含有共价键，错误；B项，区别离子化合物和共价化合物要看其在熔融状态下能否导电，而不能根据其溶于水是否导电来判断；C项，离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键，如NaOH、NH4NO3等。答案：D4．下列物质中H2、H2SO4、Ne、NaCl、H2O、H2O2、NH4Cl、NaOH、Al2O3、Na2O2。(1)含有共价键的有________，含有非极性共价键的有________。(2)不含化学键的有________。(3)既含离子键又含共价键的有________。(4)只含离子键的有________。(5)分别写出H2O2、NH4Cl、NaOH、Na2O2的电子式：________。(6)分别写出N2、H2O2、CO2、CH4、NH3的结构式：________。答案：(1)H2、H2SO4、H2O、H2O2、NH4Cl、NaOH、Na2O2 H2、H2O2、Na2O2(2)Ne(3)NH4Cl、NaOH、Na2O2(4)NaCl、Al2O3(5)、、(6)N≡N、H—O—O—H、O＝C＝O、16\n二、物质变化中的化学键的断裂与形成5．在下列变化过程中，既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是( )A．将SO2通入水中B．烧碱溶于水C．将HCl通入水中D．硫酸氢钠溶于水解析：SO2、HCl不含有离子键，所以不会有离子键的破坏过程，A、C错误；烧碱在水溶液中电离产生了钠离子和氢氧根离子，没有共价键的破坏过程，B错误；硫酸氢钠既含有离子键又含有共价键，溶于水时钠离子与硫酸氢根离子之间的离子键被破坏，同时硫酸氢根离子中的共价键也被破坏。答案：D6．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＋H2O===HClO＋HClD．NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O解析：A项，2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑中有离子键、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共价键的断裂和形成，错误；C项，该反应中没有离子键的断裂和形成，也无非极性键的形成，错误；D项，该反应中没有非极性键的断裂和形成，错误。答案：A7．从化学键的观点看，化学反应的实质是“旧键的断裂，新键的形成”，据此你认为下列变化属于化学变化的是( )①对空气进行降温加压②金刚石变成石墨③NaCl熔化④碘溶于CCl4中⑤HCl溶于水电离出H＋和Cl－⑥电解熔融的Al2O3制取AlA．②③⑤B．②⑤⑥C．②⑥D．②③⑤⑥16\n解析：①④中没有化学键的断裂和形成；③⑤中没有化学键的形成。答案：C分子间作用力和氢键1分子间作用力(1)概念：分子间存在一种把分子聚集在一起的作用力，又称范德华力。(2)主要特征①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。②只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中。③分子间作用力的能量远远小于化学键。④由分子构成的物质，其熔点、沸点、溶解度等物理性质主要由分子间作用力大小决定。(3)变化规律一般来说，对于组成与结构相似的物质，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。2氢键(1)定义：分子间存在的一种比分子间作用力稍强的相互作用。(2)氢键的形成条件：分子中具有H—F、H—O、H—N等结构条件的分子间才能形成氢键。氢键不属于化学键，其强度比化学键弱得多，但它比分子间作用力稍强，通常把氢键看作是一种较强的分子间作用力。(3)氢键对物质物理性质的影响：氢键的形成加强了分子间作用力，使物质的熔沸点升高，如HF、H2O、NH3的沸点都比它们各自同族元素的氢化物高。又如乙醇的沸点也比乙烷的沸点高出很多。此外，如NH3、C2H5OH、CH3COOH，由于它们能与水形成氢键，使得它们在水中的溶解度较其他同类物质大。1．下列现象与氢键有关的是( )①NH3的熔、沸点比第ⅤA族其他元素氢化物的高②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶16\n③冰的密度比液态水的密度小④水分子高温下很稳定A．①②④ B．①②③C．①②D．①③解析：水分子高温下很稳定是因为分子中O—H键的键能大。答案：B2．下图中每条折线表示元素周期表中第ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是( )A．