【高考快车道】第一部分 高考热点突破 选择题突破4 物质结构与元素周期律（课件）-化学高考二轮复习
文档属性
| 名称 | 【高考快车道】第一部分 高考热点突破 选择题突破4 物质结构与元素周期律（课件）-化学高考二轮复习 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-18 00:00:00 | ||
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文档简介
(共87张PPT)
选择题突破四 物质结构与元素周期律
突破点1 元素综合推断与元素性质
突破点2 物质结构与性质的关系
目录索引
突破点3 晶胞结构及分析
突破点1 元素综合推断与元素性质
必备知识 梳理
1.元素周期表的结构与分区
2.掌握主族元素性质的变化规律
性质 变化规律
同周期(左→右) 同主族(上→下)
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 r(阴离子)>r(阳离子) 逐渐增大
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
电离能 同周期元素随着原子序数的递增,原子的第一电离能呈增大趋势,其中第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于第ⅥA族 第一电离能逐渐减小
电负性 逐渐增大 逐渐减小
链接高考1
(2025·浙江1月选考卷)根据元素周期律,下列说法不正确的是( )
A.第一电离能:N>O>S
B.化合物中键的极性:SiCl4>PCl3
C.碱性:LiOH>KOH
D.化合物中离子键百分数:MgO>Al2O3
C
解析:基于元素在周期表中的位置和元素周期律的分析如下:
选项 关键信息 分析判断 结论
A N、O同周期,O、S同主族 N的2p轨道处于半充满状态,较难失电子,第一电离能大于O;同主族第一电离能:O>S 正确
B 电负性:SiC Li、K同主族,K的金属性强于Li 金属性越强,对应碱的碱性越强,则碱性:LiOHD 电负性:O>Al>Mg 电负性相差越大,离子键百分数越大 正确
3.元素周期表中主族元素“位—构—性”的关系模型
4.常见结构中的共价键数目
(1)卤素原子、氢原子能形成1个共价键。
(2)O、S能形成2个共价键,也可能形成若干配位键。
(3)N、P能形成3个共价键,也可能形成3个共价键和1个配位键,P还能形成5个共价键。
(4)C、Si能形成4个共价键,C也可以形成双键或三键。
(5)B能形成3个共价键,也可以形成3个共价键和1个配位键。
链接高考2
(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( )
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
D
解析: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,则Z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。W和Y可以形成H2S,其中S显-2价,因此,电负性S>H,A错误;H2SO3是中强酸,而H2SO4是强酸,因此,在相同条件下,H2SO4的酸性较强,B错误;基态氢原子只有1个电子,基态氧原子的2p轨道上有4个电子,其中有2个未成对电子,因此,基态原子的未成对电子数O>H,C错误;K的氧化物溶于水且与水反应生成强碱(KOH),S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:K>S,D正确。
关键能力 提升
提升1 元素周期律的简单应用
下列说法正确的是( )
A.苄氯是非极性分子 B.电负性:χ(F)<χ(Cl)
C.离子半径:r(F-)>r(Na+) D.X中15-冠-5与Na+间存在离子键
C
解析:苄氯分子含有饱和碳原子,且饱和碳原子连有三种不同的基团,分子空间结构不对称,故苄氯为极性分子,A错误;同主族元素从上到下电负性逐渐减小,故电负性:χ(F)>χ(Cl),B错误;电子层结构相同时,离子半径随原子序数增大而减小,故离子半径:r(F-)>r(Na+),C正确;15-冠-5是分子,与阳离子Na+之间不存在离子键,D错误。
2.(2024·重庆卷)某合金含Mg、Al、Si、Mn和Cu等元素。下列说法正确的是( )
A.Si的电负性大于Al
B.Mn和Cu均为d区元素
C.Mg的第一电离能小于Al
D.基态时,Mg原子和Mn原子的单电子数相等
A
解析:同周期主族元素从左到右元素的电负性逐渐增大,Si的电负性大于Al, A正确;基态锰原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,位于d区,基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,位于ds区,B错误;基态镁原子的价层电子排布式为3s2,基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1,镁原子最外层3s轨道达到全充满结构,铝的3p轨道未达到半充满结构,故镁的第一电离能大于铝的第一电离能,C错误;基态镁原子的价层电子排布式为3s2,没有单电子,基态锰原子的价层电子排布式为3d54s2,有5个单电子,单电子数不相等,D错误。
提升2 元素推断与元素的性质
3.(2025·陕晋青宁卷)一种高聚物(XYZ2)n被称为“无机橡胶”,可由如图所示的环状三聚体制备。X、Y和Z都是短周期元素,X、Y价层电子数相等,X、Z电子层数相同,基态Y的2p轨道半充满,Z的最外层只有1个未成对电子。下列说法正确的是( )
A.X、Z的第一电离能:X>Z
B.X、Y的简单氢化物的键角:X>Y
C.最高价含氧酸的酸性:Z>X>Y
D.X、Y、Z均能形成多种氧化物
D
解析:依据信息“基态Y的2p轨道半充满”及Y形成三个键可知,Y为氮(N)元素;由信息“X、Y价层电子数相等”“X、Y和Z都是短周期元素”“X形成5个键”知,X为磷(P)元素;由信息“X、Z电子层数相同,Z的最外层只有1个未成对电子”及Z形成一个共价键可知,Z为氯(Cl)元素。第一电离能PPH3,B项错误;最高价含氧酸的酸性: HClO4>HNO3>H3PO4,C项错误;P元素可形成P2O3、P2O5等,N元素可形成NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5等,Cl元素可形成Cl2O、Cl2O3、ClO2、Cl2O5、Cl2O7等,D项正确。
4.(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( )
A.原子半径:WB.第一电离能:XC.单质沸点:ZD.电负性:WC
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代表的元素分别为H、C、N、O、Na、Cl。原子半径:H学科素养 发展
1.(2025·云南卷)钙霞石是一种生产玻璃陶瓷的原料,所含M、Q、R、T、X、Y、Z为原子序数依次增大的前20号主族元素,M是原子半径最小的元素,Q是形成物质种类最多的元素,R是地壳中含量最高的元素;T、X、Y同周期,Q、X均与Y相邻,Z的原子序数等于M、R和T的原子序数之和。下列说法正确的是( )
A.M与Z可形成离子化合物
B.原子半径:RC.QR2是极性分子
D.电负性:YA
解析:M是半径最小的元素,M为H;Q形成化合物种类最多,Q为C;R是地壳中含量最高的元素,R为O;T、X、Y同周期,且Q、X均与Y相邻,在元素周期表中只能是如图位置 ,Q为C,则Y为Si,X为Al;由于Z的原子序数等于M、R和T之和,且原子序数不大于20,则T只能为11号元素Na,Z为Ca。H和Ca形成的CaH2为离子化合物,A项正确;原子半径:Na>Al>O,B项错误;CO2为非极性分子,C项错误;电负性:O>C>Si,D项错误。
2.(2025·河北唐山一模)W、X、Y、Z、Q为短周期主族元素,原子序数依次增大,W的原子半径最小,X的基态原子核外有3个未成对电子,Z元素的焰色试验呈黄色,QY2可用于自来水消毒。下列说法一定正确的是( )
A.简单离子半径:YB.电负性:YC.含氧酸的酸性:XD.X的VSEPR模型为四面体形
D
解析:Z元素的焰色试验呈黄色,所以Z是Na,W的原子半径最小,短周期主族元素中原子半径最小的是H,所以W是H,基态原子核外有3个未成对电子,原子序数小于Na,则X是N,QY2用于自来水消毒,常见的是ClO2,故Y是O,Q是Cl。O2-和Na+的电子层结构相同,根据电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径:O2->Na+,A错误;ClO2中O显负价,O的电负性大于Cl,B错误;X为N,Q为Cl,N的含氧酸如HNO3,Cl的含氧酸如HClO,HNO3的酸性强于HClO,C错误;X对应的是N,中心氮原子的价层电子对数为4+=4,则N的VSEPR模型为四面体形,D正确。
