2023届高考二轮总复习课件 化学（适用于湖南、河北） 专题五　物质结构与性质

专题五物质结构与性质第一编2023内容索引01核心考点聚焦专项热考突破02[专题体系构建]核心考点聚焦考点1原子结构和核外电子排布[核心回顾]1.明确微粒间“三个”数量关系中性原子:核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数阴离子:核外电子数=质子数+所带的电荷数阳离子:核外电子数=质子数-所带的电荷数微点拨:阴、阳离子电子层结构相同时,阴离子对应元素处于上一周期,阳离子对应元素处于下一周期。2.明确基态原子核外电子排布的四种方法

3.理解基态原子(或离子)核外电子排布的三原则书写轨道表示式时,要先考虑洪特规则,后考虑泡利原理(1)泡利原理①在一个原子轨道中,最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反;②根据泡利原理,同一个原子中没有运动状态完全相同的电子;③原子中不同运动状态的电子种类=原子核外电子总数。(2)洪特规则①基态原子中,填入兼并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行;②兼并轨道也叫等价轨道,是指能量相同的原子轨道;③多电子原子中同一能级的原子轨道能量相同,如2px、2py、2pz等。(3)能量最低原理①在构建基态原子时,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“能量最低的原子轨道”指的是电子填入后使整个原子能量达到最低的轨道;③“能量最低原理”就是电子在原子轨道上的分布要使整个原子的能量最低;④整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子状态三个因素共同决定,比较复杂。[命题角度]角度1基态原子(或离子)的核外电子排布【典例】

(1)(2022湖南卷,18节选)基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]

。

(2)(2022全国甲卷,35节选)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为

。

(3)(2022全国乙卷,35节选)氟原子激发态的电子排布式有

,其中能量较高的是

(填字母)。

a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2c.1s22s12p5d.1s22s22p33p2(4)[2021福建卷,14节选]基态碳原子的成对电子数与未成对电子数之比为

。

3d104s24p4

add2∶1角度拓展1.(2022河北唐山模拟)基态镓的核外电子占据的最高能层符号为

,能量最高的电子占据的原子轨道电子云轮廓为

形。

2.(2022湖南长沙模拟)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布式相同的是

(填离子符号)。

3.(2022辽宁本溪模拟)基态Ni2+核外电子排布式为

;同周期中,与基态Ni具有相同未成对电子数的元素有

(填元素符号)。

N哑铃

K+、P3-[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)

Ti、Ge、Se4.(2022山东济宁模拟)基态钛原子的px原子轨道上的电子数为

。

5.基态铜原子的价层电子排布式为

。

6.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。

7.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。

43d104s14d95s25p1基态

3角度2基态原子(或离子)核外电子的运动状态【典例】

(1)(2021山东卷,16节选)基态F原子核外电子的运动状态有

种。

(2)(2021河北卷,17节选)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

。

9角度拓展1.(2022山东滨州模拟)基态碳原子核外电子的运动状态有

种,核外电子的空间运动状态有

种。

2.(2022湖北咸宁模拟)在元素周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是

,该元素基态原子核外M层电子的自旋状态

(填“相同”或“相反”)。

3.(2022辽宁铁岭模拟)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用

形象化描述。在基态

原子中,核外存在

对自旋相反的电子。

64Mg

相反电子云3考点2元素周期表和元素周期律[核心回顾]1.熟悉元素周期表的结构及分区2.掌握元素的金属性和非金属性强弱的判断方法

3.熟记同周期(主族)元素原子结构和元素性质的变化规律

类型同周期(左→右)同主族(上→下)原子结构核电荷数逐渐增大逐渐增大电子层数相同逐渐增多原子半径逐渐减小逐渐增大离子半径阳离子逐渐减小,阴离子逐渐减小,且r(阴离子)>r(阳离子)逐渐增大类型同周期(左→右)同主族(上→下)元素性质化合价最高正化合价:+1→+7(O、F除外)负化合价=-(8-主族序数)相同,最高正化合价=主族序数(O、F除外)元素的金属性和非金属性金属性逐渐减弱非金属性逐渐增强金属性逐渐增强非金属性逐渐减弱电负性电负性逐渐变大电负性逐渐变小第一电离能整体呈增大趋势

