高考化学复习课件：第4单元第17讲从微观结构看物质的多样性

欢迎进入化学课堂 第17讲从微观结构看物质的多样性 一 同素异形体 同分异构体1 同素异形体同一种元素形成的不同单质 互称为同素异形体 形成的同素异形体可能是分子中原子的个数不同 可能是原子间的化学键不同 可能是原子的排列方式不同 几种单质的同素异形体比较如下 1 金刚石 石墨 富勒烯的比较 2 氧气与臭氧的比较 3 红磷与白磷的比较 2 同分异构体具有相同的分子式而结构式不同的化合物互称同分异构体 由于分子结构不同 所以物理性质 化学性质都不同 有机化合物中形成同分异构体的原因是每个碳原子可形成4个共价键 碳原子可形成碳链 也可形成碳环 还可与其他原子形成化学键 同分异构现象的存在是有机物种类繁多的一个重要原因 典型的同分异构体对比如下 3 同分异构体 同素异形体 同位素和同一物质之间的区别 二 离子晶体 原子晶体 分子晶体具有规则几何外形的固体叫晶体 晶体中的粒子按一定的规则排列 常见的晶体有原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体 1 离子晶体离子化合物中的阴 阳离子按一定的方式有规则的排列形成的晶体 离子化合物是阴阳离子通过离子键结合形成的 如NaCl CaCl2 KNO3 CsCl等 在常温下均为离子晶体 离子晶体中均含阴 阳离子 溶于水或加热熔化时可电离出自由移动的阴 阳离子 能够导电 熔 沸点较高的原因是离子键键能较大 2 分子晶体分子之间依靠分子间作用力按一定的方式有规则的排列形成的晶体 干冰 硫磺 碘和固态稀有气体均为分子晶体 由于分子晶体是由分子构成的 所以它们在固态和熔融状态时都不导电 3 原子晶体相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 原子间以很强的共价键相结合 而且形成空间网状结构 要破坏它需要很大的能量 所以原子晶体的熔沸点高 硬度很大 如SiO2 晶体硅 金刚石等 4 金属晶体金属离子与自由电子之间的作用 三 物质熔 沸点的比较1 不同类晶体 一般情况下 原子晶体 离子晶体 分子晶体 大多数金属晶体熔 沸点较高 如 金刚石 氧化镁 铁 水 2 同种类型晶体 构成晶体质点间的作用大 则熔沸点高 反之则小 离子晶体 离子所带的电荷数越高 离子半径越小 则其熔沸点就越高 分子晶体 对于组成与结构相似的分子晶体 相对分子质量越大 则熔沸点越高 原子晶体 键长越小 键能越大 则熔沸点越高 金属晶体 在同类金属晶体中 金属离子半径越小 阳离子所带的电荷数越多 金属键越强 熔 沸点越高 如Li Na K Rb Cs 3 常温常压下状态 熔点 固态物质 液态物质 沸点 液态物质 气态物质中学阶段应熟知几种典型晶体的结构 干冰晶体中 每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个 分子之间无化学键 晶体中有单个分子 石英晶体中 每个硅原子与相邻4个氧原子以共价键相结合 形成正四面体结构 硅原子在正四面体的中心 每个氧原子连接2个硅原子 硅氧原子交替连接形成空间网状结构 晶体中无分子存在 晶体中最小环有6个硅原子 6个氧原子 金刚石中 每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合 形成空间网状结构 晶体中的最小碳环上有6个碳原子 这6个碳原子不在同一平面内 考点一同素异形体 同分异构体 同位素 例1几种1 18号元素的原子半径和主要化合价见下表 A 白磷和红磷B 16O与18OC O2与O3D H2O与D2O F CH3 CH2 O CH2 CH3 乙醚 和CH3CH2CH2CH2OH 丁醇 1 互为同位素的是 填字母编号 下同 2 互为同素异形体的是 3 互为同分异构体的是 解析 白磷和红磷 O2与O3是同一种元素组成的不同性质的单质 16O与18O同种元素的不同原子 E F中的两种物质分子式是一样的 但结构是不同的 B AC EF 方法技巧点拨 同素异形体 同分异构体 同位素几个概念是学生易混淆的 一定要从本质上去掌握其内涵和外延 要用对比的方法分清它们的区别和联系 考点二晶体性质分析 例2碳化硅 SiC 的一种晶体具有类似金刚石的结构 其中碳原子和硅原子的位置是交替的 在下列三种晶体 金刚石 晶体硅 碳化硅中 它们的熔点从高到低的顺序是 A B C D A 解析 由于题给的三种物质都属于原子晶体 而且结构相似都是正四面体形的空间网状结构 所以晶体的熔点由微粒间的共价键强弱决定 这里共价键强弱主要由键长决定 可近似地看作是成键原予的半径之和 由于硅的原子半径大于碳原子 所以键的强弱顺序为C C C Si Si Si 熔点由高到低的顺序为金刚石 碳化硅 晶体硅 方法技巧点拨 解答此类题型必须理清晶体中的基本粒子 熟悉晶体中成键粒子之间的作用力 掌握影响晶体熔点高低的因素 明了物质的状态变化与化学键变化的关系 例3近年来科学家发现了由100个碳原子构成一个具有完美对称性的C100原子团 其中每个碳原子仍可形成4个化学键 最内层是由20个碳原子构成的正十二面体 