[核心回顧]1.明確微粒間“三個”數(shù)量關(guān)系中性原子:核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)陰離子:核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+所帶的電荷數(shù)陽離子:核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)-所帶的電荷數(shù)微點撥:陰、陽離子電子層結(jié)構(gòu)相同時,陰離子對應(yīng)元素處于上一周期,陽離子對應(yīng)元素處于下一周期。
2.明確基態(tài)原子核外電子排布的四種方法
3.理解基態(tài)原子(或離子)核外電子排布的三原則書寫軌道表示式時,要先考慮洪特規(guī)則,后考慮泡利原理(1)泡利原理①在一個原子軌道中,最多只能容納2個電子,它們的自旋相反;②根據(jù)泡利原理,同一個原子中沒有運動狀態(tài)完全相同的電子;③原子中不同運動狀態(tài)的電子種類=原子核外電子總數(shù)。(2)洪特規(guī)則①基態(tài)原子中,填入兼并軌道的電子總是先單獨分占,且自旋平行;②兼并軌道也叫等價軌道,是指能量相同的原子軌道;③多電子原子中同一能級的原子軌道能量相同,如2px、2py、2pz等。
(3)能量最低原理①在構(gòu)建基態(tài)原子時,電子將盡可能地占據(jù)能量最低的原子軌道,使整個原子的能量最低;②“能量最低的原子軌道”指的是電子填入后使整個原子能量達(dá)到最低的軌道;③“能量最低原理”就是電子在原子軌道上的分布要使整個原子的能量最低;④整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定,比較復(fù)雜。
[命題角度]角度1基態(tài)原子(或離子)的核外電子排布【典例】 (1)(2022湖南卷,18節(jié)選)基態(tài)Se原子的核外電子排布式為[Ar]　　　 　。?(2)(2022全國甲卷,35節(jié)選)基態(tài)F原子的價電子排布圖(軌道表示式)為　　 　　。?(3)(2022全國乙卷,35節(jié)選)氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有　　　　,其中能量較高的是　　　　(填字母)。?a.1s22s22p43s1b.1s22s22p43d2 c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2(4)[2021福建卷,14節(jié)選]基態(tài)碳原子的成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)之比為　　　 　。?
3d104s24p4　
角度拓展1.(2022河北唐山模擬)基態(tài)鎵的核外電子占據(jù)的最高能層符號為　　　　　,能量最高的電子占據(jù)的原子軌道電子云輪廓為　　　　形。?2.(2022湖南長沙模擬)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中,核外電子排布式相同的是　　　　　　(填離子符號)。?3.(2022遼寧本溪模擬)基態(tài)Ni2+核外電子排布式為　　　　　 　　　;同周期中,與基態(tài)Ni具有相同未成對電子數(shù)的元素有　　　　　　　(填元素符號)。?
[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)　
4.(2022山東濟(jì)寧模擬)基態(tài)鈦原子的px原子軌道上的電子數(shù)為　　　　　。?5.基態(tài)銅原子的價層電子排布式為　 。?6.Cd與Zn同族且相鄰,若基態(tài)Cd原子將次外層1個d電子激發(fā)進(jìn)入最外層的np能級,則該激發(fā)態(tài)原子的價層電子排布式為　　　　　　　　。Cd原子中第一電離能相對較大的是　　　　(填“基態(tài)”或“激發(fā)態(tài)”)原子。?7.基態(tài)鈦原子的價層電子的軌道表示式為　　　　　　　　　　,與鈦同周期的過渡元素中,基態(tài)原子的成對電子數(shù)與鈦相同的有　　　　種。?
角度2基態(tài)原子(或離子)核外電子的運動狀態(tài)【典例】 (1)(2021山東卷,16節(jié)選)基態(tài)F原子核外電子的運動狀態(tài)有　　　　種。?(2)(2021河北卷,17節(jié)選)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài),若一種自旋狀態(tài)用+ 表示,與之相反的用- 表示,稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對于基態(tài)的磷原子,其價電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為　　　　。?
角度拓展1.(2022山東濱州模擬)基態(tài)碳原子核外電子的運動狀態(tài)有　　　種,核外電子的空間運動狀態(tài)有　　　種。?2.(2022湖北咸寧模擬)在元素周期表中,與Li的化學(xué)性質(zhì)最相似的鄰族元素是　　　　,該元素基態(tài)原子核外M層電子的自旋狀態(tài)　　　　(填“相同”或“相反”)。?3.(2022遼寧鐵嶺模擬)處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用　　　　　形象化描述。在基態(tài) 原子中,核外存在　　　　　　　對自旋相反的電子。?
[核心回顧] 1.熟悉元素周期表的結(jié)構(gòu)及分區(qū)
2.掌握元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法
3.熟記同周期(主族)元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的變化規(guī)律
[命題角度]角度1元素周期表的結(jié)構(gòu)與分區(qū)【典例】 (1)(2021廣東卷,20節(jié)選)汞的原子序數(shù)為80,位于元素周期表第　　　周期第ⅡB族。?(2)(2021遼寧卷,16節(jié)選)Cr元素位于元素周期表第　　　　周期第　　　族。?(3)(2021湖北卷,16節(jié)選)硒(Se)與硫為同族元素,Se的最外層電子數(shù)為　　　;鎵(Ga)和銦(In)位于元素周期表第ⅢA族,中Cu的化合價為　　　　。?
