12 第三章原子间的相互作用(教师版)

第三章第三章原子间的相互作用原子间的相互作用一、知识梳理一、知识梳理（一）性能各异的物质（一）性能各异的物质物质的硬度与组成物质的元素有关，也与这些元素原子间的相互作用的方式和作用强弱有关。例如：金刚石和石墨硬度不同就是碳原子排列方式和作用强弱不同引起的。金刚石和石墨的物理性质金刚石石墨颜色和状态无色透明固体灰黑色不透明固体【思考】【思考】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，为什么它们的硬度差异很大？【解析】金刚石是正四面体的空间网状结构，这种网状结构非常牢固，所有的碳原子最外层电子都已形成化学键。石墨是正六边形的层状结构，层与层之问可以相对滑动，能在纸上留下痕迹，碳原子最外层上有 3 个电子与其他碳原子形成稳定的化学键，但还有1 个电子可以自由移动。正是由于这些结构上的区别，导致它们性质（包括硬度）上的差异。【答案】金刚石和石墨虽然元素组成相同，但它们的结构存在很大不同，正是这些不同导致硬度（还包括其他性质）上的差异。【点拨】【点拨】物质的硬度不仅与其组成的元素有关，也与原子间相互作用的方式和强弱等有关。【回顾】【回顾】同素异形体的概念：由同种元素组成的不同单质。（二）化学键（二）化学键1 1原子间的相互作用原子间的相互作用当两个原子间距离较远时，由于一个原子的原子核和另一个原子的核外电子所带电荷的电性是相反的，因此主要表现为相互吸引；当两个原子间距离较近时，由于两个原子的原子核所带的都是正电荷，核外电子所带的都是负电荷，因此主要表现为相互排斥；当两个原子保持一定距离时，相互吸引和相互排斥的作用处于平衡，这样就形成稳定的化学键。1【回顾】【回顾】原子的结构与原子中粒子所带电荷。2 2化学键的定义化学键的定义分子或晶体中直接相邻的微粒之间强烈的相互作用力称为化学键。化学键。【注意】【注意】“直接相邻”的原子（包括离子）间存在化学键，非直接相邻的微粒间无化学键作用。如H2O分子中的两个氢原子和氧原子是直接相邻，存在化学键，而两个氢原子之间不直接相邻，它们之间不存在化学键。由于相邻的微粒之间的相互作用有强有弱，而化学键是一种“强烈”的相互作用，原子间较密度(gCm3)3.512.25导电性不导电导电弱的相互作用不是化学键。如在水中，一个H2O中的氧原子与另一水分子中的氢原子也有作用，但它们的作用较弱，不是化学键而是氢键。成键微粒的“相互作用”不能只理解为相互吸引，它还应包括相互排斥，它是相互吸引和相互排斥的平衡。如：在氯化钠晶体中Na+与 Cl-既有正负电荷间的吸引力，同时Na+核与 Cl-核、Na+核外电子与 Cl-核外电子之间存在排斥力，当吸引力与捧斥力平衡时，就形成了氯化钠晶体。3 3化学键的类型及比较：化学键的类型及比较：键型离子键共价键金属键成键的微粒阴离子、阳离子原子自由电子、阳离子、中性原子【思考】化学键是原子间的相互作用，这种作用是()(A)吸引力(B)排斥力(C)吸引力和排斥力达到平衡(D)吸引力大于排斥力【解析】形成化学键的原子问的相互作用，既有吸引又有排斥，因而处于平衡状态。【答案】C二、典型例题二、典型例题【例 1】下列说法中不正确的是()(A)目前人类发现的天然物质中，硬度最大的是金刚石(B)人类有可能合成比金刚石还要硬的物质创新三维学习法，高效学习加速度创新三维学习法，高效学习加速度硬度101熔点()高于 3 550约为 3 700特征无方向性，无饱和性有方向性，有饱和性无方向性形成物质离子化合物单质或共价化合物金属或合金(C)物质的硬度差异，在生产、生活、科研中有着广泛的应用(D)金刚砂（SiC）和金刚石具有同样的硬度【解析】A 正确，因为指明是天然的。B 正确，相信随着科学技术的不断发展，一定会有新物质被制备出来。C 正确，可以举出许多例子。D 错，据目前报道，硬度大于金刚石的只有氮化碳。金刚砂的硬度仅次于金刚石。故选D。