一輪復習學案選修3第3節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì)

第3節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì)備考要點素養(yǎng)要求1.了解晶體的類型,了解不同類型晶體中的結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。2.了解晶格能的概念,了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響。3.了解分子晶體結構與性質(zhì)的關系。4.了解原子晶體的特征,能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質(zhì)的關系。5.理解金屬鍵的含義,能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì),了解金屬晶體常見的堆積方式。6.了解晶胞的概念,能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關的計算。1.宏觀辨識與微觀探析:認識晶胞及晶體類型,能從不同角度分析晶體的組成微粒、結構特點,能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。2.證據(jù)推理與模型認知:能運用典型晶體模型判斷晶體的結構特點及組成并進行相關計算。3.變化觀念與平衡思想:認識不同晶體類型的特點,能從多角度動態(tài)分析不同晶體的組成及相應物質(zhì)的性質(zhì)?？键c一晶體常識必備知識自主預診知識梳理1.晶體與非晶體(1)晶體與非晶體的比較。類型晶體非晶體結構特征結構微粒在三維空間里呈排列

結構微粒相對排列

性質(zhì)特征自范性

熔點

各向異性

二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的

科學方法對固體進行實驗

(2)得到晶體的途徑。①物質(zhì)凝固。

②物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。

③溶質(zhì)從溶液中。

(3)晶胞。①定義:描述晶體結構的。

②晶體中晶胞的排列——無隙并置。無隙:相鄰晶胞之間沒有。

并置:所有晶胞都是排列的,相同。

2.晶胞組成的計算——均攤法(1)原則。晶胞任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有,那么,每個晶胞就占有這個原子的1n(2)方法。①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算。②非長方體晶胞中的粒子視具體情況而定,如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形,其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有,每個六邊形占頂點碳原子的13自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體。()(2)冰和固體碘晶體中相互作用力相同。()(3)缺角的NaCl晶體在飽和NaCl溶液中會慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊。()(4)通過X射線衍射實驗的方法不能區(qū)分晶體和非晶體。()(5)晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列。()(6)立方晶胞中,頂點上的原子被4個晶胞共用。()2.如圖甲、乙、丙是三種晶體的晶胞,則甲中x與y的個數(shù)比是,乙中a與b的個數(shù)比是,丙中有個c和個d。

關鍵能力考向突破考向1根據(jù)晶胞的結構求化學式、配位數(shù)、原子個數(shù)【典例1】(1)(2020全國1,節(jié)選)LiFePO4的晶胞結構示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結構。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有個。

電池充電時,LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xFePO4,結構示意圖如(b)所示,則x=,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=。

(2)(2020全國2,35節(jié)選)CaTiO3的晶胞如圖所示,其組成元素的電負性大小順序是;金屬離子與氧離子間的作用力為,Ca2+的配位數(shù)是。

(3)(2019全國2,35節(jié)選)一種四方結構的超導化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中Sm和砷原子的投影位置如圖2所示。圖中F-和O2-共同占據(jù)晶胞的上下底面位置,若兩者的比例依次用x和1-x代表,則該化合物的化學式表示為;通過測定密度ρ和晶胞參數(shù),可以計算該物質(zhì)的x值,完成它們的關系表達式:ρ=g·cm-3。

以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分數(shù)坐標,例如圖1中原子1的坐標為12,12,12,則原子2(4)(2019全國3,35節(jié)選)NH4H2PO4和LiFePO4屬于簡單磷酸鹽,而直鏈的多磷酸鹽則是一種復雜磷酸鹽,如:焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如下圖所示:這類磷酸根離子的化學式可用通式表示為(用n代表磷原子數(shù))。

(5)(2019江蘇化學,21節(jié)選)一個Cu2O晶胞(見下圖)中,銅原子的數(shù)目為。

對點演練1碳、氮、氧、硫、氯和鋁、鐵、銅是中學化學中重要的元素,它們的單質(zhì)和化合物在生活、生產(chǎn)中有廣泛的應用。回答下列問題:(1)基態(tài)銅原子的價層電子排布式為;基態(tài)鋁原子核外電子云形狀有(填名稱)。

(2)C、H、O、N四種元素形成的丁二酮肟常用于檢驗Ni2+:在稀氨水介質(zhì)中,丁二酮肟與Ni2+反應可生成鮮紅色沉淀,其結構如圖1所示。①該結構中,碳原子之間的共價鍵類型是σ鍵,從軌道重疊方式來分析,碳、氮原子之間的共價鍵類型是;氮、鎳原子之間形成的化學鍵是。

