1.熟練掌握物質(zhì)結(jié)構(gòu)常見考點,構(gòu)建解題模型。2.借助圖像理解,培養(yǎng)空間想象力。3.能用抽象理論對陌生情境進(jìn)行判斷并加以解釋。
1.物質(zhì)結(jié)構(gòu)常見考點剖析(1)以原子或離子結(jié)構(gòu)為主線的考查角度
(2)以分子結(jié)構(gòu)為主線的考查角度
(3)以晶體結(jié)構(gòu)為主線的考查角度
2.性質(zhì)比較及解釋類問題模型構(gòu)建(1)“原因解釋”類試題的解題流程
(3)模板應(yīng)用示例比較下列鍺鹵化物的熔點和沸點,分析其變化規(guī)律及原因:__________________。
[標(biāo)準(zhǔn)答案] GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增大。原因:分子結(jié)構(gòu)相似,相對分子質(zhì)量依次增大,分子間相互作用力逐漸增強(qiáng)
例1 Fe3O4晶體中,O2-的重復(fù)排列方式如圖所示,該排列方式中存在著由如1、3、6、7的O2-圍成的正四面體空隙和3、6、7、8、9、12的O2-圍成的正八面體空隙。Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面體空隙中,另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面體空隙中,則Fe3O4晶體中,正四面體空隙數(shù)與O2-數(shù)目之比為_____。有____%的正八面體空隙沒有填充陽離子。Fe3O4晶胞中有8個圖示結(jié)構(gòu)單元,晶體密度為5.18 g·cm-3,則該晶胞參數(shù)a=___________________ cm(寫出計算表達(dá)式即可)。
Fe3O4中有一半的Fe3+填充到正四面體空隙中,另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面體空隙中,則有50%的正八面體空隙沒有填充陽離子;含有Fe3+和Fe2+的總數(shù)為3,晶胞中有8個圖示結(jié)構(gòu)單元,則1 ml晶胞的質(zhì)量為8×(3×56+4×16) g=8×232 g,1 ml晶胞即有6.02×1023個晶胞,1個晶胞的體積為a3,
例2 鋰—磷酸氧銅電池正極的活性物質(zhì)是Cu4O(PO4)2,可通過下列反應(yīng)制備:2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2O===Cu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O。(1)寫出基態(tài)Cu2+的電子排布式:___________________________。(2)P、S元素第一電離能大小關(guān)系為______,原因是___________________________________________________________。(3)氨基乙酸銅分子結(jié)構(gòu)如圖所示,碳原子的雜化方式為__________,基態(tài)碳原子核外電子有____種運動狀態(tài)。
1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
P原子3p軌道上的電子處于半充
滿狀態(tài),較穩(wěn)定,比S難失去電子
(4)在硫酸銅溶液中加入過量KCN,生成配合物[Cu(CN)4]2-,則1 ml該配合物含有π鍵的數(shù)目為______(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。
CN-存在碳氮三鍵,1個碳氮三鍵中有2個π鍵,所以1 ml該配合物含有8 ml π鍵,數(shù)目為8NA。
(5)晶體銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示,原子之間相對位置關(guān)系的平面圖如圖乙所示,銅原子的配位數(shù)為_____,銅的原子半徑為127.8 pm,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,晶體銅的密度為_________________________ g·cm-3(列出計算式即可)。
離銅原子距離最近且相等的原子為銅原子的配位原子,根據(jù)圖甲可知銅原子配位數(shù)是12;
例3 (2022·河北石家莊二中模擬)黃銅礦(主要成分為CuFeS2)是一種天然礦石。中國在商代或更早就掌握了由它冶煉銅的技術(shù)。醫(yī)藥上,黃銅礦有促進(jìn)骨折愈合的作用。請回答下列問題:(1)基態(tài)Cu+比Cu2+穩(wěn)定的原因是____________________________________________________________________________。(2) 的空間結(jié)構(gòu)為__________。
Cu+的價電子式為3d10,為全充滿狀態(tài),較穩(wěn)定,
Cu2+的價電子式為3d9,較不穩(wěn)定
(3)圖為某陽離子的結(jié)構(gòu),加熱時該離子先失去的配位體是_______(填化學(xué)式),原因是___________________________________________________________。
O的電負(fù)性強(qiáng)于N,NH3更容易提供孤電子對,NH3的配位能力更強(qiáng)
