1、专题17 物质结构与性质【考向解读】 1原子结构与元素的性质(1)了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(136号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态；(2)了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质；(3)了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用；(4)了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。2化学键与物质的性质(1)理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质；(2)了解共价键的主要类型键和键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质；(3)了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系；(4
2、)理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；了解金属晶体常见的堆积方式；(5)了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)；(6)能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。3分子间作用力与物质的性质(1)了解化学键和分子间作用力的区别；(2)了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质；(3)了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别；(4)能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算；(5)了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。【命题热点突破一】原子结构与元素性质的关系1电离能和电负性(1)电
3、离能含义第一电离能：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，符号I，单位kJmol1。规律a同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。b同族元素：从上至下元素的第一电离能逐渐减小。c同种原子：逐级电离能越来越大(即I1I2INi的原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。【答案】：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)正四面体配位键N高于NH3分子间可形成氢键极性sp3(3)金属铜失
4、去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(4)31107【变式探究】C、H、O、N是构成蛋白质的主要元素。铬在工业上有重要应用，但其化合物对人体有害。请回答下列问题：(1)铬元素原子基态时的电子排布式为_。(2)C、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序是_，电负性由大到小的顺序是_。(3)CH2=CHCH=CH2是重要的化工原料，1 mol该化合物中键和键数目之比是_。(4)C、H、O三种元素形成的最简单化合物的立体构型是_，其中心原子的杂化方式是_。(5)同碳原子数的醇与烷烃、同碳原子数的多元醇与一元醇相比，前者都比后者的熔、沸点高，其原因是_。【答案】(1)1s22s22p63s
5、23p63d54s1(或Ar3d54s1)(2)NOCONC(3)92(4)平面三角形sp2(5)醇分子中含有羟基，易形成分子间氢键，且氢键越多，熔、沸点越高(答出要点即可)【变式探究】元素周期表第二周期有Li、Be、B、C、N、O、F七种主族元素。请回答下列问题：(1)如图是第二周期主族元素第一电离能示意图。其中、分别表示_、_(填元素符号)。 (2)BF3、NF3的立体构型分别为_、_。(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)分子中的碳原子、氮原子的杂化方式分别为_、_。(4)氟化氢水溶液中存在的氢键有_种。(5)请用下表中化学键键能数据分析：硼和硅在自然界无游离态，都以含氧化合物形式存在
6、的原因是_。化学键BOSiOBBSiSi键能/(kJmol1)561452293222【答案】(1)OBe(2)平面三角形三角锥形(3)sp3sp3(4)4(5)BO键的键能大于BB键的键能，SiO键的键能也大于SiSi键的键能，所以BB键和SiSi键不稳定，而倾向于形成稳定性更强的BO键和SiO键【命题热点突破三】晶体的结构与性质1物质熔沸点的判断原子晶体中键长越短，共价键越稳定，物质熔沸点越高，反之越低。离子晶体中阴、阳离子半径越小，电荷数越多，离子键越强，熔沸点越高，反之越低。金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子间的静电作用越强，熔沸点越高，反之越低。分子
7、晶体中分子间作用力越大，物质的熔沸点越高，反之越低(具有氢键的分子晶体的熔沸点反常，较高。)(1)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点越高。(2)在高级脂肪酸甘油酯中，不饱和程度越大，熔沸点越低。(3)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物，一般随着分子里碳原子数的增多，熔沸点升高。(4)链烃及其衍生物的同分异构体随着支链的增多，熔沸点降低。(5)相同碳原子数的有机物分子中官能团不同时，一般随着相对分子质量的增大，熔沸点升高；官能团相同时，官能团数越多，熔沸点越高。(6)晶体类型不同时熔沸点的一般规律为：原子晶体离子晶体分子晶体，金属晶体有高有低。例3(2016
8、四川，8，13分)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：(1)R基态原子的电子排布式是_，X和Y中电负性较大的是_(填元素符号)。(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物，其原因是_ _。(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是_。(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子是_(填离子符号)。(5)在稀硫酸中，Z的最高价含氧酸的钾盐(橙
9、色)氧化M的一种氢化物，Z被还原为3价，该反应的化学方程式是_。【答案】(1)Ne3s1(或1s22s22p63s1)Cl(2)H2S分子间不存在氢键，H2O分子间存在氢键(3)平面三角形(4)Na(5)3H2O2K2Cr2O74H2SO4=Cr2(SO4)33O27H2OK2SO4【变式探究】元素周期表中第三周期包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar 8种元素。请回答下列问题：(1)基态磷原子核外有_种运动状态不同的电子。(2)第三周期8种元素按单质熔点()大小顺序绘制的柱形图(已知柱形“1”代表Ar)如下所示，则其中“2”原子的结构示意图为_，“8”原子的电子排布式为_。(3)氢化
