还剩52页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套2023届高考化学二轮复习大题突破课件
成套系列资料，整套一键下载
2023届高考化学二轮复习专题一物质结构与性质大题突破一物质结构与性质综合课件
展开
这是一份2023届高考化学二轮复习专题一物质结构与性质大题突破一物质结构与性质综合课件，共60页。PPT课件主要包含了答案3BDE，答案1AC，答案3D，答案5SiF4，答案②B，2应用，答案31，d74s2，答案10DC，FPLi等内容，欢迎下载使用。
以某种或某类元素及其化合物为载体考查
1.(2022·广东卷,20)硒(Se)是人体必需微量元素之一,含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国科学家发现聚集诱导发光(AIE)效应以来,AIE在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下:
(1)Se与S同族,基态硒原子价电子排布式为 。
解析:(1)基态硫原子价电子排布式为3s23p4,Se与S同族,Se为第四周期元素,因此基态硒原子价电子排布式为4s24p4。
答案:(1)4s24p4
(2)H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。
解析:(2)H2Se的沸点低于H2O,其原因是两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高。
答案:(2)两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高
(3)关于Ⅰ～Ⅲ三种反应物,下列说法正确的有 。 A.Ⅰ中仅有σ键B.Ⅰ中的Se—Se键为非极性共价键C.Ⅱ易溶于水D.Ⅱ中原子的杂化轨道类型只有sp与sp2E.Ⅰ～Ⅲ含有的元素中,O电负性最大
解析:(3)Ⅰ中有σ键,还有大π键,故A错误;Se—Se键为同种元素间的共价键,因此Ⅰ中的Se—Se键为非极性共价键,故B正确;烃都难溶于水,因此Ⅱ难溶于水,故C错误;Ⅱ中苯环上的碳原子和碳碳双键上的碳原子杂化类型为sp2,碳碳三键上的碳原子杂化类型为sp,故D正确;根据同周期元素从左到右电负性逐渐增大,同主族元素从上到下电负性逐渐减小,可知Ⅰ～Ⅲ含有的元素中,O电负性最大,故E正确。
(4)Ⅳ中具有孤对电子的原子有 。
解析:(4)根据题中信息可知Ⅳ中O、Se都有孤对电子,碳、氢、硫都没有孤对电子。
答案:(5)> 正四面体形
(6)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。
①X的化学式为 。
答案:(6)①K2SeBr6
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)。
2.(2021·全国乙卷,35)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题:
(1)对于基态Cr原子,下列叙述正确的是 (填标号)。 A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
解析:(1)轨道处于半充满状态时体系总能量低,基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,A正确;由量子力学的基本理论可知,4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置,B错误;铬的电负性比钾的大,对键合电子的吸引力比钾的大,C正确。
(2)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 。
解析:(2)当共价键中共用的电子对是由其中一个原子(离子)独自提供,另一个原子(离子)提供空轨道时,就形成配位键,观察该物质的化学式可知,该配合物中提供电子对形成配位键的原子为N、O、Cl,中心离子的配位数为6。
答案:(2)N、O、Cl 6
(3)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是 。NH3的沸点比PH3的 ,原因是 。 H2O的键角小于NH3的,分析原因: 。
解析:(3)由题图可知,PH3的中心原子P形成3个σ键电子对和1个孤电子对,则其杂化方式为sp3。NH3、PH3均为分子晶体,但NH3分子间存在氢键,故NH3沸点更高。H2O、NH3均为sp3杂化,其中心原子的孤电子对数分别为2、1,由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力,因此孤电子对数越多,键角越小。
答案:(3)sp3 高 NH3分子间存在氢键 H2O、NH3均为sp3杂化,其中心原子的孤电子对数分别为2、1,由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力,因此孤电子对数越多,键角越小
(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为 % (列出计算表达式)。
以新材料、新产品中的某些元素为载体考查
1.(2022·山东卷,16)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。回答下列问题:
(1)基态Ni原子的价电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
解析:(1)已知Ni是28号元素,故基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2;在周期表中位于第四横行第10纵列即第4周期Ⅷ族。
答案:(1)3d84s2 第4周期Ⅷ族
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ;x∶y∶z= ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
答案:(2)2∶3 2∶1∶1 Zn2+、Ni2+
答案:(4)①吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ②吡啶和H2O均为极性分子相似相溶,而苯为非极性分子
(4)在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是① , ② 。
解析:(4)已知苯分子为非极性分子,吡啶、H2O分子为极性分子,且吡啶中N原子上含有孤电子对,能与H2O分子形成分子间氢键,从而导致在水中的溶解度,吡啶远大于苯。
2.(2021·河北卷,17)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白。回答下列问题:
(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
解析:(1)H、O、P、K四种元素各自所能形成的简单离子中,P3-、K+的核外电子排布相同。
答案:(1)P3-、K+
(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·ml-1)如下表:
解析:(3)由题表中键能关系可知,3倍的N—N键的键能小于N≡N键的键能,而3倍的P—P键的键能大于 P≡P 键的键能,所以氮以N2中的N≡N形式存在更稳定,白磷以P4中的P—P键形式存在更稳定。
答案:(3)3倍的N—N键的键能小于N≡N键的键能,而3倍的P—P键的键能大于P≡P键的键能
(4)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为 ,其中P采取 杂化方式。
(6)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根可写为 。
①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。
②晶胞在x轴方向的投影图为 (填标号)。
解析:②由题图(a)可知,晶胞在x轴方向的投影图应为B选项中的图。
物质结构与性质综合大题,高考通常选择有社会价值或科研价值的新颖素材创设命题情境,考查以原子的核外电子排布、元素周期律、复杂离子或分子的空间构型、晶体结构及其相关计算等为主,考查学生对微观粒子结构和性质的认知能力。晶胞结构的相关计算是每年的必考考点,涉及微观建模、数学分析、立体计算等,可以多角度、多层次考查考生分析问题,解决问题的能力。通过对物质结构与性质相关内容的考查,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
命题热点1 电子排布式、电离能和电负性
1.排布规律(1)能量最低原理:基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道,如Ge:1s22s22p63s23p63d104s24p2。(2)泡利原理:每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子。(3)洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。
2.核外电子排布的四种表示方法
注意:(1)3d能级半充满、全充满更稳定。Cr、Cu的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1,而非1s22s22p63s23p63d44s2、1s22s22p63s23p63d94s2。(2)虽然电子填充是按照4s、3d的顺序,但书写电子排布式时仍按照3d、4s的顺序书写。
3.未成对电子数的判断方法(1)根据电子排布式判断。设电子排布式中未充满电子的能级的电子数为n,该能级的电子轨道数为m,则n≤m时,未成对电子数为n;n>m时,未成对电子数为2m-n。如氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,未充满电子的能级为3p能级,有3个原子轨道,填充的电子数为5,所以未成对电子数为2×3-5=1;Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,未充满电子的能级为3d能级和4s能级,分别有5、1个原子轨道,填充的电子数分别为5、1,所以未成对电子数为6。(2)根据电子排布图判断。电子排布图能够直能地表示未成对电子数,即单独占据一个方框的箭头的个数。
4.元素第一电离能的递变性
(1)特例。当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)的结构时,原子的能量较低,为稳定状态,该元素具有较大的第一电离能,如第一电离能:Be>B;Mg>Al;N>O;P>S。
(2)应用。①判断元素金属性的强弱。元素电离能越小,金属越容易失去电子,元素金属性越强;反之越弱。
②判断元素的化合价。如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n,如钠元素I2≫I1,所以钠元素的常见化合价为+1价。
5.元素电负性的递变性(1)规律。同周期元素从左到右,电负性依次增大;同主族元素自上而下,电负性依次减小。
类型1 核外电子排布规律(1)(2022·山东临沂二模)基态Ni2+核外电子排布式为 。
