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第1讲 原子结构 原子核外电子排布
第五章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【本章体系构建】
【课程标准】
1.知道元素、核素的含义,了解原子核外电子的排布。认识原子结构呈周期性变化的规律。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.认识基态原子中核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则等。知道1~36号元素基态原子核外电子的排布。
强基础 增分策略
一、原子结构 核素和同位素
1.原子结构
(1)构成原子的微粒及作用
(2)原子结构中的微粒关系
微点拨(1)对于阳离子:核外电子数=质子数-阳离子所带的电荷数;
(2)对于阴离子:核外电子数=质子数+阴离子所带的电荷数。
(3)微粒符号周围数字的含义:
2.元素、核素和同位素
(1)元素、核素和同位素的关系
(2)同位素的特征
①同一元素的各种核素的 中子数 不同, 质子数 相同,化学性质几乎完全相同,物理性质差异较大。
②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。
(3)氢元素的三种核素
(4)四种重要核素的用途
应用提升 关于同位素的两个“易错点”
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)所有原子的原子核都由质子和中子构成,所有离子的核外都含有电子。
( × )
(2)35Cl和37Cl是两种不同的核素,其化学性质几乎完全相同。( √ )
(3)H+、D、T2是氢元素的三种不同粒子,三者互为同位素。( × )
二、原子核外电子排布
1.能层和能级、电子云和原子轨道
(1)能层(用n表示能层序数)
核外电子按能量不同分成能层,电子的能层由内向外排序,通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。每层最多容纳电子数为 2n2 ,最外层电子不超过 8 个(K层为最外层时不超过2个),次外层不超过 18 个。
(2)能级
同一能层里的电子按能量不同将其分成不同的能级,通常用 s、p、d、f 等表示;同一能层里,各能级的能量按 s、p、 d、f 的顺序依次升高。
(3)电子云
①电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的 概率密度 分布的形象化描述。
②同一原子的能层越高,s电子云半径 越大 ,是由于电子的能量依次 增高 ,电子在离核更远的区域出现的概率逐渐 增大 ,电子云越来越向更大空间扩展。
(4)原子轨道 空间运动状态种类=原子轨道数目
量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道,即电子在核外经常出现的区域,其中电子云轮廓图就是这种区域的描述,故这种电子云轮廓图就是 原子轨道 形象化的描述。
原子轨道 轨道形状 轨道数目
s 球形 1
p 哑铃形 3
d — 5
f — 7
微点拨 原子轨道与能层、能级的关系解读
(1)第一能层(K层)只有s能级,有1个原子轨道;第二能层(L层)有s、p两种能级,有4个原子轨道;第三能层(M层)有s、p、d三种能级,共有9个原子轨道。
(2)同一能级的不同原子轨道具有相同的能量(如2px、2py、2pz的能量相同)。
(3)不同能层的形状相同的原子轨道具有的能量随能层序数(n)增大而升高,如能量:1s<2s<3s等。
2.基态和激发态 原子光谱
(1)基态和激发态
①基态原子:处于 最低能量 状态的原子。
②激发态原子:基态原子吸收能量后,它的电子会跃迁到 较高 能级,变为激发态原子。
(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,用光谱仪摄取各种元素原子的 吸收光谱 或 发射光谱 ,总称原子光谱。利用原子光谱上的 特征谱线 来鉴定元素,称为光谱分析。
(3)基态、激发态和原子光谱的关系
3.基态原子的核外电子排布
(1)能量最低原理
在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量 最低 的原子轨道,使整个原子的能量 最低 ,这就是能量最低原理。
(2)泡利原理(也称泡利不相容原理)
在一个原子轨道里,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。电子自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向,常用“↑和↓”表示自旋相反的电子,例如,2s2的电子排布为 ,不能表示为 。
(3)洪特规则 适用于基态原子和基态离子
基态原子中,填入简并轨道的电子总是先 单独 分占,且自旋 平行 ,称为洪特规则。
(4)核外电子排布规律的解读
①能量最低原理:能量最低的原子轨道指的是电子填入后使整个原子能量达到最低的轨道。
②洪特规则特例:当能量相同的原子轨道(简并轨道)在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)状态时,体系较稳定,体系的能量最低。例如,24Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,29Cu的电子排布式为
1s22s22p63s23p63d104s1。
4.基态原子核外电子排布的表示
(1)构造原理与电子排布式
①构造原理
以光谱学事实为基础,从氢开始,随 核电荷数 递增,新增电子填入
能级 的顺序称为构造原理,如图所示:
微点拨由构造原理可知,从第三能层开始,不同能层的能级出现“交错现象”,如E(3d)>E(4s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等,即E(ns)
②电子排布式 书写时,能层低的能级写在左侧,
不能完全按构造原理顺序书写
电子排布式是表示原子核外电子排布的一种式子。根据 能量最低原理 按能级进行排序,进而在ns、np、nd等符号的右上角用数字表示出该能级的 电子 的数目。例如,基态Cu原子: 1s22s22p63s23p63d104s1 ,其简化电子排布式: [Ar]3d104s1 。
③价层电子排布式
为突出化合价与电子排布的关系,将在化学反应中可能发生 电子变动 的能级称为价电子层(简称价层)。Fe的简化电子排布式为 [Ar]3d64s2 ,价层电子排布式为 3d64s2 。
(2)电子排布的轨道表示式(又称电子排布图)
轨道表示式是表述电子排布的一种图式,在轨道表示式中,用方框(或圆圈)表示 原子轨道 ,能量相同的原子轨道(简并轨道)的方框相连,箭头表示一种自旋状态的电子,“↑↓”称 电子对 ,“↑”或“↓”称 单电子 (或未成对电子)。箭头同向的单电子称自旋 平行 。
旁栏边角 选择性必修2第一章第一节
阅读教材“思考与讨论”,判断下列说法的正误。
(1)稀有气体基态原子的最外层电子排布均可表示为ns2np6。( × )
(2)第29号元素铜的基态原子简化电子排布式为[Ar]3d104s1。( √ )
(3)基态锰原子的价电子排布式为3d54s2。( √ )
(4)基态铝原子的简化电子排布式为[Ar]3s23p1,价电子排布式为3s23p1。
( × )
应用提升 三类电子排布式的比较
项目 表示方法 应用示例(以磷原子为例)
电子 排布式 用能级符号右上角数字表示该能级的电子数 1s22s22p63s23p3
简化电子 排布式 用稀有气体结构代替已充满的能层(电子层) [Ne]3s23p3
价层电子 排布式 原子在参与化学反应时能够用于成键的电子排布,主族元素价电子排布就是最外层电子排布 3s23p3
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)任一能层的能级总是从s能级开始,至f能级结束,能级数等于该能层序数。
( × )
(2)2p和3p轨道的形状均为哑铃形,但能量不同。( √ )
(3)多电子原子中,同一能层中各能级的能量顺序:E(ns)(4)3px、3py、3pz轨道互相垂直,但其能量相同,称为简并轨道。( √ )
(5) 表示的原子处于最低能量状态。( × )
(6)基态氮原子核外电子的空间运动状态有5种,核外电子的运动状态有7种。
( √ )
增素能 精准突破
考点一
原子结构 核素和同位素
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材变化不大,增加了“放射性同位素应用于诊断和治疗疾病”的图片等
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,原子的构成、核素和同位素仍是新高考的命题点
预测考向 预测2023年高考可能会在选择题中考查原子的构成、核素和同位素,侧重考查教材基础知识
典例突破
答案 B
针对训练
答案 B
答案 A
解析 本题考查原子结构及元素化合物性质等知识。依据信息“Y在化合物中显+1价”和核反应方程式,可推出元素X、Y分别为B(硼)和Li(锂)。H3BO3属于弱酸,可用于中和溅在皮肤上的NaOH溶液,A项正确。锂单质在空气中燃烧的产物是氧化锂(Li2O),B项错误。B元素和H元素形成的是共价化合物,C项错误。6Li和7Li属于同位素,D项错误。
归纳总结
判断不同核素是否互为同位素时,要抓住“两看”
考点二
原子核外电子的排布及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 教材中内容编排顺序作了调整,增加了“能级交错”“电子自旋”“思考与讨论”等
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,根据原子结构推断元素、基态原子核外电子排布仍是新高考命题的热点
预测考向 预测2023年高考可能会在选择题中考查元素的推断、基态原子核外电子排布等
考向1.根据原子核外电子排布推断元素
典例突破
(2021全国甲卷,11)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和,也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是( )
A.原子半径:Z>Y>X>W
B.W与X只能形成一种化合物
C.Y的氧化物为碱性氧化物,不与强碱反应
D.W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物
答案 D
解析 短周期元素形成的常温下为气体的单质有:H2、N2、O2、F2、Cl2,由Z的最外层电子数是W和X最外层电子数之和并且是Y最外层电子数的2倍,可以推知W为H元素,X为N元素,Z为S元素,则Y为Al元素。四种元素的原子半径Al(Y)>S(Z)>N(X)>H(W),A项说法错误;W(H)与X(N)可以形成NH3、N2H4等多种化合物,B项说法错误;Y(Al)的氧化物Al2O3是两性氧化物,能与强碱反应,C项说法错误;W(H)、X(N)、Z(S)可以形成既含有离子键又含有共价键的化合物如(NH4)2S、NH4HS,D项说法正确。
针对训练
1.(2021山东济宁一模)W、X、Y、Z均为短周期元素,原子序数依次增加,W原子的最外层电子数是次外层的3倍,X-、Y+具有相同的电子层结构,Z的阴离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是( )
A.简单离子半径:Z>W>X>Y
B.简单氢化物的沸点:W>X>Z
C.最高价氧化物对应的水化物的酸性:X>Z
D.Z元素不同核素的基态原子核外电子排布式、基态原子轨道表示式均
相同
答案 C
解析 短周期元素W原子的最外层电子数是次外层的3倍,则W是O元素;X-、Y+具有相同的电子层结构,且X、Y原子序数大于W(O),则X是F元素,Y是Na元素;Z的阴离子不能发生水解反应,则Z是Cl元素。简单离子半径:Cl->O2->F->Na+,A正确;H2O和HF都形成分子间氢键,HCl分子间只存在范德华力,常温下H2O呈液态,HF呈气态,则沸点:H2O>HF>HCl,B正确;X是F元素,非金属性最强,但不存在最高价氧化物对应水化物,C错误;Z是Cl,通常有35Cl、37Cl两种核素,其核外均有17个电子,基态原子的核外电子排布相同,D正确。
2.(2021湖南湘豫名校联考)短周期主族元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大。A原子的最外层电子数是内层电子数的2倍;B、D同主族且质子数之比为1∶2;元素C是地壳中含量最丰富的金属元素。下列说法不正确的是( )
A.简单离子半径:D>E>B>C
B.元素B与元素C形成的化合物可作耐火材料
C.氢化物的沸点:B>A
D.元素A与元素D的单质均存在多种同素异形体
答案 C
解析 A原子的最外层电子数是内层电子数的2倍,则A为碳元素;B、D同主族且质子数之比为1∶2,则B为氧元素,D为硫元素;D、E原子序数依次增大且都为短周期主族元素,所以E为氯元素;元素C是地壳中含量最丰富的金属元素,则C为铝元素。电子层数越多,离子半径越大,电子层数相同,质子数越少,半径越大,所以简单离子半径:S2->Cl->O2->Al3+,A正确;氧化铝熔点高,可作耐火材料,B正确;碳元素氢化物种类繁多,沸点不一,不具有可比性,C错误;碳元素有金刚石、石墨等同素异形体,硫有S2、S6等同素异形体,D正确。
归纳总结
根据短周期主族元素原子结构特征推断未知元素
结构特征 元素
族序数等于周期序数的元素 H、Be、Al
族序数等于周期序数2倍的元素 C、S
族序数等于周期序数3倍的元素 O
周期序数是族序数2倍的元素 Li
周期序数是族序数3倍的元素 Na
最高正价与最低负价代数和为零的元素 H、C、Si
最高正价是最低负价绝对值3倍的元素 S
除H外,原子半径最小的元素 F
考向2.基态原子核外电子排布的表示
典例突破
(1)(2021天津卷,13节选)基态Fe原子的价层电子排布式为 。
(2)(2021广东卷,20节选)基态硫原子价层电子排布式为 。
(3)(2021湖南卷,18节选)基态硅原子最外层的电子排布图(轨道表示式)为 。
解析 (1)基态Fe原子核外有26个电子,核外电子排布式为[Ar]3d64s2,则其价层电子排布式为3d64s2。
(2)基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则基态硫原子的价层电子排布式为3s23p4。
考题点睛
针对训练
1.(2022江苏泰州高三调研)我国“祝融号”火星车成功着陆火星,其矿脉中含有原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z。已知W、Z同主族,且Z的原子序数是W的2倍,X的氢化物可用于蚀刻玻璃,Y与Z最外层电子数之和等于8。下列说法正确的是( )
A.离子半径Z>Y>W>X
B.同周期第一电离能小于Z的元素有4种
C.X与Y可形成共价化合物YX2
D.简单氢化物的还原性W的氢化物>Z的氢化物
答案 B
解析 原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z,已知W、Z同主族,且Z的原子序数是W的2倍,则W为O,Z为S;X的氢化物可用于蚀刻玻璃,则X为F,Y与Z最外层电子数之和等于8,则Y的最外层电子数为8-6=2,Y的原子序数大于F,故Y为Mg。离子的核外电子层结构相同时,核电荷数越大离子半径越小,电子层数越多,离子半径越大,则离子半径Z>W>X>Y,A项错误;同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势,但是第ⅡA族和ⅤA族比相邻元素的大,则同一周期小于Z的元素有Na、Mg、Al、Si,B项正确;X和Y形成的化合物为MgF2,含有离子键,属于离子化合物,C项错误;非金属性W>Z,则简单氢化物的还原性W的氢化物2.已知A原子的3p轨道上得到1个电子后不能再容纳外来电子;B原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与其他电子的自旋方向相反;C原子的第三电子层上有8个电子,第四电子层上只有1个电子。按要求书写下列图式。
(1)A原子的结构示意图: ;
(2)B原子的轨道表示式: ;
(3)C原子的核外电子排布式: ;
(4)A离子的电子式: 。
(3)1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)
归纳总结
原子核外电子排布的常见错误
(1)在写基态原子的轨道表示式时,常出现以下错误:
(2)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,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe的电子排布式:1s22s22p63s23p63d64s2,而失电子时,却先失4s轨道上的电子,如Fe3+的电子排布式:1s22s22p63s23p63d5。
(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、价层电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,简化电子排布式为[Ar]3d104s1,价层电子排布式为3d104s1。
研专项 前沿命题
核外电子的运动状态及分层排布
题型 考查内容 非选择题 考查知识 考查核外电子的空间运动状态、核外电子的运动状态、电子自旋及核外电子排布式、轨道表示式等
核心素养 证据推理与模型认知
考向1基态原子核外电子的运动状态
例1.(1)(2021山东卷,16节选)基态F原子核外电子的运动状态有
种。
(2)(2021全国乙卷,35节选)对于基态Cr原子,下列叙述正确的是
(填字母)。
A.轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1
B.4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动
C.电负性比钾高,原子对键合电子的吸引力比钾大
思路指导
描述原子核外电子运动状态的四个要素:①能层;②能级;③原子轨道;④自旋状态。 同一原子核外各个电子的运动状态均不相同。
解析 (1)基态F原子核外共有9个电子,则每个电子都有对应的轨道和自旋方向,所以核外电子的运动状态有9种。
(2)基态原子满足能量最低原理,Cr有24个核外电子,轨道处于半充满时体系总能量低,核外电子排布应为[Ar]3d54s1,A正确;由于在一定条件下电子会发生跃迁,因此4s电子不一定总是在比3s电子离核更远的地方运动,B错误;电负性可表示原子对键合电子的吸引力,同周期(除0族)原子序数越大电负性越强,钾与铬位于同周期,铬原子序数大于钾,故铬电负性比钾大,铬原子对键合电子的吸引力比钾大,C正确。
答案 (1)9 (2)AC
突破方法
(1)判断核外电子的空间运动状态
(2)判断核外电子的运动状态
原子核外不同电子的运动状态不同,故核外电子的运动状态种类=核外电子总数。
针对训练
1.(2021山东各地模拟节选)(1)在元素周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ,该元素基态原子核外M层电子的自旋方向 (填“相同”或“相反”)。
答案 (1)Mg 相反 (2)6 4
解析 (1)根据元素周期表和对角线规则可知,与锂化学性质相似的是镁,镁的最外层电子数是2,占据3s轨道,根据泡利原理可知,3s轨道上排布的2个电子的自旋状态相反。
(2)基态碳原子核外电子的运动状态有 种,核外电子的空间运动状态
有 种。
2.(2021河北各地模拟节选)(1)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋方向用+ 表示,与之相反的用- 表示,称为电子的自旋磁量子数。基态硫原子的价电子自旋磁量子数的代数和为 。
(2)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用
形象化描述。在基态14C原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
答案 (1)+1或-1 (2)电子云 2
解析 (1)基态硫原子的核外电子排布式为[Ne]3s23p4,价层电子轨道表示式为 ,3s、3p轨道上电子对的自旋磁量子数之和为0,3p轨道的2个单电子自旋平行,自旋磁量子数之和为+1或-1。
考向2基态原子核外电子的分层排布
例2.(1)(2021河北卷,20节选)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是 (填离子符号)。
(2)(2020江苏卷,21节选)基态Fe核外电子排布式为 。
(3)(2020海南卷,19节选)Al在元素周期表中的位置 ;基态Zn的价电子排布式为 。
(4)(2020全国Ⅱ卷,35节选)基态Ti原子的核外电子排布式为 。
思路指导
信息 指引 ①核外电子排布相同→电子层数(能层)相同,对应电子层上电子数
相同;
②Fe、Zn、Ti是处于第四周期的过渡金属元素,Al是处于第三周期ⅢA族元素
解题 关键 确定Zn、Fe、Ti、Al原子核外电子总数,结合核外电子排布规律,写出基态核外电子排布式或价层电子排布式
解析 (1)四种组成元素形成的简单离子分别为K+、H+(或H-)、P3-、O2-,其中K+和P3-的核外电子排布相同,均与Ar原子相同。
(2)Fe是26号元素,基态Fe核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。
(3)Al的核外电子排布式为[Ne]3s23p1,故Al在元素周期表中处于第三周期第ⅢA族。基态Zn核外电子排布式为[Ar]3d104s2,则其价层电子排布式为3d104s2。
(4)钛原子核外有22个电子,基态Ti的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2。
答案 (1)K+和P3-
(2)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(3)第三周期第ⅢA族 3d104s2
(4)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
易错警示
(1)未区分原子核外电子排布式、价层电子排布式和轨道表示式。例如,Cu的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,价层电子排布式:3d104s1,价层电子轨道表示式为 。
(2)不能根据原子核外电子的填充顺序推导离子的电子排布式。例如,基态Fe的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失电子时,先失去4s轨道上的电子,则基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。
针对训练
3.(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 ;其价层电子轨道表示式为 。
(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同,B的元素符号为 ,C离子的结构示意图为 。
(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 ,其原子的结构示意图为 。
(4)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,E的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(5)F元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+2,则n= ;原子中能量最高的是 电子,核外电子轨道表示式为 。
4.(1)以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料,可制备Cu2O。基态Cu2+核外电子排布式为 。
(2) 黄铜矿是主要的炼铜原料,CuFeS2是其中铜的主要存在形式,其中有关元素基态原子或离子的价层电子排布图正确的 (填字母)。
答案 (1)[Ar]3d9(或1s22s22p63s23p63d9) (2)CD
解析 (2)CuFeS2中铁原子的价层电子排布式为3d64s2,铜原子的价层电子排布式为3d104s1,则Fe2+是铁原子失去最外层2个电子形成的阳离子,3d轨道有一个成对电子,4s轨道为空轨道,A错误;铜原子价层电子排布式为3d104s1,轨道表示式不符合,B错误;Fe3+是铁原子失去4s轨道两个电子和3d轨道一个电子,3d轨道上各有一个电子为稳定结构,C正确;亚铜离子是铜原子失去4s轨道上的一个电子形成的阳离子,轨道表示式正确,D正确。(共83张PPT)
第2讲 元素周期表 元素周期律
第五章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。
2.知道元素周期表的结构,以第三周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯,以及碱金属和卤族元素为例,了解同周期和同主族元素性质的递变规律。
3.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。
