2026年化学竞赛无机化学第1讲 元素周期表与化学键 讲义

第1讲 元素周期表与化学键 知识点1.周期表的结构 在下表中画出元素周期表的轮廓，并在表中按要求完成下列问题： (1)标出族序数、周期序数。 (2)将主族元素前六周期的元素符号补充完整。 (3)画出金属与非金属的分界线，并用阴影表示出过渡元素的位置。 (4)标出镧系、锕系的位置。 (5)写出各周期元素的种类。 (6)写出稀有气体元素的原子序数，标出113~117号元素的位置。 知识点2.核反应 核反应包括：核衰变、人工核反应、核聚变和核裂变 （1）核衰变：放射性元素衰变共有4种类型 ①α衰变 释放α粒子，即的衰变。例如： + ②β衰变 释放β粒子，即的衰变。 例如： + ③正电子衰变，释放正电子的衰变。例如： + ④电子俘获，原子核俘获1个核外电子而发生衰变。例如： （2） 人工核反应：原子核受到一个高能粒子的轰击而导致的核变。 例如：1934年居里夫妇用α粒子轰击得到了自然界不存在的，开创了人造核素的先河。 + +（中子） （3） 核裂变：一个原子核分裂为两个质量大致相当的原子核的过程称为核裂变。 （4） 核聚变：两个氢原子核聚合成一个重原子核反应。 核反应方程式用核素符号表示原子核变化的过程，反应前后质子数和质量数守恒。 （2010年第1题）2009年10月合成了第117号元素，从此填满了周期表第七周期所有空格，是元素周期系发展的一个里程碑。第117号元素是用249Bk轰击48Ca靶合成的，总共得到6个第117号元素的原子，其中1个原子经p次α衰变，得到270Db后发生裂变；5个原子则经q次α衰变，得到281Rg后发生裂变。用元素周期表上的第117号元素符号，写出得到第117号元素的核反应方程式（在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数）。 知识点3 化学键 思考：一百多种元素怎样能够形成上亿种物质？原子之间通过什么作用形成丰富的物质？ （1）离子键 人们把带相反电荷的离子之间的相互作用叫做离子键，主要存在于活泼金属元素与活泼非金属元素之间。像氯化钠这样，由离子键构成的化合物叫做离子化合物。例如：NaOH、NaCl、MgCl2、KCl、Na2SO4、NH4Cl、Na2O、MgO等都是离子化合物。 （2） 共价键 像氯化氢这样，原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键，共用电子对形成分子的化合物叫共价化合物。例如，H2O、CO2等都是共价化合物。 （3） 电子式：在元素符号周围用“·”或“×”表示原子的最外层电子（价电子）的式子。 ①原子电子式：把最外层的电子优先分布在不同的方向上，每个方向上最多2个电子。 ②离子电子式：金属离子直接用离子符号表示，非金属及原子团不但要画出最外层电子，且要用括号“[ ]”括起来，并在右上角标出离子所带电荷数（“n-”）。 ③离子化合物的电子式：由阴、阳离子的电子式组成，相同离子不能合并。 ④共价化合物的电子式 ⑤结构式：将共用电子对用短线表示，省略对电子对的式子。 知识点4 Lewis结构式的书写 1916年，美国化学家Lewis通过对大量实验现象的归纳总结，提出了分子中的原子之间可以通过共用电子对，使分子中的每个原子具有稳定的稀有气体电子结构（除了He1s2外，其他稀有气体的价电子构型ns2np6），这样形成的分子称为共价分子，原子之间共用电子对，形成的化学键称为共价键。Lewis还提出了表示共价分子的方法，用短线表示原子之间的共用电子对，用小黑点表示原子上的孤电子。 (1)确定分子中共价键键数 为了能够快速准确画出共价分子的Lewis结构式，首先需要确定共价分子（或共价离子团）中原子之间共用的共价键数目。具体算法如下：共价键键数=（分子中各原子达到稳定结构的价电子总数—分子中各原子现有价电子总数）/2，如果是离子团，离子团现有价电子总数等于各原子现有电子总数减去或加上离子多带的电荷。