2021届课标版高考化学一轮复习教师用书：专题二十四 物质结构与性质

这是一份2021届课标版高考化学一轮复习教师用书：专题二十四 物质结构与性质，共14页。试卷主要包含了物质结构与性质等内容，欢迎下载使用。
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专题二十四 物质结构与性质


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1.[2019全国卷Ⅲ,35,15分]磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题:
(1)在周期表中,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”)。 
(2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为　　　　,其中Fe的配位数为　　　　。 
(3)苯胺()的晶体类型是　　　　。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)NH4H2PO4中,电负性最高的元素是　　　　;P的　　　　杂化轨道与O的2p轨道形成　　　　键。 
(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示:

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为　　　　(用n代表P原子数)。 
本题以磷酸亚铁锂为载体,考查了原子结构知识“对角线规则”、核外电子运动状态、配位数、晶体类型的判断、熔沸点的比较、电负性的大小比较以及杂化轨道类型等,考查考生对必备知识的掌握情况,题目整体难度不大,符合高考命题“基础性”和“应用性”的要求。
解题模型:链接考法1命题角度2;考法2命题角度1

2.[2019江苏,21A,12分]Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料,可制备Cu2O。
(1)Cu2+基态核外电子排布式为　　　　　　　　。 
(2)SO42-的空间构型为　　　　　　　　(用文字描述);Cu2+与OH-反应能生成[Cu(OH)4]2-,[Cu(OH)4]2-中的配位原子为　　　(填元素符号)。 
(3)抗坏血酸的分子结构如图1所示,分子中碳原子的轨道杂化类型为　　　　　　;推测抗坏血酸在水中的溶解性:　　　　(填“难溶于水”或“易溶于水”)。 
　　　
图1 图2
(4)一个Cu2O晶胞(如图2)中,Cu原子的数目为　　　　　　　　　　　　。 
本题以化合物Cu2O为切入点考查物质结构与性质,主要涉及离子基态核外电子排布、空间构型、轨道杂化类型的判断等。
解题模型:链接考法4命题角度1、2

3.[2019全国卷Ⅱ,35,15分]近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:
(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为　　　　　　,其沸点比NH3的　　　(填“高”或“低”),其判断理由是　。 
(2)Fe成为阳离子时首先失去　　　　轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+价层电子排布式为　　　　。 
(3)比较离子半径:F-　　　O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。

(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为　　　;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ=　　　　　　　g·cm-3。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,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为(12,12,12),则原子2和3的坐标分别为　　　　、　　　　。 
善用类比与迁移思想,本题第(2)问中的Sm是考生相对陌生的一种元素,但通过与Fe及其离子进行类比,将Fe的原子结构规律迁移到Sm的原子结构中,该问即可迎刃而解。根据均摊法计算原子个数时,立方晶胞中不同位置的原子所占份额如表所示。





解题模型:链接考法5命题角度

4.[2019全国卷Ⅰ,35,15分]在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:
(1)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是　　　　(填标号)。 

(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是　　　　、　　　　。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是　　　　,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是　　　　(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 
(3)一些氧化物的熔点如表所示:
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
-75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因。 
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=　　　　pm,Mg原子之间最短距离y=　　　　pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是　　　　　　　　　　g·cm-3(列出计算表达式)。 

本题难点在于+1价镁离子、镁原子的电子排布图与能量的关系,考生可根据任何原子的第二电离能大于其第一电离能进行判断。有关晶胞计算中,计算铜原子之间最短距离时可根据图(b)得4个铜原子相切并与面对角线平行。
解题模型:链接考法6命题角度2
5.[2018全国卷Ⅰ,35,15分]Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:
(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为　　　　、　　　　(填标号)。 

(2)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是　　　　　。 
(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是　　　　　、中心原子的杂化形式为　　　　　。LiAlH4中,存在　　　　　(填标号)。 
A.离子键　　　　B.σ键　　　　C.π键　　　　D.氢键
(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。

　可知, Li原子的第一电离能为　　　　 kJ·mol-1,OO键键能为　　　kJ·mol-1,Li2O晶格能为　　　kJ·mol-1。 
(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为g·cm-3
(列出计算式)。 
本题第(1)问判断锂原子的四种电子排布图能量的高低,是人教版《化学》(选修3)第12页“学与问”(判断硼、碳的电子排布图)的变形和创新设计。第(4)问考查了第一电离能、键能和晶格能的概念,只有理解了概念才能根据Born-Haber循环图做题。
解题模型:链接考法2命题角度1

