1、专题五物质结构与性质（选修3）第16讲 物质结构与性质 高考总复习大二轮 化 学 上篇 知识整合突破 考纲考向素养考纲要求热点考向核心素养1.原子结构与元素的性质(1)了解原子核外电子的运动状态、能级分布和排布原理，能正确书写 136 号元素原子核外电子、价电子的电子排布式和轨道表达式。(2)了解电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。(3)了解电子在原子轨道之间的跃迁及其简单应用。(4)了解电负性的概念，并能用以说明元素的某些性质。(1)原子结构与性质(2)分子结构与性质宏观辨识与微观探析：从宏观和微观相结合的视角认识原子核外电子排布，化学键与分子结构、晶体结构和晶胞的相关计算。2.化学键
2、与分子结构(1)理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。(2)了解共价键的形成、极性、类型(键和 键)，了解配位键的含义。(3)能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。(4)了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。(5)能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。3.分子间作用力与物质的性质(1)了解范德华力的含义及对物质性质的影响。(2)了解氢键的含义，能列举存在氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。(3)晶体结构与性质证据推理与模型认知：以元素周期表的结构为载体，论证推理原子结构和其性质的周期性变化；4.晶体结构与
3、性质(1)了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。(2)了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。(3)了解分子晶体结构与性质的关系。(4)了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。(5)理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。了解金属晶体常见的堆积方式。(6)了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。(4)晶胞的相关计算以杂化轨道理论和简单的杂化轨道模型论证推理分子的空间结构与性质。1完成下列各题(1)(2016全 国 卷 节 选)镍 元 素 基 态 原 子 的 电 子 排 布 式 为_，3d 能级
4、上的未成对电子数为_。(2)(2016全国卷节选)写出基态 As 原子的核外电子排布式_。(3)Na 位于元素周期表第_周期第_族；S 的基态原子核外有_个未成对电子；Si 的基态原子核外电子排布式为_。答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或Ar3d84s2)2(2)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3)(3)3 IA 2 1s22s22p63s23p2(或Ne3s23p2)2有以下物质：HF，Cl2，H2O，N2，C2H4。(1)只含有极性键的是_；(2)只含有非极性键的是_；(3)既有极性键又有非极性键的是_；(4)只含有 键的
5、是_；(5)既有 键又有 键的是_。答案：(1)(2)(3)(4)(5)3写出下列原子的杂化轨道类型及分子的结构式、空间构型。(1)CO2 分子中的 C：_杂化，分子的结构式_，空间构型_。(2)CH2O 中 的 C：_ 杂化，分子的 结构式_，空间构型_。(3)CH3Cl 分子中的 C：_杂化，分子的结构式_，空间构型_。答案：(1)sp OCO 直线形4以下是几种常见的晶胞结构及晶胞中粒子的排列方式：NaCl 晶胞含_个 Na，_个 Cl；干冰晶胞含_个 CO2；CaF2 晶胞含_个 Ca2，_个 F；金刚石晶胞含_个 C；体心立方含_个原子；面心立方含_个原子。答案：4 4 4 4 8
6、8 2 45(1)分子晶体具有熔点_、硬度_、易升华的物理特性。(2)原子晶体中相邻原子间以共价键相结合，_硬度、_熔点是原子晶体的物理特性。(3)晶格能_，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。答案：(1)低 很小(2)高 高(3)越大考点一 原子结构与性质真题引领1(1)(2019全国，T35(1)在普通铝中加入少量 Cu 和 Mg 后，形成一种称为拉维斯相的 MgCu2 微小晶粒，其分散在 Al 中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是_(填标号)。(2)(2019 全 国 ，T3
