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2024版高考总复习-化学二轮专题(新教材) 专题5 物质结构与性质
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(1)原子结构与核外电子排布:湖北卷(2023),湖南卷(2023、2022、2021),广东卷(2023、2022、2021),山东卷(2022、2021、2020),辽宁卷(2023、2022、2021),海南卷(2022、2021),江苏卷(2022、2021),浙江卷(2023、2022、2021、2020),北京卷(2023)(2)元素周期表和元素周期律:辽宁卷(2023),广东卷(2023),湖北卷(2023),湖南卷(2023、2022、2021),河北卷(2022),山东卷(2021、2020),江苏卷(2022、2021),北京卷(2021),浙江卷(2023、2022、2021、2020)
(3)分子结构与性质:湖南卷(2023),广东卷(2023、2022、2021),山东卷(2023、2022、2021、2020),湖北卷(2023、2022),辽宁卷(2023、2022、2021),江苏卷(2022、2021),河北卷(2022),海南卷(2022、2021),北京卷(2023、2022、2021)(4)晶体结构与性质:广东卷(2023、2022、2021),辽宁卷(2023、2022、2021),山东卷(2023、2022、2021、2020),湖南卷(2023),湖北卷(2023、2022),海南卷(2022、2021),江苏卷(2022、2021),北京卷(2023、2022、2021)
考点1原子结构与核外电子排布
要点1原子结构、核素和同位素课标指引:1.了解原子核外电子的排布,能画出1~20号元素的原子结构示意图。 2.知道元素、核素和同位素的含义。1.明确微粒间三个“数量”关系(1)原子:核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数(2)阴离子:核外电子数=质子数+所带的电荷数(3)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。
3.能层与能级的能量关系模型
要点2核外电子排布的规律课标指引:1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。 2.了解原子核外电子排布的构造原理,认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理(也称泡利不相容原理)和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
1.明确基态原子核外电子排布的四种方法
2.牢记基态原子(离子)核外电子排布的“三原则”
命题点1核素和同位素
变式演练(2023·北京房山区一模)在考古研究中,通过分析铜器中82Pb(铅)同位素的比值可以推断铜器是否同源。下列说法不正确的是( )A.Pb是第五周期元素B.204Pb含有中子数为122C.可用质谱法区分204Pb和206PbD.Pb的原子半径比Ge大
解析 Pb是82号元素,属于第六周期元素,A错误;Pb元素的质子数为82,则204Pb含有的中子数204-82=122,B正确;质谱的作用是准确测定物质的相对分子质量,204Pb和206Pb的质量数不同,故可以用质谱法区分,C正确;Pb和Ge是同主族元素,Pb是第六周期元素,Ge是第四周期元素,则Pb的原子半径比Ge大,D正确。
命题点2基态原子(离子)核外电子排布及表示典例2 (1)(2023·全国乙卷,35节选)基态Fe原子的价层电子排布式为 。 (2)(2023·北京卷,15节选)基态S原子价层电子排布式是 。 (3)(2023·浙江6月选考卷,17节选)基态N原子的价层电子排布式是 。 (4)(2022·广东卷,20节选)Se与S同族,基态硒原子价层电子排布式为 。
(5)(2022·海南卷,19节选)基态O原子的电子排布式为 ,其中未成对电子有 个。
1s22s22p4
(6)(2022·全国甲卷,35节选)基态F原子的价层电子排布图(轨道表示式)为 。
变式演练(1)(2021·湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图(轨道表示式)为 。 (2)(2021·海南卷,19节选)基态锰原子的价层电子排布式为 。 (3)(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 。
命题点3核外电子运动状态及能量比较典例3 (1)(2022·河北卷,17节选)基态S原子的价层电子中,两种自旋状态的电子数之比为 。 (2)(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)。
2∶1(或1∶2)
解析 (1)基态S原子的价层电子轨道表示式为 ,两种自旋状态的电子数分别为2和4,故其数目之比为1∶2或2∶1。(2)基态F原子核外有9个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p5,电子排布不同于基态F原子的都是激发态原子,故属于激发态的有a和d;由于3p能级的能量高于3 s能级,故能量较高的是d。1s22s22p43d2和1s22s12p5都不能表示氟原子。
变式演练(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,其价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
【思维建模】判断原子核外电子的运动状态和空间运动状态种类的方法(1)核外电子的运动状态种类=原子核外电子的总数。描述原子核外电子运动状态有4个参数:能层、能级、原子轨道和自旋状态,因此同一原子核外各电子的运动状态均不相同。(2)核外电子的空间运动状态种类=电子占据的原子轨道总数。描述原子核外电子的空间运动状态有3个参数:能层、能级和原子轨道,故根据核外电子排布占据的原子轨道总数判断原子的空间运动状态种类。
练真题·明考向1.(2022·北京卷)38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是( )A.Sr位于元素周期表中第六周期第ⅡA族B.可用质谱法区分87Sr和86SrC.87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48D.同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同
解析 Sr的原子序数为38,第四周期最后一种元素Kr的原子序数为36,故Sr位于元素周期表的第五周期第ⅡA族,A错误;87Sr和86Sr的质量数不同,可以用质谱法进行区分,B正确;87Sr和86Sr的质量数分别为87、86,其质子数均为38,故含有中子数分别为49和48,C正确;在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变,故同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同,D正确。
2.(1)(2022·北京卷,15节选)Fe2+的价层电子排布式为 。 (2)(2022·重庆卷,18节选)配位化合物X由配体L2-(如图)和具有正四面体结构的[Zn4O]6+构成。
①基态Zn2+的电子排布式为 。 ②L2-所含元素中,电负性最大的原子处于基态时电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
解析 (2)②L2-所含元素中电负性:O>C>H,电负性最大的是O,其基态原子最高能级是2p,电子云轮廓图为哑铃形。
练易错·避陷阱3.(2023·浙江丽水一模)门捷列夫曾预测镓、钪、锗元素的存在及性质,莫塞莱也曾预测一种“类锰”元素。现该元素单质是从核燃料裂变产物中提取,它是与锰同为第ⅦB族的放射性元素锝(43Tc),其一种核素在临床医学诊断中应用很广。下列有关推测不正确的是( )A.97Tc、98Tc、99Tc三种核素互为同位素,都是放射性元素B.用于显像的Na99TcO4是离子化合物,含有离子键和极性键C.用氘核轰击钼(42M)靶也能得到99Tc,此过程属于化学变化D.Tc2O7能与水反应,反应后溶液显酸性
解析 97Tc、98Tc、99Tc三种核素质子数相同,中子数不同,互为同位素,都是放射性元素,A正确;Na99TcO4由Na+和 构成,属于离子化合物,含有离子键和极性键,B正确;原子核发生变化的过程不属于化学变化,C错误;Tc与Mn处于同一族,其化学性质类似,Mn2O7为酸性氧化物,Tc2O7也是酸性氧化物,与水反应生成对应的酸,D正确。
4.(2023·湖南湘潭一模)同位素示踪法常用于研究化学反应历程。若将“84”消毒液和洁厕灵同时使用会发生危险,运用同位素示踪法,假设“84”消毒液的溶质为Na37ClO,洁厕灵的溶质为H35Cl,发生反应:Na37ClO+2H35Cl(浓) ══ NaCl+Cl2↑+H2O,下列对该反应的说法中正确的是( )A.Na37ClO为含有极性共价键的离子化合物B.35Cl和37Cl中所含中子数之比为35∶37C.该反应中,HCl体现了酸性和氧化性D.生成的氯气的摩尔质量为70 g·ml-1
解析 Na37ClO中Na+与ClO-形成离子键,ClO-中的氯原子和氧原子形成极性共价键,故Na37ClO是含有极性共价键的离子化合物,A正确;35Cl的中子数=35-17=18,37Cl的中子数=37-17=20,则35Cl与37Cl中子数之比为18∶20=9∶10,B错误;反应NaClO+2HCl ══ NaCl+Cl2↑+H2O中氯化氢中-1价的氯部分升高、部分不变,HCl既表现还原性又表现酸性,C错误;生成的氯气的摩尔质量为72 g·ml-1,D错误。
5.短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。则关于基态R原子的描述正确的是( )A.基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种:球形和哑铃形B.基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n=2或3)C.基态R原子的原子轨道总数为9D.基态R原子的轨道表示式为
解析 由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知,可能有两种情况:p能级上只有2个电子,R为第ⅣA族元素,为C或Si;p能级上有4个电子,R为第ⅥA族元素,为O或S,A正确。
解析 I元素位于周期表中第五周期第ⅦA族,A错误 的中子数为131-53=78,核外电子数为53,则中子数与核外电子数之差为78-53=25,故B正确;131I2、标记酪氨酸中都含有131I,均具有放射性,C正确;标记过程发生了取代反应,I原子取代了苯环上的氢原子,D正确。
8.按题目要求回答相关问题:(1)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图为 形。 (2)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)。 (3)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。 (4)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16O原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)
9.(1)基态Sc原子的价层电子排布式为 。 (2)基态V原子的价层电子轨道表示式为 。 (3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)为 。 (4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)为 。(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期序数相同的基态原子的核外电子排布式(简写)为 。
[Ar]3d104s1
[Ar]3d104s24p1
[Ar]3d64s2
考点2元素周期表与元素周期律
要点1元素周期表的结构与分区课标指引:1.认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。 2.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征,了解元素周期律(表)的应用价值。
1.元素周期表的结构与分区
2.价层电子排布与元素周期表的关系(1)三个数据关系①原子的电子层数=最高能层序数=周期序数。②主族元素原子的价层电子数=该元素在周期表中的主族序数。③过渡元素(镧系、锕系除外)原子的价层电子数=该元素在周期表中的纵列序数。
(2)族和分区的关系
要点2元素周期律课标指引:1.结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。 2.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。
1.元素的金属性和非金属性强弱的比较
2.元素的电离能及其应用(1)第一电离能的周期性变化
①同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势;稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小。②同族元素自上而下,第一电离能逐渐减小。微点拨同周期中ⅡA和ⅢA族、ⅤA和ⅥA族的第一电离能出现交错,其原因是ⅡA、ⅤA族元素原子的价层电子排布分别为ns2、ns2np3,最高能级分别为全充满、半充满,均较难失去电子,故这两族元素原子的第一电离能反常。
3.电负性及其应用(1)电负性的变化规律①同周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐增大。②同主族元素自上而下,元素的电负性逐渐减小。
命题点1元素周期表的结构与分区典例1 (1)(2022·山东卷,16节选)基态Ni原子的价层电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。 (2)(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。 (3)(2023·湖北卷,16节选)C位于元素周期表第 周期第 族。
变式演练(1)铁元素在元素周期表中的位置是 ,属于 (填“s”“d”“ds”或“p”)区。 (2)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)基态Cd原子的价层电子排布式为4d105s2,则Cd在元素周期表中的位置是 ,处于 区。
命题点2元素周期律及其应用典例2 (2022·江苏卷)工业上电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的混合物可制得铝。下列说法正确的是( )A.半径大小:r(Al3+)χ(O),B错误;O是非金属元素,Na是活泼金属元素,Na比O更易失去电子,故电离能:I1(O)>I1(Na),C错误;元素的金属性:Na>Al,则碱性:NaOH>Al(OH)3,D错误。
C.X原子核内中子数与质子数之比为13∶14D.简单氢化物的热稳定性:Y
O>Si>Fe>Mg
I1(O)>I1(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的
吸引力大,不易失去一个电子