ⅡA族与ⅢA族、ⅤA族与ⅥA族交错第一电离能逐渐减小类型同周期(左→右)同主族(上→下)元素性质气态氢化物的稳定性逐渐增强逐渐减弱最高价氧化物对应的水化物的酸性(或碱性)碱性逐渐减弱酸性逐渐增强碱性逐渐增强酸性逐渐减弱离子的氧化性、还原性阳离子氧化性逐渐增强,阴离子还原性逐渐减弱阳离子氧化性逐渐减弱,阴离子还原性逐渐增强[命题角度]角度1元素周期表的结构与分区【典例】

(1)(2021广东卷,20节选)汞的原子序数为80,位于元素周期表第

周期第ⅡB族。

(2)(2021辽宁卷,16节选)Cr元素位于元素周期表第

周期第

族。

(3)(2021湖北卷,16节选)硒(Se)与硫为同族元素,Se的最外层电子数为

;镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第ⅢA族,CuIn0.5Ga0.5Se2中Cu的化合价为

。

六四ⅥB6+1价角度拓展1.(2022北京石景山区模拟)铁元素在元素周期表中的位置是

,属于

(填“s”“d”“ds”或“p”)区。

2.(2022北京朝阳区模拟)铜—镍镀层能增强材料的耐蚀性。按照核外电子排布,把元素周期表划分为5个区,Ni位于

区。

3.(2022重庆育才中学诊断)Pt的电子排布式为[Xe]4f145d96s1,则Pt在元素周期表中的位置是

,处于

区。

第四周期第Ⅷ族dd第六周期第Ⅷ族d角度2元素周期律及应用【典例】

(1)(2022湖南卷,18节选)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:。富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为

。

O>C>H>Fe(2)(2022全国甲卷,35节选)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是

(填标号),判断的根据是_________________________________________________________________________________________________________________

;第三电离能的变化图是

(填标号)。

图a图b图c图a

同一周期从左到右,原子半径依次减小,基态原子第一电离能呈增大趋势,但由于氮原子2p能级半充满,失电子相对较难,第一电离能大于C、图b(3)元素Cu与Ni的第二电离能分别为1959kJ·mol-1、1753kJ·mol-1,I2(Ni)<I2(Cu)的原因是

。铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子

角度拓展1.(2021山东卷,16节选)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为

。

2.(2021海南卷,19节选)第一电离能的大小:C

(填“大于”或“小于”)O。

3.(2022河北名校联盟联考)KBe2BO3F2的组成元素中,非金属元素的电负性由强到弱的顺序为

(填元素符号),基态原子的第一电离能:Be

(填“>”或“<”)B。

F>O>Cl小于

F>O>B>

4.(2022广东深圳第二次调研)Br、I的第一电离能的大小关系:I1(Br)

(填“大于”“小于”或“等于”)I1(I)。

5.(2022广东肇庆模拟)Ga、As、Se3种元素的第一电离能由大到小的顺序为

。

6.(2022广东梅州第一次质检)[Cu(NH3)4]CO3中所含元素中电负性最大的非金属元素是

(填元素符号)。

大于

As>Se>GaO考点3分子结构与性质[核心回顾]1.共价键的类型和键参数的应用(1)判断σ键、π键的两种方法判断依据判断方法由共用电子对数判断单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键,配位键都是σ键(2)大Π键的形成及表示①所有参与离域Π键的原子都必须提供与相邻原子p轨道相互平行或接近平行的p轨道;②离域Π键符号可用

表示,其中m为平行的p轨道总数(即参与形成大Π键的原子数),n为平行p轨道里的电子总数。2.价层电子对互斥模型及其应用(1)价层电子对互斥模型反映价层电子对的空间结构,而分子(或离子)的空间结构仅是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。

电子对数成键对数孤电子对数VSEPR模型名称分子空间结构名称实例220直线形直线形BeCl2330三角形平面三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O(2)电子对之间排斥力对键角的影响

