内容正文:
2025届高三二轮专题复习 物质结构与性质
考情概述
1.考点:元素周期律、元素和化合物的特性、价层电子排布式(或轨道表示式)、电离能、电负性、杂化轨道、配位键、氢键、共价键类型、分子极性、晶体类型与性质、晶胞结构及其相关计算。
2.素材:常以最新的科技成果、新型材料(物质)或最新科技发现为情境。
3.预测:以选择题或填空题的形式呈现,随着新高考对考生深度思维和创新能力考查的提升,新情境、新信息下的命题背景会加强,试题的陌生度和新颖度会提升。
一、 元素推断
1.陈述型元素推断题的解题思路
2.结构型元素推断的技巧
结合离子键和共价键成键规律判断原子价层电子数,并结合题干信息确定元素。
3.常见结构中的共价键数目
(1)卤素原子或氢原子能形成一个共价键。
(2)、能形成两个共价键。
(3)、一般能形成三个共价键,也可能形成三个共价键、一个配位键,还能形成五个共价键。
(4)、能形成四个共价键,也可以形成双键或三键。
(5)能形成三个共价键,也可以形成三个共价键、一个配位键。
【高考真题再研】
例1 [2024·湖北卷·9,3分]主族元素、、、原子序数依次增大,、的价电子数相等,的价电子所在能层有16个轨道,4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是( )
A. 电负性:
B. 酸性:
C. 基态原子的未成对电子数:
D. 氧化物溶于水所得溶液的
例2 [2024· 新课标卷·11,6分]我国科学家最近研究的一种无机盐纳米药物,具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。、、、的原子序数依次增加,且、、属于不同族的短周期元素。的外层电子数是其内层电子数的2倍,和的第一电离能都比左右相邻元素的高。的层未成对电子数为4。下列叙述错误的是( )
A. 、、、四种元素的单质中,的熔点最高
B. 在的简单氢化物中,原子轨道杂化类型为
C. 的氢氧化物难溶于溶液,可溶于溶液
D. 中,提供电子对与形成配位键
【模拟演练】
1.[2024·广东卷·12,4分]一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图。已知、、、、为原子序数依次增大的短周期主族元素,和同族,则( )
A. 沸点:
B. 最高价氧化物的水化物的酸性:
C. 第一电离能:
D. 和空间结构均为平面三角形
2.[2024·河北邢台二模]已知、、、为短周期主族元素。常温下,它们的原子半径、原子序数、最高价氧化物对应水化物的溶液(浓度均为)的之间的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A. 的氢化物的沸点可能高于水的沸点
B. 晶胞中的配位数为6,周围等距且最近的有12个
C. 与形成的化合物中,的化合价可能为价
D. 分子中4个原子可能共直线
3.[2024·山西运城二模]短周期主族元素、、、、的原子序数依次增大,锂离子电池中一种溶剂的结构如图所示。、、位于同周期,基态原子的价层电子排布式为。下列说法错误的是( )
A. 简单氢化物的热稳定性:
B. 电负性:
C. 的空间结构为正四面体形
D. 、分子中原子的杂化方式相同
4.、、和为原子序数依次增大的短周期主族元素,、同主族且能形成离子化合物,、同主族且原子序数之和为24。四种元素组成的一种化合物具有下列性质:白色沉淀 溶液褪色并产生气泡。下列说法正确的是( )
A. 原子半径:
B. 简单氢化物的稳定性:
C. 与、、均能形成具有漂白性的物质
D. 、形成的离子化合物中阴、阳离子核外电子排布相同
二、 电离能与电负性
1.电离能的应用
2.电负性的应用
【高考真题演练】
例1 [2024·甘肃卷·13,3分]下列说法错误的是 ( )
A. 原子半径: B. 第一电离能:
C. 在水中的溶解度:苯 苯酚 D. 苯和苯酚中C的杂化方式相同
例2 [2024·全国甲卷·35选编]一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷,其中电负性最大的元素是______。
【模拟演练】
1.元素周期表是判断元素性质的重要依据。下列有关电离能和电负性的比较正确的是( )
A. 电负性: B. 第一电离能:、
C. 第一电离能: D. 电负性:、
2.[2024·广东梅州二模]由原子序数依次增大的短周期主族元素、、、构成的离子化合物结构如图所示,、相邻且与、均不同周期。下列说法不正确的是( )
A. 电负性:
B. 的模型为四面体形
C. 和的简单氢化物都是由极性键构成的极性分子
D. 第一电离能:
3.[2024·安徽池州二模]短周期主族元素、、、、原子序数依次增大,其中是元素周期表中电负性最大的元素,由这五种元素组成的某药物结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 电负性:
B. 第一电离能:
C. 该分子中所有原子都满足8电子稳定结构
D. 基态原子核外电子轨道表示式为
4.[2024·湖南岳阳一模]化合物可作肥料,其中、、、、为原子序数依次增大的短周期元素,且在每个短周期均有分布,仅有和同族。的基态原子价层轨道半充满,的基态原子价层电子排布式为,在地壳中含量最多。下列说法不正确的是( )
A. 电负性:
B. 最简单氢化物的沸点:
C. 第一电离能:
D. 和的空间结构均为三角锥形
三、 晶体熔、沸点的比较
晶体熔、沸点比较模型
(1)不同晶体类型的熔、沸点高低规律
一般为共价晶体 离子晶体 分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨),有的很低(如钠)。
(2)同属于共价晶体
一般组成晶体的原子半径越小,熔、沸点越高。如熔点:金刚石 碳化硅 晶体硅。
(3)同属于离子晶体
离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点越高。如熔点:。
(4)同属于金属晶体
金属阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,金属键越强,熔、沸点越高。如熔点:。
(5)同属于分子晶体
分子间作用力越强,熔、沸点越高。
①组成和结构相似的分子晶体,一般相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。如熔点:。
②相对分子质量相同或相近的物质,分子的极性越大,熔、沸点越高。如沸点:。
③同分异构体之间
.一般是支链越多,沸点越低。如沸点:正戊烷 异戊烷 新戊烷。
.结构越对称,熔、沸点越低。如沸点:邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯。
④若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大,熔、沸点较高,如沸点:。
⑤状态不同的物质在相同条件下,熔、沸点:固体 液体 气体。例如:。
【高考真题再研】
例1 [2024·全国甲卷·35选编]早在青铜器时代,人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如下表,结合变化规律说明原因____________________________________。
物质
熔点/
442
29
143
例2 [2023·全国乙卷·35选编]中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物。
已知一些物质的熔点数据如下表:
物质
熔点/
800.7
与均为第三周期元素,熔点明显高于,原因是___________。分析同族元素的氯化物、、熔点变化趋势及其原因:_______。
【模拟演练】
1.[2024·山东潍坊一模]在气态或非极性溶剂中均可通过氯桥键二聚成,熔融和可形成。下列说法正确的是( )
A. 为极性分子
B. 中铝原子的杂化方式为
C. 的熔点高于的熔点
D. 中含有单键
2.[2024·广东广州二模]是一种分析试剂,所含的5种元素在前四周期均有分布,基态的轨道半充满,基态原子的价层电子排布式为,和位于同一主族,原子比原子少一个电子。下列说法正确的是( )
A. 第一电离能:
B. 单质的沸点:
C. 的单质能与发生置换反应
D. 和的模型名称相同
3.[2024·贵州贵阳二模]、、、、是原子序数依次增大的短周期元素,其最高正化合价与原子半径如图所示,硫黄易溶于,、原子序数之和等于的原子序数。
下列说法正确的是( )
A. 简单氢化物的沸点:
B. 最高价含氧酸的酸性:
C. 位于元素周期表第二周期第ⅢA族
D. 和形成的18电子的微粒只有1种
4.[2024·湖南郴州一模]探测发现火星上存在大量含氧橄榄石矿物。已知前四周期元素、、、、的原子序数依次增大,的氢化物常用于雕刻玻璃,元素的一种氧化物可制作光导纤维,的合金材料是生活中用途最广泛的金属材料,基态原子核外、能级上电子总数相等。下列叙述正确的是( )
A. 原子半径:
B. 的第一电离能比同周期相邻元素小
C. 的简单氢化物的热稳定性强于的简单氢化物
D. 熔点:
四、 杂化与空间结构
1.键参数对分子性质的影响
2.中心原子上的价层电子对数、杂化类型与粒子的空间结构
中心原子上的价层电子对数
2
3
4
杂化类型
模型名称
直线形
平面三角形
四面体形