H2SB．HClC．PH3D．SiH4解析：在第ⅣA～ⅦA族元素的氢化物中，NH3、H2O、HF分子间因存在氢键，故沸点反常地高，则含a的线为第ⅣA族元素的氢化物，则a点为SiH4。答案：D3．实现下列变化，需克服相同类型作用力的是( )A．石墨和氯化钠分别受热熔化B．冰的熔化和水的分解C．NaCl和HCl溶于水D．干冰和碘的升华解析：石墨熔化时破坏共价键，氯化钠熔化时破坏离子键，故A错误；冰熔化主要破坏氢键，水分解破坏共价键，故B错误；NaCl溶于水破坏离子键，HCl溶于水破坏共价键，故C错误；干冰和碘的升华破坏的都是分子间作用力，故D正确。答案：D4．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是( )A．范德华力、范德华力、范德华力B．范德华力、范德华力、共价键16\nC．范德华力、共价键、共价键D．共价键、共价键、共价键解析：石蜡属于有机物，由分子构成，故题干中前两个变化破坏的是范德华力，而第三个变化是石蜡中烃的分解，被破坏的是共价键。答案：B5．下列解释正确的是( )A．H2O很稳定，是因为水分子之间存在氢键B．HF的熔、沸点在同族元素的氢化物中出现反常，是因为HF分子中有氢键C．卤素单质从上到下熔沸点升高，是因为它们的组成结构相似，从上到下其摩尔质量增大，分子间的范德华力增大D．氨气极易溶于水，与氢键没有关系解析：水稳定是因为水分子中的氢氧共价键稳定，与氢键无关，故A错误；HF分子间存在氢键，HF分子内没有氢键，故B错误；卤素单质的熔、沸点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越大，所以卤素单质从上到下熔、沸点升高，是因为它们的组成结构相似，从上到下其摩尔质量增大，分子间的范德华力增大，故C正确；氨气与水分子之间能形成氢键，使氨气溶解度增大，所以氨气极易溶于水，与氢键有关系，故D错误。答案：C——知能拓展—— 元素推断题的解题策略1方法总结元素推断题是综合考查物质结构、元素周期律、元素周期表、元素化合物性质的重要题型，该类题型具有综合性强，形式灵活、命题角度广等特点，解答元素推断题目要把握以下几点要点：①熟记元素符号，直接导出；②掌握几种关系，列式导出；③利用核外电子排布规律，逐层导出；④弄清带电原因，分析导出；⑤抓住元素特征，综合导出；⑥根据量的关系，计算导出。2元素推断中常用的三条规律16\n(1)最外层电子规律(2)“阴三阳四”规律某元素阴离子最外层电子数与次外层相同，该元素位于第三周期。若为阳离子，则位于第四周期。如S2－与K＋的最外层和次外层电子数均相同，则S位于第三周期，K位于第四周期。(3)“阴上阳下”规律电子层结构相同的离子，若电性相同，则位于同周期，若电性不同，则阳离子位于阴离子的下一周期——“阴上阳下”规律。如O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋电子层结构相同，则Na、Mg、Al位于O、F的下一周期。3技巧归纳(1)推断元素的常用思路根据原子结构、元素周期表的知识及已知条件，可推算原子序数，判断元素在周期表中的位置等，基本思路如下：(2)元素推断方法①由微粒(原子或离子)结构、元素位置特征推断16\n②由元素及其化合物的特性推断元素a．形成化合物种类最多的元素或单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最大的元素：C；16\nb．空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N；c．地壳中含量最多的元素或气态氢化物的沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O；d．地壳中含量最多的金属元素：Al；e．最活泼的非金属元素或无正价的元素或无含氧酸的非金属元素或无氧酸(气态氢化物)可腐蚀玻璃的元素或气态氢化物最稳定的元素或阴离子的还原性最弱的元素：F；f．最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素：Cs；g．最易着火的非金属元素的单质，其元素是：P；h．焰色反应呈黄色的元素：Na；i．焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察)的元素：K；j．单质密度最小的元素：H；密度最小的金属元素：Li；k．常温下单质呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg；l．最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Al；m．