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专题六 物质结构与性质,【高考这样考】 (2015全国卷T37)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13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(gcm-3)_ 。,【解析】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，则A是O，B是Na；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，则C是P；D元素最外层有一个未成对电子，所以D是氯元素。 (1)非金属性越强，电负性越大，四种元素中电负性最大的是O。P的原子序数为15，其电子排布式为1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)。,(2)氧元素有氧气和臭氧两种单质，由于臭氧的相对分子质量较大，范德华力大，所以沸点高；A和B的氢化物为H2O和NaH，晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。 (3)C和D形成的物质为PCl3，其中P含有一对孤电子对，其价层电子对数是4，所以立体构型为三角锥形，中心原子为sp3杂化。,(4)化合物Cl2O的中心原子O含有2对孤电子对，价层电子对数为4，所 以立体构型为V形，Cl2和碳酸钠反应的化学方程式为2Cl2+2Na2CO3+ H2O=Cl2O+2NaHCO3+2NaCl。 (5)根据晶胞结构可知氧原子的个数=8 +6 =4，Na全部在晶 胞中，共计是8个，则F的化学式为Na2O。以顶点氧原子为中心，与氧 原子距离最近的钠原子的个数是8个，即晶胞中A原子的配位数为8。 晶体F的密度= =2.27 gcm-3。,答案：(1)O 1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3) (2)O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 分子晶体 离子晶体 (3)三角锥形 sp3 (4)V形 4 2Cl2+2Na2CO3+H2O=Cl2O+2NaHCO3+2NaCl (5)Na2O 8 =2.27 gcm-3,【考纲要求】 1.原子结构与元素的性质： (1)了解原子核外电子的排布原理及能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子、价电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。 (2)了解元素电离能、电负性的含义，并能用以说明元素的某些性质。 (3)了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。,2.化学键与物质的性质： (1)理解离子键、共价键、金属键的含义和形成，能根据物质的结构特征解释其物理性质。 (2)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。 (3)了解金属晶体常见的堆积方式。 (4)能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的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)了解化学键和分子间作用力的区别。 (2)了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。 (3)了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。 (4)能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 (5)了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。,【考查特点】 以非选择题形式命题，从元素推断、元素周期表内容出发，以重要元素与化合物为载体，在元素和性质推断的基础上进行考查： (1)考查“式子”：原子或离子核外电子、价电子排布式或排布图，以及与此相关的内容如未成对电子数的确定、能级符号的书写等。 (2)考查“性质”：元素第一电离能和电负性的大小比较及应用、分子的极性、氢键对物质性质的影响、晶体的熔沸点高低比较等。,(3)考查“结构”：元素周期表、微粒的空间构型、常见晶体结构的分析等。 (4)考查“类型”：化学键类型，共价键类型，微粒中中心原子杂化类型，晶体类型等的判断。 (5)考查“计算”：有关晶胞的计算，包括晶体化学式、密度或晶胞体积等。,1.复习必记的四种金属核外电子排布式的书写。 Cr：_； Fe：_； Cu：_； Zn：_。,1s22s22p63s23p63d54s1或Ar3d54s1,1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2,1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1,1s22s22p63s23p63d104s2或Ar3d104s2,2.常考元素第一电离能的大小比较。 N_O_C，P_S_Si。 3.常考分子的杂化方式和空间构型。 CH4：_杂化，_； NH3：_杂化，_； H2O：_杂化，_。,sp3,正四面体,sp3,三角锥,sp3,V形,4.熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目：,A.NaCl(含_个Na+，_个Cl-) B.干冰(含_个CO2) C.CaF2(含_个Ca2+，_个F-) D.