3.(2025·湖北卷)某化合物的分子式为XY2Z。X、Y、Z三种元素位于同一短周期且原子序数依次增大,三者的原子核外电子层数之和与未成对电子数之和相等,Z是周期表中电负性最大的元素。下列说法正确的是( )
A.三者中Z的原子半径最大
B.三者中Y的第一电离能最小
C.X的最高化合价为+3
D.XZ3与NH3键角相等
B
解析:依据信息“Z是周期表中电负性最大的元素”可知,Z是氟(F);据已知可得,X、Y及F的未成对电子数之和为6,则X、Y可能为C、N或N、O;据分子式XY2Z分析,X、Y分别为N、O时,化合物为NO2F,符合题意。三者中原子半径大小关系为N>O>F,A项错误;N元素的价层电子排布式为2s22p3,半充满较稳定,第一电离能关系为ON>H,则NF3中共用电子对远离中心原子导致键角变小,D项错误。
4.(2025·黑吉辽蒙卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙[(YW2)2XZ],开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y、Z同周期,基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是( )
A.第一电离能:Z>Y>X
B.甲中不存在配位键
C.乙中σ键和π键的数目比为6∶1
D.甲和乙中X杂化方式分别为sp和sp2
D
解析:由信息“基态X、Z原子均有2个单电子”及“X、Y、Z同周期”可初步确定X、Z可能为C、O或Si、S,再结合无机物甲、有机物乙的化学式,可确定X、Z分别为C、O;由X、Y、Z的原子序数依次增大,推出Y为N,则W为H。第一电离能:N>O>C,A项错误;N中存在H+与NH3间的配位键,B项错
误;有机物乙的结构简式为 ,其中σ键和π键数目之比为7∶1,C项错误;甲中X、Y之间为碳氮三键,乙中X、Z之间为碳氧双键,D项正确。
突破点2 物质结构与性质的关系
必备知识 梳理
1.共价键
(1)共价键的分类
分类标准 成键类型
依据共用电子对是否偏移 极性共价键:不同种元素原子间形成的共价键
非极性共价键:同种元素原子间形成的共价键,一般情况下是非极性共价键
依据成键方式 σ键:电子云呈轴对称(“头碰头”,如s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键)
π键:电子云分布是对通过键轴的一个平面呈镜面对称(“肩并肩”,如p-p π键)
依据电子对→空轨道 配位键:
(2)键参数
链接高考1
(2024·江西卷)科学家发现宇宙中存在100多种星际分子。下列关于星际分子说法正确的是( )
A.分子的极性:SiH4>NH3
B.键的极性:H—Cl>H—H
C.键角:H2O>CH4
D.分子中三键的键长:HC≡N>HC≡CH
B
解析:SiH4中四个Si—H完全相同,均为极性键,但由于SiH4为正四面体结构,故为非极性分子,NH3为三角锥形结构,3个N—H的极性不能抵消,故为极性分子,A错误;H—H为非极性键,H—Cl为极性键,则键的极性:H—Cl>H—H, B正确;水分子为V形结构,中心原子含两个孤电子对,甲烷为正四面体结构,中心原子不含孤电子对,孤电子对对成键电子对的斥力较大,则键角: H2ON,分子中三键的键长:HC≡N2.分子的空间结构
(1)价层电子对互斥模型和空间结构
价层电子 对数 σ键电子 对数 孤电子 对数 VSEPR 模型名称 分子或离子 的空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 CO2、CS2、 BeCl2
3 3 0 平面 三角形 平面三角形 BF3、SO3、N、C
2 1 V形 SO2、O3、N
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 、CCl4、N
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
(2)中心原子的常见三种杂化轨道类型
杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道夹角 空间结构名称 实例
sp 2 180° 直线形 BeCl2
sp2 3 120° 平面三角形 BF3
sp3 4 109°28' 正四面体形 CCl4
3.分子的结构与物质的性质
(1)共价键的极性与分子极性的关系
(2)键的极性与物质的酸性
①三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性,原因是氟的电负性大于氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C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的极性更大,更易电离出氢离子。
②甲酸的酸性大于乙酸的酸性,原因是烷基(R—)是推电子基团,烷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。
(3)氢键、范德华力及对物质性质的影响
①范德华力
范德华力的影响因素有分子的极性和分子的相对分子质量等;
范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质,一般来说,分子结构和组成相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,物质的熔点、沸点越高。
②氢键
氢键主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点等,形成分子间氢键,其熔点、沸点升高;氢键对物质的溶解、电离等过程产生影响,与H2O形成分子间氢键,则物质在水中的溶解性增大。
(4)手性碳原子(也叫不对称碳原子)
在有机化合物中,连有四个不同原子或原子团的碳原子叫手性碳原子,如下面标*的碳原子。
链接高考2
(2025·甘肃卷)我国化学家合成了一种带有空腔的杯状主体分子(结构如图a),该分子和客体分子(CH3)4NCl可形成主客体包合物:(CH3)4N+被固定在空腔内部(结构示意图见图b)。下列说法错误的是( )
A.主体分子存在分子内氢键
B.主客体分子之间存在共价键
C.磺酸基中的S—O键能比S═O小
D.(CH3)4N+和(CH3)3N中N均采用sp3杂化
图a
图b
B
解析:主体分子结构中含有邻近的羟基和磺酸基,可形成分子内氢键,A项正确;形成主客体包合物是由于主体分子的空腔直径大小与(CH3)4N+的直径大小适配,主客体分子之间不存在共价键,B项错误;S—O的键长大于S═O的键长,故键能S—O关键能力 提升
提升1 共价键与分子的空间结构
1.(2025·黑吉辽蒙卷)Cl2O可用于水的杀菌消毒,遇水发生反应: Cl2O+H2O══2HClO。下列说法正确的是( )
A.反应中各分子的σ键均为p-p σ键
B.反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形
C.Cl—O键长小于H—O键长
D.HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对
B
解析:在H2O、HClO分子中,H—O之间存在s-p σ键,A项错误;题中3种分子均是以氧原子为中心原子,氧原子的孤电子对数均为2,故其分子的VSEPR模型均为四面体形,B项正确;原子半径:Cl>H,故键长:Cl—O>H—O,C项错误;HClO分子的电子式为,故Cl的价电子层有3个孤电子对,D项错误。
2.(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( )
A.图中○代表氟原子
B.该化合物中存在过氧键
C.该化合物中碘原子存在孤电子对
D.该化合物中所有碘氧键键长相等
C
解析:根据化学式IO2F结合结构片段图可知,图中大黑球代表碘原子,灰球代表氟原子,小白球代表氧原子,氧原子与一个碘原子成键或与两个碘原子成键,该化合物中不存在过氧键,A、B错误;有的氧原子与一个碘原子成键,有的氧原子与两个碘原子成键,所以该化合物中碘氧键的键长不相等,D错误;该化合物中碘原子孤电子对数为=1,C正确。
提升2 分子的结构与性质的关系
3.(2024·广西卷)白磷(P4)是不溶于水的固体,在空气中易自燃。下列有关白磷的说法错误的是( )
A.分子中每个磷原子的孤电子对数均为1
B.常保存于水中,说明白磷密度大于1 g·cm-3
