大单元4 物质结构与性质 元素周期律-（教师用书）【赢在微点·顶层设计】2027年高中化学高考一轮总复习

该高中化学高考复习资料围绕物质结构与性质大单元，涵盖原子结构、元素周期律、化学键、分子性质、晶体结构等核心考点，按“位—构—性”逻辑分层梳理，通过知识梳理、思维辨析、方法指导、真题训练等环节，帮助学生构建系统知识网络，突破重点难点。 资料创新采用“母题+衍生题”设计与三维晶胞计算模型，如通过磷原子激发态电子排布推导培养科学思维，结合实验探究（如碱金属性质对比）深化化学观念。设置基础、提升、综合三层练习，配合真题回扣与素养拓展，助力学生高效掌握解题方法，为教师把控复习节奏提供清晰框架。

大单元四　物质结构与性质　元素周期律 第22讲　原子结构　核外电子排布 [目标速览]　1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程,认识核外电子的运动特点。知道电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发与跃迁。知道电子的运动状态(空间分布及能量)可通过原子轨道和电子云模型来描述。2.知道原子核外电子的能级高低顺序,了解原子核外电子排布的构造原理,认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。 微考点　核心突破 考点1　原子结构　核素　同位素 　 知|识|梳|理 1.原子的构成 (1)主要有质子、中子和电子。 它们的基本属性为 电子 质子 中子 相对质量 一个质子的 1.007 1.008 所带电荷 数及电性 一个单位负电荷 一个单位正电荷 不带电 (2)基本关系。 ①对于原子:质量数(A)=质子数+中子数,质子数=核电荷数=核外电子数。 ②对于离子。 阳离子:质子数=核外电子数+电荷数, 阴离子:质子数=核外电子数-电荷数。 2.元素、核素、同位素 (1)元素。 具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称。质子数决定元素的种类。 (2)核素。 具有一定数目质子和一定数目中子的原子。质子数和中子数共同决定核素的种类。 (3)同位素。 定义:质子数相同而中子数不同的核素互称为同位素。例如,氧元素有O、O、O三种核素,互为同位素。 3.同位素的特征与应用 (1)同位素的特征。 ①化学性质几乎完全相同,物理性质不同。 ②天然存在的同一元素各核素所占的原子百分数一般不变。 (2)常见的重要核素及其应用。 核素 U C H H O 用途 核燃料 用于考古断代 制氢弹 示踪原子 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.所有的原子中都含有质子和中子。(×) 提示H原子中不含中子。 2.一种单质中可能含多种核素,如O2中含16O、17O、18O三种原子。(√) 提示:一个O2分子由两个原子构成,这两个原子可能是同一种核素,也可能是不同种核素,16O2、17O2、18O2、16O17O、17O18O、16O18O 都属于氧气单质。 3.14C可用于文物的年代鉴定,14C与12C互为同素异形体。(×) 提示:同素异形体指的是单质,14C与12C是碳元素的两种不同的核素,它们互称为同位素。 4.质子数相同的微粒不一定都属于同一种元素。(√) 提示:质子数相同的原子才属于同一种元素,如Na+与N虽然质子数相同,但不属于同一种元素。 5.质量数就是元素的相对原子质量。(×) 提示:质量数=质子数+中子数,是一个整数,元素有几种核素就有几种质量数。而元素的相对原子质量是元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比,它不是整数,两者不同。 知|识|拓|展 1.原子的构成及元素、核素、同位素之间的关系 (1)构成原子的粒子。 (2)元素、核素、同位素的关系。 提醒　①一种元素可以有若干种不同的核素,也可以只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子。 ②同种元素是质子数相同的所有核素的总称,同位素是同一元素不同核素之间的互称。 2.易忽视相对原子质量和质量数在概念上的区别和在化学计算中的不同之处 (1)相对原子质量分为核素的相对原子质量和元素的相对原子质量。 ①核素的相对原子质量:某种核素的一个原子的质量与12C原子质量的的比值。 ②元素的相对原子质量:该元素的所有同位素的相对原子质量的平均值,即(A)=M(A1)·α(A1)%+M(A2)α(A·2)%+……。 (2)质量数。 质量数是一个原子中的质子数与中子数的和。由于质子和中子的相对质量都近似为1,所以一种核素的质量数就是该核素的近似相对原子质量。 3.等电子数的粒子汇总 (1)“10电子”的粒子。 分子 离子 一核10电子 Ne N3-、O2-、F-、 Na+、Mg2+、Al3+ 二核10电子 HF OH- 三核10电子 H2O N 四核10电子 NH3 H3O+ 五核10电子 CH4 N (2)“18电子”的粒子。 分子 离子 一核18电子 Ar K+、Ca2+、Cl-、S2- 二核18电子 F2、HCl 、HS- 三核18电子 H2S — 四核18电子 PH3、H2O2 — 五核18电子 SiH4、CH3F — (3)核外电子总数和质子总数均相同的粒子。 ①Na+、N、H3O+。 ②F-、OH-、N。 ③同位素,如HHH。 (4)寻找“10电子”微粒和“18电子”微粒的方法。 ①“10电子”微粒:以Ne为核心,推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。 ②“18电子”微粒:以Ar为核心,推断同周期的非金属元素的化合物和下一周期的金属元素的化合物。 CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH、F—F、F—CH3、CH3—OH…… (5)记忆其他等电子微粒。 ①“14电子”微粒:Si、N2、CO、C2H2、。 ②“16电子”微粒:S、O2、C2H4、HCHO。 知|识|对|练 角度一　以同位素为核心的概念辨析 1.核废水入海会直接对海洋环境和生物造成无法预估的后果。研究表明核废水中含有CsIC和放射性H等物质,下列说法错误的是(B) A.C和C互为同位素 BCs和I都位于周期表的第六周期 CCs原子中含有的中子数与质子数之差为27 DH和H用来制造氢弹 解析　两个核素质子数均为6,中子数分别为8、6,因此两者互为同位素,A项正确;Cs位于第六周期,I位于第五周期,B项错误;质子数为55,中子数为137-55=82,因此中子数与质子数的差值为82-55=27,C项正确;2H、3H具有放射性,可用于制造氢弹,D项正确。 2.汤姆孙(J.J.Thomson)和阿斯通(F.W.Aston)在1913年发现了Ne。下列有关说法正确的是(B) A.Ne和 Ne属于同素异形体 B.Ne和 Ne属于不同的核素 C.Ne和 Ne的中子数相同 D.Ne转变为 Ne为化学变化 解析　Ne和 Ne的质子数相同,中子数不同,互为同位素,不是同素异形体,A、C两项错误;Ne和 Ne的质子数相同,中子数不同,属于不同的核素,B项正确;Ne转变为 Ne是核反应,不是化学变化,D项错误。 角度二　有关计算 3.月球上的每百吨 He聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量,地球上氦元素主要以 He的形式存在。已知一个 12C原子的质量为a g,一个 He原子的质量为b g,NA为阿伏加德罗常数。下列说法正确的是(C) AHe比 He多一个中子 B.氦元素的近似相对原子质量为3.5 CHe的相对原子质量为 DHe的摩尔质量为bNA 解析He比 He少一个中子,A项错误;不能确定核素的原子百分含量,因此不能计算氦元素的近似相对原子质量,B项错误;一个原子的真实质量与一个C原子质量的的比值是该核素的相对原子质量,因此He的相对原子质量为,C项正确He的摩尔质量为bNAg·mol-1,D项错误。 4.已知阴离子R2-的原子核内有n个中子,R原子的质量数为m,则ω g R原子完全转化为R2-时含有电子的物质的量是(D) A. mol B. mol C.ω mol D.(m-n+2) mol 解析　R原子的质子数为(m-n)个,其核外电子数也为(m-n)个,所以R2-的核外电子数为(m-n+2)个,而ω g R原子的物质的量为 mol,所以形成R2-时含有的电子的物质的量为(m-n+2) mol。故选D。 角度三　相对原子质量的含义及辨析 5.铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。元素周期表中铟的数据如图,下列说法完全正确的是(D) A.铟元素的质量数是114.8 B.铟元素的相对原子质量是114 C.铟元素是一种副族元素 D.铟原子最外层有3个电子 解析　该元素的原子序数为49,位于第五周期第ⅢA族,故选D。 6.已知硒酸钠中各元素的质量分数为Na—a、Se—b,其余为氧;硫酸钠中各元素的质量分数为Na—c、S—d,其余为氧。用以上数据测定Se元素的相对原子质量时,还需要用到的数据是(B) A.Na元素的相对原子质量 B.S元素的相对原子质量 C.O元素的相对原子质量 D.Se元素各同位素的丰度 解析　M(Na2SeO4)=,M(Na2SO4)=,-=M(Se)-M(S),所以M(Se)=-+M(S),所以只要知道 S元素的相对原子质量,就可以求得Se元素的相对原子质量。 角度四　由核反应确定元素及其化合物的性质 7.科学家用钙元素的一种核素反复轰击镅元素的一种核素,得到元素Mc的一种核素,其反应可以表示为AmCa—Mc+n,下列说法正确的是(D) A.n与1H互为同位素 B.上述反应过程为化学变化 CCa与Ca互为同素异形体 D.Mc的最高价氧化物的化学式为Mc2O5 解析n与1H的质量数相同,质子数不同,中子数不同,不属于同位素,A项错误;该反应前后原子种类发生了变化,属于核变化,B项错误;Ca与Ca互为同位素,同素异形体是指同种元素组成的性质不同的单质,C项错误;Mc位于第ⅤA族,最高正价为+5价,故最高价氧化物的化学式为Mc2O5,D项正确。 8.海洋中蕴含着极为丰富的氘和氚元素,以重水和超重水的形式存在。氘和氚元素发生热核聚变H+H—→He+X时放出巨大的能量,是正在重点攻克的能源难题。下列说法错误的是(D) A.H和H属于同位素 B.X为中子n C.核聚变的产物对环境更友好 D.H2与H2的沸点相同 解析　H和H均为氢元素,质子数相同,中子数不同,属于同位素,A项正确;根据守恒关系,X为中子n,B项正确;相比于核裂变产物,核聚变的产物为He,无放射性,对环境更友好,C项正确;H2与H2的相对分子质量不同,H2分子间的范德华力更大,H2沸点更高,D项错误。 角度五　“10电子”的粒子与“18电子”的粒子 9.下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是(D) A.H3O+和OH- B.CO和N2 C.HNO2和N D.C和N 解析　中性微粒的核外电子数等于核内质子数;阳离子的电子数等于质子数减去所带的电荷数;阴离子的电子数等于质子数加上所带的电荷数。C中的电子数为8,N中的电子数为10,二者不相等。 10.A+、B+、C-、D、E五种粒子(分子或离子)中,每个粒子中均有10个电子,已知: ①A++C-===D+E↑;②B++C-===2D。 回答下列问题: (1)C-的电子式是。  (2)分别写出A+和D反应、B+和E反应的离子方程式: N+H2ONH3·H2O+H+ 、 H3O++NH3===N+H2O 。  (3)除D、E外,请再写出两种含10个电子的分子的分子式: CH4、HF(答案合理即可) 。  (4)除A+、B+外,请再写出两种含10个电子的阳离子: Na+、Mg2+、Al3+(答任意两个即可) 。  解析　本题五种粒子中均有10个电子是解题的突破口。依据已有的元素与化合物知识可知,10电子的粒子:原子有Ne;阴离子有N3-、O2-、F-、OH-、N,阳离子有Na+、Mg2+、Al3+、N、H3O+;分子有CH4、NH3、H2O、HF。根据题意有①A++C-===D+E↑,推知A+应为N、C-为OH-、D为H2O、E为NH3,将其结果代入②B++C-===2D,推知B+应为H3O+。 11.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同粒子,它们之间存在如图所示的转化关系(反应条件已经略去): (1)如果A、B、C、D均是10电子的粒子,请写出A、D的电子式:A [HH]+ ;D HH 。  (2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子,请写出: ①A与B在溶液中反应的离子方程式为 HS-+OH-===S2-+H2O或H2S+OH-===HS-+H2O 。  ②根据上述离子方程式,可以判断C与B结合质子的能力大小是 OH->S2-或OH->HS- (用化学式或离子符号表示)。  考点2　原子结构与核外电子排布 　 知|识|梳|理 一、理清2个概念 1.能层 原子核外电子是分层排布的,根据电子的能量差异,可将核外电子分成不同的能层。 2.能级 在多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,不同能量的电子分成不同的能级。 3.能层与能级的关系 能层 一 二 三 四 五 …… 符号 K L M N O …… 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p…… …… 最多 电子数 2 2　6 2 6 10 261014 2 6…… …… 电子离 核远近 近→远 电子能 量高低 低→高 二、熟记原子轨道的形状、数目和能量关系 三、掌握基态原子核外电子排布 1.排布原则 2.填充顺序——构造原理 绝大多数元素的原子核外电子的排布遵循如图所示的排布顺序,人们把它称为构造原理。它是书写基态原子核外电子排布式的依据。 3.电子排布式和电子排布图(或轨道表达式) 以硫原子为例 电子排布式 1s22s22p63s23p4 简化电子 排布式 [Ne]3s23p4 电子排布图(或轨道表示式) 价层电子 排布式 3s23p4 四、明晰原子的状态和原子光谱 1.原子的状态 (1)基态原子:处于最低能量状态的原子。 (2)激发态原子:基态原子的电子吸收能量后,从低能级跃迁到较高能级状态的原子。 2.原子光谱 不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,用光谱仪记录下来便得到原子光谱。利用原子光谱的特征谱线可以鉴定元素,称为光谱分析。 3.基态、激发态及光谱示意图 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.p能级的能量一定比s能级的能量高。(×) 提示:决定电子能量高低的首先是能层,如2p能级的能量比3s能级的能量低。 2.钾元素的基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d1。(×) 提示:基态原子的电子排布要遵守能量最低原理,3d能级的能量高于4s能级,所以钾元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p64s1。 3.铁元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p64s23d6。(×) 提示:基态原子的核外电子填充原子轨道时,是按构造原理的顺序,但书写电子排布式时应按能层顺序而不按填充顺序。 4.磷元素基态原子的电子排布图为。(×) 提示:由洪特规则可知,磷元素基态原子的电子排布图为。 知|识|拓|展 1.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) 2.防范两类常见的有关核外电子排布的错误 (1)3d、4s书写顺序混乱:当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,应把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p64s23d6(×),1s22s22p63s23p63d64s2(√)。在失去电子时,先失去4s轨道上的电子,如Fe2+:1s22s22p63s23p63d6。 (2)不符合洪特规则特例,如Cu:1s22s22p63s23p63d94s2(×),1s22s22p63s23p63d104s1(√)。 知|识|对|练 角度六　原子核外电子的排布 12.下列说法正确的是(D) A.同一原子中,2s、3p、4p能级的轨道数依次增多 B.电子排布式(22Ti)1s22s22p63s23p10违反了能量最低原理 C.表示的原子能量处于最低状态 D.正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素在周期表中位于第Ⅷ族 解析　A项,不同能层中p能级的轨道数相同,错误;B项,能级的能量由低到高的顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d…s、p、d能级最多可容纳的电子数分别为2、6、10,所以22Ti的电子排布式为1s22s22p63s23p10违反了泡利原理,错误;C项,由洪特规则可知,2p能级的3个电子应分占不同的轨道,而且自旋平行,错误;D项,正三价阳离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5的元素是26号元素铁,在周期表中位于第Ⅷ族,正确。 13.下列电子排布图所表示的元素原子中,其能量处于最低状态的是 ③⑤ (填序号)。  ① ② ③ ④ ⑤ 解析　①④不符合能量最低原理;②不符合洪特规则。 14.写出下列原子的电子排布式与简化电子排布式。 原子 电子排布式 简化电子排布式 N 1s22s22p3 [He]2s22p3 Cl 1s22s22p63s23p5 [Ne]3s23p5 Ca 1s22s22p63s23p64s2 [Ar]4s2 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 [Ar]3d64s2 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 [Ar]3d104s1 As 1s22s22p63s23p63d104s24p3 [Ar]3d104s24p3 角度七　元素的推断 15.元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn+1。回答下列问题: (1)元素X的原子最外层电子排布式中的n= 2 ;原子中能量最高的是 2p(写成np也可以) 电子,其电子云在空间有 三种互相垂直的伸展 方向,原子轨道呈 哑铃 形。  (2)元素X的名称是 氮 ;它的氢化物的电子式是;该氢化物分子结构呈三角锥形。  解析　(1)根据构造原理,先填满ns能级,而s能级只有1个原子轨道,故最多只能容纳2个电子,即n=2,所以元素X的原子最外层电子排布式为2s22p3,由此可知X是N元素;根据核外电子排布的能量最低原理,可知氮原子的核外电子中2p能级能量最高,p电子的原子轨道呈哑铃形,在空间有三种互相垂直的伸展方向。(2)X是氮元素,则其氢化物的分子式为NH3,中心氮原子上有4对电子,所以其电子式是;分子的空间结构呈三角锥形。 16.A、B、C、D、E代表5种元素。回答下列问题: (1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子,次外层有2个电子,其元素符号为 N 。  (2)B元素的-1价离子和C元素的+1价离子的电子层结构都与氩元素相同,B的元素符号为 Cl ,C的元素符号为 K 。  (3)D元素的+3价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为 Fe ,其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) 。  (4)E元素的基态原子的M层全充满,N层上没有成对电子,只有一个未成对电子,E的元素符号为 Cu ,其基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1) 。  解析　(1)A元素基态原子的电子排布图由题意可写成,可见该元素原子核外有7个电子,为氮元素,其元素符号为N。(2)B-、C+的电子层结构都与Ar元素相同,即核外都有18个电子,则B为17号元素Cl,C为19号元素K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成+3价离子,其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,即26号元素铁。(4)根据题意要求,首先写出电子排布式1s22s22p63s23p63d104s1,该元素为29号元素Cu。 微充电　素养提升 关键题型——基态原子核外电子排布式的书写模型与应用创新题 　 【模型构建】　 价电子排布式的书写:对于主族元素和0族元素,写出最外层电子排布式即可;对于过渡金属元素,其价电子排布式一般符合(n-1)d1~10ns1~2(n≥4)。如Cr元素的价电子排布式为3d54s1。 离子核外电子排布式的书写方法:先写出基态原子的核外电子排布式,再由外向内失去电子或补充电子(基态原子失去电子时总是优先失去最外层电子),即得到相应阳离子或阴离子的核外电子排布式。如Cr3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3。 【母题】　镍铜合金是由镍、铜、铁三种金属组成的合金材料,有较好的耐腐蚀性、耐磨性等,且易加工,可作为航空发动机的结构材料。基态镍原子的价电子排布式为 3d84s2 ,同周期且基态原子的单电子数与Ni相同的元素有 3 种。  解析　Ni的原子序数为28,价电子排布式为3d84s2,基态Ni原子的单电子数为2,第四周期中Ti([Ar]3d24s2)、Ge([Ar]3d104s24p2)、Se([Ar]3d104s24p4)的单电子数均为2。 【衍生1】　(拓宽高于教材)基态磷原子核外电子共有 9 种空间运动状态。磷原子在成键时能将一个3s电子激发进入3d能级而参与成键,写出该激发态磷原子的核外电子排布式: 1s22s22p63s13p33d1 。  解析　基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,原子核外电子占据的每一个原子轨道都是一种电子空间运动状态,s能级上有1个轨道,p能级上有3个轨道,所以一共有9个轨道,即9种空间运动状态。磷原子在成键时将一个3s电子激发进入3d能级,则该激发态磷原子的核外电子排布式为1s22s22p63s13p33d1。 【衍生2】　(贴近生活实践)基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为 3∶1 ,下列现象与原子核外电子跃迁有关的是 ab (填字母)。  a.焰火　　b.LED灯光　　c.金属导电 解析　已知Ni是28号元素,其基态原子的价层电子排布式为3d84s2,故基态镍原子d轨道中成对电子与单电子的数目之比为6∶2=3∶1;焰火和LED灯光是原子的发射光谱,与原子核外电子发生跃迁有关,金属导电是由于金属内部自由电子在通电后作定向移动而形成电流,与电子跃迁无关。 【衍生3】　(体现学科融合)光电材料[氟代硼铍酸钾晶体(KBe2BO3F2)等]是目前科学家特别关注的材料。基态B原子中有 3 种能量不同的电子,存在未成对电子的能级电子云有 3 种取向。  解析　基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1,1s、2s、2p中电子的能量不同,则有3种能量不同的电子。2p能级存在未成对电子,p能级电子云有3种取向,为px、py、pz。 【衍生4】　(创新学科情境)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。 (1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价层电子轨道表示式为。电负性大小顺序为H > B(填“>”或“<”)。  (2)基态铁原子核外电子运动状态有 26 种。Fe成为阳离子时首先失去 4s 轨道上的电子。  解析　(1)Ti原子的价层电子排布式为3d24s2,价层电子排布图为。电负性表示原子对键合电子吸引力的大小,B中B元素显+3价,H元素显-1价,因此电负性H>B。(2)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;Fe原子的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子。 微真题　把握方向 　 考向一　同位素 1.(2024·北京卷)我国科研人员利用激光操控方法,从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子,实现了对同位素41Ca的灵敏检测。41Ca的半衰期(放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间)长达10万年,是14C的17倍,可应用于地球科学与考古学。下列说法正确的是(A) A.41Ca的原子核内有21个中子 B.41Ca的半衰期长,说明41Ca难以失去电子 C.41Ca衰变一半所需的时间小于14C衰变一半所需的时间 D.从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程属于化学变化 解析　41Ca的质量数为41,质子数为20,所以中子数为41-20=21,A项正确;41Ca的半衰期长短与得失电子能力没有关系,B项错误;根据题意,41Ca衰变一半所需的时间要大于14C衰变一半所需的时间,C项错误;从Ca原子束流中直接俘获41Ca原子的过程没有新物质产生,不属于化学变化,D项错误。 考向二　核反应 2.(2022·河北卷)中子轰击X原子的核反应为X+n—→Y+H,其中Y可用于测定文物年代。下列说法错误的是(C) A.原子半径:Y>X B.Y的电子式为 C.最高价含氧酸的酸性:Y>X D.X与Y均能形成多种氢化物 解析　由已知核反应可得Z+0=M+1、A+1=R+1Y可用于测定文物年代,则Y是C,R=14、M=6、A=14、Z=7,X是N。