②該結構中,碳原子的雜化軌道類型為。

(3)氮化鋁是一種新型無機非金屬材料,具有耐高溫、耐磨等特性,空間構型如圖2所示。鋁的配位數(shù)為。氮化鋁的晶體類型是。

(4)N和Cu形成的化合物的晶胞結構如圖3所示,則該化合物的化學式為。

易錯警示(1)在使用均攤法計算晶胞中微粒個數(shù)時,要注意晶胞的形狀。不同形狀的晶胞,應先分析任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共有。如六棱柱晶胞中,頂點、側棱、底面上的棱、面心原子依次被6、3、4、2個晶胞所共有。(2)在計算晶胞中粒子個數(shù)的過程中,不是任何晶胞都可用均攤法?？枷?晶體密度和微粒間距離的計算【典例2】(1)(2020全國2,35節(jié)選)一種立方鈣鈦礦結構的金屬鹵化物光電材料的組成為Pb2+、I-和有機堿離子CH3NH3+,其晶胞如圖(b)所示,CaTiO3的晶胞如圖(a)所示。其中Pb2+與圖(a)中的空間位置相同,有機堿CH3NH3+中,N原子的雜化軌道類型是;若晶胞參數(shù)為anm,則晶體密度為g·cm-3(2)(2020全國3,35節(jié)選)研究發(fā)現(xiàn),氦硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結構,晶胞參數(shù)分別為apm、bpm、cpm,α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結構如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ=g·cm-3(列出計算式,設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

(3)(2020山東化學,17節(jié)選)以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子的分數(shù)坐標。四方晶系CdSnAs2的晶胞結構如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,晶胞中部分原子的分數(shù)坐標如下表所示。原子坐標xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一個晶胞中有個Sn,找出距離Cd(0,0,0)最近的Sn(用分數(shù)坐標表示)。CdSnAs2晶體中與單個Sn鍵合的As有個。

對點演練2(1)(2019全國1,35節(jié)選)圖(a)是MgCu2的拉維斯結構,Mg以金剛石方式堆積,八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中,填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖?？梢?銅原子之間最短距離x=pm,鎂原子之間最短距離y=pm。設阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則MgCu2的密度是g·cm-3(列出計算表達式)。

圖(a)圖(b)圖(c)(2)(2018全國2,35節(jié)選)FeS2晶體的晶胞如圖(c)所示,晶胞邊長為anm、FeS2相對分子質(zhì)量為M、阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,其晶體密度的計算表達式為g·cm-3;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面體的體心,該正八面體的邊長為(3)(2018全國1,35節(jié)選)①Li2O是離子晶體,其晶格能可通過圖(d)的Born-Haber循環(huán)計算得到。圖(d)圖(e)可知,鋰原子的第一電離能為kJ·mol-1,OO鍵鍵能為kJ·mol-1,Li2O晶格能為kJ·mol-1。

②Li2O具有反螢石結構,晶胞如圖(e)所示。已知晶胞參數(shù)為0.4665nm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則Li2O的密度為g·cm-3(列出計算式)。

歸納總結晶體結構的相關計算(1)晶胞計算公式(立方晶胞)。a3ρNA=nM(a為棱長;ρ為密度;NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值;n為1mol晶胞所含基本粒子或特定組合的物質(zhì)的量;M為該粒子或特定組合的摩爾質(zhì)量)。(2)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設棱長為a)。①面對角線長=2a。②體對角線長=3a。③體心立方堆積4r=3a(r為原子半徑)。④面心立方堆積4r=2a(r為原子半徑)。(3)空間利用率=晶胞中微粒體積晶胞體積方法技巧(1)計算晶體密度的方法。(2)計算晶體中微粒間距離的方法?？键c二晶體的類型、組成和性質(zhì)必備知識自主預診知識梳理1.四種晶體類型的比較晶體類型分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體構成粒子

金屬陽離子、自由電子

粒子間作用力(某些含氫鍵)

硬度較小很大有的很大,有的很小較大熔、沸點較低很高有的很高,有的很低較高溶解性相似相溶難溶于一般溶劑常見溶劑難溶大多易溶于水等極性溶劑導電、導熱性一般不導電,溶于水后有的導電一般不具有導電性電和熱的良導體晶體不導電,水溶液或熔融態(tài)導電物質(zhì)類別及舉例大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、酸、大多數(shù)非金屬氧化物、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外)部分非金屬單質(zhì)(如金剛石、硅、晶體硼),部分非金屬化合物(如SiC、SiO2)金屬單質(zhì)與合金(如Al、Fe、Cu)金屬氧化物(如Na2O)、強堿(如KOH)、絕大部分鹽(如NaCl)2.典型晶體模型晶體晶體結構晶體詳解(1)每個碳原子與相鄰4個碳原子以共價單鍵結合,碳原子均采取雜化軌道形成共價鍵三維骨架結構

(2)鍵角均為

(3)最小碳環(huán)由個碳原子組成且這些碳原子不在同一平面內(nèi)