C.难溶于水,是因为水是极性分子,P4是非极性分子
D.熔点低,是因为P4分子内的P—P键弱
D
解析:白磷的分子式为P4,每个磷原子用它的3个p轨道分别与另外3个磷原子的p轨道形成3个σ键,因此每个磷原子还有1个孤电子对,A正确;白磷在空气中容易自燃,保存于水中隔绝空气,其密度大于水,B正确;白磷为非极性分子,水为极性分子,根据相似相溶原理,白磷难溶于水,C正确;白磷属于分子晶体,分子间作用力较弱,故其熔点低,熔点低与其共价键强弱无关,D错误。
4.(2024·浙江6月选考卷)Si5Cl10中的硅原子均通过sp3杂化轨道成键,与NaOH溶液反应硅元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是( )
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
A
解析:Si5Cl10中的硅原子均通过sp3杂化轨道成键,每个硅原子形成4个单键,每个硅原子通过sp3杂化轨道与相邻的2个硅原子及2个氯原子成键,则
Si5Cl10的分子结构为 ,A错误;Si5Cl10与水反应可生成HCl,
HCl是一种强酸,B正确;Si5Cl10与NaOH溶液反应,硅元素均转化成Na2SiO3,硅元素的化合价升高,根据得失电子守恒可知,氢元素的化合价降低,会有H2生成,C正确;Si5Br10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正确。
学科素养 发展
1.(2025·河南新乡一模)类比是学习化学的重要方法。下列类比错误的是
( )
A.由键角NH3>PH3,类比推理:键角H2S>H2Se
B.由BF3空间结构为平面三角形,类比推理:BBr3空间结构为平面三角形
C.由SiCl4是非极性分子,类比推理:SF4是非极性分子
D.由酸性:CF3COOH>CCl3COOH,类比推理:酸性ClCH2COOH>BrCH2COOH
C
解析:N的电负性大于P,成键电子离N近,则键角NH3>PH3,类比推理:S的电负性大于Se,成键电子离S近,则键角:H2S>H2Se,A正确;BF3和BBr3的中心原子都是B,价层电子对数为3+=3,其空间结构均为平面三角形,B正确; SiCl4的中心原子的价层电子对数为4+=4,没有孤电子对,而SF4中心原子的价层电子对数为4+=5,有1个孤电子对,则SF4是极性分子,C错误;电负性:F>Cl,使CF3COOH中的O—H极性大,酸性:CF3COOH> CCl3COOH,同样电负性Cl>Br,则可得出酸性:ClCH2COOH>BrCH2COOH,D正确。
2.(2025·河北石家庄一模)结构决定性质是基本的化学学科思想。下列实例与解释不相符的是( )
选项 实例 解释
A H2O的热稳定性强于H2S H2O分子间可形成氢键
B HF分子的极性强于HCl分子 F比Cl的电负性大,H—F中共用电子对更偏向F
C 正戊烷的沸点高于异戊烷 异戊烷分子支链多,分子间距大,分子间作用力弱
D 钠原子的核外电子排布由[Ne]3s1变为[Ne]3p1时,形成吸收光谱 钠原子由基态变为激发态时会吸收能量
A
解析:热稳定性取决于共价键的强弱,H2O的热稳定性强于H2S是因为H—O的稳定性大于H—S,A错误;氟的电负性大于氯的电负性,H—F中共用电子对更偏向F,则F—H的极性大于Cl—H的极性,导致HF分子的极性强于HCl, B正确;分子间距越大,分子间作用力越弱,支链数目越多,熔、沸点越低,故沸点:正戊烷>异戊烷,C正确;钠原子的核外电子排布由[Ne]3s1变为[Ne]3p1时,钠原子由基态变为激发态时会吸收能量,形成吸收光谱,D正确。
3.(2025·江西萍乡一模)现有甲、乙、丙三种吡啶( )的衍生物,其结构如图所示。
下列说法正确的是( )
A.第一电离能:O>N>S
B.共价键的极性:丙中C—S>乙中C—Cl
C.—COOH的电离常数Ka:甲>乙
D.丙中O—C═O键角>C—S—H键角
D
解析:第一电离能:N>O>S,A错误;同周期主族元素从左到右电负性增大,即SC—S—H键角,D正确。
4.(2025·山东日照一模)由H、C、N、O四种元素组成的化合物的成键结构如图所示,该分子中五元环上的原子共平面。下列说法错误的是( )
A.图中 代表氮原子
B.五元环中存在的大π键为
C.该化合物中所有碳氧键键长相等
D.五元环上●原子的孤电子对位于sp2杂化轨道
C
解析:由图可知 形成3个共价键且满足稳定结构,则该原子最外层电子数为5,该原子为氮原子,A正确;五元环中每个碳原子提供1个电子,氧原子提供2个电子参与形成大π键,大π键可表示为,B正确;五元环中含大π键,而羟基氧与碳原子形成的碳氧键为单键,键长不相等,C错误;五元环上●原子采用sp2杂化,孤电子对位于sp2杂化轨道,D正确。
5.(2025·山东淄博一模)格氏试剂(RMgX)是有机合成的常用试剂, CH3CH2MgBr在乙醚溶液中结晶析出获得CH3CH2MgBr·2(CH3CH2)2O,其结构如图所示(氢原子未标出)。下列说法错误的是( )
A.氧原子存在孤电子对
B.共价键成分:Mg—CC.基态原子第一电离能:O>C>Mg
D.该物质中碳原子的杂化方式均为sp3
B
解析:氧原子的最外层有6个电子,在该化合物中氧原子形成3个共价键,所以还存在孤电子对,A正确;电负性:O>C,Mg—O的离子键成分更大,共价键成分更小,即共价键成分:Mg—C>Mg—O,B错误;同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,即基态原子第一电离能:O>C>Mg,C正确;该物质中碳原子均形成4个单键,故杂化方式均为sp3,D正确。
6.(2025·湖南岳阳一模)下列有关扩环卟啉分子P和Q(—Ar为芳香基团,除—Ar外,P和Q分子中所有原子共平面)的说法错误的是( )
A.P为非极性分子,Q为极性分子
B.第一电离能:CC.X是氧化剂,Y是还原剂
D.除—Ar外,P和Q分子中碳原子、氮原子均为sp2杂化
A
解析:扩环卟啉分子P和Q均不是中心对称,正、负电荷中心均不重合,故都是极性分子,A错误;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA、第ⅤA族元素比同周期相邻元素的第一电离能大,故第一电离能: C突破点3 晶胞结构及分析
必备知识 梳理
1.常见晶体类型及主要性质
晶体类型 物质 微粒间作用力 熔点、沸点
分子晶体 CO2(干冰) 范德华力 较低
H2O(冰) 范德华力和氢键 较低
离子晶体 NaCl 离子键 较高
CsCl 离子键 较高
共价晶体 C(金刚石) 共价键 很高
SiO2 共价键 高
金属晶体 Fe、Cu、Zn 金属键 差别很大
链接高考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
( )
A.金刚石(C) B.单晶硅(Si)
C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN,立方相)
B
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,熔点、沸点越低,在这几种晶体中,Si—Si的键长最长,故熔点最低的为单晶硅。
2.利用“均摊法”确定晶体的化学式
晶胞 平行六面体 正六棱柱 正三棱柱
均摊规则(每个粒子给晶胞的贡献) 顶角;棱上;面心;体内1 顶角;竖直棱;面心;体内1 顶角;水平棱,竖直棱;体内1
3.熟记教材中典型的晶胞结构
分析:
①体心立方晶胞(如Na):配位数为8,每个晶胞含有粒子数为1+8×=2。
②面心立方晶胞(如Cu):配位数为12,每个晶胞含有粒子数为8×+6×=4。
③干冰(CO2)晶胞:配位数为12,每个晶胞含有CO2分子数为8×+6×=4。
④氯化钠(NaCl)晶胞:Na+、Cl-的配位数均为6,每个晶胞含有Na+、Cl-的个数均为4。
⑤金刚石晶胞:8个碳原子位于立方晶胞的顶角(每个占),6个位于面心(每个占),共贡献4个原子,还有4个碳原子位于晶胞内部;碳原子均采取sp3杂化。
⑥氟化钙晶胞:Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4;每个晶胞含有4个Ca2+,8个F-。
链接高考2
(2025·浙江1月选考卷)某化合物[Fe(NH3)2]Cl2的晶胞如图所示,下列说法不正确的是( )
A.晶体类型为混合型晶体
B.NH3与二价铁形成配位键
C.该化合物与水反应有难溶物生成
D.该化合物热稳定性比FeCl2高
D