(3)(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 ,判断的根据是___________________________________________________________ ; 第三电离能的变化图是 。
同一周期元素第一电离能呈增大趋势,由于N元素的2p能级为半充满
状态,故N元素的第一电离能较C、O两种元素高
(4)(2022·河北卷,17节选)Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是 ,原因是 。
Cu的第二电离能失去3d10电子,第一电离能失去4s1电子,3d10电子处于全充满状态,较难失去电子,则Cu的第二电离能与第一电离能的差值大
解析 (3)第三电离能,碳原子需从全充满的2s轨道中失去电子,导致其所需能量较高;氮原子失去第三个电子,形成稳定的2s2结构,所需能量相对较低;氟原子从半满的2p3失去电子,所需能量相应较高,图b符合题意。
命题点3“位—构—性”的关系及应用典例4 (2022·辽宁卷)短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是( )A.X能与多种元素形成共价键B.简单氢化物沸点:ZZD.电负性:W
典例5 (2023·湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2,已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素,基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3,下列说法正确的是( )A.电负性:X>Y>Z>WB.原子半径:X
变式演练(2023·山东济南一模)2022年诺贝尔化学奖颁给了在“点击化学”领域做出贡献的科学家。一种“点击化学”试剂XYZ2W3是由四种短周期主族元素组成,其中X、Z、W的原子序数依次递减,三者基态原子核外电子的空间运动状态数相同,Y的原子序数是Z的两倍。下列说法正确的是( )A.简单氢化物的分子极性:Y>ZB.电负性和第一电离能均有Z>WC.同周期元素形成的简单氢化物中X稳定性最强D.同周期主族元素基态原子未成对电子数少于Y的有2种
解析 X、Z、W的原子序数依次递减且核外电子的空间运动状态数相同,即占有的原子轨道数相同,由原子序数关系可知,X、Z、W分别为F、O、N,Y的原子序数是Z的两倍,Y为S。O元素的电负性大于S,则分子的极性:H2O>H2S,A错误;电负性:O>N,但是第一电离能:N>O,B错误;第二周期元素中,F的非金属性最强,故在第二周期中HF最稳定,C正确;基态S原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,未成对电子数为2,在第三周期元素中,比其未成对电子数少的有Na、Al、Cl三种元素,D错误。
【思维建模】解答“位—构—性”的关系及应用类题目的方法
练真题·明考向1.(2023·浙江1月选考卷)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 Y的s能级电子数是p能级的两倍,则Y是C元素;M是地壳中含量最多的元素,则M是O元素;Q是纯碱中的一种元素,其原子序数大于M(O),则Q是Na元素。X的2s轨道全充满,且原子序数小于Y(C),则X是B或Be元素;Z的原子序数介于Y(C)和M(O)之间,则Z是N元素。同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,则电负性:N>B(或Be),A正确;M是O元素,无最高正价,B错误;O和Na元素形成的Na2O2中含有离子键和非极性键,C正确;非金属性:N>C,则酸性:HNO3>H2CO3,D正确。
2.(2023·湖北卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增加的同一短周期元素,其中X、Y、Z相邻,W的核外电子数与X的价层电子数相等,Z2是氧化性最强的单质,4种元素可形成离子化合物(XY)+(WZ4)-。下列说法正确的是( )A.分子的极性:WZ3
3.(2023·浙江6月选考)X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是( )A.第一电离能:Y>Z>XB.电负性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W
解析 由三种微粒的电子排布式可知,①是基态Si原子,②是基态Si+,③是激发态Si原子,B正确。激发态Si原子的4s轨道排布1个电子,其半径最大,基态Si+的3p轨道只有1个电子,其半径最小,故微粒半径:③>①>②,A正确。激发态Si原子具有较高能量,电离一个电子所需能量最低,基态Si+电离一个电子,所需能量最高,故所需最低能量:②>①>③,C错误。基态Si+较易得到电子,故得电子能力:②>①,D错误。
练易错·避陷阱5.(2023·辽宁鞍山一模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,四种元素原子的核外电子总数满足X+Y=W+Z,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是( )A.电负性:W>X>YB.原子半径:Z>Y>X>WC.X的含氧酸均为强酸D.Y的最高价氧化物的水化物为强碱
解析 W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟,则XW3为NH3,WZ为HCl,则W为H元素,X为N元素,Z为Cl元素。四种元素原子的核外电子总数满足X+Y=W+Z,则Y的核外电子总数为11,Y为Na元素。H、N、Na三种元素的电负性从大到小的顺序为N>H>Na,A错误;同周期主族元素从左到右原子半径依次减小,同主族元素从上至下原子半径依次增大,则原子半径:Na>Cl>N>H,B错误;N元素的含氧酸不一定全是强酸,如HNO2为弱酸,C错误;Na的最高价氧化物的水化物为NaOH,NaOH属于强碱,D正确。
6.(2023·湖南衡阳一模)X、Y、Z、W、M五种短周期主族元素在元素周期表中的位置如图所示,Z的第一电离能比W的第一电离能大,M的3p轨道上有2个未成对电子。以下说法错误的是( )A.电负性:W>Z>YB.最高价氧化物对应水化物的酸性:M>YC.通过电解熔融的X2W3可制得X单质D.常温下,将一定量气态Z2W4充入一烧瓶内,烧瓶内始终为无色
解析 由题给信息可推知,X、Y、Z、W、M分别为Al、C、N、O、S。同周期从左到右,主族元素的电负性逐渐增大,则电负性:O>N>C,A正确;元素的非金属性:S>C,则酸性:硫酸>碳酸,B正确;工业上通过电解熔融的Al2O3可以得到Al,C正确;将N2O4通入烧瓶中会发生可逆反应:N2O4 2NO2,故容器内会出现红棕色,D错误。
7.(2023·云南曲靖一模)X、Y、Z、W是同周期主族元素,四种元素均是短周期元素,W元素形成的某种单质具有强氧化性,可用于杀菌消毒。四种元素与锂组成的盐是一种新型锂离子电池的电解质,该盐的结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.组成这种新型电解质的所有元素均处于元素周期表p区B.Z元素的含氧酸不可能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.最简单氢化物的沸点:X>WD.同周期中第一电离能比W元素小的有4种元素
解析 根据W元素形成的某种单质具有强氧化性,可用于杀菌消毒,结合图中结构可知W为O;四种元素同周期,根据图中成键方式可知X为F,Z为C,Y为B。组成这种新型电解质中的Li元素处于元素周期表s区,A错误;Z为C元素,其含氧酸H2C2O4可使酸性高锰酸钾溶液褪色,B错误;简单气态氢化物的沸点H2O>HF,C错误;与O同周期且第一电离能小于O的元素有Li、Be、B、C 4种元素,D正确。
练预测·押考向8.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,其中X的一种核素常用于测定文物年代,基态Y原子s能级电子总数与p能级电子总数相等,X原子与Y原子的价层电子数之和与Z原子的价层电子数相等。下列说法正确的是( )A.X、W形成的化合物易溶于水B.最高价氧化物对应水化物的酸性:X>ZC.Y元素的第一电离能比同周期相邻元素大D.原子半径:X>Y>Z>W
解析 X的一种核素常用于测定文物年代,X为C;基态Y原子s能级电子总数与p能级电子总数相等,Y核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,则Y为O或Mg;X原子与Y原子的价层电子数之和与Z原子的价层电子数相等,若Y为O,则Z价层电子数为10,不存在,若Y为Mg,则Z的价层电子数为6,Z为S,W为Cl。X、W形成的化合物为CCl4,不溶于水,A错误;非金属性越强,最高价氧化物的水化物酸性越强,非金属性:S>C,则酸性:H2SO4>H2CO3,B错误;Y为Mg,其第一电离能大于同周期相邻的两种元素,C正确;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,原子半径越大,则原子半径:Y>Z>W>X,D错误。
9.M、N、Z、Y、X、T是原子半径依次增大的短周期主族元素,基态N原子核外电子有5种空间运动状态,并有1个单电子,这六种元素形成的一种化合物结构如图所示。下列说法正确的是( )A.与Y同周期且第一电离能大于Y的元素仅有1种B.该化合物中含有离子键、共价键和配位键C.六种元素中,X的最高价含氧酸的酸性最强D.M与X、Y形成的化合物中,前者的沸点一定低于后者
解析 基态N原子核外电子有5种空间运动状态,并有1个单电子,推测N元素为F,结合物质的结构图可知M只能形成一个共价键且原子半径比F小,可推测M为H,Z形成2个共价键且半径比F大,可推测Z为O,Y形成3个共价键且半径比F大,可推测Y为N,X形成4个共价键且半径比F大,可推测X为C,T与F形成 ,推测T为B。Y是氮元素,与氮元素同周期且比氮元素第一电离能大的元素有F、Ne两种元素,A错误;该化合物中有阴、阳离子,存在离子键,阳离子内部原子之间以共价键相连, 阴离子内部存在配位键,B正确;氟元素的非金属性最强,但是F没有含氧酸,O没有最高正价,故氮元素的最高价含氧酸的酸性最强,C错误;M与X形成的化合物种类有很多,例如苯的沸点比M与Y形成的NH3的沸点要高,D错误。
10.锂离子电池广泛应用于电源领域。(1)锂离子电池目前广泛采用溶有六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯作电解液。①Li、P、F的电负性由大到小的排序是 。 ② 中存在 (填字母)。 a.共价键 b.离子键 c.金属键
(2)废旧锂离子电池含LiNiO2的正极材料经预处理后,可采用如图原理富集Ni元素。
①基态Ni2+的价层电子的轨道表示式是 。
②DMG中N原子均与Ni2+配位,且Ni2+的配位数是4;DMG-Ni中两个配体之间形成分子内氢键。写出DMG-Ni的结构简式(用“…”标出氢键)。
要点1共价键和键参数课标指引:1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,了解共价键具有饱和性和方向性。 2.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型;知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。 3.共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
1.判断σ键、π键的两种方法
2.大π键的形成及表示(1)所有参与大π键的原子都必须提供与相邻原子p轨道相互平行的p轨道或接近平行。(2)大π键符号可用 表示,其中m为平行的p轨道总数(一般为参与形成大π键的原子数),n为平行p轨道里的电子总数。
3.键参数对分子结构与性质的影响
要点2分子的空间结构课标指引:1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。 2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
1.价层电子对互斥模型(1)价层电子对互斥模型反映价层电子对的空间结构,而分子的空间结构仅是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。(2)当中心原子无孤电子对时,VSEPR模型和分子的空间结构相同;当中心原子含有孤电子对时,二者的空间结构不一致。
微点拨用价层电子对互斥模型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。
2.杂化轨道理论(1)杂化轨道理论的要点当原子成键时,原子的价层电子轨道相互混杂,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。
(2)中心原子杂化轨道类型和分子的空间结构的关系
3.利用价层电子对互斥模型比较键角的方法
要点3分子结构与物质的性质课标指引:1.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。 2.认识分子间存在相互作用,知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力,了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。 3.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
1.分子的空间结构与分子极性的关系
2.溶解性及影响因素(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。若溶剂和溶质之间形成氢键,则物质的溶解度增大。(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
3.范德华力、氢键和共价键对物质性质的影响
4.手性碳原子和手性分子
命题点1共价键的类型与键参数典例1 (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:富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。 (2)(2023·湖北卷,16节选)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有 (填字母)。 a.Si—Cl键极性更大b.Si的原子半径更大c.Si—Cl键键能更大d.Si有更多的价层轨道
(3)(2022·全国乙卷,35节选)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个_______ 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( )。 ②一氯乙烷(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) 。
一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔
解析 (1)由富马酸的结构模型可知,其结构简式为HOOCCH=CHCOOH,羧基和碳碳双键中含有π键,则该分子中σ键与π键的数目之比为11∶3。(2)电负性SiC,所以键能Si—ClC2H3Cl>C2HCl。
变式演练(2023·辽宁重点高中联合体一模)工业上制备粗硅的反应为2C+SiO2 Si+2CO↑,若C过量,还会生成SiC。下列叙述错误的是( )A.1个CO分子内只含有1个σ键和2个π键B.键能:C—H>Si—H,因此甲硅烷没有甲烷稳定C.键长:C—SiSiD.键长:C—CSi—H,共价键的牢固程度:C—H>Si—H,因此甲硅烷没有甲烷稳定,B正确;碳化硅和单晶硅均属于共价晶体,原子半径:CSi—Si,故熔点: SiC>Si,C正确;键长:C—CSi—Si,故C的还原性小于Si的还原性,D错误。