(4)每個碳原子參與4條C—C的形成,碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為

SiO2(1)每個Si與個O以共價鍵結合,硅原子雜化軌道類型均為雜化,每個Si和周圍緊鄰的O形成正四面體結構

(2)每個正四面體占有1個Si,4個“12O”,n(Si)∶n(O)=(3)最小環(huán)上有個原子,即6個O,6個Si

續(xù)表晶體晶體結構晶體詳解冰水分子間的主要作用力是,也存在,每個水分子周圍緊鄰的水分子有個

干冰(1)8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據(jù)1個CO2分子(2)每個CO2分子周圍等距離且緊鄰的CO2分子有個

NaCl(型)(1)每個Na+(Cl-)周圍等距離且緊鄰的Cl-(Na+)有6個。每個Na+周圍等距離且緊鄰的Na+有個

(2)每個晶胞中含個Na+和個Cl-

CsCl(型)(1)每個Cs+周圍等距離且緊鄰的Cl-有個,每個Cs+(Cl-)周圍等距且緊鄰的Cs+(Cl-)有個

(2)如圖包含了8個晶胞,每個晶胞中含1個Cs+、1個Cl-3.混合型晶體——石墨晶體是一種典型的混合晶體。(1)石墨不同于金剛石,它的碳原子采取雜化,形成結構。

(2)石墨晶體是結構,層與層間沒有化學鍵相連,是靠維系的。

自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。()(2)晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。()(3)在分子晶體中一定有范德華力和化學鍵。()(4)在NaCl晶體中,每個Na+周圍與其距離最近的Na+有12個。()(5)在CsCl晶體中,每個Cs+周圍與其距離最近的Cl-有8個。()2.下圖為幾種晶體或晶胞的示意圖。請回答下列問題:(1)上述晶體中,粒子之間以共價鍵結合形成的晶體是。

(2)冰、金剛石、MgO、CaCl2、干冰5種晶體的熔點由高到低的順序為。

(3)NaCl晶胞與MgO晶胞相似,NaCl晶體的晶格能(填“大于”或“小于”)MgO晶體,原因是。

(4)每個Cu晶胞中實際占有個銅原子,CaCl2晶體中Ca2+的配位數(shù)為。

(5)冰的熔點遠高于干冰,除H2O是極性分子、CO2是非極性分子外,還有一個重要的原因是。

關鍵能力考向突破考向1晶體類型判斷【典例1】分析下列物質(zhì)的物理性質(zhì),判斷其晶體類型。(1)碳化鋁,黃色晶體,熔點2200℃,熔融態(tài)不導電:。

(2)溴化鋁,無色晶體,熔點98℃,熔融態(tài)不導電:。

(3)五氟化礬,無色晶體,熔點19.5℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等:。

(4)溴化鉀,無色晶體,熔融時或溶于水中都能導電:。

(5)SiI4:熔點120.5℃,沸點287.4℃,易水解:。

(6)硼:熔點2300℃,沸點2550℃,硬度大:。

(7)硒:熔點217℃,沸點685℃,溶于氯仿:。

(8)銻:熔點630.74℃,沸點1750℃,固體可導電:。

對點演練1X和Y兩種元素的核電荷數(shù)之和為22,X原子的核外電子數(shù)比Y的少6個。下列說法中不正確的是()A.X的單質(zhì)固態(tài)時為分子晶體B.Y的單質(zhì)為原子晶體C.X與Y形成的化合物固態(tài)時為分子晶體D.X與碳形成的化合物固態(tài)時為分子晶體歸納總結判斷晶體類型的方法(1)主要是根據(jù)各類晶體的特征性質(zhì)判斷。熔、沸點低的物質(zhì)為分子晶體;熔、沸點較高,且在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的物質(zhì)為離子晶體;熔、沸點很高,不導電,不溶于一般溶劑的物質(zhì)為原子晶體;能導電、傳熱,具有延展性的晶體為金屬晶體。(2)根據(jù)物質(zhì)的類別判斷?；顫娊饘傺趸?如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)(金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼等除外)、氣態(tài)氫化物、大多數(shù)非金屬氧化物、酸、絕大多數(shù)有機化合物(有機鹽除外)是分子晶體。常見的原子晶體中,單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼、鍺(Ge)和灰錫(Sn)等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。大多數(shù)金屬單質(zhì)與合金是金屬晶體?？枷?物質(zhì)熔、沸點高低比較【典例2】(2020河南六市第一次聯(lián)考)ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途?；卮鹣铝袉栴}:圖(a)(1)碳的一種單質(zhì)的結構如圖(a)所示。該單質(zhì)的晶體類型為,依據(jù)電子云的重疊方式,原子間存在的共價鍵類型有,碳原子的雜化軌道類型為。