【答案】D【例 2】已知乙酸分子的结构可表示为，下列说法正确的是()(A)氢原子与氢原子之间存在化学键(B)碳原子与碳原子之间存在化学键(C)氧原子与氧原子之间存在化学键(D)乙酸分子之间存在化学键【解析】由于乙酸是由分子构成的物质，在乙酸的分子内只有相邻的原子之间存在化学键，不相邻的原子同就不存在化学键。但在乙酸的分子与分子之问是由微弱的范德华力结合，范德华力比化学键的能量小得多。【答案】B【例 3】已知水的分解温度高于 1 800多，难以分解的原因是_。【例 5】物质之间产生硬度差异可能的原因有哪些？【解析】这是一个开放式的问题，当然有许多原因会导致物质的硬度有差异，那么从哪里着手呢？钢铁和木材硬度有差异，那是它们组成的元素各不相同；如果元素相同呢？我们知道金刚石和石墨都由碳原子构成，但硬度差异却很大，说明原子的相互作用方式和作用的强弱也影响着物质硬度的大小。综合起来，物质硬度等某些性质不仅与组成物质的元素有关，也与原子间的相互作用的方式和作用的强弱有关。【答案】物质的硬度等某些性质不仅与组成物质的元素有关，也与原子闻的相互作用的方式和作用的强弱有关。【例 6】以下关于化学键的叙述，正确的是()(A)存在于分子或晶体内的不同原子间的作用力(B)存在于物质内的所有原子间的作用力(C)存在于分子或晶体内的所有原子间的吸引力(D)存在于分子或晶体内的相邻的原子间的作用力【解析】由于水分子内氢、氧原子之间存在强烈的相互作用共价键（如图中的实线部分），【解析】化学键必存在于分子内或晶体内部，有些物质是由大量分子构成的，分子之间也可能所以要破坏氢、氧原子间的共价键，就需要吸收很多的能量，才能使其分解成为H2和O2，因而分解温度很高，需要超过1800。但水分子与水分子之间，存在较弱的相互作用力氢键（如图中的虚线部分），因此要使水蒸发成为水蒸气，只须破坏氢键及范德华力即可，所需能量较小，所以水的沸点是 100。【答案】见解析。【例 4】已知二氧化碳和二氧化硅(SiO2)组成相近，二氧化硅俗称石英。水晶是一种纯度较高的二氧化硅晶体，试从物理性质上分析两者的差异，思考为什么组成相近的物质性质也有那么大的差异。【解析】二氧化碳是我们熟悉的物质，所以在对比时不难得出结论。但关键在如何作全面的对比分析，借助我们平时研究物质的物理性质时的规律，从色、态、味，溶解性、熔、沸点着手，就可以发现它们的反差很大，所以用途也完全不同。组成相近并不代表组成的物质结构相同，所以物质的性质是由多方面因素综合决定的。包括原子结构、组成和结合方式。感受了解物质的结构是理解物质性质的前提，学好化学就一定要学好有关物质结构的知识。【答案】见解析2有作用力，但这不是化学键。化学键仅存在于分子或晶体内的相邻的原予之间，相邻的原子可以是同种原子，也可以是不同种原子。不相邻原子闯也叮能有作用力，但这也不是化学键。所以只有D 正确。分子或晶体内的相邻的原子之间的作用+力是比较强烈的。作用是排斥和吸引达到了平衡，作用力不是吸引力。【答案】D三、思维误区点拨三、思维误区点拨本节知识在理解与运用中常见的错误是：不能正确理解化学键的定义。【例 1】下列晶体中不存在化学键的是()(A)金刚石(B)干冰(C)食盐(D)固体氖【错解】A 或 B 或 C【错解分析】金刚石中存在共价键；干冰即二氧化碳，二氧化碳分子中也存在共价键；食盐中创新三维学习法，高效学习加速度创新三维学习法，高效学习加速度存在离子键：固体氖的基本结构微粒是氖原子，不存在化学键。【正解】D【例 2】下列变化中，不需要破坏化学键的是()(A)硝酸钡溶于水(B)金属铁熔化(C)酒精气化(D)甲烷燃烧【错解】A 或 B 或 D【错解分析】硝酸钡溶于水成为Ba 和 NO3，原来的离子键被破坏；金属铁熔化过程中金属键被破坏；甲烷燃烧生成水和二氧化碳，甲烷中的共价键被破坏；酒精气化过程中，酒精分子没有发生变化。