同周期元素从左到右原子半径依次减小,则碳原子的原子半径大于氮原子,A项正确;C为质子数大于电子数的阳离子,电子式为,B项正确;元素的非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,氮元素的非金属性强于碳元素,则硝酸的酸性强于碳酸,C项错误;碳元素与氢元素形成的氢化物为烃类化合物,氮元素与氢元素形成的氢化物可能为氨气、联氨,则碳元素和氮元素均能形成多种氢化物,D项正确。 3.(2022·山东卷OO的半衰期很短,自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下O+HeO+XOHeOY。下列说法正确的是(B) A.X的中子数为2 B.X、Y互为同位素 COO可用作示踪原子研究化学反应历程 D.自然界不存在O2O2分子是因其化学键不稳定 解析　根据质量守恒可知,X微粒为He,Y微粒为He,据此分析解题。X微粒为He,根据质量数等于质子数加中子数可知,该微粒的中子数为4,A项错误;X微粒为He,Y微粒为He,二者具有相同的质子数而中子数不同,故互为同位素,B项正确;由题干信息可知O与O的半衰期很短,故不适宜用作示踪原子研究化学反应历程,C项错误;自然界中不存在O2与O2并不是其化学键不稳定,而是由于O与O的半衰期很短,很容易发生核变化,转化为其他原子,O==O的键能与形成该键的核素无关,D项错误。 4.(2021·河北卷)用中子轰击X原子产生α粒子(即氦核He)的核反应为X+n—→Y+He。已知元素Y在化合物中呈+1价。下列说法正确的是(A) A.H3XO3可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液 B.Y单质在空气中燃烧的产物是Y2O2 C.X和氢元素形成离子化合物 D.6Y和7Y互为同素异形体 解析　根据核反应X+n—→Y+He可知,X的质量数N为4+7-1=10,又因为Y在化合物中呈+1价,则推知Y位于第ⅠA族,质量数=质子数+中子数,Y的质量数为7,所以得出Y为Li,其质子数P=3,所以X的质子数Z=3+2-0=5,核电荷数=原子序数=核内质子数=5,则推知X为B元素,据此分析解答。H3BO3为硼酸,氢氧化钠溶液具有腐蚀性,若不慎将NaOH溶液溅到皮肤上,则需用大量水冲洗,同时涂抹H3BO3溶液,以中和碱液,A项正确;Y为Li元素,在空气中燃烧的产物只有Li2O,B项错误;X为B元素,与氢元素通过共价键结合,形成共价化合物,C项错误;6Li和7Li两者的质子数均为3,中子数不同,所以两者互为同位素,D项错误。 考向三　核外电子排布 5.(2024·浙江卷6月)下列有关单核微粒的描述正确的是 AB 。  A.Ar的基态原子电子排布方式只有一种 B.Na的第二电离能>Ne的第一电离能 C.Ge的基态原子简化电子排布式为[Ar]4s24p2 D.Fe原子变成Fe+,优先失去3d轨道上的电子 解析　根据原子核外电子排布规律,基态Ar原子的电子排布方式只有1s22s22p63s23p6一种,A项正确;Na的第二电离能指气态基态Na+失去一个电子转化为气态基态正离子所需的最低能量,Na+和Ne具有相同的电子层结构,Na+的核电荷数大于Ne,Na+的原子核对外层电子的引力大于Ne的,故Na的第二电离能>Ne的第一电离能,B项正确;Ge的原子序数为32,基态Ge原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C项错误;基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,Fe原子变成Fe+,优先失去4s轨道上的电子,D项错误。 6.(2024·北京卷)Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族。将Sn的基态原子最外层轨道表示式补充完整: 。 答案　 解析　Sn位于元素周期表的第五周期第ⅣA族,基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2,Sn的基态原子最外层轨道表示式为。 7.(2024·湖南卷)Cu属于 ds 区元素,其基态原子的价电子排布式为 3d104s1 。  解析　Cu的原子序数为29,位于第四周期第ⅠB族,位于ds区,其基态原子的价电子排布式为3d104s1。 8.(2024·河北卷)钒原子的价层电子排布式为 3d34s2 。  解析　钒是23号元素,其价层电子排布式为3d34s2。 9.(2023·全国乙卷)基态Fe原子的价电子排布式为 3d64s2 。橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为 O>Si>Fe>Mg ,铁元素的化合价为 +2 价。  解析　Fe为26号元素,基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2。元素的金属性越强,其电负性越小,元素的非金属性越强则其电负性越大,因此,橄榄石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg;因为MgxFe2-xSiO4中Mg、Si、O元素的化合价分别为+2、+4和-2,设铁元素的化合价为y,根据化合物中各元素的化合价代数和为0,可得2x+(2-x)y+4=8,讨论y=+2和y=+3,可知y=+2符合题意,可以确定铁元素的化合价为+2。 10.(2023·北京卷)基态S原子的价层电子排布式是 3s23p4 。  第23讲　元素周期表和元素周期律 [目标速览]　1.掌握元素周期律的实质;了解元素周期表的结构(周期、族)及其应用。2.以第三周期为例,掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。3.以第ⅠA族和第ⅦA族为例,掌握同一主族内元素性质的递变规律与原子结构的关系。4.了解金属、非金属元素在元素周期表中的位置及其性质递变规律。 微考点　核心突破 考点1　元素周期表 　 知|识|梳|理 1.原子序数 对于一个原子:原子序数=核电荷数=核外电子数=质子数=质量数-中子数。 2.元素周期表 (1)编排原则。 ①按原子序数递增的顺序从左到右排列。 ②将电子层数相同的元素排成一横行,共有7个横行。 ③把最外层电子数相同的元素按原子序数递增的顺序从上到下排成一纵列,共有18列。 (2)周期。 7个横行,7个周期 短周期 长周期 序号 1 2 3 4 5 6 7 元素种数 2 8 8 18 18 32 32 0族元 素原子 序数 2 10 18 36 54 86 118 (3)族。 18列,16个族 主族 列序 1 2 13 14 15 16 17 族序号 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 副族 列序 3 4 5 6 7 11 12 族序号 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅠB ⅡB 第Ⅷ族 第8、9、10共3列 0族 第18列 (4)分区。 ①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条斜线,即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。 ②各区位置:分界线左下方为金属元素区,分界线右上方为非金属元素区。 ③分界线附近元素的性质:既表现金属元素的性质,又表现非金属元素的性质。 3.元素周期表中的特殊位置 (1)过渡元素:元素周期表中部从ⅢB族到ⅡB族10个纵列共六十多种元素,这些元素都是金属元素。 (2)镧系:元素周期表第六周期中,57号元素镧到71号元素镥共15种元素。 (3)锕系:元素周期表第七周期中,89号元素锕到103号元素铹共15种元素。 (4)超铀元素:原子序数在92号元素铀(U)以后的各种元素。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.同一周期的相邻主族元素的原子序数之差为1。(×) 提示:元素周期表中第ⅡA族与第ⅢA族从长周期开始,中间隔着过渡元素,所以同一周期的第ⅡA族与第ⅢA族元素的原子序数相差1、11或25。 2.同一主族第四周期元素比第三周期元素的原子序数大8。(×) 提示:排在过渡元素前面的主族,其中同一主族第四周期元素比第三周期元素的原子序数大8,排在过渡元素后面的大18。 3.每个周期都是从碱金属元素开始到稀有气体元素结束。(×) 提示:第一周期从H元素开始。 4.最外层电子数是2的元素,都是第ⅡA族元素。(×) 提示:最外层电子数是2的元素可能是稀有气体元素He,也可能是过渡元素。 5.元素周期表中镧系、锕系元素都占据同一格,它们都是同位素。(×) 提示:镧系、锕系元素都占据同一格,但它们不是同位素。 6.位于同一周期的甲、乙两种元素,甲位于第ⅠA族,原子序数为x,乙位于第ⅢA族,则乙的原子序数可能为x+19。(×) 提示:若甲、乙两种元素都是第二或第三周期元素,则乙的原子序数为x+2;若甲、乙两种元素都是第四或第五周期元素,则乙的原子序数为x+12;若甲、乙两种元素都是第六周期元素,则乙的原子序数为x+26。 知|识|拓|展 元素周期表结构中隐含的两条规律 (1)同周期主族元素原子序数差的关系。 ①短周期元素原子序数差=族序数差。 ②两元素分布在过渡元素同侧时,原子序数差=族序数差。两元素分布在过渡元素两侧时,第四或第五周期元素原子序数差=族序数差+10,第六周期元素原子序数差=族序数差+24。 ③第四、五周期的第ⅡA族与第ⅢA族原子序数之差都为11,第六、七周期第ⅡA族与ⅢA族原子序数差为25。 (2)同主族、邻周期元素的原子序数差的关系。 ①第ⅠA族元素,随电子层数的增加,原子序数依次相差2、8、8、18、18、32。 ②第ⅡA族和0族元素,随电子层数的增加,原子序数依次相差8、8、18、18、32。 ③第ⅢA族~ⅦA族元素,随电子层数的增加,原子序数依次相差8、18、18、32。 知|识|对|练 角度一　对元素周期表结构的考查 1.下列各图为元素周期表的一部分,表中的数字为原子序数,其中M为37的是(C) 17 M 53 A 19 M 55 B 　 20 M 56 C 　 26 28 M D 解析　元素周期表中每周期所含有的元素的种类数分别为2、8、8、18、18、32、32,由此分析比较得出C项符合题意。 2.下列叙述正确的是(C) A.除0族元素外,短周期元素的最高正化合价在数值上都等于该元素所属的族序数 B.除短周期外,其他周期均有18种元素 C.副族元素中没有非金属元素 D.碱金属元素是第ⅠA族的所有元素 解析　氧元素无最高正价,氟元素无正价,A项错误;第六、七周期都有32种元素,B项错误;副族元素全部是金属元素,C项正确;碱金属元素是指第ⅠA族中除去H元素的所有元素,D项错误。 角度二　对元素周期表整体结构的考查 3.结合如图所示元素周期表,回答下列问题: (1)表中所列元素,属于短周期元素的有 a、b、c、d、e、f、g (填字母,下同),属于主族元素的有 a、b、c、d、e、f ;g元素位于第 三 周期 0 族;i元素位于第 四 周期第 ⅡB 族。  (2)f元素位于第 三 周期第 ⅥA 族,按氦元素的式样写出该元素的原子序数、元素符号、元素名称、相对原子质量:。  角度三　元素在周期表中位置的推断 4.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示,其中Y、W的原子序数之和是Z的原子序数的3倍。下列说法正确的是(C) Y Z X W A.简单离子半径:Y<Z B.X、Z组成的化合物中X显负价 C.Z、W均可与Mg形成离子化合物 D.最高价氧化物对应水化物的酸性:X>Y 解析　设Y的原子序数为a,则Z的原子序数为a+1,W的原子序数为a+10,由Y、W的原子序数之和是Z的原子序数的3倍,可得a+(a+10)=3(a+1),解得a=7,则Y为N元素,Z为O元素,X为Si元素,W为Cl元素。核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则简单离子半径N3->O2-,A项错误;非金属性O>Si,则Si、O组成的化合物(如SiO2)中O元素显负价,B项错误;O元素与Mg元素可形成MgO,Cl元素与Mg元素可形成MgCl2,二者均为离子化合物,C项正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性N>(P>)Si,则酸性HNO3>H2SiO3,D项错误。 考点2　元素周期律 　 知|识|梳|理 1.定义 元素的性质随原子序数的递增而呈周期性变化的规律。 2.实质 元素原子核外电子排布周期性变化的结果。 3.具体表现形式 项目 同周期(左→右) 同主族(上→下) 原子结构 核电荷数 逐渐增大 逐渐增大 电子层数 相同 逐渐增多 原子半径 逐渐减小(稀有气体除外) 逐渐增大 离子半径 阳离子逐渐减小,阴离子逐渐减小,r(阴离子)>r(阳离子) 逐渐增大 性质 化合价 最高正化合价由+1→+7(O、F除外),最低负化合价=-(8-主族族序数) 相同,最高正化合价=主族族序数(O、F除外) 元素的金属性和非金属性 金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 离子的氧 化、还原性 阳离子氧化性逐渐增强 阴离子还原性逐渐减弱 阳离子氧化性逐渐减弱 阴离子还原性逐渐增强 气态氢化物稳定性 逐渐增强 逐渐减弱 最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性逐渐减弱 酸性逐渐增强 碱性逐渐增强 酸性逐渐减弱 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.酸性H2SO3>H2CO3,所以非金属性S>C。(×) 提示:利用酸的酸性判断元素非金属性强弱时,一定要用最高价氧化物对应水化物即最高价含氧酸的酸性强弱判断,H2SO3不是S元素的最高价含氧酸。 2.酸性HCl>H2S,所以非金属性Cl>S。(×) 提示:HCl、H2S均属于气态氢化物,只能用气态氢化物的稳定性来判断元素非金属性的强弱,不能用其酸性来判断。 3.金属M、N分别与氯气反应生成MCl、NCl2,可知M的金属性弱于N的金属性。(×) 提示:金属性强弱与失电子的多少无关,与失电子的难易程度有关。 4.同主族元素含氧酸的酸性随核电荷数的增加而减弱。(×) 提示:没有注明最高价。 5.第二周期主族元素从左到右,最高正价从+1价递增到+7价。(×) 提示:第二周期主族元素中F元素无正价,O元素无最高正价。 实|验|回|放 实验一:碱金属单质化学性质实验探究 1.碱金属与氧气的反应。 碱金属 单质 钾 钠 实验 操作 实验 现象 先熔化成小球,后燃烧,反应比钠更剧烈,火焰呈紫色(透过蓝色钴玻璃) 先熔化成小球,后燃烧,反应剧烈,火焰呈黄色 实验 结论 金属活动性:钾>钠 实验 原理 K+O2KO2(超氧化钾) 2Na+O2Na2O2 提醒　(1)做碱金属与氧气反应的实验时,金属钾、钠的用量一般取绿豆大小为宜。若用量过大,易发生爆炸。在使用前,还应用滤纸吸干钾、钠等金属表面的煤油。 (2)碱金属在空气中加热与O2反应,Li只能生成Li2O,Na生成Na2O2,K生成KO2,Rb和Cs生成更复杂的产物。 2.碱金属与水的反应。 碱金属 单质 钾 钠 实验 操作 实验 现象 熔成小球,浮于水面,四处游动,有轻微爆炸声,反应后的溶液使酚酞溶液变红 熔成小球,浮于水面,四处游动,有“嘶嘶”的响声,反应后的溶液使酚酞溶液变红 实验 结论 金属活动性:钾>钠 实验 原理 2K+2H2O===2KOH+H2↑ 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ 提醒　钾、钠着火时,不能用水灭火,必须用干燥的沙土来灭火。这是因为钾、钠的化学性质活泼,与水剧烈反应产生可燃性气体H2,同时放出大量的热。 实验二:同周期元素(Na、Mg、Al)金属性强弱的实验探究 实验操作 实验现象 实验结论 钠熔成小球,浮于水面,四处游动,有“嘶嘶”的响声,反应后的溶液使酚酞溶液变红 钠与冷水反应剧烈,反应的化学方程式为 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ 加热前,镁条表面出现少量无色气泡,加热至沸腾后,有较多无色气泡冒出,酚酞溶液变为粉红色 镁与冷水反应缓慢,能与沸水反应,反应的化学方程式为Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ 两支试管内都有无色气泡冒出,但放镁条的试管中产生气泡的速率较快 镁、铝都能置换出酸中的氢,但镁与酸的反应更剧烈,反应的化学方程式分别为 Mg+2HCl===MgCl2+H2↑、2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 结论　钠、镁、铝的金属性由强到弱的顺序为Na>Mg>Al。 知|识|拓|展 1.比较元素金属性强弱的方法 (1)根据原子结构。 原子半径(电子层数)越大,最外层电子数越少,金属性越强,反之越弱。 (2)根据在元素周期表中的位置。 ①同周期元素,从左至右,随着原子序数的增加,金属性减弱。 ②同主族元素,从上至下,随着原子序数的增加,金属性增强。 (3)根据金属活动性顺序表。 一般金属的位置越靠前,其金属性越强。 (4)根据实验。 ①根据金属单质与水(或酸)反应的难易程度:越易反应,则对应金属元素的金属性越强。 ②根据金属单质与盐溶液的置换反应。A置换出B,则A对应的金属元素比B对应的金属元素的金属性强。 ③根据金属单质的还原性或对应阳离子的氧化性强弱:单质的还原性越强,对应阳离子的氧化性越弱,元素的金属性越强(Fe对应的是Fe2+而不是Fe3+)。 ④根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱:碱性越强,则对应金属元素的金属性越强。 ⑤根据电化学原理:不同金属形成原电池时,一般作负极的金属活泼;在电解池中的惰性电极上,先析出的金属其对应的元素不活泼。 2.比较元素非金属性强弱的方法 (1)同周期元素(稀有气体除外)从左到右,非金属性增强;同主族元素从上到下,非金属性减弱。 (2)单质与H2化合生成气态氢化物越容易,生成的气态氢化物越稳定,说明元素的非金属性越强。 (3)最高价氧化物对应水化物的酸性越强,说明元素的非金属性越强。 (4)元素的原子对应阴离子的还原性:阴离子还原性越强,元素的非金属性就越弱。 (5)与盐溶液的置换反应中,活动性强的非金属置换活动性弱的非金属(氟除外)。 3.微粒半径比较 (1)微粒半径大小的比较方法。 ①同周期元素的原子或最高价阳离子半径从左到右逐渐减小(稀有气体元素除外),如Na>Mg>Al;Na+>Mg2+>Al3+。 ②同主族元素的原子或离子半径从上到下逐渐增大,如Li<Na<K,O<S<Se,Li+<Na+<K+,F-<Cl-<Br-。 ③电子层结构相同(核外电子排布相同)的离子半径(包括阴、阳离子)随着核电荷数的增加而减小,如Na+、Mg2+、Al3+、F-、O2-的离子半径大小排列为O2->F->Na+>Mg2+>Al3+。可归纳为电子层排布相同的离子,(表中位置)阴离子在阳离子前一周期,(原子)序数大的半径小。概括为“阴上阳下,序大径小”。 ④核电荷数相同(即同种元素)的微粒半径大小为阳离子<中性原子<阴离子,价态越高的阳离子半径越小,如Fe3+<Fe2+,H+<H<H-。 ⑤电子数和核电荷数都不同的,一般可通过一种参照物进行比较。如比较Al3+和S2-的离子半径大小,可找出与Al3+电子数相同、与S2-同一主族的元素O2-进行比较,因Al3+<O2-且O2-<S2-,故Al3+<S2-。 (2)“三看”法快速判断简单粒子半径大小。 ①一看电子层数:最外层电子数相同时,电子层数越多,半径越大。 ②二看核电荷数:当电子层结构相同时,核电荷数越大,半径越小。 ③三看核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。 4.解答元素周期律(表)的“六大误区” 常见误区 出错原因 误认为最高正价和最低负价绝对值相等的元素只有第ⅣA族的元素 忽视了第ⅠA族H元素的最高正价为+1价,最低负价为-1价 误认为主族元素的最高正价一定等于其族序数 忽视了氧无最高正价,氟无正价 误认为元素的非金属性越强,其氧化物对应水化物的酸性就越强 忽视了关键词“最高价” 误认为失电子难的原子得电子的能力一定强 忽视了稀有气体元素原子失电子难,得电子也难 误认为同周期相邻两主族元素原子序数之差都等于1 忽视了长周期也有相差11或25的情况 误认为得(失)电子的数目越多,元素的非金属性(金属性)越强 忽视了元素原子得失电子的数目多少与元素的非金属性、金属性强弱没有必然的联系 知|识|对|练 角度四　元素金属性和非金属性强弱的比较 5.已知H2SiO3是一种胶状沉淀。由下列实验能证明相应结论的是(D) A.实验Ⅰ可验证金属性:Al>Mg B.实验Ⅱ可验证金属性:Cu>Al C.实验Ⅲ可验证非金属性:Cl>Br>I D.实验Ⅳ可验证非金属性:Cl>C>Si 解析　比较金属性强弱,可以比较金属与同浓度非氧化性酸反应置换出H2的难易程度,而不能用与碱反应来比较,A项错误;Cu与稀盐酸不反应,Al与稀盐酸反应产生H2,可证明金属性Al>Cu,B项错误;Cl2与NaBr溶液反应有Br2生成,使左侧棉球变为橙黄色,若有未反应完的Cl2,则Cl2继续与KI溶液反应置换出I2,使右侧棉球变为蓝色,不能证明非金属性Br>I,C项错误;实验Ⅳ可证明酸性HClO4>H2CO3>H2SiO3,这三种酸为Cl、C、Si元素的最高价氧化物对应的水化物,故能验证非金属性Cl>C>Si,D项正确。 6.下列各项中的叙述Ⅰ和叙述Ⅱ都正确,但叙述Ⅱ不能用于对叙述Ⅰ进行解释的是(D) 选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ A 金属钠和钾都容易用小刀切开 钠和钾的硬度都较小 B 金属钠和钾都可用煤油密封保存 钠和钾都不与煤油反应,且比煤油密度大 C 金属钠和钾分别在空气中燃烧,钾的反应相对较快 钾的金属性比钠的强 D 金属钠和钾分别与水反应,钾的反应相对较快 钾的密度比钠的小 解析　金属钠和钾分别与水反应,钾反应相对较快的原因是钾的金属性比钠的强,或者说钾原子比钠原子更易失去电子,与钠、钾的密度无关,D项错误。 7.已知非金属单质硫(S)是淡黄色固体,难溶于水。为了验证Cl元素的非金属性比S元素的非金属性强,某化学实验小组设计了如图实验。回答下列问题: (1)装置A中发生反应的离子方程式为 MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O 。  (2)虚线框内是一个装有未知试剂的带导管的广口瓶,该试剂是 饱和食盐水 ,该装置的作用是 除去Cl2中混有的HCl 。  (3)装置B中盛放的试剂是 A (填字母),实验现象为 有淡黄色沉淀生成 ,离子方程式是 Cl2+S2-===S↓+2Cl- 。  A.Na2S溶液 B.Na2SO3溶液 C.Na2SO4溶液 (4)装置C中NaOH溶液的作用是 吸收尾气Cl2,防止污染空气 。  (5)已知:①H2SO4比HClO稳定;②HClO4比H2SO4酸性强;③S2-比Cl-易被氧化;④HCl比H2S稳定;⑤铜与盐酸不反应,但能与浓硫酸反应;⑥Fe与Cl2点燃生成FeCl3,Fe与S加热生成FeS。可说明Cl元素比S元素的非金属性强的是 B (填字母)。  A.全部 B.②③④⑥ C.①②④⑤⑥ D.除①以外 解析　(1)为验证Cl元素的非金属性比S元素的非金属性强,需要验证Cl2能从含S2-的溶液中置换出S,故需要用装置A来制备Cl2,则分液漏斗中盛装的试剂是浓盐酸,烧瓶中加入的试剂是MnO2,发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)MnO2和浓盐酸反应制得的Cl2中含有HCl,可以用盛有饱和食盐水的洗气瓶将其除去。(3)要在装置B中发生Cl2置换出S的反应,可选Na2S溶液,反应的离子方程式为Cl2+S2-===S↓+2Cl-,则有淡黄色沉淀生成。(5)①H2SO4比HClO稳定,不能说明Cl元素比S元素的非金属性强;②通常最高价氧化物对应水化物的酸性越强,相应元素的非金属性越强,HClO4比H2SO4酸性强,则非金属性Cl>S;③S2-比Cl-易被氧化,说明氧化性Cl2>S,通常单质的氧化性越强,相应元素的非金属性越强,则非金属性Cl>S;④通常简单氢化物越稳定,相应元素的非金属性越强,稳定性HCl>H2S,故元素的非金属性Cl>S;⑤铜与盐酸不反应,但能与浓硫酸反应,不能说明Cl元素比S元素的非金属性强;⑥Fe与Cl2点燃生成FeCl3,Fe与S加热生成FeS,说明氧化性Cl2>S,故非金属性Cl>S。综上所述,B项正确。 角度五　微粒半径大小的比较 8.已知短周期元素的四种离子A2+、B+、C3-、D-具有相同的电子层结构,则下列叙述中正确的是(B) A.原子序数:D>C>B>A B.原子半径:B>A>C>D C.离子半径:C3->D->A2+>B+ D.氧化性A2+>B+,还原性C3-<D- 解析　由于四种离子具有相同的电子层结构,离子所对应的元素应位于相邻两个周期,根据阴、阳离子所带的电荷数,得出元素在周期表中的位置关系为。原子序数大小应为A>B>D>C,A项错误;根据原子半径的递变规律,可以判断B项正确;离子半径应为C3->D->B+>A2+,C项错误;还原性C3->D-,D项错误。 角度六　元素性质递变规律的实验探究 9.某同学做同周期元素性质递变规律实验时,自己设计了一套实验方案,并记录了有关实验现象如下表: 实验方案 实验现象 ①用砂纸摩擦后的镁带与沸水反应,再向反应后的溶液中滴加酚酞 A.浮于水面,熔成一个小球,在水面上无定向移动,随之消失,溶液变红色 ②向新制的饱和H2S溶液中滴加新制的氯水 B.产生气体,可在空气中燃烧,溶液变成浅红色 ③钠与滴有酚酞溶液的冷水反应 C.反应不十分强烈,产生可燃性气体 ④镁带与2 mol·L-1的盐酸反应 D.剧烈反应,产生可燃性气体 ⑤铝条与2 mol·L-1的盐酸反应 E.生成白色胶状沉淀,后沉淀消失 ⑥向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 F.生成淡黄色沉淀 请你帮助该同学整理并完成实验报告: (1)实验目的: 验证第三周期元素从左到右金属性递减、非金属性递增的规律 。  (2)实验用品。 仪器: 试管、酒精灯、火柴、砂纸、镊子、小刀、胶头滴管、试管夹等 ,  药品: 镁带、钠、铝条、新制氯水、新制饱和硫化氢溶液、2 mol·L-1的盐酸、NaOH溶液、蒸馏水、酚酞溶液、AlCl3溶液 。  (3)实验内容:(填写题给信息表中的序号)。 