分子杂化轨道夹角排斥力的分析实际键角H2O109°28'LP—LP≫LP—BP>BP—BP(LP代表孤电子对,BP代表成键电子对)105°NH3109°28'LP—BP>BP—BP107°微点拨:用价层电子对互斥理论判断分子的空间结构时,不仅要考虑中心

原子的孤电子对所占据的空间,还要考虑孤电子对对成键电子对的排斥力大小。3.杂化轨道理论与分子(或离子)的空间结构(1)杂化轨道理论的要点当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的空间结构不同。杂化类型杂化轨道数目杂化轨道夹角空间结构名称实例sp2180°直线形BeCl2sp23120°平面三角形BF3sp34109°28'正四面体形CCl4(2)中心原子杂化类型和分子(或离子)空间结构的相互判断

分子组成(A为中心原子)中心原子的孤电子对数中心原子的杂化方式分子或离子空间结构名称实例AB20sp直线形BeCl21sp2V形SO22sp3V形H2OAB30sp2平面三角形BF31sp3三角锥形NH3AB40sp3正四面体形CH44.正确理解配位键和配位化合物(1)配位键的形成和表示①配位键的形成:成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键;②配位键的表示:常用“A—B”来表示配位键,A提供孤电子对,B提供空轨道。(2)配合物的组成和结构{以[Zn(NH3)4]SO4为例}配位体必须有孤电子对,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。中心离子(或原子)有空轨道,如Zn2+、Cu2+、Fe3+、Ag+等。5.基于分子的结构,认识分子的性质(1)分子的空间结构与分子极性的关系(2)影响物质溶解性的因素①“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。②若存在氢键,则溶剂和溶质之间形成氢键,物质的溶解性增大。(3)范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响

类型范德华力氢键共价键作用微粒分子H与N、O、F原子强度比较共价键>氢键>范德华力影响因素组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大形成氢键元素的电负性原子半径对性质的影响影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质分子间氢键使熔、沸点升高,溶解度增大键能越大,稳定性越强(4)认识手性碳和手性分子①手性碳原子:在有机化合物分子中,连有四个不同基团或原子的碳原子叫做手性碳原子。如有机化合物

中带“*”的碳原子为手性碳原子。②手性分子:有手性异构体的分子叫做手性分子。[命题角度]角度1共价键及键参数、配位键【典例】

(1)(2022全国甲卷,35节选)聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯,从化学键的角度解释原因

。

(2)(2022全国乙卷,35节选)一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C—Cl键长的顺序是

,理由:(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl键越强;(ⅱ)

。

C—F的键能比C—H的键能大,键能越大,化学性质越稳定

一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔

Cl原子参与形成的大π键越多,形成的C—Cl键长越短

(3)(2022湖南卷,18节选)富马酸分子的结构模型如图所示:

。富马酸分子中σ键与π键的数目比为

。

(4)(2021全国乙卷,35节选)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

。

11∶3N、O、Cl6角度拓展

542.(2021河北卷,17节选)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如下表:N—NN≡NP—PP≡P193946197489从能量角度看,氮以N2而白磷以P4(结构式可表示为

)形式存在的原因是

。

N2中N≡N键能较大、分子较稳定;P4中有6个P—P键能较大、较稳定3.(2022福建泉州模拟)(NH4)2BeF4的阴离子中含有配位键,判断的依据是______________________________________________________________

。1mol(NH4)2BeF4晶体中含有的配位键的数目为

。

Be只有2个价电子却形成4个共价键,因此Be必有2个空轨道与F-形成的2个配位键4NA(或2.408×1024)角度2分子(或离子)的空间结构与两大理论【典例】

(1)(2022湖南卷,18节选)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物,该物质可以在温和条件下直接活化H2,将N3-转化为,反应过程如图所示:产物中N原子的杂化轨道类型为

