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新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题7物质结构与性质课件
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这是一份新高考新教材广西专版2024届高考化学二轮总复习专题7物质结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，专项突破•素能提升，对点演练，第二步逐项分析，sp2，方法技巧，归纳总结，sp3，H2O，晶体密度的计算等内容，欢迎下载使用。
考点一 原子结构 化学用语
考点二 元素周期表 元素周期律
考点三 化学键 分子间作用力
考点四 分子结构与性质
考点五 晶体结构与性质
【考情分析•定向备考】
【要点归纳•夯基提能】
原子在化学变化中改变的是核外电子1.原子或离子中各粒子间的数量关系(1)对于原子:质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数。(2)质量数=质子数+中子数。(3)对于阳离子:质子数=阳离子的核外电子数+阳离子所带正电荷数。(4)对于阴离子:质子数=阴离子的核外电子数-阴离子所带负电荷数。
“同”的是质子数,“不同”的是中子数2.元素、核素、同位素之间的关系
3.基态原子核外电子排布规律两原理一规则(1)能量最低原理。构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。(2)泡利原理。每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋状态必须相反。(3)洪特规则。基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行。
4.表示基态原子核外电子排布的四种方法
微点拨对于20号后的第四周期元素的简化电子排布式容易忽视3d轨道上的电子。
5.规范化学用语中的“1图”“2模型”“8式”
微点拨书写结构简式时,可以省略单键,碳碳双键和碳碳三键不可省略,部分碳氧双键也可省略。
【明确考向•真题演练】
考向1 原子结构真题示例
解析 本题考查核素、同位素、示踪原子、分子稳定性以及质子数、中子数和质量数之间的关系。
1- 2.(2021广东卷)“天问一号”着陆火星,“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学,长征系列运载火箭使用的燃料有液氢和煤油等化学品。下列有关说法正确的是( )。A.煤油是可再生能源B.H2燃烧过程中热能转化为化学能C.火星陨石中的20Ne质量数为20D.月壤中的3He与地球上的3H互为同位素
解析 煤油是化石燃料,为不可再生能源,A项错误;H2燃烧过程中化学能转化为热能,B项错误;20Ne中左上角的20为质量数,C项正确;3He和3H为不同的元素,不互为同位素,D项错误。
A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B.Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C.X和氢元素形成离子化合物D.6Y和7Y互为同素异形体
解析 依据信息“Y在化合物中显+1价”和核反应方程式,可推出元素X、Y分别为B(硼)和Li(锂)。H3BO3属于弱酸,可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液,A项正确。锂单质在空气中燃烧的产物是氧化锂(Li2O),B项错误。B元素和H元素形成的是共价化合物,C项错误。6Li和7Li属于同位素,D项错误。
1- 4.(1)(2021山东卷节选)非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。基态氟原子核外电子的运动状态有 种。 (2)(2021湖南卷节选)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为 。 (3)(2021广东卷节选)基态硫原子的价层电子排布式为 。
(4)(2021河北卷节选)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白。回答下列问题:①在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。 ②原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+ 表示,与之相反的用- 表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为 。
(3)基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,因此基态硫原子的价层电子排布式为3s23p4。
(4)①在KH2PO4四种组成元素各自形成的简单离子中,K+与P3-的核外电子排布相同。
1- 1. 下列化学用语的表示正确的是( )。A.O2和O3互为同位素
解析 O2和O3是由相同元素形成的不同单质,互为同素异形体,A项不符合题意;甲基中的碳原子与三个氢原子形成三个共价键,B项符合题意;基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,其价层电子排布式为3d6,C项不符合题意;根据洪特规则,2p能级上的电子应当分别排布在两个不同的轨道中,且自旋平行,D项不符合题意。
1- 3.(1)钛元素基态原子核外最外层电子的自旋状态 (填“平行”或“相反”)。 (2)钛元素位于元素周期表的 区。 (3)基态Ni原子核外占据最高能层电子的电子云轮廓图的形状为 。 (4)As与N同主族,基态As原子的电子排布式为 。
答案 (1)相反 (2)d (3)球形 (4)1s22s22p63s23p63d104s24p3
解析 (1)钛为22号元素,基态钛原子的电子排布式为[Ar]3d24s2,则基态钛原子的价层电子排布式为3d24s2,原子核外最外层电子数为2,自旋相反。(2)钛是22号元素,基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2 ,价电子最后填入d轨道,故为d区元素(3)Ni的原子序数为28,核外有4个能层,最高能层中电子占据的能级为4s,其电子云形状为球形。(4)As是33号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
考向2 化学用语真题示例
解析 本题主要考查原子结构、化学用语。HClO中心原子为氧原子,A项正确;原子中,质子数+中子数=质量数,即8+10=18,B项正确;NH3中的氮原子为sp3杂化,NH3的VSEPR模型(价层电子对互斥模型)为四面体形,而NH3的分子结构为三角锥形,C项错误;N原子最外层有5个电子,价电子排布图中的电子排布符合泡利原理和洪特规则,D项正确。
方法技巧1.“三步法”判断化学用语的正误。
2.书写电子式的一般思路。
对点演练2- 1.下列化学用语的表达正确的是( )。
2- 2. 下列有关化学用语的表述不正确的是( )。A.氮原子的核外电子的轨道表示式:
2- 3. (1)基态Se原子的核外电子排布式为 ,其能量最高的轨道的电子云形状为 。 (2)基态铜原子的价层电子排布式为 。 (3)Cd与Zn同族且相邻,若基态Cd原子将次外层1个d电子激发进入最外层的np能级,则该激发态原子的价层电子排布式为 。Cd原子中第一电离能相对较大的是 (填“基态”或“激发态”)原子。 (4)基态钛原子的价层电子的轨道表示式为 ,与钛同周期的过渡元素中,基态原子的成对电子数与钛相同的有 种。
答案 (1)[Ar]3d104s24p4 哑铃形 (2)3d104s1 (3)4d95s25p1 基态
解析 (1)Se的原子序数为34,位于第四周期第ⅥA族,基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4,其能量最高的轨道为4p轨道,电子云形状为哑铃形。(2)Cu为29号元素,基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价层电子排布式为3d104s1。(3)Cd与Zn同族且相邻,所以基态Cd原子的价层电子排布式应为4d105s2,基态原子将4d能级的一个电子激发进入5p能级得到激发态原子,所以该激发态原子的价层电子排布式为4d95s25p1;基态原子的能量最低,最稳定,所以基态原子的第一电离能相对较大。(4)Ti是22号元素,位于周期表中第四周期第ⅣB族,价层电子排布式为3d24s2,价层电子的轨道表示式为 。与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中成对电子数与钛相同的有Sc、V、Mn,共计3种。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×)”。(1)电子排布在同一能级的不同轨道时,排满一个轨道排下一个轨道。( )(2)基态Ge原子价层电子排布式为4s24p2。 ( )(3)基态氧原子的未成对电子数比基态氮原子多。( )(4)基态氮原子价层电子的轨道表示式为 。( )
1.原子序数与元素位置的“序数差值”规律(1)同周期相邻主族元素的“序数差值”规律。同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素,其原子序数差分别是:第二、三周期相差1,第四、五周期相差11,第六、七周期相差25。其余同周期相邻元素的原子序数差为1。
(2)同族相邻元素的“序数差值”规律。①第二、三周期的同族元素原子序数相差8。②第三、四周期的同族元素原子序数相差有两种情况:第ⅠA族、第ⅡA族相差8,其他族相差18。③第四、五周期的同族元素原子序数相差18。④第五、六周期的同族元素原子序数镧系之前的相差18,镧系之后的相差32。⑤第六、七周期的同族元素原子序数相差32。
2.通过“三看”比较粒子半径大小在中学化学要求的范围内,可按“三看”规律来比较粒子半径的大小。“一看”电子层数:一般情况下,当电子层数不同时,电子层数越多,半径越大。例如:r(Li)r(Na+)。“二看”核电荷数:当电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小。相同电子层结构的离子半径规律是“序大径小”例如:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)、r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。“三看”核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。例如:r(Cl-)>r(Cl)、r(Fe2+)>r(Fe3+)。
3.元素金属性、非金属性的多方面比较
4.第一电离能、电负性(1)元素第一电离能的周期性变化规律及应用。
(2)电负性大小的判断。
考向1 元素推断与元素的“位”“构”“性”真题示例1- 1.(2022浙江6月选考)X、Y、Z、M、Q五种短周期主族元素,原子序数依次增大。X的核外电子数等于其周期数,YX3分子呈三角锥形,Z的核外电子数等于X、Y核外电子数之和。M与X同主族,Q是同周期中非金属性最强的元素。下列说法正确的是( )。A.X与Z形成的10电子微粒有2种B.Z与Q形成的一种化合物可用于饮用水的消毒C.M2Z与MQ的晶体类型不同D.由X、Y、Z三种元素组成的化合物的水溶液均显酸性
【解题思路】第一步:元素推断由X的核外电子数等于其周期数且YX3分子呈三角锥形可知X为H、Y为N;H、N核外电子数之和为8,则Z为O;由M为短周期主族元素,原子序数大于O且M与H同主族,可知M为Na;Q与Na同周期,由其非金属性在同周期中最强可知Q为Cl。第二步:逐项分析
1- 2.(2023浙江1月选考)X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大。X的2s轨道全充满,Y的s能级电子数量是p能级的两倍,M是地壳中含量最多的元素,Q是纯碱中的一种元素。下列说法不正确的是( )。A.电负性:Z>XB.最高正价:ZY
解析 X的2s轨道全充满,X为Be;Y的s能级电子数量是p能级的两倍,Y为C;M是地壳中含量最多的元素,M为O;X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大,则Z为N;Q是纯碱中的一种元素,则Q为Na。同一周期元素从左至右,电负性逐渐增大,电负性N>Be,A项正确;N最高正价为+5价,O无最高正价,最高正价N>O,B项错误;Na和O形成的过氧化钠中含有非极性共价键,C项正确;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性N>C,硝酸酸性强于碳酸,D项正确。
1- 3.(2020天津卷)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。用表中信息判断下列说法正确的是( )。
A.元素电负性:Z
1- 4.(2021浙江卷)已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如图所示,其中Y的最高化合价为+3价。下列说法不正确的是( )。A.还原性:ZQ2
方法技巧“两步”快速突破元素推断题:
对点演练1- 1. X、Y、Z、W、R是周期表中的短周期主族元素,原子序数依次增大。Y原子的最外层有4个电子,且未成对电子数和W相等,R和X同主族,RX为离子化合物。下列说法正确的是( )。A.简单离子半径:r(R)>r(Z)>r(W)B.元素电负性:Z>W>YC.Y、Z最高价氧化物对应水化物的酸性:Y>ZD.W与R形成的化合物中可能含有共价键