命题点2微粒的空间结构与“两大理论”典例2 (1)(2023·全国甲卷,35节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。
(2)(2023·全国乙卷,35节选)SiCl4的空间结构为 ,其中Si的轨道杂化形式为 。 (3)(2023·湖南卷,17节选)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 (填“>”“<”或“=”)Ga(CH3)3(Et2O),其原因是 。
Ga(CH3)3和Ga(CH3)3(Et2O)中Ga杂化类型分别为sp2、sp3
解析 (1)Al2Cl6中Al形成4个σ键(其中一条由Cl提供孤电子对形成配位键),则Al为sp3杂化。(3)Ga(CH3)3分子中有3个σ键,无孤电子对,中心原子Ga为sp2杂化,Ga(CH3)3分子为平面三角形,C—Ga—C键角为120°;Ga(CH3)3(Et2O)分子中中心原子Ga的价层电子对数为4,Ga的杂化类型为sp3杂化,Ga(CH3)3(Et2O)形成四面体结构,C—Ga—C键角接近109°28'。
【思维建模】利用价层电子对互斥模型推测分子(或离子)的空间结构的方法(1)利用价层电子对互斥模型推测分子(或离子)的空间结构的思维模型
(2)中心原子的价层电子对数的计算方法
其中,a为中心原子的价层电子数(阳离子减去所带电荷数,阴离子加上所带电荷数),b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x为与中心原子结合的原子数。
命题点3分子结构与物质的性质典例3 (1)(2022·山东卷,16节选)在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是① , ② 。 (2)(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 。
吡啶能与水分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,相似相溶,而苯为非极性分子
两者均为分子晶体,前者只存在范德华力,而后者还能形成氢键,熔点更高
变式演练(1)常压下,H2O、H2S、H2Se的沸点分别为100 ℃、-61 ℃和-41 ℃,三者沸点差异的原因为 。
三者均为分子晶体,H2Se的相对分子质量大于H2S,则H2Se的分子间作用力大于H2S,H2O形成分子间氢键导致沸点异常升高,故沸点的高低顺序为H2O>H2Se>H2S
(3)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的沸点比HCl (填“高”或“低”)。
氢键,而金刚烷则不能形成氢键,故前者的水溶性更高
练真题·明考向1.(2023·北京卷)下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是( )A.F—F的键能小于Cl—Cl的键能B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的KaC.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子
解析 F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F不稳定,因此F—F的键能小于Cl—Cl的键能,与电负性无关,A符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—H的极性大于Cl—H的极性,导致HF分子极性强于HCl,C不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,故气态氟化氢中存在(HF)2,D不符合题意。
2.(2023·湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形C.CF4和SF4均为非极性分子D.XeF2与XeO2的键角相等
解析 CH4和H2O的价层电子对数均为4,VSEPR模型应为四面体形,A正确; 中S的价层电子对数为4,为三角锥形, 的价层电子对数是3,为平面三角形,B错误;CF4为正四面体形,为非极性分子,SF4中S的价层电子对数为5,故分子结构不对称,为极性分子,C错误;Xe—F键长更短,成键电子对间斥力更大,键角更大,D错误。
3.(2023·湖南卷)下列有关物质结构和性质的说法错误的是( )A.含有手性碳原子的分子叫做手性分子B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应D.冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
解析 含有多个手性碳原子的分子,若分子内存在对称因素,可使分子失去旋光性,所以含有手性碳原子的分子不一定是手性分子,A错误;邻羟基苯甲醛主要存在分子内氢键,使其熔、沸点降低,而对羟基苯甲醛主要存在分子间氢键,使其熔、沸点升高,B正确;酰胺在通常情况下较难水解,但在强酸或强碱存在下,长时间加热可水解生成羧酸(或羧酸盐)和氨(或胺),C正确;冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者形成的超分子内部冠醚分子与金属离子可以通过弱配位键结合,D正确。
4.(1)(2023·浙江1月选考卷,17节选)Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为 ,分子中氮原子的杂化轨道类型是 。Si(NH2)4受热分解生成Si3N4和NH3,其受热不稳定的原因是 。(2)(2022·山东卷,16节选)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
Si周围的—NH2基团体积较大,受热时斥力较强,Si(NH2)4中Si—N键能相对较小
(3)(2022·北京卷,15节选)H2O中O和 中S均为sp3杂化,比较H2O中H—O—H键角和 中O—S—O键角的大小并解释原因: 。
H2O中H—O—H键角小;H2O中O和 中S的价层电子对数均为4,前者含2对孤电子对,后者不含孤电子对,孤电子对越多,排斥力越大,键角越小
解析 (2)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键和容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
练易错·避陷阱5.(2023·湖北重点高中联考)有X、Y两种活性反应中间体微粒,均含有1个碳原子和3个氢原子,其球棍模型如图所示:
6.(2023·辽宁协作校一模)有机化学试剂氨基氰( )常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。下列有关氨基氰说法正确的是( )A.分子中所有原子共面B.氨基氰的水溶性较差C.σ键和π键数分别为4和2D.碳为sp杂化,氨基氮为sp2杂化
解析 —NH2中N原子采取sp3杂化,该N原子与所连的3个原子形成三角锥形结构,故分子中所有原子不可能共平面,A错误。—NH2可与水形成氢键,且该分子是极性分子,故氨基氰的水溶性较好,B错误。由氨基氰的结构可知,1个分子内有4个σ键,有2个π键,C正确。碳氮三键是直线形结构,则碳为sp杂化;根据价层电子对互斥模型推测氨基氮的价层电子对数为4,含1对孤电子对,则氨基氮采取sp3杂化,D错误。
7.(2023·河北邢台一模)三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)都是微电子工业中的优良蚀刻剂,随着纳米技术及电子工业的发展,它们的需求量日益增加。下列说法正确的是( )A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子B.六氟化硫分子的空间结构为平面正六边形C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷D.三氟化氮和甲烷中的N、C杂化方式相同
解析 NF3为三角锥形结构,该分子是含有极性键的极性分子,SF6是正八面体形结构,该分子是含有极性键的非极性分子,A、B错误;NF3、PF3的组成和结构相似,NF3的相对分子质量小,范德华力小,其沸点低,C错误;NF3中N原子有1对孤电子对,NF3和CH4中N、C原子均采取sp3杂化,D正确。
练预测·押考向8.硒(34Se)在医药、催化、材料等领域有广泛应用,乙烷硒啉是一种抗癌新药,其结构简式如图所示。关于硒及其化合物,下列说法不正确的是( )A.Se原子在元素周期表中位于p区B.乙烷硒啉分子中,C原子的杂化类型有sp2、sp3C.乙烷硒啉分子中有5种不同化学环境的氢原子
解析 Se原子的价层电子排布式为4s24p4,则Se元素位于元素周期表的p区,A正确;乙烷硒啉分子中,苯环上的碳原子和双键碳原子采取sp2杂化,—CH2—中C原子采取sp3杂化,B正确;乙烷硒啉分子结构对称,含有5种不同化学环境的氢原子: ,C正确;SeO3中Se的价层电子对数为3,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°, 中Se的价层电子对数为4,含1对孤电子对,该离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°,故键角大小:气态SeO3> ,D错误。
9.阴离子 和二脲基分子能通过氢键作用形成超分子阴离子配合物,其结构如图所示(图中省略阴离子配合物中部分原子)。下列关于该阴离子配合物的说法错误的是( )
A. 的空间结构为正四面体形B.二脲基分子中N—H的H和 中的O形成氢键C.所含元素原子的杂化轨道类型均相同D.所含元素基态原子的第一电离能最大的是N
10.某有机反应的反应原理如图所示(R为烃基)。下列叙述错误的是( )A.聚合反应时,原子利用率为100%B.甲的水解产物均含有羟基C.丙中采取sp3杂化的原子只有碳原子D.乙中碳氧双键活化了碳硫σ键
解析 聚合反应只生成一种物质,该反应的原子利用率为100%,A正确;1个甲分子中含2个酯基,水解生成HOCH2COOH、HOCH(R)COOH,B正确;丙中C、S原子均是采取sp3杂化,C错误;乙分子中碳氧双键具有强吸电子能力,使碳硫键的极性增强,活化了碳硫σ键,D正确。
要点1晶体类型与微粒间相互作用力课标指引:1.通过微粒的种类及微粒之间的相互作用,认识物质的性质与微观结构的关系。知道金属键的特点与金属某些性质的关系。 2.能借助分子晶体、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。
1.四种晶体类型及其比较
2.判断晶体类型的两种常用方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子通过离子键构成的晶体为离子晶体;由原子通过共价键构成的晶体为共价晶体;由分子通过分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等金属的熔点很高,铯等金属的熔点很低。
3.不同晶体熔、沸点比较的一般思路(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔、沸点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔、沸点比较的思路
要点2晶胞结构与常见晶体结构分析课标指引:1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。 2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。
1.利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(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.常见共价晶体的结构及分析
3.常见分子晶体的结构及分析
4.常见离子晶体的结构及分析
5.混合型晶体结构及分析
要点3配位键与配位化合物课标指引:1.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用。 2.运用离子键、配位键、金属键等模型,解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。
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.配合物的组成和结构{以[Zn(NH3)4]SO4为例}
(1)中心离子结构特点:一般是金属离子,特别是过渡金属离子,必须有空轨道,如Zn2+、Cu2+、Fe3+、Ag+等。(2)配位体必须有孤电子对,常见配位体和配位原子如下表:
命题点1晶体类型及熔、沸点的比较典例1 (2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化C.三种物质的晶体类型相同D.三种物质均能导电
解析 本题考查了金刚石、石墨、石墨炔三种物质中的共价键类型和碳原子的杂化方式以及形成的晶体类型。三种物质都是由碳原子构成的单质,物质内部含有碳碳键,其中必含σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合晶体,三种物质的晶体类型不相同,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。
A.晶体类型为分子晶体B.1 ml该分子中存在15 ml σ键C.三聚氰胺的熔点较高,与氢键有关D.六元环上的N原子提供孤电子对形成大π键
解析 三聚氰胺中原子间的化学键只有共价键,其晶体的构成粒子是分子,晶体类型为分子晶体,A正确;1个三聚氰胺分子中含6个N—H σ键、9个碳氮σ键,1个三聚氰胺分子中含15个σ键,1 ml该分子中存在15 ml σ键,B正确;三聚氰胺分子中含3个—NH2,可形成多个氢键,故其熔点较高,C正确;N原子的价层电子排布式为2s22p3,该分子中—NH2中N原子采取sp3杂化,六元环上的N原子采取sp2杂化,六元环上的每个N原子通过2个杂化轨道与2个碳原子形成碳氮σ键、每个N上剩余的1个杂化轨道容纳1对孤电子对,六元环上的N原子未参与杂化的p轨道上的1个电子形成大π键,孤电子对不形成大π键,D错误。
命题点2晶胞结构及相关计算典例2 (1)(2023·山东卷,16节选)一定条件下,CuCl2、K与F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2价。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
4K+2F2+CuCl2 ══ K2CuF4+2KCl
(2)(2022·重庆卷,18节选)X晶体具有面心立方结构,其晶胞由8个结构相似的组成单元(如图)构成。
X晶胞的组成单元的对角面中[Zn4O]6+与L2-配位示意图
①晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6+的不同之处在于 。 ②X晶体中Zn2+的配位数为 。 ③已知ZnO键长为d nm,理论上图中A、B两个Zn2+之间的最短距离的计算式为 nm。 ④已知晶胞参数为2a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,L2-与[Zn4O]6+的相对分子质量分别为M1和M2,则X的晶体密度为 g·cm-3(列出化简的计算式)。
与Zn2+相连的双键氧原子不在对称轴的同侧