4.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征,了解元素周期律(表)的应用价值。
强基础 增分策略
一、元素周期表
1.原子序数
(1)含义:按照元素在元素周期表中的顺序给元素编号,得到原子序数。
(2)存在关系:原子序数= 核电荷数 =核外 电子数 = 质子数 。
2.元素周期表的编排原则
(1)周期:把 电子层数目 相同的元素,按 原子序数递增 的顺序,从左至右排成的横行。
(2)族:把 最外层电子数 相同的元素,按 电子层数递增 的顺序,从上至下排成的纵列。
3.元素周期表
(1)元素周期表的结构
(2)元素周期表的结构分解图示
微点拨有关元素周期表结构的3个易错点
(1)基态原子最外层电子排布相同的原子对应元素不一定处于同主族,如He、Be的最外层均有2个电子,前者处于0族,后者处于第ⅡA族。
(2)第ⅠA族和0族不是含元素种类最多的族,含元素种类最多的族应是第ⅢB族,共有32种元素。
(3)第Ⅷ族属于副族,但表示时仍表示为“第Ⅷ族”;过渡元素包括8个副族,全部是金属元素,原子最外层电子数不超过2个。
4.原子结构与元素周期表的关系
(1)原子结构与周期的关系
周期 电子层 (能层)序数 每周期第一种元素 每周期最后一种元素 原子序数 价层电子排布式 原子序数 价层电子排布式
二 2 3 2s1 10 2s22p6
三 3 11 3s1 18 3s23p6
四 4 19 4s1 36 4s24p6
五 5 37 5s1 54 5s25p6
六 6 55 6s1 86 6s26p6
七 7 87 7s1 118 7s27p6
(2)原子结构与族的关系
主族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA
价层电子 排布特点 ns1 ns2 ns2np1 ns2np2
主族 ⅤA ⅥA ⅦA —
价层电子 排布特点 ns2np3 ns2np4 ns2np5 —
5.元素周期表的分区
(1)按元素的种类分区
①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线,即为金属元素区和非金属元素区的分界线。
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。
(2)按价层电子排布分区
按照核外电子排布,可把元素周期表划分为5个区,除ds区外,各区名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。元素周期表的分区如下:
应用提升 各分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外)
d区 (n-1)d1~9ns1~2(除钯外)
ds区 (n-1)d10ns1~2
f区 (n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
6.元素周期表和元素周期律的应用
(1)科学预测:为新元素的发现及预测其原子结构和性质提供了线索。
(2)寻找新物质:
(3)用于工农业生产:对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系,研制农药材料等。
旁栏边角 选择性必修2第一章第二节
阅读教材“探究·再探元素周期表”,判断下列说法的正误。
(1)同一周期中,第ⅡA族与第ⅢA族元素原子的核电荷数都相差1。
( × )
(2)位于第四周期第ⅤA族的元素为非金属元素。( √ )
(3)元素周期表中,s区、d区和ds区的元素都是金属元素。( × )
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)基态原子最外层电子数为1、2的元素分别处于第ⅠA、ⅡA族。
( × )
(2)+3价阳离子的电子排布式为[Ar]3d5的元素处于第四周期第Ⅷ族。
( √ )
(3)价层电子排布式为4s24p1的元素位于第五周期第ⅠA族,属于s区元素。
( × )
(4)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。( √ )
二、元素周期律
1.元素周期律
2.原子半径
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,符合为I1,单位为kJ·mol-1。
(2)元素第一电离能的周期性变化
同周期从左到右,第一电离能呈 增大 的趋势,稀有气体的第一电离能 最大 ,碱金属的第一电离能 最小 ;同主族从上到下,第一电离能逐渐 减小 。
微点拨第二、三、四周期中,第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能比相邻主族元素都大。
4.电负性
微点拨金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性。
5.对角线规则
在元素周期表中,某些主族元素与 右下方 的主族元素的有些性质是相似的,这种相似性被称为“对角线规则”。
旁栏边角 选择性必修2第一章第二节
阅读教材“思考与讨论”,判断下列说法的正误。
(1)碱金属的活泼性越强,其第一电离能越小。( √ )
(2)钠、镁、铝的第一电离能:Na(3)钠、镁、铝的第二电离能:Na>Al>Mg。( √ )
(4)对于金属镁,逐级电离能:I1应用提升 元素的电离能及应用
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)同一周期中,随着核电荷数的增加,元素的原子半径逐渐增大。( × )
(2)N、O、F三种元素第一电离能从大到小的顺序是N>O>F。( × )
(3)元素的电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。( × )
(4)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。
( × )
增素能 精准突破
考点一
元素周期表的结构及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材将元素周期表中第Ⅷ族划归副族,增加“思考与讨论”
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,元素周期表的结构及应用仍是新高考命题的热点
预测考向 预测2023年高考可能会在选择题中考查元素周期表的结构及应用,侧重考查分析与推测能力等
典例突破
(2021浙江6月选考,15)已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在元素周期表中的相对位置如下所示,其中Y的最高化合价为+3价。下列说法不正确的是( )
A.还原性:ZQ2B.X能从ZO2中置换出Z
C.Y能与Fe2O3反应得到Fe
D.M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应
答案 A
解析 根据六种短周期元素的相对位置可知,Z和M处于第二周期,X、Y、Q、R处于第三周期,又知Y的最高化合价为+3价,则Y是Al元素,从而推知X为Mg元素,Z为C元素,M为N元素,Q为S元素,R为Cl元素。ZQ2为CS2,ZR4为CCl4,CS2中硫元素的还原性强于CCl4中的氯元素,A错误;
考题点睛
针对训练
1.(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( )
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
答案 C
解析 根据题干信息,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,在短周期元素中,符合此条件的可以是S或Cl。如果戊为S元素,则甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P元素;如果戊为Cl元素,则甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S元素。但无论戊是什么元素,同周期的主族元素,原子序数越大,半径越小,原子半径:丁>戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径:戊>乙,则原子半径:丁>戊>乙,A项正确,不符合题意;无论戊是什么元素,同周期主族元素的原子序数越大,非金属性越强,因此非金属性:戊>丁>丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;不论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。
2.(2021山东聊城高三期末)下表为元素周期表中短周期的一部分,Y元素最高正价与最低负价的代数和为4,下列叙述正确的是( )
A.原子半径:WB.元素的非金属性:X>Z>Y
C.氢化物的热稳定性:WD.氧化物对应水化物的酸性:YW X
Y Z
答案 B
解析 根据Y元素最高正价与最低负价的代数和为4及在元素周期表中的位置,可推知Y为S元素,则X为O元素,W和Z分别为N元素和Cl元素。原子半径:r(O)Cl>S,B正确;虽然非金属性:O>N,但没有指出是否为最简单的气态氢化物,故无法比较氢化物的热稳定性,C错误;根据非金属性:Cl>S,只能比较其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱,而D项没有说明是否为最高价氧化物对应的水化物,故无法判断,D错误。
归纳总结
结合“片段型”元素周期表推断短周期主族元素
(1)直接相邻的“ ”型、“ ”型结构片段
表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,原子序数的关系如图所示:
(2)直接相邻的“ ”型结构片段
表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,同主族上下两种元素的原子序数相差8。
考点二
元素周期律及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 增加了“探究·第三周期元素性质的递变”,将Al(OH)3放在该栏目中讲解;增加了电负性的标准“锂的电负性为1.0”等
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,元素周期律及应用仍是新高考命题的热点
预测考向 预测2023年高考可能会在选择题中考查元素推断、元素周期律及应用,侧重考查分析与推测能力等
考向1.元素的金属性和非金属性的比较
典例突破
(2021广东卷,13)一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中,X的原子核只有1个质子;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的下一周期;元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是( )
A.XEZ4是一种强酸
B.非金属性:W>Z>Y
C.原子半径:Y>W>E
D.ZW2中,Z的化合价为+2价
答案 C
解析 本题考查元素推断与元素周期律。X的原子核只有1个质子,则X是氢元素;Y、Z、W为第二周期元素,可分别形成4、2、1条共价键,则Y、Z、W分别是C元素、O元素、F元素;元素E的原子比F原子多8个电子,则E为Cl元素。HClO4是强酸,A项正确;非金属性:F>O>C(W>Z>Y),B项正确;原子半径:Cl>F(E>W),C项错误;氟元素的非金属性比氧元素强,OF2中F元素为-1价,O元素为+2价,D项正确。
考题点睛
针对训练
1.(2021湖南株洲第一次质检)某种化合物的结构如图所示,其中X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的五种短周期主族元素,X的原子半径是元素周期表中所有元素中最小的,Q原子的核外最外层电子数与Y原子的核外电子总数相同。下列叙述正确的是( )
A.Z的氧化物对应的水化物是强酸
B.W+的半径大于Q的简单离子半径
C.元素非金属性的顺序为Y>Z>Q
D.该化合物中Z满足8电子稳定结构
答案 D
解析 由X的原子半径是元素周期表中最小的可知,X为H元素;X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的五种短周期主族元素,由化合物的结构可知W能形成+1价阳离子,则W为Na元素;由化合物的结构可知Z形成3个共价键、Y形成4个共价键、Q形成2个共价键,且Q核外最外层电子数与Y核外电子总数相同,则Y为C元素、Z为N元素、Q为O元素。亚硝酸是弱酸,A错误;电子层结构相同的离子,随核电荷数增大,离子半径依次减小,则钠离子的半径小于氧离子,B错误;同周期元素,从左到右非金属性依次增强,则元素非金属性的顺序为:O>N>C,C错误;氮原子最外层有5个电子,由化合物的结构可知氮原子形成了3个共价键,则化合物中氮原子满足8电子稳定结构,D正确。
2.(2022辽宁省沈阳市高三教学质量监测三)由化合物甲和乙低温共熔的电解液可作为高能电池材料,其结构如图,它们的构成元素R、W、X、Y、Z、M原子序数依次增大且总和为42,下列说法中错误的是( )
A.元素Z、Y均能与R形成含有非极性键的18电子化合物
B.第一电离能:Z>Y>X>W
C.乙的沸点比丙酮高
D.甲中∠ZMZ比乙中∠ZXY小
答案 B
解析 元素R、W、X、Y、Z、M原子序数依次增大,由乙结构可知,R形成一个共价键为H,X最多形成4个共价键为C,Y形成3个共价键为N,Z形成2个共价键为O;由甲结构可知,W为+1价阳离子且序数小于C,则W为Li,M形成7个共价键且R、W、X、Y、Z、M原子序数总和为42,则M为Cl。元素Z、Y与R形成的H2O2、N2H4,均是含有非极性键的18电子化合物,故A项正确;第一电离能N>O>C>Li,即Y>Z>X>W,故B项错误;乙结构中存在氨基,可形成分子间氢键,所以沸点比丙酮高,故C项正确;甲中 为正四面体结构,∠ZMZ为109°28',乙中的C原子为sp2杂化,∠ZXY为120°,故D项正确。
归纳总结
元素金属性和非金属性强弱的判断方法
考向2.比较粒子半径的大小
典例突破
(2021全国乙卷,11)我国嫦娥五号探测器带回1.731 kg的月球土壤,经分析发现其构成与地球土壤类似。土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z,原子序数依次增大,最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素,且均不与W同族。下列结论正确的是( )
A.原子半径大小顺序为W>X>Y>Z
B.化合物XW中的化学键为离子键
C.Y单质的导电性能弱于Z单质的
D.Z的氧化物的水化物的酸性强于碳酸
答案 B
解析 根据题干中有关W、X、Y、Z原子结构的信息,并结合对地球土壤中的元素组成的初步认识,可推断出X、Y、Z分别为第三周期的Mg元素、Al元素、Si元素,W为O元素。O、Mg、Al、Si的原子半径大小顺序为X>Y>Z>W(Mg>Al>Si>O),A项错误;化合物XW(MgO)中的化学键是离子键,B项正确;Y单质(Al)的导电性能强于Z单质(Si)的导电性能,C项错误;Z的氧化物的水化物(硅酸或原硅酸)的酸性弱于碳酸的酸性,D项错误。
针对训练
1.(2021北京丰台区一模)已知1~18号元素的离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,下列关系正确的是( )
A.质子数:c>b B.离子的还原性:Y2->Z-
C.原子半径:XHZ
答案 B
解析 离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,其核外电子数相同,则有a-3=b-1=c+2=d+1,故质子数:cZ-,B正确;W和X处于同一周期,故原子半径:X>W,C错误;非金属性:Y2.(2022山东日照三模)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍;Z与W同主族。下列说法正确的是( )
A.离子半径:W>Z>Y>X
B.键角:H2ZC.气态氢化物的热稳定性:Z>W
D.第一电离能:Y>Z>W>X
答案 C
解析 X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,为氢元素;Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,为氮元素;Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为氧元素;Z与W同主族,W为硫元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径,A项错误;水和硫化氢都有两个孤电子对,但是氧原子的电负性比硫原子大,氧原子对其携带的两个孤电子对的吸引比硫原子大,相应的孤电子对斥力增大,使键角也相应的比硫化氢中的大,B项错误;氧的非金属性比硫的强,故氧的氢化物稳定性比硫的氢化物稳定性强,C项正确;同主族元素的第一电离能随着原子序数增大而减小,同一周期元素的第一电离能随着原子序数增大而增大,氮原子的最外层为半充满结构,其第一电离能大于氧,故第一电离能N>S>O>H,D项错误。
归纳总结
考向3.元素周期律的综合应用
典例突破
(2021山东卷,4)X、Y为第三周期元素,Y最高正价与最低负价的代数和为6,二者形成的一种化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列说法错误的是( )
A.原子半径:X>Y
B.简单氢化物的还原性:X>Y
C.同周期元素形成的单质中Y氧化性最强
D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
答案 D
解析 X、Y位于第三周期,Y的最高正价与最低负价的代数和为6,则Y是Cl元素,由X、Y形成的阴离子和阳离子知,X与Y容易形成共价键,根据化合物的形式知X是P元素。P与Cl在同一周期,则P的原子半径大,即X>Y,A正确;两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl,PH3的还原性强,B正确;同周期主族元素从左往右,金属性减弱,非金属性增强,各元素对应的金属单质还原性减弱,非金属单质的氧化性增强,则Cl2的氧化性最强,C正确;同一周期从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能,所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl,即第三周期第一电离能小于P元素的有5种,D错误。
针对训练
1.(2021湖北卷,8)某离子液体的阴离子的结构如图所示,其中W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,W是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是( )
A.Z元素的最高价态为+7
B.基态原子未成对电子数:W>Y
C.该阴离子中X不满足8电子稳定结构
D.最简单氢化物水溶液的pH:X>M
答案 D
解析 W是有机分子的骨架元素,则W是C元素;化合物中X、Y、Z、M形成共价键数目分别为2、2、1、6,离子带1个负电荷,且W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,则X是N元素,Y是O元素,Z是F元素,M是S元素。Z是F元素,其电负性最大,无正化合价,A错误;基态W(C)、Y(O)的价层电子排布分别为2s22p2、2s22p4,二者均有2个未成对电子,B错误;该阴离子中X(N)形成2个共价键且得到1个电子,则氮原子满足8电子稳定结构,C错误;NH3的水溶液呈碱性,H2S的水溶液呈酸性,则前者的pH大于后者,D正确。
2.(2021山东临沂一模)如图所示化合物是一种常见的储氢材料,其中X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,且X、Y、Z处于不同周期。下列叙述错误的是( )
A.第一电离能:X>Y
B.原子半径:Z>Y
C.Y的最高价氧化物的水化物是一元强酸
D.Z与X可形成离子化合物ZX
答案 C
解析 X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,且X、Y、Z处于不同周期,则X是H元素;Y处于第二周期,化合物中Y形成4个共价键,阴离子带1个负电荷,推测Y原子含有3个价层电子,则Y是B元素;Z处于第三周期,Z形成+1价阳离子,则Z是Na元素。在阴离子 中,B显+3价,H显-1价,说明氢原子吸引电子能力强于硼原子,则第一电离能:H>B,A正确;原子半径:Na>B,即Z>Y,B正确;H3BO3是一元弱酸,C错误;Na和H元素可形成离子化合物NaH,D正确。
归纳总结
同周期、同主族元素性质的周期性变化规律
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 逐渐增大
离子半径 阳离子逐渐减小 阴离子逐渐减小 且r(阴离子)>r(阳离子) 逐渐增大
项目 同周期(左→右) 同主族(上→下)
元素性质 化合价 最高正化合价由+1→+7(O、F除外)负化合价=-(8-主族序数) 相同,最高正化合价=主族序数(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
电负性 电负性逐渐变大 电负性逐渐变小
第一电离能 呈增大趋势(第ⅡA、第ⅤA族存在反常) 第一电离能逐渐减小
项目 同周期(左→右) 同主族(上→下)
元素性质 气态氢化物的稳定性 逐渐增强 逐渐减弱
最高价氧化物对应的水 化物的酸性(或碱性) 碱性逐渐减弱 酸性逐渐增强 碱性逐渐增强
酸性逐渐减弱
离子的氧化 性、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
研专项 前沿命题
元素周期表中“位—构—性”关系及应用
题型 考查内容 选择题 考查知识 结合原子结构、元素在元素周期表中的位置、元素及其化合物的性质等信息,推断未知元素,结合元素周期律进行判断
核心素养 证据推理与模型认知
考向1元素周期表中“位—构—性”的关系及应用
例1.(2021湖南卷,7)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的原子序数等于W与X的原子序数之和,Z的最外层电子数为K层的一半,W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子。下列说法正确的是( )
A.简单离子半径:Z>X>Y
B.W与Y能形成含有非极性键的化合物
C.X和Y的最简单氢化物的沸点:X>Y
D.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
思路指导
Z的最外层电子数为K层的一半,且Z的原子序数最大,推测Z的核外有3个电子层,最外层电子数为1,即为Na元素。W与X能形成原子个数比为2∶1的18e-分子,则形成的化合物为N2H4,则W为H元素,X为N元素;Y的原子序数是W和X的原子序数之和,则Y为O元素。
答案 B
针对训练
1.(2022全国甲)Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期,X、Y相邻,Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是( )
A.非金属性:X>Q
B.单质的熔点:X>Y
C.简单氢化物的沸点:Z>Q
D.最高价含氧酸的酸性:Z>Y
答案 D
解析 本题考查元素周期表中元素的“位—构—性”关系。
由题意可知,Q为第二周期元素,X、Y、Z为第三周期元素,再依据Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍,可推知Y为Si元素,由“X、Y相邻”,且X的原子序数小于Y,可推知X为Al元素,最后依据原子序数的大小关系和四种元素最外层电子数之和为19可推知,若Q为O元素,则Z为S元素;若Q为N元素,则Z为Cl元素;若Q为F元素,则Z为P元素。非金属性:AlSi(或Cl>Si或P>Si),所以最高价含氧酸的酸性:H2SO4>H2SiO3(或HClO4>H2SiO3或H3PO4>H2SiO3),D项正确。
2.(2022安徽“皖南八校”联考)短周期主族元素Q、X、Y、Z的原子序数依次增大。Q的简单氢化物和其最高价含氧酸可形成盐,X与Q同周期且是该周期主族元素中原子半径最小的元素;Z-具有与氩原子相同的电子层结构;Y、Z原子的最外层电子数之和为10。下列说法正确的是( )
A.X与Z的简单氢化物的水溶液均呈强酸性
B.Y单质常温下很稳定,不跟酸、碱溶液反应
C.简单氢化物的沸点:QD.Y与Z的一种化合物是高温结构陶瓷材料
答案 C
解析 短周期主族元素Q、X、Y、Z的原子序数依次增大。Q的简单氢化物和其最高价含氧酸可形成盐,该盐是NH4NO3,则Q是N元素;X与Q同周期且是该周期主族元素中原子半径最小的元素,则X是F元素;Z-具有与氩原子相同的电子层结构,则Z是Cl元素;Y、Z原子的最外层电子数之和为10,且Y的原子序数介于X(F)和Z(Cl)之间,则Y是Al元素。HF是弱酸,HCl是强酸,A错误;Al在常温下可与盐酸、NaOH溶液反应,B错误;标准状况下,HF是液体,NH3是气体,则沸点:HF>NH3,C正确;Al元素和Cl元素形成化合物为AlCl3,是共价化合物,其熔点较低,故不能用作高温结构陶瓷材料,D错误。