10、镁储氢材料的晶胞结构如图所示，已知该晶体的密度为 gcm3，则该晶体的化学式为_，晶胞的体积为_cm3(用、NA表示，其中NA表示阿伏加德罗常数的值)。 (4)实验证明：KCl、MgO、CaO三种晶体的结构与NaCl晶体的结构相似，已知NaCl、KCl、CaO晶体的晶格能数据如下表：晶体NaClKClCaO晶格能/(kJmol1)7867153 401则KCl、MgO、CaO三种晶体的熔点从高到低的顺序是_。其中MgO晶体中一个Mg2周围和它最近且等距离的Mg2有_个。(5)Si、C和O的成键情况如下：化学键COCOSiOSiO键能/(kJmol1)360803464640C和O之间易形成含有
11、双键的CO2分子晶体，而Si和O之间则易形成含有单键的SiO2原子晶体，请结合数据分析其原因：_。【答案】(1)15(2)1s22s22p63s23p2或Ne3s23p2(3)MgH2(4)MgOCaOKCl12(5)碳与氧之间形成含有双键的分子放出的能量(803 kJmol121 606 kJmol1)大于形成含单键的原子晶体放出的能量(360 kJmol141 440 kJmol1)，故碳与氧之间易形成含双键的CO2分子晶体；硅与氧之间形成含有双键的分子放出的能量(640 kJmol121 280 kJmol1)小于形成含单键的原子晶体放出的能量(464 kJmol141 856 kJmo
12、l1)，故硅与氧之间易形成含单键的SiO2原子晶体【变式探究】第四周期元素由于受3d能级电子的影响，性质的递变规律与短周期元素略有不同。.第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。镓(31Ga)的基态原子的电子排布式是_；31Ga的第一电离能却明显低于30Zn的，原因是_。.第四周期过渡元素的明显特征是形成多种多样的配合物。(1)CO和NH3可以和很多过渡金属形成配合物。CO与N2互为等电子体，CO分子中C原子上有一对孤电子对，C、O原子都符合8电子稳定结构，则CO的结构式可表示为_。NH3分子中N原子的杂化方式为_杂化，NH3分子的立体构型是_。(2)如图甲所示为二维平面
13、晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是_。(3)图乙为一个铜晶胞，此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为 g/cm3，则阿伏加德罗常数可表示为_mol1(用含a、的代数式表示)。【解析】.根据构造原理，31Ga的基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p1；因30Zn的4s能级处于全充满状态，较稳定，第一电离能较大。【答案】.1s22s22p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p130Zn的4s能级处于全充满状态，较稳定.(1)COsp3三角锥形(2)b(3)【方法技巧】晶体密度2晶体微粒
14、与M、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为微粒的相对原子质量)；又1个晶胞的质量为a3 g(a3为晶胞的体积，a为晶胞边长或微粒间距离)，则1 mol晶胞的质量为a3 NA g，因此有xMa3 NA。【高考真题解读】1(2016高考全国丙卷)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)写出基态As原子的核外电子排布式_。(2)根据元素周期律，原子半径Ga_As，第一电离能Ga_As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为_，其中As的杂化轨道类型为_。(4)Ca
15、F3的熔点高于1 000 ，GaCl3的熔点为77.9 ，其原因是_。(5)GaAs的熔点为1 238 ，密度为 gcm3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_，Ga与As以_键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol1和MAs gmol1，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_。【答案】：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3(2)大于小于(3)三角锥形sp3(4)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(5)原子晶体共价100%2(2016高考全国甲卷)东晋华阳国
16、志南中志卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：(1)镍元素基态原子的电子排布式为_，3d能级上的未成对电子数为_。(2)硫酸镍溶于氨水形成Ni(NH3)6SO4蓝色溶液。Ni(NH3)6SO4中阴离子的立体构型是_。在Ni(NH3)62中Ni2与NH3之间形成的化学键称为_，提供孤电子对的成键原子是_。氨的沸点_(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_；氨是_分子(填“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为_。(3)单质铜及镍都是由_键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为：ICu1 958 kJmol1、
17、INi1 753 kJmol1，ICuINi的原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。【答案】：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)正四面体配位键N高于NH3分子间可形成氢键极性sp3(3)金属铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子(4)311073(2016江苏，21，12分)Zn(CN)42在水溶液中与HCHO发生如下反应：4HCHOZn(CN)424H4H2O=Zn(H2O)424HOCH2CN(1)Zn2基态核外电子排布式为_ _。(2)1 m
18、ol HCHO分子中含有键的数目为_mol。(3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是_。(4)与H2O分子互为等电子体的阴离子为_。(5)Zn(CN)42中Zn2与CN的C原子形成配位键。不考虑空间构型，Zn(CN)42的结构可用示意图表示为_。【答案】(1)1s22s22p63s23p63d10(或Ar3d10)(2)3(3)sp3和sp(4)NH(5)4(2016四川，8，13分)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z
19、的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：(1)R基态原子的电子排布式是_，X和Y中电负性较大的是_(填元素符号)。(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物，其原因是_ _。(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是_。(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子是_(填离子符号)。(5)在稀硫酸中，Z的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化M的一种氢化物，Z被还原为3价，该反应的化学方程式是_。4H2SO4=Cr2(SO4)33O27H2OK2SO4。【答案】(1)Ne3s1(或1s22s22p63s1)Cl(2)H2S分子间不存在氢键，H2O分子间