(2)①由X晶胞的组成单元的对角面可知,晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6+的不同之处在于与Zn2+相连的双键氧原子不在对称轴的同侧。②由X晶胞的组成单元的对角面可知,每个锌离子与2个氧离子相连,其中1个氧离子为4个锌离子所共有,则每个锌离子实际上与1+0.25=1.25个氧离子相连,故X晶体中锌离子的配位数为1.25。
变式演练(1)(2022·辽宁卷,16节选)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·ml-1,则M元素为 (填元素符号);在该化合物中,M离子的价层电子排布式为 。
(2)(2022·北京卷,15节选)FeS2晶胞为立方体,边长为a nm,如图所示。
①与Fe2+紧邻的阴离子个数为 。 ②晶胞的密度为ρ= g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
解析 (1)根据“均摊法”可知,每个晶胞中含有 个数为 ,含有 个数为8,即含4个M(NH3)6和8个BH4,二者个数之比为1∶2,故该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2。又知该化合物的摩尔质量为188 g·ml-1,则有x+17×6+15×2=188,解得x=56,故M元素为Fe。根据化合物中各元素化合价代数和为0推知,Fe显+2价,则Fe2+的价层电子排布为3d6。
【思维建模】有关晶体中的计算(1)计算晶体密度的思维流程
(2)计算晶胞中粒子的空间利用率(占有率)的方法①空间利用率(η)是指构成晶胞的原子、离子或分子的总体积在整个晶胞空间中所占用的体积百分比。
②晶胞中粒子所占的总体积:V(粒子)=N(粒子)×V(单个粒子),而单个粒子的体积V(单个粒子)= πr3(r是粒子的半径)。
[注意]晶胞计算中的重要关系
命题点3配位键和配位化合物典例3 (1)(2022·北京卷,15节选)FeSO4·H2O结构如图所示。
H2O与Fe2+、 和H2O的作用分别为 、 。 (2)(2022·海南卷,19节选)金属Zn能溶于氨水,生成以氨为配体,配位数为4的配离子,Zn与氨水反应的离子方程式为 。 (3)(2022·河北卷,17节选)将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,称其为顺磁性物质。下列物质中,属于顺磁性物质的是 (填字母)。 A.[Cu(NH3)2]ClB.[Cu(NH3)4]SO4C.[Zn(NH3)4]SO4D.Na2[Zn(OH)4]
Zn+4NH3·H2O ══[Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH-+2H2O
解析 (2)金属Zn能溶于氨水,生成以氨为配体,配位数为4的配离子,该配离子为[Zn(NH3)4]2+,Zn被氧化,同时生成还原产物H2。(3)根据题意,具有顺磁性物质含有未成对电子。[Cu(NH3)2]Cl、[Zn(NH3)4]SO4、Na2[Zn(OH)4]中各原子核外电子均已成对,都不是顺磁性物质。[Cu(NH3)4]SO4中的Cu2+价层电子排布为3d9,有1个未成对电子,属于顺磁性物质。
变式演练(1)(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 。 (2)(2021·海南卷,19节选)金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(CO)5是锰的一种简单羰基配位化合物,其结构示意图如下。
配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(CO)5中锰原子的配位数为 。
练真题·明考向1.(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是( )
B.图1中O原子的配位数为6C.图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1-xD.Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导
解析 根据均摊原理,图1晶胞中Li、Cl、O原子个数分别为3、1、1,即化学式为Li3OCl,则晶体的密度为 ,A正确;从图1看,O原子与6个Li形成正八面体结构,B正确;图2晶胞中Li的个数为1,O的个数为1,Cl和Br的个数之和也为1,结合化合价代数和为0,则该晶体的化学式为LiMgOClxBr1-x,C错误;Mg2+取代及卤素共掺杂后获得高性能固体电解质材料,则是由于空位的存在,有利于Li+传导,D正确。
2.(2023·湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法错误的是( )
A.LaH2晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼D.LaHx单位体积中含氢质量的计算式为
解析 LaH2晶体中La的配位数是8,A正确;LaH2的晶胞边长大于LaHx,且LaHx中存在以一个H为中心与另外4个H形成类似于甲烷的结构,导致氢原子密度大,距离近,故H和H的最短距离:LaH2>LaHx,B正确;LaHx晶胞中共40个氢原子,其中一部分H在形成的立方体结构内,并不是40个顶点,C错误;每个LaHx晶胞中有40个氢原子,晶胞体积为(4.84×10-8)3 cm3,故含氢质量为
3.(2023·湖南卷)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
4.(2023·全国甲卷,35节选)将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。(1)如图所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于共价晶体的是 ,C60间的作用力是 。
范德华力(或分子间作用力)
(2)AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
练易错·避陷阱5.(2023·山东滨州一模)Cu2+可以与缩二脲(H2NCONHCONH2)形成紫色配离子,结构如图所示。下列说法正确的是( )A.该配离子需在碱性条件下制备B.该配离子中碳原子和氮原子都采取sp3杂化C.该配离子中配位键强度:Cu—N
6.(2023·河南名校联盟联考)砷化硼是一种超高热导率半导体材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.和元素As位于同一周期且含有相同未成对电子数的元素有两种B.BAs晶体中硼原子和砷原子均采取sp3杂化C.根据X、Y的坐标可知,1号砷原子的坐标为D.若晶胞中As原子到B原子的最近距离为a pm,则该晶体的密度为
练预测·押考向7.我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术,在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.该二维晶体的化学式为CaCl2B.Ca—Cl—Ca的键角为120°C.Can+和Cl-的配位数均为3D.该晶体可由钙在氯气中燃烧制得
解析 由俯视图可知,一个钙离子形成键结合3个氯离子,同样一个氯离子形成键结合3个钙离子,则该二维晶体的化学式为CaCl,A错误;结合侧视图可知,Ca—Cl—Ca构成的为非平面六边形,其Ca—Cl—Ca的键角不是120°,B错误;Can+、Cl-周围最近的离子数均为3,故配位数均为3,C正确;钙在氯气中燃烧生成CaCl2,不能得到该晶体,D错误。
8.氮化钼作为锂离子电池的负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物,N原子部分填充在M原子立方晶格的八面体空隙中,晶胞结构如图所示,其中氮化钼晶胞参数为a nm。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
9.已知图甲为金属钠的晶胞,晶胞边长为a pm,其晶胞截面如图乙所示。图丙为ZnS晶胞截面,已知ZnS属于立方晶体,假设晶胞边长为d pm。下列关于ZnS晶胞的描述错误的是( )
A.每个晶胞中含有的S2-数目为4B.与Zn2+距离最近且相等的S2-有8个
突破高考题型(五)物质结构与性质综合题
高考指引:近几年,全国卷及北京、重庆、山东、广东、河北、湖南等省市化学试题都考查了物质结构与性质综合题,大多以某种新材料、新药物等为命题载体,考查内容涵盖整个“物质结构与性质”模块,侧重考查考生的“理解与辨析能力”“分析与推测能力”“归纳与论证能力”等关键能力。
突破点1 化学键、杂化类型及空间结构的判断
核心归纳1.物质结构与性质综合题的结构模型
2.化学键类型和分子极性的判断(1)判断化学键类型的方法
(2)判断分子极性的方法①双原子分子:分子的极性与键的极性一致,如HCl含有极性键,则HCl是极性分子。②多原子分子:多原子分子
3.判断杂化类型的两种方法(1)根据中心原子的价层电子对数判断
(2)根据杂化轨道数目判断一般来说,杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数,根据杂化轨道总数判断杂化轨道类型,判断有机化合物分子中C、N等原子的杂化轨道类型较为实用。
4.利用VSEPR模型推测分子(或离子)空间结构的思维模型
真题感悟1.(1)(2023·全国乙卷,35节选)已知一些物质的熔点数据如下表:
Na与Si均为第三周期元素。NaCl熔点明显高于SiCl4。原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因:_______________________________ 。
NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体
SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高,三者
均为分子晶体,范德华力随着相对分子质量的增大而递增,使得熔点依次升高
(3)(2021·全国甲卷,35节选)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)。
(2)(2021·全国乙卷,35节选)H2O的键角小于NH3的,分析原因: 。
NH3中N原子含有1对孤电子对,而H2O中O原子含有2对孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大
(3)由图可知,中间体SiCl4(H2O)中Si原子形成5条共价键,则Si的杂化轨道总数为5,根据杂化过程中原子轨道总数不变可知,Si采取sp3d杂化。
2.(2022·山东卷,16节选)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°。
(1)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= 。
突破点2 结构与性质的关系及原因分析
核心归纳1.电离能的比较及原因分析
2.分子的稳定性比较及原因分析
3.键角的比较及原因分析
4.配合物稳定性的比较及原因分析
5.晶体熔、沸点的比较及原因分析
真题感悟3.(1)(2022·广东卷,20节选)H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。 (2)(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: 。
H2Se分子间只存在范德华力,H2O分子间形成氢键
CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体,离子键强于分子间作用力
4.(2022·海南卷,19节选)(1)Cu、Zn等金属具有良好的导电性,从金属键的理论看,原因是________________________________________________ 。 (2)ZnO晶体中部分O原子被N原子替代后可以改善半导体的性能,Zn—N键中离子键成分的百分数小于Zn—O键,原因是 。
Cu、Zn等金属由金属阳离子和自由电子构成,自由电子
在外加电场中作定向移动
电负性:O>N,O对电子的吸引能力更强,Zn和O更易形成离子键
突破点3 晶体结构及相关计算
核心归纳1.“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标
2.分析晶胞投影图的方法(1)分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的投影图,确定晶胞中各粒子的具体位置。(2)结合晶胞参数,利用“均摊法”计算晶体的密度、原子的空间利用率等。(3)结合三维坐标系及晶胞中原子的位置,确定相关原子的分数坐标。
真题感悟5.(2023·北京卷,15节选)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根 中的一个O原子被S原子取代的产物。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。晶胞中的[Mg(H2O)6]2+个数为 。已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·ml-1,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为 g·cm-3。(1 nm=10-7 cm)
中的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基S原子含有孤电子对,能做配位原子
6.(2022·广东卷,20节选)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1,沿x、y、z轴方向的投影均为图2。
(1)X的化学式为 。 (2)设X的最简式的式量为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,NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2023·河南濮阳一模)铬是重要的金属元素之一,其化合物有着广泛的用途。回答下列问题:(1)基态铬原子的未成对电子数是 。 (2)CrO2Cl2是重要的氯化剂。制备CrO2Cl2的反应的化学方程式为K2Cr2O7+3CCl4 ══ 2KCl+2CrO2Cl2+3COCl2↑。①COCl2中C、O和Cl元素的电负性由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 ②CrO2Cl2在常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2分子的空间结构是 (填“平面四边形”或“四面体形”)。
(3)三价铬丙二酸配合物[Cr(C3H2O4)(H2O)4][Cr(C3H2O4)2(H2O)2]·4H2O在有机合成方面具有优良的催化性能,其中阴离子的结构如下:
①阴离子中碳原子的杂化轨道类型是 。 ②在丙二酸根与Cr3+配位时,配位原子为1号氧而不是2号氧的原因是 。
1号氧比2号氧的孤电子对数多,且带负电,更易提供孤电子对(合理即可)
(4)Cr-N系列涂层具有良好的耐磨性和抗腐蚀性,在抗微动磨损上表现尤佳。某氮化铬的晶胞结构与氯化钠的相同。已知N原子在晶胞中的位置如图所示:
①下列为晶胞中Cr原子沿x轴方向投影的是 (填字母)。
②若晶胞中最近的Cr原子和N原子相切,原子半径分别为r(Cr) nm和r(N) nm;晶胞中N原子的分数坐标是A(0,0,0)、B( ,0),则距A和B最近的Cr原子的分数坐标是 ,该原子到C原子的距离是 nm[用含r(Cr)、r(N)的代数式表示]。