7、5(2)(3)Fe 成 为 阳 离 子 时 首 先 失 去_轨道电子，Sm 的价层电子排布式为 4f66s2，Sm3的价层电子排布式为_。比较离子半径：F_O2(填“大于”“等于”或“小于”)。(3)(2019全国，T35 节选)在周期表中，与 Li 的化学性质最相似的邻族元素是_，该元素基态原子核外 M 层电子的自旋状态_(填“相同”或“相反”)。解析：(1)A.Ne3s1 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.Ne3s2属于基态 Mg 原子，其失去一个电子变为基态 Mg；CNe3s13p1属于激发态 Mg 原子，其失去一个电子所需能
8、量低于基态 Mg 原子；DNe3p1 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Ne3s1。(2)Fe为26号 元 素，Fe原 子 核 外 电 子 排 布 式 为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe 原子失去 1 个电子使 4s 轨道为半充满状态，能量较低，故首先失去 4s 轨道电子；Sm 的价电子排布式为 4f66s2，失去 3 个电子变成 Sm3成为稳定状态，则应先失去能量较高的 4s电子，所以 Sm3的价电子排布式为 4f5，F和 O2的核外电子排布相同，核电荷数越大，则半径越小，故半径：FO2。(3)根据元素周期表和对
9、角线原则可知与锂化学性质相似的是镁，镁的最外层电子数是 2，占据 s 轨道，s 轨道最多容纳 2 个电子，所以自旋方向相反。答案：(1)A(2)4s 4f5 (3)Mg 相反2(2018全国卷，T35 节选)Li 是最轻的固体金属，采用 Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：(1)下列 Li 原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_、_(填标号)。(2)Li与 H具有相同的电子构型，r(Li)小于 r(H)，原因是_。(3)Li2O 是离子晶体，其晶格能可通过如图所示的 Born-Haber循环计算得到。可知，Li 原子的第一电离能为_
10、kJmol1，OO 键键能为_kJmol1，Li2O 晶格能为_kJmol1。解析：(1)D 为基态时的电子排布图，能量最低，c 图中有两个电子跃迁到较高能级，能量最高；(2)Li与 H核外电子排布相同，但核内质子数 3Li1H，原子核对外层电子的吸引力 LiH，所以r(Li)r(H)；(3)Li原子的第一电离能为1 040 kJmol12520 kJmol1；O=O 键的键能为 249 kJmol12498 kJmol1，Li2O 晶格能为 2 908 kJmol1。答案：(1)D C(2)Li核电荷数较大(3)520 498 2 9083(2018全国卷，T35 节选)锌在工业中有重要作用
11、，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：(1)Zn 原子核外电子排布式为_。(2)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)_I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是_。解析：(1)Zn 原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s2 或Ar3d104s2。(2)第一电离能 I1(Zn)I1(Cu)原因是 Zn 最外层为 4s2，Cu 最外层为 4s1，全充满时是稳定结构，较难失电子。答案：(1)Ar3d104s2(2)大于 Zn 核外电子排布为全充满稳定结构，较难失电子4(2017全国卷，T35 节选)我国科学家最近成功合成了
12、世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用 R 代表)。回答下列问题：(1)氮 原 子 价 层 电 子 的 轨 道 表 达 式(电 子 排 布 图)为_。(2)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_。解析：(1)N 原子位于第二周期第 VA 族，价电子是最外层电子，即电子排布图是(2)根据图，同周期随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大；氮元素的
13、2p 轨道达到半充满状态，原子相对稳定，不易失去电子。答案：(1)(2)同周期元素随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N 原子的 2p 轨道为半充满状态，相对稳定，不易结合一个电子知能必备1把握原子核外电子排布的“三规律”：能量最低原理原子核外电子总是优先占据能量最低的原子轨道泡利原理每个原子轨道上最多只容纳 2 个自旋状态相反的电子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，而且自旋状态相同2.明确表示基态原子核外电子排布的“五方法”：表示方法举例电子排布式Fe：1s22s22p63s23p63d64s2简化表示
14、式Cu：Ar3d104s1价电子排布式Fe：3d64s2最外层电子排布式Fe：4s2电子排布图(或轨道表示式)3.130 号元素成单电子数与对应元素4.牢记元素第一电离能和电负性的递变规律同周期(从左往右)同主族(从上往下)第一电离能增大趋势(注意第A、A 族的特殊性)依次减小电负性依次增大依次减小题组训练题组 1 基态原子的核外电子排布1完成下列各题(1)(2017全国卷，35)Co 基态原子核外电子排布式为_。(2)(2016 全 国 卷 ，37)镍 元 素 基 态 原 子 的 电 子 排 布 式 为_，3d 能级上的未成对电子数为_。(3)(2015全国卷，37)处于一定空间运动状态的电