考点1　原子结构与元素的性质





考法1基态原子核外电子排布
命题角度1　电子排布式和电子排布图(热点角度)
1 完成下列填空:
(1)[2018江苏,21A(2),2分]Fe2+基态核外电子排布式为　　　　　　　　。 
(2)[2017全国卷Ⅲ,35(1)改编]Co基态原子核外电子排布式为　　　　。元素Mn与O中,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。 
(3)[2017全国卷Ⅱ,35(1),1分]氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为　　　　　　　　　　。 
(4)[2016全国卷Ⅰ,37(1),2分]基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]　　　　,有　　　　个未成对电子。 
(5)[2016全国卷Ⅱ,37(1),3分]镍元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　　　,3d能级上的未成对电子数为　　　　。 
(6)[2016全国卷Ⅲ,37(1),1分]写出基态As原子的核外电子排布式　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(7)[2015新课标全国卷Ⅱ,37(1)改编]P原子的核外电子排布式为　　　　。 
(8)[2014新课标全国卷Ⅱ,37(1)改编]Cu的价层电子排布图为　　　　。 
(1)Fe的原子序数是26,Fe2+核外有24个电子,其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。(2)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4,前者的3d轨道中5个电子均未成对,后者的2p轨道中有2个电子未成对,所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。(3)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3,根据洪特规则和泡利原理可写出其价电子的轨道表达式。(4)在元素周期表中,锗位于硅正下方,锗的原子序数为14+18=32,基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2,由于4p能级有3个能量相同的轨道,根据洪特规则,4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同,故未成对电子数为2。(5)镍元素原子核外有28个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。3d能级上有2个未成对电子。(6)根据构造原理可写出基态As原子的核外电子排布式。(7)P为15号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(8)Cu的价电子排布式为3d104s1,由此可写出Cu的价层电子排布图。
(1)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6　(2)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　Mn　(3)　(4)3d104s24p2　2　(5)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2　(6)[Ar]3d104s24p3　(7)1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3　(8)
命题角度2　电子云和电子运动状态
2 [2015新课标全国卷Ⅰ,37(1),2分]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14C原子中,核外存在　　　　对自旋相反的电子。 
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“电子云”形象化描述。根据碳的基态原子核外电子排布图可知,自旋相反的电子有2对。
电子云　2
考法2电离能和电负性的应用
命题角度1　电离能和电负性的应用(热点角度)
近五年来高考主要考查电负性大小比较、第一电离能的大小比较并进行原因分析,对第一电离能大小比较考查的频率较高。
3 [高考组合](1)[电离能]①[2017全国卷Ⅲ,35(1)节选,1分]元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　。 
②[2016全国卷Ⅲ,37(2),4分]根据元素周期律,原子半径Ga　　　　As,第一电离能Ga　　　　As。(填“大于”或“小于”) 
③[2016全国卷Ⅱ,37(3),2分]单质铜及镍都是由　　　　键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·mol-1、INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是　　。 
④[福建高考]依据第2周期元素第一电离能的变化规律,参照图中B、F元素的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。

(2)[电负性]①[2018全国卷Ⅲ,35(4)改编]《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。Zn、C、O电负性由大至小的顺序是　　　　　　　　　　　　。 
②[2015新课标全国卷Ⅱ,37(1)改编]O、Na、P、Cl四种元素中,电负性最大的是　　(填元素符号)。 
(1)①O是非金属元素,而Mn是金属元素,前者易得电子而不易失电子,后者则反之,所以O的第一电离能大于Mn。②同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,第一电离能呈增大趋势。Ga的原子半径大于As,Ga的第一电离能小于As。③单质铜及镍都是由金属键形成的晶体,Cu、Ni失去一个电子后电子排布式分别为[Ar]3d10、[Ar]3d84s1,铜的3d轨道全充满,达到稳定状态,所以Cu的第二电离能相对较大。④第2周期元素的第一电离能从左向右整体呈增大趋势,

但由于N元素的2p轨道处于半充满状态,较稳定,所以N元素的第一电离能大于O,据此可标出C、N、O三种元素的相对位置,如图所示。(2)①通常非金属性越强的元素其电负性越大,且一般情况下,非金属的电负性比金属的电负性大,故Zn、C、O电负性由大至小的顺序是O>C>Zn。②四种元素中,电负性最大,即非金属性最强的为O。
(1)①O　②大于　小于　③金属　铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子　④见解析　(2)①O>C>Zn　②O
命题角度2　第一电子亲和能(新角度)
4[2017全国卷Ⅱ,35(2),4分]元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一
电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是　　　　　　　　　　;氮元素的E1呈现异常的原因是　　　　　　　　　　。 