3[r(Cr)+r(N)]
解析 (2)①C、O、Cl三种元素的电负性由大到小的顺序是O>Cl>C;②CrO2Cl2能与CCl4、CS2等互溶,CCl4、CS2都属于非极性分子,根据“相似相溶”推出CrO2Cl2为非极性分子,若CrO2Cl2空间结构为四面体形,则CrO2Cl2为极性分子,不符合上述推断,因此CrO2Cl2为平面四边形。(4)①氮化铬的晶胞结构与NaCl的相同,根据N原子在晶胞中的位置可推出Cr原子在晶胞的位置为体心和棱上,沿x轴方向的投影为 ,故选项b符合题意;②Cr原子位于体心和棱的中心,距A、B最近的Cr原子有两个,
(1)原子结构与核外电子排布:湖北卷(2023),湖南卷(2023、2022、2021),广东卷(2023、2022、2021),山东卷(2022、2021、2020),辽宁卷(2023、2022、2021),海南卷(2022、2021),江苏卷(2022、2021),浙江卷(2023、2022、2021、2020),北京卷(2023)(2)元素周期表和元素周期律:辽宁卷(2023),广东卷(2023),湖北卷(2023),湖南卷(2023、2022、2021),河北卷(2022),山东卷(2021、2020),江苏卷(2022、2021),北京卷(2021),浙江卷(2023、2022、2021、2020)
(3)分子结构与性质:湖南卷(2023),广东卷(2023、2022、2021),山东卷(2023、2022、2021、2020),湖北卷(2023、2022),辽宁卷(2023、2022、2021),江苏卷(2022、2021),河北卷(2022),海南卷(2022、2021),北京卷(2023、2022、2021)(4)晶体结构与性质:广东卷(2023、2022、2021),辽宁卷(2023、2022、2021),山东卷(2023、2022、2021、2020),湖南卷(2023),湖北卷(2023、2022),海南卷(2022、2021),江苏卷(2022、2021),北京卷(2023、2022、2021)
考点1原子结构与核外电子排布
要点1原子结构、核素和同位素课标指引:1.了解原子核外电子的排布,能画出1~20号元素的原子结构示意图。 2.知道元素、核素和同位素的含义。1.明确微粒间三个“数量”关系(1)原子:核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数(2)阴离子:核外电子数=质子数+所带的电荷数(3)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。
3.能层与能级的能量关系模型
要点2核外电子排布的规律课标指引:1.知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。 2.了解原子核外电子排布的构造原理,认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理(也称泡利不相容原理)和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
1.明确基态原子核外电子排布的四种方法
2.牢记基态原子(离子)核外电子排布的“三原则”
命题点1核素和同位素
变式演练(2023·北京房山区一模)在考古研究中,通过分析铜器中82Pb(铅)同位素的比值可以推断铜器是否同源。下列说法不正确的是( )A.Pb是第五周期元素B.204Pb含有中子数为122C.可用质谱法区分204Pb和206PbD.Pb的原子半径比Ge大
解析 Pb是82号元素,属于第六周期元素,A错误;Pb元素的质子数为82,则204Pb含有的中子数204-82=122,B正确;质谱的作用是准确测定物质的相对分子质量,204Pb和206Pb的质量数不同,故可以用质谱法区分,C正确;Pb和Ge是同主族元素,Pb是第六周期元素,Ge是第四周期元素,则Pb的原子半径比Ge大,D正确。
命题点2基态原子(离子)核外电子排布及表示典例2 (1)(2023·全国乙卷,35节选)基态Fe原子的价层电子排布式为 。 (2)(2023·北京卷,15节选)基态S原子价层电子排布式是 。 (3)(2023·浙江6月选考卷,17节选)基态N原子的价层电子排布式是 。 (4)(2022·广东卷,20节选)Se与S同族,基态硒原子价层电子排布式为 。
(5)(2022·海南卷,19节选)基态O原子的电子排布式为 ,其中未成对电子有 个。
1s22s22p4
(6)(2022·全国甲卷,35节选)基态F原子的价层电子排布图(轨道表示式)为 。
变式演练(1)(2021·湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图(轨道表示式)为 。 (2)(2021·海南卷,19节选)基态锰原子的价层电子排布式为 。 (3)(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 。
命题点3核外电子运动状态及能量比较典例3 (1)(2022·河北卷,17节选)基态S原子的价层电子中,两种自旋状态的电子数之比为 。 (2)(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)。
2∶1(或1∶2)
解析 (1)基态S原子的价层电子轨道表示式为 ,两种自旋状态的电子数分别为2和4,故其数目之比为1∶2或2∶1。(2)基态F原子核外有9个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p5,电子排布不同于基态F原子的都是激发态原子,故属于激发态的有a和d;由于3p能级的能量高于3 s能级,故能量较高的是d。1s22s22p43d2和1s22s12p5都不能表示氟原子。
变式演练(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,其价层电子自旋磁量子数的代数和为 。
【思维建模】判断原子核外电子的运动状态和空间运动状态种类的方法(1)核外电子的运动状态种类=原子核外电子的总数。描述原子核外电子运动状态有4个参数:能层、能级、原子轨道和自旋状态,因此同一原子核外各电子的运动状态均不相同。(2)核外电子的空间运动状态种类=电子占据的原子轨道总数。描述原子核外电子的空间运动状态有3个参数:能层、能级和原子轨道,故根据核外电子排布占据的原子轨道总数判断原子的空间运动状态种类。
练真题·明考向1.(2022·北京卷)38Sr(锶)的87Sr、86Sr稳定同位素在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变。土壤生物中87Sr/86Sr值与土壤中87Sr/86Sr值有效相关。测定土壤生物中87Sr/86Sr值可进行产地溯源。下列说法不正确的是( )A.Sr位于元素周期表中第六周期第ⅡA族B.可用质谱法区分87Sr和86SrC.87Sr和86Sr含有的中子数分别为49和48D.同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同
解析 Sr的原子序数为38,第四周期最后一种元素Kr的原子序数为36,故Sr位于元素周期表的第五周期第ⅡA族,A错误;87Sr和86Sr的质量数不同,可以用质谱法进行区分,B正确;87Sr和86Sr的质量数分别为87、86,其质子数均为38,故含有中子数分别为49和48,C正确;在同一地域土壤中87Sr/86Sr值不变,故同一地域产出的同种土壤生物中87Sr/86Sr值相同,D正确。
2.(1)(2022·北京卷,15节选)Fe2+的价层电子排布式为 。 (2)(2022·重庆卷,18节选)配位化合物X由配体L2-(如图)和具有正四面体结构的[Zn4O]6+构成。
①基态Zn2+的电子排布式为 。 ②L2-所含元素中,电负性最大的原子处于基态时电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
解析 (2)②L2-所含元素中电负性:O>C>H,电负性最大的是O,其基态原子最高能级是2p,电子云轮廓图为哑铃形。
练易错·避陷阱3.(2023·浙江丽水一模)门捷列夫曾预测镓、钪、锗元素的存在及性质,莫塞莱也曾预测一种“类锰”元素。现该元素单质是从核燃料裂变产物中提取,它是与锰同为第ⅦB族的放射性元素锝(43Tc),其一种核素在临床医学诊断中应用很广。下列有关推测不正确的是( )A.97Tc、98Tc、99Tc三种核素互为同位素,都是放射性元素B.用于显像的Na99TcO4是离子化合物,含有离子键和极性键C.用氘核轰击钼(42M)靶也能得到99Tc,此过程属于化学变化D.Tc2O7能与水反应,反应后溶液显酸性
解析 97Tc、98Tc、99Tc三种核素质子数相同,中子数不同,互为同位素,都是放射性元素,A正确;Na99TcO4由Na+和 构成,属于离子化合物,含有离子键和极性键,B正确;原子核发生变化的过程不属于化学变化,C错误;Tc与Mn处于同一族,其化学性质类似,Mn2O7为酸性氧化物,Tc2O7也是酸性氧化物,与水反应生成对应的酸,D正确。
4.(2023·湖南湘潭一模)同位素示踪法常用于研究化学反应历程。若将“84”消毒液和洁厕灵同时使用会发生危险,运用同位素示踪法,假设“84”消毒液的溶质为Na37ClO,洁厕灵的溶质为H35Cl,发生反应:Na37ClO+2H35Cl(浓) ══ NaCl+Cl2↑+H2O,下列对该反应的说法中正确的是( )A.Na37ClO为含有极性共价键的离子化合物B.35Cl和37Cl中所含中子数之比为35∶37C.该反应中,HCl体现了酸性和氧化性D.生成的氯气的摩尔质量为70 g·ml-1
解析 Na37ClO中Na+与ClO-形成离子键,ClO-中的氯原子和氧原子形成极性共价键,故Na37ClO是含有极性共价键的离子化合物,A正确;35Cl的中子数=35-17=18,37Cl的中子数=37-17=20,则35Cl与37Cl中子数之比为18∶20=9∶10,B错误;反应NaClO+2HCl ══ NaCl+Cl2↑+H2O中氯化氢中-1价的氯部分升高、部分不变,HCl既表现还原性又表现酸性,C错误;生成的氯气的摩尔质量为72 g·ml-1,D错误。
5.短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子。则关于基态R原子的描述正确的是( )A.基态R原子核外电子的电子云轮廓图有两种:球形和哑铃形B.基态R原子的价层电子排布式为ns2np2(n=2或3)C.基态R原子的原子轨道总数为9D.基态R原子的轨道表示式为
解析 由“短周期元素R基态原子最外层的p能级上有2个未成对电子”可知,可能有两种情况:p能级上只有2个电子,R为第ⅣA族元素,为C或Si;p能级上有4个电子,R为第ⅥA族元素,为O或S,A正确。
解析 I元素位于周期表中第五周期第ⅦA族,A错误 的中子数为131-53=78,核外电子数为53,则中子数与核外电子数之差为78-53=25,故B正确;131I2、标记酪氨酸中都含有131I,均具有放射性,C正确;标记过程发生了取代反应,I原子取代了苯环上的氢原子,D正确。
8.按题目要求回答相关问题:(1)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图为 形。 (2)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)。 (3)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。 (4)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16O原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)
9.(1)基态Sc原子的价层电子排布式为 。 (2)基态V原子的价层电子轨道表示式为 。 (3)基态铜原子的核外电子排布式(简写)为 。 (4)基态Ga原子的核外电子排布式(简写)为 。(5)第四周期核外电子排布未成对电子数和周期序数相同的基态原子的核外电子排布式(简写)为 。
[Ar]3d104s1
[Ar]3d104s24p1
[Ar]3d64s2
考点2元素周期表与元素周期律
要点1元素周期表的结构与分区课标指引:1.认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。 2.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征,了解元素周期律(表)的应用价值。
1.元素周期表的结构与分区
2.价层电子排布与元素周期表的关系(1)三个数据关系①原子的电子层数=最高能层序数=周期序数。②主族元素原子的价层电子数=该元素在周期表中的主族序数。③过渡元素(镧系、锕系除外)原子的价层电子数=该元素在周期表中的纵列序数。
(2)族和分区的关系
要点2元素周期律课标指引:1.结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。 2.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。
1.元素的金属性和非金属性强弱的比较
2.元素的电离能及其应用(1)第一电离能的周期性变化
①同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势;稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小。②同族元素自上而下,第一电离能逐渐减小。微点拨同周期中ⅡA和ⅢA族、ⅤA和ⅥA族的第一电离能出现交错,其原因是ⅡA、ⅤA族元素原子的价层电子排布分别为ns2、ns2np3,最高能级分别为全充满、半充满,均较难失去电子,故这两族元素原子的第一电离能反常。
3.电负性及其应用(1)电负性的变化规律①同周期主族元素从左到右,元素的电负性逐渐增大。②同主族元素自上而下,元素的电负性逐渐减小。
命题点1元素周期表的结构与分区典例1 (1)(2022·山东卷,16节选)基态Ni原子的价层电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。 (2)(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。 (3)(2023·湖北卷,16节选)C位于元素周期表第 周期第 族。
变式演练(1)铁元素在元素周期表中的位置是 ,属于 (填“s”“d”“ds”或“p”)区。 (2)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)基态Cd原子的价层电子排布式为4d105s2,则Cd在元素周期表中的位置是 ,处于 区。
命题点2元素周期律及其应用典例2 (2022·江苏卷)工业上电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的混合物可制得铝。下列说法正确的是( )A.半径大小:r(Al3+)
C.X原子核内中子数与质子数之比为13∶14D.简单氢化物的热稳定性:Y
O>Si>Fe>Mg
I1(O)>I1(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的
吸引力大,不易失去一个电子
(3)(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 ,判断的根据是___________________________________________________________ ; 第三电离能的变化图是 。
同一周期元素第一电离能呈增大趋势,由于N元素的2p能级为半充满
状态,故N元素的第一电离能较C、O两种元素高