15、子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象化描述。在基态 14C 原子中，核外存在_对自旋相反的电子。(4)(2014全国卷，37)基态铁原子有_个未成对电子，Fe3的电子排布式为_，可用硫氰化钾检验 Fe3，形成配合物的颜色为_。解析：(1)Co 是 27 号元素，位于元素周期表第 4 周期第族，其基态原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d74s2 或Ar3d74s2。(2)镍是 28 号元素，位于第 4 周期第族，根据核外电子排布规则，其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2 或Ar3d84s2,3d 能级有 5 个轨道，先占满 5 个自旋方向相
16、同的电子，再分别占据三个轨道，电子自旋方向相反，所以未成对的电子数为 2。(3)电子云是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的形象化描述；碳原子的核外有 6 个电子，电子排布式为1s22s22p2，其中 1s、2s 上 2 对电子的自旋方向相反，而 2p 轨道的电子 自 旋 方 向 相 同。(4)26 号 元 素 铁 的 核 外 电 子 排 布 式 为1s22s22p63s23p63d64s2，由此可知基态铁原子的 3d 轨道上有 4 个未成对电子，当铁原子失去 4s 轨道上的两个电子和 3d 轨道上的一个电子时形成三价铁离子，因此三价铁离子的核外电子排布式为1s22s22p
17、63s23p63d5，三价铁离子遇硫氰酸根离子变成红色。答案：(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d74s2)(2)1s22s22p63s23p63d84s2(或 Ar3d84s2)2 (3)电 子 云 2(4)4 1s22s22p63s23p63d5 红色题组 2 元素的电离能和电负性2已知：A.第一电离能 I1 是指气态原子 X 处于基态时，失去一个电子转化为气态基态正离子 X所需的最低能量。下图是部分元素原子的第一电离能 I1 随原子序数的变化曲线图(其中 12 号至 17 号元素的有关数据缺失)。B不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电
18、负性。一般认为，如果两个成键原子间的电负性差值大于 1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于 1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：元素符号LiBeBCOFNaAlSiPSCl电负性值0.981.57 2.042.553.44 3.98 0.93 1.61 1.90 2.19 2.58 3.16根据信息回答下列问题：(1)认真分析 A 图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断NaAr 元素中，Al 的第一电离能的大小范围为_Al_(填元素符号)。(2)从 A 图分析可知，同一主族元素原子的第一电离能 I1 的变化规律是_。(3)A 图中第一电离能最小的元素
19、在周期表中的位置是_周期_族。(4)根据对角线规则，Be、Al 元素最高价氧化物对应的水化物的性质相似，它们都具有_性，其中 Be(OH)2 显示这种性质的离子方程式是_。(5)通过分析电负性值的变化规律，确定 Mg 电负性值的最小范围：_。(6)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系：_。解析：(1)由 A 图可以看出，同周期的第A 族元素的第一电离能最小，而第A 族元素的第一电离能小于第A 族元素的第一电离能，故 NaAlMg。(2)从 A 图中可看出，同主族元素第一电离能从上到下依次减小。(3)根据第一电离能的递变规律可以看出，A图所给元素中 Rb 的第一电离能最小，在周期表中位于第
20、五周期第A 族。(4)根据对角线规则，Al(OH)3 与 Be(OH)2 性质相似，Be(OH)2 应具有两 性，根 据 Al(OH)3 NaOH=NaAlO2 2H2O、Al(OH)3 3HCl=AlCl33H2O 可以类比写出 Be(OH)2 与酸、碱反应的离子方程式。(5)根据电负性的递变规律，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。因此在同周期中电负性 MgNa，同主族中电负性 MgBe，最小范围应为 0.931.57。(6)因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力的大小，所以电负性越大，原子吸引电子的能力越强，非金属性越强，反之金属性越强。答案：(1)Na