解析:该晶体中存在Fe2+、Cl-之间的离子键,Fe2+与NH3中N原子间的配位键,还存在分子间作用力,故属于混合型晶体,A正确;NH3中氮原子提供孤电子对,Fe2+提供空轨道,通过配位键形成[Fe(NH3)2]2+,B正确;Fe(NH3)2Cl2与水反应可以生成Fe(OH)2沉淀,化学方程式为Fe(NH3)2Cl2+2H2O══ Fe(OH)2↓+2NH4Cl,C正确;Fe(NH3)2Cl2中[Fe(NH3)2]2+的半径大于Fe2+, [Fe(NH3)2]2+与Cl-之间的键能小于Fe2+与Cl-之间的键能,故[Fe(NH3)2]Cl2热稳定性小于FeCl2,D错误。
关键能力 提升
提升1 晶体类型及性质
1.(2025·安徽卷)碘晶体为层状结构,层间作用为范德华力,层间距为d pm。如图给出了碘的单层结构,层内碘分子间存在“卤键”(强度与氢键相近)。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A.碘晶体是混合型晶体
B.液态碘单质中也存在“卤键”
C.127 g碘晶体中有NA个“卤键”
D.碘晶体的密度为 g·cm-3
A
解析:依据信息层内碘分子之间存在“卤键”(强度与氢键相近),层与层间是范德华力,与石墨不同(石墨层内只存在共价键),所以此晶体是分子晶体,A项错误;由层内碘分子之间存在“卤键”可知“卤键”是分子间作用力,液态碘单质中也存在“卤键”,B项正确;由图可知一个I2分子周围有4个“卤键”,一个“卤键”归两个I2分子共用,所以一个I2分子均摊2个“卤键”,127 g I2为0.5 mol,有NA个“卤键”,C项正确;由图中长方形虚线框可知晶胞的长、宽、高各为a pm、b pm、d pm,一个晶胞体积为abd×10-30 cm3,一个晶胞中含有2个I2(注意一个晶胞为两层),质量为 g,D项正确。
2.(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( )
A.电负性:MgC.晶体中存在范德华力 D.Mg2+的配位数为3
D
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的电负性小于Cl,A正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B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正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+与周围6个Cl-距离最近且相等,因此,Mg2+的配位数为6,D错误。
提升2 晶胞结构及分析
3.(2025·云南卷)(Li0.45La0.85)ScO3是优良的固态电解质材料,Ce4+取代部分La3+后产生空位,可提升Li+传导性能。取代后材料的晶胞结构示意图(O2-未画出)及其作为电解质的电池装置如下。下列说法错误的是( )
A.每个晶胞中O2-个数为12
B.该晶胞在yz平面的投影为
C.Ce4+取代后,该电解质的化学式为(Li0.45La0.85-yCey)ScO3
D.若只有Li+发生迁移,外电路转移的电子数与通过截面MNPQ的Li+数目相等
C
解析:根据晶胞图可得Sc3+个数为8×+4×=4,而晶胞化学式可写成(Li0.45La0.85)ScO3,说明O2-的个数是Sc3+的3倍,O2-的个数为12,A项正确;该晶胞在yz平面的投影正确,B项正确;Ce4+取代后,会产生空位,即La3+和Ce4+个数相加不是0.85,C项错误;根据电子转移守恒,Li+带1个正电荷,e-带1个负电荷,D项正确。
4.(2025·河北卷)SmCok(k>1)是一种具有优异磁性能的稀土永磁材料,在航空航天等领域中获得重要应用。SmCok的六方晶胞示意图如下,晶胞参数a=500 pm、c=400 pm,M、N原子的分数坐标分别为()、()。设NA是阿伏加德罗常数的值。
下列说法错误的是( )
A.该物质的化学式为SmCo5
B.体心原子的分数坐标为()
C.晶体的密度为 g·cm-3
D.原子Q到体心的距离为100 pm
D
解析:依据M、N原子的分数坐标可确定体心原子的分数坐标为(),B项正确;由均摊法可知,白球位于晶胞体心,数目为1,黑球位于晶胞体内、顶角和棱上,数目为2+8×+8×=5,故该物质的化学式为SmCo5,A项正确;晶胞的体积为a2c,则晶体密度= g·cm-3 = g·cm-3,C项正确;Q原子的分数坐标为(0,,1),而体心原子的分数坐标为(),原子Q到体心的距离为 pm= pm=50 pm,D项错误。
学科素养 发展
1.(2025·黑吉辽蒙卷)NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异,当0.44≤x≤0.95时,其立方晶胞结构如图。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.与W最近且等距的O有6个
B.x增大时,W的平均价态升高
C.密度为 g·cm-3时,x=0.5
D.空位数不同,吸收的可见光波长不同
B
解析:在晶胞中,W位于顶角,O位于棱心,则与W最近且等距的O有6个,A项正确;晶体化学式为NaxWO3,当x增大时,钠元素所带正电荷增多,则在氧原子数目不变的情况下,W的平均价态降低,B项错误;当x=0.5时,该晶胞的化学式为Na0.5WO3且一个晶胞含有1个Na0.5WO3,其密度ρ= g·cm-3= g·cm-3,C项正确;空位数不同时,对可见光存在选择性吸收,则晶体的颜色各异,D项正确。
2.(2025·山东菏泽一模)AlCl3、AlBr3水解均可得到Al(OH)3胶体,还可形成二聚体。Al2Br6( )的四方晶胞如图所示(各种棱长不相等,棱边夹角为90°,Al2Br6在棱心)。下列说法错误的是( )
A.AlCl3的沸点低于AlBr3
B.AlBr3分子中存在配位键
C.Al(OH)3胶体粒子的平均直径可能是1×10-6 m
D.晶体中与Al2Br6最近且距离相等的Al2Br6有4个
C
解析:AlCl3、AlBr3均为分子晶体,随相对分子质量增大(由Cl到Br),分子间作用力增大,熔、沸点升高,故AlCl3的沸点低于AlBr3,A正确;AlBr3常以二聚体Al2Br6的形式存在,二聚体中存在配位键,B正确;胶体粒子的直径为1~100 nm,故C错误;由所给的晶胞示意图可知,每个Al2Br6单元在晶体中与其最近且距离相等的同类单元共有4个,D正确。
3.(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M、N、P、Q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BiF3
B.粒子S、T之间的距离为a pm
C.该晶体的密度为 g·cm-3
D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个
D
解析:根据题给晶胞结构,结合均摊法可知,每个晶胞中含有1+12×=4个Bi,含有8+8×+6×=12个F,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A正确;将晶胞均分为8个小立方体,由晶胞中M、N、P、Q点的截面图可知,晶胞体内的8个F位于8个小立方体的体心,以M为原点建立坐标系,设N的原子分数坐标为(0,0,1)、与Q、M均在同一条棱上的氟离子(晶胞底面右前方)的分数坐标为(1,0,0),则T的原子分数坐标为(1,),S的原子分数坐标为(),所以粒子S、T之间的距离为×a pm=a pm,B正确;每个晶胞中有4个Bi、12个F,晶胞的体积为(a pm)3=a3×10-30 cm3,则晶体的密度为 g·cm-3= g·cm-3,C正确;以晶胞体心处铋离子为研究对象,距离其最近且等距的氟离子是位于晶胞体内的氟离子,共有8个,D错误。
4.(2025·山东济宁一模)铬可形成M、N、Q三种氟化物,其中Q具有无限链状结构,M、N的晶胞结构与Q的部分结构如图所示,M与H2反应可以得到N,下列说法错误的是( )
A.M中离氟原子最近的氟原子数为8
B.M与氢气反应生成N,生成1个N晶胞的同时生成2个HF
C.Q的化学式可表示为(CrF5)n
D.Q中铬原子周围的氟原子形成正八面体结构
D
解析:铬的氟化物中铬的原子个数小于氟的原子个数,结合M的结构可知,黑球为Cr,白球为F,M中离F最近的F的数目为8,A正确;M中Cr的个数为8×=1,F的个数为12×=3,M的化学式为CrF3,N的结构中,Cr的个数为1+8×=2,F的个数为2+4×=4,N的化学式为CrF2,N晶胞中有2个CrF2,M与氢气反应生成N,生成1个N晶胞的同时生成2个HF,B正确;Q的结构中,平均一个铬原子占有5个氟原子,化学式可表示为(CrF5)n,C正确;Q中Cr与F形成的共价键长度不完全相同,铬原子周围的氟原子形成的不是正八面体结构,D错误。
5.(2025·浙江天域名校协作体联考)某晶体中含有Fe3+、Fe2+、CN-和K+,该晶体晶胞结构如图所示,其中的K+在一定条件下能嵌入和脱嵌,可作为钾离子电池的正极材料。下列说法不正确的是( )