圖為某陽離子的結(jié)構(gòu),其配體分別為上下水分子,四周氨氣分子,由于N電負(fù)性比O小,氨氣與銅離子形成配位鍵比水與銅離子形成配位鍵穩(wěn)定,因此加熱時該離子先失去的配位體是H2O。
(4)四方晶系的CuFeS2晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示。①CuFeS2中各元素電負(fù)性數(shù)值從小到大的順序為___________,晶胞中S原子的雜化方式為______。
根據(jù)同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大,同主族元素從上到下電負(fù)性逐漸減小,因此CuFeS2中各元素電負(fù)性數(shù)值從小到大的順序為Fe<Cu<S;從圖中可以看出S連了四個價鍵,因此晶胞中S原子的雜化方式為sp3。
②晶胞中Cu和Fe的投影位置如圖2所示。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。
③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,稱作原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),例如圖1中原子1的坐標(biāo)為 ,則原子2的坐標(biāo)為__________。晶體中距離Fe最近的S有_____個。
1.(2021·湖南,18)硅、鍺(Ge)及其化合物廣泛應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域?;卮鹣铝袉栴}:(1)基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為____________________,晶體硅和碳化硅熔點較高的是______(填化學(xué)式)。
(2)硅和鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以得到SiX4。SiX4的熔、沸點
①0 ℃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________________________________________________________________________,氣態(tài)SiX4分子的空間結(jié)構(gòu)是__________。
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
②SiCl4與N-甲基咪唑( )反應(yīng)可以得到M2+,其結(jié)構(gòu)如圖所示:
N-甲基咪唑分子中碳原子的雜化軌道類型為________,H、C、N的電負(fù)性由大到小的順序為_________,1個M2+中含有_____個σ鍵。
(3)下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。
①已知化合物中Ge和O的原子個數(shù)比為1∶4,圖中Z表示_____原子(填元素符號),該化合物的化學(xué)式為____________。
②已知該晶胞的晶胞參數(shù)分別為a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,則該晶體的密度ρ=____________g·cm-3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、b、c、NA的代數(shù)式表示)。
2.(2021·廣東,20)很多含巰基(—SH)的有機(jī)化合物是重金屬元素汞的解毒劑。例如,解毒劑化合物Ⅰ可與氧化汞生成化合物Ⅱ。
(1)基態(tài)硫原子的價電子排布式為_______。
基態(tài)硫原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p4,因此基態(tài)硫原子價電子排布式為3s23p4。
(2)H2S、CH4、H2O的沸點由高到低順序為_______________。
H2O>H2S>CH4
H2S、CH4、H2O均為分子晶體,H2O分子間存在氫鍵,沸點較高,H2S、CH4的分子間作用力隨相對分子質(zhì)量的增大而增加,因此沸點由高到低順序為H2O>H2S>CH4。
(3)汞的原子序數(shù)為80,位于元素周期表第______周期第ⅡB族。
第六周期0族元素的原子序數(shù)為86,因此第80號元素Hg位于第六周期第ⅡB族。
(4)化合物Ⅲ也是一種汞解毒劑。化合物Ⅳ是一種強(qiáng)酸。下列說法正確的有______。A.在Ⅰ中S原子采取sp3雜化B.在Ⅱ中S元素的電負(fù)性最大C.在Ⅲ中C—C—C鍵角是180°D.在Ⅲ中存在離子鍵與共價鍵E.在Ⅳ中硫氧鍵的鍵能均相等
中含有的元素為H、C、O、S、Hg,同周期從左至右元素的電負(fù)性逐漸增大,同主族從上至下元素的電負(fù)性逐漸減小,因此5種元素中電負(fù)性最大的為O元素,故B錯誤;
(5)汞解毒劑的水溶性好,有利于體內(nèi)重金屬元素汞的解毒。化合物Ⅰ與化合物Ⅲ相比,水溶性較好的是__________。
(6)理論計算預(yù)測,由汞(Hg)、鍺(Ge)、銻(Sb)形成的一種新物質(zhì)X為潛在的拓?fù)浣^緣體材料。X的晶體可視為Ge晶體(晶胞如圖a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①圖b為Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一種單元結(jié)構(gòu),它不是晶胞單元,理由是______________________________________。