金刚石(含_个C) E.体心立方(含_个原子) F.面心立方(含_个原子),4,4,4,4,8,8,2,4,5.易错的知识点： (1)A族和A族元素位于_区，AA族和0族元素位于_区， BB族和族元素位于_区，B族和B族元素位于_区。 (2)一般地，原子的第一电离能越小，金属性_。 (3)三键中有_个键和_个键。一般键比键_。 (4)杂化轨道只用于形成_或者用来容纳未参与成键的孤电子对， 未参与杂化的p轨道可用于形成_。,s,p,d,ds,越强,1,2,稳定,键,键,(5)氢键的存在使冰的密度_水的密度，使H2O的沸点_H2S的 沸点。 (6)分子晶体具有熔点_、硬度_、易升华的物理特性。 (7)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。 (8)晶格能_，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越 大。,小于,高于,低,很小,高,高,越大,考点一 原子结构、分子结构与性质 【典例1】(2014新课标全国卷)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族，e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：,(1)b、c、d中第一电离能最大的是_(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为_。 (2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为_；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是_(填化学式，写出两种)。 (3)这些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_；酸根呈三角锥结构的酸是_ _(填化学式)。,(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为_。 (5)这5种元素形成的一种11型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。,该化合物中，阴离子为_，阳离子中存在的化学键类型有_；该化合物加热时首先失去的组分是_，判断理由是_。,【破题关键】 (1)当全充满、半充满或全空时，原子结构稳定，对元素第一电离能 产生影响。 (2)能用价层电子对互斥理论判断微粒的构型和杂化方式。价层电子 对数n= 。 (3)利用均摊法计算晶胞中拥有微粒个数，然后求晶体的化学式，进 而可以求出元素的化合价。 (4)题干图2中要明确H2O、NH3的分子构型和O、N的成键情况。,【解析】a的核外电子总数与其周期数相同，则a为氢；b的价电子层中的未成对电子有3个，则b为氮；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，则c为氧；d与c同主族，d为硫；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，其电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1，为铜元素。,(1)同一周期的元素第一电离能从左往右逐渐增大，但是氮元素的2p 轨道因为是半满的，因此其第一电离能反常得高，同一主族的元素从 上到下第一电离能逐渐减小，因此三者电离能大小为NOS；铜的电 子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，因此其价层电子轨道示意图为 ； (2)根据题意应该是形成氨气，氨气中氮原子为sp3杂化，分子中既有 非极性键又有极性键的二元化合物有H2O2、N2H4、C2H6等；,(3)符合题意的酸是HNO2、HNO3；酸根为三角锥形的酸是H2SO3； (4)晶胞中氧原子有1+8 =2；铜原子的个数为4，因此该晶体为氧化亚铜，其中铜原子为+1价；,(5)这5种元素形成的一种11型离子化合物中，阴离子呈四面体结构，则阴离子为硫酸根，根据阳离子的结构图可以知道该阳离子中含有一个铜离子，四个氨分子，两个水分子，因此该物质的化学式为Cu(NH3)4(H2O)2SO4，阳离子中存在配位键和共价键，该化合物加热时首先失去水，原因是铜离子与水所形成的配位键要比与氨气所形成的配位键弱。,答案：(1)N (2)sp3 H2O2、N2H4(合理即可) (3)HNO2、HNO3 H2SO3 (4)+1 (5) 共价键和配位键 H2O H2O与Cu2+的配位键比NH3与Cu2+的弱,【互动探究】 (1)写出d元素原子的电子排布式和外围电子排布图。 提示：d元素为S，因此电子排布式为1s22s22p63s23p4，外围电子排布 图为 。,(2)图1所示的晶体中c的配位数为几？这几个e构成什么几何构型？ 提示：4，正四面体。 (3)判断第(5)小题中阴离子的中心原子的杂化方式和微粒构型。 提示：阴离子为 ，其中心原子S的价电子对数为 =4，所 以为正四面体形，硫原子采用sp3杂化。,【误区提醒】 1.在写基态原子的电子排布式时，常出现以下错误： (1)3d、4s书写顺序混乱。,(2)违背洪特规则特例。,2.在写基态原子的电子排布图时，常出现以下错误： (1) (违反能量最低原理)。 (2) (违反泡利原理)。 (3) (违反洪特规则)。 (4) (违反洪特规则)。,3.常见分子的空间构型及杂化轨道类型归纳：,4.判断分子或离子中中心原子的杂化轨道类型的一般方法： (1)看中心原子有没有形成双键或三键。如果有1个三键，则其中有2个键，用去了2个p轨道，则为sp杂化；如果有1个双键则其中有1个键，则为sp2杂化；如果全部是单键，则为sp3杂化。 (2)由分子的空间构型结合价层电子对互斥理论判断。