考向2短周期元素的推断及元素周期律的应用
例2.(2021辽宁卷,14)某多孔储氢材料前驱体结构如图,M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子。下列说法正确的是( )
A.氢化物沸点:X>Y
B.原子半径:MC.第一电离能:WD.阴、阳离子中均有配位键
思路指导
由题干信息可知,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子,其核外电子排布式为1s22s22p2或1s22s22p4,故Z为C元素或者O元素。根据多孔储氢材料前驱体结构图可知Y周围形成了4个单键,再结合信息M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,故Y为N元素,Z为O元素,M只形成一个单键,M为H元素,X为C元素,则W为B元素。
答案 D
突破方法
元素周期表中元素推断及元素周期律应用类题目的思维流程如下:
针对训练
3.(2021山东菏泽一模)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X与Y形成的某一种化合物易生成二聚体,且X、Y两元素基态原子核外电子的空间运动状态相同,Z元素基态原子的最高能级电子数是Y元素基态原子最低能级电子数的一半,W在元素周期表中的周期序数与族序数相等。下列有关说法正确的是( )
A.X、Y、Z、W四种元素中,X的非金属性最强
B.简单离子的半径:Y>X>Z>W
C.X的气态氢化物与其最高价氧化物的水化物反应,生成物中只含共价键
D.X、Z、W元素的最高价氧化物的水化物之间可以相互反应
答案 D
解析 由题给信息推知,X、Y、Z、W分别为N元素、O元素、Na元素、Al元素。同周期主族元素从左到右、同主族元素从下到上,非金属性逐渐增强,则非金属性最强的是O(Y),A错误;电子层结构相同时,核电荷数越小,离子半径越大,则简单离子半径:N3->O2->Na+>Al3+,B错误;NH3和HNO3反应生成NH4NO3,含有离子键和共价键,C错误;Al(OH)3是两性氢氧化物,HNO3是强酸,NaOH是强碱,两两之间可以发生反应生成盐和水,D正确。
4.(2022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( )
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
答案 C
解析 本题考查元素推断、元素周期表结构和元素周期律。
W、Y分别形成4个、2个共价键,结合W的原子序数是X、Y之和,可知X、Y、W分别为C、O、Si元素,则Z为F元素。
原子半径C>O>F,A项说法正确;非金属性O>C>Si,B项说法正确;F2具有强氧化性,C项说法错误;根据86号元素为0族元素,可推出82号元素位于第Ⅳ A族,与W(Si)位于同一主族,D项说法正确。课时规范练15 原子结构 原子核外电子排布
一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2021广东卷,3)“天问一号”着陆火星,“嫦娥五号”采回月壤。腾飞中国离不开化学,长征系列运载火箭使用的燃料有液氢和煤油等化学品。下列有关说法正确的是 ( )
A.煤油是可再生能源
B.H2燃烧过程中热能转化为化学能
C.火星陨石中的20Ne质量数为20
D.月壤中的3He与地球上的3H互为同位素
2.(2022上海高三二模)医学上用含放射性元素32P的“纸贴”治疗疤痕,下列有关32P和31P的叙述正确的是( )
A.32P和31P是同一种原子
B.32P的质子数为16
C.31P的中子数为16
D.32P的摩尔质量为32
3.下列说法正确的是( )
A.同一原子中3s、3p、3d、4s能量依次升高
B.某原子核外电子由1s22s22p63s23p1→1s22s22p63s13p2,原子放出能量
C.p能级的原子轨道呈哑铃形,随着能层数的增加,p能级原子轨道数也在增多
D.按照泡利原理,在同一个原子中不可能存在两个运动状态完全相同的电子
4.(2021辽宁鞍山一中检测)某元素基态原子4s轨道上有1个电子,则该基态原子价层电子排布不可能是( )
A.3p64s1 B.4s1
C.3d54s1 D.3d104s1
5.(2021山东烟台高三期末)下列关于原子结构的说法不正确的是( )
A.位于同一原子轨道内电子的运动状态不相同
B.前四周期未成对电子数最多的元素位于第ⅥB族
C.价层电子排布为3s23p4的粒子,其基态原子轨道表示式为
D.3p轨道上有1对成对电子的基态X原子与基态O原子的性质相似
6.(2022吉林长春高三模拟)X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中W的最外层电子数是次外层电子数的3倍,由X、Y、Z、W四种元素形成的离子化合物G结构如下,下列有关说法正确的是( )
A.X与Y、Z、W均能形成10电子和18电子的化合物
B.X、Y、Z三种元素只能形成共价化合物,不能形成离子化合物
C.氢化物的稳定性:YD.构成化合物G的原子最外层均达到8电子稳定结构
7.(2022北京高三模拟)前4周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是空气中含量最多的元素,Y的周期序数与族序数相等,基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,W与Z处于同一主族。下列说法不正确的是( )
A.X的单质分子中既含σ键又含π键
B.X的第一电离能比同周期相邻元素的大
C.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强
D.Z的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
8.1934年居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核He)轰击金属原子X,得到核素Y,开创了人造放射性核素的先河HeYn,其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是( )
AX的相对原子质量为26
B.X、Y均可形成三氯化物
C.X的原子半径小于Y的
D.Y仅有一种含氧酸
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
9.(2021山东临沂高三期中)今年来我国科学家发现了一系列铁系超导材料,其中一类为Fe-Nd-B-N组成的化合物。下列说法正确的是( )
A.B元素位于元素周期表的d区
B.基态Fe原子核外电子的空间运动状态有15种
C.Nd的价层电子排布式为4f46s2,则Nd2+价层电子排布式为4f26s2
D.氨硼烷(NH3·BH3)中N、B原子均采取sp3杂化
10.(2022辽宁省实验中学高三考前模拟训练)一种医药中间体的结构如图所示,X、Y、Z、W、Q为原子序数依次递增的短周期元素,其中只有Y、Z、W位于同一周期,且Y原子s能级上的电子总数是p能级上电子总数的2倍,下列说法错误的是( )
A.Y、Q的最高价含氧酸酸性:Y>Q
B.Z、W最简单氢化物分子的稳定性:ZC.X分别与Y、Z、W都可形成10电子分子
D.Y、Z、W的基态原子的第一电离能大小:Z>W>Y
11.(2021山东菏泽二模)有5种元素X、Y、Z、Q、T,基态X原子M能层p能级上有2个未成对电子且无空轨道;Y原子的价层电子排布为3d64s2;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是( )
A.X和Q形成的化合物为直线形
B.T和Z分别可与Q形成至少两种化合物
C.Y和X可形成化合物YX、YX2
D.X和Z可形成极性分子ZX2
三、非选择题:本题共3小题。
12.(2021天津第一中学检测)根据所学原子核外电子排布知识,回答问题:
(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 ;其价层电子轨道表示式为 。
(2)D元素的+3价离子的3d能级为半充满,D的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(3)E元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子且只有一个未成对电子,E的元素符号为 ,其基态原子的电子排布式为 。
(4)C元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn+2,则n= ;原子中能量最高的是 电子,核外电子轨道表示式为 。
13.(2021辽宁丹东高三期末)A、B、C、D、E、F、G、H是元素周期表前四周期常见元素,且原子序数依次增大,其相关信息如下表:
元素 相关信息
A 原子核外有6种不同运动状态的电子
C 基态原子中s电子总数与p电子总数相等
D 原子半径在同周期元素中最大
E 基态原子最外层电子排布式为3s23p1
F 基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋与其他电子的自旋相反
G 基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子
H 是我国使用最早的合金中的最主要元素
请用化学用语填空:
(1)元素A是 (填元素名称),其基态原子的核外电子排布式为 。
(2)基态B原子和基态C原子的未成对电子数分别为 、 。
(3)基态D原子中,电子运动状态有 种,电子占据的最高能级符号为 。
(4)F元素原子的价层电子轨道表示式为 ;H基态原子M层电子排布式为 。
(5)基态E原子核外电子占据的原子轨道数为 ;E单质和D的最高价氧化物对应水化物发生反应的离子方程式为 。
(6)G元素的低价阳离子的离子结构示意图是 ;G单质与稀硫酸发生反应的离子方程式为 。
14.元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素,且原子序数依次增大。已知Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4,M元素原子的最外层电子数与次外层电子数之比为3∶4,且M原子的质子数是Y原子的2倍;N-、Z+、X+的半径逐渐减小;化合物XN在常温下为气体。据此回答下列问题:
(1)写出Z与N形成的化合物的电子式: 。
(2)X与Y可分别形成10电子和18电子的分子,写出该18电子分子转化成10电子分子的化学方程式: 。
(3)如图表示由上述元素组成的两种气体分子在一定条件下的密闭容器中充分反应前后的转化关系,请写出该转化过程的化学方程式: 。
(4)A、B均为由上述五种元素中的三种元素组成的强电解质,且组成元素的原子个数之比为1∶1∶1。若在各自的水溶液中,A能抑制水的电离,B能促进水的电离,则A的化学式为 ,B的化学式为 。
参考答案
课时规范练15 原子结构 原子核外电子排布
1.C 解析 本题考查科技中所涉及的化学知识。煤油是化石燃料,为不可再生能源,A项错误;H2燃烧过程中化学能转化为热能,B项错误;20Ne中左上角的20为质量数,C项正确;3He和3H为不同的元素,不能互为同位素,D项错误。
2.C 解析 32P和31P的质子数相同而中子数不同,二者属于两种核素,是不同的原子,A项错误;P为第15号元素,其原子中含有15个质子,B项错误;P有15个质子,31P中有16个中子,C项正确;摩尔质量的单位为g·mol-1,32P的摩尔质量为32g·mol-1,D项错误。
3.D 解析 根据构造原理可知,同一原子中,3s、3p、4s、3d能量依次升高,故A项错误;原子由基态变为激发态要吸收能量,故B项错误;p轨道是哑铃形的,任何能层的p能级都有3个原子轨道,与能层的大小无关,故C项错误。
4.A 解析 基态原子4s轨道上有1个电子,其价层电子排布可能为4s1(K)、3d54s1(Cr)和3d104s1(Cu),不可能为3p64s1。
5.C 解析 位于同一原子轨道内的两个电子自旋相反,故其运动状态不同,A正确;前四周期未成对电子数最多的元素是Cr,价层电子排布式为3d54s1,位于第四周期第ⅥB族,B正确;价层电子排布为3s23p4的粒子是S原子,其基态原子核外电子排布式为[Ne]3s23p4,根据洪特规则,3p轨道的4个电子要占据3个p轨道,其基态原子轨道表示式为,C错误;3p轨道上有1对成对电子的基态X原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,是16号元素S,硫和氧位于同一主族,最外层电子数均为6,基态硫原子与基态氧原子的性质相似,D正确。
6.A 解析 X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中W的最外层电子数是次外层电子数的3倍,则W为O,由X、Y、Z、W四种元素形成的离子化合物G,结合价键可推知X为H,Y为C,Z为N。X与Y、Z、W均能形成10电子和18电子的化合物,如CH4、CH3CH3、NH3、N2H4、H2O、H2O2等,A项正确;X、Y、Z三种元素即能形成共价化合物,又能形成离子化合物,如NH4CN,B项错误;元素非金属性越强最简单氢化物的稳定性越强,不是最简单氢化物则不一定,如某些烃的稳定性比水或氨气强,C项错误;构成化合物G的原子除H以外,最外层均达到8电子稳定结构,D项错误。
7.C 解析 前4周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是空气中含量最多的元素,则X为N;Y的周期序数与族序数相等,则Y为Al;基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,则Z为Cl;W与Z处于同一主族,则W为Br。氮气分子中含氮氮三键,1个氮气分子中含1个σ键和2个π键,A项正确;根据同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但N的2p处于半充满状态,因此X(N)的第一电离能比同周期相邻元素的大,B项正确;Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的弱,即Al(OH)38.B 解析 依据题给的反应过程,可确定W=27。根据X、Y的最外层电子数之和为8,Y原子的质子数比X原子的质子数多2,可以得出X原子最外层电子数为3,Y原子最外层电子数为5,可以判定X为铝元素,Y为磷元素。由上述分析可知A项错误;Al、P两元素均可形成三氯化物AlCl3和PCl3,B项正确;Al、P两元素位于同一周期且原子序数P大于Al,故原子半径Al大于P,C项错误;磷元素的常见含氧酸有H3PO4、H3PO2、HPO2等,D项错误。
9.BD 解析 基态B原子核外电子排布式为1s22s22p1,则B元素位于元素周期表的p区,A错误;基态Fe原子核外电子排布式为ls22s22p63s23p63d64s2,1s、2s、3s和4s均有1个轨道,2p和3p各有3个轨道,3d有5个轨道,则占据的轨道总数为4+2×3+5=15,故核外电子的空间运动状态有15种,B正确;Nd的价层电子排布式为4f46s2,失去6s轨道的2个电子变成Nd2+,则Nd2+价层电子排布式为4f4,C错误;氨硼烷(NH3·BH3)中N原子与B原子之间存在配位键,N和B原子均形成4个σ键,故N、B原子均采取sp3杂化,D正确。
10.A 解析 由题干信息可知,X、Y、Z、W、Q为原子序数依次递增的短周期元素,其中只有Y、Z、W位于同一周期,则X为H,且Y原子s能级上的电子总数是p能级上电子总数的2倍即1s22s22p2,则Y为C,结合医药中间体的结构简式可知,Y周围形成4个共价键,Z周围形成3个共价键,则Z为N,W周围形成2个共价键,则W为O,Q周围形成1个共价键,则Q为Cl。
Y、Q分别为C、Cl,且非金属性Cl>C,则Y、Q的最高价含氧酸酸性:HClO4>H2CO3,A项错误;Z、W分别为N、O,其最简单氢化物分子即NH3、H2O,同周期元素从左到右非金属性增强,则O的非金属性大于N,非金属性越强其最简单氢化物越稳定,则稳定性:NH3O>C,即Z>W>Y,D项正确。
11.AD 解析 基态X原子M能层p能级上有2个未成对电子且无空轨道,则X的价层电子排布式为3s23p4,X是S元素;Y原子的价层电子排布式为3d64s2,则Y是Fe元素;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道,则Z的价层电子排布式为2s22p2,Z是C元素;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子,其价层电子排布式为2s22p4,则Q是O元素;T原子的M电子层上p轨道半充满,其价层电子排布式为3s23p3,则T是P元素。S和O形成的化合物有SO2、SO3,前者是Ⅴ形,后者是平面三角形,A错误;P、C分别可与O形成P2O3、P2O5、CO、CO2等化合物,B正确;Fe和S可形成化合物FeS、FeS2,C正确;ZX2是CS2,属于非极性分子,D错误。
12.答案 (1)N
(2)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(3)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(4)2 2p
13.答案 (1)碳 1s22s22p2 (2)3 2
(3)11 3s (4) 3s23p63d10
(5)7 2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(6) Fe+2H+Fe2++H2↑
解析 A原子核外有6种不同运动状态的电子,即A原子核外有6个电子,则A为碳元素;C基态原子中s电子总数与p电子总数相等,则其核外电子排布式为1s22s22p4,C为氧元素。由于A、B、C的原子序数依次增大,则B是N元素。E基态原子最外层电子排布式为3s23p1,则E是Al元素。D的原子半径在同周期元素中最大,且D的原子序数介于C(O)和E(Al)之间,则D是Na元素。F基态原子的最外层p轨道有两个电子的自旋与其他电子的自旋相反,说明p轨道有5个电子,则F是Cl元素。G基态原子核外有7个能级且能量最高的能级上有6个电子,则其电子排布式为[Ar]3d64s2,G是Fe元素。H是我国使用最早的合金中的最主要元素,则H是Cu元素。
14.答案 (1)Na+]-
(2)2H2O22H2O+O2↑
(3)2SO2+O22SO3
(4)NaOH NaClO(或NaHS)
解析 根据Y元素原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4,则Y是O元素;M元素原子的最外层电子数与次外层电子数之比为3∶4,则M是S元素,N为短周期主族元素,原子序数大于S元素,N为Cl元素,根据化合物XN在常温下为气体,推断X为H元素,根据N-、Z+、X+的半径逐渐减小,Y、X、M原子序数依次增大,推断Z为Na元素。课时规范练17 化学键
一、选择题:本题共7小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2022辽宁鞍山一中高三阶段检测)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A.含有π键的分子在进行化学反应时,分子中的π键比σ键活泼
B.在有些分子中,共价键可能只含有π键而没有σ键
C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键
D.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键
2.(2021天津耀华中学检测)下列有关共价键的说法不正确的是( )
A.若把H2S分子写成H3S分子,则违背了共价键的饱和性
B.形成共价键时,电子在两核之间出现的概率增大
C.1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子,是由共价键的饱和性所决定的
D.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向,因此所有的共价键都具有方向性
3.(2021辽宁葫芦岛高三期末)下列模型分别表示C2H2、S8、SF6的分子结构,下列说法错误的是( )
A.32 g S8分子中含有0.125 mol σ键
B.SF6分子中只含极性键
C.1 mol C2H2分子中有3 mol σ键和2 mol π键
D.1 mol S8中含有8 mol S—S
4.(2021山东菏泽高三期末)
[Co(NH3)4(N3)2]ClO4(简称DACP)是我国科研工作者合成的一种新型起爆药,结构如图所示。下列关于该物质的说法正确的是( )
A.1 mol DACP中含有6 mol配位键
B.1 mol DACP中内所含σ键的物质的量为6 mol
C.NH3和Cl中心原子的杂化方式不同
D.DACP中含有的共价键都是极性共价键
5.(2021辽宁丹东一模)下列关于配合物(NH4)2[PtCl6]、[Cd(NH3)4](OH)2的说法正确的是( )
A.两种配合物均含有两种配位体
B.两种配合物中的中心离子的配位数均为6
C.1 mol [Cd(NH3)4]2+含有4 mol配位键
D.向(NH4)2[PtCl6]的水溶液中加入硝酸银稀溶液,立即生成大量白色沉淀
6.(2021山东济宁高三期末)已知大π键是3个或3个以上原子彼此平行的p轨道从侧面相互重叠形成的π键。吡啶是含有一个氮原子的六元杂环化合物,结构简式如图,可看作苯分子中的一个CH被取代的化合物,故又称氮苯。下列有关吡啶的说法正确的是( )
A.吡啶的分子式为C5H6N
B.吡啶分子中只含极性键
C.吡啶分子中含有10个σ键
D.吡啶分子中含有的大π键
7.(2021山东潍坊一模)利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是( )
A.第一电离能:CB.杯酚分子中存在大π键
C.杯酚与C60形成氢键
D.C60与金刚石晶体类型不同
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
8.(2021天津第一中学检测)由短周期前10号元素组成的物质T和X有如图所示的转化。X不稳定,易分解。下列有关说法正确的是( )
A.为使该转化成功进行,Y可以是酸性KMnO4溶液
B.等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA
C.X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍
D.T分子中只含有极性键,X分子中既含有极性键又含有非极性键
9.(2021山东济宁一模)向K2[PtCl4]的稀盐酸溶液中通入乙烯气体可得到金黄色沉淀K[Pt(C2H4)Cl3],该沉淀的阴离子结构如图所示。下列有关该沉淀的阴离子说法正确的是( )
A.该沉淀的阴离子所有原子共平面
B.乙烯分子中碳原子的杂化方式为sp2杂化
C.配位键的形成均为电子给予体提供孤电子对
D.在空气中,由其组成的物质可以燃烧
10.(2021河北石家庄高三期末)N2的结构可以表示为,CO的结构可以表示为,其中椭圆框表示π键,下列说法中不正确的是( )
A.N2分子与CO分子中都含有三键
B.CO分子与N2分子中的π键完全相同
C.N2、CO分子中σ键与π键数目之比均为1∶2
D.N2与CO的化学性质相同
三、非选择题:本题共3小题。
11.过渡元素铜的配合物在物质制备、尖端技术、医药科学、催化反应、材料化学等领域有着广泛的应用。请回答下列问题:
(1)科学家推测胆矾(CuSO4·5H2O)的结构示意图可简单表示如下图:
用配合物的形式表示胆矾的化学式为 ;S的空间结构为 ,其中硫原子的轨道杂化方式为 。
(2)Cu能与(SCN)2反应生成Cu(SCN)2。1 mol (SCN)2中含有的π键数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值);(SCN)2对应的酸有两种,分别为硫氰酸(H—S—C≡N)和异硫氰酸(H—NCS),其中异硫氰酸的沸点较高,原因是 。
(3)向硫酸铜溶液中加入NaCl固体,溶液由蓝色变为黄绿色,则溶液中铜元素的主要存在形式是 (写微粒符号);向上述溶液中继续滴加浓氨水,先有蓝色沉淀生成,继续滴加浓氨水后,沉淀溶解,溶液变为深蓝色。沉淀溶解的原因是 (用离子方程式表示)。
(4)Cu单独与氨水、过氧化氢都不反应,但能与氨水和过氧化氢的混合溶液反应,发生的离子方程式为 。
12.《天工开物》中有世界上最早的“火法”炼锌技术的记载,锌是生命体必需的微量元素,被称为“生命之花”。(设阿伏加德罗常数的值为NA)
(1)基态Zn原子核外的最高能层符号是 ,基态Zn2+最外层电子排布式为 。
(2)乳酸锌[()2Zn]是一种很好的食品锌强化剂,其中存在的作用力有 (填字母)。1 mol乳酸锌中含有 个σ键。
A.离子键 B.极性共价键
C.金属键 D.配位键
E.范德华力
(3)一水合甘氨酸锌是一种矿物类饲料添加剂,结构简式如图所示。其中所涉及的非金属元素的电负性由大到小的顺序是 ,H2O分子的空间结构为 形,Zn2+的配位数为 。甘氨酸(H2N—CH2—COOH)中N原子的杂化轨道类型为 ;甘氨酸易溶于水,试从结构角度解释: 。
13.现有部分元素的原子结构特点如表:
元素 结构特点
X L层电子数是K层电子数的3倍
Y 核外电子层数等于原子序数
Z L层电子数是K层和M层电子数之和