实验 方案 实验 现象 有关化学方程式 ③ A 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑ ① B Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ ⑤ C 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ ④ D Mg+2HCl===MgCl2+H2↑ ⑥ E AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4] ② F H2S+Cl2===2HCl+S↓ (4)实验结论: 金属性Na>Mg>Al;非金属性Cl>S 。  (5)请用物质结构理论简单说明具有上述结论的原因: Na、Mg、Al、S、Cl原子核外都有三个电子层,但最外层电子数依次为1、2、3、6、7,原子半径随电子数增多而减小,所以原子核对最外层电子的吸引力依次增强,失电子能力依次减弱,得电子能力依次增强 。  (6)请你补充两组简单易行的实验方案,证明此周期中另外两种元素性质的递变规律: 方案一:在相同温度下,测定0.1 mol·L-1的Na2SiO3溶液、Na3PO4溶液的pH,由此判断两种盐溶液的水解能力,得出硅酸、磷酸两种最高价含氧酸的酸性强弱顺序,进而得出硅、磷两种元素的非金属性强弱顺序。  方案二:在硅酸钠溶液中滴加磷酸,可发生反应生成硅酸沉淀,进而得出硅、磷两种元素的非金属性强弱顺序 。  考点3　原子结构与元素的性质 　 知|识|梳|理 1.原子结构与元素周期表的关系 (1)原子结构与周期的关系。 原子的最大能层数=周期序数。 (2)原子结构与族的关系。 ①主族元素的价层电子排布特点。 主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA 排布特点 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 主族 ⅤA ⅥA ⅦA — 排布特点 ns2np3 ns2np4 ns2np5 — ②0族元素的价层电子排布:He元素为1s2;其他元素为ns2np6。 ③过渡元素(副族和第Ⅷ族)的价层电子排布:(n-1)d1~10ns1~2。 (3)原子结构与元素周期表分区的关系。 ①元素周期表分区。 ②各区价层电子排布特点。 分区 价层电子排布 s区 ns1~2 p区 ns2np1~6(除He元素外) d区 (n-1)d1~9ns1~2(除钯元素外) ds区 (n-1)d10ns1~2 f区 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 2.原子半径 (1)影响因素 (2)变化规律。 在元素周期表中,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。 3.电离能 (1)第一电离能:气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,通常用I1表示,单位为kJ·mol-1。 (2)规律。 ①同周期元素:从左至右第一电离能总体呈现增大的趋势。其中第ⅡA族与第ⅢA族,第ⅤA族与第ⅥA族元素的第一电离能出现反常。 ②同族元素:从上到下第一电离能逐渐变小。 ③同种原子:逐级电离能越来越大。 (3)电离能的应用。 ①判断元素金属性强弱。 ②分析原子核外电子层结构,判断元素最高化合价。如某元素的In+1≫In,则该元素的最外层电子数为n,最高化合价为+n价。 4.电负性 (1)含义:不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。元素的电负性越大,表示其原子对键合电子的吸引力越大。 (2)标准:以氟原子的电负性为4.0和锂原子的电负性为1.0作为相对标准,计算得出其他元素的电负性(稀有气体未计)。 (3)变化规律。 ①同周期元素从左到右,元素的电负性逐渐变大。 ②同族元素从上到下,元素的电负性逐渐变小。 (4)电负性的应用。 ①判断一种元素是金属元素还是非金属元素,以及金属性与非金属性的强弱。 ②判断元素在化合物中的价态。 ③判断化学键类型。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能。(×) 2.C、N、O、F四种元素第一电离能从大到小的顺序是N>O>F>C。(×) 3.价层电子排布式为4s24p3的元素位于第四周期第ⅤA族,是p区元素。(√) 4.元素的电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。(×) 5.最外层有2个未成对电子的价层电子排布式可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。(√) 6.价层电子排布式为5s25p1的元素位于第五周期第ⅠA族,是s区元素。(×) 知|识|对|练 角度七　元素周期律的准确判断 10.工业上电解熔融Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的混合物可制得铝。下列说法正确的是(A) A.半径大小:r(Al3+)<r(Na+) B.电负性大小:χ(F)<χ(O) C.电离能大小:I1(O)<I1(Na) D.碱性强弱:NaOH<Al(OH)3 解析　核外电子排布相同时,核电荷数越大,离子半径越小,故半径大小为r(Al3+)<r(Na+),A项正确;同周期元素核电荷数越大电负性越大,故χ(F)>χ(O),B项错误;同周期元素从左往右第一电离能呈增大趋势,同主族元素从上往下第一电离能逐渐变小,故电离能大小为I1(O)>I1(Na),C项错误;元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,故碱性NaOH>Al(OH)3,D项错误。 11.已知X、Y是短周期的两种主族元素,下列有关结论中一定正确的是(B) 选项 条件 结论 A 若原子半径:X>Y 原子序数:X<Y B 化合物XnYm中X元素显负价 元素的电负性:X>Y C 若价电子数:X>Y 最高正价:X>Y D 若X、Y最外层电子数分别为1、7 X、Y之间一定能形成离子键 解析　若X、Y位于同周期时,原子半径X>Y,则原子序数X<Y;X、Y位于同一主族时,原子半径X>Y,原子序数X>Y,A项错误。化合物XnYm中X元素显负价,说明得电子能力X>Y,则电负性X>Y,B项正确。价电子数X>Y,若X为F元素、Y为O元素时,F无正价,O无最高正价,C项错误。若X为H元素,Y为Cl、F元素,则X与Y形成共价键,若X为Na元素,则X与Y形成离子键,D项错误。 角度八　元素推断与元素的逐级电离能 12.下表列出了某短周期元素R的各级电离能数据(用I1、I2……表示,单位为kJ·mol-1)。 I1 I2 I3 I4 …… R 740 1 500 7 700 10 500 下列关于元素R的判断一定正确的是(C) A.R的最高正价为+3价 B.R元素位于元素周期表中第ⅢA族 C.R元素第一电离能大于同周期相邻元素 D.R元素基态原子的电子排布式为1s22s2 解析　由表中数据可知,R元素的第三电离能与第二电离能的差距最大,故最外层有2个电子,最高正价为+2价,位于第ⅡA族,可能为Be或Mg元素,故A、B两项错误;短周期第ⅡA族(ns2np0)的元素,因p轨道处于全空状态,比较稳定,故其第一电离能大于同周期相邻的主族元素,C项正确;R元素ns为全充满状态,可能是Mg或Be元素,基态原子的电子排布式不一定为1s22s2,D项错误。 比较元素的第一(或逐级)电离能的思维流程 角度九　元素周期律的综合应用 13.根据信息回答下列问题: A.第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时,失去一个电子成为气态阳离子X+(g)所需的能量。如图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。 B.不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示,该数值称为电负性。一般认为,如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7,原子之间通常形成离子键;如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7,通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值: Li Be B C O F 0.98 1.57 2.04 2.55 3.44 3.98 Na Al Si P S Cl 0.93 1.61 1.90 2.19 2.58 3.16 (1)认真分析图中同周期元素第一电离能的变化规律,推断Na~Ar元素中,Al的第一电离能的大小范围为 Na <Al< Mg (填元素符号)。  (2)从图分析可知,同一主族元素原子的第一电离能I1的变化规律是 从上到下依次减小 。  (3)如图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是第 五 周期第 ⅠA 族。  (4)通过分析电负性值变化规律,确定Mg元素电负性值的最小范围为 0.93~1.57 。  (5)归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系: 电负性越大,非金属性越强;电负性越小,金属性越强 。  (6)从电负性角度,判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物? 共价化合物 。理由为 Al元素和Cl元素的电负性差值为1.55,小于1.7,所以形成共价键,为共价化合物 (即写出判断的方法和结论),设计一个实验方案证明上述所得到的结论: 将氯化铝加热到熔融态,进行导电性实验,如果不导电,说明AlCl3是共价化合物 。  解析　(1)由题图中信息可以看出,同周期的第ⅠA族元素的第一电离能最小,而第ⅢA族元素中第一电离能小于第ⅡA族元素中第一电离能,故Na<Al<Mg。(2)从题图中可看出同主族元素第一电离能从上到下逐渐减小。(3)根据第一电离能的递变规律可以看出,题图所给元素中Rb元素的第一电离能最小,其位置为第五周期第ⅠA族。(4)根据电负性的递变规律:同周期元素从左到右电负性逐渐增大,同主族元素从上到下电负性逐渐减小,可知,在同周期元素中电负性Na<Mg<Al,同主族元素中电负性Be>Mg>Ca,最小范围应为0.93~1.57。(5)因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力的大小,所以电负性越大,原子吸引电子的能力越强,非金属性越强,反之金属性越强。(6)AlCl3中Al原子与Cl原子的电负性差值为1.55,根据信息,电负性差值若小于1.7则形成共价键,所以AlCl3为共价化合物。共价化合物和离子化合物最大的区别在于熔融状态下是否导电,离子化合物在熔融状态下以离子形式存在,可以导电,但共价化合物却不能。 考点4　元素周期律和元素周期表应用的重要意义 　 知|识|梳|理 1.元素周期表、元素周期律的应用 (1)为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。 (2)寻找新材料。 ①半导体材料:金属与非金属交界处的元素。 ②优良的催化剂:过渡元素。 ③耐高温、耐腐蚀的特种合金材料:过渡元素。 ④高效农药:含Cl、P、S、N、As等元素的化合物。 2.主族元素性质的特殊性 氢 质量最轻的元素,其单质可以填充气球 碳 形成化合物最多的元素;可形成自然界硬度最大的物质;气态氢化物中含氢质量分数最大的元素 氮 空气中含量最多的元素;气态氢化物的水溶液呈碱性的元素,气态氢化物可与其最高价氧化物对应的水化物反应生成盐 氧 地壳中含量最多的元素;气态氢化物的沸点最高的元素;氢化物在通常状况下呈液态的元素 氟 最活泼的非金属元素;无正价的元素;无含氧酸的非金属元素;无氧酸可腐蚀玻璃的元素;气态氢化物最稳定的元素;阴离子的还原性最弱的元素 钠 短周期元素中与水反应最剧烈的金属元素,最高价氧化物的水化物碱性最强的元素;短周期主族元素中原子半径最大的元素;与氧气在加热条件下反应生成过氧化物(Na2O2)的元素;焰色试验为黄色的元素 铝 地壳中含量最多的金属元素;最高价氧化物及其对应水化物既能与强酸反应,又能与强碱反应 硅 良好的半导体材料,地壳中含量第二的元素,能跟强碱溶液反应,还能被氢氟酸溶解 硫 淡黄色晶体,它的氢化物可与其最高价氧化物对应的水化物的浓溶液发生氧化还原反应 氯 短周期元素中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的元素 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.最外层电子数相同的元素一定都在同一族。(×) 提示:最外层电子数相同的元素不一定在同一族,如He、Be、Fe分别在不同的族。 2.根据主族元素最高正化合价与族序数的关系,推出卤族元素最高价都是+7价。(×) 提示:氟元素没有正化合价,其最高价为0价。 3.原子序数为29的元素位于元素周期表的第四周期第ⅠB族。(√) 4.电子层数多,原子半径不一定大。(√) 提示:原子半径不只与电子层数有关,与电子排布也有关。电子层数多,原子半径不一定大,如锂原子半径为0.152 nm,氯原子半径为0.099 nm。 5.Cs的原子半径比Na的原子半径大,故Cs与水反应比Na与水的反应更剧烈,碱性:CsOH<NaOH。(×) 提示:碱性CsOH>NaOH。 知|识|对|练 角度十　“位—构—性”规律的应用 14.中国祝融号火星车发现火星矿脉中含有四种短周期主族元素a、b、c、d,随着原子序数递增,原子半径变化如图所示。已知b的氢化物溶液可用于刻蚀玻璃,a、c的基态原子s轨道与p轨道的电子数均相等,c和d原子的最外层电子数之和为8,下列说法正确的是(C) A.简单离子半径:d>c>b>a B.仅由a和b不能形成化合物 C.简单氢化物的稳定性:a>d D.火星上的水合盐(cda4·nH2O)中存在离子键、极性键、氢键等化学键 解析　b的氢化物溶液可用于刻蚀玻璃,b为F元素,a、c的基态原子s轨道与p轨道的电子数均相等,a的核外电子排布式应为1s22s22p4,a为O;c的核外电子排布式应为1s22s22p63s2,c为Mg元素,c和d原子的最外层电子数之和为8,d的最外层电子数为6,d为S元素;由题给信息可知,a、b、c、d分别为O、F、Mg、S。离子半径S2->O2->F->Mg2+,A项错误;O和F两种元素能形成化合物OF2,B项错误;元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性越强,稳定性H2O>H2S,C项正确;氢键不属于化学键,D项错误。 15.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们之间成等差数列关系,且它们的原子序数之和等于42,下列叙述正确的是(D) A.简单离子半径:Y>X B.最高价氧化物对应水化物的酸性:X>W C.X的氢化物在标准状况下呈气态 D.WX4分子的空间结构为正四面体形 解析　短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们之间成等差数列关系,设W的原子序数为a、等差数列的公差为b,由原子序数之和等于42可得4a+6b=42,整理得到a=,由a为整数可知,b为小于7的奇数,若b=1,a=9,X为原子序数为10的氖元素,不符合题意;若b=3,a=6,则W为C元素、X为F元素、Y为Mg元素、Z为P元素;若b=5,a=3,Z为原子序数为18的氩元素,不符合题意,所以W为C元素、X为F元素、Y为Mg元素、Z为P元素。电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则氟离子的离子半径大于镁离子,A项错误;元素周期表中,氟元素的非金属性最强,氟无正价,没有最高价氧化物对应的水化物,B项错误;标准状况下,氟化氢为液态,C项错误;四氟化碳分子中碳原子的价层电子对数为4,孤电子对数为0,分子的空间结构为正四面体形,D项正确。 16.某学者绘制了一种八角星元素周期表,每个八角星代表一个周期(第一周期除外),八角星的每个顶角对应一种元素。M、R、X、Y、Z为原子序数依次增大的五种短周期主族元素,基态R原子核外电子占据3个能级且成对电子数是未成对电子数的3倍。下列说法错误的是(B) A.R、X、Z三种元素形成的化合物一定是离子化合物 B.R、Z分别与M形成的最简单化合物的沸点:Z>R C.X、Y、Z最高价氧化物对应水化物之间均能两两反应 D.X、R形成的两种常见化合物阴、阳离子个数比均为1∶2 解析　M、R、X、Y、Z为原子序数依次增大的五种短周期主族元素,R位于第二周期,基态R原子核外电子占据3个能级且成对电子数是未成对电子数的3倍,则R原子的电子排布式为1s22s22p4,R为O元素;M位于第一周期,M为H元素;X、Y、Z位于第三周期,X为Na元素、Y为Al元素、Z为Cl元素,以此解答。O、Na、Cl三种元素形成的化合物一定是离子化合物,A项正确;O、Cl元素分别形成的最简单氢化物为H2O和HCl,由于H2O分子间能形成氢键,沸点较高,则沸点H2O>HCl,B项错误;Na、Al、Cl元素的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Al(OH)3、HClO4,Al(OH)3是两性氢氧化物,既可以和酸反应也可以和碱反应,则这三种物质之间均能两两反应,C项正确;O、Na元素形成的两种常见化合物为Na2O和Na2O2,Na2O中含有Na+和O2-,Na2O2中含有Na+和,阴、阳离子个数比均为1∶2,D项正确。 微充电　素养提升 一手考情——常考常新的“位—构—性”综合推断题 　 【方法归纳】　 　　高考常在选择题中命制元素推断题考查元素周期律,一般以纯文字叙述或以物质结构为载体给出信息,其中文字叙述题只要准确提取有关原子结构特征和物质典型性质等信息就可轻松突破。 1.“位—构—性”题推断步骤。 步骤1:根据结构首先判断其在元素周期表中的位置。 步骤2:根据元素性质的相似性和递变性预测其可能的性质(也可以根据其具有的性质确定其在周期表中的位置,进而推断出其结构)。 2.元素周期表中的“三角”规律。 若A、B、C三种元素位于元素周期表中如图所示位置,则有关的各种性质均可排出顺序(但D不能参与排列)。 原子半径:C>A>B。 金属性:C>A>B。 非金属性:B>A>C。 【母题】　(湖南卷)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是(C) A.原子半径:X>Y>Z B.非金属性:Y>X>W C.Z的单质具有较强的还原性 D.原子序数为82的元素与W位于同一主族 解析　由共价化合物的结构可知,X、W形成4个共价键,Y形成2个共价键,Z形成1个共价键,X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和,则X为C元素、Y为O元素、Z为F元素、W为Si元素。同周期元素,从左到右原子半径依次减小,则C、O、F的原子半径大小顺序为C>O>F,A项正确;同周期元素,从左到右元素的非金属性依次增强,同主族元素,从上到下元素的非金属性依次减弱,则C、O、Si元素的非金属性强弱顺序为O>C>Si,B项正确;位于元素周期表右上角的氟元素的非金属性最强,其单质具有很强的氧化性,C项错误;原子序数为82的元素为铅元素,与硅元素都位于元素周期表第ⅣA族,D项正确。 【衍生】　短周期元素X、Y、Z、W、Q的原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子,W的简单离子在同周期离子中半径最小,Q与Z同主族。下列说法错误的是(B) A.X能与多种元素形成共价键 B.简单氢化物沸点:Z<Q C.第一电离能:Y>Z D.电负性:W<Z 解析　短周期元素X、Y、Z、W、Q的原子序数依次增大,W的简单离子在同周期离子中半径最小,说明W为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子,可分类讨论:①为第二周期元素时,最外层电子排布式为2s22p2或2s22p4,即C元素或O元素;②为第三周期元素时,最外层电子排布式为3s23p2或3s23p4,即Si元素或S元素。Q与Z同主族,结合原子序数大小关系可知,则X、Z、Q分别为C、O和S,则Y为N元素。X为C元素,能与多种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键,A项正确;Z和Q形成的简单氢化物为H2O和H2S,由于H2O分子间能形成氢键,故H2O的沸点高于H2S,B项错误;Y为N元素,Z为O元素,N原子的最外层p轨道电子为半充满结构,比较稳定,故其第一电离能比O原子大,C项正确;W为Al元素,Z为O元素,O原子的电负性更大,D项正确。 微真题　把握方向 　 考向一　元素周期律 1.(2024·江苏卷)我国探月工程取得重大进展。月壤中含有Ca、Fe等元素的磷酸盐,下列元素位于元素周期表第二周期的是(A) A.O B.P C.Ca D.Fe 解析　O元素位于元素周期表第二周期ⅥA族,A项符合题意;P元素位于元素周期表第三周期ⅤA族,B项不符合题意;Ca元素位于元素周期表第四周期ⅡA族,C项不符合题意;Fe元素位于元素周期表第四周期Ⅷ族,D项不符合题意。 2.(2023·江苏卷)元素C、Si、Ge位于周期表中第ⅣA族。下列说法正确的是(D) A.原子半径:r(C)>r(Si)>r(Ge) B.第一电离能:I1(C)<I1(Si)<I1(Ge) C.碳单质、晶体硅、SiC均为共价晶体 D.可在周期表中Si元素附近寻找新半导体材料 解析　同主族元素原子半径从上往下逐渐增大,故原子半径r(C)<r(Si)<r(Ge),A项错误;同主族元素,从上往下原子半径增大,更易失电子,第一电离能I1(C)>I1(Si)>I1(Ge),B项错误;晶体硅、SiC均为共价晶体,碳单质中金刚石为共价晶体,而石墨为混合型晶体,C60为分子晶体,C项错误;周期表中Si元素附近存在许多准金属,可在其周围寻找半导体材料,D项正确。 考向二　文字叙述型元素推断(必修) 3.(2024·甘肃卷)X、Y、Z、W、Q为短周期元素,原子序数依次增大,最外层电子数之和为18。Y原子核外有两个单电子,Z和Q同族,Z的原子序数是Q的一半,W元素的焰色试验呈黄色。下列说法错误的是(D) A.X、Y组成的化合物有可燃性 B.X、Q组成的化合物有还原性 C.Z、W组成的化合物能与水反应 D.W、Q组成的化合物溶于水呈酸性 解析　X、Y、Z、W、Q为短周期元素,W元素的焰色试验呈黄色,W为Na元素;Z和Q同族,Z的原子序数是Q的一半,则Z为O元素、Q为S元素;Y原子核外有两个单电子且原子序数小于Z,Y为C元素;X、Y、Z、W、Q的最外层电子数之和为18,则X的最外层电子数为18-4-6-1-6=1,X可能为H元素或Li元素。若X为H元素,H元素与C元素组成的化合物为烃,烃能够燃烧,若X为Li元素,Li元素与C元素组成的化合物也具有可燃性,A项正确;X、Q组成的化合物中Q(S)元素呈-2价,为S元素的最低价,具有还原性,B项正确;Z、W组成的化合物为Na2O、Na2O2,Na2O与水反应生成NaOH,Na2O2与水反应生成NaOH和O2,C项正确;W、Q组成的化合物Na2S属于强碱弱酸盐,其溶于水所得溶液呈碱性,D项错误。 4.(2024·全国甲卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素。W和X原子序数之和等于Y-的核外电子数,化合物W+[ZY6]-可用作化学电源的电解质。下列叙述正确的是(A) A.X和Z属于同一主族 B.非金属性:X>Y>Z C.气态氢化物的稳定性:Z>Y D.原子半径:Y>X>W 解析　W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,且能形成离子化合物W+[ZY6]-,则W为Li或Na;又由于W和X的原子序数之和等于Y-的核外电子数,若W为Na元素,X的原子序数大于Na,则W和X的原子序数之和大于18,不符合题意,因此W只能为Li元素;由于Y可形成Y-,故Y为第ⅦA元素,且原子序数Z大于Y,故Y不可能为Cl元素,因此Y为F元素,X的原子序数为10-3=7,X为N元素;根据W、Y、Z形成离子化合物W+[ZY6]-,可知Z为P元素;综上所述,W为Li元素,X为N元素,Y为F元素,Z为P元素。X为N元素,Z为P元素,X和Z属于同一主族,A项正确;X为N元素,Y为F元素,Z为P元素,非金属性F>N>P,B项错误;Y为F元素,Z为P元素,非金属性越强,其简单气态氢化物的稳定性越强,即气态氢化物的稳定性HF>PH3,C项错误;W为Li元素,X为N元素,Y为F元素,同周期主族元素原子半径随着原子序数的增大而减小,故原子半径Li>N>F,D项错误。 考向三　文字叙述型元素推断(涉及选择性必修) 5.(2024·新课标卷)我国科学家研究的一种无机盐Y3[Z(WX)6]2纳米药物,具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序数依次增加,且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍,X和Y的第一电离能都比左右相邻元素的高。Z的M层未成对电子数为4。下列叙述错误的是(A) A.W、X、Y、Z四种元素的单质中,Z的熔点最高 B.在X的简单氢化物中,X的原子轨道杂化类型为sp3 C.Y的氢氧化物难溶于NaCl溶液,可以溶于NH4Cl溶液 D.Y3[Z(WX)6]2中WX-提供电子对与Z3+形成配位键 解析　W、X、Y、Z的原子序数依次增加,且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍,则W为C元素;每个周期的ⅡA族和ⅤA族元素的第一电离能都比左右相邻元素的高,由于配合物Y3[Z(WX)6]2中Y在外界,Y可形成简单阳离子,则Y属于金属元素,故X和Y分别为N元素和Mg元素;Z的M层未成对电子数为4且能形成Z3+,则其3d轨道上有4个不成对电子,其价电子排布式为3d64s2,Z为Fe元素,Y3[Z(WX)6]2为Mg3[Fe(CN)6]2。