A.“○”位置是Fe2+
B.该晶体化学式为KFe[Fe(CN)6]
C.该晶体中C和N均提供孤电子对成为配位原子
D.该正极材料充电过程中,K+嵌入该晶体中
D
解析:一个晶胞含有Fe3+的个数为4×+2×=1,碳原子的个数为16×+4×=6,氮原子的个数为16×+4×=6,K+的个数为1,“○”的个数为4×+2×=1,在晶体中C、N两种原子是以CN-的形式存在,根据元素化合价的代数和为零可知,“○”的位置是Fe2+,A正确;由A项分析可知,该晶体的化学式为KFe[Fe(CN)6],B正确;CN-中C和N均有孤电子对,分别提供孤电子与Fe3+、Fe2+形成配位键,C正确;该正极材料充电过程中作阳极,阳极发生氧化反应,Fe2+被氧化为Fe3+,K+从该晶体中脱嵌,D错误。
选择题突破四 物质结构与元素周期律
突破点1 元素综合推断与元素性质
突破点2 物质结构与性质的关系
目录索引
突破点3 晶胞结构及分析
突破点1 元素综合推断与元素性质
必备知识 梳理
1.元素周期表的结构与分区
2.掌握主族元素性质的变化规律
性质 变化规律
同周期(左→右) 同主族(上→下)
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 r(阴离子)>r(阳离子) 逐渐增大
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
电离能 同周期元素随着原子序数的递增,原子的第一电离能呈增大趋势,其中第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于第ⅥA族 第一电离能逐渐减小
电负性 逐渐增大 逐渐减小
链接高考1
(2025·浙江1月选考卷)根据元素周期律,下列说法不正确的是( )
A.第一电离能:N>O>S
B.化合物中键的极性:SiCl4>PCl3
C.碱性:LiOH>KOH
D.化合物中离子键百分数:MgO>Al2O3
C
解析:基于元素在周期表中的位置和元素周期律的分析如下:
选项 关键信息 分析判断 结论
A N、O同周期,O、S同主族 N的2p轨道处于半充满状态,较难失电子,第一电离能大于O;同主族第一电离能:O>S 正确
B 电负性:Si
3.元素周期表中主族元素“位—构—性”的关系模型
4.常见结构中的共价键数目
(1)卤素原子、氢原子能形成1个共价键。
(2)O、S能形成2个共价键,也可能形成若干配位键。
(3)N、P能形成3个共价键,也可能形成3个共价键和1个配位键,P还能形成5个共价键。
(4)C、Si能形成4个共价键,C也可以形成双键或三键。
(5)B能形成3个共价键,也可以形成3个共价键和1个配位键。
链接高考2
(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( )
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
D
解析: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,则Z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。W和Y可以形成H2S,其中S显-2价,因此,电负性S>H,A错误;H2SO3是中强酸,而H2SO4是强酸,因此,在相同条件下,H2SO4的酸性较强,B错误;基态氢原子只有1个电子,基态氧原子的2p轨道上有4个电子,其中有2个未成对电子,因此,基态原子的未成对电子数O>H,C错误;K的氧化物溶于水且与水反应生成强碱(KOH),S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:K>S,D正确。
关键能力 提升
提升1 元素周期律的简单应用
下列说法正确的是( )
A.苄氯是非极性分子 B.电负性:χ(F)<χ(Cl)
C.离子半径:r(F-)>r(Na+) D.X中15-冠-5与Na+间存在离子键
C
解析:苄氯分子含有饱和碳原子,且饱和碳原子连有三种不同的基团,分子空间结构不对称,故苄氯为极性分子,A错误;同主族元素从上到下电负性逐渐减小,故电负性:χ(F)>χ(Cl),B错误;电子层结构相同时,离子半径随原子序数增大而减小,故离子半径:r(F-)>r(Na+),C正确;15-冠-5是分子,与阳离子Na+之间不存在离子键,D错误。
2.(2024·重庆卷)某合金含Mg、Al、Si、Mn和Cu等元素。下列说法正确的是( )
A.Si的电负性大于Al
B.Mn和Cu均为d区元素
C.Mg的第一电离能小于Al
D.基态时,Mg原子和Mn原子的单电子数相等
A
解析:同周期主族元素从左到右元素的电负性逐渐增大,Si的电负性大于Al, A正确;基态锰原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,位于d区,基态铜原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,位于ds区,B错误;基态镁原子的价层电子排布式为3s2,基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1,镁原子最外层3s轨道达到全充满结构,铝的3p轨道未达到半充满结构,故镁的第一电离能大于铝的第一电离能,C错误;基态镁原子的价层电子排布式为3s2,没有单电子,基态锰原子的价层电子排布式为3d54s2,有5个单电子,单电子数不相等,D错误。
提升2 元素推断与元素的性质
3.(2025·陕晋青宁卷)一种高聚物(XYZ2)n被称为“无机橡胶”,可由如图所示的环状三聚体制备。X、Y和Z都是短周期元素,X、Y价层电子数相等,X、Z电子层数相同,基态Y的2p轨道半充满,Z的最外层只有1个未成对电子。下列说法正确的是( )
A.X、Z的第一电离能:X>Z
B.X、Y的简单氢化物的键角:X>Y
C.最高价含氧酸的酸性:Z>X>Y
D.X、Y、Z均能形成多种氧化物
D
解析:依据信息“基态Y的2p轨道半充满”及Y形成三个键可知,Y为氮(N)元素;由信息“X、Y价层电子数相等”“X、Y和Z都是短周期元素”“X形成5个键”知,X为磷(P)元素;由信息“X、Z电子层数相同,Z的最外层只有1个未成对电子”及Z形成一个共价键可知,Z为氯(Cl)元素。第一电离能P
4.(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( )
A.原子半径:W
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代表的元素分别为H、C、N、O、Na、Cl。原子半径:H
1.(2025·云南卷)钙霞石是一种生产玻璃陶瓷的原料,所含M、Q、R、T、X、Y、Z为原子序数依次增大的前20号主族元素,M是原子半径最小的元素,Q是形成物质种类最多的元素,R是地壳中含量最高的元素;T、X、Y同周期,Q、X均与Y相邻,Z的原子序数等于M、R和T的原子序数之和。下列说法正确的是( )
A.M与Z可形成离子化合物
B.原子半径:R
D.电负性:Y
解析:M是半径最小的元素,M为H;Q形成化合物种类最多,Q为C;R是地壳中含量最高的元素,R为O;T、X、Y同周期,且Q、X均与Y相邻,在元素周期表中只能是如图位置 ,Q为C,则Y为Si,X为Al;由于Z的原子序数等于M、R和T之和,且原子序数不大于20,则T只能为11号元素Na,Z为Ca。H和Ca形成的CaH2为离子化合物,A项正确;原子半径:Na>Al>O,B项错误;CO2为非极性分子,C项错误;电负性:O>C>Si,D项错误。
2.(2025·河北唐山一模)W、X、Y、Z、Q为短周期主族元素,原子序数依次增大,W的原子半径最小,X的基态原子核外有3个未成对电子,Z元素的焰色试验呈黄色,QY2可用于自来水消毒。下列说法一定正确的是( )
A.简单离子半径:Y
D
解析:Z元素的焰色试验呈黄色,所以Z是Na,W的原子半径最小,短周期主族元素中原子半径最小的是H,所以W是H,基态原子核外有3个未成对电子,原子序数小于Na,则X是N,QY2用于自来水消毒,常见的是ClO2,故Y是O,Q是Cl。O2-和Na+的电子层结构相同,根据电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径:O2->Na+,A错误;ClO2中O显负价,O的电负性大于Cl,B错误;X为N,Q为Cl,N的含氧酸如HNO3,Cl的含氧酸如HClO,HNO3的酸性强于HClO,C错误;X对应的是N,中心氮原子的价层电子对数为4+=4,则N的VSEPR模型为四面体形,D正确。
3.(2025·湖北卷)某化合物的分子式为XY2Z。X、Y、Z三种元素位于同一短周期且原子序数依次增大,三者的原子核外电子层数之和与未成对电子数之和相等,Z是周期表中电负性最大的元素。下列说法正确的是( )
