复习题第二课时教案

物质结构与性质

考纲展示

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1～36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。2.化学键与分子结构：(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(δ键和π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。4.晶体结构与性质：(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。

【高频考点探究】

考点一

原子结构与元素的性质

核心透析

1．原子核外电子的“三个原理”及其表示方法

(1)三个原理：能量最低原理、泡利原理、洪特规则。

(2)基态原子核外电子排布的表示方法

表示方法

以硫原子为例

1s22s22p63s23p4

电子排布式

[Ne]3s23p4

简化电子排布式

电子排布图(轨道表示式) 价电子排布式

2．电离能

(1)电离能的应用

3s3p

24

图16-1 (2)第一电离能的周期性

图16-2 3．电负性的应用

图16-3 典例探究

例1 (1)[2017·全国卷Ⅰ] 回答下列问题：

①元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为________(填标号)nm。

A．404.4

B．553.5

C．589.2 D．670.8

E．766.5 ②基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是________________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_______________________。

(2)[2017·全国卷Ⅱ] 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)。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16-4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_________。

图16-4

(3)[2017·全国卷Ⅲ] Co基态原子核外电子排布式为________________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是______，基态原子核外未成对电子数较多的是______。

变式

(1)[2016·全国卷Ⅰ] 锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

①基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。

②光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。

(2)[2016·全国卷Ⅱ] 东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：

①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________。

②单质铜及镍都是由________键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为ICu＝－－1958 kJ·mol1、INi＝1753 kJ·mol1，ICu>INi的原因是___________________________。

(3)[2016·全国卷Ⅲ] 砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

①写出基态As原子的核外电子排布式：__________。

②根据元素周期律，原子半径Ga____As，第一电离能Ga___As。(填“大于”或“小于”)

考点二

分子结构与性质

核心透析

1．键参数对分子性质的影响

图16-5 2．中心原子价层电子对(N)的求解方法

(1)计算法：先求中心原子孤电子对数＝0.5(a－xb)，N＝孤电子对数＋σ键数。

(2)电子式或结构式法：先写出分子相应的电子式或结构式，观察后再用N＝孤电子对数＋σ键数计算。

(3)价态法：若中心原子的化合价绝对值等于其价电子数，则N＝σ键数。

3．中心原子价层电子对数、杂化类型与粒子的立体构型

2 3 4 价层电子对数

2sp sp

sp3

杂化轨道类型

价层电子对模型

直线形

平面三角形

四面体形

AB2

AB2

AB3

AB2

AB3

AB4

正

粒子组成形式与构型

直线形

V形

三角形

V形

三角锥形

四面体形

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；规律

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

4．配位键与配位化合物的结构(以[Cu(NH3)4]SO4为例)

图16-6 5．分子构型与分子极性的关系

图16-7 6．等电子原理

等电子体具有相似的化学键特征，其物理性质相似，化学性质不同。常见等电子体有：

微粒

原子个数

价电子总数

立体构型

－－3 CO2、NO2+、SCN、N3-

16e

直线形

－4 CO32-、SO3、NO3-

24e

平面三角形

－-3 SO2、NO2、O3

18e

V形

－2-3-5 SO4、PO4

32e

正四面体形

－4 PO33-、SO32-、ClO3-

26e

三角锥形

－2 CO、N2

10e

直线形

－+5 CH4、NH4

8e

正四面体形

7．分子间的作用力范德华力、氢键与共价键的比较

范德华力

氢键

共价键

特征

无方向性、无饱和性

有方向性、有饱和性

有方向性、有饱和性

氢、氟、氮、氧原子(分作用微粒

分子或稀有气体原子

原子

子内、分子间) 强度比较

共价键>氢键>范德华力

①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大

对于A—H…B—，A、B成键原子半径越小，影响因素

②组成和结构相似的物的电负性越大，B原子的键长越短，键能越质，相对分子质量越大，半径越小，氢键键能越大

大，共价键越稳定

分子间作用力越大

组成和结构相似的物质，分子间氢键的存在，使物随相对分子质量的增大，质的熔沸点升高，在水中①影响分子的稳定性

性质的影响

物质的熔沸点升高，如的溶解度增大，如熔沸②共价键键能越大，点：H2O>H2S，分子稳定性越强

F2

HF>HCl，NH3>PH3

典例探究

例2 (1)[2017·全国卷Ⅰ] X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为____________，中心原子的杂化形式为________________。

