高考化学 物质结知识精讲构

第一节 物质结构【知识网络】每层最多容纳2n2个电子最外层不超过8个电子，次外层不超过18个电子填充电子由里向外，能量由 低到高表示方法决定元素种类原子AZX原子核中子质子决定与质子数确定原子种类同位素质量数核外电子运动状态排布规律电子云 一原子结构原子结构示意图电子式新键形成类型阳离子既不是电解质也不是非电解质(可能含共价键)离子键共价键离子化合物电离极性键非极性键配位键共价化合物阴离子共价单质电离离子不电离非电解质(NH3、SO2)不电离化学键描述键能键长键角分子构型变化反应热旧键破坏化学变化 二化学键存在范围作用本质作用强弱决定键能大小因素影响性质电子式书 写离子键阴阳离子间和离子晶体内静电作用强离子电荷数越大，键能越大；离子半径越小，键能越大离子化合物的熔沸点、硬度等有方括号，有正负号共价键分子内、原子间、原子晶体内共用电子对强原子半径越小，键能越大；键长越短，键能越大分子的稳定性，原子晶体的熔沸点、硬度等无方括号，无正、负号金属键金属阳离子和自由电子之间及金属晶体内静电作用强离子电荷数越大，键能越大；离子半径越小，键能越大金属晶体的熔沸点、硬度等范德华力分子间和分子晶体内电性引力弱结构相似的分子，其式量越大，分子间作用力越大。分子晶体的熔沸点、硬度等氢键分子间和分子晶体内电性引力弱（稍强）分子晶体的熔沸点三四种晶体对比晶 体 类 型离 子 晶 体原 子 晶 体分 子 晶 体金 属 晶 体构 成 微 粒阴 阳 离 子原 子分 子金属离子和自由电子微粒间作用力肯定有离子键可能有共价键共 价 键分子间：范德华力分子内：共价键力金属键有否分子式只有气态时，存在单个分子。固态、液态只有化学式无分子式、是巨大网状结构有分子式无导 电 性熔化或水溶液导电无或差熔化不导电导 电熔化时键的变化断离子键、共价键不一定断断 键不 断 键减 弱物质种类盐、强碱、活泼金属氧化物金刚石、Si SiO2 SiC B气体、非金属单质、酸、多数有机物金 属四空间问题： 不同的分子结构之间有相同之处，可以相互联想而串成一条线： 1从H2O的空间构型HOCl、Cl2O等的分子构型： 2类似的还有： P4 NH3 NH4+（空间正四面体） （三角锥形） （正四面体） 3空 间 结 构名称晶体类型 空 间 结 构 特 点正四面体结构白磷分子晶体呈空间正四面体，4个磷原子形成6个P-P键,键角600甲烷分子晶体碳原子位于正四体面中心，4个C-C键,键角109.50金刚石原子晶体每个碳原子与其最近的4个碳原子形成正四面体；键角109.50同一平面的结构水分子晶体键角104.50苯分子晶体平面正六边形，键角1200石墨层状晶体每个碳原子与其最近的3个碳原子成键,每6个碳原子形成一个正六边形,键角600同一直线的结构CO2分子晶体键角1800乙炔分子晶体键角1800六元环结构苯分子晶体单个六元环结构,12个原子在同一平面上石墨层状晶体平面的网状结构金刚石原子晶体形成空间网状结构,最小环含有六个碳原子,不在同一平面上【易错指津】 1对元素相对分子质量的理解。质量数是对原子而言的，元素没有质量数，元素的相对原子质量是对各种同位素的原子而言。原子的质量（g）同位素的相对原子质量Ar（元素的）相对原子质量12C/12Ar(1).x(1)+Ar(2).x(2)+同位素的质量数A取近似整数原子核的组成Z+N(元素的)近似相对原子质量A(1)x(1)+A(2)x(2)+原子的质量、同位素的相对原子质量、同位素的质量数与（元素的）相对原子质量、（元素的）近似相对原子质量间存在如下关系：2构成单质分子的微粒不一定含有共价键，如稀有气体构成的单原子分子中不含共价键。3由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物，如NH4Cl（不含金属元素的离子晶体）。4不同元素组成的多原子分子里的化学键不一定是极性键，如H2O2中的O-O键。