W、X、Y、Z四种元素的单质中,N元素的单质形成分子晶体,Mg元素和Fe元素均形成金属晶体,C元素既可以形成金刚石又可以形成石墨,金刚石熔点最高,A项错误;X的简单氢化物是NH3,其中N原子轨道杂化类型为sp3,B项正确;Y的氢氧化物是Mg(OH)2,属于中强碱,难溶于水,难溶于NaCl溶液,但是,由于NH4Cl电离产生的可以破坏Mg(OH)2的沉淀溶解平衡,因此Mg(OH)2可以溶于NH4Cl溶液,C项正确;Mg3[Fe(CN)6]2中CN-提供孤电子对与Fe3+形成配位键,D项正确。 6.(2024·河北卷)侯氏制碱法工艺流程中的主反应为QR+YW3+XZ2+W2Z===QWXZ3+YW4R,其中W、X、Y、Z、Q、R分别代表相关化学元素。下列说法正确的是(C) A.原子半径:W<X<Y B.第一电离能:X<Y<Z C.单质沸点:Z<R<Q D.电负性:W<Q<R 解析　侯氏制碱法主反应的化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl,则可推出W、X、Y、Z、Q、R分别为H、C、N、O、Na、Cl。一般原子的电子层数越多半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大半径越小,则原子半径H<N<C,A项错误;同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,ⅡA族、ⅤA族原子的第一电离能大于同周期相邻元素,则第一电离能C<O<N,B项错误;O2、Cl2为分子晶体,相对分子质量越大,沸点越高,二者在常温下均为气体,Na在常温下为固体,则沸点O2<Cl2<Na,C项正确;同周期元素从左往右电负性逐渐增大,同族元素从上到下电负性逐渐减小,电负性Na<H<Cl,D项错误。 考向四　结构型元素推断 7.(2024·湖北卷)主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,Z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(D) A.电负性:W>Y B.酸性:W2YX3>W2YX4 C.基态原子的未成对电子数:W>X D.氧化物溶于水所得溶液的pH:Z>Y 解析　主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,Z的价电子所在能层有16个轨道,则Z原子有4个能层。根据这4种元素形成的化合物的结构可以推断,W、X、Y、Z分别为H、O、S、K元素。W和Y可以形成H2S,其中S元素显-2价,因此,电负性S>H,A项不正确;H2SO3是中强酸,而H2SO4是强酸,因此,在相同条件下,后者的酸性较强,B项不正确;H原子只有1个电子,O原子的2p轨道上有4个电子,O原子有2个未成对电子,因此,基态原子的未成对电子数 O>H,C项不正确;K元素的氧化物溶于水且与水反应生成强碱KOH,S元素的氧化物溶于水且与水反应生成H2SO3或H2SO4,因此,氧化物溶于水所得溶液的pH大小关系为 K>S,D项正确。 8.(2024·广东卷)一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图。已知R、W、Z、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z和Y同族,则(D) A.沸点:ZR3<YR3 B.最高价氧化物的水化物的酸性:Z<W C.第一电离能:Z<X<W D.和空间结构均为平面三角形 解析　Y可形成5个共价键,Z可形成3个共价键,Z和Y同族,Y的原子序数比Z大,即Z为N元素,Y为P元素,W可形成4个共价键,原子序数比N小,即W为C元素,R可形成1个共价键,原子序数比C小,即R为H元素,X可形成2个共价键,原子序数在N和P之间,即X为O元素。由于NH3可形成分子间氢键,而PH3不能,因此沸点NH3>PH3,A项错误;W为C元素、Z为N元素,由于非金属性C<N,因此最高价氧化物的水化物的酸性H2CO3<HNO3,B项错误;同周期元素从左到右第一电离能有增大趋势,ⅡA族、ⅤA族元素第一电离能大于同周期相邻元素,即第一电离能C<O<N,C项错误;的中心原子价层电子对数为3+=3,属于sp2杂化,为平面三角形,的中心原子价层电子对数为3+=3,属于sp2杂化,为平面三角形,D项正确。 考向五　周期表片段型元素推断 9.(2022·广东卷)甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是(C) A.原子半径:丁>戊>乙 B.非金属性:戊>丁>丙 C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生 D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应 解析　甲~戊是短周期元素,戊的最高价氧化物对应水化物为强酸,则可能是硫酸或高氯酸,若是高氯酸,则戊为Cl元素,甲为N元素、乙为F元素、丙为P元素、丁为S元素;若是硫酸,则戊为S元素,甲为C元素、乙为O元素、丙为Si元素、丁为P元素。根据层多径大,同电子层结构序大径小原则,则原子半径丁>戊>乙,A项正确。根据同周期元素从左到右非金属性逐渐增强,则非金属性戊>丁>丙,B项正确。甲的氢化物可能为氨气,也可能为甲烷、乙烷等,若是氨气,则遇氯化氢一定有白烟产生;若是甲烷、乙烷等,则遇氯化氢不反应,没有白烟生成,C项错误。丙的最高价氧化物对应的水化物可能是硅酸,也可能是磷酸,都能与强碱反应,D项正确。 第24讲　化学键　价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用 [目标速览]　1.了解化学键的定义,了解离子键、共价键的形成。2.了解共价键的类型、共价键的参数及作用。3.掌握电子式的书写。4.了解价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。 微考点　核心突破 考点1　化学键　化学键与化学反应、物质类别的关系 　 知|识|梳|理 1.离子键和共价键的比较 离子键 共价键 概念 使阴、阳离子结合成化合物的相互作用 原子间通过共用电子对而形成的相互作用 — 极性键 非极性键 阴、阳离子间的相互作用 共用电子对偏向一方 共用电子对不偏向一方 ①活泼金属和活泼非金属通过得失电子形成阴、阳离子 ②带正电荷的原子团(N)与带负电荷的阴离子之间发生强烈的相互作用 ①不同的非金属元素的原子之间 ②非金属元素与不活泼的金属元素之间 同种元素的原子间通过共用电子对结合 离子化合物中:如NaCl、KOH、NH4Cl等 共价化合物中:如HCl、AlCl3, 离子化合物中:如KOH、NH4Cl、NaHCO3 单质中:如H2、Cl2、P4, 化合物中:如C2H2、C2H4、O2、Na、2O等 2.化学键与化学反应 旧化学键的断裂和新化学键的形成是化学反应的本质,是反应中能量变化的根本。 3.化学键与物质的溶解或熔化 (1)离子化合物的溶解或熔化过程。 离子化合物溶于水或熔化后均能电离出自由移动的阴、阳离子,离子键被破坏。 (2)共价化合物的溶解过程。 ①有些共价化合物溶于水后,能与水反应,其分子内共价键被破坏,如CO2和SO2等。 ②有些共价化合物溶于水后,与水分子作用形成水合离子,从而发生电离,形成阴、阳离子,其分子内的共价键被破坏,如HCl、H2SO4等。 ③某些共价化合物溶于水后,其分子内的共价键不被破坏,如蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。 (3)单质的溶解过程。 某些活泼的非金属单质溶于水后,能与水反应,其分子内的共价键被破坏,如Cl2、F2等。 4.化学键对物质性质的影响 (1)对物理性质的影响。 金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高,就是因为其中的共价键很强,破坏时需消耗很多的能量。 NaCl等部分离子化合物也有很强的离子键,故熔点也较高。 (2)对化学性质的影响。 N2分子中有很强的共价键,故在通常状况下,N2很稳定;H2S、HI等分子中的共价键较弱,故它们受热时易分解。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.所有物质中都存在化学键。(×) 提示:稀有气体原子已达到稳定结构,形成的是单原子分子,分子中无化学键。 2.仅由非金属元素组成的物质中不一定不含离子键。(√) 提示:如NH4Cl是由非金属元素组成的,但N与Cl-之间存在离子键。 3.形成离子键的静电作用指的是阴、阳离子间的静电吸引。(×) 提示:既有阴、阳离子的静电吸引,也有原子核与原子核之间、电子与电子之间的相互排斥。 4.金属元素和非金属元素形成的化学键一定是离子键。(×) 提示:AlCl3中的化学键属于共价键。 5.共价键只存在于共价化合物中。(×) 提示:共价键不仅存在于共价化合物中,非金属单质和某些离子化合物(如NaOH、Na2O2)中也存在共价键。 知|识|对|练 角度一　化学键与物质类别 1.化学键是相邻原子之间强烈的相互作用。下列有关化学键的说法正确的是(A) A.KOH中既含有离子键也含有共价键,属于离子化合物 B.N2属于单质,不存在化学键 C.MgCl2中既含有离子键,又含有共价键 D.NH4Cl中含有共价键,又全部由非金属元素组成,属于共价化合物 解析　N2中存在共价键;MgCl2中只含有离子键;NH4Cl中虽然含有共价键,又全部由非金属元素组成,但也含有离子键,属于离子化合物。 2.全氮类物质具有高密度、超高能量及爆炸产物无污染等优点,科学家成功合成的全氮阴离子是制备全氮类物质的重要中间体。下列说法不正确的是(D) A.全氮类物质属于绿色能源 B.中含有离子键 C.每个中含有36个电子 D.为共价化合物 解析　根据全氮类物质具有高密度、超高能量及爆炸产物无污染等优点可知,A项正确;中含阳离子和阴离子,两种离子之间为离子键,而离子中的氮原子与氮原子之间为共价键,不是共价化合物,B项正确,D项错误;每个中含有的电子数为5×7+1=36,C项正确。 角度二　化学键的断裂与形成 3.在下列变化过程中,既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是(D) A.将SO2通入水中 B.烧碱溶于水 C.将HCl通入水中 D.硫酸氢钠溶于水 解析　A、C项中破坏的只是共价键,均不正确;B项中只是破坏离子键,不正确。 4.已知反应NH3+HCl===NH4Cl。将2.24 L(标准状况下)NH3与4.48 L(标准状况下)HCl气体充入密闭容器内混合。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(D) A.反应中有0.2NA个H—Cl键断裂 B.反应中没有离子键的断裂和形成 C.混合后,容器内的物质中含有非极性键 D.混合后,容器内的物质中含有0.5NA个共价键 解析　根据反应NH3+HCl===NH4Cl和题给信息可知HCl过量,即参加反应的NH3和HCl的物质的量均为0.1 mol,故反应中有0.1NA个H—Cl键断裂,产物为0.1 mol NH4Cl,其结构中有离子键;反应后容器中的物质为0.1 mol NH4Cl和0.1 mol HCl,共价键总数为0.5NA,无非极性键。 考点2　电子式的书写及应用 　 知|识|梳|理 1.概念 在元素符号周围用“·”或“×”来代表原子的最外层电子(价电子)的式子。 2.电子式的书写 3.用电子式表示化合物的形成过程 (1)离子化合物:左边是原子的电子式,右边是离子化合物的电子式,中间用“—→”连接,相同的离子不合并。 如NaCl:。 (2)共价化合物:左边是原子的电子式,右边是共价化合物的电子式,中间用“—→”连接。 如HCl:。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.NH4Br的电子式:。(×) 提示:Br-漏掉了8个电子,应为。 2.NH3的电子式:。(×) 提示:NH3的电子式应为。 3.H2O的电子式为。(×) 提示:水是共价化合物,其电子式为。 4.NaH是离子化合物,其电子式为Na+[︰H]-。(√) 提示:NaH中注意H-的电子式的书写。 知|识|拓|展 1.电子式书写的常见错误 (1)漏写未参与成键的电子。 如N2误写为N︙︙N,正确的应为︰N︙︙N︰。 (2)化合物类型不清楚,漏写或多写[　]及错写电荷数。 如NaCl误写为,HF误写为;正确的应为、。 (3)书写不规范,错写共用电子对。 写双原子分子的非金属单质的电子式时,要注意共用电子对的数目和表示方法。 (4)错误理解原子间的结合顺序。 如HBrO的结构式为H—O—Br而非H—Br—O。确定原子间连接顺序的方法是先标出各原子的化合价,然后根据异性微粒相邻、同性微粒相间的原则确定,如HBrO中各元素的化合价为,其结构式为H—O—Br,电子式为。 (5)忽视原子最外层电子数,均写成8电子结构。 如C的电子式为而非。 (6)不考虑A2B、AB2型离子化合物中2个A、2个B是分开写还是一起写。 如Na2O的电子式应为,不能写成;再如CaBr2的电子式为。 (7)注意含有原子团的化合物的电子式的书写,如NH4F的电子式应为,而不能写为或。 2.分子中8电子稳定结构判别法 (1)元素原子序数≤5的原子不能形成8电子稳定结构。 (2)非金属元素原子若所成键数(或所带负电荷数)等于其最低负价的绝对值(即8-族序数),则该原子为8电子稳定结构。如 稀有气体 卤族元素 氧族元素 氮族元素 碳族元素 Ne、Ar、 Kr …… —X(F、Cl、 Br、I) —O—、 —S— …… 、 …… 、 …… 0价 -1价 -2价 -3价 -4价 在判断某分子中某原子是否达到8电子稳定结构时,可先试写其结构式,看该原子是否达到8电子的价键要求即可。 ①COCl2:其结构式可写为,各原子均符合8电子价键要求,它们均为8电子结构。 ②SF6:其结构式可写为,S元素为+6价,不符合8电子价键要求,它不是8电子结构。 ③BF3:B的原子序数≤5,它不能形成8电子结构。 ④XeF2:其结构式为F—Xe—F,Xe元素为+2价,不符合8电子的0价要求,它不是8电子结构。 知|识|对|练 角度三　电子式的书写 5.下列有关化学用语表达正确的是(C) A.氨的电子式: B.醛基的电子式: C.NH5的电子式: D.溴化钠的电子式: 解析　氨气为共价化合物,分子中N原子与每个H原子共用1对电子,N原子有1个孤电子对,其电子式为 ,A项错误;醛基可以看成是甲醛分子失去1个H原子后剩余的部分,所以碳原子上还有1个单电子,故醛基的电子式为 ,B项错误;NH5是NH4H,属于离子化合物,其电子式为,C项正确;溴化钠为离子化合物,电子式为,D项错误。 6.写出下列物质的电子式。 (1)MgCl2:。  (2)Na2O2: 。  (3)NH4Cl:。  (4)Cl2:。  (5)N2:。  (6)CO2: 。  (7)HClO: 。  (8)CCl4: 。  角度四　8电子结构的判断 7.含有极性键且分子中各原子都满足8电子稳定结构的化合物是(C) A.CH4 B.CH2=CH2 C.CO2 D.N2 解析　CH4、CH2=CH2中氢原子不满足8电子稳定结构,A、B两项错误;N2中只含有非极性键且为单质,D项错误。 8.下列物质中所有原子均满足最外层8电子稳定结构的化合物是(C) A.PCl5　 　　B.P4　　 　C.CCl4　 　　D.NH3 解析　判断原子满足最外层8电子结构的方法为最外层电子数+所成价键数=8,故A、D两项错误;P4为单质,B项错误;CCl4分子中C原子和Cl原子最外层均为8电子稳定结构,C项正确。 考点3　共价键及其参数 　 知|识|梳|理 1.共价键的本质及特征 共价键的本质是在原子之间形成共用电子对,其特征是具有饱和性和方向性。 2.共价键的类型 (1)按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。 (2)按共用电子对是否偏移分为 极性键、非极性键 。  (3)按原子轨道的重叠方式分为σ键、π键,前者的电子云具有轴对称性,后者的电子云具有镜像对称性。 3.键参数 (1)键能:气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能越大,化学键越稳定。 (2)键长:构成化学键的两个原子的核间距,键长越短,共价键越稳定。 (3)键角:在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。 微提醒　(1)s轨道与s轨道重叠形成σ键时,电子不是只在两核间运动,而是电子在两核间出现的概率增大。 (2)因s轨道是球形的,故s轨道和s轨道形成σ键时无方向性。两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。 (3)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.分子中一定含有化学键。(×) 提示:稀有气体是单原子分子,不存在化学键。 2.乙炔分子中既有非极性键又有极性键,既有σ键又有π键。(√) 提示:乙炔分子中的碳碳键是非极性键,碳氢键是极性键,碳碳三键中一个为σ键、两个为π键。 3.正四面体结构的分子的键角一定是109°28'。(×) 提示:具有正四面体结构的分子,只有顶点与体中心连线的键角才是109°28',而白磷分子(P4)是正四面体结构,但键角是60°。 知|识|拓|展 1.两种共价键类型σ键和π键的比较 σ键 π键 重叠 方式 原子轨道以“头碰头”方式重叠成键,重叠程度大 原子轨道以“肩并肩”方式(侧面)重叠成键 存在 存在于一切共价键中。可以单独存在,也可跟π键共同存在 存在于双键或三键中。跟σ键同时存在,如碳碳双键、碳碳三键中有σ键和π键 特征 绕轴转动不破坏键,有s⁃s、s⁃p、p⁃p等类型 轨道侧面不能动 实例 H2、Cl2、CH4、卤化氢等分子中 O2、N2、C2H4、C2H2等分子中 强度 有机化合物中σ键比π键牢固,π键易发生断裂。C2H4、C2H2等发生加成反应时其中的π键断裂、σ键不变 2.比较键角大小的三种思维模型 (1)杂化轨道类型不同:sp>sp2>sp3。 (2) (3)在同一分子中,π键电子斥力大,键角大。 知|识|对|练 角度五　共价键的类型 9.下列物质的分子中既有σ键,又有π键的是(D) ①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2 A.①②③ B.③④⑤⑥ C.①③⑥ D.③⑤⑥ 解析　单键均为σ键,双键和三键中各存在一个σ键,其余均为π键。 10.防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害,是因为它所含的有效成分的分子中含有π键,这些有效成分的分子中的π键电子可在吸收紫外线后被激发,从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是(D) A.对氨基苯甲酸() B.羟基丙酮() C.肉桂酸(C6H5—CH==CH—COOH) D.乙醇(CH3CH2OH) 解析　对氨基苯甲酸()分子中,苯环内含有大π键,羧基内含有π键,A项不符合题意;羟基丙酮()分子中,酮羰基上含有π键,B项不符合题意;肉桂酸(C6H5—CH==CH—COOH) 分子中,苯环、碳碳双键、羧基内都含有π键,C项不符合题意;乙醇(CH3CH2OH)分子中只含有σ键,不含有π键,不能阻挡紫外线对皮肤的伤害,D项符合题意。 11.Ⅰ.有以下物质:①HF、②Cl2、③H2O、④N2、⑤C2H4。 (1)只含有极性键的是 ①③ 。  (2)只含有非极性键的是 ②④ 。  (3)既有极性键又有非极性键的是 ⑤ 。  (4)只含有σ键的是 ①②③ 。  (5)既有σ键又有π键的是 ④⑤ 。  Ⅱ.COCl2分子的结构式为,1个COCl2分子内含有 D (填字母)。  A.4个σ键 B.2个σ键、2个π键 C.2个σ键、1个π键 D.3个σ键、1个π键 解析　Ⅰ.(1)①中含不同元素的原子,只含极性键;③中两个氢原子分别与氧原子相连,只含极性键。(2)双原子的单质分子中只含非极性键,②④符合题意。(3)根据结构可判断⑤中既含极性键又含非极性键。(4)①②③中只含有单键,所以只含有σ键。(5)有双键或三键的一定既有σ键又有π键,即④⑤。 Ⅱ.C原子和Cl原子之间为σ键,C原子和O原子之间有一个σ键和一个π键,因此1个该分子中含有3个σ键、1个π键。 角度六　共价键的键参数及应用 12.下列说法中正确的是(B) A.乙烯中C=C键的键能是乙烷中C—C键的键能的2倍 B.两个原子间形成共价键,最多只有一个σ键 C.N—O键的极性比C—O键的极性大 D.N中4个N—H键的键能不相同 解析　乙烯中C=C键有1个是σ键、1个是π键,π键的能量比σ键小,则C==C键键能小于乙烷中C—C键的键能的2倍,A项不正确;两个原子间形成共价键,电子云只能沿对称轴方向“头碰头”重叠,所以最多只有一个σ键,B项正确;N元素的非金属性比C元素强,则N—O键的电负性差值比C—O键的小,N—O键的极性比C—O键的极性小,C项不正确;N中N原子的价层电子对数为4,发生sp3杂化,则4个N—H键的键能相同,D项不正确。 13.下列说法中正确的是(B) A.分子内键长越长,键能越小,分子越稳定 B.元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H,分子的键角为180° D.H—O键的键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗能量为2×462.8 kJ 解析　键长越长,键能越小,分子越不稳定,A项错误;元素周期表中的第ⅠA族(H元素除外)和第ⅦA族元素都是典型的活泼金属元素和活泼非金属元素,所以形成的化学键是离子键,B项正确;水分子是V形分子,两个H—O键的键角为104.5°,C项错误;断裂2 mol H—O键吸收2×462.8 kJ能量,18 g水分解成H2和O2时,断裂2 mol H—O键,同时还形成0.5 mol O==O键、1 mol H—H键,释放能量,D项错误。 考点4　分子的空间结构 　 知|识|梳|理 1.价层电子对互斥模型 (1)理论要点。 ①价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。 ②孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。 (2)用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。 其中:a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x是与中心原子结合的原子数。 2.杂化轨道理论 (1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。 (2)杂化轨道的类型。 (3)中心原子的杂化轨道数和杂化类型判断。 杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有关系式: 杂化轨道的数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数(与中心原子直接相连的原子个数)=中心原子的价层电子对数。 (4)分子(ABn型)、离子(A型)的立体构型分析示例。 实例 价层电子 对数(即杂 化轨道数) σ键 电子 对数 孤电子 对数 中心原 子的杂 化轨道 类型 VSEPR 模型 分子或 离子的 立体构 型　　 BeCl2 2 2 0 sp 直线形 直线形 CO2 直线形 直线形 BF3 3 3 0 sp2 平面 三角形 平面 三角形 SO2 2 1 V形 CH4 4 4 0 sp3 四面体形 正四 面体形 NH3 3 1 三角锥形 H2O 2 2 V形 C 3 3 0 sp2 平面 三角形 平面 三角形 N 4 4 0 sp3 四面体形 正四 面体形 微提醒　(1)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同,中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多,键角越小。例如,NH3中的氮原子与CH4中的碳原子均为sp3杂化,但键角分别为107°和109°28'。 (2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同,但能量不同。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.CS2为V形极性分子。(×) 提示:CS2为直线形非极性分子。 2.SiF4与S的中心原子均为sp3杂化。(√) 提示:SiF4与S的中心原子的价层电子对数均为4,因此中心原子均为sp3杂化。 3.BF3是三角锥形分子。(×) 提示:BF3中B原子上无孤电子对,因此采取sp2杂化,BF3为平面三角形分子。 知|识|对|练 角度七　价层电子对互斥模型、杂化轨道理论的综合应用 14.血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡咯的结构如图所示。已知吡咯分子中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中N原子的杂化类型为(B) A.sp B.sp2 C.sp3 D.没有杂化轨道 解析　已知吡咯分子中氮原子与其相连的原子均在同一平面内,则氮原子的杂化类型为sp2杂化。 15.(2025·丽水模拟)氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成,已知其阴离子的立体结构为平面三角形,则其阳离子的立体结构和阳离子中氮原子的杂化方式为(A) A.直线形　sp杂化 B.V形　sp2杂化 C.三角锥形　sp3杂化 D.平面三角形　sp2杂化 解析　氮元素的最高价氧化物为N2O5,根据N元素的化合价为+5和原子组成,可知阴离子为N、阳离子为N,N中N原子形成了2个σ键,孤电子 对数目为0,所以杂化类型为sp,阳离子的立体结构为直线形,A项正确。 16.(1)AsCl3分子的空间结构为 三角锥形 ,其中As原子的杂化轨道类型为 sp3 。  (2)CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是 sp ,写出两个与CS2具有相同空间结构和键合形式的分子或离子: CO2、SCN-(或COS等) 。  (3)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为 sp3、sp2 。  (4)在硅酸盐中,Si四面体[如图甲]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图乙为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化轨道类型为 sp3 ,Si与O的原子数之比为 1∶3 ,化学式为 [SiO3(或Si) 。  