(2)石墨烯是從石墨材料中剝離出來的、由單質(zhì)碳原子組成的二維晶體。將氫氣加入石墨烯中可制得一種新材料石墨烷。下列判斷錯誤的是(填字母)。

A.石墨烯是一種強度很高的材料B.石墨烯是電的良導體而石墨烷則為絕緣體C.石墨烯與石墨烷均為高分子化合物D.石墨烯與H2制得石墨烷的反應屬于加成反應(3)CH4、SiH4、GeH4的熔、沸點依次(填“升高”或“降低”),其原因是。

(4)SiO2比CO2熔點高的原因是。

(5)四鹵化硅(SiX4)的沸點和二鹵化鉛(PbX2)的熔點如圖(b)所示。圖(b)①SiX4的沸點按照F、Cl、Br、I次序升高的原因是。

②結合SiX4的沸點和PbX2的熔點的變化規(guī)律可推斷,按照F、Cl、Br、I次序,PbX2中化學鍵的離子性(填“增強”“不變”或“減弱”,下同),共價性。

對點演練2(1)(2020全國2,35節(jié)選)Ti的四鹵化物熔點如下表所示,TiF4熔點高于其他三種鹵化物,自TiCl4至TiI4熔點依次升高,原因是。

化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔點/℃377-24.1238.3155(2)(2017全國1,35節(jié)選)K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子排布相同,但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低,原因是。

(3)(2017全國3,35改編)在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2CH3OH+H2O)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為,原因是。

(4)(2016全國3,37節(jié)選)GaF3的熔點高于1000℃,GaCl3的熔點為77.9℃,其原因是。

(5)(2015·全國3,37改編)單質(zhì)氧有兩種同素異形體,其中沸點高的是(填分子式),原因是。

歸納總結比較物質(zhì)熔、沸點高低的方法(1)首先看物質(zhì)的狀態(tài),一般情況下,固體>液體>氣體;二是看物質(zhì)所屬類型,一般是原子晶體>離子晶體>分子晶體(但是氧化鋁的熔點大于晶體硅),類型相同時再根據(jù)同種類型晶體熔、沸點比較的規(guī)律進行判斷。(2)同類型晶體熔、沸點比較的一般思路。原子晶體:共價鍵鍵能→鍵長→原子半徑;分子晶體:分子間作用力→相對分子質(zhì)量;離子晶體:離子鍵強弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑。13學科素養(yǎng)提升物質(zhì)結構與性質(zhì)綜合題難點突破素養(yǎng)解讀對于《物質(zhì)結構與性質(zhì)》模塊,在高考中學生的主要失分點在“分子結構與性質(zhì)”和“晶體結構與性質(zhì)”這兩部分,這兩部分內(nèi)容比較抽象,要求學生有較強的理解能力和應用能力,主要考查學生的證據(jù)推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析等學科核心素養(yǎng)。案例探究情境:鐵、鈷、鎳三種元素的最外層都有2個4s電子,只是次外層的3d電子數(shù)不同,分別為6、7、8,它們的原子半徑比較接近,所以它們的性質(zhì)很相似,被稱為鐵系元素。由于第一過渡系列元素原子的電子填充過渡到Ⅷ族時,3d電子已經(jīng)超過5個,所以它們的價電子全部參加成鍵的可能性減少,因而鐵系元素已經(jīng)不再呈現(xiàn)出與族序數(shù)相當?shù)淖罡呋蟽r。一般情況下,鐵的常見氧化態(tài)是+2價和+3價,與強氧化劑作用,鐵可以生成不穩(wěn)定的+6價氧化態(tài)的高鐵酸鹽。一般條件下,鈷和鎳的常見化合價都是+2價,與強氧化劑作用,鈷可以生成不穩(wěn)定的+3價,而鎳的+3價則很少見?！镜淅?2020湖北八校聯(lián)考)鐵、鈷、鎳并稱鐵系元素,性質(zhì)具有相似性。(1)基態(tài)鈷原子的核外電子排布式為。

(2)鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]溶液可以檢驗Fe2+。1molCN-中含有π鍵的數(shù)目為,與CN-互為等電子體的分子有,鐵氰化鉀晶體中各種微粒間的相互作用不包括。

a.離子鍵b.共價鍵c.配位鍵d.金屬鍵e.氫鍵f.范德華力(3)納米氧化鈷可在室溫下將甲醛(HCHO)完全催化氧化。甲醛分子的空間構型為,碳原子的雜化軌道類型為。

(4)NiO、FeO的晶體結構類型均與氯化鈉的相同,Ni2+和Fe2+的離子半徑分別為69pm和78pm,則熔點NiO(填“<”或“>”)FeO,判斷依據(jù)是。

(5)某氮化鐵的晶胞結構如圖所示:①原子坐標參數(shù)表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。如圖晶胞中,原子坐標參數(shù)A為(0,0,0);B為(12,12,12);C②若該晶體的密度是ρg·cm-3,則晶胞中兩個最近的Fe的核間距為cm。(用含ρ的代數(shù)式表示,不必化簡)