(4)(2022·河北卷,17节选)Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是 ,原因是 。
Cu的第二电离能失去3d10电子,第一电离能失去4s1电子,3d10电子处于全充满状态,较难失去电子,则Cu的第二电离能与第一电离能的差值大
解析 (3)第三电离能,碳原子需从全充满的2s轨道中失去电子,导致其所需能量较高;氮原子失去第三个电子,形成稳定的2s2结构,所需能量相对较低;氟原子从半满的2p3失去电子,所需能量相应较高,图b符合题意。
命题点3“位—构—性”的关系及应用典例4 (2022·辽宁卷)短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是( )A.X能与多种元素形成共价键B.简单氢化物沸点:Z
典例5 (2023·湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2,已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素,基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3,下列说法正确的是( )A.电负性:X>Y>Z>WB.原子半径:X
变式演练(2023·山东济南一模)2022年诺贝尔化学奖颁给了在“点击化学”领域做出贡献的科学家。一种“点击化学”试剂XYZ2W3是由四种短周期主族元素组成,其中X、Z、W的原子序数依次递减,三者基态原子核外电子的空间运动状态数相同,Y的原子序数是Z的两倍。下列说法正确的是( )A.简单氢化物的分子极性:Y>ZB.电负性和第一电离能均有Z>WC.同周期元素形成的简单氢化物中X稳定性最强D.同周期主族元素基态原子未成对电子数少于Y的有2种
解析 X、Z、W的原子序数依次递减且核外电子的空间运动状态数相同,即占有的原子轨道数相同,由原子序数关系可知,X、Z、W分别为F、O、N,Y的原子序数是Z的两倍,Y为S。O元素的电负性大于S,则分子的极性:H2O>H2S,A错误;电负性:O>N,但是第一电离能:N>O,B错误;第二周期元素中,F的非金属性最强,故在第二周期中HF最稳定,C正确;基态S原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,未成对电子数为2,在第三周期元素中,比其未成对电子数少的有Na、Al、Cl三种元素,D错误。
【思维建模】解答“位—构—性”的关系及应用类题目的方法
练真题·明考向1.(2023·浙江1月选考卷)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 Y的s能级电子数是p能级的两倍,则Y是C元素;M是地壳中含量最多的元素,则M是O元素;Q是纯碱中的一种元素,其原子序数大于M(O),则Q是Na元素。X的2s轨道全充满,且原子序数小于Y(C),则X是B或Be元素;Z的原子序数介于Y(C)和M(O)之间,则Z是N元素。同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,则电负性:N>B(或Be),A正确;M是O元素,无最高正价,B错误;O和Na元素形成的Na2O2中含有离子键和非极性键,C正确;非金属性:N>C,则酸性:HNO3>H2CO3,D正确。
2.(2023·湖北卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增加的同一短周期元素,其中X、Y、Z相邻,W的核外电子数与X的价层电子数相等,Z2是氧化性最强的单质,4种元素可形成离子化合物(XY)+(WZ4)-。下列说法正确的是( )A.分子的极性:WZ3
3.(2023·浙江6月选考)X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是( )A.第一电离能:Y>Z>XB.电负性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W
解析 由三种微粒的电子排布式可知,①是基态Si原子,②是基态Si+,③是激发态Si原子,B正确。激发态Si原子的4s轨道排布1个电子,其半径最大,基态Si+的3p轨道只有1个电子,其半径最小,故微粒半径:③>①>②,A正确。激发态Si原子具有较高能量,电离一个电子所需能量最低,基态Si+电离一个电子,所需能量最高,故所需最低能量:②>①>③,C错误。基态Si+较易得到电子,故得电子能力:②>①,D错误。
练易错·避陷阱5.(2023·辽宁鞍山一模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,四种元素原子的核外电子总数满足X+Y=W+Z,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟。下列叙述正确的是( )A.电负性:W>X>YB.原子半径:Z>Y>X>WC.X的含氧酸均为强酸D.Y的最高价氧化物的水化物为强碱
解析 W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,化合物XW3与WZ相遇会产生白烟,则XW3为NH3,WZ为HCl,则W为H元素,X为N元素,Z为Cl元素。四种元素原子的核外电子总数满足X+Y=W+Z,则Y的核外电子总数为11,Y为Na元素。H、N、Na三种元素的电负性从大到小的顺序为N>H>Na,A错误;同周期主族元素从左到右原子半径依次减小,同主族元素从上至下原子半径依次增大,则原子半径:Na>Cl>N>H,B错误;N元素的含氧酸不一定全是强酸,如HNO2为弱酸,C错误;Na的最高价氧化物的水化物为NaOH,NaOH属于强碱,D正确。
6.(2023·湖南衡阳一模)X、Y、Z、W、M五种短周期主族元素在元素周期表中的位置如图所示,Z的第一电离能比W的第一电离能大,M的3p轨道上有2个未成对电子。以下说法错误的是( )A.电负性:W>Z>YB.最高价氧化物对应水化物的酸性:M>YC.通过电解熔融的X2W3可制得X单质D.常温下,将一定量气态Z2W4充入一烧瓶内,烧瓶内始终为无色
解析 由题给信息可推知,X、Y、Z、W、M分别为Al、C、N、O、S。同周期从左到右,主族元素的电负性逐渐增大,则电负性:O>N>C,A正确;元素的非金属性:S>C,则酸性:硫酸>碳酸,B正确;工业上通过电解熔融的Al2O3可以得到Al,C正确;将N2O4通入烧瓶中会发生可逆反应:N2O4 2NO2,故容器内会出现红棕色,D错误。
7.(2023·云南曲靖一模)X、Y、Z、W是同周期主族元素,四种元素均是短周期元素,W元素形成的某种单质具有强氧化性,可用于杀菌消毒。四种元素与锂组成的盐是一种新型锂离子电池的电解质,该盐的结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.组成这种新型电解质的所有元素均处于元素周期表p区B.Z元素的含氧酸不可能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.最简单氢化物的沸点:X>WD.同周期中第一电离能比W元素小的有4种元素
解析 根据W元素形成的某种单质具有强氧化性,可用于杀菌消毒,结合图中结构可知W为O;四种元素同周期,根据图中成键方式可知X为F,Z为C,Y为B。组成这种新型电解质中的Li元素处于元素周期表s区,A错误;Z为C元素,其含氧酸H2C2O4可使酸性高锰酸钾溶液褪色,B错误;简单气态氢化物的沸点H2O>HF,C错误;与O同周期且第一电离能小于O的元素有Li、Be、B、C 4种元素,D正确。
练预测·押考向8.短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,其中X的一种核素常用于测定文物年代,基态Y原子s能级电子总数与p能级电子总数相等,X原子与Y原子的价层电子数之和与Z原子的价层电子数相等。下列说法正确的是( )A.X、W形成的化合物易溶于水B.最高价氧化物对应水化物的酸性:X>ZC.Y元素的第一电离能比同周期相邻元素大D.原子半径:X>Y>Z>W
解析 X的一种核素常用于测定文物年代,X为C;基态Y原子s能级电子总数与p能级电子总数相等,Y核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,则Y为O或Mg;X原子与Y原子的价层电子数之和与Z原子的价层电子数相等,若Y为O,则Z价层电子数为10,不存在,若Y为Mg,则Z的价层电子数为6,Z为S,W为Cl。X、W形成的化合物为CCl4,不溶于水,A错误;非金属性越强,最高价氧化物的水化物酸性越强,非金属性:S>C,则酸性:H2SO4>H2CO3,B错误;Y为Mg,其第一电离能大于同周期相邻的两种元素,C正确;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,原子半径越大,则原子半径:Y>Z>W>X,D错误。
9.M、N、Z、Y、X、T是原子半径依次增大的短周期主族元素,基态N原子核外电子有5种空间运动状态,并有1个单电子,这六种元素形成的一种化合物结构如图所示。下列说法正确的是( )A.与Y同周期且第一电离能大于Y的元素仅有1种B.该化合物中含有离子键、共价键和配位键C.六种元素中,X的最高价含氧酸的酸性最强D.M与X、Y形成的化合物中,前者的沸点一定低于后者
解析 基态N原子核外电子有5种空间运动状态,并有1个单电子,推测N元素为F,结合物质的结构图可知M只能形成一个共价键且原子半径比F小,可推测M为H,Z形成2个共价键且半径比F大,可推测Z为O,Y形成3个共价键且半径比F大,可推测Y为N,X形成4个共价键且半径比F大,可推测X为C,T与F形成 ,推测T为B。Y是氮元素,与氮元素同周期且比氮元素第一电离能大的元素有F、Ne两种元素,A错误;该化合物中有阴、阳离子,存在离子键,阳离子内部原子之间以共价键相连, 阴离子内部存在配位键,B正确;氟元素的非金属性最强,但是F没有含氧酸,O没有最高正价,故氮元素的最高价含氧酸的酸性最强,C错误;M与X形成的化合物种类有很多,例如苯的沸点比M与Y形成的NH3的沸点要高,D错误。
10.锂离子电池广泛应用于电源领域。(1)锂离子电池目前广泛采用溶有六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯作电解液。①Li、P、F的电负性由大到小的排序是 。 ② 中存在 (填字母)。 a.共价键 b.离子键 c.金属键
(2)废旧锂离子电池含LiNiO2的正极材料经预处理后,可采用如图原理富集Ni元素。
①基态Ni2+的价层电子的轨道表示式是 。
②DMG中N原子均与Ni2+配位,且Ni2+的配位数是4;DMG-Ni中两个配体之间形成分子内氢键。写出DMG-Ni的结构简式(用“…”标出氢键)。
要点1共价键和键参数课标指引:1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,了解共价键具有饱和性和方向性。 2.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型;知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。 3.共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
1.判断σ键、π键的两种方法
2.大π键的形成及表示(1)所有参与大π键的原子都必须提供与相邻原子p轨道相互平行的p轨道或接近平行。(2)大π键符号可用 表示,其中m为平行的p轨道总数(一般为参与形成大π键的原子数),n为平行p轨道里的电子总数。
3.键参数对分子结构与性质的影响
要点2分子的空间结构课标指引:1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。 2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
1.价层电子对互斥模型(1)价层电子对互斥模型反映价层电子对的空间结构,而分子的空间结构仅是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。(2)当中心原子无孤电子对时,VSEPR模型和分子的空间结构相同;当中心原子含有孤电子对时,二者的空间结构不一致。
微点拨用价层电子对互斥模型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。
2.杂化轨道理论(1)杂化轨道理论的要点当原子成键时,原子的价层电子轨道相互混杂,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。
(2)中心原子杂化轨道类型和分子的空间结构的关系
3.利用价层电子对互斥模型比较键角的方法
要点3分子结构与物质的性质课标指引:1.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。 2.认识分子间存在相互作用,知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力,了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。 3.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
1.分子的空间结构与分子极性的关系
2.溶解性及影响因素(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。若溶剂和溶质之间形成氢键,则物质的溶解度增大。(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
3.范德华力、氢键和共价键对物质性质的影响
4.手性碳原子和手性分子
命题点1共价键的类型与键参数典例1 (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:富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。 (2)(2023·湖北卷,16节选)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有 (填字母)。 a.Si—Cl键极性更大b.Si的原子半径更大c.Si—Cl键键能更大d.Si有更多的价层轨道
(3)(2022·全国乙卷,35节选)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个_______ 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( )。 ②一氯乙烷(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) 。
一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔
解析 (1)由富马酸的结构模型可知,其结构简式为HOOCCH=CHCOOH,羧基和碳碳双键中含有π键,则该分子中σ键与π键的数目之比为11∶3。(2)电负性Si
变式演练(2023·辽宁重点高中联合体一模)工业上制备粗硅的反应为2C+SiO2 Si+2CO↑,若C过量,还会生成SiC。下列叙述错误的是( )A.1个CO分子内只含有1个σ键和2个π键B.键能:C—H>Si—H,因此甲硅烷没有甲烷稳定C.键长:C—Si
命题点2微粒的空间结构与“两大理论”典例2 (1)(2023·全国甲卷,35节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。
(2)(2023·全国乙卷,35节选)SiCl4的空间结构为 ,其中Si的轨道杂化形式为 。 (3)(2023·湖南卷,17节选)比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 (填“>”“<”或“=”)Ga(CH3)3(Et2O),其原因是 。