W 最外层电子数是次外层电子数的2.5倍
(1)画出W原子的结构示意图: 。
(2)元素X与元素Z相比,非金属性较强的是 (填元素名称),写出一个能表示X、Z非金属性强弱关系的化学方程式: 。
(3)X、Y、Z、W四种元素形成的一种离子化合物,其水溶液显强酸性,该化合物的化学式为 。
(4)元素X和元素Y以原子个数比1∶1化合形成化合物Q,写出Q的电子式: 。元素W和元素Y化合形成化合物M,Q和M的电子总数相等。以M为燃料,Q为氧化剂,可用作火箭推进剂,最终生成无毒的、且在自然界中稳定存在的物质,写出该反应的化学方程式: 。
参考答案
课时规范练17 化学键
1.B 解析 同一分子中的π键不如σ键牢固,反应时比较容易断裂,A项正确;在共价单键中只含有σ键,而含有π键的分子中一定含有σ键,B项错误、D项正确;氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键,C项正确。
2.D 解析 硫原子的价层电子排布式为3s23p4,3p轨道有2个未成键电子,可与2个氢原子形成2个H—S,形成H2S分子,不可能形成H3S分子,A正确;形成共价键时,两个原子的电子云相互重叠,因此两核之间电子出现的概率增大,B正确;氮原子的价层电子排布式为2s22p3,2p轨道上3个电子分别在3个轨道上,可与3个氢原子结合形成NH3分子,说明共价键具有饱和性,C正确;H2分子中共价键不具有方向性,D错误。
3.A 解析 1个S8分子中含有8个σ键,则32gS8的物质的量为0.125mol,含有1molσ键,A错误;SF6空间结构为对称结构,只含极性键(S—F),不含非极性键,B正确;C2H2的结构式为H—C≡C—H,单键为σ键,三键中含有1个σ键和2个π键,则1molC2H2分子中有3molσ键和2molπ键,C正确;1个S8分子中含有8个S—S,则1molS8中含有8molS—S,D正确。
4.A 解析 [Co(NH3)4(N3)2]ClO4的配离子是
[Co(NH3)4(N3)2]+,中心离子是Co3+,配位体为NH3和,则1molDACP中含有6mol配位键,A正确;1个含2个σ键,1molDACP中含2mol,则1molDACP中内所含σ键的物质的量为4mol,B错误;NH3和Cl中心原子的价电子对数均为4,均采取sp3杂化,C错误;DACP中内含有非极性共价键,D错误。
5.C 解析 [Cd(NH3)4](OH)2的配位体只有NH3,A错误;Pt4+的配位数为6,Cd2+的配位数为4,B错误;Cd2+与NH3之间形成配位键(Cd←NH3),则1mol[Cd(NH3)4]2+含有4mol配位键,C正确;(NH4)2[PtCl6]在水中电离生成N和[PtCl6]2-,而[PtCl6]2-很难电离,故加入AgNO3溶液,不产生白色沉淀,D错误。
6.D 解析 由吡啶的结构简式可得,其分子式为C5H5N,A错误;吡啶分子中C—H、C—N和CN是极性键,碳原子之间存在非极性键,B错误;吡啶分子中六元杂环含有6个σ键,还有5个C—H,故共含有11个σ键,C错误;吡啶分子六元环上每个原子与其他3个原子成键,均有1个电子参与形成大π键,故吡啶分子中大π键表示为,D正确。
7.C 解析 同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,C处于第ⅣA族,O处于第ⅥA族,则第一电离能:C8.A 解析 由球棍模型可知,T为HCHO,X不稳定,易分解,则X为H2CO3,则Y为氧化剂,可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液,A正确;等物质的量并不一定是1mol,B错误;X分子中含有的σ键个数为5,T分子中含有的σ键个数为3,C错误;T、X分子中均只含有极性键,无非极性键,D错误。
9.BD 解析 该沉淀阴离子为[Pt(C2H4)Cl3]-,由其结构可知,CH2CH2分子中6个原子与其他原子不共面,A错误;CH2CH2分子中碳原子形成3个σ键,不含孤电子对,则杂化方式为sp2杂化,B正确;Pt2+与C2H4之间形成的配位键是2个C原子形成π键的2p轨道上未杂化的2p轨道电子,即每个碳原子提供1个2p电子,因此配位键形成不一定是电子给予体提供孤电子对,C错误;该化合物为有机配合物,含有配位体C2H4,可以燃烧,D正确。
10.BD 解析 由题图可知,N2分子与CO分子中均有一个σ键和两个π键,则二者都含有三键,A正确;N2分子中的两个π键是由每个氮原子各提供两个p轨道以“肩并肩”的方式形成的,而CO分子中的一个π键是氧原子单方面提供电子对形成的,B错误;N2与CO分子中都含三键,则σ键与π键数目之比均为1∶2,C正确;N2与CO的化学性质不同,D错误。
11.答案 (1)[Cu(H2O)4]SO4·H2O 正四面体形 sp3杂化
(2)4NA 异硫氰酸分子之间能形成氢键
(3)[CuCl4]2- Cu(OH)2+4NH3·H2O
[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
(4)Cu+H2O2+4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
解析 (1)图中虚线代表氢键,从氢键处断裂,可得[Cu(H2O)4]2+、H2O、S,故用配合物的形式表示胆矾的化学式为[Cu(H2O)4]SO4·H2O。S的中心原子价层电子对数为4,不含孤电子对,则硫原子采取sp3杂化,S的空间结构为正四面体形。
(2)(SCN)2的结构式为N≡C—S—S—C≡N,则1mol中含有的π键数目为4NA。异硫氰酸中存在分子间氢键,其沸点较高。
(3)向硫酸铜溶液中加入NaCl固体,Cu2+与Cl-形成配离子[CuCl4]2-,溶液由蓝色变为黄绿色。继续滴加浓氨水,先有蓝色沉淀生成,该沉淀为Cu(OH)2。继续滴加浓氨水后,沉淀溶解,溶液变为深蓝色,生成配离子[Cu(NH3)4]2+,离子方程式为Cu(OH)2+4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
(4)Cu与氨水和过氧化氢的混合溶液反应,生成配合物[Cu(NH3)4](OH)2,离子方程式为Cu+H2O2+4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
12.答案 (1)N 3s23p63d10 (2)AB 20NA
(3)O>N>C>H V 5 sp3 甘氨酸为极性分子,且分子中的氨基和羧基都能与水分子形成氢键
解析 (1)锌是30号元素,位于第四周期,共有四层电子,基态Zn原子核外的最高能层符号是N,基态Zn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,基态Zn2+最外层电子排布式为3s23p63d10。
(2)乳酸锌[()2Zn]属于离子化合物,分子中含有乳酸根离子和锌离子,以离子键结合,乳酸根离子中存在极性共价键,故乳酸锌分子中存在的作用力有离子键和极性共价键;一个乳酸根中含有10个σ键和1个π键,故1mol乳酸锌中含有20NA个σ键。
(3)一水合甘氨酸锌中所涉及的非金属元素有C、O、N、H元素,元素的非金属性越强,其电负性越大,则电负性大小顺序为O>N>C>H;H2O分子价层电子对为4对,VSEPR模型名称为四面体形,H2O的空间结构为V形;从一水合甘氨酸锌的结构简式可看出Zn2+的配原子为O、N原子,根据题图可知,一水合甘氨酸锌中Zn2+的配位数为5;甘氨酸(H2N—CH2—COOH)中N原子的杂化轨道类型为sp3杂化;因为甘氨酸为极性分子,且氨基和羧基都能与水分子形成氢键,所以甘氨酸易溶于水。
13.答案 (1) (2)氧 2H2S+O22H2O+2S
(3)NH4HSO4
(4)H N2H4+2H2O2N2+4H2O
解析 X原子的L层电子数是K层电子数的3倍,根据核外电子排布的规律,推出X为O元素,Y原子核外电子层数等于原子序数,推出Y为H元素,Z原子L层电子数是K层和M层电子数之和,推出Z为S元素,W原子最外层电子数是次外层电子数的2.5倍,推出W为N元素。
(2)X为O元素,Z为S元素,比较两者的非金属性,一般通过置换反应进行比较,2H2S+O22H2O+2S,氧气的氧化性强于S,即O的非金属性强于S。
(3)这四种元素组成的化合物是离子化合物,该化合物为铵盐,水溶液显强酸性,应是酸式盐,化学式为NH4HSO4。
(4)X和Y以原子个数比为1∶1化合形成的化合物是H2O2,其电子式为H;H2O2的电子总数为18,M化合物是由N和H组成的18电子微粒,即N2H4,用作火箭推进剂时生成无毒物质N2和H2O,化学方程式为N2H4+2H2O2N2+4H2O。(共64张PPT)
第3讲 化学键
第五章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.认识构成物质的微粒之间存在相互作用,结合典型实例认识离子键和共价键的形成,建立化学键概念。认识化学键的断裂和形成是化学反应中物质变化的实质及能量变化的主要原因。
2.认识离子键、共价键的本质。结合常见的离子化合物和共价分子的实例,认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系。
3.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用。
4.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,了解共价键具有饱和性和方向性。
5.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型;知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。
强基础 增分策略
一、化学键
1.化学键
(1)定义及分类
(2)化学反应的本质:反应物中旧化学键 断裂 和生成物中新化学键
形成 的过程。
2.列表比较离子键和共价键
化学键 离子键 共价键 非极性键 极性键
定义 带相反电荷离子之间的相互作用 原子间通过 共用电子对 所形成的相互作用 成键粒子 阴、阳离子 原子 成键实质 阴、阳离子的静电作用 共用电子对不偏向任何一方原子 共用电子对偏向一方原子(电负性强的原子) 形成条件 一般活泼金属与活泼非金属经电子得失,形成离子键 同种元素原子之间成键 不同种元素原子之间成键 存在 离子化合物 非金属单质;某些共价化合物或离子化合物 共价化合物或某些离子化合物
3.离子化合物与共价化合物
化合物 离子化合物 共价化合物
定义 由 离子键 构成的化合物 以共用电子对形成分子的化合物
构成微粒 阴、阳离子 原子
化学键 类型 一定含有 离子键 ,可能含有 共价键 只含有 共价键
物质 类别 ①强碱 ②绝大多数盐 ③金属氧化物 ①含氧酸
②大多数有机化合物
③气态氢化物
④非金属氧化物
⑤极少数盐,如AlCl3
4.电子式及其书写
(1)定义:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的 最外层 电子(价层电子)的式子。
(2)书写方法
(3)用电子式表示化合物的形成过程
应用提升 离子键和共价键易错警示
(1)由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键,如AlCl3中Al—Cl为共价键。
(2)非金属元素的两个原子之间的化学键一定是共价键,但多个原子间也可能形成离子键,如NH4Cl等。
(3)离子键和共价键之间没有明显的界线,一般可根据成键原子对应元素的电负性来判断。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)Na与O元素形成的化合物中只含有离子键。( × )
(2)氢元素与其他元素可形成共价化合物,也可形成离子化合物。( √ )
(3)离子化合物中可能含共价键,共价化合物中可能含离子键。( × )
二、共价键和键参数
1.共价键的本质和特征
(1)共价键的本质是原子之间形成 共用电子对 (即原子轨道重叠后,高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用)。
(2)共价键的一般特征是具有 饱和性 和方向性。
氢气中s-s σ键不具有方向性
2.共价键的类型
分类依据 类型 形成共价键的原子轨道重叠方式 σ 键 电子云“ 头碰头 ”重叠
π 键 电子云“ 肩并肩 ”重叠
形成共价键的电子对是否偏移 极性 键 共用电子对 发生 偏移
非极性 键 共用电子对 不发生 偏移
原子间共用电子对的 数目 单 键 原子间有 1对 共用电子
双 键 原子间有 2对 共用电子
三 键 原子间有 3对 共用电子
3.键参数—键能、键长与键角
(1)定义
(2)键参数对分子结构和性质的影响
微点拨一般情况下,构成共价键的原子半径越小,键长越短,共价键的键能越大,分子越稳定。
旁栏边角 选择性必修2第二章第一节
阅读教材“探究·共价键”,判断下列说法的正误。
(1)乙烷分子只含σ键,乙烯分子含4个σ键和2个π键。( × )
(2)乙炔分子中两个碳原子各自用2个p轨道形成2个π键。( √ )
(3)Na和Cl的元素的电负性相差较大,二者形成离子键。( √ )
(4)H和Cl、C和O的电负性相差较小,均形成共价键。( √ )
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)s轨道只能形成σ键,p轨道可形成σ键或π键。( √ )
(2)两个原子的轨道重叠形成共价键时,可以只形成σ键或π键。( × )
(3)氰化氢(H—C≡N)中σ键和π键的个数之比为1∶1。( √ )
(4)硅原子间难形成双键而碳原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p-pπ键。( √ )
三、配位键和配位化合物 超分子
1.配位键
(1)定义:成键原子一方提供 孤电子对 ,另一方提供空轨道形成共价键,这类“电子对给予—接受”键称为配位键。
(2)表示:配位键也是一种共价键,例如, 可表示为 ,
在 中,有1个N—H形成过程与其他3个N—H形成过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同。
[ ]+
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称为配位化合物,简称配合物。
3.超分子 广义的分子,包括离子
(1)定义: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)重要特征:① 分子识别 ;②自组装。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1) 中的配位键是由N提供空轨道,H+提供孤电子对形成。( × )
(2)配合物中都含配位键,含有配位键的化合物都是配合物。( × )
(3)配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中配体是Cl-和H2O,Ti3+的配位数为6。
( √ )
(4)CuSO4溶液加入足量氨水生成[Cu(NH3)4](OH)2,溶液变成深蓝色,说明Cu2+与NH3形成的配位键更稳定。( √ )
增素能 精准突破
考点一
化学键类型的判断及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材删掉“实验·钠与氯气反应”、“思考与交流”等。新教材增加“探究·共价键”,删去“等电子体”“科学视野”,其余内容基本未变化
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,共价键和离子键、极性键和非极性键、σ键和π键的判断仍是新高考的命题点
预测考向 预测2023年高考可能会考查化学键类型的判断、化合物类型的判断、σ键和π键的判断及数目的确定等
考向1.共价键和离子键、极性键和非极性键的判断
典例突破
(2020全国Ⅱ卷,13)一种由短周期主族元素组成的化合物(如图所示),具有良好的储氢性能,其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,且总和为24。下列有关叙述错误的是( )
A.该化合物中,W、X、Y之间均为共价键
B.Z的单质既能与水反应,也可与甲醇反应
C.Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸
D.X的氟化物XF3中原子均为8电子稳定结构
答案 D
解析 根据题意可知Z的原子序数是W、X、Y、Z四种元素中最大的,Z能形成+1价离子,可初步判断Z为钠元素;W的原子序数是W、X、Y、Z四种元素中最小的,W与X、Y均以一个单键结合,可初步判断W为氢元素;根据W、X、Y、Z的原子序数之和为24,可知X、Y的原子序数之和为12,结合成键特点,可判断X、Y分别是硼、氮元素。H、B、N形成的阴离子中,各原子均以共价键结合,A正确;Na单质能与H2O、CH3OH反应,B正确;N元素最高价氧化物的水化物HNO3为强酸,C正确;BF3中硼原子最外层有6个电子,D错误。
考题点睛
针对训练
1.(2021天津静海区四校联考)W、X、Y、Z为短周期原子序数依次增大的主族元素,其中W元素形成的单质密度最小,且W与X、Y、Z都能形成共价化合物,Y、W形成的常见化合物溶于水显碱性,Z、W形成的化合物溶于水显酸性。四种元
素原子序数之和为30,可形成的某种化合物结构式为 。下列说法正确的是( )
A.该化合物中所有原子均满足8电子稳定结构
B.X和Z的最高价氧化物的水化物都是一元强酸
C.简单氢化物的沸点:Y>Z
D.W与Y、Z三种元素形成的化合物中一定不含离子键
答案 C
解析 由题给信息推知,W、X、Y、Z分别为H元素、B元素、N元素、Cl元素,形成化合物为BH3·NCl3,其中氢原子不满足最外层8电子稳定结构,A错误;H3BO3是一元弱酸,B错误;NH3形成分子间氢键,HCl分子间只存在范德华力,故沸点:NH3>HCl,C正确;H、N、Cl三种元素可形成离子化合物NH4Cl,含有离子键和共价键,D错误。
2.(2022海南卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X、Y同周期并相邻,Y是组成水的元素之一,Z在同周期主族元素中金属性最强,W原子在同周期主族元素中原子半径最小。下列判断正确的是( )
A.XW3是非极性分子
B.简单氢化物沸点:X>Y
C.Y与Z形成的化合物是离子化合物
D.X、Y、Z三种元素组成的化合物水溶液呈酸性
答案 C
解析 X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素,X、Y同周期并相邻,且Y是组成水的元素之一,则Y为O,X为N;Z在同周期主族元素中金属性最强,则Z为Na;W原子在同周期主族元素中原子半径最小,则W为Cl。NCl3分子的空间结构为三角锥形,其正负电荷的中心不重合,属于极性分子,A项错误;H2O和NH3均含有氢键,但H2O分子形成的氢键更多,故沸点H2O>NH3,B项错误;Y为O,Z为Na,两者形成的化合物有Na2O、Na2O2,均为离子化合物,C项正确;N、O、Na三种元素组成的化合物水溶液NaNO3呈中性、NaNO2呈碱性,D项错误。
归纳总结
判断化学键类型和8电子结构的方法
(1)从物质类别角度判断化学键类型
物质类别 含化学键类型
非金属单质,如Cl2、N2、I2、P4、金刚石 只有共价键
非金属元素构成的化合物,如:H2SO4、CO2、NH3、HCl、CCl4、CS2等 活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物,如NaCl、CaCl2、K2O等 只有离子键
含有原子团的离子化合物,如Na2SO4、Ba(OH)2、NH4Cl、Na2O2等 既有离子键又有共价键
稀有气体:如Ne、Ar等 无化学键
(2)判断分子中各原子是否满足最外层8电子稳定结构
在XmYn中,X元素化合价绝对值与X原子最外层电子数之和等于8,则X满足最外层8电子结构,否则,不满足。Y原子用同样方法判断。
考向2.σ键和π键的判断
典例突破
(1)(2021全国甲卷,35节选)CO2分子中存在 个σ键和 个π键。
(2)(2021湖南卷,18节选)SiCl4与N-甲基咪唑( )反应可以得到M2+,其结构如图所示:
H、C、N的电负性由大到小的顺序为 ,1个M2+中含有 个σ键。
答案 (1)2 2 (2)N>C>H 54
解析 (1)CO2分子的结构式为O=C=O,则1个CO2分子含2个σ键和2个π键。
(2)元素的非金属性越强,其电负性越大,元素的非极性强弱顺序为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,双键中含有1个σ键,则一个该离子中含有54个σ键。
针对训练
(1)(2020江苏卷,21节选)柠檬酸的结构简式如图所示。
1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的
数目为 mol。
(2)(2019全国Ⅲ卷,35节选)NH4H2PO4中,P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。
(3)(2022全国乙卷,节选)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个 杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl 键,并且Cl的3px轨道与C的2px轨道形成3中心4电子的大π键 。
(4)(2022湖南卷,节选)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:
①富马酸分子中σ键与π键的数目比为 ;
②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为 。
答案 (1)7 (2)sp3 σ (3)sp2 σ (4)①11∶3 ②O>C>H>Fe
解析 (1)—COOH中C原子与其中一个O原子形成双键,并与另一个O原子形成单键,1 mol —COOH中含有2 mol碳氧σ键,C与羟基相连的键为单键,为一个σ键,所以1 mol柠檬酸中碳原子与氧原子之间形成的σ键为7 mol。
(4)①由球棍模型可知,富马酸的结构简式为HOOCCH=CHCOOH,分子中的单键为σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则分子中σ键和π键的数目比为11∶3;
②金属元素的电负性小于非金属元素,则铁元素的电负性最小,非金属元素的非金属性越强,电负性越大,H、C、O的非金属性依次增强,电负性依次增大,所以富马酸亚铁中四种元素的电负性由大到小的顺序为O>C>H>Fe。
归纳总结
判断σ键和π键数目的方法
(1)一般情况,单键都是σ键,双键中含1个σ键和1个π键,三键中含1个σ键和
2个π键。
(2)σ键的数目=单键数+双键数+三键数+配位键数(配位键为σ键)。
(3)π键的数目=双键数+三键数×2。
考点二
共价键的键参数及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新教 材 变化 新教材中“键参数”部分基本未发生变化
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,键能、键长与物质的稳定性、键角的比较及原因分析仍是新高考的命题点
预测考向 预测2023年高考可能会考查键参数及应用等
典例突破
(1)(2021河北卷,17节选)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如表:
N—N N≡N P—P P≡P
193 946 197 489
从能量角度看,氮以N2而白磷以P4(结构式可表示为 )形式存在的原因是 。
(2)(2021广东卷,20节选)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。
化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的
有 (填字母)。
A.在Ⅰ中S原子采取sp3杂化 B.在Ⅱ中S元素的电负性最大
C.在Ⅲ中C—C—C键角是180° D.在Ⅲ中存在离子键与共价键
E.在Ⅳ中硫氧键的键能均相等
答案 (1)在原子数目相同的条件下,N2比N4具有更低的能量,而P4比P2具有更低的能量,能量越低越稳定
(2)AD
解析 (1)根据表中的相关共价键的键能可知,若4 mol N形成类似白磷分子结构的N4分子,可以释放出的能量为193 kJ×6=1 158 kJ;若4 mol N形成N2分子,则可释放的能量为946 kJ×2=1 892 kJ,显然,形成N2分子放出的能量更多,故在N数目相同的条件下,N2具有更低的能量,能量越低越稳定。同理,若4 mol P形成P4分子,可以释放出的能量为197 kJ×6=1 182 kJ;若4 mol P形成P2分子,则可释放的能量为489 kJ×2=978 kJ,显然,形成P4分子放出的能量更多,故在P数目相同的条件下,P4具有更低的能量,能量越低越稳定。
(2)Ⅰ中S原子形成2个σ键,且有2对孤电子对,则S原子采取sp3杂化,A正确;Ⅱ中元素电负性:O>S>C>H>Hg,电负性最大的是O元素,B错误;Ⅲ中C原子采取sp3杂化,故C—C—C键角小于180°,C错误;Ⅲ是一种钠盐,含有离子键和共价键,D正确;Ⅳ中S—O和S=O的键长不同,则其形成的键能不同,E错误。
考题点睛
针对训练
1.(双选)六氟化硫在高电压下仍有良好的绝缘性,性质稳定,分子结构如图所示。下列有关六氟化硫的推测正确的是( )