不能無隙并置成晶體,不是最小重復(fù)單元
對比圖b和圖c可得X晶體的晶胞中上下兩個單元內(nèi)的原子位置不完全相同,不符合晶胞是晶體的最小重復(fù)單元要求。
②圖c為X的晶胞,X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為____;該晶胞中粒子個數(shù)比Hg∶Ge∶Sb=__________。
以晶胞立方體中右側(cè)面心中Hg原子為例,同一晶胞中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為2,右側(cè)晶胞中有2個Sb原子與Hg原子距離最近,因此X的晶體中與Hg距離最近的Sb的數(shù)目為4。該晶胞中Sb原子均位于晶胞內(nèi),因此1個晶胞中含有Sb原子數(shù)為8;
則該晶胞中粒子個數(shù)比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。
③設(shè)X的最簡式的式量為Mr,則X晶體的密度為_____________g·cm-3(列出算式)。
3.(2021·全國甲卷,35)我國科學(xué)家研發(fā)的全球首套千噸級太陽能燃料合成項目被形象地稱為“液態(tài)陽光”計劃。該項目通過太陽能發(fā)電電解水制氫,再采用高選擇性催化劑將二氧化碳加氫合成甲醇?;卮鹣铝袉栴}:(1)太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。Si的價電子層的電子排布式為_______;單晶硅的晶體類型為__________。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)理如右: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)。
基態(tài)Si原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2,因此Si的價電子層的電子排布式為3s23p2;晶體硅中Si原子與Si原子之間通過共價鍵相互結(jié)合,整塊晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此單晶硅為共價晶體;
由圖可知,SiCl4(H2O)中Si原子的σ鍵數(shù)為5,說明Si原子的雜化軌道數(shù)為5,由此可知Si原子的雜化類型為sp3d。
(2)CO2分子中存在____個σ鍵和____個π鍵。
2  2
CO2的結(jié)構(gòu)式為O==C==O,1個雙鍵中含有1個σ鍵和1個π鍵,因此1個CO2分子中含有2個σ鍵和2個π鍵。
(3)甲醇的沸點(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之間,其原因是______________________________________________________________________。
甲醇分子之間和水分子之間都存在氫鍵,因此沸點高于不含分子間氫鍵的甲硫醇,甲醇分子間氫鍵的總強(qiáng)度低于水分子間氫鍵的總強(qiáng)度,因此甲醇的沸點介于水和甲硫醇之間。
甲硫醇不能形成分子間氫鍵,而水和甲醇均能形成氫鍵,且水比甲醇的氫鍵多
(4)我國科學(xué)家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑,其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是_____,晶胞參數(shù)為a pm、a pm、c pm,該晶體密度為_________________g·cm-3(寫出表達(dá)式)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,則y=_____ (用x表達(dá))。
以晶胞中右側(cè)面心的Zr4+為例,同一晶胞中與Zr4+連接最近且等距的O2-數(shù)為4,同理可知右側(cè)晶胞中有4個O2-與Zr4+相連,因此Zr4+在晶胞中的配位數(shù)是4+4=8;
在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,其中Zn元素為+2價,Zr為+4價,O元素為-2價,根據(jù)化合物化合價為0可知2x+4×(1-x)=2y,解得y=2-x。
4.[2020·全國卷Ⅰ,35(3)(4)]Gdenugh等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎。回答下列問題:(3)磷酸根離子的空間結(jié)構(gòu)為__________,其中P的價層電子對數(shù)為_____,雜化軌道類型為______。
(4)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有_____個。
電池充電時,LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xFePO4,結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示,則x=______________,n(Fe2+ )∶n(Fe3+)=________。