【正解】C【归纳】【归纳】化学键与分子间作用力的区别化学键与分子间作用力的区别概念化学键相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用存在范围区别分子内相邻的原子之间及晶体内相邻的原子或离子之间相互作用强弱强烈的相互作用，通常键能在120800 kj/mol性质影响四、视野拓展四、视野拓展新型金属材料记忆金属记忆金属实际上是一种合金，确切地说应为“记忆合金”。它是指某种材料在一定温度下受到外力作用时会发生变形，一旦外力消失后，它仍能保持变形后的形状，而当温度上升到某一数值对，这种材料又会自动恢复到变形前的形状，它似乎能“记忆”自己原有的形状。记忆合金是美国海军军械局一个研究小组在一个偶然机会中发现的。那是20 世纪 60 年代初的某一天，这个研究小组人员从仓库领来一批乱如麻丝的镍钛合金丝，花了许多时间把它们一根根弄直，并顺手把它们堆放在炉边，可是不一会儿却又恢复到原先弯曲的形状。这个偶然的现象引起了32+-研究人员的高度兴趣，经过反复的实验研究，最后终于发现50%的镍和 50%钛制成的合金，当温度升高到 40以上时，能记住自己原来的形状，科学家们把这种现象叫做“形状记忆效应”。后来经过许多科学家的努力又发现了铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。目前，记忆合金已被应用于许多方面，并取得了很好效果。嗣各种管子接头用记忆合金加工成内径比欲连接管子的外径小4%的套管，然后在一定条件下将套管扩径约 8%，装配好后，再升高温度，套管的内径恢复到原尺寸，紧紧收起，把管子封接得非常严密。像美国的 F-14 战斗机的油压系统中使用了10 万个这样的接头，从未发生过漏油、脱落等事故。航空航天 1969 年 7 月 20 日，人类第一次登上了月球，宇航员登月后，在月球上放置了一个直径达 2.54 m 的半球形天线，实行了月、地之间的信息传输。宇航员乘坐的登月舱直径只有1m 多一点，这个天线是怎么带上去的呢？原来天线也是用记忆合金制成的，在登月舱里它的直径大约只有 50 cm 大小，送到月球上吸收太阳光的热量后又恢复到原来的形状。分子间作用力存在于分子间的微弱的相互作用存在于分子之间另外，记忆合金还广泛应用于人体矫形外科、智能自控、日常生活等许多领城。在将来必为人类做出更多的贡献。五、课堂练习五、课堂练习1下列化学材料中，硬度最大的是较弱的相互作用，通常每摩尔约几至数十千焦主要影响物质的物理性质(A)合成橡胶(B)合成塑料(C)人造金刚石(D)水泥2化学键是一种相互作用，这种相互作用是指()(A)吸引力(B)排斥力(C)吸引力大于排斥力(D)吸引力与排斥力达到平衡3下列不是化学键的特征的是()(A)作用强烈(B)存在于分子或晶体内(C)存在于分子内的各原子间(D)存在于相邻的原子间4水汽化，提供的能量克服了()；电解垮，提供的能量克服了()。(A)水分子之间的相互作用(B)水分子中原子之间相互作用(C)水分子中直接相邻原子之间相互作用(D)水分子中不相邻原子之间相互作用5分子和晶体中_原子之间的_相互作用叫化学键。6下列物质中，熔点高低顺序排列错误的是()(A)金刚石晶体硅(B)食盐碘创新三维学习法，高效学习加速度创新三维学习法，高效学习加速度主要影响物质的化学性质(C)氩氧化镁(D)石英干冰7下列各组物质所发生的变化克服微粒间的作用，属同种类型的是()(A)食盐和冰的熔化(B)碘和干冰的升华(C)碘化氢和碘化钠溶于水(D)抉状铜和块状石墨的粉碎8据最近的报道，在我国西部的雪山冰川下面蕴藏着大量的天然气水合物。天然气水合物是一种晶体，专家发现，天然气水合物品体中平均每46 个水分子构建成 8 个笼，每个笼可容纳1 个甲烷分子或 1 个水分子。天然气水合物中两种分子中存在的化学键是()(A)只有共价键(B)只有离子键(C)既有离子键，又有共价键(D)可能存在金属键9科学家发现，在常温下水不为气态而为液态、冰具有一定的硬度等，是因为水分子之间存在一种16下列各项中与物质硬度无关的是()(A)物质的颜色(B)构成物质的原子间的作用方式(C)物质的组成元素(D)构成物质的原子间相互作用的强弱六、课堂总结六、课堂总结（由学生回答，答案请见知识梳理部分）1金刚石和石墨均有碳元素组成，其熔点、硬度却相差很大，原因是什么?2化学键和分子间作用力的区别是什么？