[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)
答案:(2)[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2) 0
(3)(2022·福建漳州二模)基态Ti3+的未成对电子数有 个。
解析:(3)基态Ti原子价层电子排布式为3d24s2,Ti原子失去4s能级上2个电子,3d能级上1个电子生成基态Ti3+,所以基态Ti3+的未成对电子数有1个。
(4)(2022·广东汕头二模)镍钴锰三元材料LiNixCyMnzO2是一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好等优点。锰元素基态原子的电子排布式为 ,镍、钴、锰三种基态原子中未成对电子数最多的是 。
[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2)
(5)(2022·山东菏泽二模)基态镍原子的价层电子排布式为 ,同周期且基态原子的未成对电子数与Ni相同的元素有 种。
解析:(5)镍元素的原子序数为28,价层电子排布式为3d84s2,基态原子的未成对电子数为2,第四周期中钛、锗、硒三种原子的未成对电子数与镍相同,也为2。
答案:(5)3d84s2 3
(6)(2022·山东滨州二模)基态磷原子核外电子共有 种空间运动状态。磷原子在成键时,能将一个3s电子激发进入3d能级而参与成键,写出该激发态磷原子的核外电子排布式为 。
解析:(6)基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,原子核外每一个原子轨道都是一种电子空间运动状态,s能级有1个轨道,p能级有3个轨道,所以一共有9个轨道,即9种空间运动状态。磷原子在成键时,由于将一个3s电子激发进入3d能级,则激发态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s13p33d1。
答案:(6)9 1s22s22p63s13p33d1
(7)(2022·福建福州二模)基态C原子的价层电子排布式为 。
(9)(2022·福建莆田三模)基态Fe原子的电子排布式为 ,基态Fe2+与Fe3+中未成对电子的数目之比为 。
(8)(2022·广东惠州一模)锌(Zn)、镉(Cd)位于同一副族相邻周期,Cd的原子序数更大,则基态Cd原子的价层电子轨道表示式(电子排布图)为 。
答案:(9)[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2) 4∶5
(10)(2022·山东临沂模拟)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)。
解析:(10)基态Li原子能量最低,而电子排布图中D项所示状态为基态。处于激发态的电子数越多,原子能量越高,A项中只有1个1s电子跃迁到2s轨道;B项中1s轨道中的两个电子一个跃迁到2s轨道,另一个跃迁到2p轨道;C项中1s轨道的两个电子都跃迁到2p轨道,故C项表示的原子能量最高。
(11)(2022·湖南长沙模拟)Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为 。
类型2 电离能、电负性的比较与判断(1)(2022·广东汕头二模)锂离子电池目前广泛采用溶有LiPF6的碳酸酯作为电解液。LiPF6中各元素的第一电离能从大到小的顺序为 。 (2)(2022·福建莆田三模)三草酸合铁酸钾所含元素中,第一电离能最大的是 (填元素符号,下同),电负性最大的是 。
(4)(2022·山东德州模拟)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)。
解析:(4)A.[Ne]3s1属于基态的Mg+,由于Mg的第二电离能高于其第一电离能,故其再失去一个电子所需能量较高;B.[Ne]3s2属于基态Mg原子,其失去一个电子变为基态Mg+;C.[Ne]3s13p1属于激发态Mg原子,其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子;D.[Ne]3p1属于激发态Mg+,其失去一个电子所需能量低于基态Mg+。综上所述,电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1,故选A。
(5)(2022·广东梅州模拟)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能 I1(Zn) (填“大于”或“小于”)I1(Cu)。原因是 . 。 (6)(2022·湖南长沙模拟)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 。 (7)(2022·福建泉州模拟)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 。
排布为全充满稳定结构,较难失电子
同周期元素随核电荷数的增大,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
(8)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·ml-1、INi=1 753 kJ·ml-1,ICu>INi的原因是 。 (9)(2022·湖南衡阳模拟)《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 。 (10)(2022·广东珠海模拟)CaTiO3的组成元素的电负性大小顺序是 。 (11)(2022·福建漳州二模)某储氢材料是第三周期金属元素M的氢化物,M的部分电离能如下表所示:
M是 (填元素符号),判断理由为 。
铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
M的I3远大于I2,说明M原子容易失去2个电子形成稳定结构,M位于第三周期ⅡA族,所以为Mg
命题热点2 共价键类型、杂化轨道和空间结构
1.共价键类型的判断(1)σ键和π键:单键都是σ键,双键有1个σ键和 1个π键,三键有1个σ键和2个π键。(2)极性键和非极性键:X—X型、Y—Y型是非极性键;X—Y型是极性键。(3)配位键:可表示为X→Y,其中X是配体,提供孤电子对,Y是配位中心,通常是过渡金属原子或离子。
2.大π键(1)定义。在一个平面形的多原子分子中,如果相邻原子有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化轨道的原子轨道,那么这些轨道可以相互重叠,形成多中心π键。这种多中心π键又称为“共轭π键”或“离域π键”,简称“大π键”。(2)大π键的形成条件。①所有参与离域π键形成的原子都必须在同一平面内,即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。②所有参与离域π键形成的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。③根据泡利原理,参与离域π键形成的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。
3.杂化轨道和空间结构的判断方法(1)明确杂化轨道类型与分子(或离子)结构的关系。
(2)应用价层电子对互斥理论判断。①基本观点:分子中的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用,尽可能趋向彼此远离。
σ:成键电子对数;a:中心原子的价电子数;x:与中心原子相连的原子数;b:与中心原子相连的原子最多能接受的电子数;n:离子所带的电荷数,阳离子“-”,阴离子“+”。
③价层电子对互斥理论在判断分子或离子的空间结构中的应用。
4.共价键的极性与分子极性的关系
类型1 σ键、π键、大π键的判断(1)(2022·山东临沂二模)镍能形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]2+等。Ni(CO)4晶体中含有的σ键与π键数目之比为 。
解析:(1)1分子Ni(CO)4中含有4个配位键、4个C≡O,即含有8个σ键与8个π键,则晶体中含有的σ键与π键数目之比为8∶8=1∶1。
解析:(3)该分子含有6个σ键、3个π键,所以分子中σ键与π键个数之比为2∶1。
(4)(2022·福建莆田三模)1个CO2与1个H2O分子中σ键数目之比为 。
解析:(5)含双键和三键的分子既有σ键又有π键,为④⑤⑨;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的物质只有氢气,即⑦。
答案:(5)④⑤⑨ ⑦
(5)(2022·河北正定二模)有以下物质:①HF、②Cl2、③H2O、④N2、⑤C2H4、⑥CH4、⑦H2、⑧H2O2、⑨HCN(H—C≡N)、⑩Ar,既有σ键又有π键的是 (填序号,下同);含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 。
(6)(2022·山东淄博模拟)经X射线衍射测得化合物R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,五氮阴离子盐]的晶体结构,其局部结构如图所示。
类型2 杂化方式、分子的极性、空间结构的判断
(2)(2022·山东临沂二模) Ni2+与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀,该反应可用于检验Ni2+。丁二酮肟镍分子中Ni2+采取dsp2杂化,为平面正方形结构,则该分子中共面的原子最多为 个。
(4)(2022·广东汕头二模)①Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
解析:(4)①已知H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4为非极性分子。
答案:(4)①非极性分子
②[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构为 。
答案:(5)sp2、sp3
(6)(2022·山东滨州二模)Cu2+可形成[Cu(X)2]2+,其中X代表CH3—NH—CH2—CH2—NH2。1 ml [Cu(X)2]2+中,VSEPR模型为四面体的非金属原子共有 ml。
解析:(6)Cu2+可形成[Cu(X)2]2+,其中X代表CH3—NH—CH2—CH2—NH2,其中的C、N原子一共5个且价层电子对数均为4,即VSEPR模型均为四面体,1 ml [Cu(X)2]2+中,VSEPR模型为四面体的非金属原子有2×5 ml=10 ml。
解析:(7)丙烯腈分子中形成碳碳双键的C原子为sp2杂化,形成碳氮三键的C原子为sp杂化。
答案:(7)sp、sp2
(8)(2022·广东惠州一模)液态SO3冷却到289.8 K时,能得到一种螺旋状单链结构的固体,其结构如图所示,此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是 。
解析:(8)根据结构图可知,此固态SO3中S原子形成4个σ键,无孤电子对,杂化轨道类型是sp3。