角度拓展1.(2022北京石景山區(qū)模擬)鐵元素在元素周期表中的位置是　　 　　　　,屬于　　　(填“s”“d”“ds”或“p”)區(qū)。?2.(2022北京朝陽區(qū)模擬)銅—鎳鍍層能增強(qiáng)材料的耐蝕性。按照核外電子排布,把元素周期表劃分為5個區(qū),Ni位于　　　區(qū)。?3.(2022重慶育才中學(xué)診斷)Pt的電子排布式為[Xe]4f145d96s1,則Pt在元素周期表中的位置是　　　　 　　　,處于　　　　區(qū)。?
角度2元素周期律及應(yīng)用【典例】 (1)(2022湖南卷,18節(jié)選)富馬酸亞鐵(FeC4H2O4)是一種補(bǔ)鐵劑。富馬酸分子的結(jié)構(gòu)模型如圖所示: 。富馬酸亞鐵中各元素的電負(fù)性由大到小的順序為　　　　　　　　　。?
(2)(2022全國甲卷,35節(jié)選)圖a、b、c分別表示C、N、O和F的逐級電離能I變化趨勢(縱坐標(biāo)的標(biāo)度不同)。第一電離能的變化圖是　　　　(填標(biāo)號),判斷的根據(jù)是_________________________________________________________________________________________________________________　　　　;第三電離能的變化圖是　　　　(填標(biāo)號)。?
同一周期從左到右,原子半徑依次減小,基態(tài)原子第一電離能呈增大趨勢,但由于氮原子2p能級半充滿,失電子相對較難,第一電離能大于C、
(3)元素Cu與Ni的第二電離能分別為1 959 kJ·ml-1、1 753 kJ·ml-1, I2(Ni)”或“一氯乙烯>一氯乙炔
Cl原子參與形成的大π鍵越多,形成的C—Cl鍵長越短
(3)(2022湖南卷,18節(jié)選)富馬酸分子的結(jié)構(gòu)模型如圖所示: 。富馬酸分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目比為　　　　　。?(4)(2021全國乙卷,35節(jié)選)三價鉻離子能形成多種配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供電子對形成配位鍵的原子是　　　　　　,中心離子的配位數(shù)為　　　　　。?
2.(2021河北卷,17節(jié)選)已知有關(guān)氮、磷的單鍵和三鍵的鍵能(kJ·ml-1)如下表:
從能量角度看,氮以N2而白磷以P4(結(jié)構(gòu)式可表示為 )形式存在的原因是? 　。?
N2中N≡N鍵能較大、分子較穩(wěn)定;P4中有6個P—P鍵能較大、較穩(wěn)定
3.(2022福建泉州模擬)(NH4)2BeF4的陰離子中含有配位鍵,判斷的依據(jù)是______________________________________________________________　　　 。1 ml (NH4)2BeF4晶體中含有的配位鍵的數(shù)目為　　 　 　。?
Be只有2個價電子卻形成4個共價鍵,因此Be必有2個空軌道與F-形成的2個配位鍵　
4NA(或2.408×1024)
角度2分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)與兩大理論【典例】 (1)(2022湖南卷,18節(jié)選)科學(xué)家近期合成了一種固氮酶模型配合物,該物質(zhì)可以在溫和條件下直接活化H2,將N3-轉(zhuǎn)化為 ,反應(yīng)過程如圖所示:
產(chǎn)物中N原子的雜化軌道類型為　 。?(2)(2022廣東卷,20節(jié)選)研究發(fā)現(xiàn),給小鼠喂食適量硒酸鈉(Na2SeO4)可減輕重金屬鉈引起的中毒。 的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　　　。?
(3)(2021全國甲卷,35節(jié)選)SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體,其中Si采取的雜化類型為　　　　　　　　　。SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng),機(jī)理如下:?
含s、p、d軌道的雜化類型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為　　　　　　　(填標(biāo)號)。?
角度拓展1.(2021河北卷,17節(jié)選)已知KH2PO2是次磷酸的正鹽,H3PO2的結(jié)構(gòu)式為　　　 　　,其中P采取　　　　雜化方式。?2.(2021山東卷,16節(jié)選)Xe是第五周期的稀有氣體元素,與F形成的XeF2室溫下易升華。XeF2中心原子的價層電子對數(shù)為　　　,下列對XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是　　　　　(填標(biāo)號)。?A.SpB.sp2C.sp3D.sp3d
3.(2022山東濟(jì)南模擬)SOCl2中心S原子VSEPR模型為　　　　　。1 ml氟硼酸銨(NH4BF4)中含有　　　　 ml配位鍵。?
角度3分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)【典例】 (1)(2022全國甲卷,35節(jié)選)固態(tài)氟化氫中存在(HF)n形式,畫出(HF)3的鏈狀結(jié)構(gòu)　　　　　　　　　　　　　　。?(2)(2022廣東卷,20節(jié)選)H2Se的沸點低于H2O,其原因是　 。?