根據(jù)(a)圖,小圓點為Li+,位于頂點的Li+有8個,位于棱上的Li+有4個,位于面心的Li+有4個,晶胞中共含有Li+的個數(shù)為
1.(2022·昆明高三質(zhì)檢)砷化鋁(AlAs)常用作光譜分析試劑和制備電子組件的原料,是一種新型半導(dǎo)體材料?;卮鹣铝袉栴}:(1)基態(tài)As原子的核外價電子排布圖為_________________;第一電離能I1(As)______I1(Se)(填“大于”或“小于”),其原因是___________________________________________________。
As最外層的4p能級為半充滿結(jié)構(gòu),能量
(2)As4S4的分子結(jié)構(gòu)中均為單鍵,且每個原子最外層均滿足8e-穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則該分子中所含共價鍵數(shù)目為____;分子中As、S原子的雜化軌道類型分別為_____、____。
sp3  sp3
(3)AlF3的熔點約為1 040 ℃,AlCl3的熔點為194 ℃,其晶體類型分別是__________、__________。
①上述致密保護(hù)膜是一種常見的氧化物,其化學(xué)式為_______。
(4)高純AlAs(砷化鋁)可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過程如圖1所示,其中的致密保護(hù)膜可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs(砷化鎵)反應(yīng)。
②已知AlAs的立方晶胞如圖2所示,其中As的配位數(shù)為_____;該晶體密度為ρ g·cm-3,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,晶胞參數(shù)為____________ pm。
2.(2022·深圳模擬)鐵(Fe)、鈷(C)、鎳(Ni)是第四周期第Ⅷ族的元素,在化學(xué)上稱為鐵系元素,其化合物在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。(1)鐵系元素能與CO形成Fe(CO)5、Ni(CO)4等金屬羰基化合物。已知室溫時Fe(CO)5為淺黃色液體,沸點103 ℃,則Fe(CO)5中含有的化學(xué)鍵類型包括_____(填字母)。A.極性共價鍵 B.離子鍵C.配位鍵 D.金屬鍵
(2)以甲醇為溶劑,C2+可與色胺酮分子配位結(jié)合形成對DNA具有切割作用的色胺酮鈷配合物(合成過程如下所示)。色胺酮分子中所含元素(H、C、N、O)第一電離能由大到小的順序為__________,色胺酮分子中N原子的雜化類型為__________。X射線衍射分析顯示色胺酮鈷配合物晶胞中還含有一個CH3OH分子,CH3OH是通過______作用與色胺酮鈷配合物相結(jié)合。
①已知A、B點的原子坐標(biāo)分別為(0,0,0)和(1, ),則C點的原子坐標(biāo)為__________;
(3)Fe、C、Ni與Ca都位于第四周期且最外層電子數(shù)相同,但相應(yīng)單質(zhì)的熔點,F(xiàn)e、C、Ni明顯高于Ca,其原因是______________________________________________________。(4)ZnS是一種使用廣泛的熒光材料。已知立方ZnS的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示:
Fe、C、Ni的原子半徑比Ca的小,金屬鍵強(qiáng),因此
②立方ZnS的晶胞參數(shù)a=541 pm,則其晶體密度為_________________ g·cm-3(列出計算表達(dá)式,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。
(1)基態(tài)鐵原子價電子排布中未成對電子數(shù)與成對電子對數(shù)之比為________。
基態(tài)鐵原子價電子排布式為3d64s2,則未成對電子數(shù)與成對電子對數(shù)之比為4∶2=2∶1。
(2)第二周期元素中,第一電離能介于元素B和N之間的元素有_____種。
同一周期元素從左到右第一電離能呈增大趨勢,但第ⅡA族、第ⅤA族反常,則第二周期元素中,第一電離能介于元素B和N之間的元素有Be、C、O共3種。
(3)鍵角: ______PH3(填“大于”或“小于”),請分析原因:__________________________________________________________________。(4)六方相氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨相似(如圖1),晶體中氮原子的雜化方式為_____。氮化硼晶體不導(dǎo)電的原因是________________________________。
上孤電子對對共價鍵的排斥作用大于共價鍵之間的斥力
結(jié)構(gòu)中沒有自由移動的電子
(5)磷化硼晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示,晶胞中P原子空間堆積方式為________________;已知晶體中硼和磷原子半徑分別為r1 pm和r2 pm,距離最近的硼和磷原子核間距為二者原子半徑之和。則磷化硼晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為____________________(寫出計算式)。