元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物起化合反应的元素：N；能起氧化还原反应的元素：S；n．元素的气态氢化物能和它的氧化物在常温下反应生成该元素单质的元素：S；o．元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F；p．常见的一种元素存在几种单质的元素：C、P、O、S，其中一种同素异形体易着火的元素是：P。③利用周期表的片断进行推断a．特殊结构：元素周期表中第一周期只有两种元素H和He，H元素所在的第ⅠA族为元素周期表的左侧边界，第ⅠA族左侧无元素分布；He为0族元素，0族元素为元素周期表的右侧边界，0族元素右侧没有元素分布。利用这个关系可以确定元素所在的周期和族。b．元素的位置关系和原子序数关系的应用(ⅰ)同一周期中元素的原子序数比左边元素原子序数大1，比右边元素的原子序数小1。(ⅱ)同主族上下周期元素的原子序数关系16\n针对训练1：A、B、C、D、E、F六种短周期元素，其原子序数依次增大，其中B与C同周期，D与E、F同周期，A与D同主族，C与F同主族，F元素的原子最外层电子数是电子层数的2倍，D是其所在周期原子半径最大的主族元素。又知六种元素所形成的常见单质在常温常压下有三种是气体，三种是固体。请回答下列问题：(1)元素F在周期表中的位置：__________________________________________________。(2)C、D、F三种元素形成的简单离子的半径由大到小的顺序是______________(填离子符号)。(3)由A、B、C三种元素以原子个数比4∶2∶3形成的化合物X中所含化学键类型有________(填序号)。①离子键 ②极性键 ③非极性键 ④氢键(4)由A、B两种元素以原子个数比2∶1形成的液态化合物Y中含有18个电子，其水合物是一种二元弱碱，则Y的电子式为__________；由A、C、F三种元素形成的某化合物能与化合物Y形成一种酸式盐，常温下，0.1mol/L该酸式盐的pH为1，请写出该酸式盐的化学式：____________。(5)化合物Y和A、C形成的18电子分子可相互反应生成两种产物，其中一种产物是空气的主要成分，请写出反应的化学方程式：________________________________________________________。(6)若E是金属元素，其单质与氧化铁反应常用于焊接钢轨，请写出反应的化学方程式：___________________________________。16\n解析：根据题中信息，F元素的原子最外层电子数是电子层数的2倍，F可能为C或S，根据“A与D同主族，C与F同主族”及原子序数大小可知F只能位于第三周期，为S元素，则C为O元素；D与E、F同周期，即处于第三周期，D是其所在周期原子半径最大的主族元素，则D是Na元素；E的原子序数大于钠、小于硫，所以E的单质是固体；六种元素所形成的常见单质在常温常压下有三种是气体，三种是固体，B的原子序数小于C，且B、C处于同一周期，所以B是N元素；A的单质是气体，且A的原子序数最小，所以A是H元素。(1)F是S元素，硫原子核外有3个电子层，最外层有6个电子，在元素周期表中的位置是第三周期第ⅥA族。(2)电子层数越多离子半径越大，电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，所以O、Na、S三种元素形成的简单离子的半径由大到小的顺序是S2－>O2－>Na＋。(3)由H、N、O三种元素以原子个数比4∶2∶3形成的化合物X为NH4NO3，硝酸铵中所含化学键类型有：①离子键、②极性键。(4)由H、N两种元素以原子个数比2∶1形成的液态化合物Y中含有18个电子，该化合物的化学式为N2H4，其水合物是一种二元弱碱，则Y的结构简式为NH2—NH2，电子式为，由H、O、S三种元素形成的某化合物能与化合物Y(NH2—NH2)形成一种酸式盐，常温下0.1mol/L该酸式盐的pH为1，说明该酸式盐能够完全电离，则该酸式盐的化学式为N2H5HSO4。(5)化合物Y(NH2—NH2)和A、C形成的18电子分子可相互反应生成两种产物，其中一种产物是空气的主要成分，该产物为氮气，A、C形成的18电子分子为H2O2，则该反应的化学方程式为N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O。(6)若E是金属元素，其单质与氧化铁反应常用于焊接钢轨，则E为Al，反应方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。