提取题目信息用简要的语言表述答案
从图中可以看出,除N外,同周期元素随核电荷数的增大,E1逐渐增大,这是因为原子半径逐渐减小,结合一个电子需要释放出更多的能量;N原子的2p轨道处于半充满状态,不易再结合一个电子,故El呈现异常。
同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大　N原子的2p轨道为半充满状态,具有额外稳定性,故不易结合一个电子
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——电子亲和能概念模型
元素的基态气态原子获得电子形成气态负离子时所放出的能量,叫电子亲和能。一个基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称为第一电子亲和能,以E1表示。元素的第一电子亲和能越大,表示元素由气态原子得到电子生成负离子的倾向越大,该元素的非金属性越强。

考点2　分子结构与性质




考法3化学键类型的判断
命题角度1　化学键类型的判断(热点角度)
5 (1)[2019辽宁大连二模]已知:+。反应后,当σ键增加1 mol时,π键　　　　(填“增加”或“减少”)的数目为　　　　。 
(2)[2019湖北武汉调考]Fe3+与KSCN反应可生成红色的K3[Fe(SCN)6],K3[Fe(SCN)6]中的化学键类型有　　　。写出一种与SCN-互为等电子体的分子的化学式:　　　　。 
(3)[2019湖南衡阳三模]金属Ni能与CO形成配合物Ni(CO)4。与CO互为等电子体的一种分子为　　　　(写化学式,下同),与CO互为等电子体的一种离子为　　　　。 
(4)[2019广东肇庆三模]氟化铵(NH4F)可用作玻璃蚀刻剂、防腐剂、消毒剂等。氟化铵中存在　　　　(填标号)。 
A.离子键　　　B.σ键　　　C.π键　　　D.氢键
(1)每生成1mol氯吡苯脲,需要1mol2-氯-4-氨基吡啶、1mol异氰酸苯酯,反应过程中1个2-氯-4-氨基吡啶分子断裂1个σ键、1个异氰酸苯酯分子断裂1个π键,生成1个氯吡苯脲分子时新形成2个σ键,所以当σ键增加1mol时,π键减少的数目为NA或6.02×1023。(2)SCN-中存在共价键,Fe3+与SCN-以配位键结合成配离子,K+与配离子之间以离子键的形式结合,所以K3[Fe(SCN)6]中的化学键类型有离子键、共价键、配位键;寻找SCN-的等电子体时,把N原子的价层电子增加1个,则与S原子的价层电子数相等,即可写成CS2,同理可写出其他的等电子体N2O、CO2、COS等。(3)与CO互为等电子体的微粒有N2、CN-、C22-、O22+等。(4)NH4F为离子化合物,NH4+和F-形成离子键,NH4+的结构式为[]+,含有σ键和配位键,此处配位键属于σ键。
(1)减少　NA(或6.02×1023)　(2)离子键、共价键、配位键　CS2(或N2O、CO2、COS,合理即可)　(3)N2　CN-(或C22-、O22+,合理即可)　(4)AB
考点扫描
1.[2018全国卷Ⅱ,35(4)节选]气态三氧化硫以单分子形式存在,其中共价键的类型有　　　　种。 
2.[2017全国卷Ⅲ,35(4)改编]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在　　　　。 
3.[2016全国卷Ⅰ,37(2)]Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
提示:1.2　2.离子键和π键(Π46键)　3.Ge原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键
命题角度2　大π键(新角度)
6[2017全国卷Ⅱ,35(3)改编]经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图所示,R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]中阴离子N5-中的σ键总数为　　　　个。分子中的大π键可用符号Πmn表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π66),则N5-中的大π键应表示为　　　　。 