20、存在氢键(3)平面三角形(4)Na(5)3H2O2K2Cr2O74H2SO4=Cr2(SO4)33O27H2OK2SO45(2016课标，37，15分)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：(1)基态Ge原子的核外电子排布式为Ar_，有_个未成对电子。(2)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是_。(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_ _。GeCl4GeBr4GeI4熔点/49.526146沸点/83.1186约400(4)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Z
21、n2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是_。(5)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为_，微粒之间存在的作用力是_。(6)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(，0，)；C为(，0)。则D原子的坐标参数为_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。【答案】(1)3d104s24p22(2)锗原子半径大，原子间形成的单键较长，PP轨道肩并肩重叠程度很小，难以形成键(3)GeCl4、GeBr4
22、、GeI4的熔沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(4)OGeZn(5)sp3共价键(6)(，)1071(2015福建理综，31，15分)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。(2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是_(填序号)。a固态CO2属于分子晶体bCH4分子中含有极性共价键，是极性分子c因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2dCH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp(3)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。基态Ni原子的
23、电子排布式为_，该元素位于元素周期表的第_族。Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有_ mol 键。(4)一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/kJmol1CH40.43616.40CO20.51229.91“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0. 586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设
24、想的依据是_。【答案】(1)H、C、O(2)ad(3)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s28(4)氢键、范德华力CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合力大于CH42(2014课标全国卷，37，15分)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有_个未成对电子，Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为_。(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还
25、原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。【答案】(1)X射线衍射(2)41s22s22p63s23p63d5血红色(3)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间氢键16(4)123(2015山东理综，33，15分)氟在自然界中常以CaF2的形式存在。(1)下列关于CaF
26、2的表述正确的是_。aCa2与F间仅存在静电吸引作用bF的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点高于CaCl2c阴阳离子比为21的物质，均与CaF2晶体构型相同dCaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中，原因是_(用离子方程式表示)。已知AlF在溶液中可稳定存在。(3)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为_，其中氧原子的杂化方式为_。(4)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)H313 kJmol1，FF键的键能为159 kJmol1，
27、ClCl键的键能为242 kJmol1，则ClF3中ClF键的平均键能为_kJmol1。ClF3的熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。【答案】(1)bd(2)3CaF2Al3=3Ca2AlF(3)V形sp3杂化(4)172低4(2015江苏化学，21A，12分)下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶：2Cr2O3CH3CH2OH16H13H2O4Cr(H2O)633CH3COOH(1)Cr3基态核外电子排布式为_；配合物Cr(H2O)63中，与Cr3形成配位键的原子是_(填元素符号)。(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为_；1 mol CH3COOH分子含有键的数目为_。(3)与H2
28、O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式)；H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为_。【解析】(1)Cr为24号元素，注意写Cr3基态核外电子排布式时，应先写出铬原子的基态核外电子【答案】(1)1s22s22p63s23p63d3(或Ar3d3)O(2)sp3杂化和sp2杂化7NA(或76.021023)(3)H2FH2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键5(2014课标全国卷，37，15分)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：(1)