解析　(1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3+×(5-1×3)=4,所以是sp3杂化,AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(4)依据题图甲可知,Si的空间结构类似于甲烷分子,为正四面体形,硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同,为sp3;题图乙是一种无限长单链结构的多硅酸根,每个结构单元中两个氧原子与另外两个结构单元顶角共用,所以每个结构单元中含有1个Si原子、3个O原子,Si和O的原子数之比为1∶3,化学式可表示为[SiO3或Si。 微充电　素养提升 技法巧用——分子(或离子)中大π键的判断方法 　 【方法归纳】　 1.大π键的含义。 在一个平面形的多原子分子中,如果相邻原子有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化的原子轨道,那么这些轨道可以相互重叠,形成多中心π键。这种多中心π键又称为“共轭π键”或“离域π键”,简称“大π键”。 2.大π键的形成条件。 (1)所有参与离域π键的原子都必须在同一平面内,即连接这些原子的中心原子只能采取sp或sp2杂化。 (2)所有参与离域键的原子都必须提供一个或两个相互平行或接近平行的p轨道。 (3)根据泡利原理,参与离域π键的p轨道上的电子数必须小于2倍的p轨道数。 3.大π键的表示。 表示符号:,m表示相互平行的p轨道的数目,n表示相互平行的p轨道里的电子数。 4.计算大π键中电子数的步骤。 (1)确定分子中的价电子总数。 (2)找出分子中的σ键以及不与π键p轨道平行的轨道。 (3)用价电子总数减去这些σ键和轨道中的电子数,剩余的就是填入大π键的电子数。 【母题】　回答下列问题: (1)过氧乙酸()是一种常用消毒剂。过氧乙酸中碳原子的杂化方式为 sp3、sp2 ,分子中σ键和π键的个数比为 8∶1 。  (2)Ni元素能形成化学式为[Ni(NH3)4(H2O)2]Cl2的配合物。1 mol该化合物中含有σ键的数目为 22NA (设NA为阿伏加德罗常数的值)。该配合物所含的化学键种类包括 AD (填字母)。  A.离子键 B.非极性共价键 C.氢键 D.配位键 (3)分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为)。[C(NH2)3]+为平面结构,则[C(NH2)3]+中的大π键应表示为  。  解析　(1)过氧乙酸分子中,饱和碳原子采用sp3杂化,碳氧双键中的碳原子采用sp2杂化;单键均为σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,1个过氧乙酸分子中含有1个C=O键,其中含有1个σ键和1个π键,其余的单键均是σ键,故该分子中σ键和π键的个数比为8∶1。(2)配合物[Ni(NH3)4(H2O)2]Cl2中,Ni2+提供空轨道,NH3和H2O提供孤电子对,从而形成配位键;Ni2+和Cl-之间形成离子键;NH3、H2O中存在极性共价键,则该配合物中含有离子键、配位键和极性共价键。Ni2+和N原子形成4个σ键,Ni2+和2个O原子形成2个σ键,1个NH3中存在3个σ键,1个H2O中存在2个σ键,则1 mol [Ni(NH3)4(H2O)2]Cl2中含有σ键的数目为22NA。(3)[C(NH2)3]+为平面结构,可知C原子、N原子均采用sp2杂化,C原子、N原子各有1个未参与杂化的p轨道参与形成大π键,所以参与形成大π键的原子数m=4,C原子形成大π键的p轨道中有1个电子,N原子形成大π键的p轨道中有2个电子,该离子带1个单位正电荷,则参与形成大π键的电子数n=1+2×3-1=6,则[C(NH2)3]+中的大π键应表示为。 【衍生1】　经X射线衍射测得化合物R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,五氮阴离子盐]的晶体结构,其局部结构如图所示。 R中阴离子中的σ键总数为 5 个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为  。  解析　从题图可以看出,阴离子呈五元环状结构,其含有的σ键总数为5个;中总价层电子数为5×5+1=26,5个σ键有10个电子,每个N原子上有一对不与分子平面垂直的孤电子对,因此5个平行p轨道共有26-10-5×2=6个电子,形成的大π键为。 【衍生2】　二茂铁是一种含铁的有机化合物,其化学式为Fe(C5H5)2,可看作是Fe2+与两个正五边形的环戊二烯负离子(C5)配体形成的夹心型分子(如图所示)。已知大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则C5的大π键表示为  。二茂铁是黄色针状晶体,熔点为173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点为249 ℃,在水中难溶,但可溶于很多有机溶剂。下列作用力中,二茂铁晶体中不存在的是 A (填字母)。  二茂铁的结构 A.离子键 B.配位键 C.σ键 D.范德华力 解析　由C5的结构可知,每个碳原子中还有一个电子未参与成键,5个碳原子以及一个C5得到的一个电子,共有6个电子参与形成大π键,因此C5中大π键表示为;由二茂铁的熔点低以及易升华特点,可知二茂铁为分子构成的化合物,因此二茂铁晶体中不存在离子键。 【衍生3】　(1)Na3[Co(NO2)6]常用作检验K+的试剂,配体N的中心原子的杂化形式为 sp2 ,空间结构为 V形 。大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n为各原子的单电子数(形成σ键的电子除外)和得电子数的总和(如苯分子中的大π键可表示为),则N中的大π键应表示为  。  (2)中的大π键应表示为  ,其中碳原子的杂化方式为 sp2 。  解析　(1)配位体N的中心原子N原子的价层电子对数为2+×(6-2×2)=3,且含有一个孤电子对,故N中N原子的杂化方式是sp2杂化,空间结构是V形;N中参与形成大π键的原子数为3,中心原子采取sp2杂化,所以中心原子中有1个孤电子对没有参与形成大π键,则参与形成大π键的电子数为6×3-2×2-2-4×2=4,故N中的大π键可表示为。(2)中的5个C原子参与形成大π键,5个C原子共提供5个p电子,加上得到的1个电子,共有6个电子参与形成大π键,应表示为,其中C原子的杂化方式均为sp2。 微真题　把握方向 　 考向一　化学用语 1.(2024·浙江卷6月)下列表示不正确的是(A) A.CO2的电子式： B.Cl2中共价键的电子云图: C.NH3的空间填充模型: D.3,3⁃二甲基戊烷的键线式: 解析　CO2的电子式为,A项错误;Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的,共价键电子云图为,B项正确;NH3的中心N原子形成3个σ键和1个孤电子对,为sp3杂化,NH3为三角锥形,空间填充模型为,C项正确;3,3⁃二甲基戊烷的主链上有5个C原子,3号碳原子上连接有2个甲基,键线式为,D项正确。 2.(2024·河北卷)NH4ClO4是火箭固体燃料重要的氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如NH4ClO4+2C===NH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是(B) A.HCl的形成过程可表示为 B.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构 C.在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式 D.NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力 解析　HCl是共价化合物,其电子式为,HCl的形成过程可表示为H×+·—→,A项错误;NH4ClO4中的中心N原子上孤电子对数为×(5-1-4)=0,价层电子对数为4,的中心Cl原子上孤电子对数为×(7+1-2×4)=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为正四面体形,B项正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共2种杂化方式,C项错误;NH3易液化,其气化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3分子间作用力为氢键和范德华力,CO2分子间仅存在范德华力,D项错误。 3.(2024·江苏卷)反应PbS+4H2O2===PbSO4+4H2O可用于壁画修复。下列说法正确的是(C) A.S2-的结构示意图为 B.H2O2中既含离子键又含共价键 C.S中S元素的化合价为+6 D.H2O的空间结构为直线形 解析　S2-核外有18个电子,其结构示意图为,A项错误;H2O2是共价化合物,其中只含共价键,B项错误;S中O元素化合价为-2,S元素的化合价为+6,C项正确;H2O中O原子的杂化类型为sp3,O原子有2个孤电子对,因此H2O的空间结构为V形,D项错误。 4.(2024·贵州卷)下列叙述正确的是(B) A.KBr的电子式: B.聚乙炔的结构简式: C.S的空间结构:平面三角形 D.CH3CH2C(CH3)= CH2的名称:2⁃甲基⁃2⁃丁烯 解析　KBr的电子式为,A项错误;聚乙炔的结构为单双键交替结构,结构简式为,B项正确;S中心原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,C项错误;CH3CH2C(CH3)==CH2的系统命名为2⁃甲基⁃1⁃丁烯,D项错误。 5.(2024·北京卷)下列化学用语或图示表达不正确的是(A) A.H2O2的电子式: B.CH4分子的球棍模型: C.Al3+的结构示意图: D.乙炔的结构式:H—C≡C—H 解析　H2O2是共价化合物,其电子式为H,A项错误;CH4为正四面体形,CH4分子的球棍模型为,B项正确;Al的原子序数为13,即Al3+的结构示意图为,C项正确;乙炔中含有碳碳三键,结构式为H—C≡C—H,D项正确。 6.(2024·湖南卷)下列化学用语表述错误的是(C) A.NaOH的电子式:Na+H]- B.异丙基的结构简式: C.NaCl溶液中的水合离子: D.Cl2分子中σ键的形成: 解析　NaOH由Na+和OH-构成,电子式为Na+H]-,A项正确;异丙基的结构简式为,B项正确;Na+的离子半径比Cl-的小,水分子电荷情况如图,Cl-带负电荷,水分子在Cl-周围时,呈正电性的H原子朝向Cl-,水分子在Na+周围时,呈负电性的O原子朝向Na+,NaCl溶液中的水合离子应为、,C项错误;Cl2分子中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的p⁃p σ键,形成过程为,D项正确。 考向二　多点融合 7.(2024·湖北卷)基本概念和理论是化学思维的基石。下列叙述错误的是(A) A.VSEPR理论认为VSEPR模型与分子的空间结构相同 B.元素性质随着原子序数递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律 C.泡利原理认为一个原子轨道内最多只能容纳两个自旋相反的电子 D.sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道混杂而成 解析　VSEPR模型是价层电子对的空间结构模型,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对,当中心原子上无孤电子对时,两者空间结构相同,当中心原子上有孤电子对时,两者空间结构不同,A项错误;元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化,这一规律叫元素周期律,元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布周期性变化的必然结果,B项正确;一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,它们的自旋相反,这个原理被称为泡利原理,C项正确;1个s轨道和3个p轨道混杂形成4个能量相同、方向不同的轨道,称为sp3杂化轨道,D项正确。 8.(2024·浙江卷6月)Si5Cl10中的Si原子均通过sp3杂化轨道成键,与NaOH溶液反应Si元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是(A) A.Si5Cl10分子结构可能是 B.Si5Cl10与水反应可生成一种强酸 C.Si5Cl10与NaOH溶液反应会产生H2 D.Si5Cl10沸点低于相同结构的Si5Br10 解析　该结构中,如图所示的两个Cl原子最外层有7个电子,形成了两个共价键,因此其中1个应为配位键,而Si原子不具备空轨道来接受孤电子对,因此结构是错误的,A项错误;与水反应可生成HCl,HCl是一种强酸,B项正确;Si5Cl10与NaOH溶液反应Si元素均转化成,Si元素的化合价升高,根据得失电子守恒可知,H元素的化合价降低,会有H2生成,C项正确;的相对分子质量大于Si5Cl10,因此Si5Br10的范德华力更大,沸点更高,D项正确。 9.(2024·河北卷)从微观视角探析物质结构及性质是学习化学的有效方法。下列实例与解释不符的是(B) 选项 实例 解释 A 原子光谱是不连续的线状谱线 原子的能级是量子化的 B CO2、CH2O、CCl4键角依次减小 孤电子对与成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力 C CsCl晶体中Cs+与8个Cl-配位,而NaCl晶体中Na+与6个Cl-配位 Cs+比Na+的半径大 D 逐个断开CH4中的C—H键,每步所需能量不同 各步中的C—H键所处化学环境不同 解析　原子光谱是不连续的线状谱线,说明原子的能级是不连续的,即原子能级是量子化的,A项正确;CO2中心C原子为sp杂化,键角为180°,CH2O中心C原子为sp2杂化,键角大约为120°,CH4中心C原子为sp3杂化,键角为109°28',三种物质中心C原子都没有孤电子对,三者键角大小与孤电子对无关,B项错误;离子晶体的配位数取决于阴、阳离子半径的相对大小,离子半径比越大,配位数越大,Cs+周围最多能排布8个Cl-,Na+周围最多能排布6个Cl-,说明Cs+比Na+半径大,C项正确;断开第一个键时,碳原子周围的共用电子对多,原子核对共用电子对的吸引力较弱,需要能量较小,断开C—H键越多,碳原子周围共用电子对越少,原子核对共用电子对的吸引力越大,需要的能量变大,所以各步中的C—H键所处化学环境不同,每步所需能量不同,D项正确。 10.(2024·山东卷)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物,能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是(C) A.图中代表F原子 B.该化合物中存在过氧键 C.该化合物中I原子存在孤对电子 D.该化合物中所有碘氧键键长相等 解析　由图中信息可知,白色的小球可形成2个共价键,灰色的小球只形成1个共价键,黑色的大球形成了4个共价键,根据O、F、I的电负性大小(F元素最大、I元素最小)及其价电子数可以判断,白色的小球代表O原子,灰色的小球代表F原子,黑色的大球代表I原子,A项不正确;根据该化合物结构片段可知,每个I原子与3个O原子形成共价键,根据均摊法可以判断必须有2个O原子分别与2个I原子成键,才能确定该化合物的化学式为IO2F,因此,该化合物中不存在过氧键,B项不正确;I原子的价电子数为7,该化合物中F元素的化合价为-1,O元素的化合价为-2,则I元素的化合价为+5,据此可以判断每个I原子与其他原子形成3个单键和1个双键,I原子的价电子数不等于其形成共价键的数目,因此,该化合物中I原子存在孤对电子,C项正确;该化合物中既存在I—O单键,又存在I==O双键,单键和双键的键长是不相等的,因此,该化合物中所有碘氧键键长不相等,D项不正确。 11.(2024·湖北卷)结构决定性质,性质决定用途。下列事实解释错误的是(B) 选项 事实 解释 A 甘油是黏稠液体 甘油分子间的氢键较强 B 王水溶解铂 浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性 C 冰的密度小于干冰 冰晶体中水分子的空间利用率相对较低 D 石墨能导电 未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动 解析　1个甘油分子中有3个羟基,分子间可以形成更多的氢键,且O元素的电负性较大,故其分子间形成的氢键较强,因此甘油是黏稠液体,A项正确;王水溶解铂,是因为浓盐酸提供的Cl-能与被硝酸氧化产生的高价态的铂离子形成稳定的配合物从而促进铂的溶解,在这个过程中浓盐酸没有表现氧化性,B项不正确;冰晶体中水分子间形成较多的氢键,由于氢键具有方向性,因此,水分子间形成氢键后空隙变大,冰晶体中水分子的空间利用率相对较低,冰的密度小于干冰,C项正确;石墨属于混合型晶体,在石墨的二维结构平面内,每个碳原子以C—C键与相邻的3个碳原子结合形成六元环层。碳原子有4个价电子,而每个碳原子仅用3个价电子通过sp2杂化轨道与相邻的碳原子形成共价键,还有1个电子处于碳原子的未杂化的2p轨道上,层内碳原子的这些p轨道相互平行,相邻碳原子p轨道相互重叠形成大π键,这些p轨道的电子可以在整个层内运动,因此石墨能导电,D项正确。 12.(2023·全国甲卷)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p轨道能提供一对电子的N原子是 ③ (填图示酞菁中N原子的序号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为 +2 价,氮原子提供孤对电子与钴离子形成 配位 键。  解析　已知酞菁分子中所有原子共平面,则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道,其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键,标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键;标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出H+,钴酞菁分子中,失去了2个H+的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子,因此,钴离子的化合价为+2价,氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。 第25讲　分子的性质　配合物与超分子 [目标速览]　1.理解分子的极性。2.掌握范德华力的含义及对物质的性质的影响。3.理解氢键的含义,能列举存在氢键的物质,并能解释氢键对物质性质的影响。4.理解配位键的含义。5.了解超分子的概念。 微考点　核心突破 考点1　分子的性质 　 知|识|梳|理 1.范德华力、氢键及共价键的比较 比较 范德华力 氢键 共价键 概念 物质分子之间普遍存在的一种相互作用力,又称分子间作用力 由已经与电负性很强的原子(N、O、F)形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子(N、O、F)之间形成的作用力 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 分类 — 分子内氢键、分子间氢键 极性共价键、非极性共价键 作用 微粒 分子或原子(稀有气体) 氢原子、其他原子(N、O、F) 原子 特征 　无方向性、 　无饱和性 　有方向性、 　有饱和性 有方向性、 有饱和性 强度 比较 共价键>氢键>范德华力 影响 强度 的因 素 ①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大 ②组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大 对于A—H…B,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,强度越大 成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定 对物 质性 质的 影响 ①影响物质的熔、沸点,溶解度等物理性质 ②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高,如F2<Cl2<Br2<I2,CF4<CCl4<CBr4 分子间氢键的存在,使物质的熔沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸点:H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3 ①影响分子的稳定性 ②共价键键能越大,分子稳定性越强 2.分子的极性 (1)极性分子:正电荷中心和负电荷中心不重合的分子。 (2)非极性分子:正电荷中心和负电荷中心重合的分子。 3.溶解性 (1)“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂。若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。 (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。 4.分子的手性 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠的现象。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.极性分子中一定不含非极性键,非极性分子中不含极性键。(×) 提示:乙醇分子是极性分子,其中含有碳碳非极性键,CO2是非极性分子,含有极性键。 2.氢键是一种特殊的化学键。(×) 提示:氢键不属于化学键,其强度比化学键弱得多,但它比范德华力稍强。 3.分子的中心原子杂化后形成的轨道构型与分子的构型是相同的。(×) 提示:如果中心原子上没有孤电子对,则两者相同;如果有孤电子对,则孤电子对占据一个杂化轨道,但不形成化学键,二者不相同。 4.卤素单质按F2→I2,熔沸点逐渐升高。(√) 提示:卤素单质的分子结构相似,随着相对分子质量的增大,分子间作用力逐渐增大,熔沸点逐渐升高。 5.H2O的沸点比H2S高得多,原因是O—H键比S—H键的键能大。(×) 提示:由分子构成的物质的沸点与分子内的化学键无关,只与分子间作用力有关。虽然范德华力H2S>H2O,但水分子间能够形成氢键,使H2O的沸点明显升高。 知|识|拓|展 1.ABn型分子极性的判断方法 (1)化合价法。 ABn型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该原子的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数目,则分子的空间结构不对称,其分子为极性分子,具体实例如下: 化学式 BF3 CO2 PCl5 SO3 H2O NH3 SO2 PCl3 中心原子化合价的绝对值 3 4 5 6 2 3 4 3 中心原子的价电子数 3 4 5 6 6 5 6 5 分子极性 非极 性 非极 性 非极 性 非极 性 极性 极性 极性 极性 (2)根据所含键的类型及分子的空间结构判断。 当ABn型分子的空间结构是空间对称结构时,由于分子中正负电荷中心重合,为非极性分子,如CO2(直线形)、BF3(平面正三角形)、CH4(正四面体形)等均为非极性分子。当ABn型分子的空间结构不是空间对称结构时,一般为极性分子,如H2O(V形)、NH3(三角锥形),它们均为极性分子。 ①A—A型分子一定是非极性分子,如N2、Cl2。 ②A—B型分子一定是极性分子,如HCl、HF。 ③AB2型分子除线型结构B—A—B为非极性分子外,其他均为极性分子。如CO2、CS2为非极性分子,H2S、H2O为极性分子。 ④AB3型分子除平面正三角形结构为非极性分子外,其他均为极性分子。如BF3为非极性分子,NH3、PH3为极性分子。 ⑤AB4型除正四面体结构及平面正四边形结构为非极性分子外,其他均为极性分子。如CH4、CCl4、SiF4为非极性分子。 (3)据中心原子最外层电子是否全部成键判断。 中心原子即其他原子围绕它成键的原子。分子中的中心原子最外层电子若全部成键,此分子一般为非极性分子;分子中的中心原子最外层电子未全部成键,此分子一般为极性分子。如CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键,它们都是非极性分子。而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键,它们都是极性分子。 2.氢键 (1)有氢键的分子间也有范德华力,但有范德华力的分子间不一定有氢键。 (2)一个氢原子只能形成一个氢键,这就是氢键的饱和性。 (3)氢键主要影响物质的物理性质。 (4)氢键的形成条件。 “几乎裸露的质子(H)”与“氮、氧、氟”原子之间才可能形成氢键,其他原子与氢原子不能形成氢键,例如,乙醇(CH3CH2OH)中甲基(—CH3)上的氢原子与水中的氧原子之间不能形成氢键。 知|识|对|练 角度一　分子极性和化学键极性的关系 1.下列物质中既有极性键又有非极性键的极性分子是(C) A.CS2 B.CH4 C.H2O2 D.CH2==CH2 解析　CS2分子的结构式为S==C==S,分子中共价键为碳硫极性键,不存在非极性键,A项错误;CH4分子中共价键为碳氢极性键,不存在非极性键,B项错误;H2O2分子的结构式为H—O—O—H,分子中含有氢氧极性共价键和氧氧非极性共价键,但是分子结构不对称,属于极性分子,C项正确;CH2==CH2中含有碳氢极性键和碳碳非极性键,由于CH2==CH2分子结构对称,CH2==CH2 分子为非极性分子,D项错误。 2.已知H元素和O元素可以形成H2O和H2O2两种化合物,根据有关信息回答下列问题: (1)水是维持生命活动所必需的一种物质。 ①1 mol冰中有 2 mol氢键。  ②用球棍模型表示的水分子结构是 B (填字母)。  (2) 已知H2O2分子的结构如图所示。H2O2分子不是直线形的,两个氢原子犹如在半展开的书的两面上,两个氧原子在书脊位置上,书页夹角为93°52',而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52'。 ①H2O2分子的电子式是,结构式是 H—O—O—H 。  ②H2O2分子是含有 极性 键和 非极性 键的 极性 (填“极性”或“非极性”)分子。  ③H2O2难溶于CS2,简要说明理由: H2O2为极性分子,而CS2为非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2 。  ④H2O2中氧元素的化合价是 -1 价,简要说明原因: O—O键为非极性键,而O—H键为极性键,共用电子对偏向氧原子,故氧元素为-1价 。  解析　(1)在冰中,每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键,按“均摊法”计算,相当于每个水分子中有2个氢键;水分子为V形结构。(2)由H2O2的空间结构图可知,H2O2是极性分子,分子内既有极性键,又有非极性键,而CS2为非极性分子,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2。 角度二　分子间作用力及其影响 3.下列变化中,主要破坏的微粒间作用力为范德华力的是(B) A.钠熔化成闪亮的小球 B.干冰升华 C.苯酚晶体久置后变为粉红色 D.工业合成氨,利用氨易液化的特点,从混合气体中分离出来 解析　钠熔化成闪亮的小球主要破坏的是金属键,A项不符合题意;干冰升华主要破坏的微粒间作用力为范德华力,B项符合题意;苯酚晶体久置后变为粉红色,破坏了共价键,C项不符合题意;氨易液化是NH3分子间含有氢键,使得分子间作用力增大,导致氨易液化,D项不符合题意。 4.液氨、液氯、清洗剂、萃取剂等重点品种使用企业和白酒企业,应加强储罐区、危化品库房、危化品输送等的管理,确保化工生产安全。下列说法正确的是(D) A.液氨中只存在范德华力 B.液氨分子间作用力强,所以其稳定性强于PH3 C.液氯挥发导致人体吸入后中毒,是因为液氯分子中的共价键键能较小 D.萃取剂CCl4的沸点高于CH4的沸点 解析　液氨中还存在共价键、氢键等作用力,A项错误;分子间作用力只影响物质的物理性质,与其稳定性无关,B项错误;由于液氯中Cl2分子间的作用力弱,液氯沸点低,极易挥发而被人体吸入,引起中毒,与共价键键能无关,C项错误;由于CCl4与CH4结构相似,且均为共价化合物,CCl4的相对分子质量大于CH4,其沸点也高于CH4的沸点,D项正确。 5.氨气溶于水时,大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O分子。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为(B) A.… B.… C.… D.… 解析　从氢键的成键原理上讲,A、B两项都成立;但从空间结构上讲,由于氨气分子是三角锥形,易提供孤电子对,所以,以B项中的方式结合空间阻碍最小,结构最稳定;从事实上讲,依据NH3·H2ON+OH-,可知答案是B。 考点2　配合物与超分子 　 知|识|梳|理 1.配位键 (1)概念:共用电子对由一个原子单方面提供而跟另一个原子共用的共价键,即“电子对给予—接受”键,是一类特殊的共价键。 如在四水合铜离子中,铜离子与水分子之间的化学键是由水中的氧原子提供孤电子对给予铜离子,铜离子接受水分子的孤电子对形成的。 (2)表示。 配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的原子,叫作配体,B是接受孤电子对的原子。例如: [Cu(NH3)4]2+中的配位键表示为。 2.配位化合物 (1)定义:通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物,简称配合物。 (2)配合物的组成及形成条件。 ①配合物的组成。 a.配体:含有孤电子对的分子或离子,如NH3、H2O、Cl-、Br-、I-、SCN-等。 b.中心离子:一般是过渡金属离子,如Cu2+、Fe3+等。 c.配位数:直接同中心原子(或离子)配位的含有孤电子对的分子(或离子)的数目。中心原子(或离子)的配位数一般为2、4、6、8等。 ②形成条件。 　(3)配合物的形成举例。 实验操作 实验现象 有关离子方程式 滴加氨水后,试管中首先出现蓝色沉淀,氨水过量后沉淀逐渐溶解,得到深蓝色的透明溶液;若滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2N Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH- [Cu(NH3)4]2++S+H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓ 向NaCl溶液中先滴加AgNO3溶液,再滴氨水 向NaCl溶液中滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀,再滴入氨水,沉淀消失,得到澄清的无色溶液 Ag++Cl-===AgCl↓ AgCl+2NH3===[Ag(NH3)2]++Cl- 　 3.超分子 (1)概念。 超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 (2)超分子内分子间的作用力。 超分子内部分子之间通过非共价键相结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 (3)超分子的两个重要特征——分子识别、自组装。 (4)超分子的应用。 在分子水平上进行分子设计,有序组装甚至复制出一些新型的分子材料。 ①分离C60和C70。 将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中,再加入甲苯溶剂,将C70溶解,过滤后分离C70,再向不溶物中加入氯仿,氯仿溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。 ②冠醚识别碱金属离子。 冠醚是皇冠状的分子,可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子。如冠醚⁃18可识别K+。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤电子对。(√) 2.NH4NO3、H2SO4中都含有配位键。(√) 3.[Cu(NH3)4]2+的配体是NH3,配位数是4。(√) 4.1 mol [Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O溶于水后,与足量的AgNO3溶液反应,能得到3 mol AgCl沉淀。(×) 知|识|对|练 角度三　配合物的结构与性质 6.下列物质中,不能作为配合物的配体的是(A) A.N B.Cl- C.SCN- D.H2O 解析　N中形成4个共价键,没有孤电子对,不可以作为配体,A项符合题意;Cl-中存在孤电子对,可以作为配体,B项不符合题意;SCN-中硫原子存在孤电子对,可以作为配体,C项不符合题意;H2O中O原子的最外层有两个孤电子对,可作为配合物的配体,D项不符合题意。 7.乙二胺四乙酸又叫EDTA,是化学中一种良好的配合剂,形成的配合物又叫螯合物。EDTA在配合滴定中经常用到,一般用于测定金属离子的含量。已知EDTA配离子结构如图所示。下列叙述不正确的是(B) A.EDTA中氮原子的杂化方式为sp3 B.M元素可以是Cu、Fe或Cr C.M元素的配位数是6 D.EDTANa⁃Fe(Ⅲ)中的化学键有σ键、π键、配位键和离子键 解析　该配离子结构中1个N原子形成4个单键,其中有1个配位键,N原子杂化方式为sp3,A项正确;1个M原子周围有6个配位键,配位数为6,而Cu原子的配位数一般为4,B项不正确、C项正确;EDTANa⁃Fe(Ⅲ)是离子化合物,含有离子键,阴离子是复杂离子,含有共价单键、共价双键,共价单键为σ键,共价双键中含σ键、π键,铁离子上含有空轨道,与之结合的N、O原子上含有孤电子对,Fe(Ⅲ)与N、O原子形成配位键,D项正确。 角度四　超分子 8.下列不属于超分子的结构是(B) A.DNA双螺旋结构 B.冠醚 C.血红蛋白 D.C60和杯酚形成的复合物 解析　DNA双螺旋结构属于超分子的结构,是因为它由氢键等作用力形成复杂且具有特定功能的分子聚集体,A项不符合题意;冠醚是一种大分子环状化合物,不属于超分子,B项符合题意;血红蛋白属于超分子,其超分子结构使得血红蛋白能够有效地在体内运输氧气和二氧化碳,C项不符合题意;C60和杯酚能够通过分子间作用力形成超分子,D项不符合题意。 9.(2025·重庆模拟)超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。现有某种超分子结构如图所示。下列有关说法正确的是(D) A.该超分子中C原子均为sp3杂化 B.甲基中的键角∠HCH小于—NH2中的键角∠HNH C.该超分子由一个非极性分子和一个极性分子聚集而成 D.该超分子加热熔化时既破坏氢键,也破坏分子间作用力 解析　该分子中双键碳原子的杂化类型为sp2,单键碳原子为sp3杂化,A项错误;该超分子中—CH3中心原子C原子和—NH2中心原子N原子均为sp3杂化,但N原子有一对孤电子对,所以∠HNH夹角小些,B项错误;该超分子由2个极性分子聚集而成,C项错误;该超分子的分子间作用力有氢键与范德华力,所以加热熔化时既破坏氢键,也破坏分子间作用力,D项正确。 阅读下列材料,完成(1)(2)题。 对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料,特别是其酯类,包括对羟基苯甲酸甲酯(尼泊金甲)、乙酯(尼泊金乙)、丙酯、异丙酯等,均可作食品添加剂,用于酱油、醋、清凉饮料(汽水除外)、果品调味剂、水果及蔬菜等,还广泛用于食品、医药的防腐和杀菌剂等方面。对羟基苯甲酸也用作染料、农药的中间体。在农药中用于合成有机磷杀虫剂GYAP、CYP;在染料工业中用于合成热敏染料的显色剂;还可用于彩色胶片及合成油溶性成色剂“538”及尼龙12中用作增塑剂的生产原料。另外还用于液晶聚合物和塑料。对羟基苯甲酸的结构如图: (1)下列说法不正确的是(D) A.对羟基苯甲酸分子中有σ键和π键(含大π键) B.对羟基苯甲酸分子中有极性共价键、非极性共价键 C.对羟基苯甲酸分子中碳原子的杂化类型为sp2杂化 D.分子中所有碳原子不在一个平面上 (2)下列说法正确的是(B) A.对羟基苯甲酸不易溶于水 B.对羟基苯甲酸的熔、沸点远高于苯甲酸甲酯 C.邻羟基苯甲酸的沸点高于对羟基苯甲酸的沸点 D.邻羟基苯甲酸分子间形成氢键 解析　(1)对羟基苯甲酸分子中有σ键和π键(含大π键)(或极性共价键、非极性共价键);分子中碳原子的杂化类型为sp2杂化;对羟基苯甲酸分子中所有碳原子共平面。(2)对羟基苯甲酸与水分子之间能形成氢键,故对羟基苯甲酸易溶于水;对羟基苯甲酸分子间能形成氢键,而苯甲酸甲酯分子间不能形成氢键,故对羟基苯甲酸的熔、沸点远高于苯甲酸甲酯;对羟基苯甲酸的沸点高,因为对羟基苯甲酸在分子间形成氢键,而邻羟基苯甲酸在分子内形成氢键,分子间不存在氢键。 微充电　素养提升 知识交汇——学科互映 　 【母题】　三磷酸腺苷(ATP)是生物体的供能物质,由腺苷(A)与磷酸反应而成。 (1)ATP比A更易溶于水,从微粒间相互作用的角度解释其原因: ATP能与H2O形成较多氢键 。  (2)ATP中的碱基与尿嘧啶()作用时,形成的氢键的种类可能有 N—H…N、N—H…O (用“X—H…Y”表示)。  (3)ATP的碱基中,碳原子的杂化方式为 sp2 。  (4)P是一种配体。P配位时配位原子是 O ,理由是 O原子上有孤电子对,可以作配位原子,P原子上没有孤电子对,不可作配位原子 。  (5)研究表明,在148 ℃、加压条件下液化的PCl5能发生与水类似的自耦电离,形成一种能导电的熔体,其电离方程式为 2PCl5PC+PC ,产生的阳离子的空间结构为 正四面体形 。N元素和P元素都有+5价,但NCl5不存在,分析其原因: P元素与N元素位于同一主族,但P元素位于第三周期,磷原子可以利用3d空轨道采取sp3d杂化与氯原子形成五氯化磷,而氮原子没有可以利用的d空轨道,所以N元素和P元素都有+5价,但NCl5不存在 。  解析　(1)ATP中含更多羟基,能与H2O形成较多氢键,使其比A更易溶于水。(2)结合尿嘧啶和ATP中的碱基的结构可知,ATP中的碱基与尿嘧啶作用时,形成的氢键的种类可能有N—H…N、N—H…O。(3)ATP的碱基中,右侧六元环中碳原子形成3个共价键且存在大π键,为sp2杂化;最左侧碳原子形成3个σ键和1个π键,也为sp2杂化。(4)P中O原子上存在孤电子对,可以提供孤电子对而作配位原子,P原子上没有孤电子对,不可作配位原子,故P配位时配位原子是O。(5)由题意可知,五氯化磷可发生与水类似的自耦电离电离出PC和PC,电离方程式为2PCl5PC+PC,PC的中心P原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,则该阳离子的空间结构为正四面体形。 【衍生】　配合物在生产、生活和科研中发挥着重要作用。可用比色法测定溶液中Fe3+含量,即通过Fe3+形成的某些稳定配合物溶液颜色深度来确定。 已知:Ⅰ.比色法是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法,有色物质的浓度与溶液颜色深度成正比、与透光率成反比。 Ⅱ.常用比色法有目视比色法和光电比色法。 回答下列问题: (1)甲同学通过苯酚(C6H5OH)与Fe3+反应生成紫色配离子,用目视比色法测定某厂废水中FeCl3浓度。 ①补充完整该反应的离子方程式:6C6H5OH+Fe3+ [Fe(C6H5O)6]3- (紫色)+6H+。  ②配制缓冲溶液:常温下,将50 mL 0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液与50 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液混合得到缓冲溶液。若CH3COOH的电离常数Ka(CH3COOH)=10-4.76,则缓冲溶液的pH约为 4.76 。  ③配制标准比色液:准确称取0.162 5 g FeCl3,将其溶于浓盐酸,加水稀释后配制成1 000 mL溶液;向6支完全相同的50 mL比色管中分别加入0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL所配溶液,再分别加入10 mL缓冲溶液、10 mL相同浓度的苯酚溶液,并均加水稀释至50 mL,将6支比色管依次标记为甲、乙、丙、丁、戊、己。先将所称量的FeCl3溶于浓盐酸的目的为 防止Fe3+水解 。  ④测定FeCl3浓度(所用比色管和苯酚溶液浓度均与③中相同,杂质不参与反应):向比色管中加入10 mL缓冲溶液、10 mL苯酚溶液,再加入废水至溶液总体积为50 mL,静置至溶液颜色稳定时与③中标准比色液颜色对比。若颜色与③中戊比色管的相同,则废水中Fe3+的物质的量浓度为 4×10-5 mol·L-1 。  ⑤根据反应原理,甲同学猜想溶液的pH会影响显色效果,为验证猜想补充如下实验。 序号 实验操作 现象 结论与解释 ⅰ 向10 mL苯酚溶液中(调节pH=9)滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液 生成红褐 色沉淀 猜想成立。测定实验中加入缓冲溶液的作用为保持溶液的pH相对稳定,减小实验误差;产生实验ⅱ中现象的原因主要为化学平衡移动 ⅱ 向实验ⅰ中所得悬浊液中逐滴滴加0.1 mol·L-1盐酸 红褐色沉淀逐渐溶解,溶液变为紫色;继续滴加盐酸,溶液由紫色变为浅黄色 (2)借鉴甲同学的经验,乙同学认为c(Cl-)也可能对溶液颜色产生影响,改用KSCN溶液进行实验:将等浓度的FeCl3溶液(已酸化)和KSCN溶液以体积比1∶3混合,取3份等体积的混合溶液于相同比色管中,分别加入等体积、不同浓度的KCl溶液。用光电比色法测得溶液的透光率与时间的关系如图所示。 已知:Ⅲ.反应ⅰFe3+(aq)+3SCN-(aq)Fe(SCN)3(aq)　K1;反应ⅱFe3+(aq)+4Cl-(aq)[FeCl4]-(aq,黄色)　K2。 ①Fe(SCN)3(aq)+4Cl-(aq)[FeCl4]-(aq)+3SCN-(aq)的平衡常数K=  (用K1、K2表示)。  ②随着c(Cl-)增大,溶液透光率增大的原因为 Fe3+(aq)+4Cl-(aq)[FeCl4]-(aq)的平衡正向移动,导致溶液中c(Fe3+)减小,使Fe3+(aq)+3SCN-(aq)Fe(SCN)3(aq)的平衡逆向移动,c[Fe(SCN)3]减小,则溶液颜色变浅,透光率增大 。  (3)与目视比色法相比,光电比色法的优点为 消除了主观误差,提高准确度 。  解析　(1)①由原子守恒和电荷守恒可知,C6H5OH与Fe3+反应的离子方程式为6C6H5OH+Fe3+[Fe(C6H5O)6]3-(紫色)+6H+。②50 mL 0.2 mol·L-1 CH3COOH溶液与50 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液混合,所得缓冲溶液为0.05 mol·L-1 CH3COOH溶液与0.05 mol·L-1 CH3COONa溶液的混合溶液,即c(CH3COO-)≈c(CH3COOH),由Ka(CH3COOH)==10-4.76推知,溶液中c(H+)≈10-4.76 mol·L-1,pH约为4.76。③配制标准比色液时,先将所称量的FeCl3溶于浓盐酸可防止Fe3+水解而干扰实验。④0.162 5 g FeCl3配制成的1 000 mL溶液,c(Fe3+)==0.001 mol·L-1,结合题意可知,戊比色管溶液中c(Fe3+)==4×10-5 mol·L-1。⑤碱性条件下红褐色沉淀为Fe(OH)3,加入盐酸,红褐色沉淀逐渐溶解,Fe3+浓度逐渐增大,6C6H5OH+Fe3+[Fe(C6H5O)6]3-(紫色)+6H+平衡正向移动,溶液变为紫色,继续滴加盐酸,H+浓度增大,该平衡逆向移动,[Fe(C6H5O)6]3-浓度减小、Fe3+的浓度增大,溶液由紫色变为浅黄色,可见溶液的pH会影响显色效果,则加入缓冲溶液可保持溶液的pH相对稳定,减小实验误差。(2)①由盖斯定律推知,目标反应=反应ⅱ-反应ⅰ,Fe(SCN)3(aq)+4Cl-(aq)[FeCl4]-(aq)+3SCN-(aq)的平衡常数K=。(3)与目视比色法相比,光电比色法的优点为操作简单、准确度高。 微真题　把握方向 　 考向一　综合考查 1.(2024·湖南卷)通过理论计算方法优化了P和Q的分子结构,P和Q呈平面六元并环结构,原子的连接方式如图所示,下列说法错误的是(A) A.P为非极性分子,Q为极性分子 B.第一电离能:B<C<N C.1 mol P和1 mol Q中所含电子数目相等 D.P和Q分子中C、B原子和N原子均为sp2杂化 解析　由所给分子结构图,P和Q分子都满足对称,正负电荷中心重合,都是非极性分子,A项错误;同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构,第一电离能大于相邻元素,则第一电离能由小到大的顺序为B<C<N,B项正确;由所给分子结构可知,P的分子式为C24H12,Q的分子式为B12N12H12,P、Q分子都含156个电子,故1 mol P和1 mol Q所含电子数目相等,C项正确;由所给分子结构可知,P和Q分子中C、B原子和N原子均与其他三个原子成键,P和Q分子呈平面结构,故P和Q分子中C、B原子和N原子均为sp2杂化,D项正确。 2.(2023·湖南卷)下列有关物质结构和性质的说法错误的是(A) A.含有手性碳原子的分子叫做手性分子 B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点 C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应 D.冠醚(18⁃冠⁃6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子 解析　连有4个不同原子或原子团的饱和碳原子为手性碳原子,手性分子是指与其镜像不相同,不能互相重合的具有一定构型或构象的分子,含有两个或两个以上手性碳原子的分子可能会出现内消旋体,这种分子不是手性分子,如,A项错误;邻羟基苯甲醛存在分子内氢键,而对羟基苯甲醛存在分子间氢键,故邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛,B项正确;酰胺中的酰胺基在酸或碱存在并加热时可发生水解反应,C项正确;冠醚(18⁃冠⁃6)的空穴直径与K+尺寸适配,二者可通过弱相互作用形成超分子,D项正确。 3.(2023·北京卷)下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是(A) A.F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能 B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的Ka C.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性 D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子 解析　F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F键不稳定,因此F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能,与电负性无关,A项符合题意;氟原子的电负性大于氯原子的电负性,F—C键的极性大于Cl—C键的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B项不符合题意;氟原子的电负性大于氯原子的电负性,F—H键的极性大于Cl—H键的极性,导致HF分子的极性强于HCl,C项不符合题意;氟原子的电负性大于氯原子的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,因此气态氟化氢中存在(HF)2,D项不符合题意。 4.(2023·新课标卷)一种可吸附甲醇的材料,其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl,部分晶体结构如图所示,其中[C(NH2)3]+为平面结构。 下列说法正确的是(A) A.该晶体中存在N—H…O氢键 B.基态原子的第一电离能:C<N<O C.基态原子未成对电子数:B<C<O<N D.晶体中B、N原子和O原子轨道的杂化类型相同 解析　从结构图可看出,[C(NH2)3]+中—NH2的H原子与[B(OCH3)4]-中的O原子形成氢键,因此该晶体中存在N—H…O氢键,A项正确;N原子的价层电子排布式为2s22p3,2p能级处于半充满的稳定状态,其第一电离能大于O原子,B项错误;根据电子排布式B(1s22s22p1)、C(1s22s22p2)、O(1s22s22p4)、N(1s22s22p3),可知其未成对电子数分别为1、2、2、3,C项错误;该晶体中B、O原子轨道的杂化类型均为sp3,[C(NH2)3]+为平面结构,则其中N原子轨道的杂化类型为sp2,D项错误。 5.(2022·江苏卷)下列说法正确的是(B) A.金刚石与石墨烯中的C—C—C键夹角都为120° B.SiH4、SiCl4都是由极性键构成的非极性分子 C.基态锗原子(32Ge)核外电子排布式为4s24p2 D.第ⅣA族元素单质的晶体类型相同 解析　金刚石中的碳原子为正四面体结构,C—C—C键夹角为109°28',A项错误。SiH4的化学键为Si—H键,为极性键,分子为正四面体形,正负电荷中心重合,为非极性分子;SiCl4的化学键为Si—Cl键,为极性键,分子为正四面体,正负电荷中心重合,为非极性分子,B项正确。基态锗原子(32Ge)核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2,C项错误。第ⅣA族元素中的碳元素形成的石墨为混合型晶体,而硅形成的晶体硅为共价晶体,D项错误。 6.(2021·山东卷)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是(B) A.CH3OH为极性分子 B.N2H4空间结构为平面形 C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2 D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N原子的杂化方式均相同 解析　甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的,为四面体结构,是由极性键组成的极性分子,A项正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B项错误;N2H4分子中连接N原子的H原子数多,存在氢键的数目多,而(CH3)2NNH2只有一端可以形成氢键,另一端的两个甲基基团比较大,影响了分子的排列,沸点较N2H4的低,C项正确;CH3OH为四面体结构,—OH结构类似于水的结构,(CH3)2NNH2的结构简式为,两者分子中C、O、N原子的杂化方式均为sp3,D项正确。 考向二　极性分子 7.(2023·山东卷)下列分子属于极性分子的是(B) A.CS2 B.NF3 C.SO3 D.SiF4 解析　根据价层电子对互斥模型可知,CS2的中心C原子的价层电子对数=2+×(4-2×2)=2,无孤电子对,CS2的空间结构为直线形,正负电荷中心重合,为非极性分子;NF3的中心N原子的价层电子对数=3+×(5-3×1)=4,有一个孤电子对,NF3分子的空间结构为三角锥形,正负电荷中心不重合,为极性分子;SO3的中心S原子的价层电子对数=3+×(6-3×2)=3,无孤电子对,SO3的空间结构为平面正三角形,正负电荷中心重合,为非极性分子;SiF4的中心原子Si的价层电子对数=4+×(4-4×1)=4,无孤电子对,SiF4的空间结构为正四面体,正负电荷中心重合,为非极性分子。故选B。 考向三　配合物 8.