粒子组成形式与空间结构名称
直线形
形
平面三角形
形
三角锥形
正四面体形
规律
当中心原子上无孤电子对时,空间结构与模型一致;当中心原子上有孤电子对时,空间结构为去掉孤电子对后剩余部分的结构
高考 经典再研
例1 [2024·山东卷·16选编](如图)是晶型转变的诱导剂。的空间构型为__________;中咪唑环存在大 键,则原子采取的轨道杂化方式为__________。
例2 [2023·全国乙卷·35选编]的空间结构为__________,其中的轨道杂化形式为__________。
【模拟演练】
1.[2024·安徽池州二模]利用离子液体可电沉积还原金属,其中的结构如图所示。下列有关说法错误的是( )
A. 该离子液体能导电
B. 的空间结构为正四面体形
C. 该物质中碳原子的杂化方式为
D. 电解沉积金属时,金属在阴极析出
2.[2024·吉林通化二模]烟气中的二氧化硫可用于处理含铬废水,其反应的化学方程式为。下列化学用语正确的是( )
A. 基态铬原子的价层电子排布式:
B. 的模型:
C. 中子数为21的核素的符号:
D. 用轨道表示式表示中氧原子的杂化:
3.[2024·河北唐山一模]下列说法错误的是( )
A. 和的价层电子对互斥模型相同
B. 和的中心原子杂化方式相同
C. 和的化学键类型不都相同,可用溴水除去中混有的
D. 水和苯分子极性不同,可用分液法分离
4.[2024·山东省实验中学一模]观察下列模型并结合信息,判断有关说法错误的是( )
结构或分子
晶体硼结构单元(有12个B原子)
结构模型示意图
结构或分子
分子
结构模型示意图
A. 晶体硼的结构单元中含有30个,含20个正三角形
B. 结构中键角1、2、3的大小顺序:
C. 固态硫中硫原子采取杂化
D. 的结构式为
五、 判断大键的类型
1.大 键的定义
由三个或三个以上的原子形成的 键,在多原子分子或离子中,如有相互平行的轨道,它们连贯、重叠在一起构成一个整体,电子在多个原子间运动形成 型化学键,这种不局限在两个原子之间的 键称为离域 键或共轭大 键,简称大 键,表达式为(代表参与形成大 键的原子数,代表参与形成大 键的电子数),大 键具有特殊的稳定性。常见分子或离子的大 键如表:
分子或离子
苯
大 键
2.大 键的形成条件
(1)所有参与形成大键的原子必须在同一平面上,所以中心原子只能采取或杂化。
(2)参与形成大键的原子都必须提供一个没有杂化的互相平行并垂直于该平面的轨道。
(3)形成大键的电子的总数小于轨道数的两倍。
3.大 键中电子数的确定方法
【高考真题再研】
例1 [2023·全国甲卷·35选编]酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中轨道能提供一对电子的原子是______(填图酞菁中原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为________,氮原子提供孤对电子与钴离子形成____键。
例2 [2022·全国乙卷·35选编]一氯乙烯分子中的轨道与C的轨道形成3中心4电子的大键为____________。
【模拟演练】
1.[2024·湖北武汉一模]、、为原子序数依次增大的同一短周期元素,可与C、形成如图所示结构的离子液体。已知的基态原子中未成对电子与成对电子个数之比为,的核外电子总数是的最外层电子数的3倍。下列说法错误的是( )
A. 简单氢化物的沸点:
B. 第一电离能:
C. 阳离子中存在大键
D. 的电子式:
2.(1) 表示环戊二烯负离子,已知分子中的大 键可用符号表示,其中代表参与形成大 键的原子数,代表参与形成大 键的电子数(如苯分子中的大键可表示为),则中的大键应表示为____________。
(2) 在多原子分子中有相互平行的轨道,它们连贯、重叠在一起,构成一个整体,电子在多个原子间运动,像这样不局限在两个原子之间的键称为离域键,如苯分子中的离域键可表示为。元素形成的两种微粒、中,中的离域键可表示为____________,、的键角大小顺序为______________________。
3.分子中大键可表示为,氮原子的杂化方式为__________,轨道提供2个电子形成大键的氮原子是______(填“1”或“2”)号氮原子。
4.在催化作用下,呋喃()可与氨反应,转化为吡咯(),吡咯分子中所有原子共平面,已知大键可以用表示,其中表示参与形成大键的原子数,表示参与形成大键的电子数,则吡咯中大 键可表示为____________。呋喃的熔、沸点____(填“高于”或“低于”)吡咯,原因是______________。
六、 氢键
1.氢键对物质熔点、沸点的影响
(1)分子间存在氢键时,物质在熔化或汽化时,除破坏一般的分子间作用力外,还需要破坏分子间的氢键,消耗更多的能量,所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
例如:第Ⅴ族元素的氢化物中,、和的熔点、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔点、沸点高,这种反常现象是由于它们各自的分子间形成了氢键,第Ⅳ族元素简单氢化物的沸点变化趋势如图所示。
(2)互为同分异构体的物质中,能形成分子内氢键的物质的熔点和沸点比能形成分子间氢键的物质的熔点和沸点低。如邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸能形成分子间氢键,当对羟基苯甲酸熔化时,需要较多的能量克服分子间氢键,所以对羟基苯甲酸的熔点和沸点高于邻羟基苯甲酸的熔点和沸点。
2.氢键对物质溶解性的影响
如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶解性增大。如氨分子与水分子间能形成氢键,且都是极性分子,所以极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水,都与它们的分子能与水分子间形成氢键有关。
3.氢键的存在引起密度的变化
由于水分子间的氢键作用,水结冰时,体积变大,密度变小;冰融化成水时,体积减小,密度变大。
【高考 真题再研】
例1 [2024·山东卷·16选编]可作转化为的催化剂(见下图)。的熔点远大于,除相对分子质量存在差异外,另一重要原因是_____________________________________________________________________。
例2 [2022·山东卷·16选编]在水中的溶解度,吡啶()远大于苯,主要原因是①____________________________,②______________________________________。
【模拟演练】
1.[2024·山东菏泽一模]下列关于物质结构和性质的说法正确的是( )
A. 第二周期元素中,第一电离能介于B、之间的有1种
B. 酸性:
C. 与中心原子的杂化方式相同,二者均为形结构
D. 乙二胺的沸点比三甲胺高的原因是乙二胺存在分子间氢键,三甲胺存在分子内氢键
2.[2024·河北唐山一模]物质的结构决定物质的性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是 ( )
选项
性质差异
结构因素
A
沸点:乙醇高于二甲醚
氢键作用
B
熔点:远高于(升华)
晶体类型
C
键角:小于
电负性差异
D
分解温度:高于
范德华力作用
3.[2024·贵州遵义二模]乙醇水蒸气催化重整是一种清洁且可持续的制氢方法,水滑石复合催化剂具有较好的催化活性,反应过程如图所示(乙醇可用键线式表示为)。下列叙述错误的是( )
A. 和的模型均为四面体形
B. 过程③中存在极性键和非极性键的断裂
C. 金属、、能导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D. 、均易溶于水的原因之一是可与分子形成氢键
4.[2024·山东潍坊一模]吡啶为含有机物,这类物质是合成医药、农药的重要原料。下列吡啶类化合物A与(即)反应生成有机化合物B,B具有优异的催化性能。
吡啶类化合物A中原子的杂化类型是__________,化合物A易溶于水,原因是_______________________,含有机物B的分子结构中含________(填字母)。
A.离子键 B.配位键 C.键
D. 键 E.氢键
七、 配合物、配位键和配位数
1.比正常成键数多的,多出来的为配位键
元素符号
成键数
孤电子对数
配位键数
元素符号
成键数
孤电子对数
配位键数
3
0
0
2
2
0
4
0
1
3
1
1
3
1
0
1
3
0
4
0
1
2
2
1
2.配位数不一定等于配位键数,也不一定等于配体的个数,配位数是与中心原子直接键合的原子或原子团总数。例如:中的化学键具有明显的共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在的的结构式为,其中的配位数为4,配位键数为2。
3.配位键稳定性判断
①配体相同,金属离子不同时:金属离子半径越大,空轨道数目越多,形成的配位键越稳定。
②配体不同,金属离子相同时:配位原子的电负性越大,吸引电子对的能力越强,提供电子对形成配位键的倾向就越小,配位键越不稳定。
【高考 真题再研】
例1 [2024· 黑吉辽卷·11,3分]如下反应相关元素中,、、、为原子序数依次增大的短周期元素,基态原子的核外电子有5种空间运动状态,基态、原子有两个未成对电子,是区元素,焰色试验呈绿色。下列说法错误的是( )