没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤电子对占据1个杂化轨道。如NH3为三角锥形，且有一对孤电子对，即4条杂化轨道应呈正四面体形，为sp3杂化。,【题组过关】 1.(2015福建高考)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。 (1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。 (2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是_(填序号)。 a.固态CO2属于分子晶体 b.CH4分子中含有极性共价键，是极性分子 c.因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2 d.CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp,(3)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。 基态Ni原子的电子排布式为_，该元素位于元素周期表中的第_族。 Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有_mol键。,(4)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。,“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。 为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设 想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_。,【解析】(1)元素的非金属性越强，其电负性就越大。在CH4和CO2所 含的H、C、O三种元素中，元素的非金属性由强到弱的顺序是OCH， 所以元素的电负性从小到大的顺序为HCO。 (2)a项，固态CO2是由CO2分子通过分子间作用力结合形成的分子晶 体，正确。b项，在CH4分子中含有CH极性共价键，由于该分子中各 个共价键空间排列对称，是正四面体形的分子，所以该分子是非极性 分子，错误。c项，CH4和CO2都是由分子构成的分子晶体，分子之间,通过分子间作用力结合，分子间作用力越强，物质的熔、沸点就越高，与分子内的化学键的强弱无关，错误。d项，CH4分子中碳原子形成的都是键，碳原子的杂化类型是sp3杂化，而CO2分子中碳原子与两个氧原子分别形成了两个共价键，一个键，一个键，碳原子的杂化类型是sp杂化，正确。故答案选a、d。,(3)28号元素Ni的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2，该元素位于元素周期表的第4周期第族。 Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，在每个配位体中含有一个键，在每个配位体与中心原子之间形成一个键，所以1 mol Ni(CO)4中含有8 mol键。,(4)“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是分子间作用力和氢键，分子间作用力也叫范德华力。根据表格数据可知，笼状空腔的直径是0.586 nm，而CO2分子的直径是0.512 nm，笼状空腔直径大于CO2分子的直径，而且CO2与水分子之间的结合能大于CH4，因此可以实现用CO2置换CH4的设想。,答案：(1)H、C、O (2)a、d (3)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2 8 (4)氢键、范德华力 CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4,2.(2015福州一模)三氟化氮是一种无色、无味、无毒且不可燃的气 体，在半导体加工、太阳能电池和液晶显示器制造中得到广泛应用。 NF3是一种三角锥形分子，键角102，沸点-129；可在铜的催化作 用下由F2和过量NH3反应得到：4NH3+3F2 NF3+3NH4F。 (1)上述化学方程式中的5种物质所含的化学键类型有_(填序 号)。 a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键,(2)与铜属于同一周期，且未成对价电子数最多的元素基态原子价电子排布式为_。 (3)NF3的沸点比NH3的沸点(-33)低得多的主要原因是_。 (4)理论上HF、NaAlO2和NaCl按612的物质的量之比恰好反应生成HCl、H2O和一种微溶于水的重要原料，该物质含有三种元素，在金属铝的冶炼中有重要作用。该物质为配合物，其中心离子是_，配位数为_。,(5)根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJmol-1)，回答下面各题：,在元素周期表中，最可能处于同一族的是_和_。 T元素最可能是_(填“s”“p”“d”“ds”等)区元素。若T为第2周期元素，F是第3周期元素中原子半径最小的元素，则T、F形成化合物的空间构型为_，其中心原子的杂化轨道类型为_。,【解析】(1)NH4F中含有离子键、共价键和配位键，Cu属于金属单质含有金属键。 (2)与铜属于同一周期，则为第4周期，未成对价电子数最多的元素，该元素的3d能级上有5个电子、4s能级上有1个电子时，其未成对电子数最多，所以该元素是24号元素铬元素，根据构造原理知，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1(或Ar3d54s1)，则其价电子排布式为3d54s1。