H2O分子間可形成氫鍵
(3)(2021廣東卷,20節(jié)選)汞解毒劑的水溶性好,有利于體內(nèi)重金屬元素汞的解毒?；衔铫衽c化合物Ⅲ相比,水溶性較好的是　　　　　　　　。?
角度拓展1.(2021山東卷,16節(jié)選)OF2分子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　　　;OF2的熔、沸點　　　　(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是_______________________________________________________________　　　　　　　　　　。?2.(2021全國甲卷,35節(jié)選)甲醇的沸點(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之間,其原因是　 　　　　　　 　　　　　。?3.(2022山東濟(jì)南模擬)HF分子的極性　　　　(填“大于”“等于”或“小于”,下同)HCl,同一條件下,HF在水中的溶解度　　　HCl,HF的沸點________　　　HCl。?
OF2和Cl2O都是分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,Cl2O的相對分子質(zhì)量大,范德華力大,故Cl2O的熔、沸點高
甲硫醇不能形成分子間氫鍵,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氫鍵多
[核心回顧]1.利用“均攤法”進(jìn)行晶胞結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算(1)長方體(包括立方體)晶胞中不同位置粒子數(shù)的計算
(2)“三棱柱”和“六棱柱”中不同位置粒子數(shù)的計算
2.掌握三種典型共價晶體模型及結(jié)構(gòu)特點
3.了解兩種典型分子晶體模型及結(jié)構(gòu)特點
4.熟悉四種典型離子晶體模型及結(jié)構(gòu)特點
先判斷晶體類型,再分析影響因素及結(jié)果5.晶體熔、沸點高低的比較(1)一般情況下,不同類型晶體的熔、沸點高低規(guī)律:共價晶體>離子晶體>分子晶體,如金剛石>NaCl>Cl2。(2)共價晶體:成鍵原子半徑越小、鍵長越短,則鍵能越大,其熔、沸點越高,如金剛石>石英>碳化硅>晶體硅。(3)離子晶體:陰、陽離子的電荷數(shù)越多,離子半徑越小,則離子鍵越強(qiáng),熔、沸點就越高,如MgO>MgCl2、NaCl>CsCl。(4)金屬晶體:金屬離子半徑越小,離子所帶電荷數(shù)越多,其形成的金屬鍵越強(qiáng),金屬單質(zhì)的熔、沸點就越高,如Al>Mg>Na。
形成分子間氫鍵時,分子晶體的熔、沸點顯著升高(5)分子晶體的熔、沸點比較規(guī)律①組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,其熔、沸點就越高,如:HI>HBr>HCl;②相對分子質(zhì)量相等的分子,分子極性越大,其熔、沸點就越高,如:CO>N2。
[命題角度]角度1晶胞的結(jié)構(gòu)及計算【典例】 (1)(2022全國甲卷,35節(jié)選)螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,X代表的離子是　　　;若該立方晶胞參數(shù)為a pm,正負(fù)離子的核間距最小為　　　　 pm。?
(2)(2022湖南卷,18節(jié)選)鉀、鐵、硒可以形成一種超導(dǎo)材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示:①該超導(dǎo)材料的最簡化學(xué)式為　　　　　　　　　;?②Fe原子的配位數(shù)為　　　　　　　;?③該晶胞參數(shù)a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度為　　 　　　 g·cm-3(列出計算式)。?
①若晶胞底邊的邊長均為a pm、高為c pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶體的密度為　　 　　　 g·cm-3(寫出表達(dá)式)。?
②晶胞在x軸方向的投影圖為　　　　(填標(biāo)號)。?
(4)(2021全國乙卷,35節(jié)選)在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強(qiáng)材料的耐腐蝕性、硬度和機(jī)械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu),如圖所示。處于頂角位置的是　　　　　原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為　　 　　　　　%(列出計算表達(dá)式)。?
提示 (1)每個晶胞中的X離子位于晶胞的頂點和面心,每個晶胞中分?jǐn)?個X離子,Y離子位于晶胞內(nèi),共8個,X與Y的離子個數(shù)比為1∶2,故X是Ca2+,Y是F-。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu),可將晶胞分成8個相等的小正方體,仔細(xì)觀察CaF2的晶胞結(jié)構(gòu),不難發(fā)現(xiàn)F-位于晶胞中小立方體的體心,小立方體邊長為 a pm,體對角線為 a pm,Ca2+與F-之間的距離就是小晶胞體對角線的一半,因此晶體中正負(fù)離子核間距的最小的距離為 a pm。(2)①根據(jù)平面投影圖可知,該晶胞中K、Fe、Se的原子個數(shù)為2、4、4,其最簡化學(xué)式為KFe2Se2。②Fe原子的配位原子Se位于晶胞體內(nèi),故配位數(shù)是4。③KFe2Se2的相對分子質(zhì)量為309;1 ml該晶胞中含2 ml KFe2Se2;晶胞體積是0.4×0.4×1.4×10-21 cm3。
角度拓展1.(2022山東菏澤模擬)GaAs的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示,將Mn摻雜到GaAs的晶體中得到稀磁性半導(dǎo)體材料如圖乙所示。
(1)圖甲中,GaAs的相對分子質(zhì)量為M,晶體密度為ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶胞中距離最近的兩個Ga原子間距離為　　 　　　 nm(列出計算式)。?(2)圖乙中,摻雜Mn之后,晶體中Mn、Ga、As的原子個數(shù)比為　 　　 。
2.(2022廣東梅州模擬)銅鎳合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示:
(1)原子B的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為　　　　　　。?(2)若該晶體密度為d g·cm-3,則銅鎳原子間最短距離為　　　 　 pm。?