Ga(CH3)3和Ga(CH3)3(Et2O)中Ga杂化类型分别为sp2、sp3
解析 (1)Al2Cl6中Al形成4个σ键(其中一条由Cl提供孤电子对形成配位键),则Al为sp3杂化。(3)Ga(CH3)3分子中有3个σ键,无孤电子对,中心原子Ga为sp2杂化,Ga(CH3)3分子为平面三角形,C—Ga—C键角为120°;Ga(CH3)3(Et2O)分子中中心原子Ga的价层电子对数为4,Ga的杂化类型为sp3杂化,Ga(CH3)3(Et2O)形成四面体结构,C—Ga—C键角接近109°28'。
【思维建模】利用价层电子对互斥模型推测分子(或离子)的空间结构的方法(1)利用价层电子对互斥模型推测分子(或离子)的空间结构的思维模型
(2)中心原子的价层电子对数的计算方法
其中,a为中心原子的价层电子数(阳离子减去所带电荷数,阴离子加上所带电荷数),b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x为与中心原子结合的原子数。
命题点3分子结构与物质的性质典例3 (1)(2022·山东卷,16节选)在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是① , ② 。 (2)(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 。
吡啶能与水分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,相似相溶,而苯为非极性分子
两者均为分子晶体,前者只存在范德华力,而后者还能形成氢键,熔点更高
变式演练(1)常压下,H2O、H2S、H2Se的沸点分别为100 ℃、-61 ℃和-41 ℃,三者沸点差异的原因为 。
三者均为分子晶体,H2Se的相对分子质量大于H2S,则H2Se的分子间作用力大于H2S,H2O形成分子间氢键导致沸点异常升高,故沸点的高低顺序为H2O>H2Se>H2S
(3)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的沸点比HCl (填“高”或“低”)。
氢键,而金刚烷则不能形成氢键,故前者的水溶性更高
练真题·明考向1.(2023·北京卷)下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是( )A.F—F的键能小于Cl—Cl的键能B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的KaC.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子
解析 F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F不稳定,因此F—F的键能小于Cl—Cl的键能,与电负性无关,A符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—H的极性大于Cl—H的极性,导致HF分子极性强于HCl,C不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,故气态氟化氢中存在(HF)2,D不符合题意。
2.(2023·湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是( )A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形C.CF4和SF4均为非极性分子D.XeF2与XeO2的键角相等
解析 CH4和H2O的价层电子对数均为4,VSEPR模型应为四面体形,A正确; 中S的价层电子对数为4,为三角锥形, 的价层电子对数是3,为平面三角形,B错误;CF4为正四面体形,为非极性分子,SF4中S的价层电子对数为5,故分子结构不对称,为极性分子,C错误;Xe—F键长更短,成键电子对间斥力更大,键角更大,D错误。
3.(2023·湖南卷)下列有关物质结构和性质的说法错误的是( )A.含有手性碳原子的分子叫做手性分子B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应D.冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
解析 含有多个手性碳原子的分子,若分子内存在对称因素,可使分子失去旋光性,所以含有手性碳原子的分子不一定是手性分子,A错误;邻羟基苯甲醛主要存在分子内氢键,使其熔、沸点降低,而对羟基苯甲醛主要存在分子间氢键,使其熔、沸点升高,B正确;酰胺在通常情况下较难水解,但在强酸或强碱存在下,长时间加热可水解生成羧酸(或羧酸盐)和氨(或胺),C正确;冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者形成的超分子内部冠醚分子与金属离子可以通过弱配位键结合,D正确。
4.(1)(2023·浙江1月选考卷,17节选)Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为 ,分子中氮原子的杂化轨道类型是 。Si(NH2)4受热分解生成Si3N4和NH3,其受热不稳定的原因是 。(2)(2022·山东卷,16节选)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
Si周围的—NH2基团体积较大,受热时斥力较强,Si(NH2)4中Si—N键能相对较小
(3)(2022·北京卷,15节选)H2O中O和 中S均为sp3杂化,比较H2O中H—O—H键角和 中O—S—O键角的大小并解释原因: 。
H2O中H—O—H键角小;H2O中O和 中S的价层电子对数均为4,前者含2对孤电子对,后者不含孤电子对,孤电子对越多,排斥力越大,键角越小
解析 (2)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键和容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
练易错·避陷阱5.(2023·湖北重点高中联考)有X、Y两种活性反应中间体微粒,均含有1个碳原子和3个氢原子,其球棍模型如图所示:
6.(2023·辽宁协作校一模)有机化学试剂氨基氰( )常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。下列有关氨基氰说法正确的是( )A.分子中所有原子共面B.氨基氰的水溶性较差C.σ键和π键数分别为4和2D.碳为sp杂化,氨基氮为sp2杂化
解析 —NH2中N原子采取sp3杂化,该N原子与所连的3个原子形成三角锥形结构,故分子中所有原子不可能共平面,A错误。—NH2可与水形成氢键,且该分子是极性分子,故氨基氰的水溶性较好,B错误。由氨基氰的结构可知,1个分子内有4个σ键,有2个π键,C正确。碳氮三键是直线形结构,则碳为sp杂化;根据价层电子对互斥模型推测氨基氮的价层电子对数为4,含1对孤电子对,则氨基氮采取sp3杂化,D错误。
7.(2023·河北邢台一模)三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)都是微电子工业中的优良蚀刻剂,随着纳米技术及电子工业的发展,它们的需求量日益增加。下列说法正确的是( )A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子B.六氟化硫分子的空间结构为平面正六边形C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷D.三氟化氮和甲烷中的N、C杂化方式相同
解析 NF3为三角锥形结构,该分子是含有极性键的极性分子,SF6是正八面体形结构,该分子是含有极性键的非极性分子,A、B错误;NF3、PF3的组成和结构相似,NF3的相对分子质量小,范德华力小,其沸点低,C错误;NF3中N原子有1对孤电子对,NF3和CH4中N、C原子均采取sp3杂化,D正确。
练预测·押考向8.硒(34Se)在医药、催化、材料等领域有广泛应用,乙烷硒啉是一种抗癌新药,其结构简式如图所示。关于硒及其化合物,下列说法不正确的是( )A.Se原子在元素周期表中位于p区B.乙烷硒啉分子中,C原子的杂化类型有sp2、sp3C.乙烷硒啉分子中有5种不同化学环境的氢原子
解析 Se原子的价层电子排布式为4s24p4,则Se元素位于元素周期表的p区,A正确;乙烷硒啉分子中,苯环上的碳原子和双键碳原子采取sp2杂化,—CH2—中C原子采取sp3杂化,B正确;乙烷硒啉分子结构对称,含有5种不同化学环境的氢原子: ,C正确;SeO3中Se的价层电子对数为3,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°, 中Se的价层电子对数为4,含1对孤电子对,该离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°,故键角大小:气态SeO3> ,D错误。
9.阴离子 和二脲基分子能通过氢键作用形成超分子阴离子配合物,其结构如图所示(图中省略阴离子配合物中部分原子)。下列关于该阴离子配合物的说法错误的是( )
A. 的空间结构为正四面体形B.二脲基分子中N—H的H和 中的O形成氢键C.所含元素原子的杂化轨道类型均相同D.所含元素基态原子的第一电离能最大的是N
10.某有机反应的反应原理如图所示(R为烃基)。下列叙述错误的是( )A.聚合反应时,原子利用率为100%B.甲的水解产物均含有羟基C.丙中采取sp3杂化的原子只有碳原子D.乙中碳氧双键活化了碳硫σ键
解析 聚合反应只生成一种物质,该反应的原子利用率为100%,A正确;1个甲分子中含2个酯基,水解生成HOCH2COOH、HOCH(R)COOH,B正确;丙中C、S原子均是采取sp3杂化,C错误;乙分子中碳氧双键具有强吸电子能力,使碳硫键的极性增强,活化了碳硫σ键,D正确。
要点1晶体类型与微粒间相互作用力课标指引:1.通过微粒的种类及微粒之间的相互作用,认识物质的性质与微观结构的关系。知道金属键的特点与金属某些性质的关系。 2.能借助分子晶体、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。
1.四种晶体类型及其比较
2.判断晶体类型的两种常用方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断由阴、阳离子通过离子键构成的晶体为离子晶体;由原子通过共价键构成的晶体为共价晶体;由分子通过分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体为金属晶体。(2)依据晶体的熔点判断不同类型晶体熔点高低的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等金属的熔点很高,铯等金属的熔点很低。
3.不同晶体熔、沸点比较的一般思路(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔、沸点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。(2)同类晶体熔、沸点比较的思路
要点2晶胞结构与常见晶体结构分析课标指引:1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。 2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。
1.利用“均摊法”进行晶胞的相关计算(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.常见共价晶体的结构及分析
3.常见分子晶体的结构及分析
4.常见离子晶体的结构及分析
5.混合型晶体结构及分析
要点3配位键与配位化合物课标指引:1.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用。 2.运用离子键、配位键、金属键等模型,解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。
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.配合物的组成和结构{以[Zn(NH3)4]SO4为例}
(1)中心离子结构特点:一般是金属离子,特别是过渡金属离子,必须有空轨道,如Zn2+、Cu2+、Fe3+、Ag+等。(2)配位体必须有孤电子对,常见配位体和配位原子如下表:
命题点1晶体类型及熔、沸点的比较典例1 (2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化C.三种物质的晶体类型相同D.三种物质均能导电
解析 本题考查了金刚石、石墨、石墨炔三种物质中的共价键类型和碳原子的杂化方式以及形成的晶体类型。三种物质都是由碳原子构成的单质,物质内部含有碳碳键,其中必含σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合晶体,三种物质的晶体类型不相同,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。
A.晶体类型为分子晶体B.1 ml该分子中存在15 ml σ键C.三聚氰胺的熔点较高,与氢键有关D.六元环上的N原子提供孤电子对形成大π键
解析 三聚氰胺中原子间的化学键只有共价键,其晶体的构成粒子是分子,晶体类型为分子晶体,A正确;1个三聚氰胺分子中含6个N—H σ键、9个碳氮σ键,1个三聚氰胺分子中含15个σ键,1 ml该分子中存在15 ml σ键,B正确;三聚氰胺分子中含3个—NH2,可形成多个氢键,故其熔点较高,C正确;N原子的价层电子排布式为2s22p3,该分子中—NH2中N原子采取sp3杂化,六元环上的N原子采取sp2杂化,六元环上的每个N原子通过2个杂化轨道与2个碳原子形成碳氮σ键、每个N上剩余的1个杂化轨道容纳1对孤电子对,六元环上的N原子未参与杂化的p轨道上的1个电子形成大π键,孤电子对不形成大π键,D错误。
命题点2晶胞结构及相关计算典例2 (1)(2023·山东卷,16节选)一定条件下,CuCl2、K与F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2价。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
4K+2F2+CuCl2 ══ K2CuF4+2KCl
(2)(2022·重庆卷,18节选)X晶体具有面心立方结构,其晶胞由8个结构相似的组成单元(如图)构成。
X晶胞的组成单元的对角面中[Zn4O]6+与L2-配位示意图
①晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6+的不同之处在于 。 ②X晶体中Zn2+的配位数为 。 ③已知ZnO键长为d nm,理论上图中A、B两个Zn2+之间的最短距离的计算式为 nm。 ④已知晶胞参数为2a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,L2-与[Zn4O]6+的相对分子质量分别为M1和M2,则X的晶体密度为 g·cm-3(列出化简的计算式)。
与Zn2+相连的双键氧原子不在对称轴的同侧
(2)①由X晶胞的组成单元的对角面可知,晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6+的不同之处在于与Zn2+相连的双键氧原子不在对称轴的同侧。②由X晶胞的组成单元的对角面可知,每个锌离子与2个氧离子相连,其中1个氧离子为4个锌离子所共有,则每个锌离子实际上与1+0.25=1.25个氧离子相连,故X晶体中锌离子的配位数为1.25。