21、 Mg(2)从上到下依次减小(3)第五 第A(4)两 Be(OH)22H=Be22H2O、Be(OH)22OH=BeO22 2H2O(5)0.931.57(6)元素的非金属性越强，电负性越大；元素的金属性越强，电负性越小考点二 分子结构与性质真题引领1(1)(2019全国，T35(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是_、_。乙二胺能与 Mg2、Cu2等金属离子形成稳定环状离子，其原因是_，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是_(填“Mg2”或“Cu2”)。(2)(2019全国，T35(1)元素 As 与 N 同族。预测 As 的氢化物分子的
22、立体结构为_，其沸点比 NH3 的_(填“高”或“低”)，其判断理由是_。(3)(2019全国，T35 节选)FeCl3 中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的 FeCl3 的结构式为_，其中Fe 的配位数为_。NH4H2PO4 中，电负性最高的元素是_；P 的_杂化轨道与 O 的 2p 轨道形成_键。NH4H2PO4 和 LiFePO4 属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_(用n 代表 P 原子数)。解析：(1)乙二胺中 N 形成 3 个单键，含有 1 对孤对
23、电子，属于sp3 杂化；C 形成 4 个单键，不存在孤对电子，也是 sp3 杂化；由于乙二胺的两个 N 可提供孤对电子给金属离子形成配位键，因此乙二胺能与 Mg2、Cu2等金属离子形成稳定环状离子；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；(2)As 与 N 同族，则 AsH3 分子的立体结构类似于 NH3，为三角锥形；由于 NH3 分子间存在氢键使沸点升高，故 AsH3 的沸点较 NH3 低；(3)氯化铁的双聚体，就是两个氯化铁相连接在一起，已知氯化铁的化学键有明显的共价性所以仿照共价键的形式将两个氯化铁连接在一起。配位数就等于原子的化
24、合价的二倍。电负性与非金属性的大小规律相似，从左到右依次增大，O 就是最大的。计算出 P 的杂化类型是 sp3，与氧原子形成的是磷氧双键，其中 p 轨道是，与氢氧形成的是单键。可以根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式推导：PO34、P2O47、P3O510磷原子的变化规律为：1,2,3,4，n氧原子的变化规律为：4,7,10,3n1酸根的变化规律为：3,4,5，n2因此得出PnO(3n1)(n2)。答案：(1)sp3 sp3 乙二胺的两个 N 可提供孤对电子给金属离子形成配位键 Cu2 (2)三角锥形 低 NH3 分子间存在氢键(3)4 O sp3 PnO(3n1)(n2)2(1)(2018
25、全国卷节选)LiAlH4 是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4 中的阴离子空间构型是_、中心原子的杂化形式为_。LiAlH4 中存在_(填标号)。A离子键 B 键C 键D氢键(2)(2018全国卷节选)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。ZnCO3 中，阴离子空间构型为_，C 原子的杂化形式为_。解析：(1)AlH4 空间构型为正四面体，Al 原子为 sp3 杂化，在LiAlH4 中存在 键和离子键，选 A、B；(2)CO23 为平面三角形，中心 C 原子杂化方式为 sp2。答案：(1)正四面体 sp3 AB(2)平面三角形 sp2知能必备1共
26、价键(1)分类(2)键、键的判断方法由轨道重叠方式判断“头碰头”重叠为 键，“肩并肩”重叠为 键。由共用电子对数判断单键为 键；双键或三键，其中一个为 键，其余为 键。由成键轨道类型判断s 轨道形成的共价键全部是 键；杂化轨道形成的共价键全部为 键。(3)配位键配位键的形成：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；配位键的表示：常用“”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如 NH4 可表示为，在 NH4 中，虽然有一个 NH 键形成的过程与其他 3 个 NH 键形成的过程不同，但是一旦形成之后，4 个共价键就完全相同。配合物如Cu(NH3)4SO4：配位体有孤电子对，如
27、H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。中心原子有空轨道，如 Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。2中心原子价层电子对数、杂化类型与粒子的立体构型：价层电子对数234杂化轨道类型spsp2sp3价层电子对模型直线形 平面三角形四面体形粒子组成形式与构型AB2直线形AB2V 形AB3三角形AB2V 形AB3三角锥形AB4正四面体形规律当中心原子无孤电子对时，分子构型与价层电子对模型一致；当有孤电子对时，分子的模型为去掉孤电子对后剩余部分的空间构型3.三种作用力及对物质性质的影响范德华力氢键共价键作用微粒分子H 与 N、O、F原子强度比较共价键氢键范德华力影响因素组成和结构相似的物质，相对分子质量越大