解析 X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的短周期主族元素, R和X同主族,RX为离子化合物,可知X为H,R为Na;Y原子的最外层有4个电子,Y为C,C的核外电子的轨道表示式为 ,有2个未成对电子,W的未成对电子数也为2,W为O,Z为N。Na+、N3-、O2-的核外电子排布相同,核电荷数越大,半径越小,故简单离子半径:r(R)Z>Y,B项错误。N的非金属性大于C的非金属性,非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,故最高价氧化物对应水化物的酸性: Z>Y,C项错误。O和Na组成的Na2O2中既含有离子键又含有共价键,D项正确。
1- 2.(2023广东茂名一模)我国科学家合成了一种深紫外非线性光学晶体新材料ABPF,晶体中阴离子为[M11XY19Z3]3-。元素M、X、Y、Z均为短周期元素,M、Y与Z同周期,M的最外层电子数比次外层电子数多1,Z为电负性最大的元素,Y是地壳中含量最高的元素,X的3p轨道有3个电子。下列说法中不正确的是( )。A.电负性:Y>XB.简单离子半径:Y>ZC.简单气态氢化物的稳定性:X
1- 3. 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。基态X原子核外电子仅占据5个原子轨道且有3个未成对电子,Y在周期表中位于第ⅢA族,Z与X属于同一主族,基态W原子的核外有1个未成对电子。下列说法错误的是( )。A.原子半径:Y>Z>WB.最高价含氧酸的酸性:W>X>ZC.简单氢化物的还原性:X>ZD.X、Y、Z均可与W形成共价化合物
解析 基态X原子核外电子仅占据5个原子轨道且有3个未成对电子,则其核外电子排布式为1s22s22p3,为N元素;Z与X属于同一主族,则Z为P元素;Y在周期表中位于第ⅢA族,且原子序数大于N,则Y为Al元素;基态W原子的核外有1个未成对电子,且原子序数大于P,则W为Cl元素。同周期主族元素自左至右原子半径依次减小,所以半径Al>P>Cl,即Y>Z>W,A项正确。非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,非金属性:Cl(W)>N(X)>P(Z),所以最高价含氧酸的酸性:W>X>Z,B项正确。非金属性越强,单质的氧化性越强,简单氢化物的还原性越弱,非金属性:N(X)>P(Z),则简单氢化物的还原性:Z>X, C项错误。N可以和Cl形成共价化合物NCl3,Al可以和Cl形成共价化合物AlCl3,P可以和Cl形成共价化合物PCl3、PCl5,D项正确。
考向2 元素周期律及其应用真题示例
2- 1.(2022湖南卷)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( )。
A.原子半径:X>Y>ZB.非金属性:Y>X>WC.Z的单质具有较强的还原性D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
【解题思路】第一步:依据物质的结构推断元素
2- 2.(2022广东卷)甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是( )。
A.原子半径:丁>戊>乙B.非金属性:戊>丁>丙C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
解析 根据题干信息,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,在短周期元素中,符合此条件的可以是S或Cl。如果戊为S元素,则甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P元素;如果戊为Cl元素,则甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S元素。但无论戊是什么元素,同周期的主族元素,原子序数越大,半径越小,原子半径丁>戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径戊>乙,则原子半径丁>戊>乙,A项正确,不符合题意;同周期主族元素的原子序数越大,非金属性越强,因此非金属性戊>丁>丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;无论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。
2- 3.(1)(2021山东卷节选)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为 。(2)(2020全国Ⅲ节选)H、B、N中,原子半径最大的是 。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素 的相似。 (3)(2020江苏卷节选)C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
答案 (1)F>O>Cl (2)B Si(硅) (3)N>O>C
解析 (1)O、F、Cl在元素周期表中的位置关系: ,所以电负性F>O、F>Cl,在氧与氯形成的化合物中氧为负价,故电负性O>Cl,所以电负性F>O>Cl。(2)氢元素为第一周期元素,原子半径最小,B、N同为第二周期元素,根据“左大右小”可知,原子半径:B>N,故原子半径最大的为B。B为第二周期第ⅢA族元素,与其处于对角线位置的元素应为第三周期第ⅣA族元素,即硅元素。(3)同周期,从左到右,第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素的第一电离能,第ⅤA族元素的第一电离能大于第ⅥA族元素的第一电离能,因此C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
对点演练2- 1.(2023江苏统考一模)某用于中和胃酸的药物的有效成分为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O。下列说法正确的是( )。A.电离能大小:I1(Al)
2- 2. 某种具有高效率电子传输性能的有机发光材料的结构简式如图所示。下列关于该材料组成元素的说法错误的是( )。A.五种组成元素中有四种元素位于p区且均位于同一周期B.原子半径:Al>C>N>O>HC.气态氢化物的稳定性:H2O>NH3>CH4D.基态N原子核外有7种运动状态不同的电子
解析 由 可知,组成该物质的元素有H、C、N、O和Al,基态H原子的电子排布式为1s1,基态C元素的电子排布式为1s22s22p2,基态N原子的电子排布式为1s22s22p3,基态O原子的电子排布式为1s22s22p4,基态Al原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,则由各元素基态原子的电子排布式可知,H位于第一周期,属于s区,而C、N、O均位于第二周期,均属于p区,Al位于第三周期,属于p区,A项错误。
2- 3. (1)Ti、Cl、O三种元素的电负性由大到小的顺序为 。(2)(NH4)2Cr2O7中N、O、Cr三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (填元素符号)。 (3)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素为 (填元素符号)。
答案 (1)O>Cl>Ti(2)N>O>Cr(3)Mg、Si、S
解析 (2)N的第一电离能大于O,N、O为非金属元素,第一电离能均大于金属元素,所以N、O、Cr三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>Cr。(3)同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能,故第三周期元素的第一电离能介于Al、P之间的元素有Mg、Si、S三种。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)电负性大的元素的非金属性强。( )(2)主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大。( )(3)一般来说,在元素周期表中,同周期主族元素的电负性从左到右越来越大。( )(4)在形成化合物时,电负性越大的元素越容易显示正价。( )
易错警示(1)第一电离能存在“异常”现象,如第ⅡA族、第ⅤA族元素。(2)电负性大的元素原子对共用电子对的吸引能力强,在化合物中显负价。
1.离子键、共价键及金属键的比较
微点拨(1)离子键和金属键均含金属阳离子。(2)离子化合物中的复杂阳离子和阴离子内含共价键。
2.化学键与物质类别的关系
(1)从以上可以看出,离子化合物一定含有离子键,离子键只能存在于离子化合物中。(2)共价键可存在于离子化合物、共价化合物和一些非金属单质中。(3)熔融状态下能导电的化合物是离子化合物,如NaCl。熔融状态下不能导电的化合物是共价化合物,如HCl。
3.σ键与π键的判断方法
4.三种作用力及对物质性质的影响
考向1 化学键类型真题示例
1- 1.(2021湖南卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的原子序数等于W与X的原子序数之和,Z的最外层电子数为K层的一半,W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子。下列说法正确的是( )。A.简单离子半径:Z>X>YB.W与Y能形成含有非极性键的化合物C.X和Y的最简单氢化物的沸点:X>YD.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
解析 首先根据“Z的最外层电子数为K层的一半”可推知满足该条件的短周期元素有钠元素和锂元素,再依据“W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素”可排除锂元素,则Z为钠元素。再依据“W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子”可推知W为氢元素,X为氮元素,二者所形成的18e-分子为肼(N2H4)。最后依据“Y的原子序数等于W与X的原子序数之和”可确定Y为氧元素。Na+、N3-和O2-具有相同的核外电子排布,根据“径小序大”规律可知,离子半径大小顺序为N3->O2->Na+,A项错误;氢和氧可形成H2O2,其结构式为H—O—O—H,其中含有非极性键,B项正确;氮元素、氧元素形成的最简单的氢化物分别为氨气和水,水的沸点高于液氨,C项错误;NH3·H2O由氢、氮、氧三种元素组成,其水溶液呈碱性,D项错误。
1- 2.(2020山东卷)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是( )。A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大π键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面
解析 由题意知,无机苯与苯结构相似,应属于分子晶体,其熔点取决于范德华力,A项错误;分子中所有原子共平面,D项正确;根据价键原理和题干信息,无机苯的结构式为 ,该分子属于平面形分子,分子中N原子和B原子都属于sp2杂化,N形成4个价键,故大π键的电子全部由N原子提供。
1- 3.(2023全国甲)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中p轨道能提供一对电子的N原子是______ (填酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为 ,氮原子提供孤电子对与钴离子形成 键。
解析 酞菁分子中所有原子共平面,所有N原子都采用sp2杂化,则①②号N原子的孤电子对处于sp2杂化轨道,而③号N原子的孤电子对处于未杂化的p轨道。酞菁中③号N原子失氢,则C为+2价。C2+与N原子之间由N原子单方提供孤电子对形成配位键。
1- 4.(2022全国乙节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键。
解析 乙二胺中含氨基,能与水形成分子间氢键,易溶于水,其水溶液显碱性,A项正确;—NH2中含有孤电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力,所以H—C—H键角大于H—N—H键角,B项正确;N的2p轨道为半充满状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第二周期中第一电离能大于C小于N的只有氧元素,C项正确;乙二胺与Cu2+形成的[Cu(H2NCH2CH2NH2)2]2+中,提供孤电子对形成配位键的是N,D项错误。
(4)二氧化钛与COCl2(光气)、SOCl2(二氯亚砜)等氯化试剂反应可用于制取四氯化钛。COCl2的空间结构为 ,COCl2中σ键和π键的数目比为 。 (5)TiCl4可以与胺形成配合物,如[TiCl4(CH3NH2)2]、[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]等。①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中Ti的配位数是 。 ②1 ml H2NCH2CH2NH2中含有的σ键的物质的量为 。 ③配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比,其H—N—H键角 (填“较大”“较小”或“相同”),原因是 。