(9)(2022·山东日照模拟)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 、杂化轨道类型为 。
答案:(9)正四面体形 4 sp3
分子或离子空间结构的判断技巧
类型3 配位键与配合物
(1)(2022·山东临沂二模)Ni2+与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀,该反应可用于检验Ni2+。丁二酮肟镍分子内存在的化学键有 (填字母,下同)。 A.离子键 B.配位键C.氢键 D.范德华力
解析:(1)丁二酮肟镍分子内存在N提供孤电子对和Ni2+提供空轨道形成的配位键,不存在阴、阳离子之间形成的离子键,氢键和范德华力均不属于化学键,则丁二酮肟镍分子内存在的化学键有配位键,故选B。
(2)(2022·湖南娄底二模)Cd与Zn同族,价电子数相同,若配离子[Cd(CN)x](x-2)-的中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18,则 x= 。
解析:(2)中心原子为Cd,Cd与Zn同族,价电子数都为12,CN-提供的电子数为2,中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18,所以有12-[x-(x-2)]+2x=18,x=4。
(3)(2022·福建漳州二模)LiBH4晶体含有的化学键有 。 A.离子键 B.极性键C.非极性键 D.配位键E.金属键
解析:(3)LiBH4中阴、阳离子之间存在离子键,B、H原子之间存在4个共价键,其中一个是配位键,所以该晶体中含有离子键、极性共价键、配位键,不存在金属键,故选A、B、D。
(4)(2022·广东汕头二模)镍可以形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等。上述两种配合物都存在的化学键是 。 A.离子键 B.配位键C.极性键 D.非极性键
解析:(4)Ni(CO)4中不存在离子键,A不符合题意;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都存在配位键,B符合题意;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,[Ni(NH3)6]SO4中有N和H、S和O之间的极性键,C符合题意;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都不存在非极性键,D不符合题意。
(5)(2022·福建福州二模)含钴配合物[C(NO2)3(NH3)3] 的中心离子的配位数为 。
(6)(2022·湖南永州模拟)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)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+”)。
解析:(6)N原子有孤电子对,乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键;由于铜离子的半径较大,且含有的空轨道多于镁离子,因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2+。
答案:(6)乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
配合物理论的应用(1)单核配体的确认要注意是否带有电荷,如F-、Cl-等,如配合物[CCl(NH3)5]Cl2,中心离子为C3+,配体是Cl-和NH3,而不是氯原子。(2)高考中常考有关配合物的结构示意图,不考虑空间结构,但要注意配体中的配位原子一定要与中心原子或中心离子直接相连。如[Cu(NH3)4]2+中NH3中N原子为配位原子,所以N原子必须要与铜离子直接相连。
命题热点3 结构决定性质——解释原因类简答题
1.孤电子对对键角的影响(1)孤电子对比成键电子对的斥力大,排斥力大小顺序为LP—LP≫LP—BP>BP—BP(LP代表孤电子对,BP代表成键电子对)。
(2)排斥力大小对键角的影响。
2.范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响
3.晶体熔、沸点高低的比较(1)一般情况下,不同类型晶体的熔、沸点高低规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,如金刚石>NaCl>Cl2(金属晶体熔、沸点有的很高,如钨、铂等;有的则很低,如汞等)。(2)形成共价晶体的原子半径越小、键长越短,则键能越大,其熔、沸点就越高,如金刚石>碳化硅>晶体硅。(3)形成离子晶体的阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点就越高,如MgO>MgCl2、NaCl>CsCl。(4)金属晶体中金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔、沸点就越高,如Al>Mg>Na。
(5)分子晶体的熔、沸点比较规律。①形成分子间氢键的分子,其熔、沸点较高,如H2O>H2Se>H2S。②组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,其熔、沸点就越高,如HI>HBr>HCl。③组成和结构不相似的分子(相对分子质量接近),分子极性越大,其熔、沸点就越高,如CO>N2。④同分异构体分子中,支链越少,其熔、沸点就越高,如正戊烷>异戊烷>新戊烷。⑤同分异构体中的芳香烃及其衍生物,邻位取代物>间位取代物>对位取代物的熔、沸点,如邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
类型1 键角(1)(2022·山东临沂二模)[Ni(NH3)6]2+中键角H—N—H比独立存在的NH3分子中键角略大,其原因是 。 (2)两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93°6′和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因: . 。 (3)NF3的键角 (填“>”“<”或“=”)NH3的键角,理由是 。
由于NH3提供孤电子对与Ni2+形成配位键后,N—H成键电子对受到的排斥力减小,键角变大
电负性N大于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间的距离越小,成键电子对之间的排斥力增大,键角变大
F的电负性比H的大,NF3中N周围电子云密度减小,成键电子对之间的排斥力较小,因而键角较小
(4)H3O+中H—O—H键角比H2O中 H—O—H键角大,原因是 。 (5)H2S键角比H2Se大的原因是 。
H2O中的氧原子有2个孤电子对,H3O+中氧原子有1个孤电子对,排斥力较小
电负性S大于Se,共用电子对离S近,共用电子对间的排斥力大
类型2 熔、沸点(1)(2022·广东汕头二模)MnO和CO具有相同的晶体构型,其熔点大小顺序为 ,原因是 。
两者均为离子晶体,离子所带电荷相同,Mn2+的半径大于C2+的,所以MnO的离子键强度小,熔点较小
(2)(2022·山东滨州二模)已知偏二甲肼[(CH3)2NNH2]、肼(N2H4)均可做运载火箭的主体燃料,其熔、沸点见下表。
两者熔、沸点存在差异的主要原因是 。
N2H4分子间氢键数目多于(CH3)2NNH2
(3)(2022·湖南郴州二模)焦炭、金刚石和C60都是碳的单质。已知金刚石中碳碳键的键长为 154.45 pm,C60中碳碳键的键长为140～145 pm,两者比较熔点高的是 ,理由是 。 (4)(2022·广东惠州一模)α-Al2O3是“嫦娥五号”中用到的一种耐火材料,具有熔点高(2 054 ℃)、硬度大的特点,主要原因为 。 (5)N2H4与O2的相对分子质量相近,但N2H4的熔点(2 ℃)、沸点(114 ℃)分别远远高于O2的熔点(-218 ℃)、沸点(-183 ℃),原因是 。
金刚石是共价晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60的熔点低于金刚石的
Al2O3为离子晶体,Al3+和O2-半径较小,离子所带电荷数较多,离子键的强度大,所以熔点高,硬度大
N2H4分子之间存在氢键,O2分子之间为范德华力,氢键比范德华力更强
异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸分子间不能形成氢键
(6)H2O、PH3、KH按熔点由高到低的顺序排列为 ,熔点差异的原因是 。
KH为离子晶体,H2O、PH3均为分子晶体,H2O分子间存在氢键
类型3 溶解性(1)氨气极易溶于水的原因为 。 (2)HF和HCl在水中的溶解度HF (填“>”“<”或“=”)HCl,原因是 。 (3)水由液体形成固体后密度却减小,原因是 。
氨气和水都是极性分子,相似相溶;氨气与水分子间能形成氢键
HF与水分子之间能形成氢键,氢键的存在能增强物质在水中的溶解性
水由液体形成固体时,由于氢键的作用使分子间距离增大,空间利用率降低,密度减小
答题模板——结构决定性质简答题首先叙述结构,然后阐述原理,最后回扣本题结论。
命题热点4 晶体结构分析及简单计算
1.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法
2.典型晶体模型(1)三种常见的离子晶体模型。
(2)三种常见的共价晶体结构分析。
(3)两种常见的分子晶体结构分析。
3.晶体密度及微粒间距离计算(1)计算晶体密度的方法。
(2)计算晶体中微粒间距离的方法。
(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系。若1个晶胞中含有x个微粒,则1 ml晶胞中含有x ml微粒,其质量为xM g(M为微粒的“相对原子质量”);又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积,a为晶胞边长或微粒间距离),则1 ml晶胞的质量为ρa3NA g,因此有xM=ρa3NA。
类型1 根据示意图计算晶胞中的微粒数或化学式1.(2022·福建漳州二模节选)镧镍合金也是一种重要储氢材料。某种镧镍合金储氢后的晶胞结构如图所示,其化学式为 。
答案:LaNi5H6或LaNi5(H2)3
2.(2020·全国Ⅰ卷,35节选)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有 个。 电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成 Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x= ,n(Fe2+)∶n(Fe3+)= 。
3.(2022·福建福州二模节选)钴蓝晶体结构如图所示,该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成,其化学式为 。
答案:CAl2O4或C(AlO2)2
晶胞中的微粒数或化学式的计算步骤