A.六氟化硫分子存在的S—F、F—F都是σ键
B.六氟化硫分子中含极性键,不含非极性键
C.从原子半径看,F—F的键长大于S—F
D.六氟化硫分子中6个S—F键长、键能都相等
答案 B D
解析 F原子最外层只有1个未成对电子,只能形成1个共价键,SF6分子中不存在F—F,A错误;SF6分子只含S—F,只存在极性键,B正确;F原子半径小于S,则F—F的键长小于S—F,C错误;SF6分子中6个S—F完全相同,故其键长、键能都相等,D正确。
2.(2021辽宁朝阳高三期末)氰气[(CN)2]是剧毒性物质,结构式为N≡C—C≡N,其化学性质与卤素相似。下列叙述中错误的是( )
A.氰气分子中含有σ键和π键的数目之比为3∶4
B.氰气分子中N≡C的键长大于C≡C的键长
C.氰气分子中C—C的键能小于乙烯中C=C的键能
D.氰化氢(HCN)在一定条件下能与烯烃发生加成反应
答案 B
解析 氰气的结构式为N≡C—C≡N,分子中含有1个单键和2个三键,故σ键和π键的数目之比为3∶4,A正确;由于C原子半径大于N原子半径,故N≡C的键长小于C≡C的键长,B错误;C=C中有1个σ键和1个π键,C—C只有σ键,显然C—C的键能小于乙烯中C=C的键能,C正确;HCN的结构式为H—C≡N,H—C易发生断裂,烯烃中含有C=C,其中π键易断裂,故在一定条件下HCN能与烯烃发生加成反应,D正确。
研专项 前沿命题
配位键的形成及配合物的组成与性质
题型 考查内容 选择题 非选择题 考查知识 考查配位键的形成方式、配合物中配位体及配位原子、配位数、配合物的稳定性等
核心素养 宏观辨识与微观探析
例题.(1)(2021全国乙卷,35节选)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。
(2)(2020全国Ⅲ卷,35节选)NH3BH3分子中,N—B化学键称为 键,其电子对由 提供。
(3)(2020江苏卷,21节选)[Fe(H2O)6]2+中与Fe2+配位的原子是 (填元素符号)。
(4)(2020山东卷,17节选)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 mol。
思路指导
(1)
(4)
解析 (1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中心离子是Cr3+,配位体为NH3、H2O和Cl-,故中心离子的配位数为3+2+1=6;提供电子对形成配位键的原子是N、O、Cl。
(2)NH3BH3分子中,N原子提供孤电子对,B原子提供空轨道,形成配位键。
(3)[Fe(H2O)6]2+中,H2O是配位体,O原子提供孤电子对与Fe2+配位。
(4)Cd2+配合物中, 提供2个N原子,左侧 提供2个O原子,均与Cd2+通过螯合作用形成配位键,故1 mol该配合物形成的配位键有6 mol。
答案 (1)N、O、Cl 6
(2)配位 N(或氮)原子 (3)O (4)6
突破方法
判断配位数及配位键的稳定性
(1)判断配位数:配位数就是配位体中与中心原子(或离子)成键的配位原子的总数。若是由单齿配体(1个配体提供1个配位原子)形成的配合物,中心原子(或离子)的配位数=配位体的数目。若是由双齿配体(1个配体提供2个配位原子)形成的配合物,中心原子(或离子)的配位数=配位体的数目×2。
(2)判断配位键的稳定性:一般情况下,与同种金属原子(或离子)形成配位键时,配位原子的电负性越小,形成配位键就越稳定。例如,电负性:N[Cu(H2O)4]2+。
针对训练
1.(2021山东潍坊一模)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,X为元素周期表中半径最小的原子,Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,W原子的价层电子排布为3d104s1,X、Y、Z、W形成的阳离子如图所示,下列说法正确的是( )
A.原子半径:Z>Y>X
B.气态氢化物的稳定性:Y>Z
C.加热时该离子首先失去的组分是X2Z
D.两种配体中的键角:X2Z>YX3
答案 C
解析 X为元素周期表中半径最小的原子,则X是H;Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,则Z是O元素;基态原子W的价层电子排布为3d104s1,则W是Cu元素;阳离子图示中 代表H2O分子, 代表NH3分子,因为Y的原子序数介于X(H)和Z(O)之间,且能形成3个单键,则Y是N元素。原子半径:N>O>H,A错误;元素的非金属性:NH2O—Cu2+,故加热时该离子首先失去的组分是H2O,C正确;H2O和NH3的中心原子价层电子对数均为4,含孤电子对数分别为2、1,孤电子对排斥力大于成键电子对,孤电子对数越多,分子中键角越小,故键角:NH3>H2O,D错误。
2.(2022山东济南高三检测,节选)多酚氧化酶与植物的抗病性有关。螯合物[Mn(EDTB)](NO3)2·DMF是多酚氧化酶的模型配合物。其中EDTB和DMF的结构简式如下图,则Mn的化合价为 ,配位原子是 。
答案 +2价 N
解析 由配合物的化学式和化合价代数和为0可知,配合物中锰元素的化合价为+2价,具有空轨道的锰与EDTB中具有孤电子对的氮原子形成配位键。课时规范练18 分子结构与性质
一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2022江苏盐城高三检测)用氨水吸收硫酸工厂尾气中的SO2发生反应:2NH3·H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O。下列说法正确的是( )
A.NH3的电子式为HH
B.SO2是非极性分子
C.N的结构式为[]+
D.H2O的空间结构为直线形
2.(2021湖北卷,6)NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A.23 g C2H5OH中sp3杂化的原子数为NA
B.0.5 mol XeF4中氙的价层电子对数为3NA
C.1 mol [Cu(H2O)4]2+中配位键的个数为4NA
D.标准状况下,11.2 L CO和H2的混合气体中分子数为0.5NA
3.(2022辽宁卷)理论化学模拟得到一种离子,结构如图。下列关于该离子的说法错误的是( )
A.所有原子均满足8电子结构
B.N原子的杂化方式有2种
C.空间结构为四面体形
D.常温下不稳定
4.(2021湖北卷,9)下列有关N、P及其化合物的说法错误的是( )
A.N的电负性比P的大,可推断NCl3分子的极性比PCl3的大
B.N与N的π键比P与P的强,可推断N≡N的稳定性比P≡P的高
C.NH3的成键电子对间排斥力较大,可推断NH3的键角比PH3的大
D.HNO3的分子间作用力较小,可推断HNO3的熔点比H3PO4的低
5.(2022河北高三模拟)宇宙中含量最丰富的元素氢有3种核素(H、D、T)。已知:D2O的熔点为3.8 ℃、沸点为101.4 ℃,D2S比H2S稳定,工业上利用反应堆的中子n),采用锂-6化合物做靶材生产氚(T)。下列说法正确的是( )
A.氕、氘、氚的化学性质明显不同
B.D2O分子间氢键比H2O分子间氢键强
C.氕、氘、氚互为同素异形体
D.上述生产氚的过程中同时有3He生成
6.下列有关物质的结构与性质的说法错误的是( )
A.F的电负性比Cl的大,可推断CF3COOH的酸性强于CCl3COOH
B.HI的分子间作用力比HCl的大,说明HI的热稳定性好
C.H2O2具有氧化性,可推断H2S2也具有氧化性
D.N4H4熔融时能导电,说明N4H4晶体中既含离子键又含共价键
7.(2022江苏泰州高三调研)催化剂作用下,SO2与Cl2反应生成SO2Cl2;对SO2水溶液的光谱分析可以检测到HS、S2和痕量的S,三氧化硫在液态时有单分子SO3和三聚的(SO3)3(结构如下图所示)两种形式,在高温时能将HBr氧化为Br2。下列说法正确的是( )
A.SO3是极性分子
B.SO2Cl2为正四面体结构
C.SO3、S中S原子都是sp2杂化
D.1 mol (SO3)3分子中含有12 mol σ键
8.(2021山东青岛二模)短周期元素X、Y、Z原子序数依次增大,X元素基态原子有2个未成对电子,Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个,Z的一种超原子具有40个价电子,下列说法错误的是( )
A.X的空间结构为平面三角形
B.简单离子半径:YC.Y中心原子的杂化方式为sp2杂化
D.化合物ZY的结构与X的某种单质的结构相似
二、选择题:本题共4小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
9.(2021河北衡水中学调研)下列分子结构图中的“”来表示元素的原子中除去最外层电子的剩余部分,“”表示氢原子,小黑点“”表示没有形成共价键的最外层电子,短线表示共价键。
下列说法正确的是( )
A.只有分子③的中心原子采用sp3杂化
B.分子②中含有极性键和非极性键
C.分子①和④VSEPR模型不相同
D.分子④是极性分子
10.(2021辽宁丹东高三期末)有5种元素X、Y、Z、Q、T。X原子M层上有2个未成对电子且无空轨道;Y原子的价层电子排布式为3d64s2;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述错误的是 ( )
A.X和Q结合生成的化合物为离子化合物
B.元素Y和Q可形成化合物Y2O3
C.ZX2分子中Z采取sp杂化,分子呈直线形结构
D.T元素的一种单质分子的空间结构为正四面体形
11.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示,下列说法正确的是( )
A.碳、氮原子的杂化类型相同
B.氮原子与碳原子分别为sp3杂化与sp2杂化
C.1 mol A分子中所含σ键的数目为10NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
D.编号为a的氮原子和与其成键的另外三个原子不在同一平面内
12.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,其原子结构信息如下:W的基态原子价层电子轨道表示式为,X原子最外层有3个未成对电子,且最外层电子数等于其核外电子总数的;Y元素原子的价层电子排布式为3s23p4。下列有关说法正确的是( )
A.原子半径:X>Y>Z>W
B.元素的电负性:X>Y>Z>W
C.WH4和W2H2的中心原子均采取sp3杂化
D.H2Y中Y原子的价层电子对数为4
三、非选择题:本题共2小题。
13.芦笋中的天冬酰胺(结构如下图)和微量元素硒、铬、锰等,都具有提高身体免疫力的功效。
(1)天冬酰胺所含元素中, (填元素名称)元素基态原子核外未成对电子数最多。
(2)天冬酰胺中碳原子的杂化轨道类型有 种。
(3)H2S和H2Se的参数对比见下表。
化学式 键长/nm 键角 沸点/℃
H2S 1.34 92.3° -60.75
H2Se 1.47 91.0° -41.50
①H2Se的晶体类型为 ,含有的共价键类型为 。
②H2S的键角大于H2Se的原因可能为 。
14.(2021辽宁沈阳市郊联合体联考)现有属于前四周期的A、B、C、D、E、F、G七种元素,原子序数依次增大。A元素的价层电子排布式为nsnnpn+1;C元素为最活泼的非金属元素;D元素核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的;E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态;F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒。
(1)A、B、C三种元素的第一电离能最小的是 ,电负性最大的是 (用元素符号表示)。
(2)根据VSEPR模型预测A元素的最简单气态氢化物的空间结构为 。
(3)G元素形成的最简单氢化物的空间结构为 。
(4)B和G形成分子W的结构如图所示,化合物W的分子式为 ,B、G原子的杂化类型分别为 、 。
(5)已知G的氢化物(GH3)是剧毒的气体,与AgNO3溶液反应有黑色Ag析出,同时生成W和一种强酸,此反应是检验微量GH3的方法,该反应的化学方程式是 。
参考答案
课时规范练18 分子结构与性质
1.C 解析 NH3的电子式为HH,A项错误;SO2中中心原子S上的孤电子对数为×(6-2×2)=1,VSEPR模型为平面三角形,则SO2的空间结构为V形,SO2是极性分子,B项错误;N的结构式为[]+,C项正确;H2O中中心原子O上的孤电子对数为×(6-2×1)=2,VSEPR模型为四面体形,H2O的空间结构为V形,D项错误。
2.A 解析 C2H5OH中2个碳原子和1个O原子均采取sp3杂化,23gC2H5OH为0.5mol,故采取sp3杂化的原子数为1.5NA,A错误;XeF4中Xe的价层电子对数为4+=6,则0.5molXeF4中Xe的价层电子对数为3NA,B正确;[Cu(H2O)4]2+中H2O是配位体,1个[Cu(H2O)4]2+含有4个配位键,则1mol[Cu(H2O)4]2+中配位键的个数为4NA,C正确;标准状况下,11.2LCO和H2的混合气体为0.5mol,故分子数为0.5NA,D正确。
3.B 解析 由的结构式可知,所有N原子均满足8电子稳定结构,A项正确;中心N原子为sp3杂化,与中心N原子直接相连的N原子为sp2杂化,与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化,端位N原子为sp2杂化,则N原子的杂化方式有3种,B项错误;中心N原子为sp3杂化,则其空间结构为四面体形,C项正确;中含叠氮结构(—N),常温下不稳定,D项正确。
4.A 解析 P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大,故PCl3分子的极性比NCl3分子的极性大,A错误;N原子半径比P原子小,N与N的π键比P与P的强,故N≡N的稳定性强于P≡P,B正确;N的电负性比P大,NH3分子中成键电子对更偏向于N原子,成键电子对之间斥力大,故NH3的键角大于PH3,C正确;HNO3形成分子内氢键,H3PO4形成分子间氢键,且相对分子质量:HNO35.B 解析 元素的化学性质主要由原子最外层电子数决定,氕、氘、氚的原子最外层电子数均为1,它们的化学性质基本相同,A项错误;由题中信息可知,D2O的熔点和沸点高于H2O,说明D2O的分子间氢键比H2O的分子间氢键强,B项正确;氕、氘、氚的质子数相同,中子数不同,互为同位素,C项错误;核反应前后质子数之和、质量数之和不变,生产氚的变化可表示为LinHHe,生产氚的过程中同时有4He生成,D项错误。
6.B 解析 F的电负性比Cl的大,所以—CF3的极性大于—CCl3的极性,导致CF3COOH的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出氢离子,A项正确;热稳定性与分子间作用力无关,B项错误;H2O2中含有过氧键,过氧键中的O原子有氧化性,H2S2中含有过硫键,过硫键中的S原子也有氧化性,C项正确;N4H4熔融时能导电,说明晶体中含有离子键,D项正确。
7.D 解析 SO3分子中正负电荷重心重合,因此该分子属于非极性分子,A项错误。SO2Cl2分子中与中心S原子形成共价键的O、Cl原子半径不同,因此该分子呈四面体结构,但不是正四面体结构,B项错误。SO3分子中的中心S原子价层电子对数为3+=3,则S原子是sp2杂化;S中S原子价层电子对数是3+=4,因此S原子杂化类型是sp3杂化,C项错误。根据(SO3)3分子结构可知,在1个(SO3)3分子中含有12个σ键,则在1mol(SO3)3分子中含有12molσ键,D项正确。
8.B 解析 短周期元素X、Y、Z的原子序数依次增大,X元素基态原子有2个未成对电子,则其价电子排布为ns2np2或ns2np4。Y元素基态原子的核外p电子数比s电子数少1个,则Y的核外电子排布式为1s22s22p3,Y是N元素,从而推知X是C元素。Z的一种超原子具有40个价电子,则Z的价层电子数为3,Z是Al元素。X为C,碳原子的价层电子对数为3+(4-3×2+2)=3,不含孤电子对,碳原子采取sp2杂化,则C的空间结构为平面三角形,A正确;简单离子半径:N3->Al3+,B错误;Y是N,氮原子的价电子对数为3+(5-3×2+1)=3,不含孤电子对,氮原子采取sp2杂化,C正确;ZY是AlN,和金刚石都是共价晶体,具有空间立体网状结构,D正确。
9.BD 解析 ①、③、④的中心原子虽然形成共价键的数目不同,但价层电子对数都为4,所以都采取sp3杂化,A错误;由分子②结构可知,含有极性键和非极性键,B正确;分子①和④的中心原子的价层电子对数都为4,都发生sp3杂化,VSEPR模型都为四面体结构,C错误;分子④是V形结构,正负电荷的中心不重合,是极性分子,D正确。
10.A 解析 由题给信息推知,X、Y、Z、Q、T分别代表S元素、Fe元素、C元素、O元素、P元素。S和O结合形成SO2、SO3,都是共价化合物,A错误;Fe和O可形成化合物Fe2O3,B正确;ZX2是CS2,中心碳原子采取sp杂化,分子呈直线形,C正确;白磷(P4)的空间结构为正四面体形,D正确。
11.BD 解析 A分子中碳、氮原子各形成3个σ键,氮原子有1个孤电子对而碳原子没有,故氮原子是sp3杂化而碳原子是sp2杂化,A错误、B正确;A分子中有11个σ键,C错误;氮原子为sp3杂化,相应的四个原子形成的是三角锥形结构,不可能共平面,D正确。
12.AD 解析 由题给信息推知,W、X、Y、Z分别为C元素、P元素、S元素、Cl元素。原子半径:P>S>Cl>C,A正确;元素的电负性:Cl>S>P>C,B错误;WH4和W2H2分别是CH4、CH≡CH,前者碳原子采取sp3杂化,后者碳原子采取sp杂化,C错误;H2Y是H2S,中心原子价层电子对数为2+(6-2×1)=4,D正确。
13.答案 (1)氮 (2)2 (3)①分子晶体 极性键 ②S的电负性强于Se,形成的共用电子对之间斥力大,键角大
解析 (3)①H2S和H2Se的熔、沸点均较低,均为分子晶体,不同种元素原子形成的为极性键。②H2S和H2Se的中心原子价层电子对数均为4,均含2对孤电子对,由于S的电负性强于Se,H2S中S的价层电子对偏向于S的程度更大,形成的共用电子对斥力大,故H2S键角大。
14.答案 (1)O F (2)三角锥形
(3)三角锥形 (4)As4O6 sp3 sp3
(5)4AsH3+24AgNO3+6H2OAs4O6+24Ag↓+24HNO3
解析 A元素的价层电子排布式为nsnnpn+1,n=2,则A为N元素,C元素为最活泼的非金属元素,即C为F元素,则B为O元素,D元素核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的,即D为Mg元素,E元素正三价离子的3d轨道为半充满状态,则E元素的基态原子的电子排布式为[Ar]3d64s2,即E为Fe元素,F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,即F元素为Cu元素,G元素与A元素位于同一主族,则G为As元素。
(1)同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族>第ⅢA族、第ⅤA族>第ⅥA族,即第一电离能顺序是O(2)A元素的最简单气态氢化物是NH3,NH3的空间结构为三角锥形。
(3)G为As元素,类比NH3的结构可知,As元素的氢化物为AsH3,其空间结构为三角锥形。
(4)结合W分子的结构及砷原子能形成3个单键,氧原子能形成2个单键,推知黑球为As,白球为O,故该化合物的化学式为As4O6。氧原子有2个σ键和2个孤电子对,则氧原子的杂化类型为sp3;As有3个σ键和1个孤电子对,则砷原子的杂化类型为sp3。
(5)AsH3有剧毒,与AgNO3溶液反应有Ag析出,AsH3被氧化成As4O6,强酸为HNO3,结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式:4AsH3+24AgNO3+6H2OAs4O6+24Ag↓+24HNO3。课时规范练19 晶体结构与性质
一、选择题:本题共6小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2022天津高三模拟)下列说法错误的是 ( )
A.分子晶体中一定存在分子间作用力
B.共价晶体中只含有共价键
C.任何晶体中,若含有阳离子就一定含有阴离子
D.单质的晶体中一定不存在离子键
2.(2021山东师大附中检测)B和Al为同主族元素,下列说法错误的是( )
A.BF3可以与F-形成配位键
B.H3BO3是三元弱酸
C.BF3与AlCl3形成的晶体都是分子晶体
D.B与N形成的共价晶体,具有较高硬度和熔点
3.下表是钠、硅的卤化物及其熔点:
物质 NaF NaCl NaBr
熔点/℃ 995 801 755
物质 SiF4 SiCl4 SiBr4
熔点/℃ -90.2 -70.4 5.2
下列说法中不正确的是( )
A.钠的卤化物都是离子晶体,硅的卤化物都是分子晶体
B.钠的卤化物的熔点与离子键的强弱有关
C.硅的卤化物的熔点与范德华力的大小有关
D.据此推测,熔点:NaI>NaBr,SiI4>SiBr4
4.(2022湖北卷)某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.Ca2+的配位数为6
B.与F-距离最近的是K+
C.该物质的化学式为KCaF3
D.若F-换为Cl-,则晶胞棱长将改变
5.某分子晶体晶胞结构模型如图,下列说法正确的是 ( )
A.该晶体中分子间存在范德华力
B.该晶胞中分子的配位数为8
C.分子晶体的晶胞均可用此模型表示
D.该晶体沸点高,硬度大
6.(2021湖北卷,10)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )
A.该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
B.K和Sb原子数之比为3∶1
C.与Sb最邻近的K原子数为4
D.K和Sb之间的最短距离为a pm
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
7.几种单质的沸点如图所示。下列推断正确的是( )
A.D可能为共价晶体,H可能为分子晶体
B.G可能为离子晶体,A可能为分子晶体
C.G、H一定是分子晶体,E、F一定是金属晶体
D.D可能为共价晶体,B一定是离子晶体
8.(2021湖北新高考适应考)已知NixMg1-xO晶体属立方晶系,晶胞边长a。将Li+掺杂到该晶体中,可得到一种高性能的p型太阳能电池材料,其结构单元如图所示。
假定掺杂后的晶胞参数不发生变化,下列说法正确的是( )
A.该结构单元中氧原子数为3
B.Ni和Mg间的最短距离是a
C.Ni的配位数为6
D.该物质的化学式为Li0.5Mg1.12Ni2.38O4
9.高温下,超氧化钾晶体呈立方体结构,晶体中氧的化合价部分为0价,部分为-2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞,则下列说法正确的是( )
A.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有4个K+和4个
B.晶体中每个K+周围有8个,每个周围有8个K+
C.晶体中与每个K+距离最近的K+有8个
D.晶体中与每个K+距离最近的K+有12个
三、非选择题:本题共3小题。
10.(2021山东省实验中学检测)我国科学家成功合成了甲基胺离子导向的钙钛矿类杂化材料(CH3NH3)PbI3,该物质因具有较高的光电转换效率而在太阳能电池领域具有重要的应用价值。回答下列问题。
(1)C、N基态原子中,第一电离能较大的是 。
(2)CH3N的电子式为 ,C、N原子的杂化轨道类型分别为 、 ;CH3N中,存在 (填字母)。
a.σ键 b.π键
c.配位键 d.氢键
已知甲基的供电子能力强于氢原子,则CH3NH2、(CH3)2NH中接受质子能力较强的是 。
(3)(CH3NH3)PbI3的晶体属于立方晶系,其晶格结构如图所示,其中B代表Pb2+,则 代表I-,每个晶胞中I-的数目为 。原子分数坐标可用于表示晶胞内部各原子的相对位置。其中,原子分数坐标A为(0,0,0),B为(),则C的原子分数坐标为 。已知(CH3NH3)PbI3的晶胞参数为a pm,晶体密度为ρ g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则(CH3NH3)PbI3的摩尔质量为 g·mol-1(用代数式表示)。
11.2020年我国“奋斗者”号载人潜水器成功进行万米海试,国产新型材料“钛”牛了!该合金中含钛、铁、镍、铂等十几种元素,具有高强度、高韧性。回答下列问题:
(1)基态钛原子的核外电子的空间运动状态有 种。TiF4的熔点(377 ℃)远高于TiC14(-24.12 ℃)的原因是 。
(2)邻二氮菲()中氮原子可与Fe2+通过配位键形成橙红色邻二氮菲亚铁离子,利用该反应可测定Fe2+的浓度,该反应的适宜pH范围为2~9,试解释选择该pH范围的原因 。
(3)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(离子)的位置,称作原子(离子)的分数坐标。氯铂酸钾(K2PtCl6,式量为486)的立方晶胞结构如图所示。
①该晶胞中部分PtC、K+的分数坐标为PtC(0,0,0)、(0.25,0.75,0.25)、(0.75,0.25,0.25),其中A、B分别代表K+的位置。找出距离PtC(0,0,0)最近的K+ (用分数坐标表示)。