(2023·浙江卷1月)共价化合物Al2Cl6中所有原子均满足8电子稳定结构,一定条件下可发生反应Al2Cl6+2NH3===2Al(NH3)Cl3,下列说法不正确的是(D) A.Al2Cl6的结构式为 B.Al2Cl6为非极性分子 C.该反应中NH3的配位能力大于氯原子 D.Al2Br6比Al2Cl6更难与NH3发生反应 解析　Al2Cl6中所有原子均满足8电子稳定结构,则Al2Cl6的结构式为或,→表示配位键,也可用短线代替,A项正确;Al2Cl6为对称结构,正负电荷中心重合,为非极性分子,B项正确;该反应中NH3取代Cl原子与Al原子形成配位键,说明NH3的配位能力大于氯原子,C项正确;Al—Br键的稳定性弱于Al—Cl键,Al2Br6更易与NH3反应,D项错误。 9.(2023·北京卷)浸金时,S2作为配体可提供孤电子对与Au+形成[Au(S2O3)2]3-。分别判断S2中的中心S原子和端基S原子能否做配位原子并说明理由: S2的中心S原子的价层电子对数为4,无孤电子对,不能做配位原子;端基S原子上含有孤电子对,能做配位原子 。  10.(2021·湖南卷)硅和卤素单质反应可以得到SiX4,SiX4的熔沸点如表: SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7 沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7 (1)0 ℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4中呈液态的是 SiCl4 (填化学式),沸点依次升高的原因是 SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大 ,气态SiX4分子的空间结构是 正四面体形 。  (2)SiCl4与N⁃甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示: N⁃甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 sp2、sp3 ,H、C、N原子的电负性由大到小的顺序为 N>C>H ,1个M2+中含有 54 个σ键。  解析　(1)由题给熔沸点数据可知,0 ℃(约为273 K)时,四氟化硅为气态,四氯化硅为液态,四溴化硅、四碘化硅为固态;分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小,SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,则SiX4的沸点依次升高;SiX4分子中硅原子的价层电子对数为4,孤电子对数为0,则分子的空间结构为正四面体形。(2)由N⁃甲基咪唑的结构可知,分子中含有杂化方式为sp3杂化的单键碳原子和sp2杂化的双键碳原子;元素的非金属性越强,其电负性越大,元素的非金属性强弱顺序为N>C>H,则元素电负性的大小顺序为N>C>H;M2+的结构中含有单键、双键和配位键,单键和配位键都是σ键,1个双键中含有1个σ键,则1个M2+离子中含有54个σ键。 第26讲　晶体结构与性质 [目标速览]　1.能说出晶体与非晶体的区别;了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。4.了解物质的聚集状态及晶体结构的测定。 微考点　核心突破 考点1　晶体和晶胞 　 知|识|梳|理 一、熟记晶体与非晶体的特征 分类 晶体 非晶体 结构特征 结构粒子周期性有序排列 结构粒子无序排列 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二者区别方法 间接方法:测定其是否有固定的熔点 科学方法:对固体进行X射线衍射实验 微提醒　获得晶体的三条途径: (1)熔融态物质凝固。 (2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 (3)溶质从溶液中析出。 二、掌握一个概念——晶胞 1.概念 晶胞是描述晶体结构的基本单元。 2.晶体与晶胞的关系 数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 3.晶胞中粒子数目的计算——均摊法 如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有  属于这个晶胞。  思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。(×) 提示:晶胞是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小重复单元,而不一定是最小的“平行六面体”。 2.具有规则几何外形的固体一定是晶体。(×) 提示:晶体的特点是内部质点的规则排列,而不是看外形,玻璃一般有规则的几何外形,却是非晶体。 3.缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。(√) 4.晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。(√) 知|识|对|练 角度一　晶体与非晶体及结构分析 1.(2025·衡水质检)下列物质中前者为晶体,后者为非晶体的是(C) A.白磷、蓝矾 B.陶瓷、塑料 C.碘、橡胶 D.食盐、蔗糖 解析　A中白磷和蓝矾都是晶体;B中二者均为非晶体;C中碘为晶体,橡胶为非晶体;D中二者均为晶体。 2.(2025·深圳模拟)晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶,晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是(C) A.形成晶体硅的速率越大越好 B.晶体硅没有固定的熔、沸点 C.可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D.晶体硅的形成与晶体的自范性有关,而与各向异性无关 解析　晶体的形成都要有一定的形成条件,如温度、压强、结晶速率等,但并不是说结晶速率越大越好,A项错误;晶体有固定的熔、沸点,B项错误;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体,C项正确;晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系,D项错误。 3.如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(C) A.图①和图③ B.图②和图③ C.图①和图④ D.只有图④ 解析　根据NaCl的晶体结构(),在每个Na+周围最近的等距离的Cl-有6个(上、下、左、右、前、后),故①正确;从NaCl晶体中分割可得题图④的结构。 考点2　常见晶胞的结构与性质 　 知|识|梳|理 几种典型的晶体模型 1.共价晶体(金刚石和二氧化硅) 金刚石键角为109°28',每个最小的环上有6个碳原子。SiO2为正四面体,O—Si键键角为109°28',每个最小的环上有12个原子,其中有6个Si原子和6个O原子。 2.分子晶体(干冰) 每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。 3.离子晶体 (1)NaCl型。 在晶体中,每个Na+同时吸引6个Cl-,每个Cl-同时吸引6个Na+,配位数为6。每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-。 (2)CsCl型。 在晶体中,每个Cl-吸引8个Cs+,每个Cs+吸引8个Cl-,配位数为8。 4.金属晶体 金属键——电子气理论。 金属阳离子与自由电子间的相互作用。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.CO2和SiO2是同主族元素的氧化物,它们的晶体结构相似,性质也非常相似。(×) 提示:CO2晶体是分子晶体,SiO2是共价晶体,晶体结构差别很大,物理性质差别也很大。 2.离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。(×) 提示:离子晶体内的阴、阳离子不能自由移动,不能导电,只有在熔融状态时或水溶液中产生了自由移动的离子才能导电。 3.金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高。(×) 提示:不一定,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃,汞常温下呈液态。 4.共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。(×) 提示:不一定,如MgO的熔点为2 852 ℃,石英的熔点为1 710 ℃。 知|识|拓|展 1.晶体类型的5种判断方法 (1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。 ①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。 ②共价晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。 ③分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用力。 ④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用力是金属键。 (2)依据物质的分类判断。 ①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。 ②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 ③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。 ④金属单质是金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断。 ①离子晶体的熔点较高。 ②共价晶体的熔点很高。 ③分子晶体的熔点低。 ④金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点相当低。 (4)依据导电性判断。 ①离子晶体溶于水或熔融状态时均能导电。 ②共价晶体一般为非导体。 ③分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。 ④金属晶体是电的良导体。 (5)依据硬度和机械性能判断。 ①离子晶体硬度较大,硬而脆。 ②共价晶体硬度大。 ③分子晶体硬度小且较脆。 ④金属晶体多数硬度大,但也有较低的,且具有延展性。 2.晶体熔、沸点高低的比较 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律。 共价晶体>离子晶体>分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,如汞、铯等熔、沸点很低。 (2)共价晶体。 由共价键形成的共价晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高。如熔点:金刚石>石英>碳化硅>硅。 (3)离子晶体。 一般地说,阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2。 (4)分子晶体。 ①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。 ②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SnH4>GeH4>SiH4>CH4。 ③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CO>N2,CH3OH>CH3CH3。 ④同分异构体支链越多熔、沸点越低。 如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> >。 (5)金属晶体。 金属离子半径越小,离子所带的电荷数越多,其金属键越强,金属的熔、沸点就越高,如熔、沸点:Na<Mg<Al。 特别提醒　上述总结的规律都是一般规律,不能绝对化。 知|识|对|练 角度二　晶体类型的判断 4.下列各组物质的晶体中,化学键类型相同、晶体类型也相同的是(B) A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl 解析　A项中两种化合物原子间均以共价键结合,但SO2形成分子晶体,SiO2为共价晶体;B项中两分子均为共价键结合的分子,且均形成分子晶体;C项中NaCl中含离子键,HCl为共价键结合的分子,前者是离子晶体,后者是分子晶体;D项中CCl4是以共价键结合的分子晶体,KCl中含离子键,为离子晶体。 5.下列有关晶体类型的判断正确的是(D) A SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃ 共价晶体 B B:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大 金属晶体 C 锑:熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,晶体导电 共价晶体 D FeCl3:熔点282 ℃,易溶于水,也易溶于有机溶剂 分子晶体 解析　SiI4的熔、沸点比较低,属于分子晶体,A项错误;B是非金属,熔、沸点很高,硬度大,属于共价晶体,B项错误;Sb是金属,属于金属晶体,C项错误;FeCl3的熔点比较低,易溶于水和有机溶剂,属于分子晶体,D项正确。 角度三　晶体的性质 6.(2025·湖北模拟)新研制出的石墨烯—C60揉和了C60分子与石墨烯的结构特点,有关结构如图所示。 下列有关这三种物质的说法错误的是(A) A.碳原子的杂化方式均为sp2 B.C60晶体的熔点最低 C.石墨烯的导电性最好 D.互为同素异形体 解析　石墨烯—C60中连接石墨烯和C60的碳原子会形成4个共价键,为sp3杂化,A项错误;C60晶体为分子晶体,熔点最低,B项正确;石墨烯的层中存在自由移动的电子,其导电性最好,C项正确;三者均为碳元素形成的不同单质,故互为同素异形体,D项正确。 7.氮化硼晶体有多种结构,六方相氮化硼结构与石墨相似,但不具有导电性,立方相氮化硼结构与金刚石相似。下列说法错误的是(D) A.六方相氮化硼层上π键电子不能自由移动 B.六方相氮化硼的熔点高于立方相氮化硼 C.立方相氮化硼中存在“N→B”配位键 D.1 mol (BN)x(六方相氮化硼)中含3 mol σ键 解析　六方相氮化硼结构与石墨相似,有大π键,但氮元素的电负性大,吸引电子能力强,导致π电子不能自由移动,A项正确。六方相氮化硼层间为分子间作用力,和石墨结构类似,为混合型晶体,立方相氮化硼为空间网状结构,不存在分子,为共价晶体;类比石墨的熔点高于金刚石,所以六方相氮化硼熔点高于立方相氮化硼,B项正确。B原子最外层有3个电子,存在空轨道,N原子最外层有5个电子,存在孤电子对,所以立方相氮化硼含配位键N→B,C项正确。六方相氮化硼晶体中层内每个硼原子与相邻的3个氮原子构成平面三角形,每个共价键未被共有,所以1 mol六方相氮化硼中含3x mol B—N共价键,D项错误。 考点3　晶胞组成与结构的计算 　 知|识|梳|理 1.晶胞中原子个数的计算 (1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一,也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据:晶体密度、NA、M、晶胞体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等,密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题,一是要掌握晶体“均摊法”的原理;二是要有扎实的立体几何知识;三是要熟悉常见晶体的结构特征,并能融会贯通,举一反三。 (2)“均摊法”原理。 微提醒　①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。②在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用均摊法。 2.晶胞的密度及微粒间距离的计算 晶体微粒与M、ρ之间的关系:若1个晶胞中含有x个微粒,则1 mol晶胞中含有x mol微粒,其质量为xM g(M为微粒的摩尔质量);1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积,ρ为晶胞的密度),则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g,因此有xM=ρa3NA。 3.金属晶胞中原子半径的计算 (1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×。 (2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。 ①面对角线长=a。 ②体对角线长=a。 ③体心立方堆积4r=a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r=a(r为原子半径)。 4.空间利用率的计算 (1)已知晶体密度(ρ)求空间利用率。 由V晶胞ρNA=nM,V晶胞= 晶胞中粒子体积:V0=n×πr3 推出空间利用率=×100%= (2)铜晶胞中铜原子空间利用率的计算。 如图是铜晶胞示意图,其中铜原子位于正六面体的顶点和面心,已知铜原子半径为r,面对角线为4r,a=2r,V晶胞=a3=(2r)3=16r3,1个晶胞中有4个原子,则空间利用率=×100%=×100%≈74%。 (3)计算密度时不同单位的换算。 1 pm=10-10 cm,1 nm=10-7 cm。 知|识|对|练 角度四　晶胞中原子个数的计算 8.(2025·赣州期中)某金属M储氢材料,最大储氢后晶体结构如下(大球是金属原子,小球是氢原子)。下列有关说法错误的是(A) A.M邻位有6个M B.H邻位有4个M C.M邻位有4个H原子 D.晶胞中含有4个MH结构单元 解析　M位于顶点和面心,所以M邻位有12个M ,A项错误;H原子与顶角、3个邻位面心形成正四面体,H原子邻位有4个M,B项正确;顶角M周围有8个小立方体,只有4个体心有氢原子,邻位有4个H原子,C项正确;晶胞中含有4个H原子,M有8×+6×=4个,晶胞中含有4个MH结构单元,D项正确。 9.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(B) A.3∶9∶4　　　B.1∶4∶2 C.2∶9∶4 D.3∶8∶4 解析　A粒子数为6×=;B粒子数为6×+3×=2;C粒子数为1;故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。 10.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同,产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同,对铁晶体用X射线衍射进行测定,测得A、B两种晶胞,其晶胞结构示意图如下: 则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是 2 、 4 个。  解析　A晶胞中Fe原子处于晶胞的8个顶角和体心,则晶胞中含有Fe原子个数为1+8×=2;B晶胞中Fe原子处于晶胞的8个顶角和6个面心,则晶胞中含有Fe原子个数为8×+6×=4。 11.如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是 2∶1 ,乙中a与b的个数比是 1∶1 ,丙中一个晶胞中有 4 个c离子和 4 个d离子。  解析　甲中N(x)∶N(y)=1∶=2∶1;乙中N(a)∶N(b)=1∶=1∶1;丙中N(c)=12×+1=4,N(d)=8×+6×=4。 12.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如图,则LaNin中n= 5 。  解析　La:2×+12×=3 Ni:12×+6×+6=15 所以n=5。 13.如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构,其中R为+2价,G为-2价,则Q的化合价为 +3 价。   解析　R:8×+1=2 G:8×+8×+4×+2=8 Q:8×+2=4 R、G、Q的个数之比为1∶4∶2,则其化学式为RQ2G4。由于R为+2价,G为-2价,所以Q为+3价。 14.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学式为 CuH 。   解析　根据晶胞结构可以判断一个晶胞中Cu()原子的个数为2×+12×+3=6;H(○)原子的个数为6×+1+3=6,所以该化合物的化学式为CuH。 15.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能,其晶胞如图所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为 3∶1 。  解析　根据晶胞结构可以判断一个晶胞中C60分子个数为8×+1=2,K原子个数为2×6×=6,所以K原子与C60分子的个数之比为3∶1。 16.(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中,镁原子和硼原子是分层排布的,如图甲是该晶体微观结构的透视图,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为 MgB2 。  (2)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图乙是一种链状结构的多硼酸根离子,则多硼酸根离子符号为B 。  解析　(1)每个Mg原子周围有6个B原子,而每个B原子周围有3个Mg原子,所以其化学式为MgB2。(2)从题图中可看出,每个单元中,都有一个B原子和一个O原子完全属于这个单元,剩余的2个O原子分别被两个结构单元共用,所以B∶O=1∶1+=1∶2,化学式为B。 角度五　晶胞的密度及微粒间距离的计算 17.萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是 Ca2+ ;若该立方晶胞参数为a pm,正、负离子的核间距最小为 a pm。  解析　X代表的离子位于顶点和面心,该晶胞中含X的个数为8×+6×=4,Y代表的离子位于晶胞体内,共8个,根据萤石的化学式为CaF2,可知X代表Ca2+;F-分别位于8个“小正方体”的体心,Ca2+与F-最近的核间距为晶胞体对角线长度的,由于晶胞参数为a pm,故Ca2+与F-最近的核间距为a pm。 18.FeS2晶体的晶胞形状为立方体,边长为a nm,结构如图。 (1)距离Fe2+最近的阴离子有 6 个。  (2)FeS2的摩尔质量为120 g·mol-1,阿伏加德罗常数为NA。该晶体的密度为  g·cm-3。(1 nm=10-9 m)  解析　(1)以位于面心的Fe2+为例,与其距离最近的阴离子所处位置如图所示(圆中): 4个阴离子位于棱上,2个位于体心位置上,共6个。(2)依据均摊法可知一个晶胞中Fe2+个数为8×+6×=4,个数为1×1+12×=4。一个晶胞中相当于含有4个FeS2,因此一个晶胞的质量m=4× g= g。所以晶体密度ρ=== g·cm3。 19.Cu元素与F元素形成的化合物的晶胞结构如图所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu原子与F原子的最近距离为 ×1010 pm。(阿伏加德罗常数用NA表示,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu,为F)  解析　设晶胞的棱长为x cm,在一个晶胞中,Cu原子的数目为8×+6×=4;F原子的数目为4,其化学式为CuF。a·x3·NA=4M(CuF),解得x=。Cu原子和F原子之间的最短距离等于晶胞体对角线长度的,而晶胞体对角线长度等于晶胞核长的倍,所以最短距离为x=·×1010 pm。 20.如图为Na2S的晶胞,该晶胞与CaF2晶胞结构相似,设晶体密度是ρ g·cm-3,试计算Na+与S2-的最短距离:  cm(阿伏加德罗常数用NA表示,只写出计算式)。  解析　一个晶胞中,●个数为8×+6×=4,○个数为8,其个数之比为1∶2,所以●代表S2-,○代表Na+。设晶胞边长为a cm,则a3·ρ·NA=4×78,得a=,Na+和S2-的最短距离为晶胞体对角线长度的,则Na+与S2-的最短距离为× cm。 角度六　金属晶胞中原子半径的计算 21.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果:Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图),已知该晶体的密度为9.00 g·cm-3,晶胞中该原子的配位数为 12 ;Cu的原子半径为 ×≈1.27×10-8 cm(设阿伏加德罗常数为NA,要求列式计算)。   解析　设晶胞的边长为a cm,则a3·ρ·NA=4×64,a=,面对角线为a,面对角线的为Cu原子半径r=×≈1.27×10-8 cm。 角度七　空间利用率的计算 22.在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是 Al 原子。设Cr原子和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为   ×100 %(列出计算表达式)。   解析　由题图可知,1个晶胞中所含黑球的个数为8×+1=2(个),灰球的个数为8×+2=4(个),已知该物质的化学式为AlCr2,故黑球代表铝原子,位于顶角和体心,灰球代表铬原子,位于棱上和晶胞内。由题给晶胞图可知,该晶胞的体积为a2c,则金属原子空间占有率=×100%,即×100%。 23.GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 共价晶体 ,Ga原子与As原子以 共价 键键合。