,(3)NH3能形成氢键，NF3只有范德华力，氢键的存在导致物质的熔沸点升高，所以NF3的沸点比NH3的沸点(-33)低得多。 (4)由题意可知该反应的化学方程式应为6HF+NaAlO2+2NaCl=2HCl +2H2O+Na3AlF6，该微溶物为Na3AlF6，中心离子为Al3+，配位数为6。,(5)由元素的电离能可以看出，Q的电离能很大，可能为零族元素；R和U的第一电离能较小，第二电离能剧增，故表现为+1价，最外层电子数为1，二者位于同一族；S的第一、第二电离能较小，第三电离能剧增，故表现为+2价，最外层电子数为2；T的第一、第二、第三电离能较小，第四电离能剧增，表现为+3价，最外层电子数为3。 T的第一、第二、第三电离能较小，第四电离能剧增，表现为+3价，最外层电子数为3，可能为A族元素，其最后填入的电子是p电子，有可能是p区元素；,若T为第2周期元素，则T是硼元素，F是第3周期元素中原子半径最小的元素，则F是氯元素，T、F二者形成的化合物是BCl3，BCl3中硼原子价层电子对数=3+(3-31)=3且不含孤电子对，所以BCl3为平面正三角形，硼原子采用sp2杂化。,答案：(1)a、b、c、d (2)3d54s1 (3)NH3能形成氢键，NF3只有范德华力 (4)Al3+ 6 (5)R U p 平面正三角形 sp2,【加固训练】1.(2014江苏高考)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基，也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。 (1)Cu+基态核外电子排布式为_。 (2)与OH-互为等电子体的一种分子为_(填化学式)。 (3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是_；1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。,(4)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为_。 (5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如下图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。,【解析】(1)Cu为29号元素，核外电子排布式为Ar3d104s1，Cu+为Cu失去4s轨道上的一个电子，则为Ar3d10。 (2)等电子体必须具备原子数相等，价电子数相等，O得一个电子，即为F，所以OH-与HF互为等电子体。 (3)醛基中的C为碳氧双键，属于sp2杂化，CH3CHO中单键均为键， CO中有一个为键，共有6 mol。 (4)醛基在碱性条件下，可被Cu(OH)2氧化生成Cu2O沉淀。 (5)Cu为面心立方晶胞，配位数为12。,答案：(1)Ar3d10或1s22s22p63s23p63d10 (2)HF (3)sp2 6NA或66.021023个 (4)2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O (5)12,2.(2015玉林二模)GTNNi(CHZ)3(ClO4)2是一种新型的起爆药。 (1)基态镍原子有_个未成对电子，二价镍离子核外电子排布 式为_。 (2) 的空间构型是_(用文字描述)；与 互为等电子体的一种分子为_(填化学式)；HClO4酸性比HClO2 强，其原因是_。,(3)化学式中CHZ为碳酰肼，化学式为CO(N2H3)2，碳酰肼中碳原子的 杂化轨道类型为_；1 mol CO(N2H3)2分子中含有键数目为 _。,(4)高氯酸三碳酰肼合镍可由NiO、高氯酸及碳酰肼化合而成，NiO的晶 胞结构如图所示，晶胞中含有的Ni2+数目为x，Ni2+的配位数为y，NiO 晶胞中棱长a=0.208 nm，每个镍离子距离最近的镍离子数目为z。 xyz=_。 NiO晶体的密度为_gcm-3(不必计算出结果)。,【解析】(1)镍原子核外有28个电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，3d能级有两个未成对的电子，Ni失去4s能级 2个电子形成Ni2+，Ni2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8。 (2) 中氯原子价层电子对数为4+ =4，没有孤电子对， 故其空间构型是正四面体；原子总数相同、价电子总数相同的微 粒互为等电子体，与 互为等电子体的一种分子为CCl4；HClO4有 3个非羟基氧，而HClO2有1个非羟基氧，非羟基氧越多，酸性越强， HClO4酸性比HClO2强。,(3)CO(N2H3)2中C与O之间形成双键，与N之间形成CN单键，没有孤 电子对，杂化轨道数目为3，C采取sp2杂化，N2H3中氮原子之间形 成NN单键，N与H之间形成NH单键，分子中含有11个键，故 1 mol CO(N2H3)2分子中含有键数目为11NA。 (4)Ni2+位于晶胞顶点及面心，晶胞中Ni2+数目x=8 +6 =4，以 顶点Ni2+研究，与之最近的O2-位于棱中间且关于Ni2+对称，故Ni2+的配 位数y=6，与之最近的Ni2+位于面心，每个顶点为12个面共用，与之 距离最近的镍离子数目z=12，故xyz=4612=236。,晶胞中O2-数目为1+12 =4，故晶胞质量为4 ，晶胞 体积为(2.0810-8cm)3，故晶胞密度为4 (2.0810-8cm)3 = gcm-3。,答案：(1)2 1s22s22p63s23p63d8 (2)正四面体 CCl4 HClO4有3个非羟基氧，而HClO2有1个非羟基氧 (3)sp2 11NA (4)236 ,考点二 晶体结构与性质 【典例2】(2014新课标全国卷)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题： (1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。 (2)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_。,(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O，乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_；1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。,(4)铝单质为面心立方晶体，其晶胞参数a=0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示铝单质的密度_gcm-3 (不必计算出结果)。,【破题关键】 (1)会写铁原子的核外电子排布式，明确洪特规则的内容。 (2)乙醛分子中含有两种碳原子。 (3)乙酸分子之间能形成氢键，而乙醛分子之间不能形成氢键。 (4)利用均摊法计算晶胞中微粒的个数。 (5)取1 mol晶体计算出该晶体一个晶胞的质量，再计算出一个晶胞的体积，然后根据公式计算晶体的密度。,【解析】(1)区别晶体、准晶体与非晶体最可靠的方法是X-射线衍射。 (2)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1s22s22p63s23p63d5，三价铁离子遇硫氰酸根离子变成红色。,(3)乙醛中甲基上的碳为sp3杂化，醛基上的碳原子为sp2杂化；乙醛分子中有5个单键、一个双键，其中五个单键全是键，双键中一个是键，一个是键；乙酸分子间存在分子间氢键，因此沸点较高；氧化亚铜晶胞中含有氧原子个数为4+81/8+61/2=8，根据氧化亚铜的化学式可知，晶胞中铜原子和氧原子的个数之比为21，所以晶胞中铜原子个数为16个。,(4)在晶体中，与铝原子距离相等且最近的铝原子共有34=12个，所 以在晶胞中铝原子的配位数为12，一个晶胞中含有铝原子的个数是 81/8+61/2=4，晶体的密度为,答案：(1)X-射线衍射 (2)4 1s22s22p63s23p63d5 红色 (3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16 (4)12,【思维建模】解答有关晶胞计算的流程,【题组过关】 1.(2014福建高考)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。,(1)基态硼原子的电子排布式为_。 (2)关于这两种晶体的说法，正确的是_ (填序号)。 a.立方相氮化硼含有键和键，所以硬度大 b.六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软 c.两种晶体中的BN键均为共价键 d.两种晶体均为分子晶体,(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_，其结构与石墨相似却不导电，原因是_ _。 (4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为_ _。该晶体的天然矿物在青藏高原下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是_。,(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_mol配位键。,【解析】(1)硼元素位于元素周期表第2周期第A族，故基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。 (2)根据立方相氮化硼只含有键，a错误；六方相氮化硼层间存在分子间作用力，该作用力小(同石墨)，所以质地软，b正确；两种晶体中的BN键均为共价键，c正确；从题图看出立方相氮化硼属于原子晶体，d错误。,(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻3个氮原子形成3个键，无孤电子对，其构成的空间构型为平面三角形；其结构与石墨相似，但六方相氮化硼晶体的层状结构中没有自动移动的电子，故不导电。,(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子与相邻4个氮原子形成4个键(其中 有1个配位键)，故硼原子的杂化轨道类型为sp3；根据立方相氮化硼 晶体的天然矿物在青藏高原下约300 km的古地壳中被发现，可推断实 验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件是“高温、高 压”。 (5)NH4BF4(氟硼酸铵)含有 、 ，1个 中含有1个配位 键，1个 中也含有1个配位键，故1 mol NH4BF4含有2 mol配位 键。,答案：(1)1s22s22p1 (2)b、c (3)平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 (4)sp3 高温、高压 (5)2,2.(2015济宁二模)决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题。 (1)下图是石墨的结构，其晶体中存在的作用力有_(填序号)。,A.键 B.键 C.氢键 D.配位键 E.分子间作用力 F.金属键 G.离子键 (2)下面关于晶体的说法不正确的是_。 A.晶体熔点由低到高：CF4碳化硅晶体硅 C.熔点由高到低：NaMgAl D.晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaI,(3)CaF2结构如图所示，Cu形成晶体的结构如图所示，图为H3BO3晶体结构图(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)。