答案 (1)2(2)①AD ②(3)6 2(4)平面三角形 3∶1(5)①6 ②11 ml ③较大 H2NCH2CH2NH2通过配位键与Ti结合后,原来的孤电子变为成键电子对,对N—H成键电子对的排斥力减小,N—H之间的键角增大
(3)每个配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中,配位体是1个Cl-和5个H2O,中心离子的配位数是6,作为配体的Cl-难以电离出来与Ag+发生反应,故向1 ml该配合物溶液中加入足量AgNO3溶液,可以得到2 ml AgCl沉淀。
(5)①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中,Ti与H2NCH2CH2NH2形成2个配位键,Ti与Cl形成4个配位键,从而得出配位键的数目为6。②1个H2NCH2CH2NH2分子含有11个共价单键,从而得出1 ml H2NCH2CH2NH2中含 11 ml σ键。③游离态H2NCH2CH2NH2中N上均有1个孤电子对,配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中每个N提供一个孤电子对与Ti形成配位键,孤电子对之间的斥力>孤电子与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力,与Ti结合后,孤电子对变成了σ键电子对,排斥力减小,因此N—H之间的夹角会增大。
考向2 化学键、分子间作用力对物质性质的影响真题示例
2- 2.(2020海南卷)下列有关事实的解释正确的是( )。
解析 A项,某些金属盐灼烧呈现不同焰色是因为电子从高能轨道跃迁到低能轨道时释放不同的光,错误;B项,CH4和NH3的中心原子都是sp3杂化,甲烷分子中C上无孤电子对,而NH3中N上有一个孤电子对,错误;C项,H—F的键长比H—Cl的短,H—F的键能大,HF的热稳定性强,正确;D项,SiO2是共价晶体,原子间形成共价键三维骨架结构,而干冰是分子晶体,通过分子间作用力结合,错误。
2- 3.(1)(2020海南卷节选)键能是衡量共价键稳定性的参数之一。 CH3OH键参数中有 种键能数据。CH3OH可以与水以任意比例互溶的原因是 。 (2)(2020山东卷节选)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。 (3)(2020浙江卷节选)①CaCN2是离子化合物,各原子均满足8电子稳定结构,CaCN2的电子式是 。 ②常温下,在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷,原因是 。
答案 (1)3 均为极性分子,还可形成分子间氢键(2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3②乙醇与水之间形成氢键,而氯乙烷与水之间不能形成分子间氢键
解析 (1)CH3OH中存在C—H、C—O、O—H,故CH3OH键参数中有3种键能数据;水与甲醇均具有羟基,彼此可以形成氢键,根据“相似相溶”规律,甲醇可与水以任意比例混溶。(2)NH3、PH3、AsH3的分子组成相似,因NH3分子间存在氢键,AsH3分子间的范德华力大于PH3分子间的范德华力,所以沸点由高到低的顺序是NH3、AsH3、PH3。非金属性N>P>As,故氢化物的还原性AsH3>PH3>NH3。NH3、PH3、AsH3都是三角锥形分子,原子半径NPH3>AsH3。
(3)①CaCN2是离子化合物,则阳离子为Ca2+、阴离子为 ;Ca原子最外层有2个电子,易失去最外层的2个电子达到8电子的稳定结构;N原子最外层有5个电子,易得到3个电子或形成3对共用电子对达到8电子的稳定结构;C原子最外层有4个电子,通常形成4对共用电子对达到8电子的稳定结构;则每个N原子分别得到Ca失去的1个电子、与C原子形成两对共用电子对,Ca、C、N都达到8电子的稳定结构,CaCN2的电子式为②乙醇和氯乙烷都属于极性分子,但乙醇与水分子之间形成氢键,而氯乙烷与水分子间不能形成氢键,故常温下在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷。
对点演练2- 1. 正氰酸(H—O—C≡N)与异氰酸(H—N=C=O)、雷酸(H—O—N≡C)互为同分异构体,均可以与氨水形成相应铵盐。下列说法错误的是( )。A.三种酸的分子均能形成分子间氢键B.正氰酸和雷酸的分子中,氧原子的杂化方式不同C.三种酸的组成元素中,碳的第一电离能最小D.三种酸的铵盐中,只有雷酸铵的阴、阳离子均含有配位键
解析 三种酸中都含有H—N或H—O,则均可形成分子间氢键,A项正确。正氰酸、雷酸中的O都是只形成单键,均采取sp3杂化,B项错误。电离能大小: N>O>C,C与H相比,H原子半径较小且核外只有1个电子,原子核对该电子的吸引作用强,难以失去,则第一电离能H>C,则碳的第一电离能最小,C项正确。铵根离子中有一个配位键,雷酸中N—O之间还有配位键,而其他酸根中的所有原子刚好满足8电子结构,不存在配位键,D项正确。
2- 2. M分子的晶体部分结构如图所示(…表示氢键)。W、X、Y、Z是短周期主族元素,M中含有碳、氮、W、Z四种元素,化合物W2Z能与Y2反应产生Z2,X元素是地壳中含量最高的金属元素。下列说法正确的是( )。A.氢键是一种特殊的化学键B.稳定性:W2Z>WYC.X的氧化物的水化物是强碱D.简单离子半径:Z>Y>X
解析 W、X、Y、Z是短周期主族元素,X元素是地壳中含量最高的金属元素,X为Al;M中含有碳、氮、W、Z四种元素,结合图中氢键结构可知W为H,Z为O;化合物W2Z能与Y2反应产生Z2,可知Y为F。氢键不属于化学键,A项错误。非金属性F大于O,则稳定性:W2ZY>X,D项正确。
2- 3. (1)化合物CH3NH2、CH3CH3常温下均为气体,沸点较高的是 。(2)与砷(As)同主族的N、P两种元素的氢化物水溶液的碱性:NH3 (填“>”或“<”)PH3,原因是 。
答案 (1)CH3NH2(2)> 原子半径NP,NH3更易结合水电离的H+解析 (1)CH3NH2分子中存在N—H,所以分子间存在氢键,沸点较高。(2)原子半径NP,NH3更易结合水电离的H+,所以NH3水溶液的碱性更强。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)分子中一定含有化学键。( )(2)乙炔分子中既有非极性键又有极性键,既有σ键又有π键。( )(3)正四面体结构的分子的键角一定是109°28'。( )(4)水分子间可以形成氢键,所以水的键角大于H2S。( )
易错警示(1)共价键中一定有σ键,但不一定有π键,即π键不能单独存在。(2)正四面体的键角不一定是109°28',如白磷的键角是60°。
1.中心原子杂化轨道数的判断方法杂化轨道数=σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数 以碳原子形成四价键为例(1)看中心原子有没有形成双键或三键。如形成1个三键,则其中有2个π键,用去了2个p轨道,碳原子为sp杂化;如形成1个双键,则其中有1个π键,碳原子为sp2杂化;如果全部是单键,碳原子为sp3杂化。(2)由分子的空间结构结合价层电子对互斥模型(VSEPR模型)判断。没有填充电子的空轨道一般不参与杂化,1个孤电子对占据1个杂化轨道。如NH3分子为三角锥形,且N上有1个孤电子对,即4个杂化轨道各指向四面体的四个顶角,氮原子为sp3杂化。
2.中心原子的价层电子对数、杂化类型与粒子的空间结构
用价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构的思维程序:
3.分子的性质(1)分子极性的判断。
(2)“相似相溶”规律。非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。(3)手性。具有完全相同的组成和原子排列的两种分子,如同左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠,互为手性异构体,有手性异构体的分子叫做手性分子。在有机化合物中,如果一个碳原子以4个单键(σ键)与4个不同的原子(或原子团)连接,该碳原子称为手性碳原子。
考向1 分子的空间结构真题示例
A.所有原子均满足8电子结构B.N原子的杂化方式有2种C.空间结构为四面体形D.常温下不稳定
1- 2. (1)COCl2分子的键角大小比较:∠Cl—C—O (填“>”或“<”) ∠Cl—C—Cl,σ键和π键数目之比为 。 (2)B(C6F5)3分子中所有原子 (填“能”或“不能”)处于同一平面;化合物[Ph3C][B(C6F5)4](Ph为苯基)的阳离子中与苯环相连的碳原子的杂化方式是 ,阴离子中硼原子的杂化方式是 。 (3)某配合物的结构如图所示:其中配位原子为 (填元素符号),阳离子的空间结构为 ,NCS-中碳原子的杂化方式为 。
答案 (1)> 3∶1(2)能 sp2 sp3(3)N 正四面体形 sp(4)16
解析 (1)在COCl2分子中, C原子为sp2杂化,虽然sp2杂化的键角是120°。但C原子与O原子间以C=O结合,该双键对C—Cl的斥力要更大些。所以, ∠O—C—Cl键角要大于∠Cl—C—Cl键角。COCl2分子中有1个C=O和2个C—Cl,所以COCl2分子中σ键的数目为3,π键数目为1,两者的个数之比为3∶1。(2)—C6F5中的碳原子为sp2杂化,11个原子位于同一平面,B也是sp2杂化,通过单键相连,所有原子可以处于同一平面。[Ph3C]+中与苯基相连的是碳正离子,碳原子为sp2杂化,[B(C6F5)4]-中硼原子与3个—C6F5形成共价键,与1个—C6F5形成配位键,硼原子为sp3杂化。
考向2 分子的性质真题示例
答案 (1)D(2)①吡啶分子能与水分子形成分子间氢键 ②吡啶分子和H2O分子均为极性分子,相似相溶,而苯分子为非极性分子
2- 2.(2022湖南卷节选)铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素,且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题:(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药,其结构简式如下:
2- 3.(2021全国乙节选改编)(1)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。 (2)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。
PH3中P的杂化类型是 。NH3的沸点比PH3的 ,原因是 , H2O的键角小于NH3的键角,分析原因: 。
答案 (1)N、O、Cl 6(2)sp3 高 NH3存在分子间氢键 NH3分子中N含有一个孤电子对,而H2O分子中O含有两个孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大解析 (1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中三价铬离子提供空轨道,N、O、Cl提供孤电子对与三价铬离子形成配位键,中心离子的配位数为N、O、Cl三种原子的个数和,即3+2+1=6。(2)PH3中P的价层电子对数为3+1=4,故PH3中P的杂化类型是sp3; N原子电负性较强,NH3分子之间存在分子间氢键,因此NH3的沸点比PH3的高;H2O的键角小于NH3的键角,原因是NH3分子中N含有一个孤电子对,而H2O分子中O含有两个孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大。
2- 4.(2021全国甲节选)(1)太阳能电池板的主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价层电子排布式为 ;单晶硅的晶体类型为 。SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为 。SiCl4可发生水解反应,机理如下:
含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为 (填序号)。 (2)CO2分子中存在 个σ键和 个π键。 (3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。
答案 (1)3s23p2 共价晶体 sp3 ②(2)2 2(3)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能形成分子间氢键,且相同物质的量的条件下水比甲醇中的氢键多
易错警示有关分子结构和性质的5个易错点:(1)误认为分子的稳定性与分子间作用力和氢键有关,其实分子的稳定性与共价键的强弱有关。(2)误认为组成相似的分子,中心原子的杂化类型相同,其实要看其σ键和孤电子对数是否分别相同。如CO2和SO2中心原子的杂化方式不同,CO2分子中C原子是sp杂化,SO2分子中S原子是sp2杂化。
(3)误认为只要含有氢键物质的熔、沸点就高,其实不一定,分子间的氢键会使物质的熔、沸点升高,而分子内氢键一般会使物质的熔、沸点降低。(4)误认为只含有极性键的分子都一定是极性分子,其实不ー定。如CO2、BF3等是非极性分子。(5)误认为杂化轨道构型和分子的空间结构一致,其实不一定。如H2O中氧原子是sp3杂化,杂化轨道构型为四面体形,但由于分子中存在孤电子对,根据价层电子对互斥模型可知,H2O分子的空间结构是V形。
B.S8分子中,原子数与共价键数之比为1∶2C.S8为极性分子,能溶于水等极性溶剂D.S8、S6、S4、S2互为同素异形体,其转化为化学变化
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)CS2为V形极性分子。( )(2)SiF4与 的中心原子均为sp3杂化。( )(3)BF3是三角锥形分子。( )(4)含有极性键的分子一定是极性分子。( )
易错警示(1)分子的空间结构对称,则分子为非极性分子。(2)通常中心原子的价电子全部与相同元素的原子形成共价键,该分子为非极性分子。