。

(2)(2022广东卷,20节选)研究发现,给小鼠喂食适量硒酸钠(Na2SeO4)可减轻重金属铊引起的中毒。

的空间结构为

。

sp3正四面体形

(3)(2021全国甲卷,35节选)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

(填标号)。

sp3②

角度拓展1.(2021河北卷,17节选)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为

,其中P采取

杂化方式。

2.(2021山东卷,16节选)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为

,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是

(填标号)。

A.Sp B.sp2 C.sp3 D.sp3dsp35D3.(2022山东济南模拟)SOCl2中心S原子VSEPR模型为

。1mol氟硼酸铵(NH4BF4)中含有

mol配位键。

四面体形

2角度3分子的结构与性质【典例】

(1)(2022全国甲卷,35节选)固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构

。

(2)(2022广东卷,20节选)H2Se的沸点低于H2O,其原因是

。

H2O分子间可形成氢键

(3)(2021广东卷,20节选)汞解毒剂的水溶性好,有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物Ⅰ与化合物Ⅲ相比,水溶性较好的是

。

化合物Ⅲ

角度拓展1.(2021山东卷,16节选)OF2分子的空间结构为

;OF2的熔、沸点

(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是_______________________________________________________________

。

2.(2021全国甲卷,35节选)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6℃)之间,其原因是

。

3.(2022山东济南模拟)HF分子的极性

(填“大于”“等于”或“小于”,下同)HCl,同一条件下,HF在水中的溶解度

HCl,HF的沸点________

HCl。

V形

低于

OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,范德华力大,故Cl2O的熔、沸点高甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多

大于

大于

大于

考点4晶体结构与性质[核心回顾]1.利用“均摊法”进行晶胞结构的相关计算(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算(2)“三棱柱”和“六棱柱”中不同位置粒子数的计算

2.掌握三种典型共价晶体模型及结构特点

3.了解两种典型分子晶体模型及结构特点

4.熟悉四种典型离子晶体模型及结构特点

先判断晶体类型,再分析影响因素及结果5.晶体熔、沸点高低的比较(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,如金刚石>NaCl>Cl2。(2)共价晶体:成键原子半径越小、键长越短,则键能越大,其熔、沸点越高,如金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。(3)离子晶体:阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点就越高,如MgO>MgCl2、NaCl>CsCl。(4)金属晶体: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。

形成分子间氢键时,分子晶体的熔、沸点显著升高(5)分子晶体的熔、沸点比较规律①组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,其熔、沸点就越高,如: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:CO>N2。[命题角度]角度1晶胞的结构及计算【典例】

(1)(2022全国甲卷,35节选)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apm,正负离子的核间距最小为

pm。

Ca2+(2)(2022湖南卷,18节选)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

;

②Fe原子的配位数为

;

③该晶胞参数a=b=0.4nm、c=1.4nm。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)。

KFe2Se24①若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为

g·cm-3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为

(填标号)。

B(4)(2021全国乙卷,35节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是

原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为

%(列出计算表达式)。

Al提示

(1)每个晶胞中的X离子位于晶胞的顶点和面心,每个晶胞中分摊4个X离子,Y离子位于晶胞内,共8个,X与Y的离子个数比为1∶2,故X是Ca2+,Y是F-。根据晶胞结构,可将晶胞分成8个相等的小正方体,仔细观察CaF2的晶胞结构,不难发现F-位于晶胞中小立方体的体心,小立方体边长为

a

pm,体对角线为

a

pm,Ca2+与F-之间的距离就是小晶胞体对角线的一半,因此晶体中正负离子核间距的最小的距离为

a

pm。(2)①根据平面投影图可知,该晶胞中K、Fe、Se的原子个数为2、4、4,其最简化学式为KFe2Se2。②Fe原子的配位原子Se位于晶胞体内,故配位数是4。③KFe2Se2的相对分子质量为309;1

mol该晶胞中含2

mol

KFe2Se2;晶胞体积是0.4×0.4×1.4×10-21

cm3。角度拓展1.(2022山东菏泽模拟)GaAs的晶胞结构如图甲所示,将Mn掺杂到GaAs的晶体中得到稀磁性半导体材料如图乙所示。(1)图甲中,GaAs的相对分子质量为M,晶体密度为ρg·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶胞中距离最近的两个Ga原子间距离为

nm(列出计算式)。

(2)图乙中,掺杂Mn之后,晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为

。5∶27∶322.(2022广东梅州模拟)铜镍合金的立方晶胞结构如图所示:(1)原子B的分数坐标为

。

(2)若该晶体密度为dg·cm-3,则铜镍原子间最短距离为

pm。

3.(2022广东深圳模拟)具有双钙钛矿型结构的晶体通过掺杂改性可用作固体电解质材料。双钙钛矿型晶体的一种典型结构单元如图所示:(1)晶体中与La原子距离最近的Ba原子的数目为