28、，范德华力越大形成氢键元素的电负性原子半径对性质的影响影响物质的熔、沸点，溶解度等物理性质分子间氢键使物质熔、沸点升高，溶解度增大键能越大，稳定性越强题组训练题组 1 杂化类型与分子构型1完成下列各题(1)(2017江苏 T21A(2)节选)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是_。(2)(2017全国，T35(3)改编)I3 离子的中心原子的杂化形式为_。(3)(2017全国T35(2)CO2 和 CH3OH 分子中 C 原子的杂化形式分别为_和_。(4)(2016全国T37(5)节选)Ge 单晶具有金刚石型结构，其中 Ge原子的杂化方式为_。(5)(2015全国T37(3)节选)CS2 分子
29、中，C 原子的杂化轨道类型是_。(6)(2016全国T37(2)节选)Ni(NH3)6SO4 中阴离子的立体构型是_。(7)(2016全国T37(3)AsCl3 分子的立体构形为_。(8)(2015全国T37(4)改编)化合物 D2A(Cl2O)的立体构型为_。答案：(1)sp3、sp2(2)sp3(3)sp sp3(4)sp3(5)sp(6)正四面体(7)三角锥形(8)V 形2氮是一种典型的非金属元素，其单质及化合物在生活和生产中具有广泛的用途。回答下列问题：(1)磷元素与氮元素同主族，基态磷原子有_个未成对电子，白磷的分子式为 P4，其结构如图甲所示。科学家目前合成了 N4分子，N4 分子
30、中氮原子的杂化轨道类型是_，NNN 键角为_；N4 分解后能产生 N2 并释放出大量能量，推测其用途可为_。(2)NH3 与 Zn2可形成Zn(NH3)62，其部分结构如图乙所示。NH3 的空间构型为_。Zn(NH3)62中存在的化学键类型有_；NH3 分子中HNH 键角为 107，判断Zn(NH3)62离子中 HNH 键角_107(填“”“”“”)。肼(N2H4)可视为 NH3 分子中的一个氢原子被NH2 取代形成的另一种氮的氢化物。与 N2H4 互为等电子体的分子有_(写出一种即可)。解析：(1)磷原子的价电子排布式为 3s23p3，基态原子有 3 个未成对电子；N4 分子与 P4 分子的
31、结构相似，为正四面体形，N4 分子中每个氮原子形成 3 个 键、含有 1 对孤电子对，杂化轨道数目为 4，氮原子采取 sp3 杂化；正四面体中的每个面为正三角形，则 NNN键角为 60；N4 分解后能产生 N2 并释放出大量能量，可以用于制造火箭推进剂或炸药。(2)NH3 中氮原子形成 3 个 键，有 1 对未成键的孤电子对，杂化轨道数为 4，采取 sp3 杂化，分子空间构型是三角锥形；Zn(NH3)62中存在的化学键类型有配位键、共价键，受配位键的影响，Zn(NH3)62中 HNH 键角大于 107；等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子。与 N2H4 互为等电子体的分子有 C
32、H3OH、CH3SH 等。答案：(1)3 sp3 60 用于制造火箭推进剂或炸药(其他合理答案也可)(2)三角锥形 配位键、共价键 CH3OH(或CH3SH 等)3完成下列各题(1)(2017全国T35(3)改编)在 CO2 低压合成甲醇反应(CO23H2=CH3OHH2O)所涉及的 4 种物质中，沸点从高到低的顺序为_，原因是_。硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2 中的化学键除了 键外，还存在_。(2)(2014全国卷，37)氢、氮、氧、硫元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为 3 的酸是_；酸根呈三角锥形结构的酸是_。(填化学式)(3)硼元素具有缺电子性，因而其
33、化合物往往具有加和性。硼酸(H3BO3)是一元弱酸，写出硼酸在水溶液中的电离方程式_。硼酸(H3BO3)是一种具有片层结构的白色晶体，层内的 H3BO3分 子 间 通 过 氢 键 相 连(如 图)。含 1 mol H3BO3 的 晶 体 中 有_mol 氢键，_mol 键。H3BO3 中 B 的原子杂化类型为_。解析：(1)在 CO2 低压合成甲醇反应所涉及的 4 种物质中，沸点从高到低的顺序为 H2OCH3OHCO2H2，原因是常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体，液体的沸点高于气体；水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所
34、以水的沸点高于甲醇；二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。硝酸锰是离子化合物，硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中氮原子与 3 个氧原子形成 3 个 键，硝酸根中有一个氮氧双键，所以还存在 键。(2)符合题意的酸是 HNO2、HNO3，酸根为三角锥形的酸是H2SO3。(3)硼酸为一元弱酸，在水溶液里电离出阴阳离子，其电离方程式为 H3BO3H2OB(OH)4H；根据图示可知，1 个硼酸分子能形成 3 个氢键，1 个硼酸分子能形成 6 个 键，则 1 mol H3BO3 的晶体中氢键物质的量是 3 mol，键是 6 mol；根据图知，硼酸(H3BO3)中每个硼