1.物质熔、沸点高低的比较规律(1)一般情况下,不同类型晶体的熔、沸点高低规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,如熔、沸点:金刚石>NaCl>Cl2;金属晶体熔、沸点有的很高,如钨、铂等,有的则很低,如汞。 键长短→键能大→熔、沸点高(2)形成共价晶体的原子半径越小、键长越短,则键能越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。(3)一般来说,形成离子晶体的阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点就越高,如熔、沸点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl。(4)一般来说,金属晶体中金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔、沸点就越高,如Al>Mg>Na。
(5)分子晶体的熔、沸点比较规律。①组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:HI>HBr>HCl。②相对分子质量相等的分子,分子极性越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:CO>N2。③互为同分异构体的分子中,支链越少,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。④互为同分异构体的芳香烃及其衍生物,熔、沸点:邻位取代物>间位取代物>对位取代物,如熔、沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
2.晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法
考向1 晶体类型与性质真题示例1- 1.(2022北京卷)由键能数据大小,不能解释下列事实的是( )。
A.稳定性:CH4>SiH4B.键长:C=O晶体硅
解析 键能越大分子越稳定,C—H键能大于Si—H,所以稳定性:CH4>SiH4,故不选A;键能越大,键长越短,C=O键能大于C—O,所以键长:C=O晶体硅,故不选D。
1- 2.(2022浙江1月选考改编)四种晶体的熔点数据如表:
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是 。
答案 CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量较大,所以熔点相差较大解析 先判断晶体类型,结构决定性质,性质体现结构。CF4和SiF4熔点较低,且相差较小,说明它们是结构相似的分子晶体,分子间作用力相差较小;BF3和AlF3熔点相差较大,推测BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量更大,所以AlF3熔点较高。
1- 3.(2022全国乙改编)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y,X为 。解释X的熔点比Y高的原因: 。
答案 CsCl 因为CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体,所以CsCl的熔点高于ICl
易错警示有关晶体结构与性质的易错点:(1)CO2和SiO2尽管有相似的化学组成,但两者物理性质有较大差异,原因是两者的晶体类型不同,固态CO2属于分子晶体,SiO2属于共价晶体,两者不能混淆。(2)离子晶体中不一定都含有金属元素,如NH4Cl晶体是离子晶体;金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体;含有金属离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体中含有金属离子。(3)含阴离子的晶体中一定含有阳离子,但含阳离子的晶体中不一定含阴离子,如金属晶体。(4)误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高,其实不一定,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃。
对点演练1- 1.(2023山东青岛模拟)硫及硫的化合物在生产、生活中有广泛应用。S8和SF6的分子结构如图所示,下列有关叙述正确的是( )。
A.SF6分子呈正八面体形且键角为120°B.SF6的熔点高于SF4的熔点C.S8分子和SF6分子都是极性分子D.S8和SF6中S原子的杂化类型均为sp3杂化
解析 SF6分子中有2种键角:180°和90°,A项错误;SF6、SF4均为分子晶体, SF6的相对分子质量大于SF4,所以SF6的熔点高于SF4的熔点,B项正确;S8分子和SF6分子都是非极性分子,C项错误;S8分子中S原子采用sp3杂化,SF6分子中S原子采用sp3d2杂化,D项错误。
1- 2. 氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹铝材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是( )。A.基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1B.制备AlON的原料NH3中N原子采取sp2杂化C.AlON和水晶的化学键类型相同D.AlON和水晶的晶体类型相同
解析 根据元素周期表位置可知,基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1,A项正确。NH3中N原子采取sp3杂化,B项错误。两者均属于共价晶体,均只含有共价键,C、D项正确。
1- 3. (1)已知室温下TiCl4为无色易溶于乙醇的液体,则TiCl4的晶体类型为 。
(3)铜的熔点高于钾的原因是 。
(4)金属钛是一种新兴的结构材料,其硬度比金属镁和铝大的原因是 。 (5)硼的卤化物的沸点如表所示。解释表中卤化物之间沸点差异的原因: 。
答案 (1)分子晶体(2)阴、阳离子半径大,所带电荷数小,形成的离子键强度小,熔点低(3)铜的价层电子数比钾多,原子半径比钾小,金属键比钾强(4)Ti原子的价层电子数比Mg、Al多,金属键更强(5)BF3、BCl3、BBr3都为分子晶体,且相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,故熔、沸点依次升高
解析 (1)通常低熔点、易溶于有机溶剂的晶体属于分子晶体,则TiCl4的晶体类型为分子晶体。(2)常温下,IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物 为液态而非固态,原因为阴、阳离子半径大,所带电荷数小,形成的离子键强度小,熔点低。
(3)钾元素和铜元素均位于元素周期表的第四周期,单质都是金属晶体,铜原子的价电子数比钾原子多,原子半径比钾原子小,铜晶体中的金属键比钾晶体中的金属键强,一般来说,金属晶体中金属键越强,晶体的熔点越高,则铜的熔点高于钾的熔点。(4)Ti原子的价层电子数比Mg、Al多,金属键更强,所以其硬度比金属镁和铝大。
考向2 晶胞结构及其相关计算真题示例
2- 1.(2023湖南卷改编)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是( )。
A.晶体最简化学式为KCaB6C6B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面D.晶体的密度为
解析 本题考查晶体结构与计算。
2- 2.(2022广东卷改编)我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图a,沿x、y、z轴方向的投影均为图b。
(1)X的化学式为 。 (2)设X的最简式的相对分子质量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
2- 3.(2022湖南卷改编)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
(1)该超导材料的最简化学式为 ; (2)Fe原子的配位数为 ; (3)该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
2- 4.(2022全国甲改编)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是 ;若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为 pm。
2- 5.(2022北京卷改编)FeS2晶体的晶胞形状为立方体,边长为a nm,结构如图所示。
(1)距离Fe2+最近的阴离子有 个。 (2)FeS2的摩尔质量为120 g·ml-1,阿伏加德罗常数为NA。该晶体的密度为 g·cm-3。(1 nm=10-9 m)
解析 (1)以位于面心的Fe2+为例,与其距离最近的阴离子在其上下、左右、前后的位置,共6个。
方法技巧1.有关晶胞计算的思维流程:
2.晶胞中各线段之间的关系:
2- 2.(2023湖南雅礼中学模拟)La和Ni的合金是目前使用最广泛的储氢材料。某La-Ni合金晶胞(图丙)由图甲、图乙两个原子层交替紧密堆积而成。
下列说法不正确的是( )。A.该晶体可表示为LaNi5B.该晶体中1个La原子与18个Ni原子配位(La周围的Ni原子数)C.该晶体的一个晶胞中Ni原子数为12D.通过X射线衍射实验可确定该晶体的结构
2- 3.(1)研究表明,在TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2-aNb,能使TiO2对可见光具有活性,反应如图所示。TiO2-aNb晶体中a= ,b= 。
(2)立方氮化硼硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于金刚石,其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于 晶体,其中硼原子的配位数为 。已知:立方氮化硼密度为d g·cm-3,B原子半径为x pm,N原子半径为y pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶胞中原子的空间利用率为 (空间利用率是指晶体的原子在整个晶体空间中所占的体积百分比。列出化简后的计算式,B的相对原子质量按近似值11计算)。
(3)TiO2的一种晶胞具有典型的四方晶系结构(如图所示),以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置。晶胞中A、B的原子坐标参数为(0.31,0.31,0),(0.81,0.19,0.5)。已知晶胞含对称中心,则C、D原子坐标参数为 、 。该晶胞中B、C两个氧原子之间的核间距d= pm。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”。( )(2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。( )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )(4)离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。( )(5)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。( )
易错警示(1)晶体有规则的外形,但是有规则几何外形的固体不一定是晶体。(2)化学式形式相同的不一定是同类晶体,如CO2和SO2。
【热点专攻】元素推断是高考中常见的一种题型,也是必考的知识点,可以是选择题的形式,也可以是非选择题的形式;有关“位”“构”“性”的互相推断,实质是元素周期表和元素周期律具体应用的体现,主要考查元素化合物的性质、原子半径的比较、元素周期律等内容。
1.元素推断的突破口仔细审读题给信息,根据原子结构、元素周期表的知识及已知元素化合物的性质,可推断元素,判断元素在周期表中的位置等,基本思路如下:
2.元素推断的类型及技巧(1)已知元素原子(离子)的核外电子排布推断元素。
(2)已知单质或化合物的特性推断元素。
(3)已知元素在元素周期表中的位置推断元素。
【题型突破】(2022海南卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X、Y同周期并相邻,Y是组成水的元素之一,Z在同周期主族元素中金属性最强,W原子在同周期主族元素中原子半径最小。下列判断正确的是( )。A.XW3是非极性分子B.简单氢化物沸点:X>YC.Y与Z形成的化合物是离子化合物D.X、Y、Z三种元素组成的化合物水溶液呈酸性
【解题思路】由短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,且Y是组成水的元素之一,故Y为氧元素。X、Y同周期并相邻,故X为氮元素。Z在同周期主族元素中金属性最强,故Z位于第三周期,Z为钠元素。W原子在同周期主族元素中原子半径最小,故W为氯元素。
NCl3分子中正负电荷中心不重合,为极性分子,A项错误;NH3在常温下为气体,H2O在常温下为液体,故简单氢化物的沸点:NH3
解析 元素X的原子最外层电子数是其内层电子数的3倍,则X为O元素;元素W基态原子的3p轨道上有4个电子,则其核外电子排布为[Ne]3s23p4,为S元素;Y是短周期中金属性最强的元素,则为Na元素;Z是地壳中含量最多的金属元素,则为Al元素。一般来说,电子层数越多原子半径越大,电子层数相同时核电荷数越小半径越大,所以原子半径Na>Al>S>O,即r(Y)>r(Z)>r(W)>r(X),A项错误。元素Z、W的最高价氧化物对应的水化物分别为Al(OH)3和H2SO4,两者能发生中和反应,B项正确。金属性Na(Y)>Al(Z),所以NaOH的碱性比Al(OH)3的碱性强,C项错误。非金属性O(X)>S(W),则简单气态氢化物的稳定性H2O>H2S,D项错误。