类型2 晶体结构中的原子坐标参数、计算晶胞的边长或密度(1)(2022·山东临沂二模)苯与Ni(CN)2在氨水中可生成一种淡紫色苯包合沉淀物,苯分子位于晶胞的体心且2个碳碳σ键平行于z轴。该晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°。已知Ni—NH3键长为r1 pm,C—C键长为r2 pm。
则该晶体的化学式为 ;A点的分数坐标为 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
(2)(2022·湖南娄底二模)立方氮化硼晶体的结构和硬度都与金刚石相似,晶胞结构如图所示,B原子填在由N原子构成的 (填“四面体”“八面体”或“立方体”)空隙中。若晶胞边长为 a pm,B原子半径为b pm,N原子半径为c pm,则该晶胞的空间利用率为 (列出计算式),氮、硼原子间的最短距离为 pm。
(3)(2022·广东汕头二模)LiCO2的晶胞是六棱柱,其结构如图所示,镍钴锰三元材料中Ni和Mn取代了部分C的位置:晶胞中含Li原子数为 ,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,则LiNixCyMnzO2晶胞的密度为 g/cm3(列出计算式)。
(4)(2022·山东菏泽二模)已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。
②若铜、氧的原子半径分别为r1 pm、r2 pm,Cu2O晶体的密度为ρ g·cm-3,NA是阿伏加德罗常数的值,则该晶胞中原子空间占有率为 ×100%(用含r1、r2、ρ、NA的式子表示,不必化简)。
(2021·山东卷,16)非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题:
(1)基态F原子核外电子的运动状态①有 种。
[审题指导]①原子核外每个电子都有对应的轨道和自旋状态,原子核外有几个电子就有几种运动状态。
解析:(1)基态F原子共有9个核外电子,每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种。
(2)O、F、Cl电负性由大到小②的顺序为 ;OF2分子的空间构型③为 ;OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O④,原因是 。
[审题指导]②电负性大小相当于得电子能力大小,非金属性越强,电负性越大。
④OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,分子晶体熔、沸点的高低与相对分子质量的大小有关。
答案:(2)F>O>Cl 角(V)形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高
(3)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数⑤为 ,下列对XeF2中心原子杂化方式⑤推断合理的是 (填标号)。 A.spB.sp2C.sp3D.sp3d
[审题指导]⑥通过A点的坐标确定坐标原点,然后根据B点原子在晶胞中的位置确定B点原子的坐标。巧作图,根据几何关系求距离。
(2022·山东聊城二模)铁、铜及其化合物在生产、生活中有着广泛应用。回答下列问题:
(1)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有 种。
解析:(1)基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,核外电子空间运动状态由能层、能级、原子轨道决定,s能级有1种、p能级有 3种,故核外电子的空间运动状态共有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
(2)Fe和Cu的部分电离能数据如下表:
I2(Cu)大于I2(Fe)的主要原因是 。
解析:(2)Cu+的价层电子排布式为3d10,Fe+的价层电子排布式为3d64s1,Cu+再失去的是3d10上的电子,而Fe+失去的是4s1的电子,显然3d10处于全充满状态,更稳定,所以I2(Cu)大于I2(Fe)。
答案:(2)Cu的价层电子排布式为3d104s1,失去一个电子后价层电子排布式为3d10,全充满,较稳定
答案:(3)正四面体形 H
(1)Sn为ⅣA族元素①,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体②,SnCl4空间构型为 ,其固体的晶体类型为 。
[审题指导]①Sn是ⅣA族元素,说明有4个价电子,利用价层电子对数确定SnCl4的分子构型。②常温常压下SnCl4为液体,根据其物理性质符合分子晶体特点,可判断晶体类型。
答案:(1)正四面体形 分子晶体
(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低③的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为③ 。
[审题指导]③物质是NH3、PH3、AsH3,可以分析N、P、As是同一主族的元素,性质具有递变性,元素的电负性越来越小。NH3、PH3、AsH3是结构相似的分子,相对分子质量越大,物质的熔、沸点越高,另外分子间能形成氢键的物质,其熔、沸点较高。键角的大小取决于中心原子的杂化类型、孤电子对数、成键电子对与成键电子对之间的斥力大小。
答案:(2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3
解析:(2)NH3中存在分子间氢键,导致其沸点比与N元素同主族的P、As元素的氢化物PH3、AsH3的沸点要高,而PH3、AsH3中均不存在分子间氢键,故影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力,相对分子质量越大,沸点越高,则沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3。通常同主族元素随着原子序数的递增,气态氢化物的还原性逐渐增强,则还原性由强到弱的顺序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素,随着原子序数的递增,电负性逐渐减弱,则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子,致使成键电子对的排斥力降低,键角逐渐减小,故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。
(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物④。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 ml该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 ml,该螯合物中N的杂化方式有 种。
[审题指导]④根据螯合物的定义及配位键的定义,结合该物质的结构图示可知,1个该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6个。
(4)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,称作原子的分数坐标⑤。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。
[审题指导]⑤根据原子的分数坐标的定义,结合晶胞结构图,确定各原子在晶胞中位置,找出相应原子。由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0)可知,8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面上,1个Cd在晶胞的体心;由部分Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5)可知,4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面上,可计算出1个晶胞中Sn的个数;根据部分As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125)及晶胞结构图,计算As的个数,通过以上计算分析,可知晶胞结构图中各点代表的元素原子,然后解答题目中的问题。
答案:(4)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
(2022·湖南株洲二模)Cu(In1-xGaxSe2)(简称CIGS)可作多晶膜太阳能电池材料,具有非常好的发展前景。回答下列问题:
(1)已知铟的原子序数为49,基态铟原子的电子排布式为[Kr] ;Ga、In、Se第一电离能从大到小顺序为 。
解析:(1)铟原子的质子数为49,电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1,简写为[Kr]4d105s25p1;Ga与In同主族,Se与Ga同周期,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,则第一电离能从大到小顺序为Se>Ga>In。
答案:(1)4d105s25p1 Se>Ga>In
(2)硅与碳位于同主族,碳的化合物中往往有碳碳双键、碳碳三键,但是硅的化合物中只存在硅硅单键,其主要原因是 。常温常压下,SiF4呈气态,而SiCl4呈液态,其主要原因是 。
解析:(2)碳碳双键、碳碳三键都有π键,硅原子的半径大于碳原子的,硅原子的原子轨道肩并肩重叠程度小于碳原子的,形成的π键不稳定。四氯化硅、四氟化硅都是分子晶体,组成、结构相似,四氯化硅的相对分子质量大于四氟化硅的,故四氯化硅的分子间作用力较大,沸点较高。
答案:(2)硅原子的半径大于碳原子的,硅原子的原子轨道肩并肩重叠程度小,形成的双键、三键不稳定 都是分子晶体,其组成、结构相似,四氯化硅的相对分子质量较大,分子间作用力大
解析:(3)向题述某配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液,有沉淀生成;过滤后,充分加热滤液有氨气逸出,且又有沉淀生成,两次沉淀的物质的量之比为1∶2,说明该配合物内界和外界中含氯离子的个数之比为2∶1,由于Ga3+的配位数为6,则该配合物的化学式为[Ga(NH3)4Cl2]Cl。
答案:(3)[Ga(NH3)4Cl2]Cl
(3)31Ga可以形成GaCl3·xNH3(x=3,4,5,6)等一系列配位数为6的配合物,向上述某物质的溶液中加入足量AgNO3溶液,有沉淀生成;过滤后,充分加热滤液,有氨气逸出,且又有沉淀生成,两次沉淀的物质的量之比为1∶2。则该溶液中溶质的化学式为 。
答案:(4)三角锥形 sp2
(5)常见的铜的硫化物有CuS和Cu2S两种。已知:晶胞中S2-的位置如图1所示,铜离子位于硫离子所构成的四面体中心,它们的晶胞具有相同的侧视图,如图2所示。已知CuS和Cu2S的晶胞参数分别为a pm和b pm,阿伏加德罗常数的值为NA。
①CuS晶体中,相邻的两个铜离子间的距离为 pm。
②Cu2S晶体中,S2-的配位数为 。
解析:②Cu+的配位数为4,根据化学式为Cu2S,得出S2-的配位数为8。
以某种或某类元素及其化合物为载体考查