解析(1)基態(tài)鈷原子核外有27個電子,其電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(2)CN-中C、N之間以共價叁鍵結合,根據(jù)1個叁鍵中含有1個σ鍵和2個π鍵可知,1molCN-含有2NA個π鍵。K+、[Fe(CN)6]3-之間為離子鍵,Fe3+與CN-之間為配位鍵,CN-中C、N之間為共價鍵。(3)HCHO的結構式為,碳原子上無孤電子對,空間構型為平面三角形,碳原子的雜化軌道數(shù)為3,雜化軌道類型為sp2雜化。(4)NiO、FeO都是離子晶體,氧離子半徑相同,Ni2+半徑比Fe2+半徑小,半徑越小,離子晶體的晶格能越大,熔點越高,故熔點為NiO>FeO。(5)①根據(jù)題意及D原子在晶胞中的位置可知,D原子的坐標參數(shù)為(1,12,12)。②該晶胞中Fe的個數(shù)為8×18+6×12=4,N的個數(shù)為1。設兩個最近的Fe原子核間距為xcm,晶胞的邊長為acm,則2a=2x,故a=2x。則ρg·cm-3×(2xcm)3=56答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2(2)2NACO、N2def(3)平面三角形sp2雜化(4)>NiO、FeO都是離子晶體,氧離子半徑相同,Ni2+半徑比Fe2+半徑小,所帶電荷數(shù)相同的離子,其半徑越小,離子晶體的晶格能越大,熔點越高(5)①(1,12,12方法規(guī)律難點剖析1.判斷σ鍵和π鍵及其個數(shù)共價單鍵全為σ鍵,雙鍵中有一個σ鍵和一個π鍵,叁鍵中有一個σ鍵和兩個π鍵。2.判斷中心原子的雜化軌道類型(1)根據(jù)價層電子對數(shù)判斷。價層電子對數(shù)雜化軌道類型2sp3sp24sp3(2)有機化合物中、及上的碳原子都是sp2雜化,—C≡C—中的碳原子是sp雜化,中的碳原子是sp3雜化。(3)根據(jù)等電子原理判斷。等電子體不僅空間構型與化學鍵類型相同,中心原子的雜化軌道類型也相同。3.判斷分子或離子的空間構型(1)根據(jù)價電子對互斥理論判斷。(2)利用等電子原理判斷陌生分子的空間構型。如N2O與CO2是等電子體,空間構型均為直線形,N2O的結構式也和CO2相似,為NNO。(3)根據(jù)中心原子的雜化方式判斷,如:①CH4、CCl4、SO42-的中心原子均采取sp3②CH2CH2、、HCHO中心碳原子均為sp2雜化,這三種分子均為平面結構。③CH≡CH、BeCl2中碳原子、鈹原子均為sp雜化,二者均為直線形結構。4.晶體結構中的有關計算(1)根據(jù)晶體晶胞的結構特點確定晶體的化學式。晶胞中粒子數(shù)目的計算(均攤法)注意:①當晶胞為六棱柱時,其頂點上的粒子被6個晶胞共用,每個粒子屬于該晶胞的部分為16②審題時一定要注意是“分子結構”還是“晶胞結構”,若是分子結構,其化學式由圖中所有實際存在的原子個數(shù)決定,且原子個數(shù)可以不互質(zhì)(即原子個數(shù)比可以不約簡)。(2)根據(jù)晶體晶胞的結構特點和有關數(shù)據(jù),求算晶體的密度、晶體晶胞的體積或晶胞參數(shù)a(晶胞邊長)。對于立方晶胞,可建立如下求算途徑:得關系式:ρ=n×Ma3×NA(a表示晶胞邊長,ρ表示晶體密度,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,n表示5.“原因解釋”型試題解題模型素養(yǎng)提升1.(2020山東濰坊二模)我國采用的Cu2O/TiO2–NaBiO3光催化氧化技術能深度凈化工業(yè)含有機化合物的廢水?；卮鹣铝袉栴}:(1)鈦(Ti)的基態(tài)原子M能層中能量不同的電子有種。

(2)該技術能將含有機化合物廢水中的農(nóng)藥、醇、油等有效降解為水、二氧化碳、硝酸根離子等小分子或離子。①H2O、CH3OH、分子中O—H鍵的極性最強的是。

②C、N、O三種元素的電負性由大到小的順序是。

(3)將少量無水硫酸銅溶解在水中,形成藍色溶液,再加入過量氨水,溶液變?yōu)樯钏{色。深藍色離子的結構如圖所示,1mol該離子中所含σ鍵為mol(包括配位鍵);向深藍色溶液中緩慢加入乙醇,得到深藍色晶體,加熱該晶體先失去組分b的原因是。