。

(2)该晶体的一个完整晶胞中含有

个Co原子。

68(3)真实的晶体中存在5%的O原子缺陷,从而能让O2-在其中传导,已知La为+3价,则+3价钴与+4价钴的原子个数比为

;设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)。

4∶1提示

(1)以任一顶点的La原子为例,距离其最近的Ba原子位于该La原子所在棱的另一个顶点,一个La原子被六条棱共用,所以晶体中与La原子距离最近的Ba原子的数目为6。(2)Co原子位于结构单元的体心,每个结构单元含有1个Co原子,若该结构单元重复排列,则其相邻结构单元的La、Ba原子会与该结构单元中的Ba、La原子重叠,所以该结构单元不是该晶体的晶胞,该晶体的晶胞应是由8个该结构单元构成,则一个完整晶胞中含有8个Co原子;角度2晶体类型及性质【典例】

(1)(2022全国乙卷,35节选)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

。

(2)(2021湖南卷,18节选)硅和卤素单质反应可以得到SiX4,SiX4的熔、沸点如表所示:化学式SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.70℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是

(填化学式),沸点依次升高的原因是_______________________________________________

。

CsClCsCl为离子晶体,ICl为分子晶体,所以CsCl的熔点高于IclSiCl4SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大(3)(2021海南卷,19节选)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型,前者的熔点明显高于后者,其主要原因是

。

MnS中阴、阳离子所带电荷数比NaCl的多,离子键强度更大

角度拓展1.(2022安徽蚌埠模拟)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸气状态下以双聚分子存在,其中Fe的配位数为

,固态FeCl3的晶体类型为

。

2.(2022北京海淀区模拟)硅、金刚石和碳化硅晶体的熔点从高到低依次为

。

4分子晶体金刚石>碳化硅>硅3.(2022福建龙岩模拟)已知铜的某些化合物的熔点如表所示,三者熔点出现差异的原因是_______________________________________________

。

4.(2022福建福州模拟)Co及其同周期同族的三种元素二价氧化物的晶体类型相同,其熔点由高到低的顺序为

(用化学式表示)。

化学式CuOCuSCuSe熔点/℃1326220387CuO为离子晶体,熔点高,CuS、CuSe的熔点较低为分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔点越高

NiO>CoO>FeO已知Xe—F键长为rpm,则B点原子的分数坐标为

;晶胞中A、B间距离d=

pm。

角度3晶胞中原子分数坐标【典例】

(1)(2021山东卷,16节选)XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有

个XeF2分子。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,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为

。2(2)(2021海南卷,19节选)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型,如图所示。以晶胞参数为单位长度建立坐标系,可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子坐标。在晶胞坐标系中,a点硫原子坐标为