1.(2022·广东卷,20)硒(Se)是人体必需微量元素之一,含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国科学家发现聚集诱导发光(AIE)效应以来,AIE在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下:
(1)Se与S同族,基态硒原子价电子排布式为 。
解析:(1)基态硫原子价电子排布式为3s23p4,Se与S同族,Se为第四周期元素,因此基态硒原子价电子排布式为4s24p4。
答案:(1)4s24p4
(2)H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。
解析:(2)H2Se的沸点低于H2O,其原因是两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高。
答案:(2)两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高
(3)关于Ⅰ～Ⅲ三种反应物,下列说法正确的有 。 A.Ⅰ中仅有σ键B.Ⅰ中的Se—Se键为非极性共价键C.Ⅱ易溶于水D.Ⅱ中原子的杂化轨道类型只有sp与sp2E.Ⅰ～Ⅲ含有的元素中,O电负性最大
解析:(3)Ⅰ中有σ键,还有大π键,故A错误;Se—Se键为同种元素间的共价键,因此Ⅰ中的Se—Se键为非极性共价键,故B正确;烃都难溶于水,因此Ⅱ难溶于水,故C错误;Ⅱ中苯环上的碳原子和碳碳双键上的碳原子杂化类型为sp2,碳碳三键上的碳原子杂化类型为sp,故D正确;根据同周期元素从左到右电负性逐渐增大,同主族元素从上到下电负性逐渐减小,可知Ⅰ～Ⅲ含有的元素中,O电负性最大,故E正确。
(4)Ⅳ中具有孤对电子的原子有 。
解析:(4)根据题中信息可知Ⅳ中O、Se都有孤对电子,碳、氢、硫都没有孤对电子。
答案:(5)> 正四面体形
(6)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。
①X的化学式为 。
答案:(6)①K2SeBr6
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)。
2.(2021·全国乙卷,35)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分,在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题:
(1)对于基态Cr原子,下列叙述正确的是 (填标号)。 A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
解析:(1)轨道处于半充满状态时体系总能量低,基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,A正确;由量子力学的基本理论可知,4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置,B错误;铬的电负性比钾的大,对键合电子的吸引力比钾的大,C正确。
(2)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 。
解析:(2)当共价键中共用的电子对是由其中一个原子(离子)独自提供,另一个原子(离子)提供空轨道时,就形成配位键,观察该物质的化学式可知,该配合物中提供电子对形成配位键的原子为N、O、Cl,中心离子的配位数为6。
答案:(2)N、O、Cl 6
(3)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是 。NH3的沸点比PH3的 ,原因是 。 H2O的键角小于NH3的,分析原因: 。
解析:(3)由题图可知,PH3的中心原子P形成3个σ键电子对和1个孤电子对,则其杂化方式为sp3。NH3、PH3均为分子晶体,但NH3分子间存在氢键,故NH3沸点更高。H2O、NH3均为sp3杂化,其中心原子的孤电子对数分别为2、1,由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力,因此孤电子对数越多,键角越小。
答案:(3)sp3 高 NH3分子间存在氢键 H2O、NH3均为sp3杂化,其中心原子的孤电子对数分别为2、1,由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力,因此孤电子对数越多,键角越小
(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为 % (列出计算表达式)。
以新材料、新产品中的某些元素为载体考查
1.(2022·山东卷,16)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。回答下列问题:
(1)基态Ni原子的价电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
解析:(1)已知Ni是28号元素,故基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2;在周期表中位于第四横行第10纵列即第4周期Ⅷ族。
答案:(1)3d84s2 第4周期Ⅷ族
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ;x∶y∶z= ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
答案:(2)2∶3 2∶1∶1 Zn2+、Ni2+
答案:(4)①吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ②吡啶和H2O均为极性分子相似相溶,而苯为非极性分子
(4)在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是① , ② 。
解析:(4)已知苯分子为非极性分子,吡啶、H2O分子为极性分子,且吡啶中N原子上含有孤电子对,能与H2O分子形成分子间氢键,从而导致在水中的溶解度,吡啶远大于苯。
2.(2021·河北卷,17)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白。回答下列问题:
(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
解析:(1)H、O、P、K四种元素各自所能形成的简单离子中,P3-、K+的核外电子排布相同。
答案:(1)P3-、K+
(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·ml-1)如下表:
解析:(3)由题表中键能关系可知,3倍的N—N键的键能小于N≡N键的键能,而3倍的P—P键的键能大于 P≡P 键的键能,所以氮以N2中的N≡N形式存在更稳定,白磷以P4中的P—P键形式存在更稳定。
答案:(3)3倍的N—N键的键能小于N≡N键的键能,而3倍的P—P键的键能大于P≡P键的键能
(4)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为 ,其中P采取 杂化方式。
(6)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根可写为 。
①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。
②晶胞在x轴方向的投影图为 (填标号)。
解析:②由题图(a)可知,晶胞在x轴方向的投影图应为B选项中的图。
物质结构与性质综合大题,高考通常选择有社会价值或科研价值的新颖素材创设命题情境,考查以原子的核外电子排布、元素周期律、复杂离子或分子的空间构型、晶体结构及其相关计算等为主,考查学生对微观粒子结构和性质的认知能力。晶胞结构的相关计算是每年的必考考点,涉及微观建模、数学分析、立体计算等,可以多角度、多层次考查考生分析问题,解决问题的能力。通过对物质结构与性质相关内容的考查,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
命题热点1 电子排布式、电离能和电负性
1.排布规律(1)能量最低原理:基态原子核外电子优先占据能量最低的原子轨道,如Ge:1s22s22p63s23p63d104s24p2。(2)泡利原理:每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子。(3)洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同。
2.核外电子排布的四种表示方法
注意:(1)3d能级半充满、全充满更稳定。Cr、Cu的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1,而非1s22s22p63s23p63d44s2、1s22s22p63s23p63d94s2。(2)虽然电子填充是按照4s、3d的顺序,但书写电子排布式时仍按照3d、4s的顺序书写。
3.未成对电子数的判断方法(1)根据电子排布式判断。设电子排布式中未充满电子的能级的电子数为n,该能级的电子轨道数为m,则n≤m时,未成对电子数为n;n>m时,未成对电子数为2m-n。如氯原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5,未充满电子的能级为3p能级,有3个原子轨道,填充的电子数为5,所以未成对电子数为2×3-5=1;Cr原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,未充满电子的能级为3d能级和4s能级,分别有5、1个原子轨道,填充的电子数分别为5、1,所以未成对电子数为6。(2)根据电子排布图判断。电子排布图能够直能地表示未成对电子数,即单独占据一个方框的箭头的个数。
4.元素第一电离能的递变性
(1)特例。当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)的结构时,原子的能量较低,为稳定状态,该元素具有较大的第一电离能,如第一电离能:Be>B;Mg>Al;N>O;P>S。
(2)应用。①判断元素金属性的强弱。元素电离能越小,金属越容易失去电子,元素金属性越强;反之越弱。
②判断元素的化合价。如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n,如钠元素I2≫I1,所以钠元素的常见化合价为+1价。
5.元素电负性的递变性(1)规律。同周期元素从左到右,电负性依次增大;同主族元素自上而下,电负性依次减小。
类型1 核外电子排布规律(1)(2022·山东临沂二模)基态Ni2+核外电子排布式为 。
[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)
答案:(2)[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2) 0
(3)(2022·福建漳州二模)基态Ti3+的未成对电子数有 个。
解析:(3)基态Ti原子价层电子排布式为3d24s2,Ti原子失去4s能级上2个电子,3d能级上1个电子生成基态Ti3+,所以基态Ti3+的未成对电子数有1个。
