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专题六物质结构与性质建知识网络明内在联系 突破点21物质结构与性质的综合题提炼1原子结构与性质1.基态原子的核外电子排布(1)排布规律能量最低原理原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道泡利不相容原理每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向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，而且自旋状态相同特别提醒能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，体系的能量最低。如24Cr的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，而不是1s22s22p63s23p63d44s2。(2)四种表示方法表示方法举例电子排布式Cr：1s22s22p63s23p63d54s1简化表示式Cu：Ar3d104s1价电子排布式Fe：3d64s2电子排布图(或轨道表示式)2.元素第一电离能和电负性的变化规律同周期(从左到右)同主族(自上而下)第一电离能增大趋势(注意A、A的特殊性)依次减小电负性依次增大依次减小特别提醒同周期元素，A族(np0)和A族(ns2np3)，因p轨道处于全空或半满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期右侧相邻的A族、A族元素，如第一电离能MgAl，PS。提炼2分子结构与性质1.共价键的分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式键“头碰头”重叠键“肩并肩”重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移原子间共用电子对的数目单键原子间有一对共用电子对双键原子间有两对共用电子对三键原子间有三对共用电子对【特别提醒】单键为键；双键或三键，其中一个为键，其余为键。配位键为一种特殊的共价键，共用电子由成键原子单方面提供。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。2价层电子对互斥理论的两大应用应用：判断分子空间构型(1)判断思路：价层电子对数目价层电子对空间构型分子的空间构型(2)各种电子对的计算方法及其关系价层电子对数中心原子形成键电子对数中心原子上的孤电子对数中心原子形成键电子对数与中心原子结合的原子数目中心原子上的孤电子对数(axb)其中a为中心原子价电子数(若为离子，则加上阴离子所带的负电荷数或减去阳离子所带的正电荷数)。x为与中心原子结合的原子数。b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。(3)常见的分子空间构型与价层电子对空间构型的关系价层电子对数键电子对数孤电子对数价层电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形BeCl2330平面三角形平面三角形BF321V形SnBr2440正四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O应用：判断杂化轨道类型(1)判断思路：价层电子对数目杂化轨道数目杂化类型(2)相互关系价层电子对数杂化轨道数杂化类型22sp33sp244sp33.分子构型与分子极性的关系提炼3晶体结构与性质1.晶体类型的判断(1)据各类晶体的概念判断，即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断。如由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。(2)据各类晶体的特征性质判断，如低熔、沸点的晶体属于分子晶体；熔、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体；熔、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的晶体属于原子晶体；能导电、传热、具有延展性的晶体属于金属晶体。2立方体(长方体)晶胞组成的计算方法3晶胞各物理量的计算对于立方晶胞，可简化成下面的公式进行各物理量的计算：a3NAnM，a表示晶胞的棱长，表示密度，NA表示阿伏加德罗常数的值，n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量，M表示晶体的摩尔质量。回访1(2016全国乙卷)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)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_ _。(3)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400(4)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_。(5)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为_，微粒之间存在的作用力是_。(6)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(，0，)；C为(，0)。则D原子的坐标参数为_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。解析(1)锗元素在周期表的第四周期、第A族，因此核外电子排布式为Ar3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。(2)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成键。(3)由锗卤化物的熔沸点由Cl到I呈增大的趋势且它们的熔沸点较低，可判断它们均为分子晶体，而相同类型的分子晶体，其熔沸点取决于分子量的大小，因为分子量越大，分子间的作用力就越大，熔沸点就越高。(4)Zn和Ge为同周期元素，Ge在Zn的右边，因此Ge的电负性比Zn的强；O为活泼的非金属元素，电负性强于Ge和Zn，因此三者电负性由大至小的顺序为O、Ge、Zn。(5)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。(6)根据题给图示可知，D原子的坐标参数为(，)。每个晶胞中含有锗原子81/861/248(个)，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为(565.761010cm)3，所以晶胞的密度为。