A.三者中Z的原子半径最大
B.三者中Y的第一电离能最小
C.X的最高化合价为+3
D.XZ3与NH3键角相等
B
解析:依据信息“Z是周期表中电负性最大的元素”可知,Z是氟(F);据已知可得,X、Y及F的未成对电子数之和为6,则X、Y可能为C、N或N、O;据分子式XY2Z分析,X、Y分别为N、O时,化合物为NO2F,符合题意。三者中原子半径大小关系为N>O>F,A项错误;N元素的价层电子排布式为2s22p3,半充满较稳定,第一电离能关系为O
4.(2025·黑吉辽蒙卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙[(YW2)2XZ],开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y、Z同周期,基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是( )
A.第一电离能:Z>Y>X
B.甲中不存在配位键
C.乙中σ键和π键的数目比为6∶1
D.甲和乙中X杂化方式分别为sp和sp2
D
解析:由信息“基态X、Z原子均有2个单电子”及“X、Y、Z同周期”可初步确定X、Z可能为C、O或Si、S,再结合无机物甲、有机物乙的化学式,可确定X、Z分别为C、O;由X、Y、Z的原子序数依次增大,推出Y为N,则W为H。第一电离能:N>O>C,A项错误;N中存在H+与NH3间的配位键,B项错
误;有机物乙的结构简式为 ,其中σ键和π键数目之比为7∶1,C项错误;甲中X、Y之间为碳氮三键,乙中X、Z之间为碳氧双键,D项正确。
突破点2 物质结构与性质的关系
必备知识 梳理
1.共价键
(1)共价键的分类
分类标准 成键类型
依据共用电子对是否偏移 极性共价键:不同种元素原子间形成的共价键
非极性共价键:同种元素原子间形成的共价键,一般情况下是非极性共价键
依据成键方式 σ键:电子云呈轴对称(“头碰头”,如s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键)
π键:电子云分布是对通过键轴的一个平面呈镜面对称(“肩并肩”,如p-p π键)
依据电子对→空轨道 配位键:
(2)键参数
链接高考1
(2024·江西卷)科学家发现宇宙中存在100多种星际分子。下列关于星际分子说法正确的是( )
A.分子的极性:SiH4>NH3
B.键的极性:H—Cl>H—H
C.键角:H2O>CH4
D.分子中三键的键长:HC≡N>HC≡CH
B
解析:SiH4中四个Si—H完全相同,均为极性键,但由于SiH4为正四面体结构,故为非极性分子,NH3为三角锥形结构,3个N—H的极性不能抵消,故为极性分子,A错误;H—H为非极性键,H—Cl为极性键,则键的极性:H—Cl>H—H, B正确;水分子为V形结构,中心原子含两个孤电子对,甲烷为正四面体结构,中心原子不含孤电子对,孤电子对对成键电子对的斥力较大,则键角: H2O
(1)价层电子对互斥模型和空间结构
价层电子 对数 σ键电子 对数 孤电子 对数 VSEPR 模型名称 分子或离子 的空间结构 实例
2 2 0 直线形 直线形 CO2、CS2、 BeCl2
3 3 0 平面 三角形 平面三角形 BF3、SO3、N、C
2 1 V形 SO2、O3、N
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 、CCl4、N
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
(2)中心原子的常见三种杂化轨道类型
杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道夹角 空间结构名称 实例
sp 2 180° 直线形 BeCl2
sp2 3 120° 平面三角形 BF3
sp3 4 109°28' 正四面体形 CCl4
3.分子的结构与物质的性质
(1)共价键的极性与分子极性的关系
(2)键的极性与物质的酸性
①三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的酸性,原因是氟的电负性大于氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C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的极性更大,更易电离出氢离子。
②甲酸的酸性大于乙酸的酸性,原因是烷基(R—)是推电子基团,烷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。
(3)氢键、范德华力及对物质性质的影响
①范德华力
范德华力的影响因素有分子的极性和分子的相对分子质量等;
范德华力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质,一般来说,分子结构和组成相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,物质的熔点、沸点越高。
②氢键
氢键主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点等,形成分子间氢键,其熔点、沸点升高;氢键对物质的溶解、电离等过程产生影响,与H2O形成分子间氢键,则物质在水中的溶解性增大。
(4)手性碳原子(也叫不对称碳原子)
在有机化合物中,连有四个不同原子或原子团的碳原子叫手性碳原子,如下面标*的碳原子。
链接高考2
(2025·甘肃卷)我国化学家合成了一种带有空腔的杯状主体分子(结构如图a),该分子和客体分子(CH3)4NCl可形成主客体包合物:(CH3)4N+被固定在空腔内部(结构示意图见图b)。下列说法错误的是( )
A.主体分子存在分子内氢键
B.主客体分子之间存在共价键
C.磺酸基中的S—O键能比S═O小
D.(CH3)4N+和(CH3)3N中N均采用sp3杂化
图a
图b
B
解析:主体分子结构中含有邻近的羟基和磺酸基,可形成分子内氢键,A项正确;形成主客体包合物是由于主体分子的空腔直径大小与(CH3)4N+的直径大小适配,主客体分子之间不存在共价键,B项错误;S—O的键长大于S═O的键长,故键能S—O
提升1 共价键与分子的空间结构
1.(2025·黑吉辽蒙卷)Cl2O可用于水的杀菌消毒,遇水发生反应: Cl2O+H2O══2HClO。下列说法正确的是( )
A.反应中各分子的σ键均为p-p σ键
B.反应中各分子的VSEPR模型均为四面体形
C.Cl—O键长小于H—O键长
D.HClO分子中Cl的价电子层有2个孤电子对
B
解析:在H2O、HClO分子中,H—O之间存在s-p σ键,A项错误;题中3种分子均是以氧原子为中心原子,氧原子的孤电子对数均为2,故其分子的VSEPR模型均为四面体形,B项正确;原子半径:Cl>H,故键长:Cl—O>H—O,C项错误;HClO分子的电子式为,故Cl的价电子层有3个孤电子对,D项错误。
2.(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( )
A.图中○代表氟原子
B.该化合物中存在过氧键
C.该化合物中碘原子存在孤电子对
D.该化合物中所有碘氧键键长相等
C
解析:根据化学式IO2F结合结构片段图可知,图中大黑球代表碘原子,灰球代表氟原子,小白球代表氧原子,氧原子与一个碘原子成键或与两个碘原子成键,该化合物中不存在过氧键,A、B错误;有的氧原子与一个碘原子成键,有的氧原子与两个碘原子成键,所以该化合物中碘氧键的键长不相等,D错误;该化合物中碘原子孤电子对数为=1,C正确。
提升2 分子的结构与性质的关系
3.(2024·广西卷)白磷(P4)是不溶于水的固体,在空气中易自燃。下列有关白磷的说法错误的是( )
A.分子中每个磷原子的孤电子对数均为1
B.常保存于水中,说明白磷密度大于1 g·cm-3
C.难溶于水,是因为水是极性分子,P4是非极性分子
D.熔点低,是因为P4分子内的P—P键弱
D
解析:白磷的分子式为P4,每个磷原子用它的3个p轨道分别与另外3个磷原子的p轨道形成3个σ键,因此每个磷原子还有1个孤电子对,A正确;白磷在空气中容易自燃,保存于水中隔绝空气,其密度大于水,B正确;白磷为非极性分子,水为极性分子,根据相似相溶原理,白磷难溶于水,C正确;白磷属于分子晶体,分子间作用力较弱,故其熔点低,熔点低与其共价键强弱无关,D错误。
4.(2024·浙江6月选考卷)Si5Cl10中的硅原子均通过sp3杂化轨道成键,与NaOH溶液反应硅元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是( )