②用NA表示阿伏加德罗常数的值,若实验测得氯铂酸钾的密度为d g·cm-3,则A、B两个K+的距离为 pm(列出计算式即可)。
12.(2021湖南各地模拟节选)(1)钙钛矿(CaTiO3)是自然界中的一种常见矿物,其晶胞结构如图所示。
设NA为阿伏加德罗常数的值,计算一个晶胞的质量为 g。
(2)砷与铟(In)形成的化合物(X)具有优良的光电性能,广泛应用于光纤通信用激光器,其立方晶胞结构如图所示,晶胞边长a=666.67 pm,则其密度为 g·cm-3(边长a可用 pm近似计算,设NA=6.0×1023 mol-1)
(3)锑酸亚铁晶胞如图所示,其晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,则:
①锑酸亚铁的化学式为 。
②晶体的密度为 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
参考答案
课时规范练19 晶体结构与性质
1.C 解析 金属晶体中,含有金属阳离子却不含有阴离子,故C项错误。
2.B 解析 BF3中硼原子有2p空轨道,可与F-形成含配位键的配离子[BF4]-,A正确;H3BO3的电离方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+,则是一元弱酸,B错误;BF3与AlCl3都是共价化合物,二者形成的晶体都是分子晶体,C正确;B和N形成BN,属于共价晶体,具有较高的硬度和熔点,D正确。
3.D 解析 由表中物质的熔点可知,钠的卤化物的熔点较高,都是离子晶体,其熔点与离子键的强弱有关;硅的卤化物的熔点较低,都是分子晶体,其熔点与范德华力的大小有关,A、B、C均正确。根据熔点变化规律,熔点:NaBr>NaI,SiI4>SiBr4,D错误。
4.B 解析 Ca2+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数,如题图所示,Ca2+位于体心,F-位于面心,所以Ca2+配位数为6,A项正确;F-与K+的最近距离为棱长的,F-与Ca2+的最近距离为棱长的,所以与F-距离最近的是Ca2+,B项错误;每个晶胞中K+位于顶点,所以K+个数为×8=1,F-位于面心,F-个数为×6=3,Ca2+位于体心,所以Ca2+个数为1,即该物质的化学式为KCaF3,C项正确;F-与Cl-半径不同,替换后晶胞棱长将改变,D项正确。
5.A 解析 该分子晶体为二氧化碳晶体,分子间存在范德华力,A正确;二氧化碳晶体配位数为12,B错误;分子晶体晶胞类型较多,还有简单立方堆积等,C错误;分子晶体的沸点低、硬度小,D错误。
6.B 解析 晶胞参数为apm=a×10-10cm,则晶胞的体积为(a×10-10cm)3=a3×10-30cm3,A错误;该晶胞中K原子个数为12×+9=12,Sb原子个数为8×+6×=4,则K和Sb原子个数之比为3∶1,B正确;以面心Sb为研究对象,与Sb最邻近的K原子处于Sb周围8个小立方体的体心,故最邻近的K的个数为8,C错误;分析图b,K与Sb之间的最短距离为体对角线的,体对角线为pm,则K与Sb之间的最短距离为apm,D错误。
7.A 解析 D的沸点约为3000℃,则D可能为共价晶体;H的沸点低于0℃,则H可能为分子晶体,A正确。G的沸点低于0℃,则G可能是分子晶体;A的沸点约1000℃,可能为离子晶体,B错误。G、H的沸点低于0℃,可能是分子晶体;E、F的沸点较低,可能是分子晶体或金属晶体,C错误。D的沸点约为3000℃,可能是共价晶体或金属晶体(如钨);B的沸点约1000℃,可能是离子晶体或金属晶体,D错误。
8.BC 解析 由均摊法可知该结构单元中氧原子数为1+12×=4,A错误;由题图可知,Ni和Mg间的最短距离为晶胞面对角线的一半,即a,B正确;由晶胞可知Ni的配位数为6,C正确;1个晶胞中Li的个数=1×0.5=0.5,Mg的个数=2×0.5+1×=1.125,Ni的个数=7×+3×0.5=2.375,O的个数=4,因此该物质的化学式为Li0.5Mg1.125Ni2.375O4,D错误。
9.AD 解析 由题中的晶胞结构知,有8个K+位于顶点,6个K+位于面心,则晶胞中含有的K+的个数为8×+6×=4;有12个位于棱上,1个处于体心,则晶胞中含有的个数为12×+1=4,所以超氧化钾的化学式为KO2;晶体中每个K+周围有6个,每个周围有6个K+,晶体中与每个K+距离最近的K+有12个。
10.答案 (1)N
(2)[H]+ sp3 sp3 ac (CH3)2NH
(3)C 3 (,0) ρa3NA×10-30
解析 (1)C、N均属于第二周期元素,N的第一电离能大于C。
(2)CH3N的电子式为[H]+,碳原子形成4个σ键,则杂化类型为sp3;氮原子形成4个σ键,则杂化类型为sp3;由CH3N电子式可知C、H,N、H之间存在σ键,无π键,N提供孤电子对,H+含有空轨道,可形成配位键;甲基的供电子能力强于氢原子,则(CH3)2NH中含有两个甲基接受质子能力较强。
(3)题给晶格结构为两个相邻的晶胞。晶胞中A的数目为8×=1,B的数目为1,C的数目为6×=3,B代表Pb2+,由化学式(CH3NH3)PbI3可知,Pb2+和I-个数之比为1∶3,则C代表I-;原子分数坐标A为(0,0,0),B为(),则C的原子分数坐标为(,0);晶胞质量为 g,晶胞体积为a3×10-30 cm3,晶胞密度为ρ= g·cm-3,则摩尔质量为ρa3NA×10-30 g·mol-1。
11.答案 (1)12 TiF4晶体为离子晶体,TiCl4晶体为分子晶体
(2)当H+浓度高时,邻二氮菲中的N原子优先与H+形成配位键,导致与Fe2+配位能力减弱;若OH-浓度较高时,OH-与Fe2+反应,会影响与邻二氮菲配位
(3)①(0.25,0.25,0.25) ②×1010
解析 (1)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,电子占据12个不同原子轨道,故核外电子的空间运动状态有12种。TiF4的熔点(377℃)远高于TiCl4(-24.12℃),其原因是Ti和F的电负性相差较大,形成离子晶体,Ti和Cl的电负性相差不大,形成分子晶体。
(2)当H+浓度高时,邻二氮菲中的N优先与H+形成配位键,导致与Fe2+配位能力减弱;若OH-浓度较高时,OH-与Fe2+反应,会影响与邻二氮菲配位,故该反应的适宜pH范围为2~9。
(3)①PtC(0,0,0)位于三维坐标原点,与其距离最近的K+处于晶胞的左侧、下方、靠前的位置,该K+的分数坐标为(0.25,0.25,0.25)。②一个晶胞有4个PtC,8个钾离子,设晶胞棱长为acm,一个晶胞质量=g=g,晶胞的体积为a3cm3,d=,故a=,即晶胞的边长为×1010pm,结合AB两个钾离子的坐标,A、B两个离子之间的距离为a=a,故两钾离子间的距离为×1010pm。
12.答案 (1)
(2)4.26 (3)①Fe(SbO3)2 ②
解析 (1)在一个晶胞中含有Ca2+数目是1;含有Ti4+数目为8×=1,含有的O2-数目为12×=3,则一个晶胞中含有1个CaTiO3。设NA为阿伏加德罗常数的值,则一个晶胞的质量为g。
(2)每个晶胞中含有In的数目为8×+6×=4,含有As的数目为4,晶胞的体积V=a3pm3≈(×10-10)3cm3,晶胞的密度ρ=g·cm-3≈4.26g·cm-3。
(3)①据题图可知一个晶胞中含有Sb原子的个数为8×+2=4,O的个数为4×+10=12,Fe的个数为8×+1=2,所以锑酸亚铁的化学式为Fe(SbO3)2;②晶胞的质量为g=g,晶胞的体积为abcnm3=abc×10-21cm3,所以晶体的密度为g·cm-3。课时规范练16 元素周期表 元素周期律
一、选择题:本题共7小题,每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2021北京卷,4)下列性质的比较,不能用元素周期律解释的是( )
A.酸性:HClO4>H2SO3>H2SiO3
B.碱性:KOH>NaOH>LiOH
C.热稳定性:H2O>H2S>PH3
D.非金属性:F>O>N
2.(2022山东烟台高三三模)W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,W的单质可用于自来水消毒,Y的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物反应生成盐,由四种元素组成的某化合物结构式如图,X、Y、Z均达到8电子稳定结构。下列说法错误的是( )
A.最高价氧化物对应的水化物酸性:XB.Z的离子半径一定小于Y的离子半径
C.四种元素中电负性最小的是W
D.X能与W元素组成非极性分子
3.短周期元素m、n、p、q在元素周期表中的排序如图所示,其中m的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应。下列说法正确的是( )
m n
p q
A.第一电离能:mB.简单氢化物稳定性:nC.简单阴离子半径:p>q
D.最高价氧化物对应水化物酸性:p>q
4.(2021江苏选择考适应练)13Al、15P、16S、17Cl是元素周期表中的短周期主族元素。下列有关说法正确的是( )
A.元素Al在元素周期表中位于第四周期第ⅢA族
B.元素P的简单气态氢化物的化学式为PH4
C.第一电离能:I1(Al)D.最高价氧化物的水化物的酸性:H3PO45.(2021湖北卷,13)金属Na溶解于液氨中形成氨合钠离子和氨合电子,向该溶液中加入穴醚类配体L,得到首个含碱金属阴离子的金黄色化合物[NaL]+Na-。下列说法错误的是( )
A.Na-的半径比F-的大
B.Na-的还原性比Na的强
C.Na-的第一电离能比H-的大
D.该事实说明Na也可表现出非金属性
6.(2022山东师范大学附属中学高三考前预测)X、Y、Q、W、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中Y原子最外层电子数是其内层电子数的2倍,W与Y位于同一主族,X、Y、Z三种元素可组成用于隐形飞机中吸收微波的物质R(结构如图),Q元素单质可用作铝热反应的引燃剂。下列说法正确的是( )
A.同一周期中,第一电离能比Q小的只有一种
B.电负性:Y>W>X
C.物质R吸收微波时,分子内的σ键会断裂
D.简单氢化物的还原性:W>Y
7.(2021天津卷,12)元素X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A.X的电负性比Q的大
B.Q的简单离子半径比R的大
C.Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的强
D.Y的最高价氧化物对应的水化物的碱性比R的强
二、选择题:本题共3小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
8.(2021山东潍坊二模)X、Y、Z、W、R为原子序数依次增大的前四周期主族元素,X与Y同周期相邻元素,Y与W同主族,Y原子的最外层电子数是W原子最内层电子数的3倍,Z基态原子的3p轨道上有1个未成对电子,R是前四周期中第一电离能最小的元素。下列有关说法正确的是( )
A.电负性:X>Y>W
B.原子半径:Z>W>Y
C.简单气态氢化物的熔、沸点:Y>W>X
D.最高价氧化物对应水化物的碱性:Z>R
9.(2021河北卷,11)如图所示的两种化合物可应用于阻燃材料和生物材料的合成。其中W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,X和Z同主族,Y原子序数为W原子价电子数的3倍。下列说法正确的是( )
A.X和Z的最高化合价均为+7价
B.HX和HZ在水中均为强酸,电子式可表示为
C.四种元素中,Y原子半径最大,X原子半径最小
D.Z、W和氢三种元素可形成同时含有离子键和共价键的化合物
10.(2022湖北省卓越千校联盟高三终极押题卷)一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中,X元素是宇宙中含量最多的元素;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且都与X处于相邻周期;主族元素E的原子序数比W多8。下列说法不正确的是( )
A.第一电离能:YB.原子半径:Z>W>E
C.简单氢化物的稳定性:W>E
D.X2Z2分子中含有极性共价键和非极性共价键
三、非选择题:本题包括3小题。
11.(2021天津十二区县重点校联考)硅、锗(32Ge,熔点为937 ℃)和镓(31Ga)都是重要的半导体材料,在航空航天测控、核物理探测、光纤通信、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用。锗与硅是同主族元素。
(1)硅的基态原子价层电子轨道表示式 ,镓的基态原子电子排布式 。
(2)硅和锗与氯元素都能形成氯化物,沸点SiCl4(3)镓(31Ga)的同族元素Al,其气态单个AlCl3分子的空间结构为 。Al和Cl都是第三周期元素,在第三周期所有元素中,第一电离能比Al高的有 种。
12.(2021辽宁丹东高三期末)A、B、C、D、E、F、G是前四周期中原子序数依次增大的七种元素。A元素的价层电子排布为nsnnpn+1;C元素为最活泼的非金属元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的;E元素+3价离子的3d轨道为半充满状态;F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒。
(1)A元素的第一电离能 (填“<”“>”或“=”)B元素的第一电离能,A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。
(2)D元素原子的价层电子排布式是 。
(3)C元素原子的核外电子轨道表示式为 ;E3+的离子符号为 。
(4)F元素位于元素周期表的 区,其基态原子的电子排布式为 。
(5)G元素可能的性质 (填字母)。
A.其单质可作为半导体材料
B.其电负性大于磷
C.其原子半径大于锗
D.其第一电离能小于硒
(6)第一电离能:I1(Mg) I1(Al)(填“>”或“<”),其原因是 。
13.元素周期律是指导我们学习元素及其化合物知识的重要工具。已知氧族元素(不含Po)的部分知识如表所示:
元素 8O 16S 34Se 52Te
单质熔点/℃ -218.4 113 450
单质沸点/℃ -183 444.6 685 1 390
元素主要化合价 -2 -2,+4,+6 -2,+4,+6
原子半径 逐渐增大
单质与H2反应情况 点燃时易化合 加热化合 加热难化合 不能直接化合
请总结表中知识规律,并依据元素周期律回答下列问题:
(1)单质硒的熔点范围可能是 。
(2)元素碲的主要化合价可能有 。
(3)硫、硒、碲的氢化物水溶液的酸性由强至弱的顺序是 (用化学式表示)。
(4)氢硒酸有较强的 (填“氧化性”或“还原性”),因此露置在空气中长期保存易变质,其可能发生反应的化学方程式为 。
(5)下图所示为氧族元素单质与H2反应过程中的能量变化示意图,其中a、b、c、d分别表示氧族元素中某一元素的单质,纵坐标为相同物质的量的单质与H2反应过程中的能量变化(能量变化>0表示放热,能量变化<0表示吸热)。则b代表 ,d代表 (均写单质名称)。
参考答案
课时规范练16 元素周期表 元素周期律
1.A 解析 元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性就越强,但硫元素最高价含氧酸是H2SO4,不是H2SO3,则A错误;同一主族元素的金属性随原子序数的增大而增强。元素的金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性就越强。元素的金属性:K>Na>Li,所以碱性:KOH>NaOH>LiOH,B正确;同一周期元素的非金属性随原子序数的增大而增强;同一主族元素的非金属性随原子序数的增大而减弱。元素的非金属性越强,其简单氢化物的稳定性就越强。元素的非金属性:O>S>P,所以简单氢化物的热稳定性:H2O>H2S>PH3,C正确;同一周期元素的非金属性随原子序数的增大而增强,则元素的非金属性:F>O>N,D正确。
2.B 解析 X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期主族元素,W的单质可用于自来水消毒,且W形成一条共价键,则W为Cl;根据题意,且Y形成三条共价键可知,则Y为N;X形成四条共价键,其原子序数小于N,则X为C;Z形成两条共价键,则Z为O或S。X为C,Y为N,非金属性越强其最高价氧化物对应的水化物酸性越强,则酸性H2CO3Y(N3-),故B项错误;非金属性越强的电负性越大,则X的电负性最小,故C项正确;X为C,W为Cl,形成化合物如CCl4,其正负电荷的重心重合,电荷分布均匀,为非极性分子,故D项正确。
3.C 解析 m的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应,说明m为氮元素,则n为氧元素,p为硫元素,q为氯元素。N原子2p能级半充满,第一电离能较大,即第一电离能m>n,故A项错误;同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,非金属性越强,其简单气态氢化物越稳定,则水的稳定性强于硫化氢,故B项错误;S2-和Cl-电子层结构相同,核电荷数越大,半径越小,所以S2-半径大,故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,即最高价氧化物对应水化物的酸性:HClO4>H2SO4,故D项错误。
4.D 解析 Al为13号元素,在元素周期表中位于第三周期第ⅢA族,A错误;P位于第ⅤA族,最低负价为-3价,所以简单气态氢化物的化学式为PH3,B错误;P的3p能级半满,较稳定,第一电离能大于相邻元素,即I1(P)>I1(S),C错误;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性P5.C 解析 Na-核外有3个电子层,F-核外有2个电子层,则Na-的半径比F-的大,A正确;Na-的半径比Na大,Na-的原子核对最外层电子的引力小,更易失去电子,故Na-的还原性比Na的强,B正确;H-的半径小于Na-,且其1s轨道上有2个电子,为全充满的稳定状态,不易失去电子,故Na-的第一电离能比H-的小,C错误;Na可以形成Na-,表现出非金属性,D正确。
6.D 解析 X、Y、Q、W、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,其中Y原子最外层电子数是其内层电子数的2倍,则Y为C;W与Y位于同一主族,则W为Si;Q元素单质可用作铝热反应的引燃剂,则Q为Mg;结合物质的结构式可知,X可形成1对共用电子对,则X为H,Z可形成2个共价单键,则根据满8电子稳定原则可知,Z最外层电子数为6,且位于第三周期,所以Z为S。同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,但Mg的第一电离能大于相邻元素,则Na、Al的第一电离能小于Mg,故A项错误;Si的电负性小于H,故B项错误;σ键比π键牢固,所以物质R吸收微波时,分子内的π键会先断裂,故C项错误;元素的非金属性越强,简单氢化物的热稳定性越强、还原性越弱,C的非金属性强于Si,所以硅烷的还原性强于甲烷,故D项正确。
7.B 解析 X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,由图像中最外层电子数和原子半径的关系可知,X为C元素、Y为Na元素、Z为S元素、Q为Cl元素、R为K元素。C元素的电负性比Cl元素的小,A错误;核外电子数相同时质子数越大半径越小,故Q的简单离子半径比R的大,B正确;同周期元素的原子序数越大,元素的非金属性越强,则简单氢化物越稳定,则Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的弱,C错误;同主族元素的原子序数越大,金属性越强,则最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则Y的最高价氧化物对应的水化物的碱性比R的弱,D错误。
8.B 解析 R是前四周期中第一电离能最小的元素,则R是K元素;Z基态原子的3p轨道上有1个未成对电子,其价层电子排布式应为3s23p1,Z是Al元素;Y原子的最外层电子数是W原子最内层电子数的3倍,则Y原子最外层有6个电子,X、Y、Z、W、R原子序数依次增大,Y与W同主族且均位于前四周期,则Y是O元素。X与Y是同周期相邻元素,则X是N元素;Y与W同主族,则W是S元素。同周期主族元素从左到右,电负性逐渐变大,则元素的电负性:O>N,A错误;原子半径:Al>S>O,B正确;NH3形成分子间氢键,其沸点高于H2S,C错误;元素的金属性:K>Al,则碱性:KOH>Al(OH)3,D错误。
9.CD 解析 本题借助化合物的结构式考查原子结构与性质等知识。由成键特点及题干中信息分析,W可形成三条共价键、Y可形成五条共价键,且Y的原子序数为W原子的价电子数的3倍,则Y为P元素,W为N元素;X、Z同主族,均可形成一条共价键,且Z的原子序数大于Y的原子序数,则Z为Cl元素,X为F元素。F元素没有正价,A项错误。HF为弱酸,HCl为强酸,B项错误。结合四种元素在元素周期表中的位置关系可确定,P原子半径最大,F原子半径最小,C项正确。N、Cl、H三种元素可形成化合物NH4Cl,其中含有离子键和共价键,D项正确。
10.B 解析 X元素是宇宙中含量最多的元素,则X为H;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的相邻周期,即位于第二周期,由化合物中成键数目可知,Y为C、Z为O、W为F;元素E的原子比W原子多8个质子,E的质子数为9+8=17,E为Cl。第一电离能CO>F,即E>Z>W,B项错误;元素非金属性越强,简单氢化物的稳定性越强,则简单氢化物的稳定性HF>HCl,C项正确;X2Z2分子即H2O2中含有极性共价键和非极性共价键,D项正确。
11.答案 (1) 1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
(2)SiCl4、GeCl4为结构相似的分子晶体,且相对分子质量SiCl4解析 (3)基态镁原子3s轨道处于全充满状态,较难失去电子,其第一电离能大于Al,故在第三周期所有元素中,第一电离能比Al高的有Mg、Si、P、S、Cl、Ar,共6种元素。
12.答案 (1)> N(3) Fe3+
(4)ds 1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(5)A
(6)> 镁原子的3s轨道处于全满状态,3p轨道处于全空状态,比较稳定,而铝原子3p轨道只有一个电子,不稳定
解析 A元素的价层电子排布为nsnnpn+1,则A是N元素;C元素为最活泼的非金属元素,则C是F元素,B是O元素;D元素原子核外有三个电子层,最外层电子数是核外电子总数的,则D是Mg元素;E元素+3价离子的3d轨道为半充满状态,则E是Fe元素;F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,则F是Cu元素;G元素与A元素位于同一主族,其某种氧化物有剧毒,则G是As元素。
(1)由于N的最外层p轨道电子处于半充满的稳定状态,失去电子比O难,所以元素的第一电离能A>B;一般情况下同一周期的主族元素,原子序数越大,元素的电负性越大,所以A、B、C三种元素的电负性由小到大的顺序为N(4)F是Cu元素,Cu位于元素周期表的ds区,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(5)G为As元素,位于金属与非金属的分界线处,其单质为半导体,其电负性小于磷,原子半径小于锗,第一电离能大于硒。
(6)Mg的3s轨道处于全满状态,3p轨道处于全空状态,比较稳定,而Al的3p轨道只有一个电子,不稳定,故第一电离能I1(Mg)>I1(Al)。
13.答案 (1)大于113 ℃,小于450 ℃ (2)-2,+4,+6
(3)H2Te>H2Se>H2S (4)还原性 2H2Se+O22H2O+2Se↓ (5)硫 碲(共77张PPT)
第4讲 分子结构与性质
第五章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。
2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
3.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。
4.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
强基础 增分策略
一、价层电子对互斥模型(VSEPR model)
用来预测分子的空间结构
1.理论要点
(1)价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对” 相互排斥 的结果。
(2)VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的 孤电子对 。
多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对
2.中心原子价层电子对数的计算