3化学键可以分成哪几类？称为“氧键”的作用力。氢键_（填“是”或“不是”）化学键，理由是_。七、课后作业七、课后作业10硫酸分子的结构式为H-J-H，存在化学键的原子是_和_；_和_。1下列各组物质中，属于同素异形体的是()。11物质硬度差异的应用在生活和生产中是十分广泛的。请找出几项来，并对其中某项作一些改进。A氢与重氢B水与重水C氧气与臭氧DH 与 D22123.195 g 某白色晶体，在试管中受强热后分解，得到 NaCll.755 g 和若干氧气。求原白色晶体的化学式。(Na-23Cl-35.5O-16)13我国航天科学家研制的“长征”号火箭，把人造卫星送入太空。该火箭的外壳必须由高硬度、高熔点的材料制成。请说出必须要使用这样的材料的原因。14试设计最简便的方法证明金刚石、玻璃、钠的硬度的相对大小。15物质结构理论告诉我们，在一定条件下，化学键可以断开，化学键也可在原子连接起来时形成：氢气在氧气中燃烧生成了液态水。根据反应中发生的变化，推测化学键发生了怎样的变化？42下列变化中，不属于化学变化的是()。A胆矾加热变成无水硫酸铜B在放电条件下氧气变成臭氧C干冰变成二氧化碳气体D纯碱晶体发生风化3决定元素化学性质主要因素是原子的()。A核内质子数B核内中子数C核外电子总数D最外层电子数4决定元素相对原子质量的主要因素有()。核内质子数核内质子数与中子数之和该元素在自然状态下各同位素所占的原子百分数核外的电子数AB与C与D与5Cl、Cl2、35Cl、37Cl、Cl-，这五种符号表示()。A氯的五种同位素C氯的五种不同的微粒C五种氯元素D氯的五种同素异形体6某元素二价阳离子的核外电子数力23，质量数为 55，则其核内中子数为()。A23B25C30D327下列各组物质中，互为同位素的一组是()。创新三维学习法，高效学习加速度创新三维学习法，高效学习加速度ACO 与 CO2B12C 与14CCO2与 O3DH2O 与 D2O8确定 R2-微粒属于哪一种元素，应根据()。A离子所带的电荷数B离子核外的电子数C离子的核电荷数D离子核内的中子数9下列各材料中，属于有机合成材料的是()。A钢铁B塑料C硬铝D水泥10下列关于化学键的叙述中，正确的是()。A化学键存在于相邻原子之间，又存在于相邻分子之间B两个原子之间的相互作用叫化学键C分子或晶体中直接相邻的原子之间的主要的强烈的相互作用，称为化学键D分子或晶体中直接相邻的原子间的主要的强烈的吸引作用，称为化学键11跟 10 g 普通水中所含质子数相等的重水(D2O)的质量是()。A12.4 gB11.1 gC10.2 gDl0g12NA 代表阿伏榭德罗常数。下列说法中，正确的是()。A28g 氮气中所含的原子数为NAB2.3g 钠由原子变为离子时，失去的电子数为0.1NAC18 g 重水(D2O)所含的电子数为 10NAD4g 氦气所含的质子数为4NA13下列叙述中，正确的是()。A同种元素组成的物质一定是单质B具有相同质子数的微粒不一定属于同种元素C具有相同质量的原雨，其化学性质基本相同D元素相对原子质量是该元素的一个原予的质量跟碳一12 原子质量 1/12 的比值14元素 R 的一种原子，其质量数为m，其阳离子 R+有 a 个电子，该原子核内的中子数为()。A.m-n-aBm-n+acm+n-aDm+a+a15地壳中含量最多的元素是_（填元素符号），其愿子的结构示意图是_。16 地壳中 含量最多的 金 属元素 是_（填元素符 号），其原子 的结构示 意图是_，其离子的结构示意图是_。517引起大气污染的 S02 气体分子中，硫原子的电子式为_，S2-的电子式为_。18工业上和生活中使用的钢铁制品绝大多数是铁和碳的合金（还可能含少量的其他元素）。