从题图可以看出:阴离子N5-呈五元环状结构,其含有的σ键总数为5个;N5-中总价层电子数为5×5+1=26,5个σ键有10个电子,每个氮原子上有1对不与分子平面垂直的孤电子对,因此5个平行p轨道中共有26-10-5×2=6个电子,形成的大π键为Π56。
5　Π56
核心素养对接
核心素养之“证据推理与模型认知”——大π键概念模型
(1)定义:在多原子分子中,如有相互平行的p轨道,两个原子的轨道(p轨道)从垂直于成键原子的核间连线的方向接近,发生电子云重叠而成键,p轨道电子在多个原子间运动形成π型化学键,这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键或共轭π键,简称大π键。
(2)形成条件:①原子共平面;②原子都提供平行的轨道;③提供的电子总数小于轨道数的2倍,是3个或3个以上原子形成的π键。
(3)实例:苯(C6H6)分子中C原子发生sp2杂化后,剩余的1个没有参与杂化的p轨道互相平行,轨道中各有1个电子,所以形成了6原子6电子的大π键。苯的大π键平均分布在6个碳原子上,所以苯分子中每个碳碳键的键长和键能是相等的。
(4)表示方法:分子中的大π键可用符号Πmn表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,如苯分子中的大π键可表示为Π66。
考法4分子立体构型与中心原子杂化类型的判断
近五年真题主要是考查利用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论预测分子或离子的空间构型及中心原子的杂化类型。
命题角度1　轨道杂化类型的判断(热点角度)
7 [高考组合]完成下列填空:
(1)[2018全国卷Ⅱ,35(4)节选,2分]固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　。 

(2)[2018全国卷Ⅲ,35(4)节选,4分]ZnCO3中,阴离子空间构型为　　　　,C原子的杂化形式为　　　　。 
(3)[2017江苏,21A(2)节选,2分]丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是　　　　　　　。 
(4)[2017全国卷Ⅰ,35(3)改编]I3+离子的几何构型为V形,中心原子的杂化形式为　　　　。 
(5)[2017全国卷Ⅲ,35(2),2分]CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为　　　　和　　　　。 
(6)[2015新课标全国卷Ⅰ,37(3)节选,2分]CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是　　　　。 
(1)固态SO3为三聚分子,分子中每个S与4个O成键,S无孤电子对,故硫原子的杂化轨道类型为sp3。(2)CO32-中碳原子的价层电子对数为3,中心碳原子采取sp2杂化,故CO32-的空间构型为平面三角形。(3)甲基上的碳原子为sp3杂化,羰基上的碳原子为sp2杂化。(4)I3+中I原子为中心原子,则其孤电子对数为12×(7-1-2)=2,且其形成了2个σ键,中心原子采取sp3杂化,I3+为V形结构。(5)CO2中C的价层电子对数为2,故为sp杂化;CH3OH分子中C的价层电子对数为4,故为sp3杂化。(6)CS2中C为中心原子,采用sp杂化。
(1)sp3　(2)平面三角形　sp2　(3)sp2和sp3　(4)sp3　(5)sp　sp3　(6)sp
命题角度2　微粒空间构型的判断(热点角度)
8[高考组合]完成下列填空:
(1)[2018全国卷Ⅱ,35(4)节选,2分]气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为　　　　形。 
(2)[2016全国卷Ⅱ,37(2)①②,3分]硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是　　　　。②在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为　　　　,提供孤电子对的成键原子是　　　　。 
(3)[2016全国卷Ⅲ,37(3),2分]AsCl3分子的立体构型为　　　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　。 
(4)[2015新课标全国卷Ⅱ,37(4)改编]化合物Cl2O的立体构型为　　　　,中心原子的价层电子对数为　　　　。 
(1)气态SO3为单分子,分子中S无孤电子对,其分子的立体构型为平面三角形。(2)①SO42-中S原子的孤电子对数=12×(6+2-2×4)=0,价层电子对数=4+0=4,离子空间构型为正四面体形;②[Ni(NH3)6]2+中Ni2+提供空轨道,NH3中N原子含有孤电子对,二者之间形成配位键。(3)AsCl3分子中As的价层电子对数=3+12×(5-1×3)=4,杂化形式为sp3,有1对孤电子对,分子空间构型为三角锥形。(4)Cl2O分子中O的价层电子对数=2+12×(6-1×2)=4,有2对孤电子对,分子空间构型为V形。
(1)平面三角　(2)①正四面体形　②配位键　N　(3)三角锥形　sp3　(4)V形　4
考法5分子的性质
命题角度　分子间作用力对分子性质的影响
9 [高考组合](1)[2018全国卷Ⅱ,35(3)改编]如图为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)[2016全国卷Ⅰ,37(3)(5),4分]①比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因　。 

GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
-49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
②Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为　　　　,微粒之间存在的作用力是　　　　。 
(3)[2016全国卷Ⅱ,37(2)③,4分]氨的沸点　　　　(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是　; 
氨是　　　　分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为　　　　。 