5在金属晶体中只含有金属阳离子（不存在阴离子）。6在晶体结构中切割出一个基本结构单元，弄清该单元中的点、边、面为多少个基本单元所共有，则这一点、一条边、一个面对一个基本结构单元的贡献只能是它的1/m（m为共有的基本单元数）。这是“平均值原理”在晶体结构计算中的运用。7由极性键形成的分子不一定都是极性分子，也可以是非极性分子。8分子晶体和原子晶体内部存在的化学键都是共价键，它们的区别在于构成晶体的基本微粒不一样。构成分子晶体的基本微粒是分子，它的共价键存在于分子的内部，而分子间存在的是范德华力；构成原子晶体的基本微粒是原子。9元素X有三种单质分子，其同位素原子不是三种而是两种。aX、bX，分子为：aX2、aXbX、bX2。【典型例题评析】例1 硼有两种天然同位素105B和115B，硼元素的相对原子质量为10.80，则对硼元素中105B质量分数的判断正确的是（1995年上海市高考题）A.20% B.略大于20% C.略小于20% D.80%思路分析：设105B的原子个数的百分含量为X，则10.80=10X+11(1-X)，解得：X=20%，当年不少考生未认真审题，误选了A。这是把“同位素的原子个数百分比”与“同位素的原子质量分数”混为一谈之故。同位素的原子质量分数与原子个数百分比的关系是：同位素原子的质量分数=(该同位素的原子个数百分比其质量分数)(该同位素的近似相对原子质量)100%因此，105B质量分数=(20%10)10.80 100%=18.5%。答案：C方法要领：相对原子质量的计算:（1）对原子质量M=m/m(12C)/12 (其近似值为质量数)（2）同位素的相对原子质量Ar=Ar(1)x(1)+Ar(2)x(2)+(x为物质的量分数) （3）同位素的近似相对原子质量Ar=A(1)x(1)+A(2)x(2)+ 例2 氯只有35Cl和37Cl两种稳定同位素，它们在氯气中的原子个数之比35Cl:37Cl为3:1。则相对分子质量为70、72、74的氯气分子数之比可能是（2000年上海市高考题）A.5:2:1 B.5:2:2 C.9:3:1 D.9:3:2思路分析：相对原子质量为70、72、74的氯气分子，显然是35Cl2、35Cl37Cl、37Cl2三种，对照选项，如35Cl和37C原子个数之比Cl为3:1即可。35Cl2、35Cl37Cl、37Cl235Cl和37C原子个数之比A5 2 1(52+2):(2+12)=12:4=3:1B5 2 2(52+2):(2+22)=12:6=2:1C9 3 1(92+3):(3+12)= 21:53:1D9 3 2(92+3):(3+22)= 21:7=3:1 答案：A、D方法要领：首先要搞清相对原子质量70、72、74的氯气分子，其质量数的计算取其最大值和最小值各除以2得35与37，再推出三种分子分别为35Cl2、35Cl37Cl、37Cl2。最后按照选项验证35Cl和37C原子个数之比的是否为3:1。例3 X、Y、Z和R分别代表4种元素。如果aXm+、bYn+、cZn-、dRm-4种离子的电子层结构相同（a、b、c、d为元素的原子序数），则下列关系正确的是（1997年全国高考题）A.a-c=m-n B.a-b=n-m C.c-d=m+n D.b-d=n+m思路分析：既然4种离子的电子层结构相同，就说明a-m=b-n=c+n=d+m。比较a与b得：a-b=m-n，B项错；比较a与c得：a-c=n-m，A项错；比较c与d得：c-d=n-m，C项错；比较b与d得：b-d=n+m，D项对。答案：D方法要领：本题所需的知识是以稀有气体元素的原子电子层结构为基准，进行离子的相互推断。分析的重点是离子电荷数与核电荷数的加减关系。一题多解：上法是数学运算法，也可用具体微粒代入法，即将aXm+、bYn+、cZn-、dRm-4种离子设定为11Na+、12Mg2+、8O2-、9F-，代入选项，便可立即得出D项。