Ga原子和As原子的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,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 ×100% 。  解析　GaAs的熔点很高,则其晶体为共价晶体,Ga原子和As原子以共价键键合。由晶胞结构可知一个晶胞中含有As、Ga原子的个数均为4个,则晶胞的体积为×4,又知二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%=×100%。 微充电　素养提升 三维思想——分析原子分数坐标与投影图 　 【素材归纳】　 1.原子分数坐标。 (1)概念:以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标。 (2)原子分数坐标的表示方法。 晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别小于1的数在立体坐标系中表示出来,如位于晶胞原点A(顶角)的原子的坐标为(0,0,0); B点原子分数坐标为,,; C点原子分数坐标为,0,; D点原子分数坐标为,0,0。 2.典型晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图。 (1)金属Po立方体模型粒子坐标与投影图。 ①粒子坐标:若1(0,0,0),2(0,1,0),则确定3的原子分数坐标为(1,1,0),7为(1,1,1)。 ②x、y平面上的投影图: (2)钾型晶胞结构模型的原子坐标与投影图。 ①粒子坐标:若1(0,0,0),3(1,1,0),5(0,0,1),则6的原子分数坐标为(0,1,1),7为(1,1,1),9为,,。 ②x、y平面上的投影图: (3)铜型晶胞结构模型的原子坐标和投影图。 ①粒子坐标:若1(0,0,0),13,,0,121,,,则15的原子分数坐标为,1,,11为,,1。 ②x、y平面上的投影图: (4)金刚石晶胞结构模型的原子坐标参数和投影图。 ①若A原子为坐标原点,晶胞边长的单位为1,则原子1、2、3、4的坐标分别为,,、,,、,,,,,。 ②x、y平面上的投影图: (5)沿体对角线投影(以体心立方和面心立方为例)。 ①钾型晶胞。 ②铜型晶胞。 ③锌型晶胞。 3.确定目标原子分数坐标参数的思维模板。 4.长方体系原子分数坐标与原子处于晶胞位置间的关系。 依据坐标点0或1.0两个数值出现的次数判断: ①若两个数值共出现三次,则该坐标点位于长方体的顶点位置。 ②若两个数值共出现两次,则该坐标点位于长方体的棱上。 ③若两个数值只出现一次,则该坐标点位于长方体的面上。 ④若两个数值一次也未出现,则该坐标点位于长方体的体内。 【母题】　已知金刚石的晶胞如下: (1)若A为原点坐标,晶胞边长为a,原子1的分数坐标为,,,则原子2、3、4的分数坐标分别为 ,, 、 ,, 、 ,, 。  (2)金刚石沿体对角线垂直在纸面上的投影图是 D (填字母)。  解析　(1)根据晶胞边长为a和原子1的坐标,可确定原子2、3、4分别位于体对角线的处(离最近顶点),可推出2、3、4原子的分数坐标分别是,,,,,,,,。(2)A项是体心立方晶胞沿体对角线的投影图;B项是金刚石晶胞结构删除面心上碳原子后的沿体对角线的投影图;C项是Zn型(六方最密堆积)晶胞沿z轴的投影图;D项是金刚石晶胞沿体对角线的投影图。 【衍生1】　CsSiB3O7属于正交晶系(长方体形)。晶胞参数为a pm、b pm、c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为 4 。CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,则CsSiB3O7晶体的密度为 ×1030 g·cm-3(用代数式表示)。  解析　原子分数坐标为(0.5,0.2,0.5)的Cs原子位于晶胞体内,原子分数坐标为(0,0.3,0.5)、(1.0,0.3,0.5)、(0.5,0.8,0)、(0.5,0.8,1.0)的Cs原子位于晶胞的面上,原子分数坐标为(0,0.7,1.0)、(1.0,0.7,1.0)、(0,0.7,0)及(1.0,0.7,0)的Cs原子位于晶胞平行于y轴的棱上,利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个,代入晶胞密度求算公式可得ρ===×1030 g·cm-3。 【衍生2】　锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛,锗单质具有金刚石型结构,如图所示: 晶胞有两个基本要素:一是原子分数坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。上图中A点的原子分数坐标为(0,0,0),则B、C两点的原子分数坐标为 ,, 、 ,,0 。二是晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知Ge的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为  g·cm-3(列出计算式即可)  解析　根据晶胞结构和坐标系,因A为原点,则B的原子分数坐标为,,;C的原子分数坐标为,,0。依据均摊原理可知晶胞中含锗原子数为8×+6×+4=8,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3=565.763×10-30 cm3,则晶体的密度ρ== g·cm-3。 【衍生3】　分别用、表示H2P和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是H2P、K+在晶胞xz面、yz面上的位置: (1)若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为  g·cm-3(写出表达式)。  (2)晶胞在x轴方向的投影图为 B (填字母)。  解析　(1)由晶胞结构可知,H2P位于晶胞的顶点、面上和体心,顶点上有8个、面上有4个,体心有1个,故晶胞中H2P的数目为8×+4×+1=4;K+位于面上和棱上,面上有6个,棱上4个,故晶胞中K+的数目为6×+4×=4。因此,平均每个晶胞中占有的H2P和K+的数目均为4,若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,则晶胞的体积为10-30a2c cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3。(2)由题图(a)、(b)、(c)可知,晶胞在x轴方向的投影图为,故选B。 【衍生4】　以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中含原子的位置,称作原子分数坐标。如图1所示为磷化硼晶体的晶胞,图2是晶胞沿着体对角线方向的投影图。 (1)图1中,原子1的分数坐标是,,0,则原子2的分数坐标为 ,, 。  (2)图2中“N”表示 B (填元素符号)。  解析　(1)题图1中原子1的分数坐标是,,0,原子1位于底面面心,原子2位于体对角线的处,则原子2的分数坐标为,,。(2)根据晶胞结构分析,磷化硼晶体的晶胞沿着体对角线方向可以观察到P形成的六边形,其中的1个B原子与体对角线上的2个P原子重合,形成六边形的中心,所以“N”表示B原子。 微真题　把握方向 　 考向一　晶体结构与性质 1.(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是(B) A.金刚石(C) B.单晶硅(Si) C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN,立方相) 解析　金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔、沸点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。故选B。 2.(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。 下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(A) A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键 B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化 C.三种物质的晶体类型相同 D.三种物质均能导电 解析　原子间优先形成σ键,三种物质中均存在σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合型晶体,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。 3.(2023·湖北卷)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是(D) 选项 性质差异 结构因素 A 沸点:正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间作用力 B 熔点:AlF3 (1 040 ℃)远高于AlCl3 (178 ℃升华) 晶体类型 C 酸性:CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa=4.76) 羟基极性 D 溶解度(20 ℃):Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g) 阴离子电荷 解析　正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体,由于新戊烷支链多,对称性好,分子间作用力小,所以沸点较低,A项正确;AlF3为离子化合物,形成的晶体为离子晶体,熔点较高,AlCl3为共价化合物,形成的晶体为分子晶体,熔点较低,则AlF3的熔点远高于AlCl3,B项正确;由于电负性F>H,C—F键极性大于C—H键,使得羧基上的羟基极性增强,氢原子更容易电离,酸性增强,C项正确;碳酸氢钠在水中的溶解度比碳酸钠小的原因是HC在水溶液中通过氢键形成双聚或多聚离子,与阴离子电荷无关,D项错误。 考向二　晶胞结构的分析 4.(2024·甘肃卷)β⁃MgCl2晶体中,多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示,其中部分结构显示为图乙,下列说法错误的是(D) A.电负性:Mg<Cl B.单质Mg是金属晶体 C.晶体中存在范德华力 D.Mg2+的配位数为3 解析　电负性越大的元素吸引电子的能力越强,活泼金属的电负性小于活泼非金属,因此,Mg元素的电负性小于Cl元素,A项正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B项正确;由晶体结构可知,该结构中存在层状结构,层与层之间存在范德华力,C项正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+与周围6个Cl-最近且距离相等,因此,Mg2+的配位数为6,D项错误。 5.(2024·湖南卷)Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为2LiH+C+N2Li2CN2+H2,晶胞如图所示,下列说法错误的是(D) 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.每个周围与它最近且距离相等的Li+有8个 D.为V形结构 解析　LiH中H元素为-1价,由图中化合价可知,N元素为-3价,C元素为+4价,根据反应2LiH+C+N2Li2CN2+H2可知,H元素由-1价升高到0价,C元素由0价升高到+4价,N元素由0价降低到-3价,由此可知还原剂是LiH和C,A项正确;根据均摊法可知,Li+位于晶胞的面上,则含有的Li+个数为8×=4,B项正确;观察位于体心的可知,与它最近且距离相等的Li+有8个,C项正确;的中心原子C原子的价层电子对数为2+×(4+2-3×2)=2,孤电子对数为0,则为直线型分子,D项错误。 6.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti元素为+4价,La元素为+3价。下列说法错误的是(B) A.导电时,Ti元素和La元素的价态不变 B.若x=,Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时,空位移动方向与电流方向相反 解析　根据题意,导电时Li+发生迁移,化合价不变,则Ti元素和La元素的价态不变,A项正确;根据“均摊法”,1个晶胞中含Ti原子数为8×=1个,含O原子数为12×=3个,含La原子或Li原子或空位共1个,若x=,则La原子和空位共,n(La)+n(空位)=,结合正、负化合价代数和为0,(+1)×+(+3)×n(La)+(+4)×1+(-2)×3=0,解得n(La)=、n(空位)=,Li+与空位数目不相等,B项错误;由立方晶胞的结构可知,与体心最邻近的O原子数为12,即位于棱心的12个O原子,C项正确;导电时Li+向阴极移动方向,即与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D项正确。 7.(2024·黑吉辽卷)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(B) A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8 B.晶胞2中S原子与S原子的最短距离为a C.晶胞2中距Li原子最近的S原子有4个 D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体 解析　由均摊法得,结构1中含有Co原子的数目为4+4×=4.5,含有S原子的数目为1+12×=4,Co原子与S原子的原子个数比为9∶8,因此结构1的化学式为Co9S8,A项正确;由题图可知,晶胞2中S原子与S原子的最短距离为面对角线的,晶胞边长为a,即S原子与S原子的最短距离为a,B项错误;如题图晶胞2:,以图中的Li原子为例,与其最近的S原子共4个,C项正确;如图,当2个晶胞2放在一起时,图中截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D项正确。 8.(2024·湖北卷)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,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(C) A.Ⅰ为18K金 B.Ⅱ中Au原子的配位数是12 C.Ⅲ中最小核间距Au-Cu<Au-Au D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au原子与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×100%=75%,Ⅰ中Au原子和Cu原子个数比为1∶1,则Au元素的质量分数为×100%≈75%,A项正确;Ⅱ中Au原子处于立方体的八个顶点,Au原子的配位数指距离最近的Cu原子个数,Cu原子处于晶胞面心处,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分子有12个,则Au原子的配位数为12,B项正确;设Ⅲ的晶胞参数为a,Au—Cu的核间距为a,Au—Au的最小核间距也为 a,最小核间距Au—Cu=Au—Au,C项错误;Ⅰ中,Au原子处于晶胞内部,Cu原子处于晶胞的八个顶点,二者原子个数比为1∶1;Ⅱ中,Au原子处于晶胞的八个顶点,Cu原子处于晶胞面心,二者原子个数比为8×∶6×=1∶3;Ⅲ中,Au原子处于晶胞的面心,Cu原子处于顶点,二者原子个数比为6×∶8×=3∶1;D项正确。 大单元整合　激活思维·培优增分(四) 　 视点一　物质结构模块在选择题中的花样考查 【进阶1】　(2025·T8联考)下列有关物质结构、性质的说法正确的是(D) A.图1中,18⁃冠⁃6中O原子(灰球)通过离子键与K+作用 B.图2物质相较NaBF4摩尔质量更大,故具有更高的熔、沸点 C.图2中,阳离子与阴离子含有的σ键个数比为4∶1 D.图3中,表示硅氧四面体,则该硅酸盐结构的通式为(Si6O17 解析　图1中冠醚和钾离子之间不存在离子键,A项错误;图2中阳离子基团较大,离子键较弱,熔、沸点较低,则图2物质相较NaBF4具有更低的熔、沸点,B项错误;如图2,1个阳离子中含有19个σ键,1个阴离子中含有4个σ键,C项错误;最小重复单位中Si原子个数为4+4×=6,O原子个数为14+6×=17,Si元素化合价为+4价,O元素化合价为-2价,所以该硅酸盐结构的通式为(Si6O17,D项正确。 【进阶2】　某种咪唑盐具有良好的导电性,其结构如下。X、Y、Z原子序数依次增大,均为短周期元素。下列说法正确的是(A) A.该化合物具有难挥发的特点,是由于它的粒子全都是带电荷的离子 B.该化合物具有良好的导电性,是因为它含有有机环状结构 C.分子的极性:XY3>ZY3 D.简单氢化物的还原性:Z<X 解析　X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,Z得到1个电子后与Y形成6个单键,则Z最外层有5个电子,Z为P,X易形成3个共价键,因此X为N,Y形成1个共价键,则Y为F。该化合物属于离子液体,离子液体有难挥发的优点是由于它的粒子全都是带电荷的离子,A项正确;该化合物有良好的导电性,因其具有体积较大的阴、阳离子,B项错误;比较的分子为NF3与PF3,空间结构均为三角锥形,N—F键的极性小于P—F键,NF3极性小于PF3,C项错误;比较的氢化物为PH3与NH3,P元素的非金属性弱于N,因此还原性PH3>NH3,D项错误。 【进阶3】　(2025·T8联考)N元素基态原子的价层电子排布式为3d64s2。N元素的一种氧化物Z的晶体是由图1所示的结构平移构成。图1包含Ⅰ型和Ⅱ型两种小立方体;图2是Z的晶胞,a~g分别对应图1中的小立方体Ⅰ或Ⅱ(其中阿伏加德罗常数的值用NA表示,Z的摩尔质量为M g/mol)。下列说法错误的是(C) A.N元素形成的氧化物Z的化学式为Fe3O4 B.图2中Ⅱ型小立方体可能是b、d、e、g C.Ⅱ型中两个N2+最近距离为该小立方体边长的 D.若Ⅰ型和Ⅱ型小立方体的边长均为a nm,则Z的密度为g/cm3 解析　Ⅰ型立体结构中Fe2+位于顶点和体心,离子数是4×+1,O2-位于晶胞内,离子数是4,Ⅱ型立方体中Fe2+位于顶点,离子数是4×,O2-位于晶胞内,离子数是4,Fe3+位于晶胞内,离子数是4,该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成,所以1个晶胞含有Fe2+数是8、O2-数是32、Fe3+数是16,Z的晶体中三种离子个数比N(Fe2+)∶N(Fe3+)∶N(O2-)=8∶16∶32=1∶2∶4,N元素形成的氧化物Z的化学式为Fe3O4,A项正确;Z的晶体由图1所示结构平移构成,则图2中Ⅱ型小立方体可能是b、d、e、g、B项正确;两个Fe2+最近距离为小立方体的面对角线,即等于边长的倍,C项错误;由分析可知,图2所示晶胞质量为g=g,晶胞体积为(2a nm)3=8a3×10-21cm3,所以密度ρ==g/cm3,则Z的密度为g/cm3,D项正确。 【进阶4】　物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是(B) 选项 性质差异 结构因素 A 键角Se—O—Se:Se小于SeO3 杂化类型 B 熔点:石墨高于金刚石 晶体类型 C 酸性:强于 氢键作用 D 沸点:SeH4>GeH4 分子间 作用力 解析　Se中Se原子的杂化类型为sp3,SeO3中Se原子的杂化类型为sp2,A项正确;金刚石中C—C键间只形成σ键,石墨中C—C键间形成了σ键与大π键,键长更短,键能更大,使其熔点更高,B项错误;邻羟基苯甲酸酚羟基上的H原子与羰基O原子形成分子内氢键,因此羧基更易电离出氢离子,酸性更强,C项正确;SeH4和GeH4都是分子晶体,结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越强,沸点越高,D项正确。 视点二　物质结构在非选择题中的融合命题 【进阶5】　(1)已知一些物质的熔点数据如表: 物质 NaCl SiCl4 GeCl4 SnCl4 熔点/℃ 800.7 -68.8 -51.5 -34.1 Na与Si均为第三周期元素,NaCl的熔点明显高于SiCl4,原因是 NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体,NaCl中离子键的强度远大于SiCl4的分子间作用力 。  分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因: SiCl4、GeCl4、SnCl4的熔点依次升高,因为三者均为分子晶体,结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力逐渐增强 。  SiCl4的空间结构为 正四面体形 ,其中Si原子的轨道杂化形式为 sp3。  (2)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于六方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如图所示,一个晶胞中含有 1 个Mg原子。该物质的化学式为 MgB2 ,B—B原子最近距离为 a 。  解析　(1)由题表数据可知,NaCl是离子晶体(熔化时离子键被破坏),SiCl4是分子晶体(熔化时分子间作用力被破坏),离子键强度远大于分子间作用力,故NaCl的熔点明显高于SiCl4。分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高。SiCl4分子结构中,1个Si原子与周围的4个Cl原子形成正四面体结构,中心Si原子采用sp3杂化。(2)结合投影图可知,晶体结构图中实线部分为1个晶胞,Mg原子位于晶胞顶点,数目为4×+4×=1;有2个B原子位于晶胞体内,B原子数目为2,故该物质的化学式为MgB2;如图,B原子位于边长为a的正三角形的中心,故B—B原子的最近距离为a××2=a。 【进阶6】　我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图1,沿x、y、z轴方向的投影均为图2。 (1)X的化学式为 K2SeBr6 。  (2)设X的最简式的式量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K原子之间的最短距离为 ××107 nm(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。  解析　(1)根据晶胞结构得到K原子有8个,正八面体有8×+6×=4个,则X的化学式为K2SeBr6。(2)设X的最简式的式量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,设晶胞参数为a nm,得到ρ==,解得a=×107 nm,X中相邻K原子之间的最短距离为晶胞参数的一半,即××107 nm。 【进阶7】　XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 2 个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为。已知Xe—F键长为r pm,则B点原子的分数坐标为  ;晶胞中A、B间距离d=  pm。  解析　题图中大球的个数为2,小球的个数为4,根据XeF2的原子个数比知大球是Xe原子,小球是F原子,该晶胞中有2个XeF2分子;由A点坐标知该原子位于晶胞的中心,且每个坐标系的单位长度都记为1,B点在棱的处,其坐标为;图中y是底面对角线的一半,y=a,x=-r,所以d== pm。 微点突破　高考解题新思维(四) 　(2024·河北卷)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图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() A.该铋氟化物的化学式为BiF3❷ B.粒子S、T之间的距离为a pm❸  C.该晶体的密度为 g·cm-3❹  D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个❺ ❶图示信息:晶胞结构示意图; ❷可根据“均摊法”判断; ❸可根据两点的相对位置关系判断; ❹可根据定义表达式计算; ❺可根据晶胞示意图判断 【破题关键】　均摊法及根据原子分数坐标求距离方法。 【关键能力】　主要考查考生信息获取与加工、逻辑推理与论证能力。 1.信息获取与加工能力 晶胞示意图→可确定各微粒在晶胞中的位置,进一步确定每个晶胞所含微粒的数目,根据微粒相对位置关系进行分析判断。 2.逻辑推理与论证能力 选项 分析过程 判断 A 基于晶胞结构的化学式判断 正确 B 基于分数坐标的距离判断 正确 C 基于定义表达式的密度计算 第一步,列出定义表达式ρ= 第二步,找数据　V=(a pm)3=a3×10-30 cm3 第三步,代数计算ρ= g·cm-3= g·cm-3 正确 D 基于晶胞结构微粒个数的判断 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→有8个F- 错误 【答案】　D 【思维误区】　(1)建原子分数坐标易出错,错误判断B答案;(2)单位换算易出错,错误判断C答案。 【解题反思】　(1)关注此题型,因为填空题中不再单设物质结构与性质的综合题,因此相关考点前移到选择题中,该题型在有的省份试卷中属于中高频考题,因此需要强化训练;(2)本题与数学中的几何知识关联度较高,要应用数学知识解决相关问题;(3)掌握用分数坐标求算微粒间距离的方法。 　　(1)外观特征:文字+晶胞图示。 (2)试题情境:常见为学术探索情境中的新颖功能物质。 (3)考查角度:分为定性分析和定量计算两个角度。 (4)考点设置:主要涉及化学式、配位数、微粒位置以及围绕晶胞的各种分析和定量计算等。 学科网（北京）股份有限公司 $$