2.W、X、Y、Z是同周期主族元素,Y的最外层电子数是X次外层电子数的3倍,四种元素与锂组成的盐是一种新型锂离子电池的电解质(结构如图,箭头指向表示共用电子对由W原子提供),下列说法不正确的是( )。A.气态氢化物的稳定性:W>YB.原子半径:X>Z>Y>WC.该物质中含离子键和共价键D.Z有多种单质,且硬度都很大
3. A、B、C、D为原子序数依次增大的短周期主族元素,a、d分别是A、D元素对应的单质,m、n、p、q是由这些元素中的部分元素组成的化合物,气体p常作果实催熟剂,m、n为两种常见的液体。上述物质发生的转化关系如图所示(反应条件已略去)。下列说法错误的是( )。A.原子半径由大到小的顺序为D>B>C>AB.简单氢化物的沸点B
考点一 原子结构 化学用语
考点二 元素周期表 元素周期律
考点三 化学键 分子间作用力
考点四 分子结构与性质
考点五 晶体结构与性质
【考情分析•定向备考】
【要点归纳•夯基提能】
原子在化学变化中改变的是核外电子1.原子或离子中各粒子间的数量关系(1)对于原子:质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数。(2)质量数=质子数+中子数。(3)对于阳离子:质子数=阳离子的核外电子数+阳离子所带正电荷数。(4)对于阴离子:质子数=阴离子的核外电子数-阴离子所带负电荷数。
“同”的是质子数,“不同”的是中子数2.元素、核素、同位素之间的关系
3.基态原子核外电子排布规律两原理一规则(1)能量最低原理。构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低。(2)泡利原理。每个原子轨道最多容纳两个电子且自旋状态必须相反。(3)洪特规则。基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行。
4.表示基态原子核外电子排布的四种方法
微点拨对于20号后的第四周期元素的简化电子排布式容易忽视3d轨道上的电子。
5.规范化学用语中的“1图”“2模型”“8式”
微点拨书写结构简式时,可以省略单键,碳碳双键和碳碳三键不可省略,部分碳氧双键也可省略。
【明确考向•真题演练】
考向1 原子结构真题示例
解析 本题考查核素、同位素、示踪原子、分子稳定性以及质子数、中子数和质量数之间的关系。
1- 2.(2021广东卷)“天问一号”着陆火星,“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学,长征系列运载火箭使用的燃料有液氢和煤油等化学品。下列有关说法正确的是( )。A.煤油是可再生能源B.H2燃烧过程中热能转化为化学能C.火星陨石中的20Ne质量数为20D.月壤中的3He与地球上的3H互为同位素
解析 煤油是化石燃料,为不可再生能源,A项错误;H2燃烧过程中化学能转化为热能,B项错误;20Ne中左上角的20为质量数,C项正确;3He和3H为不同的元素,不互为同位素,D项错误。
A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液B.Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2C.X和氢元素形成离子化合物D.6Y和7Y互为同素异形体
解析 依据信息“Y在化合物中显+1价”和核反应方程式,可推出元素X、Y分别为B(硼)和Li(锂)。H3BO3属于弱酸,可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液,A项正确。锂单质在空气中燃烧的产物是氧化锂(Li2O),B项错误。B元素和H元素形成的是共价化合物,C项错误。6Li和7Li属于同位素,D项错误。
1- 4.(1)(2021山东卷节选)非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。基态氟原子核外电子的运动状态有 种。 (2)(2021湖南卷节选)基态硅原子最外层电子的轨道表示式为 。 (3)(2021广东卷节选)基态硫原子的价层电子排布式为 。
(4)(2021河北卷节选)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白。回答下列问题:①在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。 ②原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+ 表示,与之相反的用- 表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为 。
(3)基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,因此基态硫原子的价层电子排布式为3s23p4。
(4)①在KH2PO4四种组成元素各自形成的简单离子中,K+与P3-的核外电子排布相同。
1- 1. 下列化学用语的表示正确的是( )。A.O2和O3互为同位素
解析 O2和O3是由相同元素形成的不同单质,互为同素异形体,A项不符合题意;甲基中的碳原子与三个氢原子形成三个共价键,B项符合题意;基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6,其价层电子排布式为3d6,C项不符合题意;根据洪特规则,2p能级上的电子应当分别排布在两个不同的轨道中,且自旋平行,D项不符合题意。
1- 3.(1)钛元素基态原子核外最外层电子的自旋状态 (填“平行”或“相反”)。 (2)钛元素位于元素周期表的 区。 (3)基态Ni原子核外占据最高能层电子的电子云轮廓图的形状为 。 (4)As与N同主族,基态As原子的电子排布式为 。
答案 (1)相反 (2)d (3)球形 (4)1s22s22p63s23p63d104s24p3
解析 (1)钛为22号元素,基态钛原子的电子排布式为[Ar]3d24s2,则基态钛原子的价层电子排布式为3d24s2,原子核外最外层电子数为2,自旋相反。(2)钛是22号元素,基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2 ,价电子最后填入d轨道,故为d区元素(3)Ni的原子序数为28,核外有4个能层,最高能层中电子占据的能级为4s,其电子云形状为球形。(4)As是33号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。
考向2 化学用语真题示例
解析 本题主要考查原子结构、化学用语。HClO中心原子为氧原子,A项正确;原子中,质子数+中子数=质量数,即8+10=18,B项正确;NH3中的氮原子为sp3杂化,NH3的VSEPR模型(价层电子对互斥模型)为四面体形,而NH3的分子结构为三角锥形,C项错误;N原子最外层有5个电子,价电子排布图中的电子排布符合泡利原理和洪特规则,D项正确。
方法技巧1.“三步法”判断化学用语的正误。
2.书写电子式的一般思路。
对点演练2- 1.下列化学用语的表达正确的是( )。
2- 2. 下列有关化学用语的表述不正确的是( )。A.氮原子的核外电子的轨道表示式:
2- 3. (1)基态Se原子的核外电子排布式为 ,其能量最高的轨道的电子云形状为 。 (2)基态铜原子的价层电子排布式为 。 (3)Cd与Zn同族且相邻,若基态Cd原子将次外层1个d电子激发进入最外层的np能级,则该激发态原子的价层电子排布式为 。Cd原子中第一电离能相对较大的是 (填“基态”或“激发态”)原子。 (4)基态钛原子的价层电子的轨道表示式为 ,与钛同周期的过渡元素中,基态原子的成对电子数与钛相同的有 种。
答案 (1)[Ar]3d104s24p4 哑铃形 (2)3d104s1 (3)4d95s25p1 基态
解析 (1)Se的原子序数为34,位于第四周期第ⅥA族,基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4,其能量最高的轨道为4p轨道,电子云形状为哑铃形。(2)Cu为29号元素,基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价层电子排布式为3d104s1。(3)Cd与Zn同族且相邻,所以基态Cd原子的价层电子排布式应为4d105s2,基态原子将4d能级的一个电子激发进入5p能级得到激发态原子,所以该激发态原子的价层电子排布式为4d95s25p1;基态原子的能量最低,最稳定,所以基态原子的第一电离能相对较大。(4)Ti是22号元素,位于周期表中第四周期第ⅣB族,价层电子排布式为3d24s2,价层电子的轨道表示式为 。与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中成对电子数与钛相同的有Sc、V、Mn,共计3种。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×)”。(1)电子排布在同一能级的不同轨道时,排满一个轨道排下一个轨道。( )(2)基态Ge原子价层电子排布式为4s24p2。 ( )(3)基态氧原子的未成对电子数比基态氮原子多。( )(4)基态氮原子价层电子的轨道表示式为 。( )
1.原子序数与元素位置的“序数差值”规律(1)同周期相邻主族元素的“序数差值”规律。同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素,其原子序数差分别是:第二、三周期相差1,第四、五周期相差11,第六、七周期相差25。其余同周期相邻元素的原子序数差为1。
(2)同族相邻元素的“序数差值”规律。①第二、三周期的同族元素原子序数相差8。②第三、四周期的同族元素原子序数相差有两种情况:第ⅠA族、第ⅡA族相差8,其他族相差18。③第四、五周期的同族元素原子序数相差18。④第五、六周期的同族元素原子序数镧系之前的相差18,镧系之后的相差32。⑤第六、七周期的同族元素原子序数相差32。
2.通过“三看”比较粒子半径大小在中学化学要求的范围内,可按“三看”规律来比较粒子半径的大小。“一看”电子层数:一般情况下,当电子层数不同时,电子层数越多,半径越大。例如:r(Li)
3.元素金属性、非金属性的多方面比较
4.第一电离能、电负性(1)元素第一电离能的周期性变化规律及应用。
(2)电负性大小的判断。
考向1 元素推断与元素的“位”“构”“性”真题示例1- 1.(2022浙江6月选考)X、Y、Z、M、Q五种短周期主族元素,原子序数依次增大。X的核外电子数等于其周期数,YX3分子呈三角锥形,Z的核外电子数等于X、Y核外电子数之和。M与X同主族,Q是同周期中非金属性最强的元素。下列说法正确的是( )。A.X与Z形成的10电子微粒有2种B.Z与Q形成的一种化合物可用于饮用水的消毒C.M2Z与MQ的晶体类型不同D.由X、Y、Z三种元素组成的化合物的水溶液均显酸性
【解题思路】第一步:元素推断由X的核外电子数等于其周期数且YX3分子呈三角锥形可知X为H、Y为N;H、N核外电子数之和为8,则Z为O;由M为短周期主族元素,原子序数大于O且M与H同主族,可知M为Na;Q与Na同周期,由其非金属性在同周期中最强可知Q为Cl。第二步:逐项分析
1- 2.(2023浙江1月选考)X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大。X的2s轨道全充满,Y的s能级电子数量是p能级的两倍,M是地壳中含量最多的元素,Q是纯碱中的一种元素。下列说法不正确的是( )。A.电负性:Z>XB.最高正价:Z
解析 X的2s轨道全充满,X为Be;Y的s能级电子数量是p能级的两倍,Y为C;M是地壳中含量最多的元素,M为O;X、Y、Z、M、Q五种短周期元素,原子序数依次增大,则Z为N;Q是纯碱中的一种元素,则Q为Na。同一周期元素从左至右,电负性逐渐增大,电负性N>Be,A项正确;N最高正价为+5价,O无最高正价,最高正价N>O,B项错误;Na和O形成的过氧化钠中含有非极性共价键,C项正确;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性N>C,硝酸酸性强于碳酸,D项正确。
1- 3.(2020天津卷)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。用表中信息判断下列说法正确的是( )。
A.元素电负性:Z
1- 4.(2021浙江卷)已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如图所示,其中Y的最高化合价为+3价。下列说法不正确的是( )。A.还原性:ZQ2
方法技巧“两步”快速突破元素推断题:
对点演练1- 1. X、Y、Z、W、R是周期表中的短周期主族元素,原子序数依次增大。Y原子的最外层有4个电子,且未成对电子数和W相等,R和X同主族,RX为离子化合物。下列说法正确的是( )。A.简单离子半径:r(R)>r(Z)>r(W)B.元素电负性:Z>W>YC.Y、Z最高价氧化物对应水化物的酸性:Y>ZD.W与R形成的化合物中可能含有共价键
解析 X、Y、Z、W、R是原子序数依次增大的短周期主族元素, R和X同主族,RX为离子化合物,可知X为H,R为Na;Y原子的最外层有4个电子,Y为C,C的核外电子的轨道表示式为 ,有2个未成对电子,W的未成对电子数也为2,W为O,Z为N。Na+、N3-、O2-的核外电子排布相同,核电荷数越大,半径越小,故简单离子半径:r(R)