(2)[2017·全国卷Ⅱ] 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)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图16-8所示。

图16-8 ①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为____，

不同之处为_______。(填标号)

A．中心原子的杂化轨道类型 B．中心原子的价层电子对数

C．立体结构 D．共价键类型

②R中阴离子N5-中的σ键总数为____个。分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为)，则N5-中的大π键应表示为________。

③图中虚线代表氢键，其中表示式为(NH4+)N—H…Cl、__________________、__________________。

(3)[2017·全国卷Ⅲ] ①CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为____和________。

②在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______________，原因是________________。

③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σ键外，还存在________________。

变式

(1)[2016·全国卷Ⅰ] 锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是___________。

(2)[2016·全国卷Ⅱ] 东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。

①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是__________。

＋＋②在[Ni(NH3)6]2中Ni2与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键原子是________。

③氨的沸点________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是________________________；氨是________分子(填“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为________。

【方法技巧】

用价层电子对互斥理论推测分子或离子的思维程序

图16-9 考点三

晶体的结构和性质

核心透析

1．晶胞组成的计算方法——均摊法

2．典型晶体模型

晶体

晶体结构

＋－晶体详解

(1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有6＋＋个，每个Na周围等距且紧邻的Na有12个；

＋－(2)每个晶胞中含4个Na和4个Cl

(1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有8个，每个Cs－＋－(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有6个；

＋(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs、1个－Cl

－＋＋＋－＋－＋NaCl(型)

离子晶体

CsCl(型)

CaF2(型)

简单方

堆积

体心方

堆积

六方密

堆积

面心立方最密堆积

分子晶体

混合型晶体

干冰

石墨晶体

在晶体中，每个F吸引4个Ca2，每个Ca2吸引8－＋－个F，Ca2的配位数为8，F的配位数为4 典型代表Po，空间利用率52%，配位数为6

典型代表Na、K、Fe，空间利用率68%，配位数为8 典型代表Mg、Zn、Ti，空间利用率74%，配位数为12 典型代表Cu、Ag、Au，空间利用率74%，配位数为12 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子；(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个

层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C采取的杂化方式是sp2杂化

金属

晶体

金刚石

原子晶体

SiO2

(1)每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构；(2)键角均为109°28′；(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内；(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1∶2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构；(2)每个正四面体占有1个Si，4个“1/2O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2；(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si 3．物质的熔、沸点比较及规律

(1)不同类型的晶体，一般来讲，熔、沸点：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。

(2)同类晶体

①原子晶体看成键原子半径和，半径和越小，晶体的熔、沸点越高，硬度越大；

②离子晶体依据静电原理进行分析，一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，相应的晶格能越大，熔、沸点越高；

③分子晶体中，组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高(分子间存在氢键的物质熔、沸点高些)。

典例探究

例3

(1)[2017·全国卷Ⅰ] ①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图16-10所示。K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为______。

图16-10 ②在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于_____位置，O处于____位置。

(2)[2017·全国卷Ⅱ] 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)。

－R的晶体密度为d

g·cm3，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y的计算表达式为_________________。

(3)[2017·全国卷Ⅲ ] MgO具有NaCl型结构(如图16-11)，其中阴离子采用面心立方最密－堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2)为________nm。＋MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2)为________nm。

图16-11 变式

(1)[2016·全国卷Ⅰ] 锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

①比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：___________________。

GeCl4

GeBr4

GeI4

26 146 熔点/℃

－49.5 83.1 186 沸点/℃

约400 ②晶胞有两个基本要素：

a．原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。图16-12为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为（1/2,0,1/2）；C为（1/2, 1/2, 0）。则D原子的坐标参数为___________。