,图所示的晶体中与Ca2+最近且等距离的Ca2+数为_。 图中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为_ _。 H3BO3晶体中硼原子杂化方式为_。,三种晶体中熔点高低的顺序为_(填化学式)。 (4)碳的某种单质的晶胞如图所示，一个晶胞中有_个碳原子；若该晶体的密度为gcm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个碳原子之间的距离为_cm(用代数式表示)。,【解析】(1)石墨为层状结构，杂化类型为sp2，每一片层内部碳原子以键结合，每个碳原子还有一个未杂化的p轨道，肩并肩重叠，形成大键，片层之间以分子间作用力结合。,(2)分子晶体的相对分子质量越大，熔沸点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4碳化硅晶体硅，故B正确；金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为AlMgNa，故C错误；离子半径越小、离子键越强，则晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径逐渐增大，则晶格能由大到小为NaFNaClNaBrNaI，故D正确；,(3)图在每个晶胞中与Ca2+最近且等距离的Ca2+数为3个，通过每个Ca2+可形成8个晶胞，每个Ca2+计算2次，所以与Ca2+最近且等距离的Ca2+数为(83)2=12个；由图可看出在每个铜原子周围有12个铜原子，铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为12。 H3BO3晶体结构为层状结构，则硼原子杂化方式为sp2。 CaF2属于离子晶体，Cu属于金属晶体，H3BO3属于分子晶体，则熔点由高到低为CaF2CuH3BO3。,(4)碳原子位于图晶胞顶点、面心和体内，数目为 晶胞中含有8个碳原子；晶胞摩尔质量为812 gmol-1=96 gmol-1， 则晶胞的摩尔体积为 cm3mol-1，一个晶胞的体积为 cm3， 则晶胞边长为 cm，晶体中最近的两个碳原子之间的距离为 晶胞体对角线的 ，则晶体中最近的两个碳原子之间的距离为 cm。,答案：(1)A、B、E (2)C (3)12 12 sp2 CaF2CuH3BO3 (4)8 ,【加固训练】1.(2015保定一模)X、Y、Z、R、M、Q为前四周期元素，且原子序数依次增大，YZ2是红棕色气体；X与Y元素可形成YX3；R+与Z2-具有相同的核外电子排布；M-的M层电子数是K层电子数的4倍；Q2+的3d轨道中有9个电子。 请回答下列问题： (1)Q+基态的核外电子排布式是_； 的空间立体构型是_； X2Z中Z原子的杂化类型为_。,(2)下列判断错误的是_。 A.沸点：YH3PH3AsH3 B.熔点：Si3Y4RMSiF4 C.熔点：Q2ZQ2S D.第一电离能：YZ (3)Q晶胞结构如图所示，Q晶体中每个Q原子周围距离最近的Q原子数目为_。,(4)将Q单质的粉末加入YX3的浓溶液中，通入Z2，充分反应后溶液呈深蓝色，该反应的离子方程式为_。 (5)QM(s)与Z2反应生成QM2(s)和一种黑色固体，在25、101 kPa下，已知该反应每消耗1 mol QM(s)，放出44.4 kJ的热量，该反应的热化学方程式是_。,【解析】根据题目信息可知Y为氮，Z为氧，X为氢，R为钠，M为氯，Q为铜。(1)Q+基态的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d10或(Ar3d10)；Y 中氮原子为sp3杂化，该离子的空间构型为V形，X2Z中氧原子的价层电子对数为4，氧原子采用sp3杂化。 (2)同一主族元素的氢化物的沸点随原子序数的增大而升高，但是氨气分子间形成氢键，沸点比PH3的高，但AsH3的沸点比PH3的高，A项错误。,(3)铜晶胞中每个顶点处的铜原子距离最近且相等的铜原子有38 1/2=12。 (4)将铜单质加入NH3的浓溶液中，通入氧气，得到深蓝色溶液，说明生成铜离子的配合物，从而可写出离子方程式为2Cu+8NH3H2O+O2 =2Cu(NH3)42+4OH-+6H2O。,(5)根据题述信息，可知氯化亚铜和氧气反应生成氯化铜和黑色的氧化铜，根据原子守恒和参与反应的物质的量与反应热的关系，可知该反应的热化学方程式为4CuCl(s)+O2(g)=2CuCl2(s)+2CuO(s) H=-177.6 kJmol-1。,答案：(1)1s22s22p63s23p63d10或(Ar3d10) V形 sp3杂化 (2)A (3)12 (4)2Cu+8NH3H2O+O2 =2Cu(NH3)42+4OH-+6H2O (5)4CuCl(s)+O2(g)=2CuCl2(s)+2CuO(s) H=-177.6 kJmol-1,2.(2015铜川三模)已知A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，C、D同主族。E、F都是第4周期元素，E原子核外有4个未成对电子，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满。根据以上信息填空： (1)基态D原子中，电子占据的最高能层符号是_，该能层具有的原子轨道数为_。,(2)E2+的价层电子排布图是_，F原子的核外电子排布式是_。 (3)A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为_，B元素的气态氢化物的分子模型为_。 (4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB-互为等电子体，它们结构相似，DAB-的电子式为_。