确定晶体类型推断物质的相关性质
(1)S8和SO2均为分子晶体,分子间存在的作用力均为范德华力,S8的相对分子质量大,分子间范德华力强,故熔点和沸点高。(2)①根据表格数据得出,三种锗卤化物都是分子晶体,其熔、沸点分别依次增高,而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关,分子间相互作用力强弱与相对分子质量大小有关。②类比金刚石,晶体锗是原子晶体,每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键,故锗原子采取sp3杂化。微粒之间的作用力是共价键。(3)NH3分子间存在氢键,故沸点比PH3的高。NH3中N有一对孤电子对,立体构型为三角锥形,因此NH3为极性分子,N的杂化轨道数为3+1=4,杂化类型为sp3。
(1)S8相对分子质量大,分子间范德华力强　(2)①GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强　②sp3　共价键　(3)高于　NH3分子间可形成氢键　极性　sp3

考点3　晶体结构与性质




考法6晶体类型的判断和晶体熔、沸点比较
命题角度1　晶体类型的判断
10 [高考组合](1)[2015新课标全国卷Ⅰ,37(4),1分] CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于　　　　晶体。 
(2)[2015新课标全国卷Ⅱ,37(2)改编]氧和钠的氢化物所属的晶体类型分别为　　　　和　　　　。 
(1)Fe(CO)5的熔、沸点较低,符合分子晶体的特点,故其固体为分子晶体。(2)H2O为分子晶体,NaH为离子晶体。
(1)分子　(2)分子晶体　离子晶体
命题角度2　晶体微粒间作用力及晶体熔、沸点高低比较(热点角度)
11 [高考组合](1)[2017全国卷Ⅲ,35(4)节选,2分]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在　　　　。 
(2)[2016全国卷Ⅱ,37(3)节选,1分]单质铜及镍都是由　　　　键形成的晶体。 
(3)[2017全国卷Ⅲ,35(3)改编]在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　　　　,原因是　　　　。 
(4)[2016全国卷Ⅲ,37(4),2分]GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是　　　　　　　　。 
(1)Mn(NO3)2是离子化合物,存在离子键;此外在NO3-中,3个O原子和中心原子N之间还形成一个4中心6电子的大π键(Π46键),所以Mn(NO3)2中的化学键有σ键、π键和离子键。(2)单质铜及镍都是由金属键形成的晶体。(3)水和甲醇均为极性分子,常温常压下两种物质均呈液态;二氧化碳和氢气均为非极性分子,常温常压下两种物质均呈气态,根据四种物质在相同条件下的状态可以判断出水、甲醇的沸点均高于二氧化碳、氢气的沸点。由于水分子中的2个氢原子都能参与氢键的形成,而甲醇分子中只有羟基上的氢原子能够形成氢键,所以水中的氢键比甲醇中的多,则水的沸点高于甲醇的沸点。二氧化碳和氢气都属于分子晶体,但由于二氧化碳的相对分子质量大于氢气,所以二氧化碳的沸点高于氢气的沸点。(4)GaF3的熔点高于1000℃,说明GaF3是离子晶体,而GaCl3的熔点为77.9℃,说明GaCl3是分子晶体,离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。
(1)离子键和π键(Π46键)　(2)金属　(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大、范德华力较大　(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体




模型5有关物质结构与性质中四大晶体的计算模型
1.金属晶体及其计算
12 [2018全国卷Ⅲ,35(5),4分]金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为　　　　。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为　　　　g·cm-3(列出计算式)。 

题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积=6×34a2cm2,六棱柱的体积=6×34a2ccm3,该晶胞中Zn原子个数为12×16+2×12+3=6,Zn的相对原子质量为65,阿伏加德罗常数的值为NA,则Zn的密度ρ=mV=65×6NA×6×34a2cg·cm-3。
六方最密堆积(A3型)　65×6NA×6×34×a2c
考点扫描
[2016全国卷Ⅰ,37(6)改编]Ge单晶具有金刚石型结构。晶胞的原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图所示为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(12,0,12);C为(12,12,0),则D原子的坐标参数为　　　　。晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为　　　　g·cm-3(列出计算式即可)。 

提示:(14,14,14)　8×736.02×565.763×107
1. [2019河南平顶山三模](1)一种铜镍合金(俗称白铜)的晶胞如图1所示,铜、镍原子个数比为　　　　。 

(2)金晶胞结构如图2所示,这种晶体中原子的堆积方式为　　　　。该晶体的空间利用率为　　　　(用含π的式子表示)。 
2.离子晶体及其计算
13 (1)[2018全国卷Ⅱ,35(5),4分]FeS2晶体的晶胞(如图1所示)。晶胞边长为a nm,FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为　　　　g·cm-3;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为
　　nm。 