图16-12 b．晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密－度为____________ g·cm3(列出计算式即可)。

(2)[2016·全国卷Ⅱ] 某镍白铜合金的立方晶胞结构如图16-13所示。

图16-13 ①

晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。

－②若合金的密度为d g·cm3，晶胞参数a＝______________nm。

(3)[2016·全国卷Ⅲ] 砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

①GaF3的熔点高于1000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是_________________。

－②GaAs的熔点为1238 ℃，密度为ρ

g·cm3，其晶胞结构如图16-14所示。该晶体的－类型为______，Ga与As以______键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol1

和MAs

－g·mol1，原子半径分别为rGa

pm和rAs

pm，阿伏伽德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_________________。

图16-14 【方法技巧】

晶体密度的求解

观察晶胞组成→求出一个晶胞中结构单元数目(设为N个)→求晶胞中相应物质的物质的量(n＝N/NA)―→晶胞的质量(m＝nM)→密度(ρ＝m/V)。

【命题考向追踪】

历年动态

1．[2017·海南卷]

第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：

(1)碳的一种单质的结构如图16-15(a)所示。该单质的晶体类型为________，原子间存在的共价键类型有______，碳原子的杂化轨道类型为________。

图16-15 (2)SiCl4分子的中心原子的价层电子对数为________，分子的立体构型为____________，属于________(填“极性”或“非极性”)分子。

(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。

①SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_____。

②结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中化学键的离子性________、共价性________(填“增强”“不变”或“减弱”)。

(4)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物，晶体结构如图(c)所示。K位于立方体的棱上和立方体的内部，此化合物的化学式为______；其晶胞参数为1.4 nm，晶体密－度为________g·cm3。

2．[2017·江苏卷]

铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。

＋(1)Fe3基态核外电子排布式为__________。

(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是_______，1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为________。

(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________。

(4)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为__________。

(5)某FexNy的晶胞如图16-16(a)所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图(b)所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为____________________________。

(a)

FexNy晶胞结构示意图

(b)

转化过程的能量变化

图16-16 3．[2015·全国卷Ⅰ]

碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：

(1)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14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。

(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_______________。

(3)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。

(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。

(5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图16-17所示：

图16-17 ①在石墨烯晶体中，每个C原子连接______个六元环，每个六元环占有______个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

－＋4．[2015·全国卷Ⅱ] A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：

(1)四种元素中电负性最大的是_____(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为____。

(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是______(填分子式)，原因是__________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和__________。

(3)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为____________，中心原子的杂化轨道类型为________。

(4)化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为____________________________。

(5)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图16-18所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F－的化学式为_____；晶胞中A原子的配位数为_____；列式计算晶体F的密度(g·cm3 )_________。

图16-18 2018预测

5．工业上常用CO与H2在由Zn、Cu等元素形成的催化剂作用下合成甲醇，甲醇在Cu的催化作用下可氧化生成甲醛。

(1)图16-19是某同学画出氧原子的核外电子排布图：

图16-19 请判断该排布图____(填“正确”或“错误”)，理由是_____(若判断正确，该空不用回答)。

(2)写出两种与CO互为等电子体的离子：____________。在甲醇分子中碳原子轨道的

杂化类型为________。

(3)由黄铜矿冶炼的铜单质也可以掺杂锌原子成为黄铜，写出黄铜合金中两种金属原子的外围电子排布式：____________；________________。

(4)甲醛与足量新制Cu(OH)2悬浊液加热可得砖红色沉淀Cu2O，写出该反应的化学方程式：________________。已知Cu2O晶胞的结构如图16-20所示：

图16-20 ①在该晶胞中，Cu的配位数是________。

－②若该晶胞的边长为a

pm，则Cu2O的密度为_______g·cm3。(只要求列算式，设阿伏伽德罗常数的值为NA)

＋