(4)鉍合金具有凝固時不收縮的特性,用于鑄造高精度鑄型。金屬鉍的結構示意圖如圖1所示,其晶胞結構如圖2所示。若鉍原子的半徑為rpm,則該晶體的密度為g·cm-3(用含r和NA的數(shù)學表達式表示)。

2.(2020四川攀枝花模擬)含氮、磷的化合物如(CH3)3N、磷化硼(BP)、磷青銅(Cu3SnP)等在生活和生產(chǎn)中有許多重要用途。回答下列問題:(1)錫(Sn)是第5周期ⅣA元素。基態(tài)錫原子的價層電子排布式為,據(jù)此推測,錫的最高正化合價是。

(2)與P同周期的主族元素中,電負性比P小的元素有種,第一電離能比P大的元素有種。

(3)PH3分子的空間構型為。PH3的鍵角小于NH3的原因是。

(4)化合物(CH3)3N能溶于水,試解析其原因:。

(5)磷化硼是一種耐磨涂料,它可用作金屬的表面保護層。磷化硼晶體晶胞如圖a所示:①在一個晶胞中磷原子空間堆積方式為,磷原子的配位數(shù)為。

②已知晶胞邊長為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。則磷化硼晶體的密度為g·cm-3。

③磷化硼晶胞沿著體對角線方向的投影如圖b,請將表示硼原子的圓圈涂黑。3.(2020山東濟寧三模)多年來,儲氫材料、光催化劑與硼酸鹽材料的研究一直是材料領域的熱點研究方向。回答下列問題:一種Ru絡合物與g-C3N4符合光催化劑將CO2還原為HCOOH的原理,如圖所示。(1)Ru絡合物中第2周期元素的第一電離能由大到小的順序為,Ru絡合物含有的片段和中都存在大π鍵,氮原子的雜化方式為,氮原子配位能力更強的是(填片段的結構簡式)。

(2)基態(tài)碳原子的價層電子軌道表示式(電子排布圖)為,HCOOH的沸點比CO2高的原因是。

(3)2019年8月13日中國科學家合成了白光材料Ba2[Sn(OH)6][B(OH)4]2,[B(OH)4]-中B的價層電子對數(shù)為,[Sn(OH)6]2-中,Sn與O之間的化學鍵不可能是。

a.π鍵 b.σ鍵c.配位鍵 d.極性鍵(4)鑭鎳合金是較好的儲氫材料。儲氫后所得晶體的化學式為LaNi5H6,晶胞結構如圖所示,X、Y、Z表示儲氫后的三種微粒,則圖中Z表示的微粒為(填化學式)。若原子分數(shù)坐標A為(0,0,0),則B(Y)的原子分數(shù)坐標為,已知LaNi5H6摩爾質(zhì)量為440g·mol-1,晶體密度為ρg·cm-3,設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則晶胞參數(shù)為a=pm(用代數(shù)式表示)。