变式演练(1)(2022·辽宁卷,16节选)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·ml-1,则M元素为 (填元素符号);在该化合物中,M离子的价层电子排布式为 。
(2)(2022·北京卷,15节选)FeS2晶胞为立方体,边长为a nm,如图所示。
①与Fe2+紧邻的阴离子个数为 。 ②晶胞的密度为ρ= g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
解析 (1)根据“均摊法”可知,每个晶胞中含有 个数为 ,含有 个数为8,即含4个M(NH3)6和8个BH4,二者个数之比为1∶2,故该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2。又知该化合物的摩尔质量为188 g·ml-1,则有x+17×6+15×2=188,解得x=56,故M元素为Fe。根据化合物中各元素化合价代数和为0推知,Fe显+2价,则Fe2+的价层电子排布为3d6。
【思维建模】有关晶体中的计算(1)计算晶体密度的思维流程
(2)计算晶胞中粒子的空间利用率(占有率)的方法①空间利用率(η)是指构成晶胞的原子、离子或分子的总体积在整个晶胞空间中所占用的体积百分比。
②晶胞中粒子所占的总体积:V(粒子)=N(粒子)×V(单个粒子),而单个粒子的体积V(单个粒子)= πr3(r是粒子的半径)。
[注意]晶胞计算中的重要关系
命题点3配位键和配位化合物典例3 (1)(2022·北京卷,15节选)FeSO4·H2O结构如图所示。
H2O与Fe2+、 和H2O的作用分别为 、 。 (2)(2022·海南卷,19节选)金属Zn能溶于氨水,生成以氨为配体,配位数为4的配离子,Zn与氨水反应的离子方程式为 。 (3)(2022·河北卷,17节选)将含有未成对电子的物质置于外磁场中,会使磁场强度增大,称其为顺磁性物质。下列物质中,属于顺磁性物质的是 (填字母)。 A.[Cu(NH3)2]ClB.[Cu(NH3)4]SO4C.[Zn(NH3)4]SO4D.Na2[Zn(OH)4]
Zn+4NH3·H2O ══[Zn(NH3)4]2++H2↑+2OH-+2H2O
解析 (2)金属Zn能溶于氨水,生成以氨为配体,配位数为4的配离子,该配离子为[Zn(NH3)4]2+,Zn被氧化,同时生成还原产物H2。(3)根据题意,具有顺磁性物质含有未成对电子。[Cu(NH3)2]Cl、[Zn(NH3)4]SO4、Na2[Zn(OH)4]中各原子核外电子均已成对,都不是顺磁性物质。[Cu(NH3)4]SO4中的Cu2+价层电子排布为3d9,有1个未成对电子,属于顺磁性物质。
变式演练(1)(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 。 (2)(2021·海南卷,19节选)金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(CO)5是锰的一种简单羰基配位化合物,其结构示意图如下。
配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(CO)5中锰原子的配位数为 。
练真题·明考向1.(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是( )
B.图1中O原子的配位数为6C.图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1-xD.Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导
解析 根据均摊原理,图1晶胞中Li、Cl、O原子个数分别为3、1、1,即化学式为Li3OCl,则晶体的密度为 ,A正确;从图1看,O原子与6个Li形成正八面体结构,B正确;图2晶胞中Li的个数为1,O的个数为1,Cl和Br的个数之和也为1,结合化合价代数和为0,则该晶体的化学式为LiMgOClxBr1-x,C错误;Mg2+取代及卤素共掺杂后获得高性能固体电解质材料,则是由于空位的存在,有利于Li+传导,D正确。
2.(2023·湖北卷)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法错误的是( )
A.LaH2晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼D.LaHx单位体积中含氢质量的计算式为
解析 LaH2晶体中La的配位数是8,A正确;LaH2的晶胞边长大于LaHx,且LaHx中存在以一个H为中心与另外4个H形成类似于甲烷的结构,导致氢原子密度大,距离近,故H和H的最短距离:LaH2>LaHx,B正确;LaHx晶胞中共40个氢原子,其中一部分H在形成的立方体结构内,并不是40个顶点,C错误;每个LaHx晶胞中有40个氢原子,晶胞体积为(4.84×10-8)3 cm3,故含氢质量为
3.(2023·湖南卷)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
4.(2023·全国甲卷,35节选)将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。(1)如图所示的几种碳单质,它们互为 ,其中属于共价晶体的是 ,C60间的作用力是 。
范德华力(或分子间作用力)
(2)AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
练易错·避陷阱5.(2023·山东滨州一模)Cu2+可以与缩二脲(H2NCONHCONH2)形成紫色配离子,结构如图所示。下列说法正确的是( )A.该配离子需在碱性条件下制备B.该配离子中碳原子和氮原子都采取sp3杂化C.该配离子中配位键强度:Cu—N
6.(2023·河南名校联盟联考)砷化硼是一种超高热导率半导体材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.和元素As位于同一周期且含有相同未成对电子数的元素有两种B.BAs晶体中硼原子和砷原子均采取sp3杂化C.根据X、Y的坐标可知,1号砷原子的坐标为D.若晶胞中As原子到B原子的最近距离为a pm,则该晶体的密度为
练预测·押考向7.我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术,在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.该二维晶体的化学式为CaCl2B.Ca—Cl—Ca的键角为120°C.Can+和Cl-的配位数均为3D.该晶体可由钙在氯气中燃烧制得
解析 由俯视图可知,一个钙离子形成键结合3个氯离子,同样一个氯离子形成键结合3个钙离子,则该二维晶体的化学式为CaCl,A错误;结合侧视图可知,Ca—Cl—Ca构成的为非平面六边形,其Ca—Cl—Ca的键角不是120°,B错误;Can+、Cl-周围最近的离子数均为3,故配位数均为3,C正确;钙在氯气中燃烧生成CaCl2,不能得到该晶体,D错误。
8.氮化钼作为锂离子电池的负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物,N原子部分填充在M原子立方晶格的八面体空隙中,晶胞结构如图所示,其中氮化钼晶胞参数为a nm。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
9.已知图甲为金属钠的晶胞,晶胞边长为a pm,其晶胞截面如图乙所示。图丙为ZnS晶胞截面,已知ZnS属于立方晶体,假设晶胞边长为d pm。下列关于ZnS晶胞的描述错误的是( )
A.每个晶胞中含有的S2-数目为4B.与Zn2+距离最近且相等的S2-有8个
突破高考题型(五)物质结构与性质综合题
高考指引:近几年,全国卷及北京、重庆、山东、广东、河北、湖南等省市化学试题都考查了物质结构与性质综合题,大多以某种新材料、新药物等为命题载体,考查内容涵盖整个“物质结构与性质”模块,侧重考查考生的“理解与辨析能力”“分析与推测能力”“归纳与论证能力”等关键能力。
突破点1 化学键、杂化类型及空间结构的判断
核心归纳1.物质结构与性质综合题的结构模型
2.化学键类型和分子极性的判断(1)判断化学键类型的方法
(2)判断分子极性的方法①双原子分子:分子的极性与键的极性一致,如HCl含有极性键,则HCl是极性分子。②多原子分子:多原子分子
3.判断杂化类型的两种方法(1)根据中心原子的价层电子对数判断
(2)根据杂化轨道数目判断一般来说,杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数,根据杂化轨道总数判断杂化轨道类型,判断有机化合物分子中C、N等原子的杂化轨道类型较为实用。
4.利用VSEPR模型推测分子(或离子)空间结构的思维模型
真题感悟1.(1)(2023·全国乙卷,35节选)已知一些物质的熔点数据如下表:
Na与Si均为第三周期元素。NaCl熔点明显高于SiCl4。原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因:_______________________________ 。
NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体
SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点依次升高,三者
均为分子晶体,范德华力随着相对分子质量的增大而递增,使得熔点依次升高
(3)(2021·全国甲卷,35节选)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)。
(2)(2021·全国乙卷,35节选)H2O的键角小于NH3的,分析原因: 。
NH3中N原子含有1对孤电子对,而H2O中O原子含有2对孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大
(3)由图可知,中间体SiCl4(H2O)中Si原子形成5条共价键,则Si的杂化轨道总数为5,根据杂化过程中原子轨道总数不变可知,Si采取sp3d杂化。
2.(2022·山东卷,16节选)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°。
(1)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= 。
突破点2 结构与性质的关系及原因分析
核心归纳1.电离能的比较及原因分析
2.分子的稳定性比较及原因分析
3.键角的比较及原因分析
4.配合物稳定性的比较及原因分析
5.晶体熔、沸点的比较及原因分析
真题感悟3.(1)(2022·广东卷,20节选)H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。 (2)(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: 。
H2Se分子间只存在范德华力,H2O分子间形成氢键
CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体,离子键强于分子间作用力
4.(2022·海南卷,19节选)(1)Cu、Zn等金属具有良好的导电性,从金属键的理论看,原因是________________________________________________ 。 (2)ZnO晶体中部分O原子被N原子替代后可以改善半导体的性能,Zn—N键中离子键成分的百分数小于Zn—O键,原因是 。
Cu、Zn等金属由金属阳离子和自由电子构成,自由电子
在外加电场中作定向移动
电负性:O>N,O对电子的吸引能力更强,Zn和O更易形成离子键
突破点3 晶体结构及相关计算
核心归纳1.“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标
2.分析晶胞投影图的方法(1)分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的投影图,确定晶胞中各粒子的具体位置。(2)结合晶胞参数,利用“均摊法”计算晶体的密度、原子的空间利用率等。(3)结合三维坐标系及晶胞中原子的位置,确定相关原子的分数坐标。
真题感悟5.(2023·北京卷,15节选)硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根 中的一个O原子被S原子取代的产物。
(1)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。晶胞中的[Mg(H2O)6]2+个数为 。已知MgS2O3·6H2O的摩尔质量是M g·ml-1,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为 g·cm-3。(1 nm=10-7 cm)
中的中心原子S的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基S原子含有孤电子对,能做配位原子
6.(2022·广东卷,20节选)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1,沿x、y、z轴方向的投影均为图2。
(1)X的化学式为 。 (2)设X的最简式的式量为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,NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2023·河南濮阳一模)铬是重要的金属元素之一,其化合物有着广泛的用途。回答下列问题:(1)基态铬原子的未成对电子数是 。 (2)CrO2Cl2是重要的氯化剂。制备CrO2Cl2的反应的化学方程式为K2Cr2O7+3CCl4 ══ 2KCl+2CrO2Cl2+3COCl2↑。①COCl2中C、O和Cl元素的电负性由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。 ②CrO2Cl2在常温下为深红色液体,能与CCl4、CS2等互溶,据此可判断CrO2Cl2分子的空间结构是 (填“平面四边形”或“四面体形”)。
(3)三价铬丙二酸配合物[Cr(C3H2O4)(H2O)4][Cr(C3H2O4)2(H2O)2]·4H2O在有机合成方面具有优良的催化性能,其中阴离子的结构如下:
①阴离子中碳原子的杂化轨道类型是 。 ②在丙二酸根与Cr3+配位时,配位原子为1号氧而不是2号氧的原因是 。
1号氧比2号氧的孤电子对数多,且带负电,更易提供孤电子对(合理即可)
(4)Cr-N系列涂层具有良好的耐磨性和抗腐蚀性,在抗微动磨损上表现尤佳。某氮化铬的晶胞结构与氯化钠的相同。已知N原子在晶胞中的位置如图所示:
①下列为晶胞中Cr原子沿x轴方向投影的是 (填字母)。
②若晶胞中最近的Cr原子和N原子相切,原子半径分别为r(Cr) nm和r(N) nm;晶胞中N原子的分数坐标是A(0,0,0)、B( ,0),则距A和B最近的Cr原子的分数坐标是 ,该原子到C原子的距离是 nm[用含r(Cr)、r(N)的代数式表示]。
3[r(Cr)+r(N)]
解析 (2)①C、O、Cl三种元素的电负性由大到小的顺序是O>Cl>C;②CrO2Cl2能与CCl4、CS2等互溶,CCl4、CS2都属于非极性分子,根据“相似相溶”推出CrO2Cl2为非极性分子,若CrO2Cl2空间结构为四面体形,则CrO2Cl2为极性分子,不符合上述推断,因此CrO2Cl2为平面四边形。(4)①氮化铬的晶胞结构与NaCl的相同,根据N原子在晶胞中的位置可推出Cr原子在晶胞的位置为体心和棱上,沿x轴方向的投影为 ,故选项b符合题意;②Cr原子位于体心和棱的中心,距A、B最近的Cr原子有两个,
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