例如以NO3-为例，共价键键数=[4×8-(5+3×6+1)]/2=4。 (2) 画Lewis结构式 首先确定分子骨架，在多原子分子或离子团中，电负性小的原子往往在中间，电负性大的原子在端点，各原子之间先以单键相连，然后在原有的基础上再将单键补成双键或三键。接着补充原子上的孤电子，原子上的孤电子数=8（或2）-原子周围的共价键键数×2，这样就得到了NO3-的三个Lewis结构式（如图1）。 图1 NO3-的三个Lewis结构式（不带形式电荷） (3)判断稳定性 当一个分子出现多个Lewis结构式时，需要确定哪些结构式是稳定的。1921年，美国化学家OlangMuir提出了形式电荷的概念，以此作为Lewis结构式稳定性的判据。形式电荷用符号QF表示，QF=原子周围的键数-原子的价电子数，NO3-的Lewis结构式可以进一步表示如下（如图2）： 图2 NO3-的三个Lewis结构式（带形式电荷） 一般来说，形式电荷为0的结构式更稳定，形式电荷的正电荷处于电负性小的原子，负电荷处于电负性大的原子时较为稳定，当形式电荷数值大于1时很不稳定。从这意义上讲，NO3-的3个Lewis结构式稳定性相同。像这种原子连接顺序相同，只是价键和孤电子分布不同得到的Lewis结构式之间互称为共振式。通过共振式，我们可以算出共价键的键级，键级等于所有稳定共振式中两原子间的键级和和除以共振式的个数，例如在NO3-中，键级=（2+1+1）/3=4/3。从而也就解释了NO3-中N和O之间既不是单键也不是双键，而是大π键。 写出下列分子或离子的Lewis结构式 An型： H2、F2、O2、N2、O3、P4、S8 ABn型：HCl、H2O、NH3、CH4、H2O2、N2H4、C2H6、C2H4、C2H2 、P4O6 ABC型：HCN、HN3、CH2N2、HClO、CH3COOH、HNO3 离子型：OH-、NO3-、NO2-、CO32- (4)Lewis结构式的局限性 Lewis结构式在书写过程中，也会遇到一些特殊情况，对于奇电子化合物NO2，可以把分子中任意一个原子处理成7电子构型，其共振式就有四个（如图3）： 图3 NO2的Lewis结构式 对于缺电子化合物BF3，共振式共有四个（如图4）。如果把B原子处理成8电子构型，其共振式为前三个；如果把B原子处理成6电子构型，其共振式为最后一个。前三个存在形式电荷，为次稳定结构，最后一个不带形式电荷为稳定结构。 图4 BF3的Lewis结构式 对于富电子物质PCl5，需要P原子处理成10电子构型（如图5）。 图5 PCl5的Lewis结构式 写出下列分子或离子的Lewis结构式 奇电子化合物：NO2、NO 缺电子化合物：BF3、AlCl3 富电子化合物：PCl5、SF6、H2SO4、OPCl3 （2007年第2题）羟胺和用同位素标记氮原子（N﹡）的亚硝酸在不同介质中发生反应，方程式如下： NH2OH+HN﹡O2→ A+H2O NH2OH+HN﹡O2→ B+H2O A、B脱水都能形成N2O，由A得到N﹡NO和NN﹡O，而由B只得到NN﹡O。请分别写出A和B的路易斯结构式。 （2008年第4题）(CN)2被称为拟卤素，它的阴离子CN作为配体形成的配合物有重要用途。 （1）HgCl2和Hg(CN)2反应可制得(CN)2，写出反应方程式。 （2）画出CN、(CN)2的路易斯结构式。 （2014年第3题）2013年，科学家通过计算预测了高压下固态氮的一种新结构：N8分子晶体。其中，N8分子呈首尾不分的链状结构；按价键理论，氮原子有4种成键方式；除端位以外，其他氮原子采用3种不同类型的杂化轨道。 (1)画出N8分子的Lewis结构并标出形式电荷。写出端位之外的N原子的杂化轨道类型。 (2)画出N8分子的构型异构体。 1 学科网（北京）股份有限公司 $