答案(1)3d104s24p22(2)Ge原子半径大，原子间形成的单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(4)OGeZn(5)sp3共价键(6)107回访2(2016全国甲卷)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)硫酸镍溶于氨水形成Ni(NH3)6SO4蓝色溶液。Ni(NH3)6SO4中阴离子的立体构型是_。在Ni(NH3)62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_。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_。(3)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：ICu1 958 kJmol1、INi1 753 kJmol1，ICuINi的原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_ nm。解析(1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。(2)SO中，S原子的价层电子对数为4，成键电子对数为4，故SO的立体构型为正四面体。Ni(NH3)62中，由于Ni2具有空轨道，而NH3中N原子含有孤电子对，两者可通过配位键形成配离子。由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。(3)Cu、Ni均属于金属晶体，它们均通过金属键形成晶体。因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1,3d能级全充满，较稳定，失去第2个电子较难，因此ICuINi。(4)由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为63，含有Ni原子的个数为81，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为31。根据mV可得，1 mol晶胞的质量为(64359)ga3d gcm3NA，则acm107 nm。答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)正四面体配位键N高于NH3分子间可形成氢键极性sp3(3)金属铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(4)31107 回访3(2016全国丙卷)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： 【导学号：14942081】(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”)(3)AsCl3分子的立体构型为_，其中As的杂化轨道类型为_。(4)GaF3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。(5)GaAs的熔点为1 238 ，密度为 gcm3，其晶胞结构如图所示。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 gmol1和MAs gmol1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。解析(1)As元素在周期表中处于第A族，位于P元素的下一周期，则基态As原子核外有33个电子，根据核外电子排布规律写出其核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3。(2)同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小，Ga与As在周期表中同位于第四周期，Ga位于第A族，则原子半径：GaAs。Ga、As原子的价电子排布式分别为4s24p1、4s24p3，其中As原子的4p轨道处于半充满的稳定状态，其第一电离能较大，则第一电离能：GaOB。(3)NCl3的中心原子N的价层电子对数为4，为sp3杂化；NH3空间构型为三角锥形；NH3和氢氧化铜悬浊液反应的离子方程式为Cu(OH)24NH3=Cu(NH3)422OH。(4)二者电负性之差为3.01.91.10OB(3)sp3杂化三角锥形4NH3Cu(OH)2=Cu(NH3)422OH(4)共价(5)3(2016甘肃第一次诊断)E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素。E、G、M是位于p区的同一周期的元素，M的价层电子排布为nsnnp2n，E与M原子核外的未成对电子数相等；QM2与GM具有相等的价电子总数；T为过渡元素，其原子核外没有未成对电子。请回答下列问题： 【导学号：14942082】(1)T元素原子的价电子排布式是_。(2)E、G、M三种元素的第一电离能由大到小的顺序为_(用元素符号表示)，其原因为_。(3)E、G、M的最简单氢化物中，键角由大到小的顺序为_(用分子式表示)，其中G的最简单氢化物的分子立体构型名称为_，M的最简单氢化物的分子中中心原子的杂化类型为_。M和Q的最简单氢化物的沸点大小顺序为_(写化学式)。(4)EM、GM、G2互为等电子体，EM的结构式为(若有配位键，请用“”表示)_。E、M电负性相差1.0，由此可以判断EM应该为极性较强的分子，但实际上EM分子的极性极弱，请解释其原因：_ _。(5)TQ在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方TQ晶体结构如图所示，该晶体的密度为 gcm3。如果TQ的摩尔质量为M gmol1，阿伏加德罗常数为NA mol1，则a、b之间的距离为_cm。解析E为C元素，G为N元素，M为O元素，Q为S元素，T为Zn元素。(1)锌为30号元素，基态锌原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，价电子排布式为3d104s2。(3)甲烷为正四面体形，氨气为三角锥形，水为V形，水分子中氧原子采取sp3杂化；由于H2O、H2S都为分子晶体，沸点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，沸点越高，但是由于水分子间存在氢键，所以H2O的沸点高于H2S。(5)该晶胞中共含有4个ZnS，所以其晶胞的边长为 cm，Zn2与S2的距离为晶胞边长的。答案(1)3d104s2(2)NOC同周期从左至右随原子序数递增，元素第一电离能依次增大，但N原子的价电子排布为2s22p3，属于半充满状态，较稳定，导致氮元素第一电离能大于氧元素(3)CH4NH3H2O三角锥形sp3H2OH2S(4)CO从电负性分析，CO中的共用电子对偏向氧原子，但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的，抵消了共用电子对偏向O而产生的极性(5)
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