3.(2022廣東深圳模擬)具有雙鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的晶體通過摻雜改性可用作固體電解質(zhì)材料。雙鈣鈦礦型晶體的一種典型結(jié)構(gòu)單元如圖所示:
(1)晶體中與La原子距離最近的Ba原子的數(shù)目為　　　　　　　。?(2)該晶體的一個完整晶胞中含有　　　　　個C原子。?
(3)真實的晶體中存在5%的O原子缺陷,從而能讓O2-在其中傳導(dǎo),已知La為+3價,則+3價鈷與+4價鈷的原子個數(shù)比為　　　　　　;設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度為_______________________________________________________________　　　　　　 　　　　 g·cm-3(列出計算式)。?
提示 (1)以任一頂點的La原子為例,距離其最近的Ba原子位于該La原子所在棱的另一個頂點,一個La原子被六條棱共用,所以晶體中與La原子距離最近的Ba原子的數(shù)目為6。(2)C原子位于結(jié)構(gòu)單元的體心,每個結(jié)構(gòu)單元含有1個C原子,若該結(jié)構(gòu)單元重復(fù)排列,則其相鄰結(jié)構(gòu)單元的La、Ba原子會與該結(jié)構(gòu)單元中的Ba、La原子重疊,所以該結(jié)構(gòu)單元不是該晶體的晶胞,該晶體的晶胞應(yīng)是由8個該結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成,則一個完整晶胞中含有8個C原子;
角度2晶體類型及性質(zhì)【典例】 (1)(2022全國乙卷,35節(jié)選)鹵化物CsICl2受熱發(fā)生非氧化還原反應(yīng),生成無色晶體X和紅棕色液體Y。X為　　　　　。解釋X的熔點比Y高的原因　? 　。?(2)(2021湖南卷,18節(jié)選)硅和鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以得到SiX4,SiX4的熔、沸點如表所示:
0 ℃時,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液態(tài)的是　　　　　　(填化學(xué)式),沸點依次升高的原因是_______________________________________________　? 　。?
CsCl為離子晶體,ICl為分子晶體,所以CsCl的熔點高于Icl
SiX4都是結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量依次增大,分子間作用力依次增大
(3)(2021海南卷,19節(jié)選)MnS晶胞與NaCl晶胞屬于同種類型,前者的熔點明顯高于后者,其主要原因是? 　。?
MnS中陰、陽離子所帶電荷數(shù)比NaCl的多,離子鍵強(qiáng)度更大
角度拓展1.(2022安徽蚌埠模擬)FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價性,蒸氣狀態(tài)下以雙聚分子存在,其中Fe的配位數(shù)為　　　　　,固態(tài)FeCl3的晶體類型為　　　　　　。?2.(2022北京海淀區(qū)模擬)硅、金剛石和碳化硅晶體的熔點從高到低依次為　　　　　　　　　　　　　　　。?
3.(2022福建龍巖模擬)已知銅的某些化合物的熔點如表所示,三者熔點出現(xiàn)差異的原因是_______________________________________________? 　。?4.(2022福建福州模擬)C及其同周期同族的三種元素二價氧化物的晶體類型相同,其熔點由高到低的順序為　　　　　　　　　(用化學(xué)式表示)。?
CuO為離子晶體,熔點高,CuS、CuSe的熔點較低為分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,熔點越高
NiO>CO>FeO
已知Xe—F鍵長為r pm,則B點原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為　　　　　　;晶胞中A、B間距離d=　　　 　　 pm。?
角度3晶胞中原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)【典例】 (1)(2021山東卷,16節(jié)選)XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有　　　　個XeF2分子。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),如A點原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為 。
(2)(2021海南卷,19節(jié)選)MnS晶胞與NaCl晶胞屬于同種類型,如圖所示。以晶胞參數(shù)為單位長度建立坐標(biāo)系,可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子坐標(biāo)。在晶胞坐標(biāo)系中,a點硫原子坐標(biāo)為 點錳原子坐標(biāo)為(0, ,0),則c點錳原子坐標(biāo)為　　　　　　　　　　　　　。?
角度拓展1.(2022湖南常德模擬)磷化鋁熔點為2 000 ℃,與晶體硅結(jié)構(gòu)相似,磷化鋁晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)磷化鋁晶體中磷與鋁微粒間的作用力為　　　　　　　,晶胞中由4個鋁原子圍成的空間結(jié)構(gòu)是　　　　　　　。?(2)已知相鄰的P原子和Al原子的核間距是d nm,B原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為　　　　　　　,磷化鋁晶體的密度為　　　 　 g·cm-3。?
2.(2022山東日照模擬)Cu2S呈黑色或灰黑色,已知:晶胞中S2-的位置如圖1所示,Cu+位于S2-所構(gòu)成的四面體中心,晶胞的側(cè)視圖如圖2所示。
Cu+填充了晶胞中四面體空隙的百分率是　　　　　　　,S2-配位數(shù)為　　　　　　　。已知圖1中A原子的原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0,0,0),則與A原子距離最近的Cu+的原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為　　　　　　　。?