即每个碳与其他三个碳相连 外层的60个碳原子形成12个单独的正五边形 即每个碳原子与其他2个碳相连 处于中间层次的碳原子连接内外层碳原子 当它与氢气或氟气发生化合反应形成分子时 其产物的分子式为 A C100H20和C100F20B C100H60和C100F60C C100H12和C100F12D C100H40和C100F40 考点三晶体结构分析 B 解析 C100中 最内层20个碳原子构成正十二面体时 每个碳原子与其他三个碳原子相连 再分别与处在中间层次的20个碳原子以共价键相连 故最内层20个碳原子中 每个碳原子都形成4个单键 不能再与H或F形成共价键 最外层60个碳原子 每个碳原子与其他2个碳原子相连 故60个碳原子少成60 2 120个共价键 中间20个碳原子与最内层碳成20个共价键 与最外层碳成60个共价键 即可达每个碳成4个共价键的要求 所以最外层碳原子少成的共价键数目为120 60 60 即1个C100还可与60个H原子或F原子形成60个共价单键 方法技巧点拨 富勒烯系列中 有多种碳的同素异形体 其结构特点与C60相似 按每个碳原子可成4个单键的要求考查它们 可发现它们可与H原子或卤素原子形成单键 从而可推知它们分子中碳碳键的类型与个数 考点四晶胞中实际拥有微粒的数目 例4在高温超导领域中 有一种化合物叫钙钛矿 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答 1 在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个 2 在该晶体中氧 钙 钛的粒子个数比是多少 解析 在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子 相当于取八个钙钛 矿的最小单位结构进行堆积 共有前后 左右 上下 共6个 钙钛矿的最小单位结构中 n Ti 8 1 n O 12 3 n Ca 1 1 1 n Ti n O n Ca 1 3 1 答案 1 6个 2 1 3 1 方法技巧点拨 一个晶胞中实际拥有微粒的数目 顶点微粒数 棱上微粒数 面上微粒数 内部微粒数 1 1 下列说法正确的是 可用丁达尔现象区分溶液与胶体 生石灰与水混合的过程只发生物理变化 O3是由3个氧原子构成的化合物 CuSO4 5H2O是一种混合物 和互为同位素 性质相似 常温下 pH 1的水溶液中Na Fe2 可以大量共存 A A B C D 明矾和漂白粉常用于自来水的净化和杀菌消毒 两者的作用原理相同 C 石墨 s C 金刚石 s H 0 所以石墨比金刚石稳定 解析 中生石灰与水混合生成熟石灰 反应的方程式为CaO H2O Ca OH 2 中的O3是一种单质 中的CuSO4 5H2O是一种带有结晶水的化合物 同位素的研究对象是原子 核素 现提供是单质分子 错 在酸性条件下将转化为CO2气体而不能大量存在 与Fe2 将发生氧化还原反应而不能大量共存 错 明矾的净水原理是Al3 水解生成Al OH 3胶体而具有吸附悬浮杂质的功能 漂白粉的杀菌消毒作用是由于生成的HClO具有强氧化性 很显然两者的原理是不同的 错 石墨转化为金刚石要吸收热量 说明金刚石能量高于石墨 能量越高越活泼 因此有石墨比金刚石稳定 正确 2 2011 新课标全国 短周期元素W X Y和Z的原子序数依次增大 元素W是制备一种高效电池的重要材料 X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍 元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素 Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍 下列说法错误的是 A 元素W X的氯化物中 各原子均满足8电子的稳定结构B 元素X与氢形成的原子比为1 1的化合物有很多种C 元素Y的单质与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成D 元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2 A 解析 元素W是制备一种高效电池的重要材料 说明W是Li X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍 说明X是碳元素 元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素 因此Y是Al 短周期元素电子层数最多是3层 如果原子的最外层电子数是其电子层数的2倍 所以可能是He C和S 又因为W X Y和Z的原子序数依次增大 所以Z只能是S 元素W X的氯化物分别是LiCl和CCl4 前者锂原子不能满足8电子的稳定结构 A不正确 X与氢形成的原子比为1 1的化合物可以是C2H2 C6H6或C8H8 B正确 单质铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成 C正确 C和S均属于非金属元素 