第3節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì)考點一晶體常識必備知識·自主預診1.(1)周期性有序無序有無固定不固定有無熔點X射線衍射(2)①熔融態(tài)②氣態(tài)③析出(3)①基本單元②任何間隙平行取向自我診斷1.答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×2.答案2∶11∶144關鍵能力·考向突破典例1答案(1)431613∶(2)O>Ti>Ca離子鍵12(3)SmFeAsO1-xFx212,12,00,0,12解析(1)由題給信息知,圖(a)LiFePO4的晶胞中,含有4個由O構成的正八面體(Fe存在于內(nèi)部)和4個由O構成的正四面體(P存在于內(nèi)部)。再由電池充電時,到圖(c)全部變?yōu)镕ePO4,對比圖(a)和(c)的差異可知,(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即為Li+,其位于晶胞的8個頂點,4個側面面心以及上、下底面各自的相對的兩條棱心處,經(jīng)計算一個晶胞中Li+的個數(shù)為8×18+4×12+4×14=4個;結合圖(a)分別含有4個正八面體和4個正四面體,即一個晶胞中含有4個Fe和4個P,所以每個晶胞中含有LiFePO4對比(a)和(b)兩個晶胞結構示意圖可知,Li1-xFePO4相比于LiFePO4缺失一個面心的Li+以及一個棱心的Li+;結合前面的分析可知,LiFePO4晶胞的化學式為Li4Fe4P4O16,那么Li1-xFePO4晶胞的化學式為Li3.25Fe4P4O16,所以有1-x=3.254,即x在圖(b)中,化學式為Li1-xFePO4,即Li1316FePO4,假設Fe2+和Fe3+數(shù)目分別為y和z,分別依據(jù)元素守恒和化合物中元素化合價代數(shù)和為0,可列方程組y+z=11316+2y+3z+5+(-2)×4=0,解得y=1316,z=316,(2)根據(jù)Ca、Ti、O三種元素在周期表中的位置關系和電負性的變化規(guī)律可知電負性大小順序為O>Ti>Ca。金屬離子與氧離子之間的作用力是離子鍵。Ca2+的配位O2-位于12條棱上,Ca2+的配位數(shù)為12。(3)根據(jù)均攤法,晶胞中各原子的個數(shù)分別為Sm:4×12=2;As:4×12=2;Fe:1+4×14=2;F和O共有:2×12+8×18=2,故該化合物的化學式為SmFeAsO根據(jù)晶胞的結構可求得晶胞的體積為a2c×10-30cm3,1mol晶胞的質(zhì)量為2[150+75+56+16(1-x)+19x]g=2[281+16(1-x)+19x]g,根據(jù)ρ=mV,可得ρ=2[281+16(1(4)根據(jù)題干中焦磷酸根離子和三磷酸根離子的模型可推知,兩者的化學式分別為P2O74-、P3O105-,兩化學式差值為PO3-,由此得到PnO3nn-,再由P2O74-與(PO3-)2(即P2O62-)(5)利用“均攤法”,結合Cu2O晶胞結構可知,一個晶胞中含4個銅原子和2個氧原子。對點演練1答案(1)3d104s1球形、啞鈴形(2)①σ鍵和π鍵配位鍵②sp2、sp3(3)4原子晶體(4)Cu3N解析(1)Cu元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,其價層電子排布式為3d104s1?；鶓B(tài)鋁的核外電子排布式為1s22s22p63s23p1,電子占據(jù)s、p軌道,s軌道為球形,p軌道為啞鈴形。(2)①1個雙鍵是由1個σ鍵和1個π鍵組成的,所以碳、氮原子之間的共價鍵類型是σ鍵和π鍵;鎳原子有空軌道,氮原子有孤電子對,因此二者之間形成配位鍵。②在該結構中有4個碳原子分別形成4個σ鍵,另外4個碳原子分別形成3個σ鍵和1個π鍵,因此雜化軌道類型分別是sp3和sp2。(3)由氮化鋁的空間構型知,1個鋁原子連接4個氮原子,則鋁的配位數(shù)為4;根據(jù)氮化鋁具有耐高溫、耐磨等特性,推知它屬于原子晶體。(4)根據(jù)均攤法,每個晶胞平均含有銅原子數(shù)為12×14=3,含氮原子數(shù)為8×18=1,故其化學式為Cu3典例2答案(1)Ti4+sp3620a3NA×10(3)4(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)4解析(1)Ti4+位于O2-在面心、Ca2+在頂點的立方體的體心,Pb2+位于圖(b)立方體的體心,故Pb2+與圖(a)中Ti4+的空間位置相同。CH3NH3+中氮原子形成四個σ鍵,為sp3雜化。該物質(zhì)的化學式為PbCH3NH3I3,摩爾質(zhì)量為620g·mol-1,1nm=10-7cm,則晶體密度ρ=MV×NA=620(a×(2)根據(jù)氨硼烷的2×2×2超晶胞中含有16個氨硼烷分子,則每個氨硼烷晶胞內(nèi)含2個氨硼烷分子,則氨硼烷晶體的密度為ρ=31×62NAabc×1(3)根據(jù)表中坐標Cd(0,0,0),又因為四方晶系的化學式為CdSnAs2,故Cd與錫原子個數(shù)之比為1∶1,一個晶胞中鎘原子的個數(shù)為18×8+12×4+1=4,一個晶胞中錫原子也是4個,Sn應為晶胞中的小白球。距離Cd(0,0,0)最近的Sn為底面和側面的Sn,其坐標分別為(0.5,0.5,0),(0.5,0,0.25)。