——突破一　命題篇——
新教材新高考 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合應(yīng)用基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”,設(shè)置有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合應(yīng)用類題,考查核外電子排布與元素周期律、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)及計算等。利用分類和比較的方法研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu),分析比較物質(zhì)性質(zhì)的差異,歸納總結(jié)各類變化的特征及規(guī)律等?；谝延心Ｐ突驑?gòu)建模型闡釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)變化規(guī)律或轉(zhuǎn)化過程,分析、解決相關(guān)問題。
典例突破1(雙選)(2022山東卷,15)Cu2-xSe是一種鈉離子電池正極材料,充放電過程中正極材料立方晶胞(示意圖)的組成變化如圖所示,晶胞內(nèi)未標(biāo)出因放電產(chǎn)生的0價Cu原子。下列說法正確的是(　　)
A.每個Cu2-xSe晶胞中Cu2+個數(shù)為xB.每個Na2Se晶胞完全轉(zhuǎn)化為Cu2-xSe晶胞,轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8C.每個NaCuSe晶胞中0價Cu原子個數(shù)為1-xD.當(dāng)NayCu2-xSe轉(zhuǎn)化為NaCuSe時,每轉(zhuǎn)移(1-y) ml電子,產(chǎn)生(1-x) ml Cu原子
新材料新情境 新型材料的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)新材料　某科學(xué)家在《科學(xué)》雜志發(fā)表論文,介紹了他們在反型鈣鈦礦太陽能電池研究方面的最新科研成果。鈣鈦礦晶體為ABX3結(jié)構(gòu),一般為立方體或八面體結(jié)構(gòu)。在鈣鈦礦晶體中,B離子位于立方晶胞的中心;A離子位于立方晶胞的頂角,被X離子包圍成配位八面體,如圖所示。
判斷(1)圖(a)中,B離子處于6個X離子形成的正八面體中心,則B離子的配位數(shù)為6。(　　)(2)圖(b)中,A離子被12個X離子包圍,故A離子的配位數(shù)為12。(　　)
典例突破2(2022山東濟(jì)寧一模)我國科學(xué)家在《科學(xué)》雜志發(fā)表反型鈣鈦礦太陽能電池研究方面的最新科研成果論文,為鈣鈦礦電池研究開辟新 方向。(1)Ti的配合物有多種。 的配體所含原子中電負(fù)性由大到小的順序是　　　　　　　　　　(寫元素符號)。?
(2)反型鈣鈦礦電池?zé)o需使用具有光催化活性的TiO2(通過氮摻雜生成TiO2-aNb,反應(yīng)如圖)以及摻雜的有機(jī)空穴傳輸層,光照下的輸出
穩(wěn)定性更好,更具發(fā)展?jié)摿?。①TiO2-aNb晶體中a=　　　　　　　。?②已知原子1、2的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0,0, )和(1,0,0),則原子3的坐標(biāo)為　　　　　　;設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,TiO2的密度為___________　　　　　　　 g·cm-3(列出計算式)。?
——突破二　解題篇——
素養(yǎng)命題+題型突破1.原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合應(yīng)用(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)新高考山東卷、廣東卷等在選擇題中設(shè)置原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合應(yīng)用題,基于原子核外電子排布規(guī)律,構(gòu)建原子結(jié)構(gòu)等認(rèn)知模型,建立重要證據(jù)及推理過程,從原子結(jié)構(gòu)視角說明元素的性質(zhì)(原子或離子半徑大小順序、電離能和電負(fù)性、金屬性或非金屬性強(qiáng)弱等)遞變規(guī)律;根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)說明或預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì),并采用模型、符號等多種方式對原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行綜合表征。
典例突破1(2021天津卷,19)元素X、Y、Z、Q、R的原子序數(shù)依次增大且小于20,其原子半徑和最外層電子數(shù)之間的關(guān)系如圖所示。下列判斷正確的是(　　)
A.X的電負(fù)性比Q的大B.Q的簡單離子半徑比R的大C.Z的簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Q的強(qiáng)D.Y的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性比R的強(qiáng)
答案 B解析 X、Y、Z、Q、R的原子序數(shù)依次增大且小于20,由題圖中最外層電子數(shù)和原子半徑的關(guān)系可知,X為C、Y為Na、Z為S、Q為Cl、R為K。C的電負(fù)性比Cl的小,A錯誤;核外電子數(shù)相同時質(zhì)子數(shù)越大半徑越小,故Q的簡單離子半徑比R的大,B正確;同周期元素,原子序數(shù)越大非金屬性越強(qiáng),則簡單氫化物更穩(wěn)定,則Z的簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Q的弱,C錯誤;同主族元素,原子序數(shù)越大金屬性越強(qiáng),則最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性越強(qiáng),則Y的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性比R的弱,D錯誤。
方法點撥 (1)解答此類問題的關(guān)鍵是結(jié)合題給信息正確推斷未知元素,再以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”為指導(dǎo),結(jié)合同周期(或主族)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律,進(jìn)行分析、判斷。