(4)(2022·广东汕头二模)镍钴锰三元材料LiNixCyMnzO2是一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好等优点。锰元素基态原子的电子排布式为 ,镍、钴、锰三种基态原子中未成对电子数最多的是 。
[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2)
(5)(2022·山东菏泽二模)基态镍原子的价层电子排布式为 ,同周期且基态原子的未成对电子数与Ni相同的元素有 种。
解析:(5)镍元素的原子序数为28,价层电子排布式为3d84s2,基态原子的未成对电子数为2,第四周期中钛、锗、硒三种原子的未成对电子数与镍相同,也为2。
答案:(5)3d84s2 3
(6)(2022·山东滨州二模)基态磷原子核外电子共有 种空间运动状态。磷原子在成键时,能将一个3s电子激发进入3d能级而参与成键,写出该激发态磷原子的核外电子排布式为 。
解析:(6)基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,原子核外每一个原子轨道都是一种电子空间运动状态,s能级有1个轨道,p能级有3个轨道,所以一共有9个轨道,即9种空间运动状态。磷原子在成键时,由于将一个3s电子激发进入3d能级,则激发态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s13p33d1。
答案:(6)9 1s22s22p63s13p33d1
(7)(2022·福建福州二模)基态C原子的价层电子排布式为 。
(9)(2022·福建莆田三模)基态Fe原子的电子排布式为 ,基态Fe2+与Fe3+中未成对电子的数目之比为 。
(8)(2022·广东惠州一模)锌(Zn)、镉(Cd)位于同一副族相邻周期,Cd的原子序数更大,则基态Cd原子的价层电子轨道表示式(电子排布图)为 。
答案:(9)[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2) 4∶5
(10)(2022·山东临沂模拟)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)。
解析:(10)基态Li原子能量最低,而电子排布图中D项所示状态为基态。处于激发态的电子数越多,原子能量越高,A项中只有1个1s电子跃迁到2s轨道;B项中1s轨道中的两个电子一个跃迁到2s轨道,另一个跃迁到2p轨道;C项中1s轨道的两个电子都跃迁到2p轨道,故C项表示的原子能量最高。
(11)(2022·湖南长沙模拟)Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层电子排布式为 。
类型2 电离能、电负性的比较与判断(1)(2022·广东汕头二模)锂离子电池目前广泛采用溶有LiPF6的碳酸酯作为电解液。LiPF6中各元素的第一电离能从大到小的顺序为 。 (2)(2022·福建莆田三模)三草酸合铁酸钾所含元素中,第一电离能最大的是 (填元素符号,下同),电负性最大的是 。
(4)(2022·山东德州模拟)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)。
解析:(4)A.[Ne]3s1属于基态的Mg+,由于Mg的第二电离能高于其第一电离能,故其再失去一个电子所需能量较高;B.[Ne]3s2属于基态Mg原子,其失去一个电子变为基态Mg+;C.[Ne]3s13p1属于激发态Mg原子,其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子;D.[Ne]3p1属于激发态Mg+,其失去一个电子所需能量低于基态Mg+。综上所述,电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1,故选A。
(5)(2022·广东梅州模拟)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能 I1(Zn) (填“大于”或“小于”)I1(Cu)。原因是 . 。 (6)(2022·湖南长沙模拟)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 。 (7)(2022·福建泉州模拟)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 。
排布为全充满稳定结构,较难失电子
同周期元素随核电荷数的增大,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
(8)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·ml-1、INi=1 753 kJ·ml-1,ICu>INi的原因是 。 (9)(2022·湖南衡阳模拟)《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 。 (10)(2022·广东珠海模拟)CaTiO3的组成元素的电负性大小顺序是 。 (11)(2022·福建漳州二模)某储氢材料是第三周期金属元素M的氢化物,M的部分电离能如下表所示:
M是 (填元素符号),判断理由为 。
铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
M的I3远大于I2,说明M原子容易失去2个电子形成稳定结构,M位于第三周期ⅡA族,所以为Mg
命题热点2 共价键类型、杂化轨道和空间结构
1.共价键类型的判断(1)σ键和π键:单键都是σ键,双键有1个σ键和 1个π键,三键有1个σ键和2个π键。(2)极性键和非极性键:X—X型、Y—Y型是非极性键;X—Y型是极性键。(3)配位键:可表示为X→Y,其中X是配体,提供孤电子对,Y是配位中心,通常是过渡金属原子或离子。
2.大π键(1)定义。在一个平面形的多原子分子中,如果相邻原子有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化轨道的原子轨道,那么这些轨道可以相互重叠,形成多中心π键。这种多中心π键又称为“共轭π键”或“离域π键”,简称“大π键”。(2)大π键的形成条件。①所有参与离域π键形成的原子都必须在同一平面内,即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。②所有参与离域π键形成的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。③根据泡利原理,参与离域π键形成的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。
3.杂化轨道和空间结构的判断方法(1)明确杂化轨道类型与分子(或离子)结构的关系。
(2)应用价层电子对互斥理论判断。①基本观点:分子中的价层电子对(包括成键电子对和孤电子对)由于相互排斥作用,尽可能趋向彼此远离。
σ:成键电子对数;a:中心原子的价电子数;x:与中心原子相连的原子数;b:与中心原子相连的原子最多能接受的电子数;n:离子所带的电荷数,阳离子“-”,阴离子“+”。
③价层电子对互斥理论在判断分子或离子的空间结构中的应用。
4.共价键的极性与分子极性的关系
类型1 σ键、π键、大π键的判断(1)(2022·山东临沂二模)镍能形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]2+等。Ni(CO)4晶体中含有的σ键与π键数目之比为 。
解析:(1)1分子Ni(CO)4中含有4个配位键、4个C≡O,即含有8个σ键与8个π键,则晶体中含有的σ键与π键数目之比为8∶8=1∶1。
解析:(3)该分子含有6个σ键、3个π键,所以分子中σ键与π键个数之比为2∶1。
(4)(2022·福建莆田三模)1个CO2与1个H2O分子中σ键数目之比为 。
解析:(5)含双键和三键的分子既有σ键又有π键,为④⑤⑨;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的物质只有氢气,即⑦。
答案:(5)④⑤⑨ ⑦
(5)(2022·河北正定二模)有以下物质:①HF、②Cl2、③H2O、④N2、⑤C2H4、⑥CH4、⑦H2、⑧H2O2、⑨HCN(H—C≡N)、⑩Ar,既有σ键又有π键的是 (填序号,下同);含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 。
(6)(2022·山东淄博模拟)经X射线衍射测得化合物R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,五氮阴离子盐]的晶体结构,其局部结构如图所示。
类型2 杂化方式、分子的极性、空间结构的判断
(2)(2022·山东临沂二模) Ni2+与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀,该反应可用于检验Ni2+。丁二酮肟镍分子中Ni2+采取dsp2杂化,为平面正方形结构,则该分子中共面的原子最多为 个。
(4)(2022·广东汕头二模)①Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
解析:(4)①已知H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4为非极性分子。
答案:(4)①非极性分子
②[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构为 。
答案:(5)sp2、sp3
(6)(2022·山东滨州二模)Cu2+可形成[Cu(X)2]2+,其中X代表CH3—NH—CH2—CH2—NH2。1 ml [Cu(X)2]2+中,VSEPR模型为四面体的非金属原子共有 ml。
解析:(6)Cu2+可形成[Cu(X)2]2+,其中X代表CH3—NH—CH2—CH2—NH2,其中的C、N原子一共5个且价层电子对数均为4,即VSEPR模型均为四面体,1 ml [Cu(X)2]2+中,VSEPR模型为四面体的非金属原子有2×5 ml=10 ml。
解析:(7)丙烯腈分子中形成碳碳双键的C原子为sp2杂化,形成碳氮三键的C原子为sp杂化。
答案:(7)sp、sp2
(8)(2022·广东惠州一模)液态SO3冷却到289.8 K时,能得到一种螺旋状单链结构的固体,其结构如图所示,此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是 。
解析:(8)根据结构图可知,此固态SO3中S原子形成4个σ键,无孤电子对,杂化轨道类型是sp3。
(9)(2022·山东日照模拟)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 、杂化轨道类型为 。
答案:(9)正四面体形 4 sp3
分子或离子空间结构的判断技巧
类型3 配位键与配合物
(1)(2022·山东临沂二模)Ni2+与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀,该反应可用于检验Ni2+。丁二酮肟镍分子内存在的化学键有 (填字母,下同)。 A.离子键 B.配位键C.氢键 D.范德华力
解析:(1)丁二酮肟镍分子内存在N提供孤电子对和Ni2+提供空轨道形成的配位键,不存在阴、阳离子之间形成的离子键,氢键和范德华力均不属于化学键,则丁二酮肟镍分子内存在的化学键有配位键,故选B。