35、原子连接 3 个氧原子且不含孤电子对，据此确定硼原子杂化方式为 sp2。答案：(1)H2OCH3OHCO2H2 H2O 与 CH3OH 均为极性分子，H2O 中氢键比甲醇多；CO2 与 H2 均为非极性分子，CO2 的相对分子质量较大，范德华力较大 离子键和 键(2)HNO2、HNO3 H2SO3(3)H3BO3H2OB(OH)4H 3 6 sp2考点三 晶体结构与性质真题引领1填写下列空白(1)(2019全国，节选)一些氧化物的熔点如下表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/1 5702 80023.875.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因_。(2)(2019全国，节选)苯胺()的
36、晶体类型是_。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(5.9)、沸点(184.4)分别高于甲苯的熔点(95.0)、沸点(110.6)，原因是_。(3)(2018全国卷节选)ZnF2 具有较高的熔点(872)，其化学键类型是_；ZnF2 不溶于有机溶剂而 ZnCl2、ZnBr2、ZnI2 能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是_。(4)(2017海南高考节选)碳的一种单质的结构如图所示。该单质的晶体类型为_，原子间存在的共价键类型有_。(5)(2016全国卷节选)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_。GeCl4GeBr4GeI4熔点/49.526146沸点/83.1186约
37、 400(6)(2016全国卷节选)GaF3 的熔点高于 1 000，GaCl3 的熔点为 77.9，其原因是_。解析：(1)晶体熔沸点：离子晶体分子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能有关，晶格能与离子半径成反比，与电荷成正比，分子晶体熔沸点与分子间作用力有关，分子间作用力与相对分子质量有关，相对分子质量越大其分子间作用力越大，Li2O 和 MgO 是离子晶体、P4O6 和 SO2 是分子晶体，且晶格能 MgOLi2O，分子间作用力：P4O6SO2，所以熔沸点：MgOLi2OP4O6SO2。(2)苯胺()的晶体类型是分子晶体：构成微粒是分子，苯胺与甲苯的相对分子质量相近，但苯胺熔、沸点高于甲苯，原因
38、是苯胺分子间存在氢键。(3)ZnF2 具有较高的熔点，ZnF2 为离子晶体，故含有离子键；根据 ZnF2 不溶于有机溶剂而 ZnCl2、ZnBr2、ZnI2 能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，可推知 ZnCl2、ZnBr2、ZnI2 为分子晶体，含有共价键，分子极性较小。(5)这三种物质均为分子晶体，它们结构相似，随着相对分子质量的增加，分子间作用力增强，因此熔沸点逐渐增大。答案：(1)Li2O、MgO 为离子晶体，P4O6、SO2 为分子晶体 晶格能 MgOLi2O，分子间作用力(相对分子质量)P4O6SO2(2)分子晶体 苯胺分子之间存在氢键(3)离子键 ZnF2 为离子化合物，ZnCl2、Z
39、nBr2、ZnI2 的化学键以共价键为主，极性较小(4)混合型晶体 键、键(5)GeCl4、GeBr4、GeI4 熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(6)GaF3 为离子晶体，GaCl3 为分子晶体2完成下列填空(1)(2019全国，T35(4)图(a)是 MgCu2 的拉维斯结构，Mg 以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的 Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu 原子之间最短距离 x_pm，Mg 原子之间最短距离 y_pm。设阿伏加德罗常数的值为 NA，则 MgCu2 的密度是_gcm3(列
40、出计算表达式)。(2)(2019全国，T35(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1 所示，晶胞中 Sm 和 As 原子的投影位置如图 2 所示。图中 F和 O2共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用 x 和 1x 代表，则该化合物的化学式表示为_；通过测定密度 和晶胞参数，可以计算该物质的 x 值，完成它们关系表达式：_gcm3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图 1 中原子 1 的坐标为12，12，12，则原子 2 和 3 的坐标分别为_、_。(3)(2018全国卷节选)Li2O 具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为 0.