4.人類文明的發(fā)展歷程,也是化學(xué)物質(zhì)的認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)的歷程。(1)銅原子在基態(tài)時價電子排布式為________。已知高溫下Cu2O比CuO更穩(wěn)定,試從核外電子排布的角度解釋:_______________________________________________。(2)銅與類鹵素(SCN)2反應(yīng)生成Cu(SCN)2,1 ml (SCN)2中含有π鍵的數(shù)目為_______。類鹵素(SCN)2對應(yīng)的酸有兩種,理論上硫氰酸(H—S—C≡N)的沸點低于異硫氰酸(H—N==C==S)的沸點,其原因是_________________________________________________。
Cu+的價電子排布式為3d10,處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)
異硫氰酸分子間可形成氫鍵,而硫氰酸不能形成
(SCN)2的結(jié)構(gòu)式為N≡C—S—S—C≡N,單鍵不含π鍵,三鍵中含2個π鍵,則1 ml(SCN)2中含有π鍵的數(shù)目為4NA;由于異硫氰酸分子間可形成氫鍵,而硫氰酸不能形成氫鍵,所以硫氰酸(H—S—C≡N)的沸點低于異硫氰酸(H—N==C==S)的沸點。
(4)6-氨基青霉烷酸的結(jié)構(gòu)如圖甲所示,其中采取sp3雜化的原子有______________ (填寫元素符號)。
(5)鐵和氨在640 ℃可發(fā)生置換反應(yīng),產(chǎn)物之一的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:____________________________。若兩個最近的Fe原子間的距離為a cm,列出該晶體密度的計算表達(dá)式:__________ g·cm-3(阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示)。
5.(2022·山東模擬)鐵是人體必需的微量元素,在人類生產(chǎn)和生活中也有著重要作用。(1)①有機(jī)物甲所含的元素中,電負(fù)性最小的是_____(填元素符號,下同),第一電離能最大的是______。
甲中有C、H、O、N四種元素,H的非金屬性最弱,則H的電負(fù)性最??;同一周期元素從左到右,元素的第一電離能呈增大趨勢,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一電離能大于相鄰元素,N的第一電離能比O大。
②血紅蛋白中的鐵處于基態(tài)時,其最高能級中的單電子數(shù)為_____。
Fe為26號元素,基態(tài)Fe原子的簡化電子排布式是[Ar]3d64s2,最高能級為3d能級,單電子數(shù)為4。
③血紅蛋白中N原子的雜化方式為_________。
(2)FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價性,蒸氣狀態(tài)下以雙聚分子存在的FeCl3的結(jié)構(gòu)式為__________________,其中Fe的配位數(shù)為_____。
Fe提供空軌道,Cl提供孤電子對,氯化鐵中以雙聚分子存在的結(jié)構(gòu)式為 ,根據(jù)結(jié)構(gòu)式可知Fe的配位數(shù)為4。
(3)LiFePO4屬于簡單磷酸鹽,而直鏈的多磷酸鹽則是一種復(fù)雜磷酸鹽,如:焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如圖所示。
這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為______________(用n代表P原子數(shù))。
(PnO3n+1)(n+2)-
由三磷酸根離子的結(jié)構(gòu)可知,中間P原子連接的4個O原子中,2個O原子完全屬于該P原子,另外2個O原子分別屬于2個P原子,
若這類磷酸根離子中含n個P原子,則O原子個數(shù)為3n+1,由O元素的化合價為-2,P元素的化合價為+5,故該離子所帶電荷為-2×(3n+1)+5n=-n-2,這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為(PnO3n+1)(n+2)-。
(4)鐵及其化合物的晶體種類較多。①Fe的一種晶體結(jié)構(gòu)如甲、乙所示,若按甲中虛線方向切乙,得到的切面圖正確的是_____(填字母)。
圖甲中Fe位于頂角和體心,乙由8個甲組成,按虛線方向切乙形成的截面邊長不等,排除B、D,由于每個小立方體的體心有一個鐵原子,故A正確。
②Fe和N可組成一種過渡金屬氮化物,其晶胞如圖所示。六棱柱底邊邊長為x cm,高為y cm,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶胞密度為________________g·cm-3 (列出計算式即可)。
由晶胞結(jié)構(gòu)可知,一個晶胞內(nèi)含有兩個氮原子,鐵原子分別處于六棱柱的內(nèi)部、頂角和面心,一個頂角為六個晶胞共用,
六棱柱的底面由6個正三角形構(gòu)成,正三角形的邊長為x cm,

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