(2)短周期元素原子與成鍵數(shù)目的關(guān)系如表:
針對訓(xùn)練1(2022山東臨沂一模)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大,其中Z的內(nèi)層電子數(shù)是X最外層電子數(shù)的2倍;基態(tài)Y原子的s軌道電子數(shù)與p軌道電子數(shù)相等;由這四種元素組成的某種物質(zhì)常用作消毒漂白劑,其結(jié)構(gòu)式如圖所示。下列說法正確的是(　　)A.原子半徑:Y>X>WB.簡單氫化物的沸點:Z>Y>XC.W與Y、Z均可形成含極性鍵的非極性分子D.同周期中第一電離能小于Y的元素有5種
答案 C解析 四種元素原子序數(shù)依次增大,且屬于短周期元素,基態(tài)Y原子的s軌道電子數(shù)與p軌道電子數(shù)相等,電子排布式可能為1s22s22p4或1s22s22p63s2,Y可能為O或Mg,根據(jù)結(jié)構(gòu)式,Y只能為O。Z的內(nèi)層電子數(shù)是X最外層電子數(shù)的2倍,根據(jù)核外電子排布規(guī)律,Z的內(nèi)層電子數(shù)可能為2,也可能為10,如果為2,則X最外層電子數(shù)為1,不符合題意,Z的內(nèi)層電子數(shù)只能為10,X的最外層電子數(shù)為5,即X為N,Z位于第三周期,根據(jù)結(jié)構(gòu)式,Z形成一個共價鍵,即Z為Cl,W形成四個共價鍵,即W為C。同周期從左向右原子半徑依次減小(稀有氣體除外),原子半徑的大小順序是C>N>O,A錯誤;
X、Y、Z的簡單氫化物分別為NH3、H2O、HCl,NH3和H2O存在分子間氫鍵,HCl不存在分子間氫鍵,則HCl沸點最小,H2O分子間氫鍵比HF分子間氫鍵多,則H2O的沸點高于NH3,即沸點:H2O>NH3>HCl,B錯誤;C與O形成CO2,C與Cl形成CCl4,CO2、CCl4是由極性鍵構(gòu)成的非極性分子,C正確;同周期元素的第一電離能從左向右呈逐漸增大的趨勢,但第ⅡA族>第ⅢA族,第ⅤA族>第ⅥA族,同周期中第一電離能比O元素小的元素有Li、Be、B、C,共有4種,D錯誤。
2.分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合應(yīng)用(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)新高考山東卷、海南卷等在選擇題中設(shè)置分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合應(yīng)用題,根據(jù)給定的信息分析常見簡單分子的空間結(jié)構(gòu),利用相關(guān)理論(價層電子對互斥模型、雜化軌道理論)解釋簡單的共價分子的空間結(jié)構(gòu),根據(jù)分子的結(jié)構(gòu)特點和鍵的極性判斷分子的極性及是否具有手性,并據(jù)此對分子的一些典型性質(zhì)(熔點、沸點、溶解性等)和應(yīng)用作出解釋。
典例突破2(2021山東卷,9)關(guān)于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),下列說法錯誤的是(　　)A.CH3OH為極性分子B.N2H4空間結(jié)構(gòu)為平面形C.N2H4的沸點高于(CH3)2NNH2D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N雜化方式均相同
答案 B解析 甲醇可看成是甲烷中的一個氫原子被羥基取代得到的,為四面體結(jié)構(gòu),是由極性鍵構(gòu)成的極性分子,A正確;N2H4中N原子的雜化方式為sp3,空間結(jié)構(gòu)不是平面形,B錯誤;N2H4分子中連接N原子的H原子多,存在氫鍵的數(shù)目多,而偏二甲肼[(CH3)2NNH2]只有一端可以形成氫鍵,另一端的兩個甲基基團(tuán)比較大,影響了分子的排列,沸點比N2H4的低,C正確;CH3OH為四面體結(jié)構(gòu),—OH結(jié)構(gòu)類似于水的結(jié)構(gòu),(CH3)2NNH2的結(jié)構(gòu)簡式為 ,兩者分子中C、O、N雜化方式均為sp3,D正確。
方法點撥解答此類問題的關(guān)鍵是分析分子的空間結(jié)構(gòu)、含有的共價鍵、分子的對稱性等,基于此推測分子的性質(zhì)(如極性、沸點、溶解性、手性等)。
3.晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合應(yīng)用(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)新高考遼寧卷、湖北卷等在選擇題中設(shè)置晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合應(yīng)用題,借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用,從原子、分子、超分子、聚集狀態(tài)等不同角度認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點及其與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系;從構(gòu)成微粒、微粒間相互作用、微粒的空間排布規(guī)律等角度分析不同類型晶體結(jié)構(gòu)的特點、相似性和差異性。
典例突破3(2021遼寧卷,7)單質(zhì)硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導(dǎo)材料,其晶胞如圖。下列說法錯誤的是(　　)A.S位于元素周期表p區(qū)B.該物質(zhì)的化學(xué)式為H3SC.S位于H構(gòu)成的八面體空隙中D.該晶體屬于分子晶體
S位于H構(gòu)成的八面體空隙中,如圖所示 ,C正確;由于該晶體是一種新型超導(dǎo)材料,說明其是由陰、陽離子構(gòu)成的,故該晶體屬于離子晶體,D錯誤。
方法點撥解答此類問題的關(guān)鍵是分析晶胞結(jié)構(gòu)特點,確定各微粒在晶胞中的相對位置,結(jié)合“均攤法”確定晶體的化學(xué)式,結(jié)合晶體中微粒間的相互作用,推測晶體的性質(zhì)等。
針對訓(xùn)練3(2022遼寧撫順一模)銅和氧形成的一種離子化合物晶胞、C60晶胞如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.銅和氧形成的離子化合物,銅離子的電荷數(shù)為+1B.C60晶體采用的是分子密堆積方式,與每個C60距離最近且等距離的C60有12個C.C60和石墨的晶體類型相同,都能導(dǎo)電D.晶體的熔點:石墨>C60