A. 单质沸点:
B. 简单氢化物键角:
C. 反应过程中有蓝色沉淀产生
D. 是配合物,配位原子是
例2 [2023·辽宁卷·9,3分]某种镁盐具有良好的电化学性能,其阴离子结构如图所示。、、、、是核电荷数依次增大的短周期元素,、原子序数之和等于,原子价电子数是原子价电子数的2倍。下列说法错误的是( )
A. 与的化合物为极性分子 B. 第一电离能
C. 的氧化物是两性氧化物 D. 该阴离子中含有配位键
【模拟演练】
1.[2024·湖南长沙二模]汞及其化合物在我国应用的历史久远,可用作医药、颜料等。两种含汞化合物的晶胞结构如图所示,其中甲为四方晶胞结构,乙为立方晶胞结构。下列说法正确的是( )
甲 乙
A. 甲和乙中的配位数相同
B. 甲的化学式为
C. 乙中相邻的两个之间的距离为
D. 每个甲、乙晶胞中含有的阴离子数目相等
2.[2024·河南周口二模]某铜(Ⅱ)配合物的结构如图所示。其中元素和均位于第二周期,的第一电离能低于同周期相邻元素,元素基态原子轨道电子排布是半充满状态,元素基态原子核外电子共有9种空间运动状态。下列说法正确的是( )
A. 最简单氢化物的键角:
B. 基态原子的未成对电子数:
C. 、、的最简单氢化物均存在分子间氢键
D. 该配合物中微粒间的相互作用有离子键、共价键和配位键
3.[2024·山东济宁一模]配离子结构如图所示,位于正八面体的中心,则1个配离子中共价键的个数为__,的空间结构有______种。
4.[2024·山东临沂一模]与、、均可形成配位数为4的配离子:、、。其转化关系如图所示:
(1) 中的键角____(填“ ”“ ”或“”)中的键角。
(2) 呈黄色,溶液Ⅰ呈黄绿色的原因是___________________________;溶液Ⅰ中加水稀释至溶液呈蓝色,其原因是_______________________________。
(3) 向溶液Ⅱ中缓慢通入至过量,观察到的现象是__________________。
八、 晶体结构与有关晶胞的计算
1.晶胞中粒子数目的计算
(1)平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算
(2)正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
(3)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
注意:审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”,若是分子结构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,原子个数比不可以约分。
2.原子坐标与俯视图
(1)体心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图
①若原子1的坐标为,晶胞棱长的单位为1,则原子2的坐标为。
②沿、、轴的俯视图均为
(2)面心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图
①原子分别位于六个面的面心,原子1的坐标为,晶胞棱长的单位为1,则其他原子坐标:,、、、、、、。
②沿、、轴的俯视图均为
(3)金刚石晶胞结构模型的原子坐标与俯视图
①若原子为坐标原点,晶胞棱长的单位为1,则原子1,2,3,4的坐标分别为,,,。
②沿、、轴的俯视图均为
3.晶胞各物理量的关系
(1)晶胞的质量晶胞占有的粒子质量晶胞占有的粒子数。
(2)空间利用率。
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设晶胞棱长为)。
①面对角线长。
②体对角线长。
③体心立方堆积中,为原子半径。
④面心立方堆积中,为原子半径。
【高考真题再研】
例1 [2024·安徽卷·14,3分]研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物,其立方晶胞和导电时迁移过程如图所示。已知该氧化物中为价,为价。下列说法错误的是( )
A. 导电时,和的价态不变
B. 若,与空位的数目相等
C. 与体心最邻近的原子数为12
D. 导电时,空位移动方向与电流方向相反
例2 [2024·黑吉辽卷·14,3分]某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )
A. 结构1钴硫化物的化学式为
B. 晶胞2中与的最短距离为
C. 晶胞2中距最近的有4个
D. 晶胞2和晶胞3表示同一晶体
【模拟演练】
1.[2024·湖南卷·12,3分]是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为,晶胞如图所示,下列说法错误的是( )
A. 合成反应中,还原剂是和C
B. 晶胞中含有的个数为4
C. 每个周围与它最近且距离相等的有8个
D. 为形结构
2.[2024·广西南宁一模]一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为、和有机碱离子,其晶胞如图所示,晶胞参数为,设为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A. 晶体的化学式为
B. 晶胞中周围有6个最近且等距的
C. 有机碱中氮原子的杂化轨道类型是
D. 晶体的密度为
3.[2024·河北唐山一模]催化的叠氮化物-炔烃环加成和催化剂的晶体结构如图所示。下列说法正确的是( )
A. 晶胞结构中,的配位数为8
B. 基态原子的价层电子排布式为
C. 叠氮化物-炔烃环加成反应只有 键的断裂与形成
D. 若晶体的密度为,则晶胞参数
4.(1) 、和三种原子形成的一种晶体基片在二极管中有重要用途,其四方晶胞结构如图所示。
上述晶胞沿着轴的投影图为______(填字母)。
A B C
用表示阿伏加德罗常数的值,若晶胞参数为,,则其密度为_____________________________________(列出计算式即可)。
(2) 氮化硼晶体存在如图所示的两种结构,六方氮化硼的结构与石墨类似,可作润滑剂;立方氮化硼的结构与金刚石类似,可作研磨剂。六方氮化硼的晶体类型为____________;立方氮化硼晶体的密度为,晶胞参数为,则阿伏加德罗常数为____________________________。
(3) 一种固体导电材料为四方晶系,其晶胞参数为、和,晶胞沿、、方向的投影如图所示,A、B、C表示三种不同原子的投影,标记为的原子分数坐标为,则的原子分数坐标为__________________。
(4) 晶胞为立方结构,晶胞中采取面心立方堆积方式(如图1);晶胞沿、、轴方向的投影均如图2所示。
图1 图2
① 填充在构成的__________(填“正四面体”或“正八面体”)空隙,其填充率为__________。
② 已知表示阿伏加德罗常数的值。晶体的密度为,则晶胞中两个最近的之间的距离为____________________________。
第页/共页
学科网(北京)股份有限公司
$$
2025届高三二轮专题复习 物质结构与性质
考情概述
1.考点:元素周期律、元素和化合物的特性、价层电子排布式(或轨道表示式)、电离能、电负性、杂化轨道、配位键、氢键、共价键类型、分子极性、晶体类型与性质、晶胞结构及其相关计算。
2.素材:常以最新的科技成果、新型材料(物质)或最新科技发现为情境。
3.预测:以选择题或填空题的形式呈现,随着新高考对考生深度思维和创新能力考查的提升,新情境、新信息下的命题背景会加强,试题的陌生度和新颖度会提升。
一、 元素推断
1.陈述型元素推断题的解题思路
2.结构型元素推断的技巧
结合离子键和共价键成键规律判断原子价层电子数,并结合题干信息确定元素。
3.常见结构中的共价键数目
(1)卤素原子或氢原子能形成一个共价键。
(2)、能形成两个共价键。
(3)、一般能形成三个共价键,也可能形成三个共价键、一个配位键,还能形成五个共价键。
(4)、能形成四个共价键,也可以形成双键或三键。
(5)能形成三个共价键,也可以形成三个共价键、一个配位键。
【高考真题再研】
例1 [2024·湖北卷·9,3分]主族元素、、、原子序数依次增大,、的价电子数相等,的价电子所在能层有16个轨道,4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是( )
A. 电负性:
B. 酸性:
C. 基态原子的未成对电子数:
D. 氧化物溶于水所得溶液的
【答案】D
【解析】、、、为原子序数依次增大的主族元素,的价电子所在能层有16个轨道,位于第四周期,在题给化合物中显价,则为;、的价电子数相同,即位于同主族,由化合物中、的成键情况可知,为、为;形成1个共价键,且原子序数小于,则为。电负性:,即,A错误;为弱酸,为强酸,故酸性:,即,B错误;基态原子有1个未成对电子,基态原子有2个未成对电子,即基态原子的未成对电子数:,C错误;的氧化物溶于水所得溶液为溶液,溶液显碱性,的氧化物为或,溶于水所得溶液为溶液或溶液,溶液均显酸性,故氧化物溶于水所得溶液的,D正确。