点锰原子坐标为(0,,0),则c点锰原子坐标为

。

角度拓展1.(2022湖南常德模拟)磷化铝熔点为2000℃,与晶体硅结构相似,磷化铝晶胞结构如图所示。(1)磷化铝晶体中磷与铝微粒间的作用力为

,晶胞中由4个铝原子围成的空间结构是

。

(2)已知相邻的P原子和Al原子的核间距是dnm,B原子的分数坐标为

,磷化铝晶体的密度为

g·cm-3。

共价键

正四面体形

2.(2022山东日照模拟)Cu2S呈黑色或灰黑色,已知:晶胞中S2-的位置如图1所示,Cu+位于S2-所构成的四面体中心,晶胞的侧视图如图2所示。

Cu+填充了晶胞中四面体空隙的百分率是

,S2-配位数为

。已知图1中A原子的原子分数坐标为(0,0,0),则与A原子距离最近的Cu+的原子分数坐标为

。

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专项热考突破——突破一命题篇——新教材新高考

物质结构与性质综合应用基于“结构决定性质,性质反映结构”,设置有关物质结构与性质的综合应用类题,考查核外电子排布与元素周期律、分子结构与性质、晶体结构及计算等。利用分类和比较的方法研究物质的结构,分析比较物质性质的差异,归纳总结各类变化的特征及规律等。基于已有模型或构建模型阐释物质结构、化学变化规律或转化过程,分析、解决相关问题。典例突破1(双选)(2022山东卷,15)Cu2-xSe是一种钠离子电池正极材料,充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化如图所示,晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是(

)A.每个Cu2-xSe晶胞中Cu2+个数为xB.每个Na2Se晶胞完全转化为Cu2-xSe晶胞,转移电子数为8C.每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-xD.当NayCu2-xSe转化为NaCuSe时,每转移(1-y)mol电子,产生(1-x)molCu原子答案

B

D新材料新情境

新型材料的结构及性质新材料

某科学家在《科学》杂志发表论文,介绍了他们在反型钙钛矿太阳能电池研究方面的最新科研成果。钙钛矿晶体为ABX3结构,一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中,B离子位于立方晶胞的中心;A离子位于立方晶胞的顶角,被X离子包围成配位八面体,如图所示。判断(1)图(a)中,B离子处于6个X离子形成的正八面体中心,则B离子的配位数为6。(

)(2)图(b)中,A离子被12个X离子包围,故A离子的配位数为12。(

)√√典例突破2(2022山东济宁一模)我国科学家在《科学》杂志发表反型钙钛矿太阳能电池研究方面的最新科研成果论文,为钙钛矿电池研究开辟新

方向。(1)Ti的配合物有多种。

的配体所含原子中电负性由大到小的顺序是

(写元素符号)。

(2)反型钙钛矿电池无需使用具有光催化活性的TiO2(通过氮掺杂生成TiO2-aNb,反应如图)以及掺杂的有机空穴传输层,光照下的输出稳定性更好,更具发展潜力。①TiO2-aNb晶体中a=

。

②已知原子1、2的分数坐标分别为(0,0,)和(1,0,0),则原子3的坐标为

;设阿伏加德罗常数的值为NA,TiO2的密度为___________

g·cm-3(列出计算式)。

——突破二解题篇——素养命题+题型突破1.原子结构与性质的综合应用(证据推理与模型认知)原子结构与性质综合应用题基于原子核外电子排布规律,构建原子结构等认知模型,建立重要证据及推理过程,从原子结构视角说明元素的性质(原子或离子半径大小顺序、电离能和电负性、金属性或非金属性强弱等)递变规律;根据物质的微观结构说明或预测物质的性质,并采用模型、符号等多种方式对原子结构与性质进行综合表征。典例突破1(2021湖南卷,7)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>Y

D.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性答案

B

解析

本题考查了元素推断和元素周期律的应用。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。方法点拨

(1)解答此类问题的关键是结合题给信息正确推断未知元素,再以“结构决定性质”为指导,结合同周期(或主族)元素性质的递变规律,进行分析、判断。(2)短周期元素原子与成键数目的关系如表:成键数目123456对应元素H、F、ClO、SB、Al、N、PC、SiN、PS针对训练1(2022湖南长沙长郡中学一模)短周期元素甲、乙、丙、丁原子序数依次增大,其中甲、丙同主族,乙、丙、丁同周期。常温下,含甲的化合物r浓度为0.1mol·L-1时溶液pH=13,p和q分别是元素丙和丁的单质,其中p为黄色固体。上述物质的转化关系如图所示(产物水已略去)。下列说法正确的是(