二者可以形成共价化合物CS2 D正确 B 3 2011 四川 下列推论正确的 A SiH4的沸点高于CH4 可推测PH3的沸点高于NH3B 为正四面体结构 可推测出也为正四面体结构C CO2晶体是分子晶体 可推测SiO2晶体也是分子晶体D C2H6是碳链为直线型的非极性分子 可推测C3H8也是碳链为直线型的非极性分子 解析 氨气分子之间存在氢键 沸点高于PH3的 SiO2晶体也是原子晶体 C3H8不是直线型的 碳链呈锯齿形且为极性分子 4 现有一种新型的无机非金属材料BN 它的一种同分异构体a BN晶体为层状结构 平面结构示意图如图所示 则关于该物质的结构 性质和用途的叙述 正确的是 B A a BN是一种坚硬耐磨材料 类似于金刚石B 若层状结构中有n个硼原子 则有n个六元环C 已知a BN在水蒸气作用下能微弱水解 则水解产物为B2H6和HNO3D a BN晶体中各原子均达到八电子稳定结构 解析 由题给信息可知 a BN是一种层状结构的无机材料 其结构应该类似于石墨 其硬度不会大 选项A不正确 由图可知 每个B由三个六边形共用 则折算后每个六边形中B个数为3 1 3 1个 所以选项B正确 a BN中 B显 3 N为 3价 根据水解机理可知 水分子中的氢应该与显负价N结合成NH3另一产物为B OH 3 所以选项C不正确 B原子没有达到八电子稳定结构 所以选项D不正确 5 X Y Z W是原子序数依次增大的短周期元素 且互不同族 其中只有两种为金属 X原子的最外层电子数与次外层电子数相等 X与W Y与Z这两对原子的最外层电子数之和均为9 单质Y和W都可与浓的NaOH溶液反应 下列说法不正确的是 A 原子半径Y Z WB XW2熔点为 107 沸点为12 5 说明固态XW2为分子晶体C YW3水溶液蒸干并灼烧可得YW3固体D ZW2分子结构如右图 说明ZW2是极性分子 C 解析 由题干可以推出X Y Z W对应的元素分别为Be Al S Cl 所以很容易得出C项是不正确的 因为AlCl3的溶液蒸干并灼烧后得到的是Al2O3 C 6 氟化氢钾 KHF2 熔点225 晶体结构与NaCl类似 易溶于水 水溶液呈酸性 加热至310 时有氟化氢逸出 用以制造无水氟化氢 熔融电解时可制得单质氟等 下列说法不正确的是 A 氟化氢钾晶体中每个K 紧邻的K 有12个B 氟化氢钾晶体中的阳离子和阴离子的个数比为1 1C 电解时可在阴极析出氟气D 氟化氢钾溶液中 c K c 解析 在A选项中 根据提示氟化氢钾晶体结构与NaCl类似 则每个K 紧邻的K 有12个 在B选项中氟化氢钾中的阳离子为K 阴离子为HF 其个数比为1 1 在C选项中 F 在阳极放电析出氟气 在D选项中 由题意 溶液显酸性 可知HF要电离 故溶液中c K c 7 1 有五列同族元素的物质 在101 3kPa时测得它们的沸点 如下表所示 对应表中内容 回答下列问题 a b c的化学式分别为 第 行物质均有氧化性 其氧化性从左到右 填 增强 或 减弱 第 行物质对应水溶液均是酸 其中 是弱酸 第 横行中各化合物的稳定性顺序为 H2S的沸点比HI Ne Br2 HF 减弱 氢氟酸 或HF H2O H2S H2Se H2Te 低 2 下表为长式周期表的一部分 其中的编号代表对应的元素 元素g与h形成的化合物的晶体类型是 元素d与元素a形成的X分子的空间构型为 请写出与N2互为等电子体的分子 离子的化学式 各写一种 离子晶体 三角锥形 CO 在测定a与f形成化合物的相对分子质量时 实验测得的值一般高于理论值的主要原因是 元素d的最高价氧化物对应的水化物稀溶液与元素g的单质反应时 元素 被还原到最低价 该反应的化学方程式是 将过量的X通入含有元素j的蓝色硫酸盐溶液中 其离子方程式为 HF气态时会形成 HF n分子 或 HF分子间形成氢键 4Mg 10HNO3 4Mg NO3 2 NH4NO3 3H2O Cu2 4NH3 Cu NH3 4 2 解析 1 本题以元素周期律为主要命题点 考查元素周期表 元素周期律的有关知识 由元素周期表可知 a b c的化学式分别为Ne Br2 HF 第 行为卤素单质 均有氧化性 其氧化性从左到右减弱 第 行为卤化氢 其水溶液除氢氟酸为弱酸 其余为强酸 第 行为氧族元素的氢化物 由元素周期律知识可知稳定性顺序为H2O H2S H2Se H2Te H2S的相对分子质量小 H2S的沸点比HI低 2 元素g与h形成的化合物是MgCl2 是典型的离子晶体 元素d与元素a形成的X分子为NH3分子 其空间构形为三角锥形 与N2互为等电子体的分子 离子有CO CN NO 等 元素a与f形成化合物时 容易形成缔合分子即 HF n 实际上就是较强的分子间作用力即氢键作用 据题意 元素d的最高价氧化物对应的水化物稀溶液即为稀HNO3 与Mg作用 根据题意即可写出方程式 要注意质量守恒与得失电子守恒 4Mg 10HNO3 4Mg NO3 2 NH4NO3 3H2O 元素j为29号元素Cu Cu2 通过配位键与NH3结合 形成配位化合物 Cu2 4NH3 Cu NH3 4 2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全