41、466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为 NA，则 Li2O 的密度为_gcm3(列出计算式)。(4)(2018全国卷节选)金属 Zn 晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_。六棱柱底边边长为 a cm，高为 c cm，阿伏加德罗常数的值为 NA，Zn 的密度为_ gcm3(列出计算式)。(5)(2017全国卷节选)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用 R 代表)，其晶体局部结构如图所示。R 的晶体密度为 d gcm3，其立方晶胞参数为 a nm，晶胞中含有 y 个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为 M，则
42、 y 的计算表达式为_。解析：(1)根据晶胞结构可知 Cu 原子之间最短距离为面对角线的 1/4，由于边长是 a pm，则面对角线是 2a pm，则 x 24 a pm；Mg 原子之间最短距离为体对角线的 1/4，由于边长是 a pm，则体对角线是 3a pm，则 y 34 a；根据晶胞结构可知晶胞中含有镁原子的个数是 81/861/248，则 Cu 原子个数 16，晶胞的质量是8241664NA g。由 于 边 长 是 a pm，则 MgCu2 的 密 度 是8241664NAa31030 gcm3。(2)由图 1 可知，每个晶胞中含 Sm 原子：4122，含 Fe 原子：41412，含 A
43、s 原子：4122，含 O 原子：818212(1x)2(1x)，含 F 原子：818212 x2x，所以该化合物的化学式为 SmFeAsO1xFx；根据该化合物的化学式为 SmFeAsO1xFx，一个晶胞的质量为2281161x19xNA，一个晶胞的体积为 a2c1030cm3，则密度 2281161x19xa2cNA1030g/cm3，根据原子 1 的坐标12，12，12，可知原子 2 和 3 的坐标分别为12，12，0，0，0，12；(3)每个晶胞中含有 Li 原子数目为 8，氧原子数目为 8186124，则 Li2O 的密度为 mV87164NAg(0.466 5107cm)38741
44、6NA0.466 51073 gcm3。(4)金属 Zn 为六方最密堆积即 A3 型，该晶胞中含有的 Zn 原子个数为(66)1621236，质量为 656/NA g，体积为 6 34a2c，则 mV656NA6 34 a2cgcm3。(5)根 据 密 度 的 定 义 有，d yNAMa1073 g/cm3，解 得 y da1073NAMa3dNAM1021。答案：(1)24 a 34 a 8241664NAa31030(2)SmFeAsO1xFx 2281161x19xa2cNA103012，12，0 0，0，12(3)87416NA0.46651073(4)六方最密堆积(A3 型)656N
45、A6 34 a2c(5)a3dNAM1021或602a3dM知能必备1晶体熔、沸点的比较(1)原子晶体 如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。(2)离子晶体衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，离子间的作用力就越强，离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgONaClCsCl。(3)分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如 H2OH2TeH2SeH2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大、熔、沸点越高，如 SnH4GeH4SiH4CH4。组
46、成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如 CON2。在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷异戊烷新戊烷。(4)金属晶体金属离子半径越小，所带电荷数越多，其金属键越强，熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。2晶胞中微粒数目的计算方法均摊法3晶体密度的计算题组训练题组 1 根据晶胞的结构求化学式、配位数、原子个数1碳、氮、氧、硫、氯、铝、铁和铜是中学重要的元素，其单质和化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：(1)基态铜原子的价层电子排布式为_；基态铝原子核外电子云形状有_(填名称)。(2)C、H、O、N 四种元素形成的丁二酮肟常用于检验