1- 2.(2023广东茂名一模)我国科学家合成了一种深紫外非线性光学晶体新材料ABPF,晶体中阴离子为[M11XY19Z3]3-。元素M、X、Y、Z均为短周期元素,M、Y与Z同周期,M的最外层电子数比次外层电子数多1,Z为电负性最大的元素,Y是地壳中含量最高的元素,X的3p轨道有3个电子。下列说法中不正确的是( )。A.电负性:Y>XB.简单离子半径:Y>ZC.简单气态氢化物的稳定性:X
1- 3. 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。基态X原子核外电子仅占据5个原子轨道且有3个未成对电子,Y在周期表中位于第ⅢA族,Z与X属于同一主族,基态W原子的核外有1个未成对电子。下列说法错误的是( )。A.原子半径:Y>Z>WB.最高价含氧酸的酸性:W>X>ZC.简单氢化物的还原性:X>ZD.X、Y、Z均可与W形成共价化合物
解析 基态X原子核外电子仅占据5个原子轨道且有3个未成对电子,则其核外电子排布式为1s22s22p3,为N元素;Z与X属于同一主族,则Z为P元素;Y在周期表中位于第ⅢA族,且原子序数大于N,则Y为Al元素;基态W原子的核外有1个未成对电子,且原子序数大于P,则W为Cl元素。同周期主族元素自左至右原子半径依次减小,所以半径Al>P>Cl,即Y>Z>W,A项正确。非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,非金属性:Cl(W)>N(X)>P(Z),所以最高价含氧酸的酸性:W>X>Z,B项正确。非金属性越强,单质的氧化性越强,简单氢化物的还原性越弱,非金属性:N(X)>P(Z),则简单氢化物的还原性:Z>X, C项错误。N可以和Cl形成共价化合物NCl3,Al可以和Cl形成共价化合物AlCl3,P可以和Cl形成共价化合物PCl3、PCl5,D项正确。
考向2 元素周期律及其应用真题示例
2- 1.(2022湖南卷)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( )。
A.原子半径:X>Y>ZB.非金属性:Y>X>WC.Z的单质具有较强的还原性D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
【解题思路】第一步:依据物质的结构推断元素
2- 2.(2022广东卷)甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是( )。
A.原子半径:丁>戊>乙B.非金属性:戊>丁>丙C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
解析 根据题干信息,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,在短周期元素中,符合此条件的可以是S或Cl。如果戊为S元素,则甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P元素;如果戊为Cl元素,则甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S元素。但无论戊是什么元素,同周期的主族元素,原子序数越大,半径越小,原子半径丁>戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径戊>乙,则原子半径丁>戊>乙,A项正确,不符合题意;同周期主族元素的原子序数越大,非金属性越强,因此非金属性戊>丁>丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;无论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。
2- 3.(1)(2021山东卷节选)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为 。(2)(2020全国Ⅲ节选)H、B、N中,原子半径最大的是 。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素 的相似。 (3)(2020江苏卷节选)C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为 。
答案 (1)F>O>Cl (2)B Si(硅) (3)N>O>C
解析 (1)O、F、Cl在元素周期表中的位置关系: ,所以电负性F>O、F>Cl,在氧与氯形成的化合物中氧为负价,故电负性O>Cl,所以电负性F>O>Cl。(2)氢元素为第一周期元素,原子半径最小,B、N同为第二周期元素,根据“左大右小”可知,原子半径:B>N,故原子半径最大的为B。B为第二周期第ⅢA族元素,与其处于对角线位置的元素应为第三周期第ⅣA族元素,即硅元素。(3)同周期,从左到右,第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素的第一电离能,第ⅤA族元素的第一电离能大于第ⅥA族元素的第一电离能,因此C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
对点演练2- 1.(2023江苏统考一模)某用于中和胃酸的药物的有效成分为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O。下列说法正确的是( )。A.电离能大小:I1(Al)
2- 2. 某种具有高效率电子传输性能的有机发光材料的结构简式如图所示。下列关于该材料组成元素的说法错误的是( )。A.五种组成元素中有四种元素位于p区且均位于同一周期B.原子半径:Al>C>N>O>HC.气态氢化物的稳定性:H2O>NH3>CH4D.基态N原子核外有7种运动状态不同的电子
解析 由 可知,组成该物质的元素有H、C、N、O和Al,基态H原子的电子排布式为1s1,基态C元素的电子排布式为1s22s22p2,基态N原子的电子排布式为1s22s22p3,基态O原子的电子排布式为1s22s22p4,基态Al原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1,则由各元素基态原子的电子排布式可知,H位于第一周期,属于s区,而C、N、O均位于第二周期,均属于p区,Al位于第三周期,属于p区,A项错误。
2- 3. (1)Ti、Cl、O三种元素的电负性由大到小的顺序为 。(2)(NH4)2Cr2O7中N、O、Cr三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (填元素符号)。 (3)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素为 (填元素符号)。
答案 (1)O>Cl>Ti(2)N>O>Cr(3)Mg、Si、S
解析 (2)N的第一电离能大于O,N、O为非金属元素,第一电离能均大于金属元素,所以N、O、Cr三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>Cr。(3)同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能,故第三周期元素的第一电离能介于Al、P之间的元素有Mg、Si、S三种。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)电负性大的元素的非金属性强。( )(2)主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大。( )(3)一般来说,在元素周期表中,同周期主族元素的电负性从左到右越来越大。( )(4)在形成化合物时,电负性越大的元素越容易显示正价。( )
易错警示(1)第一电离能存在“异常”现象,如第ⅡA族、第ⅤA族元素。(2)电负性大的元素原子对共用电子对的吸引能力强,在化合物中显负价。
1.离子键、共价键及金属键的比较
微点拨(1)离子键和金属键均含金属阳离子。(2)离子化合物中的复杂阳离子和阴离子内含共价键。
2.化学键与物质类别的关系
(1)从以上可以看出,离子化合物一定含有离子键,离子键只能存在于离子化合物中。(2)共价键可存在于离子化合物、共价化合物和一些非金属单质中。(3)熔融状态下能导电的化合物是离子化合物,如NaCl。熔融状态下不能导电的化合物是共价化合物,如HCl。
3.σ键与π键的判断方法
4.三种作用力及对物质性质的影响
考向1 化学键类型真题示例
1- 1.(2021湖南卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的原子序数等于W与X的原子序数之和,Z的最外层电子数为K层的一半,W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子。下列说法正确的是( )。A.简单离子半径:Z>X>YB.W与Y能形成含有非极性键的化合物C.X和Y的最简单氢化物的沸点:X>YD.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
解析 首先根据“Z的最外层电子数为K层的一半”可推知满足该条件的短周期元素有钠元素和锂元素,再依据“W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素”可排除锂元素,则Z为钠元素。再依据“W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子”可推知W为氢元素,X为氮元素,二者所形成的18e-分子为肼(N2H4)。最后依据“Y的原子序数等于W与X的原子序数之和”可确定Y为氧元素。Na+、N3-和O2-具有相同的核外电子排布,根据“径小序大”规律可知,离子半径大小顺序为N3->O2->Na+,A项错误;氢和氧可形成H2O2,其结构式为H—O—O—H,其中含有非极性键,B项正确;氮元素、氧元素形成的最简单的氢化物分别为氨气和水,水的沸点高于液氨,C项错误;NH3·H2O由氢、氮、氧三种元素组成,其水溶液呈碱性,D项错误。
1- 2.(2020山东卷)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是( )。A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大π键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面
解析 由题意知,无机苯与苯结构相似,应属于分子晶体,其熔点取决于范德华力,A项错误;分子中所有原子共平面,D项正确;根据价键原理和题干信息,无机苯的结构式为 ,该分子属于平面形分子,分子中N原子和B原子都属于sp2杂化,N形成4个价键,故大π键的电子全部由N原子提供。
1- 3.(2023全国甲)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中p轨道能提供一对电子的N原子是______ (填酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为 ,氮原子提供孤电子对与钴离子形成 键。
解析 酞菁分子中所有原子共平面,所有N原子都采用sp2杂化,则①②号N原子的孤电子对处于sp2杂化轨道,而③号N原子的孤电子对处于未杂化的p轨道。酞菁中③号N原子失氢,则C为+2价。C2+与N原子之间由N原子单方提供孤电子对形成配位键。
1- 4.(2022全国乙节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键。
解析 乙二胺中含氨基,能与水形成分子间氢键,易溶于水,其水溶液显碱性,A项正确;—NH2中含有孤电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对与成键电子对之间的排斥力,所以H—C—H键角大于H—N—H键角,B项正确;N的2p轨道为半充满状态,第一电离能大于同周期相邻元素,第二周期中第一电离能大于C小于N的只有氧元素,C项正确;乙二胺与Cu2+形成的[Cu(H2NCH2CH2NH2)2]2+中,提供孤电子对形成配位键的是N,D项错误。
(4)二氧化钛与COCl2(光气)、SOCl2(二氯亚砜)等氯化试剂反应可用于制取四氯化钛。COCl2的空间结构为 ,COCl2中σ键和π键的数目比为 。 (5)TiCl4可以与胺形成配合物,如[TiCl4(CH3NH2)2]、[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]等。①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中Ti的配位数是 。 ②1 ml H2NCH2CH2NH2中含有的σ键的物质的量为 。 ③配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比,其H—N—H键角 (填“较大”“较小”或“相同”),原因是 。
答案 (1)2(2)①AD ②(3)6 2(4)平面三角形 3∶1(5)①6 ②11 ml ③较大 H2NCH2CH2NH2通过配位键与Ti结合后,原来的孤电子变为成键电子对,对N—H成键电子对的排斥力减小,N—H之间的键角增大
(3)每个配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中,配位体是1个Cl-和5个H2O,中心离子的配位数是6,作为配体的Cl-难以电离出来与Ag+发生反应,故向1 ml该配合物溶液中加入足量AgNO3溶液,可以得到2 ml AgCl沉淀。
(5)①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中,Ti与H2NCH2CH2NH2形成2个配位键,Ti与Cl形成4个配位键,从而得出配位键的数目为6。②1个H2NCH2CH2NH2分子含有11个共价单键,从而得出1 ml H2NCH2CH2NH2中含 11 ml σ键。③游离态H2NCH2CH2NH2中N上均有1个孤电子对,配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中每个N提供一个孤电子对与Ti形成配位键,孤电子对之间的斥力>孤电子与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力,与Ti结合后,孤电子对变成了σ键电子对,排斥力减小,因此N—H之间的夹角会增大。