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为中心原子的价电子数(对于主族元素等于原子的 最外层 电子数,阳离子要减去电荷数,阴离子要加上电荷数);x为与中心原子结合的原子数;b为与中心原子结合的原子最多能 接受 的电子数(氢原子为1,其他原子=8-该原子的价电子数,如卤族元素为1,氧族元素为2等)。
3.VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系
电子 对数 σ键 电子对 孤电子 对数 VSEPR 模型名称 分子(或离子) 空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SnBr2
4 4 0 正四面 体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
应用提升 VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系
(1)VSEPR模型反映中心原子的价层电子对的空间结构,而分子(或离子)的空间结构是指σ键电子对的空间结构,不包括孤电子对。
(2)VSEPR模型和分子的空间结构不一定相同,还要看中心原子是否有孤电子对,若不含孤电子对,二者空间结构相同,否则不相同。
(3)根据VSEPR模型判断分子(或离子)的空间结构时,要略去孤电子对。
二、杂化轨道理论简介
1.理论要点
(1)当原子成键时,原子中能量 相近 的价电子轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数 不变 ,得到与原轨道数目 相等 、方向 不同 的一组新的杂化轨道。
(2)杂化轨道数不同,轨道间的 夹角 不同,形成分子的空间结构也不同。
2.杂化轨道的类型
3.杂化轨道类型与分子(或离子)空间结构的关系
分子(或离子)(A为中心原子) 中心原子的孤电子对数 中心原子 的杂化方式 分子(或离子)的空间结构 实例
AB2 0 sp 直线 形 BeCl2
1 sp2 V形 SO2
2 sp3 V 形 H2O
AB3 0 sp2 平面三角形 BF3
1 sp3 三角锥 形 NH3
AB4 0 sp3 正四面体 形 CH4
微点拨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。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。
( √ )
(2)PH3分子的空间结构为三角锥形,则P原子采取sp2杂化。( × )
(3)所有空间构型为平面三角形的分子,中心原子均采取sp3杂化。( × )
三、分子的性质
1.共价键的极性和分子的极性
(1)键的极性对化学性质的影响
键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如,羧酸(R—COOH)的酸性强弱与其分子的组成和结构有关,烃基(R—)是推电子基团,烃基越长推电子效应 越大 ,使羧基中的羟基的极性 越小 ,羧酸的酸性 越弱 。
(2)分子的极性
类型 非极性分子 极性分子
形成原因 正电中心和负电中心 重合 正电中心和负电中心 不重合
存在的共价键 非极性键或极性键 极性键(可能有非极性键)
分子内原 子排列 对称 不对称
微点拨根据分子中化学键的极性的向量和判断分子的极性,当分子中各个键的极性的向量和等于0时,是非极性分子,否则是极性分子。
2.范德华力及其对物质性质的影响
3.氢键及其对物质性质的影响
4.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。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度 增大 。
(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。乙醇中的—OH与水分子的—OH相近,因而乙醇能与水互溶。
5.分子的手性
旁栏边角 选择性必修2第二章第三节
阅读教材“思考与讨论”,判断下列说法的正误。
(1)双原子分子的极性与所含共价键的极性相同。( √ )
(2)P4和C60分子只含非极性键,分子结构对称,故都是非极性分子。( √ )
(3)CO2、NH3、H2O都只含极性键,故都是极性分子。( × )
(4)多原子分子的极性与键的极性、分子的对称性有关。( √ )
应用提升 分子极性与键的极性的关系
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)臭氧(O3)分子有极性,分子中的共价键是极性键。( √ )
(2)HF、HCl、HBr、HI的相对分子质量依次增大,故其沸点依次升高。
( × )
(3)氢键是一种特殊的化学键,具有饱和性和方向性。( × )
(4)H2O的稳定性强于H2S,其原因是H2O分子间存在氢键。( × )
增素能 精准突破
考点一
分子的空间结构与“两大”理论
【能力概述】
新 教 材 变化 新教材增加了“研究与实践·制作分子的空间结构模型”,其余内容基本未变化
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,分子空间结构的判断、中心原子杂化类型的判断等仍是新高考命题的热点
预测考向 预测2023年高考仍会重点考查分子空间结构的判断、中心原子杂化类型的判断等
考向1.价层电子对互斥模型及应用
典例突破
(1)(2021全国乙卷,35节选)H2O的键角小于NH3的键角,分析原因 。
(2)(2021山东卷,16节选)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为 。OF2分子的空间结构为 。
(3)(2020全国Ⅰ卷,35节选)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 。
答案 (1)NH3中N原子含有1对孤电子对,而H2O中O原子含有2对孤电子对,H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大
(2)5 V形 (3)正四面体形 4
解析 (1)H2O分子中O原子和NH3分子中N原子的价层电子对数均为4,前者有2对孤电子对,后者有1对孤电子对,由于孤电子对的排斥力大于σ键电子对,则中心原子含有孤电子对越多,共价键的键角越小,故H2O的键角小于NH3的。
(2)XeF2中心原子的价层电子对数为2+ (8-2×1)=5;OF2分子中O原子的价层电子对数为2+ (6-2×1)=2+2=4,含2对孤电子对,则VSEPR模型为四面体形,略去孤电子对,可推知OF2的空间结构为V形。
考题点睛
针对训练
1.(2021天津河西区高三期末)第ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含第ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。下列说法正确的是( )
A.O、S、Se元素的第一电离能:O>S>Se
B.气态SeO3、 的VSEPR模型均为平面三角形
C.NH3、H2S的VSEPR模型和分子的空间结构均相同
D.S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,则S原子采取的杂化方式为sp2杂化
答案 A
解析 同主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小,则O、S、Se元素的第一电离能为O>S>Se,A正确。SeO3的VSEPR模型为平面三角形, 的VSEPR模型为四面体形,B错误。NH3中N原子含有3个成键电子对和1个孤电子对,H2S分子的S原子最外层含有2个成键电子对和2个孤电子对,则二者的VSEPR模型均为四面体形,而NH3的空间结构为三角锥形,H2S分子的空间结构为V形,C错误。由S8分子的结构可知,S原子采取sp3杂化,D错误。
2.(1)(2020山东卷,17节选)常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间结构为 ;NH3、PH3、AsH3的键角由大到小的顺序为 。
(2)(2022湖南卷,节选)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种
抗癌新药,其结构简式如下:
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar] ;
②该新药分子中有 种不同化学环境的C原子;
③比较键角大小:气态SeO3分子 (填“>”“<”或“=”)离子,原因是 。
(3)(2022北京卷,节选)比较 和H2O分子中的键角大小并给出相应解释:
。
(2)①硒元素的原子序数为34,基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p4。
②由结构简式可知,乙烷硒啉的分子结构对称,分子中含有8种不同化学环境的碳原子。
③三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°。
归纳总结
考向2.杂化轨道理论及应用
典例突破
(1)(2021河北卷,17节选)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为 ,其中P采取 杂化方式。
(2)(2021全国甲卷,35节选)SiCl4是生产高纯硅的前驱体,其中Si采取的杂化类型为 。
(3)(2021湖南卷,18节选)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 ;硅和卤素单质反应生成SiX4,气态SiX4分子的空间结构是 。
解析 (1)KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2是一元弱酸,分子中含1个—OH,另
外2个H与P成键,还有一个O与P形成双键,故其结构式为 。
P原子形成4个σ键、没有孤电子对,故其价层电子对数为4,P原子采取sp3杂化。
(2)SiCl4中Si原子价层电子对数为4+ (4-4×1)=4,则其采取的杂化类型为sp3。
(3)N-甲基咪唑分子中,—CH3碳原子只形成单键,则采取sp3杂化;五元杂环上碳原子形成2个单键和1个双键,则采取sp2杂化。SiX4中Si原子价层电子对数为4+ (4-4×1)=4,不含孤电子对,则VSEPR模型和SiX4的空间结构均为正四面体形。
针对训练
1.(1)(2020全国Ⅱ卷,35节选)有机碱 中,N原子的杂化轨道类型是 。
(2)(2020全国Ⅲ卷,35节选)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:
(3)(2020山东卷,17节选)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,该螯合物中N的杂化方式有 种。
答案 (1)sp3 (2)sp3 sp2 (3)1
解析 (1)有机碱 中,N原子形成4个σ键,不含孤电子对,则N的价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3杂化。
(2)NH3BH3分子中B原子的价层电子对数为4,B原子杂化方式为sp3;根据
的结构可知,B原子价层电子对数为3,B原子的杂化方式为sp2,故反应中B原子的杂化方式由sp3变为sp2。
(3)螯合物中所有氮原子均采取sp2杂化,即N的杂化方式有1种。
2.(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是 、 。
(2)NH4H2PO4中,P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。
(3)(2022河北卷,节选) 的空间结构为 ,其中心离子杂化方式为 。
答案 (1)sp3 sp3 (2)sp3 σ (3)三角锥形 sp3杂化
解析 (1)乙二胺中N原子形成3个单键,含有1对孤电子对,属于sp3杂化;C原子形成4个单键,不存在孤电子对,故属于sp3杂化。
(2)NH4H2PO4中P原子的价层电子对数为4,故P原子的杂化类型是sp3,另外,杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对,故P原子的sp3杂化轨道与氧原子的2p轨道形成σ键。
归纳总结
判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据中心原子价层电子对数判断
中心原子价层电子对数 2 3 4
杂化轨道类型 sp杂化 sp2杂化 sp3杂化
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断
杂化轨道之间的夹角 109°28' 120° 180°
杂化轨道类型 sp3杂化 sp2杂化 sp杂化
(3)根据分子(或离子)的空间结构判断
分子(或离子)的空间结构 杂化类型
四面体形或三角锥形 sp3
平面三角形 sp2
直线形 sp
V形 有2对孤电子对 sp3
有1对孤电子对 sp2
考点二
分子的性质及应用
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 增加了“资料卡片·臭氧是极性分子”“键的极性对化学性质的影响”“科学·技术·社会:分子结构修饰与分子的性质、壁虎与范德华力”,删去“无机含氧酸分子的酸性”
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,物质的熔、沸点比较及分析仍是新高考的命题点,另外分子的极性、溶解性、手性等也可能进行考查。
预测考向 预测2023年高考仍会考查分子的极性和键的极性、范德华力和氢键等
考向1.分子的极性和键的极性
典例突破
(2021山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是( )
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杂化方式均相同
答案 B
解析 甲醇可看成是甲烷分子中的一个氢原子被羟基取代得到的,是由极性键组成的极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B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,而偏二甲肼[(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正确;CH3—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杂化方式均为sp3,D正确。
针对训练
1.(2021福建莆田高三期末)二氯化二硫(S2Cl2)是非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点为80 ℃,沸点为135.6 ℃,对于二氯化二硫叙述正确的是( )
B.分子中既有极性键又有非极性键
C.二氯化二硫属于非极性分子
D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
答案 B
解析 类似于H2O2分子的结构,二氯化二硫的结构式为Cl—S—S—Cl,其电子式为 ,A项错误;分子中Cl—S是极性键,S—S是非极性键,B项正确;二氯化二硫分子呈空间立体结构,分子结构不完全对称,正、负电荷的中心不重合,属于极性分子,C项错误;S原子半径大于Cl原子半径,则S—Cl的键长小于S—S的键长,故S—Cl的键能大于S—S的键能,D项错误。
2.已知:三氟乙酸(CF3COOH)的酸性大于三氯乙酸(CCl3COOH)的酸性。下列对于该事实的解释不正确的是( )
A.CF3COOH的相对分子质量小于CCl3COOH的相对分子质量
B.氟的电负性强于氯的电负性
C.CF3COOH分子中羧基上的羟基更易电离出H+
D.F—C的极性强于Cl—C的极性
答案 A
解析 酸性的强弱与相对分子质量的大小没有直接关系。
考向2.范德华力和氢键及对物质性质的影响
典例突破
(1)(2021全国甲卷,35节选)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。
(2)(2021全国乙卷,35节选)NH3的沸点比PH3的 ,原因是 。
(3)(2021广东卷,20节选)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为 。
答案 (1)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多
(2)高 NH3形成分子间氢键 (3)H2O>H2S>CH4
解析 (1)甲醇分子之间、水分子之间都存在氢键,甲硫醇分子之间只存在范德华力,甲硫醇的沸点最低。甲醇分子之间氢键的总强度低于水分子之间氢键的总强度,则水的沸点高于甲醇,因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。
(2)NH3形成分子间氢键,PH3只存在范德华力,故NH3的沸点比PH3的高。
(3)H2S、CH4、H2O均为分子晶体,H2O分子间存在氢键,沸点较高,H2S、CH4的分子间范德华力随相对分子质量增大而增加,因此沸点由高到低顺序为H2O>H2S>CH4。
考题点睛
针对训练
1.(2021辽宁鞍山高三期末)中科院国家纳米科学中心科研员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”,实现了氢键的实空间成像,为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。下列有关氢键说法不正确的是( )
A.由于氢键的存在,HF的稳定性强于H2S
B.由于氢键的存在,乙醇比甲醚(CH3—O—CH3)更易溶于水
C.由于氢键的存在,沸点:HF>HI>HBr>HCl
D.由于氢键的存在,冰能浮在水面上
答案 A
解析 由于电负性:F>S,则氢化物的稳定性:HF>H2S,与氢键无关,A错误;乙醇与水形成氢键,增大了乙醇在水中的溶解度,甲醚不能与水形成氢键,故乙醇比甲醚更易溶于水,B正确;HF能形成氢键,其沸点在第ⅦA族元素形成的氢化物中最高,HI、HBr、HCl分子间只存在范德华力,且相对分子质量逐渐减小,范德华力逐渐减弱,其沸点逐渐降低,故沸点:HF>HI>HBr>HCl,C正确;由于氢键的存在,水结成冰后体积膨胀,密度变小,冰能浮在水面上,D正确。
2.(1)(2021湖南卷,18节选)硅和卤素单质反应可以得到SiX4,SiX4的熔、沸点如下表:
物质 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
0 ℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是 (填化学式),沸点依次升高的原因是 。
(2)(2020全国Ⅲ卷,35节选)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(Hδ+),与B原子相连的H呈负电性(Hδ-)。CH3CH3熔点比NH3BH3 (填“高”或“低”),原因是在NH3BH3分子之间,存在 ,也称“双氢键”。
(3)(2022山东济宁高三模拟,节选)氨硼烷(H3NBH3)是目前最具潜力的储氢材料之一。
①氨硼烷能溶于水,其原因是 。
②氨硼烷分子中与N相连的H呈正电性,与B原子相连的H呈负电性,它们之间存在静电相互吸引作用,称为双氢键,用“N—H…H—B”表示。以下物质之间可能形成双氢键的是 。
A.苯和三氯甲烷
B.LiH和HCN
C.C2H4和C2H2
D.B2H6和NH3
答案 (1)SiCl4 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
(2)低 Hδ+与Hδ-的静电引力
(3)①氨硼烷为极性分子,且氨硼烷分子和水分子之间可以形成氢键
②BD
解析 (1)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。
(2)CH3CH3的熔点比NH3BH3的熔点低,原因是NH3BH3分子间存在Hδ+与Hδ-的静电引力,而CH3CH3分子间只存在范德华力。
(3)①氨硼烷能溶于水,是由于氨硼烷分子是极性分子,且与水分子之间可以形成氢键,增加了分子之间的相互吸引作用。②在苯和三氯甲烷分子中H都呈正电性,因此不存在双氢键,A项不符合题意;在LiH中H呈负电性,而在HCN中H呈正电性,因此二者之间存在双氢键,B项符合题意;在C2H4和C2H2中H都呈正电性,因此不存在双氢键,C项不符合题意;在B2H6中H呈负电性,在NH3中H呈正电性,因此二者之间存在双氢键,D项符合题意。
归纳总结
(1)一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增加,范德华力逐渐增大。
(2)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质,范德华力越强,物质的熔点、沸点越高,硬度越大。
(3)分子间氢键对物质性质的影响主要表现为使物质的熔、沸点升高,对电离和溶解度等产生影响。
研专项 前沿命题
陌生物质分子结构及性质的推测
题型 考查内容 选择题 非选择题 考查知识 判断原子的价层电子对数、杂化方式,推测物质的性质(如熔点、沸点、溶解性等)
核心素养 证据推理与模型认知
例题.(1)(2021山东卷,16节选)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是
(填字母)。
A.sp B.sp2 C.sp3 D.sp3d
(2)(2021全国甲卷,35节选)SiCl4可发生水解反应,机理如下:
含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2;②sp3d;③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为 (填标号)。
思路指导
(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,XeF2中心原子的价层电子对数;
(2)SiCl4发生水解反应的机理:
解析 (1)XeF2中Xe的价层电子对数为5,根据杂化过程中原子轨道总数不变可知,Xe原子要形成5个杂化轨道,sp、sp2、sp3杂化轨道总数分别为2、3、4,而sp3d杂化轨道总数为1+3+1=5,据此推测XeF2中心原子杂化方式为sp3d。
(2)中间体SiCl4(H2O)中Si形成5个σ键,则Si的价层电子对数为5,杂化轨道数总数为5。
dsp2、sp3d、sp3d2杂化的轨道总数依次为4、5、6,据此推测Si采取的杂化类型为sp3d。
答案 (1)D (2)②
突破方法
推测陌生分子中心原子的杂化方式
中心原子杂化方式除了教材中介绍的sp、sp2、sp3杂化外,还有sp3d、dsp2、sp3d2、d2sp3等杂化类型。推测中心原子的杂化类型,要依据杂化过程中原子轨道总数不变,推测依据:中心原子价层电子数=σ键电子对数+孤电子对数=杂化轨道总数。
针对训练
1. (双选)《梦溪笔谈》有记:“馆阁新书净本有误书处,以雌黄涂之。” 在中国古代,雌黄(As2S3)经常用来修改错字,其结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.As、S原子的杂化方式均为sp2
B.AsH3的沸点比NH3的低
C.与As同周期且基态原子核外未成对电子数目相同的元素只有V
D.已知As2F2分子中各原子均满足8电子结构,分子中σ键和π键的个数比为3∶1
答案 AC
解析 As2S3分子中,As形成3个单键,含有1对未成键电子对,杂化轨道数为4,杂化方式为sp3;S原子形成2个单键,含有2对未成键电子对,杂化轨道数为4,杂化方式也是sp3,A错误;NH3分子间存在氢键,导致其沸点较高,即AsH3的沸点比NH3的低,B正确;基态As原子未成对电子数是3,第四周期元素中,与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素有V、Co,C错误;As2F2分子中各原子均满足8电子结构,其结构式为F—As=As—F,1个单键是1个σ键,1个双键中含有1个σ键,1个π键,则As2F2分子中σ键的数目为3,π键的数目为1,σ键和π键的个数比为3∶1,D正确。
2.(1)(2021全国乙卷,35节选)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。
PH3中P的杂化类型是 。
(2)(2022山东卷,节选)①吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。
已知吡啶中含有与苯类似的 大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据 (填字母)。
A.2s轨道 B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
②在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是 , 。
解析 (1)由PH3的空间结构可知,P原子形成3个P—H且含1对孤电子对,则P原子的价层电子对数为4,其杂化类型为sp3。(共81张PPT)
第5讲 晶体结构与性质
第五章
内容索引
01
02
强基础 增分策略
增素能 精准突破
研专项 前沿命题
03
【课程标准】
