09 科技知识在物质结构与性质试题中的应用-《中学生数理化》高考理化2024年10月刊

科技知识在物质结构与性质试题中的应用 ■湖南省新田县第一中学 朱红文 周文龙 化学与科学技术息息相关,美国诺贝尔 奖获得者西博格博士曾经说过“化学是人类 进步的关键”,化学是研究物质的,而物质又 与我们的衣、食、住、行等密切相关,化学科技 进步了,人民生活更幸福。从今年各个省市 的大学招生中也充分体现了考生选择化学的 重要性,选择化学将有更多更好的专业可填。 近年来,高考化学试题更加注重能力的考查, 将科技知识引入到试题情境中,这种试题看 起来 “高、大、上”,因为陌生度高,多数考生 或多或少有点害怕这种试题,其实这类试题 “起点高,落点低”,都可以用我们学过的高中 化学知识解答。 例 1 Li2CN2 是一种高活性的人工固 氮产物,其合成反应为2LiH+C+N2 高温 􀪅􀪅 Li2CN2+H2,晶胞如图1所示,下列说法错 误的是( )。 图1 A.合成反应中,还原剂是LiH和C B.晶胞中含有的Li+个数为4 C.每个CN2-2 周围与它最近且距离相等 的Li+有8个 D.CN2-2 为V形结构 解析:由反应前后各元素的化合价变化 可知A项正确。由晶胞的结构可知含CN2-2 个数为8× 1 8+1=2 ,则含Li+个数为4,B项 正确。体心的CN2-2 与周围8个Li+ 构成一 个长方体,周围8个Li+ 均与CN2-2 配合,C 项正确。不难看出CN2-2 与我们非常熟悉的 CO2 是等电子体(都是22e-),二氧化碳分子 中碳原子为sp杂化,是直线形分子,根据等 电子体的性质,CN2-2 也应是直线形结构,D 项错误。 答案:D 例 2 黄金按质量分数分级,纯金为 24K。Au-Cu合金的三种晶胞结构如图2所 示,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的 是( )。 图2 A.Ⅰ为18K金 B.Ⅱ中Au的配位数是12 C.Ⅲ中最小核间距Au—Cu<Au—Au D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au与Cu原子个数比依 次为1∶1、1∶3、3∶1 解析:由24K金的质量分数为100%,则 18K金的质量分数为 18 24×100%=75% ,Ⅰ中 Au和Cu原子个数比值为1∶1,则Au的质 量分数为 197 197+64×100%≈75% ,A项正确。 Ⅱ中Au处于立方体的顶点,Au的配位数指 距离最近的Cu的个数,Cu处于面心处,类似 于二氧化碳晶胞结构,二氧化碳分子周围距 离最近的二氧化碳有12个,则Au的配位数 为12,B 项 正 确。设Ⅲ的 晶 胞 参 数 为 a, Au—Cu的最小核间距为 2 2a ,Au—Au的最 小 核 间 距 也 为 2 2 a ,最 小 核 间 距 Au—Cu=Au—Au,C项错误。Ⅰ中,Au处 于内部,Cu处于晶胞的8个顶点,其原子个 数比为1∶1;Ⅱ中,Au处于立方体的八个顶 点,Cu 处于面心,其原子个数比为8× 1 8∶6 53 解题篇 高考命题新动向 高考理化 2024年10月 × 1 2=1∶3 ;Ⅲ中,Au处于立方体的面心, Cu处于顶点,其原子个数比为6× 1 2∶8× 1 8 =3∶1,D项正确。 答案:C 例 3 O2 在超高压下转化为平行六面 体的 O8 分子(如图3)。下列说法错误的 是( )。 图3 A.O2 和O8 互为同素异形体 B.O8 中存在不同的氧氧键 C.O2 转化为O8 是熵减反应 D. 常压低温下O8 能稳定存在 解析:O2 和O8 是O元素形成的不同单 质,两者互为同素异形体,A项正确。O8 分 子为平行六面体,由其结构知,O8 中存在两 种氧氧键:上下底面中的氧氧键、上下底面间 的氧氧键,B项正确。O2 转化为 O8 可表示 为4O2 超高压 􀪅􀪅􀪅􀪅O8,气体分子数减少,故O2 转 化为O8 是熵减反应,C项正确。O2 在超高 压下转化成O8,则在常压低温下 O8 会转化 成O2,不能稳定存在,D项错误。 答案:D 例 4 金属铋及其化合物广泛应用于 电子设备、医药等领域。如图4是铋的一种 氟化物的立方晶胞及晶胞中 MNPQ点的截 面图,晶胞的边长为a pm,NA 为阿伏加德罗 常数的值。下列说法错误的是( )。 图4 A.该铋氟化物的化学式为BiF3 B.粒子S、T之间的距离为 11 4 a pm C.该晶体的密度为 1 064 NA×a3×10-30 g·cm-3 D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离 子有6个 解析:根据题给晶胞结构,由均摊法可 知,每 个 晶 胞 中 含 有 1+12× 1 4=4 个 Bi3+,含有8+8× 1 8+6× 1 2=12 个F-,故 该铋氟 化 物 的 化 学 式 为 BiF3,A 项 正 确。 将晶 胞 均 分 为8个 小 立 方 体,由 晶 胞 中 MNPQ点的截面图可知,晶胞体内的8个 F-位于8个小立方体的体心,以 M 为原点 建立坐标系,令 N 的原子分数坐标为(0, 0,1),与 Q、M 均在同一条棱上的F- 的原 子分数坐标为(1,0,0),则 T的原子分数 坐标 为 1, 1 2 ,1 2 , S的 原 子 分 数 坐 标 为 1 4 ,1 4 ,3 4 ,所以粒子S、T之间的距离为 1- 1 4 2 + 12- 1 4 2 + 12- 3 4 2 ×a pm = 11 4 a pm,B项正确。由 A项分析可知, 每个晶胞中有4个Bi3+,12个F-,晶胞体积 为(a pm)3=a3×10-30cm3,则晶体密度为 ρ= m V = 4×(209+19×3) NA×a3×10-30 g · cm-3 = 1 064 NA×a3×10-30 g·cm-3,C项正确。以晶胞 体心处铋离子为分析对象,距离其最近且等 距的氟离子位于晶胞体内,将晶胞均分为8 个小立方体后,F- 位于每个小立方体的体 心,即有8个F-,D项错误。 答案:D 从以上几个例子可以看出,物质结构与 性质类题目的考查知识点主要有:晶胞结构 化学式的计算、晶胞密度计算、配位数、分数 坐标、杂化类型等。这些内容属于高中化学 中较难学的部分,在高考试题中属于较难题 目,只要我们平时注意解题思路和方法也是 可以突破的,也容易得分。 (责任编辑 谢启刚) 63 解题篇 高考命题新动向 高考理化 2024年10月