考向2 化学键、分子间作用力对物质性质的影响真题示例
2- 2.(2020海南卷)下列有关事实的解释正确的是( )。
解析 A项,某些金属盐灼烧呈现不同焰色是因为电子从高能轨道跃迁到低能轨道时释放不同的光,错误;B项,CH4和NH3的中心原子都是sp3杂化,甲烷分子中C上无孤电子对,而NH3中N上有一个孤电子对,错误;C项,H—F的键长比H—Cl的短,H—F的键能大,HF的热稳定性强,正确;D项,SiO2是共价晶体,原子间形成共价键三维骨架结构,而干冰是分子晶体,通过分子间作用力结合,错误。
2- 3.(1)(2020海南卷节选)键能是衡量共价键稳定性的参数之一。 CH3OH键参数中有 种键能数据。CH3OH可以与水以任意比例互溶的原因是 。 (2)(2020山东卷节选)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。 (3)(2020浙江卷节选)①CaCN2是离子化合物,各原子均满足8电子稳定结构,CaCN2的电子式是 。 ②常温下,在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷,原因是 。
答案 (1)3 均为极性分子,还可形成分子间氢键(2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3②乙醇与水之间形成氢键,而氯乙烷与水之间不能形成分子间氢键
解析 (1)CH3OH中存在C—H、C—O、O—H,故CH3OH键参数中有3种键能数据;水与甲醇均具有羟基,彼此可以形成氢键,根据“相似相溶”规律,甲醇可与水以任意比例混溶。(2)NH3、PH3、AsH3的分子组成相似,因NH3分子间存在氢键,AsH3分子间的范德华力大于PH3分子间的范德华力,所以沸点由高到低的顺序是NH3、AsH3、PH3。非金属性N>P>As,故氢化物的还原性AsH3>PH3>NH3。NH3、PH3、AsH3都是三角锥形分子,原子半径N
(3)①CaCN2是离子化合物,则阳离子为Ca2+、阴离子为 ;Ca原子最外层有2个电子,易失去最外层的2个电子达到8电子的稳定结构;N原子最外层有5个电子,易得到3个电子或形成3对共用电子对达到8电子的稳定结构;C原子最外层有4个电子,通常形成4对共用电子对达到8电子的稳定结构;则每个N原子分别得到Ca失去的1个电子、与C原子形成两对共用电子对,Ca、C、N都达到8电子的稳定结构,CaCN2的电子式为②乙醇和氯乙烷都属于极性分子,但乙醇与水分子之间形成氢键,而氯乙烷与水分子间不能形成氢键,故常温下在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷。
对点演练2- 1. 正氰酸(H—O—C≡N)与异氰酸(H—N=C=O)、雷酸(H—O—N≡C)互为同分异构体,均可以与氨水形成相应铵盐。下列说法错误的是( )。A.三种酸的分子均能形成分子间氢键B.正氰酸和雷酸的分子中,氧原子的杂化方式不同C.三种酸的组成元素中,碳的第一电离能最小D.三种酸的铵盐中,只有雷酸铵的阴、阳离子均含有配位键
解析 三种酸中都含有H—N或H—O,则均可形成分子间氢键,A项正确。正氰酸、雷酸中的O都是只形成单键,均采取sp3杂化,B项错误。电离能大小: N>O>C,C与H相比,H原子半径较小且核外只有1个电子,原子核对该电子的吸引作用强,难以失去,则第一电离能H>C,则碳的第一电离能最小,C项正确。铵根离子中有一个配位键,雷酸中N—O之间还有配位键,而其他酸根中的所有原子刚好满足8电子结构,不存在配位键,D项正确。
2- 2. M分子的晶体部分结构如图所示(…表示氢键)。W、X、Y、Z是短周期主族元素,M中含有碳、氮、W、Z四种元素,化合物W2Z能与Y2反应产生Z2,X元素是地壳中含量最高的金属元素。下列说法正确的是( )。A.氢键是一种特殊的化学键B.稳定性:W2Z>WYC.X的氧化物的水化物是强碱D.简单离子半径:Z>Y>X
解析 W、X、Y、Z是短周期主族元素,X元素是地壳中含量最高的金属元素,X为Al;M中含有碳、氮、W、Z四种元素,结合图中氢键结构可知W为H,Z为O;化合物W2Z能与Y2反应产生Z2,可知Y为F。氢键不属于化学键,A项错误。非金属性F大于O,则稳定性:W2Z
2- 3. (1)化合物CH3NH2、CH3CH3常温下均为气体,沸点较高的是 。(2)与砷(As)同主族的N、P两种元素的氢化物水溶液的碱性:NH3 (填“>”或“<”)PH3,原因是 。
答案 (1)CH3NH2(2)> 原子半径N
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)分子中一定含有化学键。( )(2)乙炔分子中既有非极性键又有极性键,既有σ键又有π键。( )(3)正四面体结构的分子的键角一定是109°28'。( )(4)水分子间可以形成氢键,所以水的键角大于H2S。( )
易错警示(1)共价键中一定有σ键,但不一定有π键,即π键不能单独存在。(2)正四面体的键角不一定是109°28',如白磷的键角是60°。
1.中心原子杂化轨道数的判断方法杂化轨道数=σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数 以碳原子形成四价键为例(1)看中心原子有没有形成双键或三键。如形成1个三键,则其中有2个π键,用去了2个p轨道,碳原子为sp杂化;如形成1个双键,则其中有1个π键,碳原子为sp2杂化;如果全部是单键,碳原子为sp3杂化。(2)由分子的空间结构结合价层电子对互斥模型(VSEPR模型)判断。没有填充电子的空轨道一般不参与杂化,1个孤电子对占据1个杂化轨道。如NH3分子为三角锥形,且N上有1个孤电子对,即4个杂化轨道各指向四面体的四个顶角,氮原子为sp3杂化。
2.中心原子的价层电子对数、杂化类型与粒子的空间结构
用价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构的思维程序:
3.分子的性质(1)分子极性的判断。
(2)“相似相溶”规律。非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。(3)手性。具有完全相同的组成和原子排列的两种分子,如同左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠,互为手性异构体,有手性异构体的分子叫做手性分子。在有机化合物中,如果一个碳原子以4个单键(σ键)与4个不同的原子(或原子团)连接,该碳原子称为手性碳原子。
考向1 分子的空间结构真题示例
A.所有原子均满足8电子结构B.N原子的杂化方式有2种C.空间结构为四面体形D.常温下不稳定
1- 2. (1)COCl2分子的键角大小比较:∠Cl—C—O (填“>”或“<”) ∠Cl—C—Cl,σ键和π键数目之比为 。 (2)B(C6F5)3分子中所有原子 (填“能”或“不能”)处于同一平面;化合物[Ph3C][B(C6F5)4](Ph为苯基)的阳离子中与苯环相连的碳原子的杂化方式是 ,阴离子中硼原子的杂化方式是 。 (3)某配合物的结构如图所示:其中配位原子为 (填元素符号),阳离子的空间结构为 ,NCS-中碳原子的杂化方式为 。
答案 (1)> 3∶1(2)能 sp2 sp3(3)N 正四面体形 sp(4)16
解析 (1)在COCl2分子中, C原子为sp2杂化,虽然sp2杂化的键角是120°。但C原子与O原子间以C=O结合,该双键对C—Cl的斥力要更大些。所以, ∠O—C—Cl键角要大于∠Cl—C—Cl键角。COCl2分子中有1个C=O和2个C—Cl,所以COCl2分子中σ键的数目为3,π键数目为1,两者的个数之比为3∶1。(2)—C6F5中的碳原子为sp2杂化,11个原子位于同一平面,B也是sp2杂化,通过单键相连,所有原子可以处于同一平面。[Ph3C]+中与苯基相连的是碳正离子,碳原子为sp2杂化,[B(C6F5)4]-中硼原子与3个—C6F5形成共价键,与1个—C6F5形成配位键,硼原子为sp3杂化。
考向2 分子的性质真题示例
答案 (1)D(2)①吡啶分子能与水分子形成分子间氢键 ②吡啶分子和H2O分子均为极性分子,相似相溶,而苯分子为非极性分子
2- 2.(2022湖南卷节选)铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素,且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题:(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药,其结构简式如下:
2- 3.(2021全国乙节选改编)(1)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。 (2)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。
PH3中P的杂化类型是 。NH3的沸点比PH3的 ,原因是 , H2O的键角小于NH3的键角,分析原因: 。
答案 (1)N、O、Cl 6(2)sp3 高 NH3存在分子间氢键 NH3分子中N含有一个孤电子对,而H2O分子中O含有两个孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大解析 (1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中三价铬离子提供空轨道,N、O、Cl提供孤电子对与三价铬离子形成配位键,中心离子的配位数为N、O、Cl三种原子的个数和,即3+2+1=6。(2)PH3中P的价层电子对数为3+1=4,故PH3中P的杂化类型是sp3; N原子电负性较强,NH3分子之间存在分子间氢键,因此NH3的沸点比PH3的高;H2O的键角小于NH3的键角,原因是NH3分子中N含有一个孤电子对,而H2O分子中O含有两个孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大。
2- 4.(2021全国甲节选)(1)太阳能电池板的主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价层电子排布式为 ;单晶硅的晶体类型为 。SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为 。SiCl4可发生水解反应,机理如下:
含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为 (填序号)。 (2)CO2分子中存在 个σ键和 个π键。 (3)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。
答案 (1)3s23p2 共价晶体 sp3 ②(2)2 2(3)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能形成分子间氢键,且相同物质的量的条件下水比甲醇中的氢键多
易错警示有关分子结构和性质的5个易错点:(1)误认为分子的稳定性与分子间作用力和氢键有关,其实分子的稳定性与共价键的强弱有关。(2)误认为组成相似的分子,中心原子的杂化类型相同,其实要看其σ键和孤电子对数是否分别相同。如CO2和SO2中心原子的杂化方式不同,CO2分子中C原子是sp杂化,SO2分子中S原子是sp2杂化。
(3)误认为只要含有氢键物质的熔、沸点就高,其实不一定,分子间的氢键会使物质的熔、沸点升高,而分子内氢键一般会使物质的熔、沸点降低。(4)误认为只含有极性键的分子都一定是极性分子,其实不ー定。如CO2、BF3等是非极性分子。(5)误认为杂化轨道构型和分子的空间结构一致,其实不一定。如H2O中氧原子是sp3杂化,杂化轨道构型为四面体形,但由于分子中存在孤电子对,根据价层电子对互斥模型可知,H2O分子的空间结构是V形。
B.S8分子中,原子数与共价键数之比为1∶2C.S8为极性分子,能溶于水等极性溶剂D.S8、S6、S4、S2互为同素异形体,其转化为化学变化
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)CS2为V形极性分子。( )(2)SiF4与 的中心原子均为sp3杂化。( )(3)BF3是三角锥形分子。( )(4)含有极性键的分子一定是极性分子。( )
易错警示(1)分子的空间结构对称,则分子为非极性分子。(2)通常中心原子的价电子全部与相同元素的原子形成共价键,该分子为非极性分子。
1.物质熔、沸点高低的比较规律(1)一般情况下,不同类型晶体的熔、沸点高低规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,如熔、沸点:金刚石>NaCl>Cl2;金属晶体熔、沸点有的很高,如钨、铂等,有的则很低,如汞。 键长短→键能大→熔、沸点高(2)形成共价晶体的原子半径越小、键长越短,则键能越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。(3)一般来说,形成离子晶体的阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点就越高,如熔、沸点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl。(4)一般来说,金属晶体中金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔、沸点就越高,如Al>Mg>Na。