,(5)配合物甲的焰色反应呈紫色，其内界由中心离子E3+与配位体AB-构成，配位数为6，甲的水溶液可以用于实验室中E2+的定性检验，检验E2+的离子方程式为_。,(6)某种化合物由D、E、F三种元素组成，其晶胞如图所示，则其化学式为_，该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度：d=_gcm-3。,【解析】A、B、C、D四种短周期元素，它们的核电荷数依次增大，A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，则A原子核外电子排布式为1s22s22p2，C原子核外电子排布式为1s22s22p4，故A为碳元素、C为氧元素；B原子序数介于C、O之间，则B为氮元素；C、D同主族，则D为硫元素；E、F都是第4周期元素，E原子核外有4个未成对电子，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则E为Fe；F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满，F原子核外电子数=2+8+18+1=29，则F为铜元素。,(1)基态硫原子中电子占据的最高能层为第3能层，符号为M，该能层 有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道，共有9个原子轨道。 (2)Fe2+的价层电子排布式为3d6，其价层电子排布图是 ，F 为铜元素，原子核外有29个电子，原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1。 (3)碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H2CO3，分子结构式为 ，中心碳原子成3个键、没有孤电子对，碳原子采取sp2杂 化方式；B的气态氢化物为NH3，为三角锥形结构。,(4)化合物CO2、N2O和阴离子SCN-互为等电子体，它们结构相似，SCN- 中碳原子与硫、氮原子之间分别形成2对共用电子对，SCN-的电子式 为 。 (5)配合物甲的焰色反应呈紫色，含有钾元素，其内界由中心离子 Fe3+与配位体CN-构成，配位数为6，甲为K3Fe(CN)6，甲的水溶液可 以用于实验室中Fe2+的定性检验，检验Fe2+的离子方程式为3Fe2+ 2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62。,(6)晶胞中D(S)原子位于晶胞内部，原子数目为8个，E(Fe)原子6个 位于面上、4个位于棱上，E(Fe)原子数目=6 +4 =4，F(Cu)原 子4个位于面上、1个位于内部、8个位于顶点上，原子数目=4 +1 +8 =4，晶体中铜、铁、硫原子数目之比=448=112， 故该晶体化学式为CuFeS2；晶胞质量= 4，晶 胞体积=(52410-10cm)2(1 03010-10)cm，该晶体的密度d= 4(52410-10cm)2(1 03010-10)cm =4.32 gcm-3。,答案：(1)M 9 (2) 1s22s22p63s23p63d104s1 (3)sp2 三角锥形 (4) (5)3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62 (6)CuFeS2 4.32,考点三 物质结构与性质的综合考查 【典例3】(2015全国卷)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，该化合物的熔点为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所示：,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。 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。,【破题关键】 (1)电子云是电子运动状态的形象化描述。 (2)根据泡利原理同一轨道内的两个电子的自旋方向是相反的。 (3)第A族元素的原子最外层只有4个电子，既不易得电子也不易失电子。 (4)CO2和CS2互为等电子体，等电子体具有相同的结构。 (5)利用价层电子对互斥理论判断中心原子的杂化方式。,(6)一般情况下分子晶体的熔、沸点较低。 (7)在石墨烯中每个碳原子形成3个共价键，一个共价键被2个六元环共用。 (8)在金刚石晶体中每个碳原子与周围碳原子形成4个共价键，可组合成6个角，每个角延伸为2个六元环。,【解析】(1)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。 (2)在原子结构中，最外层电子小于4个的原子易失去电子，而碳原子的最外层是4个电子，且碳原子的半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构，所以通过共用电子对的方式，即形成共价键来达到稳定结构。,(3)CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个键和1个键，分子空间构型为直线形，则含有的共价键类型为键和键；C原子的最外层形成2个键，无孤电子对，所以为sp杂化；O与S同主族，所以与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子为CO2；与二氧化碳互为等电子体的离子有SCN-，所以SCN-的空间构型和键合方式与CS2相同。 (4)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，熔沸点较低，所以为分子晶体。,(5)根据均摊法来计算。