例2 [2024· 新课标卷·11,6分]我国科学家最近研究的一种无机盐纳米药物,具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。、、、的原子序数依次增加,且、、属于不同族的短周期元素。的外层电子数是其内层电子数的2倍,和的第一电离能都比左右相邻元素的高。的层未成对电子数为4。下列叙述错误的是( )
A. 、、、四种元素的单质中,的熔点最高
B. 在的简单氢化物中,原子轨道杂化类型为
C. 的氢氧化物难溶于溶液,可溶于溶液
D. 中,提供电子对与形成配位键
【答案】A
【解析】由题意可知,、、、的原子序数依次增加,且、、属于不同族的短周期元素,的外层电子数是内层电子数的2倍,则为C;、的第一电离能都比左右相邻元素的高,可知、在第ⅡA族或第ⅤA族,根据无机盐的化学式可知,为金属元素,则为,为;的层(第三层)未成对电子数为4,可推出元素的价层电子排布式为,则为。元素形成的单质为分子晶体,元素和元素形成的单质为金属晶体,C元素形成的单质可为共价晶体金刚石,也可为混合型晶体石墨,石墨、金刚石的熔点均比铁的熔点高,A错误;的简单氢化物为,其中原子的轨道杂化类型为,B正确;的氢氧化物为,是中强碱,难溶于溶液,水解使溶液显酸性,可溶于溶液,C正确;中为配体,提供孤电子对,有空轨道,和可形成配位键,D正确。
【模拟演练】
1.[2024·广东卷·12,4分]一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图。已知、、、、为原子序数依次增大的短周期主族元素,和同族,则( )
A. 沸点:
B. 最高价氧化物的水化物的酸性:
C. 第一电离能:
D. 和空间结构均为平面三角形
【答案】D
【解析】、、、、为原子序数依次增大的短周期主族元素,和同族,由题图可知,形成3个共价键,形成5个共价键,、应为第ⅤA族元素,则为,为;形成2个共价键,则为;形成4个共价键,则为C;形成1个共价键,则为。存在分子间氢键,沸点:,A错误。是强酸,是弱酸,最高价氧化物的水化物的酸性:,B错误。第一电离能:,C错误。中中心原子上的价层电子对数,孤电子对数为0,的空间结构为平面三角形;中中心原子C上的价层电子对数,孤电子对数为0,的空间结构为平面三角形,D正确。
2.[2024·河北邢台二模]已知、、、为短周期主族元素。常温下,它们的原子半径、原子序数、最高价氧化物对应水化物的溶液(浓度均为)的之间的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A. 的氢化物的沸点可能高于水的沸点
B. 晶胞中的配位数为6,周围等距且最近的有12个
C. 与形成的化合物中,的化合价可能为价
D. 分子中4个原子可能共直线
【答案】D
【解析】浓度均为最高价氧化物对应水化物的溶液,其中对应溶液等于12为一元强碱,结合原子半径最大,为,对应溶液等于2为一元强酸,原子序数小于,则为,对应溶液等于2也为一元强酸,原子序数大于,则为,对应溶液小于2为二元强酸,原子序数大于,则为,则、、、依次为、、、。的氢化物中的沸点高于水,A正确;是,是,根据的晶胞可知,的配位数为6,晶胞中周围等距且最近的有12个,B正确;与形成的化合物中的化合价为价,C正确;为,分子为含有极性共价键的立体结构分子,4个原子不可能共直线,D错误。
3.[2024·山西运城二模]短周期主族元素、、、、的原子序数依次增大,锂离子电池中一种溶剂的结构如图所示。、、位于同周期,基态原子的价层电子排布式为。下列说法错误的是( )
A. 简单氢化物的热稳定性:
B. 电负性:
C. 的空间结构为正四面体形
D. 、分子中原子的杂化方式相同
【答案】C
【解析】由基态原子的价层电子排布式可知,,为;原子序数最小且只形成1个单键,为;原子序数小于8且形成4个单键,为C;形成1个单键且与同周期,为;能形成2个单键,则为。同一周期从左到右元素的非金属性逐渐增强,同一主族从上到下元素的非金属性逐渐减弱,则非金属性:,故简单氢化物的热稳定性:,A项正确;元素的非金属性:,故电负性:,B项正确;的中心原子硫原子上的价层电子对数为,孤电子对数为1,的空间结构不是正四面体形,C项错误;分子中含有碳碳三键,其中碳原子采取杂化,的中心原子碳原子上的价层电子对数为,孤电子对数为0,碳原子采取杂化,D项正确。
4.、、和为原子序数依次增大的短周期主族元素,、同主族且能形成离子化合物,、同主族且原子序数之和为24。四种元素组成的一种化合物具有下列性质:白色沉淀 溶液褪色并产生气泡。下列说法正确的是( )
A. 原子半径:
B. 简单氢化物的稳定性:
C. 与、、均能形成具有漂白性的物质
D. 、形成的离子化合物中阴、阳离子核外电子排布相同
【答案】C
【解析】、、和为原子序数依次增大的短周期主族元素,、同主族且原子序数之和为24,设的原子序数为,则的原子序数为,,解得,为、为;、同主族且能形成离子化合物,则为、为;四种元素组成的一种化合物,向中滴加少量溴水,溶液褪色并产生气泡,向中滴加澄清石灰水产生白色沉淀,则为。同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,同主族元素从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径:,A项错误;非金属性:,根据元素周期律可知简单氢化物的稳定性:,B项错误;与、、形成的、、均具有漂白性,C项正确;、形成的离子化合物中阴、阳离子核外电子排布不相同,D项错误。
二、 电离能与电负性
1.电离能的应用
2.电负性的应用
【高考真题演练】
例1 [2024·甘肃卷·13,3分]下列说法错误的是 ( )
A. 原子半径: B. 第一电离能:
C. 在水中的溶解度:苯 苯酚 D. 苯和苯酚中C的杂化方式相同
【答案】B
【解析】C、、都是第二周期主族元素,其原子序数依次增大,同一周期主族元素,从左到右原子半径依次减小,因此,原子半径:,A正确;同一周期主族元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,其中第ⅡA族和第ⅤA族的元素因其原子结构相对较稳定而出现反常,使其第一电离能大于同周期相邻的元素,因此,第一电离能:,B不正确;苯是非极性分子,苯酚是极性分子,且苯酚与水分子之间可以形成氢键,根据“相似相溶”的规律可知,苯酚在水中的溶解度大于苯,C正确;苯和苯酚中C的杂化方式均为,杂化方式相同,D正确。
例2 [2024·全国甲卷·35选编]一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷,其中电负性最大的元素是______。
【答案】C
【解析】一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷,含、、三种元素,其电负性:,则电负性最大的元素是。
【模拟演练】
1.元素周期表是判断元素性质的重要依据。下列有关电离能和电负性的比较正确的是( )
A. 电负性: B. 第一电离能:、
C. 第一电离能: D. 电负性:、
【答案】C
【解析】一般,同周期元素从左到右,元素的电负性逐渐增大,同族元素从上到下,元素的电负性逐渐减小;同族元素从上到下,元素的第一电离能逐渐减小。、同主族,的第一电离能和电负性都小于;、同周期,则的电负性大于,B、D项错误。与位于同周期,电负性:,和位于同主族,电负性:,A项错误。同周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素的大,所以第一电离能:,C项正确。
2.[2024·广东梅州二模]由原子序数依次增大的短周期主族元素、、、构成的离子化合物结构如图所示,、相邻且与、均不同周期。下列说法不正确的是( )
A. 电负性:
B. 的模型为四面体形
C. 和的简单氢化物都是由极性键构成的极性分子
D. 第一电离能:
【答案】C
【解析】依据结构可知,形成4个单键,则为C,形成1个单键,且在所给的元素中原子序数最小,故为,与相邻且的原子序数大于,故为,形成价的阴离子,且不与C、处于同一周期,故为。综上可知,为,为C,为,为。元素的非金属性越强,电负性越大,故电负性:,故A正确;的中心原子氮原子的价层电子对数,故的模型为四面体形,故B正确;和的简单氢化物分别为、,二者都是由极性键构成的分子,由于为正四面体结构,正电中心和负电中心重合,为非极性分子,故C错误;第一电离能:,故D正确。
3.[2024·安徽池州二模]短周期主族元素、、、、原子序数依次增大,其中是元素周期表中电负性最大的元素,由这五种元素组成的某药物结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A. 电负性:
B. 第一电离能:
C. 该分子中所有原子都满足8电子稳定结构
D. 基态原子核外电子轨道表示式为
【答案】A
【解析】是元素周期表中电负性最大的元素,为;结合原子序数大小及成键数目可知为C、为、为、为,据此分析解答。同周期主族元素从左到右电负性逐渐增大,则电负性:,故A正确;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但原子的能级为半充满的较稳定状态,其第一电离能大于,则第一电离能:,故B错误;该分子中含,满足2电子稳定结构,故C错误;该轨道表示式违背洪特规则,故D错误。
4.[2024·湖南岳阳一模]化合物可作肥料,其中、、、、为原子序数依次增大的短周期元素,且在每个短周期均有分布,仅有和同族。的基态原子价层轨道半充满,的基态原子价层电子排布式为,在地壳中含量最多。下列说法不正确的是( )