(5)分子晶体的熔、沸点比较规律。①组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:HI>HBr>HCl。②相对分子质量相等的分子,分子极性越大,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:CO>N2。③互为同分异构体的分子中,支链越少,其熔、沸点就越高,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。④互为同分异构体的芳香烃及其衍生物,熔、沸点:邻位取代物>间位取代物>对位取代物,如熔、沸点:邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
2.晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法
考向1 晶体类型与性质真题示例1- 1.(2022北京卷)由键能数据大小,不能解释下列事实的是( )。
A.稳定性:CH4>SiH4B.键长:C=O
解析 键能越大分子越稳定,C—H键能大于Si—H,所以稳定性:CH4>SiH4,故不选A;键能越大,键长越短,C=O键能大于C—O,所以键长:C=O
1- 2.(2022浙江1月选考改编)四种晶体的熔点数据如表:
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是 。
答案 CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量较大,所以熔点相差较大解析 先判断晶体类型,结构决定性质,性质体现结构。CF4和SiF4熔点较低,且相差较小,说明它们是结构相似的分子晶体,分子间作用力相差较小;BF3和AlF3熔点相差较大,推测BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量更大,所以AlF3熔点较高。
1- 3.(2022全国乙改编)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y,X为 。解释X的熔点比Y高的原因: 。
答案 CsCl 因为CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体,所以CsCl的熔点高于ICl
易错警示有关晶体结构与性质的易错点:(1)CO2和SiO2尽管有相似的化学组成,但两者物理性质有较大差异,原因是两者的晶体类型不同,固态CO2属于分子晶体,SiO2属于共价晶体,两者不能混淆。(2)离子晶体中不一定都含有金属元素,如NH4Cl晶体是离子晶体;金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体;含有金属离子的晶体不一定是离子晶体,如金属晶体中含有金属离子。(3)含阴离子的晶体中一定含有阳离子,但含阳离子的晶体中不一定含阴离子,如金属晶体。(4)误认为金属晶体的熔点比分子晶体的熔点高,其实不一定,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃。
对点演练1- 1.(2023山东青岛模拟)硫及硫的化合物在生产、生活中有广泛应用。S8和SF6的分子结构如图所示,下列有关叙述正确的是( )。
A.SF6分子呈正八面体形且键角为120°B.SF6的熔点高于SF4的熔点C.S8分子和SF6分子都是极性分子D.S8和SF6中S原子的杂化类型均为sp3杂化
解析 SF6分子中有2种键角:180°和90°,A项错误;SF6、SF4均为分子晶体, SF6的相对分子质量大于SF4,所以SF6的熔点高于SF4的熔点,B项正确;S8分子和SF6分子都是非极性分子,C项错误;S8分子中S原子采用sp3杂化,SF6分子中S原子采用sp3d2杂化,D项错误。
1- 2. 氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹铝材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是( )。A.基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1B.制备AlON的原料NH3中N原子采取sp2杂化C.AlON和水晶的化学键类型相同D.AlON和水晶的晶体类型相同
解析 根据元素周期表位置可知,基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1,A项正确。NH3中N原子采取sp3杂化,B项错误。两者均属于共价晶体,均只含有共价键,C、D项正确。
1- 3. (1)已知室温下TiCl4为无色易溶于乙醇的液体,则TiCl4的晶体类型为 。
(3)铜的熔点高于钾的原因是 。
(4)金属钛是一种新兴的结构材料,其硬度比金属镁和铝大的原因是 。 (5)硼的卤化物的沸点如表所示。解释表中卤化物之间沸点差异的原因: 。
答案 (1)分子晶体(2)阴、阳离子半径大,所带电荷数小,形成的离子键强度小,熔点低(3)铜的价层电子数比钾多,原子半径比钾小,金属键比钾强(4)Ti原子的价层电子数比Mg、Al多,金属键更强(5)BF3、BCl3、BBr3都为分子晶体,且相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,故熔、沸点依次升高
解析 (1)通常低熔点、易溶于有机溶剂的晶体属于分子晶体,则TiCl4的晶体类型为分子晶体。(2)常温下,IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物 为液态而非固态,原因为阴、阳离子半径大,所带电荷数小,形成的离子键强度小,熔点低。
(3)钾元素和铜元素均位于元素周期表的第四周期,单质都是金属晶体,铜原子的价电子数比钾原子多,原子半径比钾原子小,铜晶体中的金属键比钾晶体中的金属键强,一般来说,金属晶体中金属键越强,晶体的熔点越高,则铜的熔点高于钾的熔点。(4)Ti原子的价层电子数比Mg、Al多,金属键更强,所以其硬度比金属镁和铝大。
考向2 晶胞结构及其相关计算真题示例
2- 1.(2023湖南卷改编)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是( )。
A.晶体最简化学式为KCaB6C6B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面D.晶体的密度为
解析 本题考查晶体结构与计算。
2- 2.(2022广东卷改编)我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图a,沿x、y、z轴方向的投影均为图b。
(1)X的化学式为 。 (2)设X的最简式的相对分子质量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为 nm(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
2- 3.(2022湖南卷改编)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
(1)该超导材料的最简化学式为 ; (2)Fe原子的配位数为 ; (3)该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
2- 4.(2022全国甲改编)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是 ;若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为 pm。
2- 5.(2022北京卷改编)FeS2晶体的晶胞形状为立方体,边长为a nm,结构如图所示。
(1)距离Fe2+最近的阴离子有 个。 (2)FeS2的摩尔质量为120 g·ml-1,阿伏加德罗常数为NA。该晶体的密度为 g·cm-3。(1 nm=10-9 m)
解析 (1)以位于面心的Fe2+为例,与其距离最近的阴离子在其上下、左右、前后的位置,共6个。
方法技巧1.有关晶胞计算的思维流程:
2.晶胞中各线段之间的关系:
2- 2.(2023湖南雅礼中学模拟)La和Ni的合金是目前使用最广泛的储氢材料。某La-Ni合金晶胞(图丙)由图甲、图乙两个原子层交替紧密堆积而成。
下列说法不正确的是( )。A.该晶体可表示为LaNi5B.该晶体中1个La原子与18个Ni原子配位(La周围的Ni原子数)C.该晶体的一个晶胞中Ni原子数为12D.通过X射线衍射实验可确定该晶体的结构
2- 3.(1)研究表明,在TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2-aNb,能使TiO2对可见光具有活性,反应如图所示。TiO2-aNb晶体中a= ,b= 。
(2)立方氮化硼硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于金刚石,其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于 晶体,其中硼原子的配位数为 。已知:立方氮化硼密度为d g·cm-3,B原子半径为x pm,N原子半径为y pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶胞中原子的空间利用率为 (空间利用率是指晶体的原子在整个晶体空间中所占的体积百分比。列出化简后的计算式,B的相对原子质量按近似值11计算)。
(3)TiO2的一种晶胞具有典型的四方晶系结构(如图所示),以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置。晶胞中A、B的原子坐标参数为(0.31,0.31,0),(0.81,0.19,0.5)。已知晶胞含对称中心,则C、D原子坐标参数为 、 。该晶胞中B、C两个氧原子之间的核间距d= pm。
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)晶胞是晶体中的最小的“平行六面体”。( )(2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。( )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )(4)离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。( )(5)共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。( )
易错警示(1)晶体有规则的外形,但是有规则几何外形的固体不一定是晶体。(2)化学式形式相同的不一定是同类晶体,如CO2和SO2。
【热点专攻】元素推断是高考中常见的一种题型,也是必考的知识点,可以是选择题的形式,也可以是非选择题的形式;有关“位”“构”“性”的互相推断,实质是元素周期表和元素周期律具体应用的体现,主要考查元素化合物的性质、原子半径的比较、元素周期律等内容。
1.元素推断的突破口仔细审读题给信息,根据原子结构、元素周期表的知识及已知元素化合物的性质,可推断元素,判断元素在周期表中的位置等,基本思路如下:
2.元素推断的类型及技巧(1)已知元素原子(离子)的核外电子排布推断元素。
(2)已知单质或化合物的特性推断元素。
(3)已知元素在元素周期表中的位置推断元素。
【题型突破】(2022海南卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X、Y同周期并相邻,Y是组成水的元素之一,Z在同周期主族元素中金属性最强,W原子在同周期主族元素中原子半径最小。下列判断正确的是( )。A.XW3是非极性分子B.简单氢化物沸点:X>YC.Y与Z形成的化合物是离子化合物D.X、Y、Z三种元素组成的化合物水溶液呈酸性
【解题思路】由短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,且Y是组成水的元素之一,故Y为氧元素。X、Y同周期并相邻,故X为氮元素。Z在同周期主族元素中金属性最强,故Z位于第三周期,Z为钠元素。W原子在同周期主族元素中原子半径最小,故W为氯元素。
NCl3分子中正负电荷中心不重合,为极性分子,A项错误;NH3在常温下为气体,H2O在常温下为液体,故简单氢化物的沸点:NH3
解析 元素X的原子最外层电子数是其内层电子数的3倍,则X为O元素;元素W基态原子的3p轨道上有4个电子,则其核外电子排布为[Ne]3s23p4,为S元素;Y是短周期中金属性最强的元素,则为Na元素;Z是地壳中含量最多的金属元素,则为Al元素。一般来说,电子层数越多原子半径越大,电子层数相同时核电荷数越小半径越大,所以原子半径Na>Al>S>O,即r(Y)>r(Z)>r(W)>r(X),A项错误。元素Z、W的最高价氧化物对应的水化物分别为Al(OH)3和H2SO4,两者能发生中和反应,B项正确。金属性Na(Y)>Al(Z),所以NaOH的碱性比Al(OH)3的碱性强,C项错误。非金属性O(X)>S(W),则简单气态氢化物的稳定性H2O>H2S,D项错误。
2.W、X、Y、Z是同周期主族元素,Y的最外层电子数是X次外层电子数的3倍,四种元素与锂组成的盐是一种新型锂离子电池的电解质(结构如图,箭头指向表示共用电子对由W原子提供),下列说法不正确的是( )。A.气态氢化物的稳定性:W>YB.原子半径:X>Z>Y>WC.该物质中含离子键和共价键D.Z有多种单质,且硬度都很大
3. A、B、C、D为原子序数依次增大的短周期主族元素,a、d分别是A、D元素对应的单质,m、n、p、q是由这些元素中的部分元素组成的化合物,气体p常作果实催熟剂,m、n为两种常见的液体。上述物质发生的转化关系如图所示(反应条件已略去)。下列说法错误的是( )。A.原子半径由大到小的顺序为D>B>C>AB.简单氢化物的沸点B
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