石墨烯晶体中，每个碳原子被3个六元环共有，每个六元环占有的碳原子数是61/3=2； 每个碳原子形成4个共价键，每2个共价键即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个碳原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个碳原子可形成一个平面，而每个碳原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个碳原子共面。,答案：(1)电子云 2 (2)C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构 (3)键和键 sp CO2、SCN-(或COS等) (4)分子 (5)3 2 12 4,【方法归纳】晶体熔、沸点高低的比较方法 (1)不同类型晶体熔、沸点的比较。 不同类型晶体：一般规律，原子晶体离子晶体分子晶体。 金属晶体的差别很大，如钨、铂等很高，汞、铯等很低。,(2)同种晶体类型熔、沸点的比较。 原子晶体。 离子晶体。 a.一般地说，离子的电荷数越多，离子半径越小，则其熔、沸点就越高。 b.晶格能越大，离子晶体越稳定，熔点越高。,分子晶体。 a.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高，如H2OH2TeH2SeH2S。 b.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。 c.组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，CH3OHCH3CH3。,金属晶体。 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。,【题组过关】 1.(2014山东高考)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。,(1)图甲中，1号C与相邻C形成键的个数为_。 (2)图乙中，1号C的杂化方式是_，该C与相邻C形成的键角_(填“”“”或“=”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有_(填元素符号)。 (4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为_，该材料的化学式为_。,【解析】(1)根据图甲可知，1号C与相邻C形成键的个数为3； (2)图乙1号C形成了4个键，是sp3杂化方式；图乙中1号C与相邻C形 成的键角为10928，图甲中1号C与相邻C形成的键角为120； (3)氧化石墨烯中氧原子与H2O中的氢原子，及氧化石墨烯中的氢原子 与H2O中的氧原子都可以形成氢键； (4)根据均摊法，晶胞含M原子的个数为12 +9=12，C60位于顶点和 面心，故晶胞含C60的个数为8 +6 =4，故化学式为M3C60。,答案：(1)3 (2)sp3 (3)O、H (4)12 M3C60,2.(2015东北三省三校联考)A、B、C、D、E五种元素是元素周期表中前四周期的元素。只有A、B、C为金属且同周期，原子序数ABC。A、C核外均没有未成对电子；B原子核外有2个未成对电子和3个空轨道。D原子最外层电子数是其周期序数的三倍。E能与D形成化合物ED2，可用于自来水的消毒。 (1)C的基态原子的价电子排布式为_； D和E的电负性大小关系为_。(用元素符号表示),(2)化合物E2D分子的空间构型为_，中心原子采用_杂化。E与D还可形成三角锥结构的阴离子，该离子的化学式为_ _，写出任意一种它的等电子体的化学式_。 (3)B与E能形成一种化合物BE4，其熔点：-25，沸点：136.4。则该化合物属于_晶体，晶体内含有的作用力类型有_。,(4)A、B、D三种元素形成的某晶体的晶胞结构如图，则晶体的化学式为_。若最近的B与D的原子距离为acm，该物质的摩尔质量为Mgmol-1，阿伏加德罗常数的数值为NA，则该晶体的密度为_ _gcm-3。,【解析】B原子核外有2个未成对电子和3个空轨道，B的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，故B是Ti，则A、B、C是第4周期元素；A、C核外均没有未成对电子，又原子序数ABC，所以A的电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，则A是Ca，C的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，则C是Zn；D原子的最外层电子数是其周期序数的三倍，则D是O；E能与O形成化合物EO2，可用于自来水消毒，则E是Cl。,(1)由以上分析可知C的价电子排布式为3d104s2，O的电负性大于Cl的 电负性。 (2)化合物Cl2O中价层电子对数为4，所以中心原子采用sp3杂化，有2 对孤电子对，故空间构型为V形。Cl与O形成的三角锥结构的阴离子应 该有一对孤电子对，所以该阴离子是 ，其等电子体有 等。 (3)根据TiCl4的熔、沸点可知该化合物属于分子晶体，晶体中的作用 力有分子间作用力和共价键。,(4)根据均摊法可知含有Ti：8 =1、Ca：1、O：6 =3，所以化 学式为CaTiO3；Ti与最近氧原子的距离是acm，则面上的对角线为 2acm，设立方体的边长为r，(2a)2=2r2，r= acm，所以立方体的体 积为( a)3cm3，故该晶体的密度为,答案：(1)3d104s2 OCl (2)V形 sp3 (其他合理答案均可) (3)分子 分子间作用力(范德华力)和共价键 (4)CaTiO3,【加固训练】1.(2014四川高考)X、Y、Z、R为前四周期元素，且 原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态 原子的M层与K层电子数相等
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