)A.简单离子半径:甲<乙<丙<丁B.甲与丙能形成使紫色石蕊试液先变红后褪色的物质C.工业上常利用反应②制取漂白粉D.m、n的阴离子在酸性溶液中不能大量共存答案

D

解析

四种元素为短周期元素,p和q分别是元素丙和丁的单质,p为黄色固体,故丙是硫元素,丁是氯元素。常温下化合物r的浓度为0.1

mol·L-1时,溶液pH=13,故r是氢氧化钠;乙、丙、丁同周期,故乙为第三周期元素。电子层数相同时,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径:丙>丁,故A错误;甲是O元素,丙是S元素,二者形成的SO2可以使紫色石蕊试液变红色,但不能漂白酸碱指示剂,故B错误;r是氢氧化钠,q是氯气,反应的化学方程式为Cl2+2NaOH══NaClO+NaCl+H2O,该反应常用来制取漂白液,故C错误;m、n为Na2S、Na2SO3,二者在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫单质,故D正确。2.分子结构与性质的综合应用(证据推理与模型认知)分子结构与性质的综合应用题根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构,利用相关理论(价层电子对互斥模型、杂化轨道理论)解释简单的共价分子的空间结构,根据分子的结构特点和键的极性判断分子的极性及是否具有手性,并据此对分子的一些典型性质(熔点、沸点、溶解性等)和应用作出解释。典例突破2(2021山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是(

)A.CH3OH为极性分子B.N2H4空间结构为平面形C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同答案

B解析

甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的,为四面体结构,是由极性键构成的极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,空间结构不是平面形,B错误;N2H4分子中连接N原子的H原子多,存在氢键的数目多,而偏二甲肼[(CH3)2NNH2]只有一端可以形成氢键,另一端的两个甲基基团比较大,影响了分子的排列,沸点比N2H4的低,C正确;CH3OH为四面体结构,—OH结构类似于水的结构,(CH3)2NNH2的结构简式为

,两者分子中C、O、N杂化方式均为sp3,D正确。方法点拨解答此类问题的关键是分析分子的空间结构、含有的共价键、分子的对称性等,基于此推测分子的性质(如极性、沸点、溶解性、手性等)。答案

B3.晶体结构与性质的综合应用(证据推理与模型认知)晶体结构与性质综合应用题借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用,从原子、分子、超分子、聚集状态等不同角度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系;从构成微粒、微粒间相互作用、微粒的空间排布规律等角度分析不同类型晶体结构的特点、相似性和差异性。典例突破3(2021辽宁卷,7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是(

)A.S位于元素周期表p区B.该物质的化学式为H3SC.S位于H构成的八面体空隙中D.该晶体属于分子晶体答案

DS位于H构成的八面体空隙中,如图所示

,C正确;由于该晶体是一种新型超导材料,说明其是由阴、阳离子构成的,故该晶体属于离子晶体,D错误。方法点拨解答此类问题的关键是分析晶胞结构特点,确定各微粒在晶胞中的相对位置,结合“均摊法”确定晶体的化学式,结合晶体中微粒间的相互作用,推测晶体的性质等。针对训练3(2022湖南益阳沅江一中二模)实验室用电石(主要成分为碳化钙)与水反应制取乙炔。乙炔中混有的H2S气体可用CuSO4溶液吸收,反应的化学方程式为H2S+CuSO4

══CuS↓+H2SO4。下列说法正确的是(

)A.由图可知,碳化钙的化学式为CaC2B.乙炔分子中σ键和π键数目相等C.H2S是非极性分子D.H2SO4属于离子化合物CaC2晶胞示意图

答案

A

——突破三热点专攻——物质结构与性质综合题高考必备1.命题分析物质结构与性质综合题是高考热点题型之一,大多以某种新材料、催化剂、新药物等为命题载体,综合考查原子核外电子排布(核外电子排布式、价电子排布式、轨道表示式)、元素周期律(原子半径、电离能、电负性)、共价键(σ键和π键)、分子(或离子)的空间结构、中心原子的杂化类型、分子的结构与性质(极性、溶解性、手性)、范德华力和氢键对物质性质的影响、晶胞结构及计算、晶体的性质(熔点等)及分析等,突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力、简单计算能力。2.原子结构与性质的考查点

3.分子结构与性质的考查点

4.晶体结构与性质的考查点

真题感悟1.(2022山东卷,16)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。回答下列问题:(1)基态Ni原子的价电子排布式为