47、 Ni2：在稀氨水介质中，丁二酮肟与 Ni2反应可生成鲜红色沉淀，其结构如图 1 所示。该结构中，碳碳之间的共价键类型是 键，从轨道重叠方式来分析，碳氮之间的共价键类型是_；氮镍之间形成的化学键是_。该结构中，碳原子的杂化轨道类型为_。(3)氮化铝是一种新型无机非金属材料，具有耐高温、耐磨等特性，空间结构如图 2 所示。铝的配位数为_。氮化铝的晶体类型是_。(4)N 和 Cu 形成的化合物的晶胞结构如图 3 所示，则该化合物的化学式为_。解 析：(1)铜 元 素 基 态 原 子 的 核 外 电 子 排 布 式 为1s22s22p63s23p63d104s1。基 态 铝 原 子 的 核 外 电
48、子 排 布 式 为1s22s22p63s23p1，电子占据 s、p 轨道，s 轨道为球形，p 轨道为哑铃形。(2)1 个双键是由 1 个 键和 1 个 键组成的，所以碳氮之间的共价键类型是 键和 键；镍原子有空轨道，氮原子有孤电子对，因此二者之间形成配位键。在该结构中有 4 个碳原子形成 4 个 键，4 个碳原子形成 3 个 键和 1 个 键，因此杂化轨道类型分别是sp3 和 sp2 杂化。(3)由氮化铝的空间结构知，1 个铝原子连接 4 个氮原子，铝原子的配位数为 4；根据氮化铝具有耐高温、耐磨等特性，推知它属于原子晶体。(4)根据均摊法，每个晶胞平均含有铜原子数为 12143，氮原子数为
49、8181，故其化学式为 Cu3N。答案：(1)3d104s1 球形、哑铃形(2)键和 键 配位键 sp2、sp3 杂化(3)4 原子晶体(4)Cu3N题组 2 晶胞的边长与密度之间的计算2按要求回答下列问题：(1)Fe 单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式，分别如图 1、图 2 所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞的边长分别为 a、b，则铁单质的面心立方晶胞和体心立方晶胞的密度之比为_，铁原子的配位数之比为_。(2)Mg 为六方最密堆积，其晶胞结构如图 3 所示，若在晶胞中建立如图 4 所示的坐标系，以 A 为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度 1，则 C 点的坐标：_。(3)铁镁合金是目前已
50、发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图 5 所示，则铁镁合金的化学式为_。若该晶胞的边长为 d nm，则该合金的密度为_g/cm3(列出计算式即可，用 NA 表示阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)面心立方晶胞边长为 a 体积 Va3，含有 Fe 原子数目为 8186124，故 ma3(面心)456NAg(NA 为阿伏德罗常数的值)，体心立方晶胞边长为 b，体积 Vb3，含有 Fe 原子数目为 81812，故 b3(体心)256NAg，故(面心)(体心)2b3a3。面心立方晶胞中每个 Fe 原子周围有 12 个 Fe 原子，体心立方晶胞中每个 Fe原子周围有 8个 Fe原子，故 Fe原
51、子配位数之比为 12832。(2)若建立如图 4 所示的坐标系，x 轴与 y 轴的夹角为 120，以 A 为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度 1，则 D 点与 A 点、B点以及 F 点构成一个正四面体，D 点位于其顶点，其高度为晶胞高度的一半。由 D 点向底面作垂线，垂足到底面三角形各点的距离为33，D 点到垂足的距离为 63，则 C 点的坐标为0，0，2 63。(3)根据均摊法可知晶胞中铁原子数为8186124，镁原子数为 8，则铁镁合金的化学式是 Mg2Fe。由题给条件知，1 个晶胞的体积为(d107)3cm3,1 个晶胞的质量为456242NA g，根据 mV可得合金的密度是4104d3NA1021 g/cm3。答 案：(1)2b3a3 32 (2)0，0，2 63(3)Mg2Fe 4104d3NA1021