由晶胞結構可知,CdSnAs2晶體中與單個Sn結合的As有對點演練2答案(1)24a34a8×24+16×6422a(3)①5204982908②解析(1)由圖(b)可知,銅原子之間的最短距離x為晶胞面對角線的14,面對角線長為2apm,即x=24apm;鎂原子之間的最短距離y為晶胞體對角線的14,體對角線長為3apm,即y=3由圖(a)可知,一個晶胞中鎂原子個數(shù)=8×18+6×12+4=8,則銅原子個數(shù)為16,因此晶胞的質(zhì)量m=8×24+16×64NAg,晶胞的體積V=a3×10-30cm3,所以密度(2)FeS2晶體中,每個晶胞平均占有Fe2+數(shù)為12×14+1=4,占有S22-數(shù)為8×18+6×12=4,則有(a×10-7cm)3·NA·ρ=4M,ρ=4Ma3·NA×1021g·cm-3。立方體的兩個面心和相應頂點構成一個正三角形,故八面體的邊長等于面對角線的1(3)①根據(jù)循環(huán)圖中數(shù)據(jù)可知,鋰原子的第一電離能是520kJ·mol-1,OO鍵的鍵能是249×2kJ·mol-1=498kJ·mol-1,Li2O的晶格能是2908kJ·mol-1。②根據(jù)均攤法,一個晶胞中含有Li:8個,含有O:8×18+6×12=4個,1mol晶胞中含有4molLi2O,則Li2O的密度=8×7+4×16考點二晶體的類型、組成和性質(zhì)必備知識·自主預診1.分子原子陰離子、陽離子范德華力共價鍵金屬鍵離子鍵2.sp3109.5°61∶24sp31∶212氫鍵范德華力4121244863.(1)sp2平面六元并環(huán)(2)層狀范德華力自我診斷1.答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√2.答案(1)金剛石晶體(2)金剛石、MgO、CaCl2、冰、干冰(3)小于MgO晶體中離子的電荷數(shù)大于NaCl晶體中離子的電荷數(shù),且r(Mg2+)<r(Na+)、r(O2-)<r(Cl-)(4)48(5)H2O分子之間能形成氫鍵關鍵能力·考向突破典例1答案(1)原子晶體(2)分子晶體(3)分子晶體(4)離子晶體(5)分子晶體(6)原子晶體(7)分子晶體(8)金屬晶體解析晶體的熔點高低、熔融態(tài)能否導電及溶解性等性質(zhì)相結合是判斷晶體類型的重要依據(jù)。原子晶體和離子晶體的熔點都很高或較高,兩者最大的差異是熔融態(tài)的導電性不同。原子晶體熔融態(tài)一般不導電,離子晶體熔融時或其水溶液都能導電。原子晶體和分子晶體的區(qū)別則主要在于熔、沸點有很大差異。一般原子晶體和分子晶體熔融態(tài)時都不能導電。另外易溶于一些有機溶劑往往也是分子晶體的特征之一。金屬晶體能導電。對點演練1C由題意可知,X是O,Y是Si。固態(tài)O2及O與碳形成的化合物(CO、CO2)均為分子晶體,Si的單質(zhì)為原子晶體,A、B、D正確;SiO2為原子晶體,C錯誤。典例2答案(1)混合型晶體σ鍵、π鍵sp2(2)C(3)升高三種物質(zhì)均為分子晶體,結構與組成相似,相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,熔、沸點越高(4)SiO2為原子晶體而CO2為分子晶體(5)①均為分子晶體,范德華力隨相對分子質(zhì)量增大而增大②減弱增強解析(2)石墨烯單層原子間以共價鍵相結合,強度很高,A正確;石墨烯層與層之間有自由移動的電子,是電的良導體,而石墨烷中沒有自由移動的電子,為絕緣體,B正確;石墨烯只含碳一種元素,為碳的單質(zhì),C錯誤;石墨烯與H2制得石墨烷的反應屬于加成反應,D正確。(5)①四鹵化硅為分子晶體,沸點與相對分子質(zhì)量有關,相對分子質(zhì)量越大,沸點越高。F、Cl、Br、I的相對分子質(zhì)量逐漸增大,則SiX4的沸點按照F、Cl、Br、I次序升高。②按F、Cl、Br、I的順序,PbX2的熔點先降低后升高,其中PbF2為離子晶體,PbBr2、PbI2為分子晶體,所以按照F、Cl、Br、I次序,PbX2中化學鍵的離子性減弱、共價性增強。對點演練2答案(1)TiF4為離子化合物,熔點高,其他三種均為共價化合物,隨相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大,熔點逐漸升高(2)K的原子半徑較大且價電子數(shù)較少,金屬鍵較弱(3)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O與CH3OH均為極性分子,水中氫鍵比甲醇中多;CO2與H2均為非極性分子,CO2相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大(4)GaF3為離子晶體,GaCl3為分子晶體(5)O3O3相對分子質(zhì)量較大,范德華力較大學科素養(yǎng)提升13素養(yǎng)提升1.答案(1)3(2)①②O>N>C(3)22NH3與Cu2+的配位能力比H2O強(4)6×20924解析(1)鈦(Ti)的基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2,M電子層即為鈦原子核外第三層,M電子層中有3個能級,每個能級上的電子能量不同,則M電子層能量不同的電子有3種。(2)①H2O、CH3OH、都是極性分子,根據(jù)鈉與水和醇的反應劇烈程度可知,水中的氫活性較大,更易電離,一般極性越大,越容易電離,則H2O中O—H的極性大于CH3OH中O—H的極性。水是中性液體,苯酚具有酸性,說明苯酚中羥基上的H比水更易電離,則分子中O—H的極性最強的是。②C、N、O位于同周期,同周期主族元素,隨核電荷數(shù)增大,電負性逐漸增強,三種元素的電負性由大到小的順序是O>N>C。(3)配位鍵和單鍵都是σ鍵,根據(jù)圖示,a為銅離子,c為NH3,b為H