1.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.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。
5.知道物质的聚集状态会影响物质的性质,通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。
强基础 增分策略
一、物质的聚集状态与晶体的常识
1.物质的聚集状态
(1)物质三态间的相互转化 物理变化、分子间距离发生变化
(2)等离子体和离子液体 气态和液体物质不一定都由分子构成
等离子体是由 电子 、阳离子和 电中性 粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。离子液体是熔点不高的仅由 离子 组成的液体物质。
2.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
类型 晶体 非晶体
结构特征 结构微粒周期性有序排列 结构微粒 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 看是否有固定的 熔点
科学方法 对固体进行 X射线衍射 实验
(2)得到晶体的三种途径
(3)晶胞
①定义:描述晶体结构的 基本单元 。
②晶体中晶胞的排列——“无隙并置”
旁栏边角 选择性必修2第三章第一节和第三节
阅读教材“科学·技术·社会—等离子体、液晶和离子液体”,判断下列说法的正误。
(1)气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生等离子体。
( √ )
(2)在日光灯和霓虹灯的灯光、蜡烛火焰、雷电里,都能找到等离子体。
( √ )
(3)液晶就是液态晶体,具有液体的流动性和形变性。( × )
(4)离子液体难挥发是由于离子液体的粒子全都是带电荷的离子。( √ )
应用提升 列表比较等离子体、液晶和离子液体
类别 等离子体 液晶 离子液体
构成或存在 状态 电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子) 介于液态和晶态之间的物质状态 体积很大的阴离子、阳离子
特性 具有良好的导电性和流动性 具有液体的流动性、黏度、形变性等,具有类似晶体的各向异性 难挥发、良好导电性、可作溶剂和催化剂
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)冰和碘固体都是晶体,内部存在的相互作用力完全相同。( × )
(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列。( √ )
(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,说明晶体具有自范性。( √ )
(4)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验。
( √ )
二、晶体类型与微粒间作用力
1.四种晶体类型的比较
晶体类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子 分子 原子 金属阳离子 和 自由电子 阴、阳离子
粒子间的 相互作用力 分子间作用力 共价键 金属键 离子键
硬度 较小 很大 有的很大,有的很小 较大
熔、沸点 较低 很高 有的很高,有的很低 较高
溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 常见溶剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂
导电、 传热性 一般不导电,溶于水后有的导电 一般不具有导电性 电和热的 良 导体 晶体 不导 电,水溶液或熔融态
导 电
2.金属键的本质——“电子气理论”
3.典型晶体的结构及分析
(1)共价晶体
金刚石晶体中,每个C与另外 4 个C形成共价键,C—C之间的夹角是109°28',最小的环是 六 元环。含有1 mol碳的金刚石中,形成的共价键为 2 mol。
(2)分子晶体
①干冰晶体中,每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有 12 个。
②冰的结构模型中,每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接,含1 mol H2O的冰中,最多可形成“氢键”数目为 2NA 个。
(3)离子晶体
①NaCl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 。每个晶胞含 4 个Na+和 4 个Cl-。
②CsCl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)混合型晶体—石墨晶体
石墨晶体结构
石墨层状晶体中,每个碳原子的配位数为 3 ,有1个未参与杂化的2p轨道,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 2 ;石墨的导电性只能沿着 石墨平面 的方向。
旁栏边角 选择性必修2第三章第二节
阅读教材“资料卡片·某些共价晶体的熔点和硬度”,判断下列说法的正误。
(1)天然金刚石是自然界中硬度最大的物质,其硬度与共价键有关。( √ )
(2)熔点:金刚石>碳化硅>硅,其原因是键能和键长:C—C>C—Si>Si—Si。
( × )
(3)金刚石受较大外力作用会发生原子错位而破碎,与共价键的方向性有关。
( √ )
(4)高温、高压、催化剂条件下,石墨转化为金刚石,碳原子的杂化方式由sp2转变为sp3。( √ )
应用提升 共价晶体的硬度和熔点及影响因素
(1)共价晶体的硬度、熔点都与共价键的强弱有关,一般来说,共价键的键长越短、键能越大,共价晶体的硬度越大,熔点越高。
(2)分析思路:原子半径越小→键长越短→键能越大→共价键越强→共价晶体的熔点越高、硬度越大。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体。( × )
(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。( × )
(3)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。( × )
(4)共价晶体的熔点不一定比离子晶体的高,如MgO的熔点高于SiO2。
( √ )
(5)干冰晶体和碘晶体中分子均有4种不同的取向。( × )
(6)CO2由分子晶体转变为共价晶体,碳原子的杂化方式发生变化。( √ )
(7)NaCl晶体和CsCl晶体的结构相似,配位数均为6。( × )
(8)金刚石晶体中,最小环上有6个原子。( √ )
增素能 精准突破
考点一
晶胞的结构及相关计算
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 新教材增加了“思考与讨论”“探究·准晶”等,其余内容基本未变化
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,晶胞的结构及计算等仍是新高考命题的热点,涉及晶体的密度、空间利用率等计算
预测考向 预测2023年高考仍会重点考查晶胞的结构及相关计算,侧重考查空间想象能力及简单计算能力
考向1.计算晶胞中粒子数及晶体的密度
典例突破
(2021广东卷,20节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
(1)图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是 。
(2)图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb= 。
(3)设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为 g·cm-3(列出算式)。
答案 (1)图b不具有“无隙并置”的特点
(2)4 1∶1∶2 (3) ×1021
解析 (1)对比图b和图c可知,图b不符合晶胞是晶体的最小重复单元的要求。
(2)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为对象,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,同时右侧晶胞中有2个Sb与该Hg距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶点、面心、体心,则1个晶胞中
含有Ge的个数为 ;Hg原子位于棱边、面心,则1个晶胞中含有Hg的个数为 ,则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。
考题点睛
针对训练
1.(2022山东日照三模,节选)一种钛硅碳新型材料可用作高铁车体与供电网的连接材料。该材料的晶胞属于六方晶系(x、y方向的夹角为120°,z方向垂直于x、y方向,底面棱长均为a nm,侧面棱长为c nm),其晶胞结构如图甲所示;晶胞中碳原子的投影位置如图乙所示。
(1)该钛硅碳新型材料的化学式为 。
(2)已知该材料的摩尔质量为M g·mol-1,密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则c= (用含a、b、NA的计算式表示)。
2.(2021湖南卷,18节选)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
(1)已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示 原子(填元素符号),该化合物的化学式为 。
(2)已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,则该晶体的密度ρ= g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA,用含a、b、c、NA的代数式表示)。
归纳总结 利用“均摊法”进行晶胞的相关计算
(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数的计算:
(2)“三棱柱”晶胞和“六棱柱”晶胞中不同位置粒子数的计算:
三棱柱
六棱柱
(3)确定晶体的化学式
(4)计算晶体的密度
考向2.计算原子的空间利用率
典例突破
(2021全国乙卷,35节选)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。
(1)处于顶角位置的是 原子。
(2)设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为 %(列出计算表达式)。
针对训练
1.GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。
(1)该晶体的类型为 ,Ga与As以
键键合。
(2)Ga和As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,设阿伏加德罗常数的值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。
2.(2021河北石家庄二模)As与Co形成的某种化合物的晶胞如图a所示,其中部分晶胞中As的位置如图b所示。
(1)该化合物的化学式为 。
(2)若化合物的摩尔质量为M g·mol-1,密度为ρ g·cm-3。Co和As的原子半径分别为r1 pm和r2 pm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 (列出表达式即可)。
归纳总结
计算原子的空间利用率
考点二
晶体类型的判断及性质比较
【能力概述】
【新教材·新高考】
新 教 材 变化 删去“金属晶体”的堆积方式;新教材增加“过渡晶体”;改“原子晶体”为“共价晶体”。增加栏目,介绍“离子液体”;删去CaF2晶胞和晶格能的介绍
新 高 考 高频考点 从近两年新高考试题来看,晶体类型的判断、晶体的熔、沸点比较等仍是新高考命题的热点
预测考向 预测2023年高考仍会重点考查晶体类型的判断、晶体的熔、沸点比较
考向1.晶体类型的判断
典例突破
(2021天津卷,2)下列各组物质的晶体类型相同的是( )
A.SiO2和SO3 B.I2和NaCl
C.Cu和Ag D.SiC和MgO
答案 C
解析 SiO2的晶体类型为共价晶体,SO3的晶体类型为分子晶体,晶体类型不同,A错误;I2的晶体类型为分子晶体,NaCl的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,B错误;Cu和Ag的晶体类型都为金属晶体,晶体类型相同,C正确;SiC的晶体类型为共价晶体,MgO的晶体类型为离子晶体,晶体类型不同,D错误。
针对训练
1.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型。
(1)碳化铝,黄色晶体,熔点2 200 ℃,熔融态不导电: 。
(2)溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,熔融态不导电: 。
(3)五氟化矾,无色晶体,熔点19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等: 。
(4)溴化钾,无色晶体,熔融状态或溶于水中都能导电: 。
(5)SiI4,熔点120.5 ℃,沸点287.4 ℃,易水解: 。
(6)硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大: 。
(7)硒,熔点217 ℃,沸点685 ℃,溶于氯仿: 。
(8)锑,熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,导电: 。
答案 (1)共价晶体 (2)分子晶体 (3)分子晶体 (4)离子晶体 (5)分子晶体 (6)共价晶体 (7)分子晶体 (8)金属晶体
解析 共价晶体和离子晶体的熔点一般较高,两者最大的差异是熔融态的导电性不同。共价晶体熔融态不导电,离子晶体熔融时或其水溶液能导电。共价晶体和分子晶体的区别则主要在于熔、沸点有很大差异。一般共价晶体和分子晶体熔融态时都不能导电。另外易溶于某有机溶剂往往也是分子晶体的特征之一。通常金属晶体都能导电。
2.(1)(2021全国甲卷,35节选)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。单晶硅的晶体类型为 。
(2)(2020山东卷,17节选)Sn为第ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,其固体的晶体类型为 。
答案 (1)共价晶体 (2)分子晶体
归纳总结
判断晶体类型的“两种”常用方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断
由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体;由原子形成的共价键构成的晶体为共价晶体;由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体;由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体。
(2)依据晶体的熔点判断
不同类型晶体熔点的一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,铯等熔点很低。
考向2.晶体的熔、沸点比较及原因分析
典例突破
(1)(2021山东卷,16节选)OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是 。
(2)(2021湖南卷,18节选)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域,晶体硅和碳化硅熔点较高的是 (填化学式)。
(3)(2021广东卷,20节选)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为 。
答案 (1)低于 OF2相对分子质量小,分子间作用力小
(2)SiC (3)H2O>H2S>CH4
解析 (1)OF2和Cl2O的晶体都是分子晶体,范德华力影响其熔、沸点,而相对分子质量越大,范德华力越强,其熔、沸点越高。
(2)晶体硅和碳化硅都是共价晶体,硅原子半径大于碳原子,则键长:Si—Si>Si—C,键能:Si—Si(3)固态H2S、CH4、H2O都属于分子晶体,H2O分子间存在氢键,H2S、CH4分子间只存在范德华力,且H2S的相对分子质量大,范德华力大,其沸点高于CH4,故沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。
考题点睛
针对训练
1.(2021湖北黄冈中学6月适应考)元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2;元素Y基态原子的3p轨道上有1对成对电子。X与Y形成的化合物的晶胞结构如图所示,下列关于该晶体的说法正确的是( )
A.该晶体属于共价晶体
B.X2+的配位数为8,Y2-的配位数为4
C.与每个X2+距离最近且相等的X2+共有12个
D.该晶体的熔点比氧化锌高
答案 C
解析 元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,则内层电子数=2+8+18=28,且最外层电子数为2,所以该原子有30个电子,为Zn元素;元素Y基态原子的3p轨道上有1对成对电子,说明3p轨道上有4个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p4,则Y是S元素,则晶体的化学式为ZnS。ZnS含有Zn2+和S2-,属于离子晶体,A错误;晶体的化学式为ZnS,Y2-的配位数为4,则X2+的配位数也为4,B错误;由晶胞可知,与每个X2+距离最近的X2+有12个,C正确;离子晶体ZnO的离子键比ZnS的离子键强,则ZnO的熔点比ZnS高,D错误。
2.(1)(2020天津卷,17节选)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为 。
(2)(2020全国Ⅱ卷,35节选)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是 。
化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4
熔点/℃ 377 -24.12 38.3 155
(3)①K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔、沸点等都比金属Cr低,原因是 。
②在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 ══ CH3OH+H2O)所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
答案 (1)NiO>CoO>FeO
(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大分子间作用力增大,熔点逐渐升高
(3)①K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
②H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键数目比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,分子间作用力较大
解析 (1)三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,离子半径Fe2+>Co2+>Ni2+,离子键按FeO、CoO、NiO的顺序依次增强,而离子键越强,离子晶体的熔点越高,故其熔点由高到低的顺序为NiO>CoO>FeO。
(2)根据题表数据,可以得出TiF4的熔点最高,其晶体类型应该为离子晶体,其他三种卤化物晶体类型应该为分子晶体,根据影响晶体熔点的因素,离子键强度大于分子间作用力,所以TiF4熔点最高,其他三种卤化物随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高。
归纳总结
不同晶体熔点高低的比较
(1)看物质所属晶体类型,一般情况下,晶体的熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)同类晶体熔点比较思路
研专项 前沿命题
坐标参数、晶胞投影图的分析与应用
题型 考查内容 非选择题 考查知识 考查原子坐标参数(或分数坐标),结合晶胞投影图推测晶胞的结构,并进行相关计算
核心素养 证据推理与模型认知
考向1确定原子的分数坐标
例1.(1)(2021山东卷,16节选)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 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。
(2)(2020山东卷,17节选)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,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。
坐标 x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有 个。
思路指导
(1)
(2)
解析 (2)坐标原点是黑球Cd(0,0,0),又知晶体的化学式为CdSnAs2,结合晶胞结构推知,Sn是白球,As是灰球。有4个Sn位于棱上(折合为1个),另外有6个Sn位于面上(折合为3个),共4个Sn。距离Cd(0,0,0)最近的Sn有两个,分数坐标分别为(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)。观察图中白球和灰球的关系,可知与单个Sn结合的As有4个。
(2)4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
突破方法
“三步法”确定晶胞中原子的分数坐标
针对训练
1.(2022山东济南高三模拟)CsSiB3O7属正交晶系(长方体形)。晶胞参数为a pm、b pm、c pm。下图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为 。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 g·cm-3
(用代数式表示)。
解析 原子坐标为(0.5,0.2,0.5)的Cs原子位于晶胞体内,原子坐标为(0,0.3,0.5)及(1.0,0.3,0.5)的Cs原子分别位于晶胞的左侧面、右侧面上,原子坐标为(0.5,0.8,1.0)及(0.5,0.8,0)的Cs原子分别位于晶胞的上底面、下底面,原子坐标为(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
2.(2021山东各地模拟节选)(1)ZnGeP2晶胞结构如图所示。
①Ge的配位数为 ,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于 。
②原子的分数坐标,即将晶胞参数a、b、c均看作“1”所得出的三维空间坐标,则晶胞图中“2”位置的P原子的分数坐标为 。
(2)硒化锌晶胞结构如图所示,其
晶胞参数为a pm。
①相邻的Se2-与Zn2+之间的距离为 pm。
②已知原子的坐标:A点为(0,0,0),B点为(1,1,1),则C原子的坐标为 。
考向2晶胞投影图的分析及应用
例2.(2021河北卷,17节选)分别用 、 表示 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 、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 (填字母)。
思路指导
(1)计算晶体的密度
(2)
突破方法
分析晶胞投影图的方法
(1)分析晶胞沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的投影图,确定晶胞中各粒子的具体位置。
(2)结合晶胞参数,利用“均摊法”计算晶体的密度、原子的空间利用率等。
(3)结合三维坐标系及晶胞中原子的位置,确定相关原子的坐标参数(或分数坐标)。
针对训练
3.(1)(2022湖南卷,节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为 ;
②Fe原子的配位数为 ;
③该晶胞参数a=b=0.4 nm、
c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3 (列出计算式)。
(2)(2022广东卷,节选)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。
①X的化学式为 。
②设X的最简式的相对分子质量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K
之间的最短距离为 nm(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。