　　　　　　　图1　　　　　　　　图2
(2)[2017全国卷Ⅲ,35(5),4分]MgO具有NaCl型结构(如图2所示),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为　　　　nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　　nm。 
(1)该晶胞中Fe2+位于棱上和体心,个数为12×14+1=4,S22-位于顶点和面心,个数为8×18+6×12=4,故晶体密度为MNA×4g÷(a×10-7cm)3=4MNAa3×1021g·cm-3。根据晶胞结构,S22-所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长,即为晶胞边长的22,故该正八面体的边长为22anm。(2)因为O2-采用面心立方最密堆积方式,所以面对角线长度是O2-半径的4倍,则有[4r(O2-)]2=2a2,解得r(O2-)=24×0.420nm≈0.148nm;MnO也属于NaCl型结构,根据晶胞的结构可得2r(Mn2+)+2r(O2-)=a',代入数据解得r(Mn2+)=0.076nm。
(1)4MNAa3×1021　22a　(2)0.148　0.076
3.原子晶体和分子晶体及其计算
14 [2016全国卷Ⅲ,37(5)节选,2分]GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为　　　　　　　　。 

根据晶胞结构示意图可以看出,As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体,结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数:8×18+6×12=4,再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1=4×(43π×10-30×rAs3+43π×10-30×rGa3)cm3;1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和,即(4MAsNA+4MGaNA)g,所以1个晶胞的体积V2=4ρNA(MAs+MGa)cm3。最后由V1V2即得结果。
4π×10-30NAρ(rGa3+rAs3)3(MGa+MAs)×100%
解法点睛·学习理解
计算时,若没有注意到1个晶胞中含有4个“GaAs”,则会错误地按照1个“GaAs”进行计算;若没有注意到所给原子半径的单位是pm,没有进行单位换算或没有正确进行换算(即1pm=10-10cm),则会导致错误。
2.新材料的研制与应用始终是科技发展的主要方向之一。
(1)某太阳能吸热涂层以镍或镍合金空心球为吸收剂,基态Ni原子的价层电子排布式是　　　　。 
(2)硼及其化合物广泛应用于永磁材料、超导材料等领域,硼可以与氟气反应生成BF3气体,BF3分子的立体构型为　　　　。 
(3)石墨的晶体结构如图1所示,图2虚线勾勒出的是石墨的晶胞。则1个石墨晶胞中含有的C原子个数为　　　　。 

　　　　　　　　　　图1　　　　　　图2
(4)石墨烯(图3)是一种由单层C原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分C原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(图4)。

　　　　　　图3　　　　　　　　　图4

图5
图4中,1号C原子的杂化方式是　　　　,该C原子与相邻C原子形成的键角　　　　(填“>”“SO2(2分)　(4)24a(2分)　34a(2分)　8×24+16×64NAa3×10-30(2分)
【解析】　(1)由题给信息知,A项和D项代表Mg+,B项和C项代表Mg。A项,Mg+再失去一个电子较难,即第二电离能大于第一电离能,所以电离最外层一个电子所需能量A大于B;3p能级的能量高于3s,3p能级上电子较3s上易失去,故电离最外层一个电子所需能量A>C、A>D,选A。(2)乙二胺分子中,1个N原子形成3个单键,还有一对孤电子对,故N原子价层电子对数为4,N原子采取sp3杂化;1个C原子形成4个单键,没有孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化。乙二胺中2个N原子提供孤电子对与金属镁离子或铜离子形成稳定的配位键,故能形成稳定环状离子。由于铜离子半径大于镁离子半径,形成配位键时“头碰头”重叠程度较大,其与乙二胺形成的化合物较稳定。(3)氧化锂、氧化镁是离子晶体,六氧化四磷和二氧化硫是分子晶体,离子键比分子间作用力强。(4)观察图(a)和图(b)知,4个铜原子相切并与面对角线平行,有(4x)2=2a2,x=24a。镁原子堆积方式类似金刚石,有y=34a。已知1cm=1010pm,晶胞体积为(a×10-10)3cm3,代入密度公式计算即可。
5.(1)D(1分)　C(1分)　(2)Li+核电荷数较大(2分)　(3)正四面体(1分)　sp3(1分)　AB(2分)　(4)520(1分)　498(1分)　2 908(2分)　(5)8×7+4×16NA(0.4665×10-7)3(3分)
【解析】　(1)根据能级能量E(1s)