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
A
解析:Si5Cl10中的硅原子均通过sp3杂化轨道成键,每个硅原子形成4个单键,每个硅原子通过sp3杂化轨道与相邻的2个硅原子及2个氯原子成键,则
Si5Cl10的分子结构为 ,A错误;Si5Cl10与水反应可生成HCl,
HCl是一种强酸,B正确;Si5Cl10与NaOH溶液反应,硅元素均转化成Na2SiO3,硅元素的化合价升高,根据得失电子守恒可知,氢元素的化合价降低,会有H2生成,C正确;Si5Br10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正确。
学科素养 发展
1.(2025·河南新乡一模)类比是学习化学的重要方法。下列类比错误的是
( )
A.由键角NH3>PH3,类比推理:键角H2S>H2Se
B.由BF3空间结构为平面三角形,类比推理:BBr3空间结构为平面三角形
C.由SiCl4是非极性分子,类比推理:SF4是非极性分子
D.由酸性:CF3COOH>CCl3COOH,类比推理:酸性ClCH2COOH>BrCH2COOH
C
解析:N的电负性大于P,成键电子离N近,则键角NH3>PH3,类比推理:S的电负性大于Se,成键电子离S近,则键角:H2S>H2Se,A正确;BF3和BBr3的中心原子都是B,价层电子对数为3+=3,其空间结构均为平面三角形,B正确; SiCl4的中心原子的价层电子对数为4+=4,没有孤电子对,而SF4中心原子的价层电子对数为4+=5,有1个孤电子对,则SF4是极性分子,C错误;电负性:F>Cl,使CF3COOH中的O—H极性大,酸性:CF3COOH> CCl3COOH,同样电负性Cl>Br,则可得出酸性:ClCH2COOH>BrCH2COOH,D正确。
2.(2025·河北石家庄一模)结构决定性质是基本的化学学科思想。下列实例与解释不相符的是( )
选项 实例 解释
A H2O的热稳定性强于H2S H2O分子间可形成氢键
B HF分子的极性强于HCl分子 F比Cl的电负性大,H—F中共用电子对更偏向F
C 正戊烷的沸点高于异戊烷 异戊烷分子支链多,分子间距大,分子间作用力弱
D 钠原子的核外电子排布由[Ne]3s1变为[Ne]3p1时,形成吸收光谱 钠原子由基态变为激发态时会吸收能量
A
解析:热稳定性取决于共价键的强弱,H2O的热稳定性强于H2S是因为H—O的稳定性大于H—S,A错误;氟的电负性大于氯的电负性,H—F中共用电子对更偏向F,则F—H的极性大于Cl—H的极性,导致HF分子的极性强于HCl, B正确;分子间距越大,分子间作用力越弱,支链数目越多,熔、沸点越低,故沸点:正戊烷>异戊烷,C正确;钠原子的核外电子排布由[Ne]3s1变为[Ne]3p1时,钠原子由基态变为激发态时会吸收能量,形成吸收光谱,D正确。
3.(2025·江西萍乡一模)现有甲、乙、丙三种吡啶( )的衍生物,其结构如图所示。
下列说法正确的是( )
A.第一电离能:O>N>S
B.共价键的极性:丙中C—S>乙中C—Cl
C.—COOH的电离常数Ka:甲>乙
D.丙中O—C═O键角>C—S—H键角
D
解析:第一电离能:N>O>S,A错误;同周期主族元素从左到右电负性增大,即S
4.(2025·山东日照一模)由H、C、N、O四种元素组成的化合物的成键结构如图所示,该分子中五元环上的原子共平面。下列说法错误的是( )
A.图中 代表氮原子
B.五元环中存在的大π键为
C.该化合物中所有碳氧键键长相等
D.五元环上●原子的孤电子对位于sp2杂化轨道
C
解析:由图可知 形成3个共价键且满足稳定结构,则该原子最外层电子数为5,该原子为氮原子,A正确;五元环中每个碳原子提供1个电子,氧原子提供2个电子参与形成大π键,大π键可表示为,B正确;五元环中含大π键,而羟基氧与碳原子形成的碳氧键为单键,键长不相等,C错误;五元环上●原子采用sp2杂化,孤电子对位于sp2杂化轨道,D正确。
5.(2025·山东淄博一模)格氏试剂(RMgX)是有机合成的常用试剂, CH3CH2MgBr在乙醚溶液中结晶析出获得CH3CH2MgBr·2(CH3CH2)2O,其结构如图所示(氢原子未标出)。下列说法错误的是( )
A.氧原子存在孤电子对
B.共价键成分:Mg—C
D.该物质中碳原子的杂化方式均为sp3
B
解析:氧原子的最外层有6个电子,在该化合物中氧原子形成3个共价键,所以还存在孤电子对,A正确;电负性:O>C,Mg—O的离子键成分更大,共价键成分更小,即共价键成分:Mg—C>Mg—O,B错误;同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,即基态原子第一电离能:O>C>Mg,C正确;该物质中碳原子均形成4个单键,故杂化方式均为sp3,D正确。
6.(2025·湖南岳阳一模)下列有关扩环卟啉分子P和Q(—Ar为芳香基团,除—Ar外,P和Q分子中所有原子共平面)的说法错误的是( )
A.P为非极性分子,Q为极性分子
B.第一电离能:C
D.除—Ar外,P和Q分子中碳原子、氮原子均为sp2杂化
A
解析:扩环卟啉分子P和Q均不是中心对称,正、负电荷中心均不重合,故都是极性分子,A错误;同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA、第ⅤA族元素比同周期相邻元素的第一电离能大,故第一电离能: C
必备知识 梳理
1.常见晶体类型及主要性质
晶体类型 物质 微粒间作用力 熔点、沸点
分子晶体 CO2(干冰) 范德华力 较低
H2O(冰) 范德华力和氢键 较低
离子晶体 NaCl 离子键 较高
CsCl 离子键 较高
共价晶体 C(金刚石) 共价键 很高
SiO2 共价键 高
金属晶体 Fe、Cu、Zn 金属键 差别很大
链接高考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
( )
A.金刚石(C) B.单晶硅(Si)
C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN,立方相)
B
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,熔点、沸点越低,在这几种晶体中,Si—Si的键长最长,故熔点最低的为单晶硅。
2.利用“均摊法”确定晶体的化学式
晶胞 平行六面体 正六棱柱 正三棱柱
均摊规则(每个粒子给晶胞的贡献) 顶角;棱上;面心;体内1 顶角;竖直棱;面心;体内1 顶角;水平棱,竖直棱;体内1
3.熟记教材中典型的晶胞结构
分析:
①体心立方晶胞(如Na):配位数为8,每个晶胞含有粒子数为1+8×=2。
②面心立方晶胞(如Cu):配位数为12,每个晶胞含有粒子数为8×+6×=4。
③干冰(CO2)晶胞:配位数为12,每个晶胞含有CO2分子数为8×+6×=4。
④氯化钠(NaCl)晶胞:Na+、Cl-的配位数均为6,每个晶胞含有Na+、Cl-的个数均为4。
⑤金刚石晶胞:8个碳原子位于立方晶胞的顶角(每个占),6个位于面心(每个占),共贡献4个原子,还有4个碳原子位于晶胞内部;碳原子均采取sp3杂化。
⑥氟化钙晶胞:Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4;每个晶胞含有4个Ca2+,8个F-。
链接高考2
(2025·浙江1月选考卷)某化合物[Fe(NH3)2]Cl2的晶胞如图所示,下列说法不正确的是( )
A.晶体类型为混合型晶体
B.NH3与二价铁形成配位键
C.该化合物与水反应有难溶物生成
D.该化合物热稳定性比FeCl2高
D
解析:该晶体中存在Fe2+、Cl-之间的离子键,Fe2+与NH3中N原子间的配位键,还存在分子间作用力,故属于混合型晶体,A正确;NH3中氮原子提供孤电子对,Fe2+提供空轨道,通过配位键形成[Fe(NH3)2]2+,B正确;Fe(NH3)2Cl2与水反应可以生成Fe(OH)2沉淀,化学方程式为Fe(NH3)2Cl2+2H2O══ Fe(OH)2↓+2NH4Cl,C正确;Fe(NH3)2Cl2中[Fe(NH3)2]2+的半径大于Fe2+, [Fe(NH3)2]2+与Cl-之间的键能小于Fe2+与Cl-之间的键能,故[Fe(NH3)2]Cl2热稳定性小于FeCl2,D错误。
关键能力 提升
提升1 晶体类型及性质
1.(2025·安徽卷)碘晶体为层状结构,层间作用为范德华力,层间距为d pm。如图给出了碘的单层结构,层内碘分子间存在“卤键”(强度与氢键相近)。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A.碘晶体是混合型晶体
B.液态碘单质中也存在“卤键”
C.127 g碘晶体中有NA个“卤键”
D.碘晶体的密度为 g·cm-3
A