答案 C解析 由離子化合物晶胞可知,每個晶胞含有4個Cu原子,O原子個數(shù)為1+8× =2,Cu、O原子個數(shù)比為2∶1,則該離子化合物的化學(xué)式為Cu2O,銅離子的電荷數(shù)為+1,A正確;以C60晶胞頂角的C60分子為研究對象,與其距離最近且等距離的C60處于面心的位置,其數(shù)目為3×4=12,B正確;C60屬于分子晶體,不能導(dǎo)電,石墨屬于混合型晶體,能導(dǎo)電,C錯誤;石墨屬于混合型晶體,具有很高的熔點,C60晶體屬于分子晶體,熔點較低,故晶體的熔點:石墨>C60,D正確。
——突破三　熱點專攻——
物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題高考必備1.命題分析近三年,物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題是高考熱點題型之一,大多以某種新材料、催化劑、新藥物等為命題載體,綜合考查原子核外電子排布(核外電子排布式、價電子排布式、軌道表示式)、元素周期律(原子半徑、電離能、電負(fù)性)、共價鍵(σ鍵和π鍵)、分子(或離子)的空間結(jié)構(gòu)、中心原子的雜化類型、分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(極性、溶解性、手性)、范德華力和氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響、晶胞結(jié)構(gòu)及計算、晶體的性質(zhì)(熔點等)及分析等,突出考查考生的綜合分析判斷能力、邏輯推理能力、簡單計算能力。
2.原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查點
3.分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查點
4.晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查點
真題感悟1.(2022山東卷,16)研究籠形包合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)具有重要意義?；瘜W(xué)式為Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的籠形包合物四方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(H原子未畫出),每個苯環(huán)只有一半屬于該晶胞。晶胞參數(shù)為a=b≠c,α=β=γ=90°。
回答下列問題:(1)基態(tài)Ni原子的價電子排布式為　　　　　　　　,在元素周期表中位置為　　　　　　　　　。?
(2)晶胞中N原子均參與形成配位鍵,Ni2+與Zn2+的配位數(shù)之比為　　　　　;x∶y∶z=　　　　　　;晶胞中有d軌道參與雜化的金屬離子是　　　　　　　　。?(3)吡啶( )替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的 大π鍵,則吡啶中N原子的價層孤電子對占據(jù)　　　(填字母)。?A.2s軌道　　　　　　B.2p軌道C.sp雜化軌道D.sp2雜化軌道
(4)在水中的溶解度,吡啶遠(yuǎn)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吡啶分子能與水分子形成分子間氫鍵?、谶拎し肿雍虷2O分子均為極性分子,相似相溶,而苯分子為非極性分子
解析 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì),內(nèi)容包括價電子排布式、配位數(shù)、雜化方式、大π鍵、溶解度、電子云密度。(1)Ni是28號元素,故基態(tài)Ni原子的價電子排布式為3d84s2,在元素周期表中位置為第四周期第Ⅷ族。(2)由晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,一個晶胞中含有Ni2+個數(shù)為2× =1,Zn2+個數(shù)為8× =1,含有CN-為8× =4,NH3個數(shù)為8× =2,苯環(huán)個數(shù)為4× =2,則該晶胞的化學(xué)式為Ni(CN)4·Zn(NH3)2·2C6H6,且晶胞中每個N原子均參與形成配位鍵,Ni2+周圍形成的配位鍵數(shù)目為4,Zn2+周圍形成的配位鍵數(shù)目為6,則Ni2+與Zn2+的配位數(shù)之比為4∶6=2∶3,x∶y∶z=4∶2∶2=2∶1∶1;由以上分析可知,Ni2+的配位數(shù)為4,則Ni2+采用sp3雜化,而Zn2+的配位數(shù)為6,Zn2+采用sp3d2雜化,即晶胞中有d軌道參與雜化的金屬離子是Zn2+。
(3)吡啶( )替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的 大π鍵,則說明吡啶中N原子也是采用sp2雜化,雜化軌道只用于形成σ鍵或容納孤電子對,即吡啶中N原子的價層孤電子對占據(jù)sp2雜化軌道。(4)已知苯分子為非極性分子,H2O分子為極性分子,吡啶分子為極性分子,且吡啶分子中N原子上含有孤電子對能與水分子形成分子間氫鍵,從而導(dǎo)致在水中的溶解度吡啶遠(yuǎn)大于苯。
2.(2021福建卷,14)類石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種新型光催化材料,在光解水產(chǎn)氫等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,研究表明,非金屬摻雜(O、S等)能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似的層狀結(jié)構(gòu),其中一種二維平面結(jié)構(gòu)如圖所示。
回答下列問題:(1)基態(tài)C原子的成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)之比為　　　　　。?(2)N、O、S的第一電離能(I1)大小為I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是? 　。?(3)g-C3N4晶體中存在的微粒間作用力有　　　　　　(填字母)。?a.非極性鍵b.金屬鍵c.π鍵d.范德華力(4)g-C3N4中,C原子的雜化軌道類型為　　　　　　　,N原子的配位數(shù)為　　 　　　。?(5)每個基本結(jié)構(gòu)單元(圖中實線圈部分)中兩個N原子(圖中虛線圈所示)被O原子代替,形成O原子摻雜的g-C3N4(OPCN),OPCN的化學(xué)式為　　　　　　　。?
