2020高考化学一轮复习8.6应用层面“物质结构与性质”综合题型分析学案（含解析）.docx

第6课时应用层面“物质结构与性质”综合题型分析题型分析 物质结构与性质综合大题是高考命题的重要题型之一，试题把原子、分子结构与性质、晶体结构与性质等知识拼盘成一个大题，设置若干个问题，每个问题又相对独立。题目主要考查电子排布式、电负性和第一电离能大小比较、共价键分类及数目判断、杂化轨道类型、分子的空间构型、等电子体、分子极性的判断、晶体类型的判断及熔、沸点高低的比较等。难点是根据晶胞结构推断物质的化学式、晶体的密度、原子半径和空间利用率的计算等。题目的考查方式灵活，一般有两种命题方式：一是题目给出物质或元素，直接回答题设问题；二是给出一定原子结构与性质的信息来推出元素，再结合推出的元素回答相关问题。难点点拨晶胞参数的计算方法1晶胞参数(1)晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角、，此即晶格特征参数，简称晶胞参数。如立方晶胞中，晶胞参数abc，90。(2)晶胞参数的计算2晶体密度的计算方法3金属晶体空间利用率的计算方法空间利用率100%，球体积为金属原子的总体积。(1)简单立方堆积如图所示，原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球r3，V晶胞(2r)38r3，空间利用率100%100%52%。(2)体心立方堆积如图所示，原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2a2b2得ar。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率100%100%100%68%。(3)六方最密堆积如图所示，原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60)，则底面面积S2rr2r2，hr，V晶胞S2h2r22r8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率100%100%74%。(4)面心立方最密堆积如图所示，原子的半径为r，面对角线为4r，a2r，V晶胞a3(2r)316r3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率100%100%74%。典例剖析典例(2018全国卷)Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_、_(填标号)。(2)Li与H具有相同的电子构型，r(Li)小于r(H)，原因是_。(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是_、中心原子的杂化形式为_。LiAlH4中，存在_(填标号)。A离子键 B键C键 D氢键(4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的BornHaber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为_kJmol1，O=O键键能为_kJmol1，Li2O晶格能为_kJmol1。(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为_gcm3(列出计算式)。解析(1)D选项表示基态，为能量最低状态；A、B、C选项均表示激发态，但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量最高状态。(2)Li与H具有相同的电子构型，Li的核电荷数大于H的核电荷数，因此Li的原子核对电子的吸引能力强，即Li半径小于H半径。(3)LiAlH4的阴离子为AlH，AlH中Al的杂化轨道数为4，Al采取sp3杂化，为正四面体构型。LiAlH4是离子化合物，存在离子键，H和Al间形成的是共价单键，为键。(4)由题给信息可知，2 mol Li(g)变为2 mol Li(g)吸收1 040 kJ热量，因此Li原子的第一电离能为520 kJmol1；0.5 mol氧气生成1 mol氧原子吸收249 kJ热量，因此O=O键的键能为498 kJmol1；Li2O的晶格能为2 908 kJmol1。(5)由题给图示可知，Li位于晶胞内部，O位于顶点和面心，因此一个晶胞有8个Li，O原子个数684。因此一个Li2O晶胞的质量 g，一个晶胞的体积为(0.466 5107)3 cm3，即该晶体密度 gcm3。答案(1)DC(2)Li核电荷数较大(3)正四面体sp3AB(4)5204982 908(5)对点练12018年3月5日，自然连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者均为中国科大10级少年班现年仅22岁的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲)，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成键的个数为_。(2)图乙中，1号C的杂化方式是_，该C与相邻C形成的键角_(填“”“”或“”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)我国制墨工艺是将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定，其原因是_。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为_，该材料的化学式为_。(5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为_。(6)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图丁所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图丁中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，结合图表从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是：_。参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/(kJmol1)CH40.43616.40CO20.51229.91解析：(1)题图甲中，1号C与相邻3个碳原子成键，键的个数为3。(2)题图乙中，1号C与3个C、1个OH成键，无孤电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3。题图乙中1号C与相邻C形成的键角约为10928，而题图甲中1号C为sp2杂化，1号C与相邻C形成的键角为120，故题图乙中1号C与相邻C形成的键角题图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)氧化石墨烯中含有羟基、羧基，能与水形成氢键，因此氧化石墨烯溶于水得到的分散系更稳定。(4)该晶胞中，12个M在晶胞的棱心，9个M在晶胞内部，M的个数为12912，而6个C60在晶胞面心，8个C60在晶胞的顶点，C60的个数为684，M和C60的个数比为12431，故该材料的化学式为M3C60。(5)金刚石的晶胞结构中碳原子位于立方体的顶点(8个)、面心(6个)及内部(4个)，将立方体切割成8个小立方体，在其中4个互不相邻的小立方体体心各有1个碳原子。根据硬球接触模型，立方体体对角线长度的就是CC键的键长，晶胞立方体体对角线长度为a，所以a2r，所以ra。碳原子数为8648，晶胞的体积为a3，碳原子的体积为8r3，空间占有率为100%100%34%。(6)可燃冰为甲烷的水合物，甲烷和甲烷间、甲烷和水分子间为范德华力，水分子间为氢键。根据题表中提供的数据可知，CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与H2O的结合能大于CH4与H2O的结合能，因此科学家提出用CO2置换CH4的设想。答案：(1)3(2)sp3(3)氧化石墨烯可与水形成氢键，更稳定(4)12M3C60(5)100%(或34%)(6)氢键、范德华力CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与水的结合能大于CH4与水的结合能对点练2元素X、Y、Z为前四周期元素，X的基态原子核外电子有21种运动状态，元素Y的原子最外层电子数是其内层的3倍，Z与X、Y不在同一周期，且Z原子核外p电子比s电子多5个。(1)X基态原子的核外电子排布式为_。(2)X是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯()裂化生成苯和丙烯。1 mol苯分子中含有键的数目为_mol。异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为_。(3)与Y3分子互为等电子体的阳离子为_。(4)XZ3易溶于水，熔点为960 ，熔融状态下能够导电，据此可判断XZ3晶体属于_(填晶体类型)。(5)元素Ce与X同族，其与Y形成的化合物晶体的晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为_。解析：(1)X核外有21个电子，X为Sc元素，故X的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2或Ar3d14s2。(2)苯分子中，CH键为键，苯环上的CC键也为键，故含有12 mol 键。异丙苯分子中苯环上的碳原子采取sp2杂化，其余C原子采用sp3杂化。(3)最外层电子数是内