已知普通钢（铁碳合金）中含碳量增大，则硬度增大，脆性增加；反之若含碳量减小，则硬度减小，但韧性增加。普通钢分高碳钢、中碳钢和低碳钢三大类。回答：(1)制造装潢使用的钻头，应该使用_（填“高碳钢”、“中碳钢”或“低碳钢”）。(2)制造汽车外壳及电冰箱外壳的钢板，应该使用_。(3)制造鎯头的钢材，应该使用_。19化学键的种类主要有_、_、_等三种。20根据来源不同，材料可有以下分类方式：无机材料材料有机材料金属及合金矿物质材料天然高分子材料人工合成高分子材料现有下列各种材料：(a)木材(b)青铜(c)水泥(d)塑料(e)合成橡胶(f)石灰石(g)不锈钢按上述分类标准将 ag 等各种材料填人下列各项中（填ag 的符号）。(1)属于金属与合金的有_。(2)属于矿物质材料的有_。(3)属于天然高分子材料的有_。(4)属于人工合成高分子材料的有_。21已知 16 g A 跟 20 g B 恰好完全反应生成 W g C 和 4 g D；在相同条件下 8 g A 跟 15 g B 充分反应后生成 0.125 mol C 和一定量的 D，求 C 的摩尔质量。22如果a g 某气体中含有的分子数为n，求 x g 该气体在标准状况下的体积。（用 NA表示阿伏伽德罗常数）。23当年科学家设计以下实验来证明金刚石与石墨都是碳元素组成的单质。将金刚石与石墨分别放在纯净氧气中燃烧，再测定燃烧后的生成物。你认为根据哪些实验事实才能证明上述结论。创新三维学习法，高效学习加速度24溴化碘(IBr)的化学性质类似于Cl2，试写出下列各反应的化学方程式：(1)IBr+H2(2)IBr+H2O(3)IBr+NaOH 答案：一、课堂练习1C2D3C4A、C5相邻；强烈6C7B8A9不是它不是存在于分子内相邻原子间，且作用也不是很强10氢原子氧原子氧原子硫原子11生活中，切菜的刀具比食品的硬度要大，生产中车床的刀具比加工材料的硬度要大，拖拉机的犁铧比土壤的硬度要大用某种合成材料代替制铅笔的木材，具有适宜硬度，既容易切削，书写时又比较舒服，用人工合成的公路的路面材料，既没有沥青的污染，又防止水泥的易裂易损坏，还要对汽车轮胎的磨损减小到最低的程度12NaClO313火箭升高的过程中会与宇宙中的尘埃碰撞、摩擦，会产生巨大热量。采用高硬度、高熔点物质其外形不易变形。14相互刻藏，出现痕迹者，证明硬度小15氢气与氧气反应，是氢分子、氧分子中的化学键断裂后，一个氧原子与两个氢原子形成氢氧键而生成水分子。16A 解析：决定物质硬度的是物质的组成元素和构成物质的原子间的作用方式及作用强弱。二、课后作业1C 2C 3D 4B 5B 6C 7B 8C 9B10C11B 解析：M(D2O)=22+16=20，M(H2O)=18，在 H2O 分子中含 10 个质子；在 D2O 分子中也含6创新三维学习法，高效学习加速度10 个质子。10g/18(g/mol)10=x/20(g/mol)10，x=11.1g12B13B14A15O，原子结构示意图略16Al，原子、离子结构示意图略。17S:S:218(1)高碳钢(2)低碳钢(3)中碳钢19离子键、共价键、金属键20(1)b、g(2)c、f(3)a(4)d、e21128 gmol 解析：参加反应的 A、B 与生成的 C、D 的质量比为 16：20：32：4=4：5：8：1。8 g A可跟 10 g B 生成 C 和 D 的总质量为 18 g，其中 m(C)=18 ggmol。228=16g。M(C)=16/0.125=1288122.4nx解折：a/x=n/y(y为 x g 气体中的分子数），y=nx/a，再通过物质的量及气体摩尔体积求aNA气体的体积。V=y/NA22.4 Lmol23根据两个事实才能证明：(1)燃烧后生成的产物只有二氧化碳(2)在二氧化碳中碳的质量等于样品（金刚石或石墨）的质量24(1)IBr+H2HI+HBr(2)IBr+H2OHIO+HBr(3)IBr+2NaOH NaIO+NaBr+H2O