解析:依据信息层内碘分子之间存在“卤键”(强度与氢键相近),层与层间是范德华力,与石墨不同(石墨层内只存在共价键),所以此晶体是分子晶体,A项错误;由层内碘分子之间存在“卤键”可知“卤键”是分子间作用力,液态碘单质中也存在“卤键”,B项正确;由图可知一个I2分子周围有4个“卤键”,一个“卤键”归两个I2分子共用,所以一个I2分子均摊2个“卤键”,127 g I2为0.5 mol,有NA个“卤键”,C项正确;由图中长方形虚线框可知晶胞的长、宽、高各为a pm、b pm、d pm,一个晶胞体积为abd×10-30 cm3,一个晶胞中含有2个I2(注意一个晶胞为两层),质量为 g,D项正确。
2.(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( )
A.电负性:Mg
D
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的电负性小于Cl,A正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B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正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+与周围6个Cl-距离最近且相等,因此,Mg2+的配位数为6,D错误。
提升2 晶胞结构及分析
3.(2025·云南卷)(Li0.45La0.85)ScO3是优良的固态电解质材料,Ce4+取代部分La3+后产生空位,可提升Li+传导性能。取代后材料的晶胞结构示意图(O2-未画出)及其作为电解质的电池装置如下。下列说法错误的是( )
A.每个晶胞中O2-个数为12
B.该晶胞在yz平面的投影为
C.Ce4+取代后,该电解质的化学式为(Li0.45La0.85-yCey)ScO3
D.若只有Li+发生迁移,外电路转移的电子数与通过截面MNPQ的Li+数目相等
C
解析:根据晶胞图可得Sc3+个数为8×+4×=4,而晶胞化学式可写成(Li0.45La0.85)ScO3,说明O2-的个数是Sc3+的3倍,O2-的个数为12,A项正确;该晶胞在yz平面的投影正确,B项正确;Ce4+取代后,会产生空位,即La3+和Ce4+个数相加不是0.85,C项错误;根据电子转移守恒,Li+带1个正电荷,e-带1个负电荷,D项正确。
4.(2025·河北卷)SmCok(k>1)是一种具有优异磁性能的稀土永磁材料,在航空航天等领域中获得重要应用。SmCok的六方晶胞示意图如下,晶胞参数a=500 pm、c=400 pm,M、N原子的分数坐标分别为()、()。设NA是阿伏加德罗常数的值。
下列说法错误的是( )
A.该物质的化学式为SmCo5
B.体心原子的分数坐标为()
C.晶体的密度为 g·cm-3
D.原子Q到体心的距离为100 pm
D
解析:依据M、N原子的分数坐标可确定体心原子的分数坐标为(),B项正确;由均摊法可知,白球位于晶胞体心,数目为1,黑球位于晶胞体内、顶角和棱上,数目为2+8×+8×=5,故该物质的化学式为SmCo5,A项正确;晶胞的体积为a2c,则晶体密度= g·cm-3 = g·cm-3,C项正确;Q原子的分数坐标为(0,,1),而体心原子的分数坐标为(),原子Q到体心的距离为 pm= pm=50 pm,D项错误。
学科素养 发展
1.(2025·黑吉辽蒙卷)NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异,当0.44≤x≤0.95时,其立方晶胞结构如图。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.与W最近且等距的O有6个
B.x增大时,W的平均价态升高
C.密度为 g·cm-3时,x=0.5
D.空位数不同,吸收的可见光波长不同
B
解析:在晶胞中,W位于顶角,O位于棱心,则与W最近且等距的O有6个,A项正确;晶体化学式为NaxWO3,当x增大时,钠元素所带正电荷增多,则在氧原子数目不变的情况下,W的平均价态降低,B项错误;当x=0.5时,该晶胞的化学式为Na0.5WO3且一个晶胞含有1个Na0.5WO3,其密度ρ= g·cm-3= g·cm-3,C项正确;空位数不同时,对可见光存在选择性吸收,则晶体的颜色各异,D项正确。
2.(2025·山东菏泽一模)AlCl3、AlBr3水解均可得到Al(OH)3胶体,还可形成二聚体。Al2Br6( )的四方晶胞如图所示(各种棱长不相等,棱边夹角为90°,Al2Br6在棱心)。下列说法错误的是( )
A.AlCl3的沸点低于AlBr3
B.AlBr3分子中存在配位键
C.Al(OH)3胶体粒子的平均直径可能是1×10-6 m
D.晶体中与Al2Br6最近且距离相等的Al2Br6有4个
C
解析:AlCl3、AlBr3均为分子晶体,随相对分子质量增大(由Cl到Br),分子间作用力增大,熔、沸点升高,故AlCl3的沸点低于AlBr3,A正确;AlBr3常以二聚体Al2Br6的形式存在,二聚体中存在配位键,B正确;胶体粒子的直径为1~100 nm,故C错误;由所给的晶胞示意图可知,每个Al2Br6单元在晶体中与其最近且距离相等的同类单元共有4个,D正确。
3.(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M、N、P、Q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BiF3
B.粒子S、T之间的距离为a pm
C.该晶体的密度为 g·cm-3
D.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个
D
解析:根据题给晶胞结构,结合均摊法可知,每个晶胞中含有1+12×=4个Bi,含有8+8×+6×=12个F,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A正确;将晶胞均分为8个小立方体,由晶胞中M、N、P、Q点的截面图可知,晶胞体内的8个F位于8个小立方体的体心,以M为原点建立坐标系,设N的原子分数坐标为(0,0,1)、与Q、M均在同一条棱上的氟离子(晶胞底面右前方)的分数坐标为(1,0,0),则T的原子分数坐标为(1,),S的原子分数坐标为(),所以粒子S、T之间的距离为×a pm=a pm,B正确;每个晶胞中有4个Bi、12个F,晶胞的体积为(a pm)3=a3×10-30 cm3,则晶体的密度为 g·cm-3= g·cm-3,C正确;以晶胞体心处铋离子为研究对象,距离其最近且等距的氟离子是位于晶胞体内的氟离子,共有8个,D错误。
4.(2025·山东济宁一模)铬可形成M、N、Q三种氟化物,其中Q具有无限链状结构,M、N的晶胞结构与Q的部分结构如图所示,M与H2反应可以得到N,下列说法错误的是( )
A.M中离氟原子最近的氟原子数为8
B.M与氢气反应生成N,生成1个N晶胞的同时生成2个HF
C.Q的化学式可表示为(CrF5)n
D.Q中铬原子周围的氟原子形成正八面体结构
D
解析:铬的氟化物中铬的原子个数小于氟的原子个数,结合M的结构可知,黑球为Cr,白球为F,M中离F最近的F的数目为8,A正确;M中Cr的个数为8×=1,F的个数为12×=3,M的化学式为CrF3,N的结构中,Cr的个数为1+8×=2,F的个数为2+4×=4,N的化学式为CrF2,N晶胞中有2个CrF2,M与氢气反应生成N,生成1个N晶胞的同时生成2个HF,B正确;Q的结构中,平均一个铬原子占有5个氟原子,化学式可表示为(CrF5)n,C正确;Q中Cr与F形成的共价键长度不完全相同,铬原子周围的氟原子形成的不是正八面体结构,D错误。
5.(2025·浙江天域名校协作体联考)某晶体中含有Fe3+、Fe2+、CN-和K+,该晶体晶胞结构如图所示,其中的K+在一定条件下能嵌入和脱嵌,可作为钾离子电池的正极材料。下列说法不正确的是( )
A.“○”位置是Fe2+
B.该晶体化学式为KFe[Fe(CN)6]
C.该晶体中C和N均提供孤电子对成为配位原子
D.该正极材料充电过程中,K+嵌入该晶体中
D
解析:一个晶胞含有Fe3+的个数为4×+2×=1,碳原子的个数为16×+4×=6,氮原子的个数为16×+4×=6,K+的个数为1,“○”的个数为4×+2×=1,在晶体中C、N两种原子是以CN-的形式存在,根据元素化合价的代数和为零可知,“○”的位置是Fe2+,A正确;由A项分析可知,该晶体的化学式为KFe[Fe(CN)6],B正确;CN-中C和N均有孤电子对,分别提供孤电子与Fe3+、Fe2+形成配位键,C正确;该正极材料充电过程中作阳极,阳极发生氧化反应,Fe2+被氧化为Fe3+,K+从该晶体中脱嵌,D错误。
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