(2)(2022·湖南娄底二模)Cd与Zn同族,价电子数相同,若配离子[Cd(CN)x](x-2)-的中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18,则 x= 。
解析:(2)中心原子为Cd,Cd与Zn同族,价电子数都为12,CN-提供的电子数为2,中心离子价电子数与配体提供的电子数之和为18,所以有12-[x-(x-2)]+2x=18,x=4。
(3)(2022·福建漳州二模)LiBH4晶体含有的化学键有 。 A.离子键 B.极性键C.非极性键 D.配位键E.金属键
解析:(3)LiBH4中阴、阳离子之间存在离子键,B、H原子之间存在4个共价键,其中一个是配位键,所以该晶体中含有离子键、极性共价键、配位键,不存在金属键,故选A、B、D。
(4)(2022·广东汕头二模)镍可以形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等。上述两种配合物都存在的化学键是 。 A.离子键 B.配位键C.极性键 D.非极性键
解析:(4)Ni(CO)4中不存在离子键,A不符合题意;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都存在配位键,B符合题意;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,[Ni(NH3)6]SO4中有N和H、S和O之间的极性键,C符合题意;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都不存在非极性键,D不符合题意。
(5)(2022·福建福州二模)含钴配合物[C(NO2)3(NH3)3] 的中心离子的配位数为 。
(6)(2022·湖南永州模拟)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)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+”)。
解析:(6)N原子有孤电子对,乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键;由于铜离子的半径较大,且含有的空轨道多于镁离子,因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2+。
答案:(6)乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
配合物理论的应用(1)单核配体的确认要注意是否带有电荷,如F-、Cl-等,如配合物[CCl(NH3)5]Cl2,中心离子为C3+,配体是Cl-和NH3,而不是氯原子。(2)高考中常考有关配合物的结构示意图,不考虑空间结构,但要注意配体中的配位原子一定要与中心原子或中心离子直接相连。如[Cu(NH3)4]2+中NH3中N原子为配位原子,所以N原子必须要与铜离子直接相连。
命题热点3 结构决定性质——解释原因类简答题
1.孤电子对对键角的影响(1)孤电子对比成键电子对的斥力大,排斥力大小顺序为LP—LP≫LP—BP>BP—BP(LP代表孤电子对,BP代表成键电子对)。
(2)排斥力大小对键角的影响。
2.范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响
3.晶体熔、沸点高低的比较(1)一般情况下,不同类型晶体的熔、沸点高低规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体,如金刚石>NaCl>Cl2(金属晶体熔、沸点有的很高,如钨、铂等;有的则很低,如汞等)。(2)形成共价晶体的原子半径越小、键长越短,则键能越大,其熔、沸点就越高,如金刚石>碳化硅>晶体硅。(3)形成离子晶体的阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点就越高,如MgO>MgCl2、NaCl>CsCl。(4)金属晶体中金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔、沸点就越高,如Al>Mg>Na。
(5)分子晶体的熔、沸点比较规律。①形成分子间氢键的分子,其熔、沸点较高,如H2O>H2Se>H2S。②组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,其熔、沸点就越高,如HI>HBr>HCl。③组成和结构不相似的分子(相对分子质量接近),分子极性越大,其熔、沸点就越高,如CO>N2。④同分异构体分子中,支链越少,其熔、沸点就越高,如正戊烷>异戊烷>新戊烷。⑤同分异构体中的芳香烃及其衍生物,邻位取代物>间位取代物>对位取代物的熔、沸点,如邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。
类型1 键角(1)(2022·山东临沂二模)[Ni(NH3)6]2+中键角H—N—H比独立存在的NH3分子中键角略大,其原因是 。 (2)两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93°6′和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因: . 。 (3)NF3的键角 (填“>”“<”或“=”)NH3的键角,理由是 。
由于NH3提供孤电子对与Ni2+形成配位键后,N—H成键电子对受到的排斥力减小,键角变大
电负性N大于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间的距离越小,成键电子对之间的排斥力增大,键角变大
F的电负性比H的大,NF3中N周围电子云密度减小,成键电子对之间的排斥力较小,因而键角较小
(4)H3O+中H—O—H键角比H2O中 H—O—H键角大,原因是 。 (5)H2S键角比H2Se大的原因是 。
H2O中的氧原子有2个孤电子对,H3O+中氧原子有1个孤电子对,排斥力较小
电负性S大于Se,共用电子对离S近,共用电子对间的排斥力大
类型2 熔、沸点(1)(2022·广东汕头二模)MnO和CO具有相同的晶体构型,其熔点大小顺序为 ,原因是 。
两者均为离子晶体,离子所带电荷相同,Mn2+的半径大于C2+的,所以MnO的离子键强度小,熔点较小
(2)(2022·山东滨州二模)已知偏二甲肼[(CH3)2NNH2]、肼(N2H4)均可做运载火箭的主体燃料,其熔、沸点见下表。
两者熔、沸点存在差异的主要原因是 。
N2H4分子间氢键数目多于(CH3)2NNH2
(3)(2022·湖南郴州二模)焦炭、金刚石和C60都是碳的单质。已知金刚石中碳碳键的键长为 154.45 pm,C60中碳碳键的键长为140～145 pm,两者比较熔点高的是 ,理由是 。 (4)(2022·广东惠州一模)α-Al2O3是“嫦娥五号”中用到的一种耐火材料,具有熔点高(2 054 ℃)、硬度大的特点,主要原因为 。 (5)N2H4与O2的相对分子质量相近,但N2H4的熔点(2 ℃)、沸点(114 ℃)分别远远高于O2的熔点(-218 ℃)、沸点(-183 ℃),原因是 。
金刚石是共价晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60的熔点低于金刚石的
Al2O3为离子晶体,Al3+和O2-半径较小,离子所带电荷数较多,离子键的强度大,所以熔点高,硬度大
N2H4分子之间存在氢键,O2分子之间为范德华力,氢键比范德华力更强
异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸分子间不能形成氢键
(6)H2O、PH3、KH按熔点由高到低的顺序排列为 ,熔点差异的原因是 。
KH为离子晶体,H2O、PH3均为分子晶体,H2O分子间存在氢键
类型3 溶解性(1)氨气极易溶于水的原因为 。 (2)HF和HCl在水中的溶解度HF (填“>”“<”或“=”)HCl,原因是 。 (3)水由液体形成固体后密度却减小,原因是 。
氨气和水都是极性分子,相似相溶;氨气与水分子间能形成氢键
HF与水分子之间能形成氢键,氢键的存在能增强物质在水中的溶解性
水由液体形成固体时,由于氢键的作用使分子间距离增大,空间利用率降低,密度减小
答题模板——结构决定性质简答题首先叙述结构,然后阐述原理,最后回扣本题结论。
命题热点4 晶体结构分析及简单计算
1.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法
2.典型晶体模型(1)三种常见的离子晶体模型。
(2)三种常见的共价晶体结构分析。
(3)两种常见的分子晶体结构分析。
3.晶体密度及微粒间距离计算(1)计算晶体密度的方法。
(2)计算晶体中微粒间距离的方法。
(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系。若1个晶胞中含有x个微粒,则1 ml晶胞中含有x ml微粒,其质量为xM g(M为微粒的“相对原子质量”);又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积,a为晶胞边长或微粒间距离),则1 ml晶胞的质量为ρa3NA g,因此有xM=ρa3NA。
类型1 根据示意图计算晶胞中的微粒数或化学式1.(2022·福建漳州二模节选)镧镍合金也是一种重要储氢材料。某种镧镍合金储氢后的晶胞结构如图所示,其化学式为 。
答案:LaNi5H6或LaNi5(H2)3
2.(2020·全国Ⅰ卷,35节选)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有 个。 电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成 Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x= ,n(Fe2+)∶n(Fe3+)= 。
3.(2022·福建福州二模节选)钴蓝晶体结构如图所示,该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成,其化学式为 。
答案:CAl2O4或C(AlO2)2
晶胞中的微粒数或化学式的计算步骤
类型2 晶体结构中的原子坐标参数、计算晶胞的边长或密度(1)(2022·山东临沂二模)苯与Ni(CN)2在氨水中可生成一种淡紫色苯包合沉淀物,苯分子位于晶胞的体心且2个碳碳σ键平行于z轴。该晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°。已知Ni—NH3键长为r1 pm,C—C键长为r2 pm。
则该晶体的化学式为 ;A点的分数坐标为 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
(2)(2022·湖南娄底二模)立方氮化硼晶体的结构和硬度都与金刚石相似,晶胞结构如图所示,B原子填在由N原子构成的 (填“四面体”“八面体”或“立方体”)空隙中。若晶胞边长为 a pm,B原子半径为b pm,N原子半径为c pm,则该晶胞的空间利用率为 (列出计算式),氮、硼原子间的最短距离为 pm。