,在元素周期表中位置为

。

(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为

;x∶y∶z=

;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是

。

(3)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的

大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据

(填字母)。

A.2s轨道 B.2p轨道C.sp杂化轨道

D.sp2杂化轨道(4)在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是①

,

②

。

答案

(1)3d84s2第四周期第Ⅷ族(2)2∶3

2∶1∶1

Zn2+

(3)D(4)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解析

本题考查物质结构与性质,内容包括价电子排布式、配位数、杂化方式、大π键、溶解度、电子云密度。(1)Ni是28号元素,故基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2,在元素周期表中位置为第四周期第Ⅷ族。(2)由晶胞结构示意图可知,一个晶胞中含有Ni2+个数为2×=1,Zn2+个数为8×=1,含有CN-为8×=4,NH3个数为8×=2,苯环个数为4×=2,则该晶胞的化学式为Ni(CN)4·Zn(NH3)2·2C6H6,且晶胞中每个N原子均参与形成配位键,Ni2+周围形成的配位键数目为4,Zn2+周围形成的配位键数目为6,则Ni2+与Zn2+的配位数之比为4∶6=2∶3,x∶y∶z=4∶2∶2=2∶1∶1;由以上分析可知,Ni2+的配位数为4,则Ni2+采用sp3杂化,而Zn2+的配位数为6,Zn2+采用sp3d2杂化,即晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是Zn2+。(3)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的

大π键,则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化,杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤电子对,即吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。(4)已知苯分子为非极性分子,H2O分子为极性分子,吡啶分子为极性分子,且吡啶分子中N原子上含有孤电子对能与水分子形成分子间氢键,从而导致在水中的溶解度吡啶远大于苯。2.(2021福建卷,14)类石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型光催化材料,在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景,研究表明,非金属掺杂(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,其中一种二维平面结构如图所示。回答下列问题:(1)基态C原子的成对电子数与未成对电子数之比为

。

(2)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是

。

(3)g-C3N4晶体中存在的微粒间作用力有

(填字母)。

a.非极性键 b.金属键 c.π键 d.范德华力(4)g-C3N4中,C原子的杂化轨道类型为

,N原子的配位数为

。

(5)每个基本结构单元(图中实线圈部分)中两个N原子(图中虚线圈所示)被O原子代替,形成O原子掺杂的g-C3N4(OPCN),OPCN的化学式为

。

答案

(1)2∶1

(2)N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失电子;O、S属于同主族元素,S原子半径大于O原子,更易失去电子(3)cd

(4)sp2

2、3

(5)C3N3O解析

(1)基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2,2p轨道上有2个未成对电子,则成对电子数与未成对电子数之比为4∶2=2∶1。(2)N和O处于同一周期且相邻,由于N的2p轨道处于半充满的稳定状态,较难失去电子,则I1(N)>I1(O);O、S元素处于同主族,S原子半径大于O原子半径,S原子对最外层电子的吸引力小于O原子,则有I1(O)>I1(S)。(3)g-C3N4具有和石墨相似的层状结构,由二维平面结构可知,C和N原子均采取sp2杂化,C和N原子之间形成极性键,未参与杂化的2p轨道相互平行重叠,形成π键,层与层之间存在范德华力。(4)g-C3N4的层状结构中,N原子的成键方式有2种,形成2个C—N或3个C—N,故N的配位数为2、3。(5)从基本结构单元分析得知,N原子的成键有连两个C原子和连三个C原子的两种情况,连两个C原子的N原子完全属于该基本结构单元,连三个C原子的N原子处在中心的完全属于该基本结构单元,处在3个“顶点”上的属于三个基本结构单元,故一个基本结构单元含有6个C原子和7+×3=8个N原子;将题图中虚线圈所示的N原子用O原子代替,则O原子完全属于该基本结构单元,故该基本结构单元含有6个C原子、6个N原子、2个O原子,其比值为3∶3∶1,则OPCN的化学式为C3N3O。方法点拨1.有关晶胞的三种计算(1)计算晶体密度的方法(a表示晶胞边长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的数值,