A. 电负性:
B. 最简单氢化物的沸点:
C. 第一电离能:
D. 和的空间结构均为三角锥形
【答案】D
【解析】、、、、为原子序数依次增大的短周期元素,且在每个短周期均有分布,为;在地壳中含量最多,为;的基态原子价层电子排布式为,所以,为,为;的基态原子价层轨道半充满,和同族,所以为,为。元素电负性:,即,A正确;水和氨均存在分子间氢键,中不含氢键,水在常温下为液态,故最简单氢化物的沸点:,B正确;第一电离能:,即,C正确;的空间结构为三角锥形,的空间结构为平面三角形,D错误。
三、 晶体熔、沸点的比较
晶体熔、沸点比较模型
(1)不同晶体类型的熔、沸点高低规律
一般为共价晶体 离子晶体 分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨),有的很低(如钠)。
(2)同属于共价晶体
一般组成晶体的原子半径越小,熔、沸点越高。如熔点:金刚石 碳化硅 晶体硅。
(3)同属于离子晶体
离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,熔、沸点越高。如熔点:。
(4)同属于金属晶体
金属阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,金属键越强,熔、沸点越高。如熔点:。
(5)同属于分子晶体
分子间作用力越强,熔、沸点越高。
①组成和结构相似的分子晶体,一般相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔、沸点越高。如熔点:。
②相对分子质量相同或相近的物质,分子的极性越大,熔、沸点越高。如沸点:。
③同分异构体之间
.一般是支链越多,沸点越低。如沸点:正戊烷 异戊烷 新戊烷。
.结构越对称,熔、沸点越低。如沸点:邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯。
④若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体大,熔、沸点较高,如沸点:。
⑤状态不同的物质在相同条件下,熔、沸点:固体 液体 气体。例如:。
【高考真题再研】
例1 [2024·全国甲卷·35选编]早在青铜器时代,人类就认识了锡。锡的卤化物熔点数据如下表,结合变化规律说明原因:______________________________________________________________________________。
物质
熔点/
442
29
143
【答案】属于离子晶体,、、均属于分子晶体,一般离子晶体的熔点比分子晶体的高;对于组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强,熔点越高
例2 [2023·全国乙卷·35选编]中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物。
已知一些物质的熔点数据如下表:
物质
熔点/
800.7
与均为第三周期元素,熔点明显高于,原因是___________。分析同族元素的氯化物、、熔点变化趋势及其原因:_______。
【答案】为离子晶体,为分子晶体; 、、熔点逐渐升高。同是分子晶体,范德华力随相对分子质量增加而增大
【解析】为离子晶体,为分子晶体,离子晶体熔化时克服离子键,分子晶体熔化时克服分子间作用力,离子键比分子间作用力强;、、均是分子晶体,相对分子质量:,相对分子质量越大,范德华力越强,熔点越高。
【模拟演练】
1.[2024·山东潍坊一模]在气态或非极性溶剂中均可通过氯桥键二聚成,熔融和可形成。下列说法正确的是( )
A. 为极性分子
B. 中铝原子的杂化方式为
C. 的熔点高于的熔点
D. 中含有单键
【答案】C
【解析】的正电中心和负电中心重合,为非极性分子,A错误;的结构为,每个铝原子形成4个共价键,杂化方式为,B错误;为离子化合物,为共价化合物,则的熔点高于的熔点,C正确;的结构为,中含有单键,D错误。
2.[2024·广东广州二模]是一种分析试剂,所含的5种元素在前四周期均有分布,基态的轨道半充满,基态原子的价层电子排布式为,和位于同一主族,原子比原子少一个电子。下列说法正确的是( )
A. 第一电离能:
B. 单质的沸点:
C. 的单质能与发生置换反应
D. 和的模型名称相同
【答案】C
【解析】基态的轨道半充满,则基态原子的核外电子排布式为,为;基态原子的价层电子排布式为,根据元素可与元素形成结构,判断为,和位于同一主族,则为,原子比原子少一个电子,则为,根据所含的5种元素在前四周期均有分布,判断为。基态原子的能级处于半充满的较稳定状态,其第一电离能大于同周期相邻元素,则第一电离能:,A错误;、、分别为、和,均为分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,沸点:,B错误;铁在高温条件下可与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,属于置换反应,C正确;的中心原子硫原子上的价层电子对数,模型为四面体形,的中心原子氮原子上的价层电子对数,模型为平面三角形,D错误。
3.[2024·贵州贵阳二模]、、、、是原子序数依次增大的短周期元素,其最高正化合价与原子半径如图所示,硫黄易溶于,、原子序数之和等于的原子序数。
下列说法正确的是( )
A. 简单氢化物的沸点:
B. 最高价含氧酸的酸性:
C. 位于元素周期表第二周期第ⅢA族
D. 和形成的18电子的微粒只有1种
【答案】A
【解析】由题干信息可知,硫黄易溶于,故为,即为C,为;、、、、是原子序数依次增大的短周期元素,、原子序数之和等于原子序数,为价,原子半径较小,为价,原子半径大于,故为,为,为,据此分析解题。由分析可知,为,为C,由于分子间存在氢键,故简单氢化物的沸点:,A正确;由分析可知,为C,为,故最高价含氧酸的酸性:,B错误;由分析可知,为,故位于元素周期表第三周期第ⅢA族,C错误;由分析可知,为,为,故和形成的18电子的微粒有和种,D错误。
4.[2024·湖南郴州一模]探测发现火星上存在大量含氧橄榄石矿物。已知前四周期元素、、、、的原子序数依次增大,的氢化物常用于雕刻玻璃,元素的一种氧化物可制作光导纤维,的合金材料是生活中用途最广泛的金属材料,基态原子核外、能级上电子总数相等。下列叙述正确的是( )
A. 原子半径:
B. 的第一电离能比同周期相邻元素小
C. 的简单氢化物的热稳定性强于的简单氢化物
D. 熔点:
【答案】B
【解析】的氢化物常用于雕刻玻璃,则为氟元素;元素的一种氧化物可制作光导纤维,故为硅元素;的合金材料是生活中用途最广泛的金属材料,故为铁元素;前四周期元素原子中只有氧、镁原子的、能级上电子总数相等,根据原子序数递增可知为镁元素,由题意知,该物质中含有氧元素,故为氧元素。根据同主族元素从上到下原子半径逐渐增大,同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,则原子半径:,A错误;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但氮原子的轨道处于半充满的较稳定状态,故第一电离能:,,B正确;同周期主族元素从左到右简单气态氢化物的稳定性逐渐增强,故的简单氢化物的热稳定性弱于的简单氢化物,C错误;二氧化硅是共价晶体,熔点高于二氟化镁(离子晶体),D错误。
四、 杂化与空间结构
1.键参数对分子性质的影响
2.中心原子上的价层电子对数、杂化类型与粒子的空间结构
中心原子上的价层电子对数
2
3
4
杂化类型
模型名称
直线形
平面三角形
四面体形
粒子组成形式与空间结构名称
直线形
形
平面三角形
形
三角锥形
正四面体形
规律
当中心原子上无孤电子对时,空间结构与模型一致;当中心原子上有孤电子对时,空间结构为去掉孤电子对后剩余部分的结构
高考 经典再研
例1 [2024·山东卷·16选编](如图)是晶型转变的诱导剂。的空间构型为__________;中咪唑环存在大 键,则原子采取的轨道杂化方式为__________。
【答案】正四面体;
【解析】中形成4个 键(其中有1个配位键),为杂化,空间构型为正四面体形;咪唑环存在大 键,所以其是平面结构,原子形成3个 键,杂化方式为。
例2 [2023·全国乙卷·35选编]的空间结构为__________,其中的轨道杂化形式为__________。
【答案】正四面体;
【解析】的中心原子硅原子上的价层电子对数为,采取杂化,的空间结构为正四面体。
【模拟演练】
1.[2024·安徽池州二模]利用离子液体可电沉积还原金属,其中的结构如图所示。下列有关说法错误的是( )
A. 该离子液体能导电
B. 的空间结构为正四面体形
C. 该物质中碳原子的杂化方式为
D. 电解沉积金属时,金属在阴极析出
【答案】C
【解析】离子液体中含有可以自由移动的离子,可以导电,A正确;的中心原子铝原子上的价层电子对数为4,且不含孤电子对,则其空间结构为正四面体形,B正确;由题给结构图可知,该阳离子中与4个原子相连的碳原子采取杂化,环上与3个原子相连的碳原子采取杂化,C错误;金属阳离子在阴极上得到电子被还原生成金属单质,D正确。
2.[2024·吉林通化二模]烟气中的二氧化硫可用于处理含铬废水,其反应的化学方程式为。下列化学用语正确的是( )