答案：(1)第三周期第ⅥA族(2)S2－>O2－>Na＋ (3)①②(4) N2H5HSO4(5)N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O(6)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3针对训练2：A、B、C、D、E、F、G为原子序数依次增大的短周期主族元素。B、C、D均能与A形成10电子分子，E的单质可用于焊接钢轨，F与D同主族、与G同周期。(1)F的离子结构示意图为______________。(2)D、E、F的离子半径由大到小的顺序为________________________________(填离子符号)。16\n(3)写出一个能证明G比F非金属性强的化学方程式：___________________________________________________。(4)F和G形成的一种化合物甲中所有原子均满足8电子稳定结构，该化合物与水反应生成F的单质、F的最高价含氧酸和G的氢化物，三种产物的物质的量之比为2∶1∶6，甲的电子式为__________，该反应的化学方程式为____________________________________________________。(5)C能分别与A和D按原子个数比1∶2形成化合物乙和丙，乙的结构式为________。常温下，液态乙与气态丙反应生成两种无污染的物质，若共生成1mol产物时放热QkJ，该反应的热化学方程式为_________________________________________________________。(6)现取100mL1mol/L的E的氯化物溶液，向其中加入1mol/L氢氧化钠溶液产生了3.9g沉淀，则加入的氢氧化钠溶液体积可能为________mL。解析：B、C、D均能与A形成10电子分子，则A是H元素，B、C、D为第二周期C、N、O、F四种元素中的三种；E的单质可用于焊接钢轨，E是Al元素；F与D同主族、与G同周期，则G是Cl元素，B、C、D分别为C、N、O元素，F是S元素。(1)S2－核外有18个电子，离子结构示意图为。(2)O2－、Al3＋有2个电子层，电子层结构相同，质子数越小半径越大，S2－有3个电子层，故离子半径由大到小的顺序为S2－>O2－>Al3＋。(3)元素的非金属性越强，对应单质的氧化性越强，Cl2能把H2S溶液中的硫置换出来，证明Cl2的氧化性强于S的氧化性，化学方程式为Cl2＋H2S===2HCl＋S↓或Cl2＋Na2S===2NaCl＋S↓。(4)S和Cl形成的一种化合物甲中所有原子均满足8电子稳定结构，则化合物甲是SCl2，SCl2的电子式为，与水反应生成S、H2SO4和HCl，三种产物的物质的量之比为2∶1∶6，该反应的化学方程式为3SCl2＋4H2O===2S↓＋H2SO4＋6HCl。(5)N能分别与H和O按原子个数比1∶2形成化合物N2H4和NO2，N2H4的结构式为。常温下，N2H4(l)和NO2(g)反应生成两种无污染的物质N2和H2O，若共生成1mol产物时放热QkJ，反应的热化学方程式为2N2H4(l)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－7QkJ/mol。(6)E的氯化物为AlCl3，向AlCl3溶液中加入NaOH溶液发生反应：AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl，当NaOH过量时，发生反应：Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。现产生沉淀为3.9g，即Al(OH)3的物质的量为＝0.0516\nmol；n(AlCl3)＝0.1L×1mol/L＝0.1mol，若反应后的溶液中溶质为AlCl3和NaCl，则n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝3×0.05mol＝0.15mol，V(NaOH)＝＝0.15L＝150mL；若反应后的溶液中溶质为NaAlO2和NaCl，则n(NaOH)＝n(NaAlO2)＋n(NaCl)，n(NaCl)＝3n(AlCl3)＝0.3mol，n(NaAlO2)＝n(AlCl3)－n[Al(OH)3]＝0.1mol－0.05mol＝0.05mol，故n(NaOH)＝0.3mol＋0.05mol＝0.35mol，V(NaOH)＝＝0.35L＝350mL。答案：(1) (2)S2－>O2－>Al3＋(3)Cl2＋H2S===2HCl＋S↓(或Cl2＋Na2S===2NaCl＋S↓)(4) 3SCl2＋4H2O===2S↓＋H2SO4＋6HCl(5) 2N2H4(l)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－7QkJ/mol(6)150或35016