答案 (1)2∶1　(2)N原子2p軌道半充滿,比相鄰的O原子更穩(wěn)定,更難失電子;O、S屬于同主族元素,S原子半徑大于O原子,更易失去電子　(3)cd　(4)sp2　2、3　(5)C3N3O解析 (1)基態(tài)C原子的核外電子排布式為1s22s22p2,2p軌道上有2個未成對電子,則成對電子數(shù)與未成對電子數(shù)之比為4∶2=2∶1。(2)N和O處于同一周期且相鄰,由于N的2p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),較難失去電子,則I1(N)>I1(O);O、S元素處于同主族,S原子半徑大于O原子半徑,S原子對最外層電子的吸引力小于O原子,則有I1(O)>I1(S)。(3)g-C3N4具有和石墨相似的層狀結(jié)構(gòu),由二維平面結(jié)構(gòu)可知,C和N原子均采取sp2雜化,C和N原子之間形成極性鍵,未參與雜化的2p軌道相互平行重疊,形成π鍵,層與層之間存在范德華力。
(4)g-C3N4的層狀結(jié)構(gòu)中,N原子的成鍵方式有2種,形成2個C—N或3個C—N,故N的配位數(shù)為2、3。(5)從基本結(jié)構(gòu)單元分析得知,N原子的成鍵有連兩個C原子和連三個C原子的兩種情況,連兩個C原子的N原子完全屬于該基本結(jié)構(gòu)單元,連三個C原子的N原子處在中心的完全屬于該基本結(jié)構(gòu)單元,處在3個“頂點”上的屬于三個基本結(jié)構(gòu)單元,故一個基本結(jié)構(gòu)單元含有6個C原子和7+ ×3=8個N原子;將題圖中虛線圈所示的N原子用O原子代替,則O原子完全屬于該基本結(jié)構(gòu)單元,故該基本結(jié)構(gòu)單元含有6個C原子、6個N原子、2個O原子,其比值為3∶3∶1,則OPCN的化學(xué)式為C3N3O。
方法點撥1.有關(guān)晶胞的三種計算(1)計算晶體密度的方法
(a表示晶胞邊長,ρ表示密度,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值,n表示1 ml晶胞所含基本粒子或特定組合的物質(zhì)的量,M表示摩爾質(zhì)量)。
(2)計算晶體中微粒間距離的方法
2.“四步法”突破物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題
考向預(yù)測1.(信息型的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題)(2022河北邯鄲一模)鎳銅合金是由60%鎳、33%銅、6.5%鐵三種金屬組成的合金材料。鎳銅合金有較好的室溫力學(xué)性能,耐腐蝕性好,耐磨性好,容易加工,無磁性,是制造電子管較好的結(jié)構(gòu)材料。請回答下列問題:(1)基態(tài)Cu的價電子軌道表示式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)O與Cu形成的化合物為Cu2O,Cu與S形成的化合物為Cu2S,Cu2O的熔點比Cu2S的　　　　　(填“低”“高”或“無法確定”)。?
(3)Cu可以形成一種離子化合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4,若要確定該物質(zhì)是晶體還是非晶體,最科學(xué)的方法是對它進(jìn)行　　　　　　　　實驗;其陰離子的空間結(jié)構(gòu)是　　　　　　　　　　　　　;加熱該物質(zhì)時,首先失去的是H2O分子,原因是　? 　。?(4)甲基丙烯酸銅是一種重要的有機(jī)銅試劑,其結(jié)構(gòu)為 。此有機(jī)銅試劑中,C原子的雜化類型有　　　　　　,1 ml此有機(jī)銅試劑中含有σ鍵的物質(zhì)的量為　　　　 ml。?
(5)Cu的化合物種類有很多,Cl與Cu形成的化合物的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,已知立方晶胞的邊長為a cm,則Cu+與Cl-形成的化合物的密度ρ=　　 (NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,用含a、NA的代數(shù)式表示) g·cm-3。
(3)X射線衍射　正四面體形　O的電負(fù)性比N的強(qiáng),對孤電子對的吸引力更強(qiáng),H2O與Cu2+的配位鍵比NH3與Cu2+的配位鍵弱
解析 (2)Cu2O和Cu2S是離子晶體,其中r(O2-)

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