A. 基态铬原子的价层电子排布式:
B. 的模型:
C. 中子数为21的核素的符号:
D. 用轨道表示式表示中氧原子的杂化:
【答案】D
【解析】铬原子的原子序数为24,基态铬原子的价层电子排布式为,A错误;的中心原子硫原子采取杂化,模型为平面三角形,B错误;中子数为21的核素的符号:,C错误;用轨道表示式表示中氧原子的杂化:,D正确。
3.[2024·河北唐山一模]下列说法错误的是( )
A. 和的价层电子对互斥模型相同
B. 和的中心原子杂化方式相同
C. 和的化学键类型不都相同,可用溴水除去中混有的
D. 水和苯分子极性不同,可用分液法分离
【答案】A
【解析】的中心原子硫原子上的价层电子对数为,其价层电子对互斥模型为平面三角形,的中心原子碳原子上的价层电子对数为,其价层电子对互斥模型为直线形,二者不相同,A错误;和的中心原子上的价层电子对数分别为、,故杂化方式相同,均为,B正确;中只含和,而中含有和,故化学键类型不都相同,能与反应生成,而不能,故可用溴水除去中混有的,C正确;水为极性分子,苯分子为非极性分子,二者极性不同,根据“相似相溶”的规律可知,二者为不互溶的液体,故可用分液法分离,D正确。
4.[2024·山东省实验中学一模]观察下列模型并结合信息,判断有关说法错误的是( )
结构或分子
晶体硼结构单元(有12个B原子)
结构模型示意图
结构或分子
分子
结构模型示意图
A. 晶体硼的结构单元中含有30个,含20个正三角形
B. 结构中键角1、2、3的大小顺序:
C. 固态硫中硫原子采取杂化
D. 的结构式为
【答案】C
【解析】晶体硼中每个三角形的顶点被5个三角形所共有,所以,此顶点属于一个三角形的只占到,每个三角形中属于该三角形有个点,则晶体B中有个这样的三角形;每个三角形中含有3条,每条键被两个三角形共用,则含有数目为,故A正确。键角3是硫酸根离子中键角,硫酸根离子为正四面体结构,键角为,键角1与键角2都是水分子中的键角,水分子中氧原子采取杂化,但是由于水中氧原子上有孤电子对,导致键角变小,故键角3最大;键角1与键角2比较,键角1处的氧原子孤电子对提供出来形成配位键,导致键角1比键角2大,故键角1、2、3的大小顺序:,故B正确。固态硫中硫原子形成了2个共价键,还有2个孤电子对,故采取杂化,故C错误。根据的比例模型,的结构式为,故D正确。
五、 判断大键的类型
1.大 键的定义
由三个或三个以上的原子形成的 键,在多原子分子或离子中,如有相互平行的轨道,它们连贯、重叠在一起构成一个整体,电子在多个原子间运动形成 型化学键,这种不局限在两个原子之间的 键称为离域 键或共轭大 键,简称大 键,表达式为(代表参与形成大 键的原子数,代表参与形成大 键的电子数),大 键具有特殊的稳定性。常见分子或离子的大 键如表:
分子或离子
苯
大 键
2.大 键的形成条件
(1)所有参与形成大键的原子必须在同一平面上,所以中心原子只能采取或杂化。
(2)参与形成大键的原子都必须提供一个没有杂化的互相平行并垂直于该平面的轨道。
(3)形成大键的电子的总数小于轨道数的两倍。
3.大 键中电子数的确定方法
【高考真题再研】
例1 [2023·全国甲卷·35选编]酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中轨道能提供一对电子的原子是______(填图酞菁中原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为________,氮原子提供孤对电子与钴离子形成____键。
【答案】③; ; 配位
【解析】酞菁分子中所有原子共平面,故原子的杂化方式均为。原子①、②的杂化轨道参与形成2个 键并容纳1个孤电子对,原子剩余的1个电子在未杂化的轨道内。原子③的杂化轨道参与形成3个 键,原子剩余的1个孤电子对在未杂化的轨道内,故轨道能提供1对电子的原子是③。1个钴酞菁分子比1个酞菁分子少了2个原子,设酞菁的化学式为,则钴酞菁的化学式为,由于为价,则“”为价,故中的化合价为价。钴酞菁分子中原子提供孤电子对,钴离子提供空轨道,二者形成配位键。
例2 [2022·全国乙卷·35选编]一氯乙烯分子中的轨道与C的轨道形成3中心4电子的大键为____________。
【答案】
【解析】由题给信息可知,一氯乙烯分子中的轨道与的轨道形成3中心4电子的大键,故该大键为。
【模拟演练】
1.[2024·湖北武汉一模]、、为原子序数依次增大的同一短周期元素,可与C、形成如图所示结构的离子液体。已知的基态原子中未成对电子与成对电子个数之比为,的核外电子总数是的最外层电子数的3倍。下列说法错误的是( )
A. 简单氢化物的沸点:
B. 第一电离能:
C. 阳离子中存在大键
D. 的电子式:
【答案】D
【解析】、、为原子序数依次增大的同一短周期元素,的基态原子中未成对电子与成对电子个数之比为,则为。由题给结构图可知,形成4个共价键,且阴离子带一个单位负电荷,则为B。的核外电子总数是的最外层电子数的3倍,则为,据此分析解答。与中均含分子间氢键,因为氟的电负性较大,使得氟化氢分子间的氢键更强,沸点更高,则沸点:,A正确;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大的趋势,则第一电离能:,B正确;根据大 键的形成规则,阳离子中的五元环上,有5个原子参与形成大 键,每个C原子上有1个电子,每个原子上有2个电子,阳离子失去1个电子,共有6个电子参与形成大 键,则存在大 键,C正确;为,原子之间以双键结合,其电子式为,D错误。
2.
(1) 表示环戊二烯负离子,已知分子中的大 键可用符号表示,其中代表参与形成大 键的原子数,代表参与形成大 键的电子数(如苯分子中的大键可表示为),则中的大键应表示为____________。
(2) 在多原子分子中有相互平行的轨道,它们连贯、重叠在一起,构成一个整体,电子在多个原子间运动,像这样不局限在两个原子之间的键称为离域键,如苯分子中的离域键可表示为。元素形成的两种微粒、中,中的离域键可表示为____________,、的键角大小顺序为______________________。
【答案】(1) (2) ;
【解析】(1) 由结构可知,每个碳原子中还有1个电子未参与成键,5个碳原子以及一个得到一个电子,共有6个电子参与形成大键,因此中大 键应表示为。
(2) 中的离域键为三中心四电子,可表示为,中原子的价层电子对数为2,无孤电子对,空间结构为直线形,键角为 ,中原子的价层电子对数为3,有1个孤电子对,空间结构为形,键角小于 。
3.分子中大键可表示为,氮原子的杂化方式为__________,轨道提供2个电子形成大键的氮原子是______(填“1”或“2”)号氮原子。
【答案】; 2
【解析】题给分子中大键可表示为,1号氮原子形成2个 键,有1个孤电子对,提供1个电子参与形成大键,1号氮原子的杂化方式为,2号氮原子形成3个 键,提供2个电子参与形成大键,2号氮原子的杂化方式为,故轨道提供2个电子形成大 键的氮原子是2号氮原子。
4.在催化作用下,呋喃()可与氨反应,转化为吡咯(),吡咯分子中所有原子共平面,已知大键可以用表示,其中表示参与形成大键的原子数,表示参与形成大键的电子数,则吡咯中大 键可表示为____________。呋喃的熔、沸点____(填“高于”或“低于”)吡咯,原因是______________。
【答案】; 低于; 吡咯易形成分子间氢键
【解析】吡咯为平面形结构,分子中各原子在同一平面内可知,原子的杂化方式为,原子也为,则吡咯中大 键是1个原子和4个原子提供6个电子形成的,可表示为。吡咯易形成分子间氢键,熔、沸点较高,则呋喃的熔、沸点低于吡咯。
六、 氢键
1.氢键对物质熔点、沸点的影响
(1)分子间存在氢键时,物质在熔化或汽化时,除破坏一般的分子间作用力外,还需要破坏分子间的氢键,消耗更多的能量,所以存在分子间氢键的物质一般具有较高的熔点和沸点。
例如:第Ⅴ族元素的氢化物中,、和的熔点、沸点比同主族相邻元素的氢化物的熔点、沸点高,这种反常现象是由于它们各自的分子间形成了氢键,第Ⅳ族元素简单氢化物的沸点变化趋势如图所示。
(2)互为同分异构体的物质中,能形成分子内氢键的物质的熔点和沸点比能形成分子间氢键的物质的熔点和沸点低。如邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸能形成分子间氢键,当对羟基苯甲酸熔化时,需要较多的能量克服分子间氢键,所以对羟基苯甲酸的熔点和沸点高于邻羟基苯甲酸的熔点和沸点。
2.氢键对物质溶解性的影响
如果溶质与溶剂之间能形成氢键,则溶解性增大。如氨分子与水分子间能形成氢键,且都是极性分子,所以极易溶于水。低级的醇、醛、酮等可溶于水,都与它们的分子能与水分子间形成氢键有关。
3.氢键的存在引起密度的变化
由于水分子间的氢键作用,水结冰时,体积变大,密度变小;冰融化成水时,体积减小,密度变大。
【高考 真题再研】
例1 [2024·山东卷·16选编]可作转化为的催化剂(见下图)。的熔点远大于,除相对分子质量存在差异外,另一重要原因是_____________________________________________________________________。
【答案】形成的分子间氢键数比形成的分子间氢键数多
【解析】羧基、羟基之间能形成分子间氢键,但醛基上的氢不能形成分子间氢键。由和的结构可知,和均能形成分子间氢键,但形成的分子间氢键数更多,使得的熔点远大于。