(3)(2022·广东汕头二模)LiCO2的晶胞是六棱柱,其结构如图所示,镍钴锰三元材料中Ni和Mn取代了部分C的位置:晶胞中含Li原子数为 ,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,则LiNixCyMnzO2晶胞的密度为 g/cm3(列出计算式)。
(4)(2022·山东菏泽二模)已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。
②若铜、氧的原子半径分别为r1 pm、r2 pm,Cu2O晶体的密度为ρ g·cm-3,NA是阿伏加德罗常数的值,则该晶胞中原子空间占有率为 ×100%(用含r1、r2、ρ、NA的式子表示,不必化简)。
(2021·山东卷,16)非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题:
(1)基态F原子核外电子的运动状态①有 种。
[审题指导]①原子核外每个电子都有对应的轨道和自旋状态,原子核外有几个电子就有几种运动状态。
解析:(1)基态F原子共有9个核外电子,每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种。
(2)O、F、Cl电负性由大到小②的顺序为 ;OF2分子的空间构型③为 ;OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O④,原因是 。
[审题指导]②电负性大小相当于得电子能力大小,非金属性越强,电负性越大。
④OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,分子晶体熔、沸点的高低与相对分子质量的大小有关。
答案:(2)F>O>Cl 角(V)形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高
(3)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数⑤为 ,下列对XeF2中心原子杂化方式⑤推断合理的是 (填标号)。 A.spB.sp2C.sp3D.sp3d
[审题指导]⑥通过A点的坐标确定坐标原点,然后根据B点原子在晶胞中的位置确定B点原子的坐标。巧作图,根据几何关系求距离。
(2022·山东聊城二模)铁、铜及其化合物在生产、生活中有着广泛应用。回答下列问题:
(1)基态Cu原子核外电子的空间运动状态有 种。
解析:(1)基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,核外电子空间运动状态由能层、能级、原子轨道决定,s能级有1种、p能级有 3种,故核外电子的空间运动状态共有1+1+3+1+3+5+1=15(种)。
(2)Fe和Cu的部分电离能数据如下表:
I2(Cu)大于I2(Fe)的主要原因是 。
解析:(2)Cu+的价层电子排布式为3d10,Fe+的价层电子排布式为3d64s1,Cu+再失去的是3d10上的电子,而Fe+失去的是4s1的电子,显然3d10处于全充满状态,更稳定,所以I2(Cu)大于I2(Fe)。
答案:(2)Cu的价层电子排布式为3d104s1,失去一个电子后价层电子排布式为3d10,全充满,较稳定
答案:(3)正四面体形 H
(1)Sn为ⅣA族元素①,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体②,SnCl4空间构型为 ,其固体的晶体类型为 。
[审题指导]①Sn是ⅣA族元素,说明有4个价电子,利用价层电子对数确定SnCl4的分子构型。②常温常压下SnCl4为液体,根据其物理性质符合分子晶体特点,可判断晶体类型。
答案:(1)正四面体形 分子晶体
(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低③的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为③ 。
[审题指导]③物质是NH3、PH3、AsH3,可以分析N、P、As是同一主族的元素,性质具有递变性,元素的电负性越来越小。NH3、PH3、AsH3是结构相似的分子,相对分子质量越大,物质的熔、沸点越高,另外分子间能形成氢键的物质,其熔、沸点较高。键角的大小取决于中心原子的杂化类型、孤电子对数、成键电子对与成键电子对之间的斥力大小。
答案:(2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3
解析:(2)NH3中存在分子间氢键,导致其沸点比与N元素同主族的P、As元素的氢化物PH3、AsH3的沸点要高,而PH3、AsH3中均不存在分子间氢键,故影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力,相对分子质量越大,沸点越高,则沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3。通常同主族元素随着原子序数的递增,气态氢化物的还原性逐渐增强,则还原性由强到弱的顺序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素,随着原子序数的递增,电负性逐渐减弱,则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子,致使成键电子对的排斥力降低,键角逐渐减小,故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。
(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物④。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 ml该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 ml,该螯合物中N的杂化方式有 种。
[审题指导]④根据螯合物的定义及配位键的定义,结合该物质的结构图示可知,1个该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6个。
(4)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,称作原子的分数坐标⑤。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。
[审题指导]⑤根据原子的分数坐标的定义,结合晶胞结构图,确定各原子在晶胞中位置,找出相应原子。由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0)可知,8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面上,1个Cd在晶胞的体心;由部分Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5)可知,4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面上,可计算出1个晶胞中Sn的个数;根据部分As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125)及晶胞结构图,计算As的个数,通过以上计算分析,可知晶胞结构图中各点代表的元素原子,然后解答题目中的问题。
答案:(4)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
(2022·湖南株洲二模)Cu(In1-xGaxSe2)(简称CIGS)可作多晶膜太阳能电池材料,具有非常好的发展前景。回答下列问题:
(1)已知铟的原子序数为49,基态铟原子的电子排布式为[Kr] ;Ga、In、Se第一电离能从大到小顺序为 。
解析:(1)铟原子的质子数为49,电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1,简写为[Kr]4d105s25p1;Ga与In同主族,Se与Ga同周期,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,则第一电离能从大到小顺序为Se>Ga>In。
答案:(1)4d105s25p1 Se>Ga>In
(2)硅与碳位于同主族,碳的化合物中往往有碳碳双键、碳碳三键,但是硅的化合物中只存在硅硅单键,其主要原因是 。常温常压下,SiF4呈气态,而SiCl4呈液态,其主要原因是 。
解析:(2)碳碳双键、碳碳三键都有π键,硅原子的半径大于碳原子的,硅原子的原子轨道肩并肩重叠程度小于碳原子的,形成的π键不稳定。四氯化硅、四氟化硅都是分子晶体,组成、结构相似,四氯化硅的相对分子质量大于四氟化硅的,故四氯化硅的分子间作用力较大,沸点较高。
答案:(2)硅原子的半径大于碳原子的,硅原子的原子轨道肩并肩重叠程度小,形成的双键、三键不稳定 都是分子晶体,其组成、结构相似,四氯化硅的相对分子质量较大,分子间作用力大
解析:(3)向题述某配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液,有沉淀生成;过滤后,充分加热滤液有氨气逸出,且又有沉淀生成,两次沉淀的物质的量之比为1∶2,说明该配合物内界和外界中含氯离子的个数之比为2∶1,由于Ga3+的配位数为6,则该配合物的化学式为[Ga(NH3)4Cl2]Cl。
答案:(3)[Ga(NH3)4Cl2]Cl
(3)31Ga可以形成GaCl3·xNH3(x=3,4,5,6)等一系列配位数为6的配合物,向上述某物质的溶液中加入足量AgNO3溶液,有沉淀生成;过滤后,充分加热滤液,有氨气逸出,且又有沉淀生成,两次沉淀的物质的量之比为1∶2。则该溶液中溶质的化学式为 。
答案:(4)三角锥形 sp2
(5)常见的铜的硫化物有CuS和Cu2S两种。已知:晶胞中S2-的位置如图1所示,铜离子位于硫离子所构成的四面体中心,它们的晶胞具有相同的侧视图,如图2所示。已知CuS和Cu2S的晶胞参数分别为a pm和b pm,阿伏加德罗常数的值为NA。
①CuS晶体中,相邻的两个铜离子间的距离为 pm。
②Cu2S晶体中,S2-的配位数为 。
解析:②Cu+的配位数为4,根据化学式为Cu2S,得出S2-的配位数为8。
相关课件
高考化学二轮复习专题5物质结构与性质课件： 这是一份高考化学二轮复习专题5物质结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了高考命题分析，核素和同位素，d64s2，s23p4，s22p3，s24p4，d54s2，练预测·押考向，GeSe，电子云等内容，欢迎下载使用。
高考化学二轮复习专题突破课件专题五 物质结构与性质 (含解析)： 这是一份高考化学二轮复习专题突破课件专题五 物质结构与性质 (含解析)，共60页。PPT课件主要包含了218电子微粒，2表示方法，答案D，答案B，答案C，答案A，答案CD，答案AC，K＋和P3－，ns1等内容，欢迎下载使用。
高考化学二轮复习专题13物质结构与性质课件： 这是一份高考化学二轮复习专题13物质结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了正四面体形，sp3，O＞Ti＞Ca，离子键，Ti4＋，Si硅，sp2，N＞H＞B，C2H6，金属离子形成配位键等内容，欢迎下载使用。