例2 [2022·山东卷·16选编]在水中的溶解度,吡啶()远大于苯,主要原因是①____________________________,②______________________________________。
【答案】吡啶可与水分子间形成氢键; 吡啶是极性分子,比非极性分子苯更易溶于水
【解析】苯分子为非极性分子,分子为极性分子,且吡啶分子能与分子形成氢键,从而导致吡啶在水中的溶解度远大于苯。
【模拟演练】
1.[2024·山东菏泽一模]下列关于物质结构和性质的说法正确的是( )
A. 第二周期元素中,第一电离能介于B、之间的有1种
B. 酸性:
C. 与中心原子的杂化方式相同,二者均为形结构
D. 乙二胺的沸点比三甲胺高的原因是乙二胺存在分子间氢键,三甲胺存在分子内氢键
【答案】B
【解析】同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于第族,则第二周期元素中,第一电离能介于B、之间的有、C、种,故A错误;电负性:,则吸电子能力:,吸电子能力越强相应羧基的酸性越强,故B正确;中采取杂化,中采取杂化,杂化方式不同,故C错误;三甲胺分子不能形成分子内氢键,故D错误。
2.[2024·河北唐山一模]物质的结构决定物质的性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是 ( )
选项
性质差异
结构因素
A
沸点:乙醇高于二甲醚
氢键作用
B
熔点:远高于(升华)
晶体类型
C
键角:小于
电负性差异
D
分解温度:高于
范德华力作用
【答案】D
【解析】乙醇和二甲醚互为同分异构体,但由于乙醇中存在分子间氢键,而二甲醚中不存在,导致乙醇的沸点高于二甲醚,即与氢键作用有关,不符合题意;是离子晶体,是分子晶体,作用力:离子键 范德华力,导致的熔点远高于,则的熔点远高于与晶体类型有关,不符合题意;电负性:,故中共用电子对离更远,排斥力更小,键角更小,且原子半径:,故的键角小于,即与、的电负性差异有关,不符合题意;热分解温度:为,为,稳定性:,是由于的键能比的键能大,与分子间作用力无关,符合题意。
3.[2024·贵州遵义二模]乙醇水蒸气催化重整是一种清洁且可持续的制氢方法,水滑石复合催化剂具有较好的催化活性,反应过程如图所示(乙醇可用键线式表示为)。下列叙述错误的是( )
A. 和的模型均为四面体形
B. 过程③中存在极性键和非极性键的断裂
C. 金属、、能导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D. 、均易溶于水的原因之一是可与分子形成氢键
【答案】C
【解析】和中心原子的价层电子对数都是4,模型均为四面体形,A正确;过程③中转化为和,有极性键和非极性键的断裂,即存在极性键和非极性键的断裂,B正确;金属、、能导电是因为其中存在自由移动的电子,自由电子不是在外加电场作用下产生的,在外加电场的作用下,这些自由电子会定向移动,从而形成电流,C错误;、分子中都含有氧原子,氧原子的电负性较强,可以与水分子中的氢原子形成氢键,从而增加了和在水中的溶解度,D正确。
4.[2024·山东潍坊一模]吡啶为含有机物,这类物质是合成医药、农药的重要原料。下列吡啶类化合物A与(即)反应生成有机化合物B,B具有优异的催化性能。
吡啶类化合物A中原子的杂化类型是__________,化合物A易溶于水,原因是_______________________,含有机物B的分子结构中含________(填字母)。
A.离子键 B.配位键 C.键
D. 键 E.氢键
【答案】; 化合物A与水分子能形成氢键;
【解析】由化合物的结构示意图可知,分子内形成大键(吡啶中六元环为平面结构),原子的杂化方式为,化合物中含有原子和羟基,能与水分子形成分子间氢键,增加化合物在水中的溶解度;根据结构简式,含有机物中含有单键、大 键,、配位键,含有配位键、键、 键,符合题意。
七、 配合物、配位键和配位数
1.比正常成键数多的,多出来的为配位键
元素符号
成键数
孤电子对数
配位键数
元素符号
成键数
孤电子对数
配位键数
3
0
0
2
2
0
4
0
1
3
1
1
3
1
0
1
3
0
4
0
1
2
2
1
2.配位数不一定等于配位键数,也不一定等于配体的个数,配位数是与中心原子直接键合的原子或原子团总数。例如:中的化学键具有明显的共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在的的结构式为,其中的配位数为4,配位键数为2。
3.配位键稳定性判断
①配体相同,金属离子不同时:金属离子半径越大,空轨道数目越多,形成的配位键越稳定。
②配体不同,金属离子相同时:配位原子的电负性越大,吸引电子对的能力越强,提供电子对形成配位键的倾向就越小,配位键越不稳定。
【高考 真题再研】
例1 [2024· 黑吉辽卷·11,3分]如下反应相关元素中,、、、为原子序数依次增大的短周期元素,基态原子的核外电子有5种空间运动状态,基态、原子有两个未成对电子,是区元素,焰色试验呈绿色。下列说法错误的是( )
A. 单质沸点:
B. 简单氢化物键角:
C. 反应过程中有蓝色沉淀产生
D. 是配合物,配位原子是
【答案】D
【解析】是区元素,且焰色试验呈绿色,则为铜元素;与、元素可形成化合物,基态、原子有两个未成对电子,且原子序数依次增大,则、分别是氧元素和硫元素;原子的核外电子有5种空间运动状态,说明原子有五个原子轨道,原子序数小于,则为元素;可与形成化合物,且原子序数小于,则为元素。常温下,硫单质为固体,、、为气体,硫的沸点最大,、、均为分子晶体,且相对分子质量依次减小,分子间作用力依次减小,所以沸点:,A正确;、的简单氢化物分别为和,两物质中心原子的杂化方式相同,中心原子含有的孤电子对数为1,中心原子含有的孤电子对数为2,孤电子对数越多,对成键电子对排斥力越大,所以的键角大于,B正确;向硫酸铜溶液中持续通入氨气,会先生成蓝色沉淀,然后蓝色沉淀逐渐溶解生成,C正确;是配合物,配位原子为氮原子,D错误。
例2 [2023·辽宁卷·9,3分]某种镁盐具有良好的电化学性能,其阴离子结构如图所示。、、、、是核电荷数依次增大的短周期元素,、原子序数之和等于,原子价电子数是原子价电子数的2倍。下列说法错误的是( )
A. 与的化合物为极性分子 B. 第一电离能
C. 的氧化物是两性氧化物 D. 该阴离子中含有配位键
【答案】A
【解析】、、、、是核电荷数依次增大的短周期元素,根据的结构可知,形成4个共价键,、形成1个共价键,形成2个共价键,则为、为C、为、为,、原子序数之和等于,符合题意;原子价电子数是原子价电子数的2倍,则为。与的化合物为非极性分子,故A错误;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,故第一电离能,故B正确;的氧化物为,其为两性氧化物,故C正确;中呈价,该阴离子存在配位键,故D正确。
【模拟演练】
1.[2024·湖南长沙二模]汞及其化合物在我国应用的历史久远,可用作医药、颜料等。两种含汞化合物的晶胞结构如图所示,其中甲为四方晶胞结构,乙为立方晶胞结构。下列说法正确的是( )
甲 乙
A. 甲和乙中的配位数相同
B. 甲的化学式为
C. 乙中相邻的两个之间的距离为
D. 每个甲、乙晶胞中含有的阴离子数目相等
【答案】C
【解析】甲中位于构成的正八面体的体心,其配位数为6,乙中的配位数与的配位数相同,都为4,A不正确;甲晶胞中,含个数为,含个数为,含个数为1,则其化学式为,B不正确;乙中相邻两个之间的距离等于面对角线长度的,即,C正确;甲晶胞中,阴离子的数目为3,乙晶胞中,阴离子的数目为4,则含有的阴离子数目不相等,D不正确。
2.[2024·河南周口二模]某铜(Ⅱ)配合物的结构如图所示。其中元素和均位于第二周期,的第一电离能低于同周期相邻元素,元素基态原子轨道电子排布是半充满状态,元素基态原子核外电子共有9种空间运动状态。下列说法正确的是( )
A. 最简单氢化物的键角:
B. 基态原子的未成对电子数:
C. 、、的最简单氢化物均存在分子间氢键
D. 该配合物中微粒间的相互作用有离子键、共价键和配位键
【答案】A
【解析】位于第二周期且第一电离能低于同周期相邻元素可能为B、,基态原子轨道电子排布是半充满状态,且位于第二周期,电子排布式为,则为,元素基态原子核外电子有9种空间运动状态,则元素原子核外电子轨道有9个,可能为、、,根据(Ⅱ)配合物结构式可知,为,为,为。的最简单氢化物为,的最简单氢化物为,二者中心原子都是杂化,中的孤电子对数多于,孤电子对数越多,键角越小,则键角:,故A正确;基态原子未成对电子分别为、、,未成对电子数:,故B错误;、、最简单氢化物分别为、、,和存在分子间氢键,没有,故C错误;该配合物中微粒间有配位键、共价键,无离子键,故D错误。
3.[2024·山东济宁一模]配离子结构如图所示,位于正八面体的中心,则1个配离子中共价键的个数为__,的空间结构有______种。
【答案】24; 2
【解析】1个氨分子中存在3个共价键,与形成6个配位键,则1个配离子中共价键的个数为24;为正八面体,位于正八面体的中心,为3个取代其中的3个氨分子,由于6个氨分子位置完全相同,则空间结构也就是看中6个点上的3个点有几种情况,若3个点中两点连线不经过体心为1种、经过体心为1种,故共2种。
4.[2024·山东临沂一模]与、、均可形成配位数为4的配离子:、、。其转化关系如图所示:
(1) 中的键角____(填“ ”“ ”或“”)中的键角。
(2) 呈黄色,溶液Ⅰ呈黄绿色的原因是______________________________________________________________________________;溶液Ⅰ中加水稀释至溶液呈蓝色,其原因是______________________________________________________________________。
(3) 向溶液Ⅱ中缓慢通入至过量,观察到的现象是__________________。
【答案】(1) (2) 蓝色的和黄色的存在转化:,蓝色的和黄色的共存使溶液显黄绿色;加水稀释使平衡逆向移动,蓝色的含量增加,溶液显蓝色
(3) 溶液呈现深蓝色
【解析】(1) 中的上只含有一个孤电子对,而水分子中上含有两个孤电子对,孤电子对间的排斥力大于成键电子对与孤电子对间的排斥力,故中的键角大于中的键角。
(2) 蓝色的和黄色的存在转化:,蓝色的和黄色的共存使溶液显黄绿色。加水稀释使平衡逆向移动,蓝色的含量增加,溶液显蓝色。
(3) 向溶液Ⅱ中缓慢通入至过量,发生反应:,使溶液呈现深蓝色。
八、 晶体结构与有关晶胞的计算
1.晶胞中粒子数目的计算
(1)平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算
(2)正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
(3)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
注意:审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”,若是分子结构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,原子个数比不可以约分。
2.原子坐标与俯视图
(1)体心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图
①若原子1的坐标为,晶胞棱长的单位为1,则原子2的坐标为。
②沿、、轴的俯视图均为
(2)面心立方晶胞结构模型图的原子坐标与俯视图
①原子分别位于六个面的面心,原子1的坐标为,晶胞棱长的单位为1,则其他原子坐标:,、、、、、、。
②沿、、轴的俯视图均为
(3)金刚石晶胞结构模型的原子坐标与俯视图
①若原子为坐标原点,晶胞棱长的单位为1,则原子1,2,3,4的坐标分别为,,,。
②沿、、轴的俯视图均为
3.晶胞各物理量的关系
(1)晶胞的质量晶胞占有的粒子质量晶胞占有的粒子数。
(2)空间利用率。
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设晶胞棱长为)。
①面对角线长。
②体对角线长。
③体心立方堆积中,为原子半径。
④面心立方堆积中,为原子半径。
【高考真题再研】
例1 [2024·安徽卷·14,3分]研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物,其立方晶胞和导电时迁移过程如图所示。已知该氧化物中为价,为价。下列说法错误的是( )
A. 导电时,和的价态不变
B. 若,与空位的数目相等
C. 与体心最邻近的原子数为12
D. 导电时,空位移动方向与电流方向相反
【答案】B
【解析】导电时,迁移至空位,的价态不变,则和的价态也不变,A正确;该导电氧化物中为价,为价,若,依据化合物中各元素正、负化合价代数和为0,可得,,由立方晶胞图可知,晶胞中含数为,数为,、、空位共同占据体心,总数为1,则空位数,与数目不相等,B错误;与体心最邻近的原子在晶胞的棱心上,数目为12,C正确;导电时,由晶胞体心迁移至空位,电流移动方向与迁移方向相同,则与空位移动方向相反,D正确。
例2 [2024·黑吉辽卷·14,3分]某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )
A. 结构1钴硫化物的化学式为
B. 晶胞2中与的最短距离为
C. 晶胞2中距最近的有4个
D. 晶胞2和晶胞3表示同一晶体
【答案】B
【解析】根据“均摊法”,结构1中的个数为,的个数为,则结构1钴硫化物的化学式为,A正确;晶胞2中与的最短距离为面对角线长度的一半,为,B错误;晶胞2中的个数为8,的个数为,化学式为,距最近的的个数为8,则距最近的的个数为4,C正确;将晶胞2的体心放置在面心可以得到晶胞3,故晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D正确。
【模拟演练】
1.[2024·湖南卷·12,3分]是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为,晶胞如图所示,下列说法错误的是( )
A. 合成反应中,还原剂是和C
B. 晶胞中含有的个数为4
C. 每个周围与它最近且距离相等的有8个
D. 为形结构
【答案】D
【解析】题给合成反应中,中氢元素和C中碳元素化合价均升高,和C是还原剂,A正确;由题给晶胞图可知,8个分布在晶胞的面上,含有的个数为,B正确;以体心为参照,8个分布在面上的与其距离最近且相等,C正确;的中心原子碳原子上的价层电子对数,不含孤电子对,则为直线形结构,D错误。
2.[2024·广西南宁一模]一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为、和有机碱离子,其晶胞如图所示,晶胞参数为,设为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A. 晶体的化学式为
B. 晶胞中周围有6个最近且等距的
C. 有机碱中氮原子的杂化轨道类型是
D. 晶体的密度为
【答案】C
【解析】由“均摊法”可知,一个晶胞中的个数为1,的个数为,的个数为,晶体的化学式为,故A正确;由题图可知,与体心中的最近且等距的位于面心上,共6个,故B正确;有机碱离子中氮原子形成4个单键,其中有1个是配位键,氮原子采取杂化,故C错误;一个晶胞的质量为,晶胞的体积为,则晶体的密度为,故D正确。
3.[2024·河北唐山一模]催化的叠氮化物-炔烃环加成和催化剂的晶体结构如图所示。下列说法正确的是( )
A. 晶胞结构中,的配位数为8
B. 基态原子的价层电子排布式为
C. 叠氮化物-炔烃环加成反应只有 键的断裂与形成
D. 若晶体的密度为,则晶胞参数
【答案】D
【解析】由晶胞示意图可知,晶胞结构中,位于顶角和面心的形成的8个正四面体中的4个中心,故的配位数即离最近且距离相等的数目为4,A错误;是29号元素,故基态原子的价层电子排布式为,B错误;已知单键均为 键,双键为1个 键和1个 键,三键为1个 键和2个 键,根据题干反应可知,叠氮化物-炔烃环加成反应只有 键的断裂和只有 键的形成,C错误;由晶胞示意图可知,一个晶胞中的个数为4,的个数为,一个晶胞的质量为,若晶体的密度为,则晶胞参数,D正确。
4.
(1) 、和三种原子形成的一种晶体基片在二极管中有重要用途,其四方晶胞结构如图所示。
上述晶胞沿着轴的投影图为______(填字母)。
A B C
用表示阿伏加德罗常数的值,若晶胞参数为,,则其密度为_____________________________________(列出计算式即可)。
(2) 氮化硼晶体存在如图所示的两种结构,六方氮化硼的结构与石墨类似,可作润滑剂;立方氮化硼的结构与金刚石类似,可作研磨剂。六方氮化硼的晶体类型为____________;立方氮化硼晶体的密度为,晶胞参数为,则阿伏加德罗常数为____________________________。
(3) 一种固体导电材料为四方晶系,其晶胞参数为、和,晶胞沿、、方向的投影如图所示,A、B、C表示三种不同原子的投影,标记为的原子分数坐标为,则的原子分数坐标为__________________。
(4) 晶胞为立方结构,晶胞中采取面心立方堆积方式(如图1);晶胞沿、、轴方向的投影均如图2所示。
图1 图2
① 填充在构成的__________(填“正四面体”或“正八面体”)空隙,其填充率为__________。
② 已知表示阿伏加德罗常数的值。晶体的密度为,则晶胞中两个最近的之间的距离为____________________________。
【答案】(1) C; (2) 混合型晶体;
(3) (4) ① 正四面体; ②
【解析】(1) 由题给晶胞结构可知,顶角和体心是原子,上、下面心是原子,棱上是原子,沿着轴的投影图应为。晶胞中含有的原子数,,,则晶体的密度。
(2) 由题意知,六方氮化硼的晶体结构与石墨类似,则属于混合型晶体;根据“均摊法”,晶胞中含个、4个,则晶体密度,则。
(3) 根据的原子分数坐标为,可知原子在轴坐标为、轴坐标为,轴坐标为,所以的原子分数坐标为。
(4) ① 由题图1可知,根据“均摊法”,晶胞中含个,结合化学式可知,晶胞中含4个,结合题图2可知,填充在晶胞平分切割成的8个小立方体的体心且交错分布在其中4个小立方体的体心,故填充在构成的正四面体空隙,其填充率为。
② 已知表示阿伏加德罗常数的值,晶体的密度为,设晶胞参数为,结合①分析,晶体的密度为, ,晶胞中两个最近的之间的距离为面对角线长度的,即。
第页/共页
学科网(北京)股份有限公司
$$