例4 下列关于稀有气体的叙述不正确的是（2000年全国高考题）A.原子的最外电子层都有8个电子B.其原子与同周期A、A族阳离子具有相同的核外电子排布C.化学性质非常不活泼D.原子半径比同周期A族元素原子的大思路分析：氦原子最外层只有2个电子，A不正确；稀有气体的原子比同周期A、A族阳离子都多一个电子层，B不正确。答案：A、B引申发散：零族元素知识归纳如下：1 其原子的最外层电子数除He为2个外，均为8电子的稳定结构。2 其原子与同一周期非金属的阴离子和下一周期主族的阳离子（四七周期为A、A）具有相同的核外电子排布。3 常况下单质为气体且为单原子分子。4 其单质的晶体为分子晶体，晶体中无化学键（与一般晶体不同）。5 同周期的原子半径，从左到右依次减小，但到零族突然增大。6 化学性质稳定，但Xe、Kr与氟在一定条件下反应，生成氟化物：XeF2、XeF4、XeF6、KrF2等。例5 下列各组分子中都属于含极性键的非极性分子的是（1996年上海市高考题）A.CO2、H2S B.C2H4、CH4 C.Cl2、C2H2 D.NH3、HCl思路分析：此题考查键的极性和分子的极性。A中CO2结构为O=C=O，H2S为S，所以都含 H H H H H 极性键，但H2S是极性分子；B中C2H4为 C=C ，CH4为HCH，都含极性键， H H H且都属于非极性分子；C中Cl2不含极性键，D中NH3、HCl为极性分子，都不符合题意。答案：B方法要领：含有极性键的分子是否有极性需从整个分子看。分子里电荷分布不对称则分子为极性分子，若整个分子里电荷的分布是对称的，则分子为非极性分子。所以分子的极性与构成的化学键及分子的空间构型有关系。例6 下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是（1993年上海市高考题）A.可溶于水 B.具有较高的熔点 C.水溶液能导电 D.熔融状态能导电思路分析：化合物中存在离子键必为离子晶体，而离子晶体区别于其他晶体的突出特点是：熔融状态下能导电，故选D。至于A可溶于水，共价化合物也可以如HCl、乙酸等；B具有较高熔点，也可能为原子晶体，如SiO2；C水溶液能导电，可以是强极性共价键如硫酸等。答案：D方法要领：只有离子化合物中存在离子键，在四种晶体中也只有离子化合物在熔融状态下，才能电离出离子。例7 下列叙述正确的是（1998年全国高考题）A.同主族金属的原子半径越来越大熔点越高 B.稀有气体原子序数越大沸点越高C.分子作用力越弱分子晶体的熔点越低 D.同周期元素的原子半径越小越易失去电子思路分析：A选项考查同主族元素单质的递变规律，从上到下，随离子半径的增大，等价的金属阳离子与自由电子之间的静电作用力（金属键）依次减弱，熔点依次降低，错误；B选项稀有气体的单质属分子晶体，且结构相似，其原子序数越大，分子作用力也越大，因而沸点就越高，正确；C选项明显正确；同周期元素的原子半径越小越易得电子，D选项错。答案：B、C方法要领：运用所学的元素周期期律，对每个选项逐一分析，即可选出正确选项。防止把卤素单质的F2到I2的熔点变化规律应用到金属中（它们是两种不同的晶体）。注意稀有气体的单质为分子晶体。例8 关于晶体的下列说法正确的是（1999年全国高考题）A.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 思路分析：C和D可举出反例:金属中熔点最高的是钨3000,而常见的原子晶体石英(1723)要高得多;分子晶体单质硫的熔点112.8也比金属晶体汞、钠高一些。答案：A方法要领：熔点沸点判断规律是：异类晶体：原子晶体离子晶体分子晶体同类晶体:取决于构成粒子间作用力原子晶体 共价键键能:键长、原子半径分子晶体 分子间力:相对分子质量离子晶体 共价键键能:离子半径、离子电荷分子晶体：（1）组成和结构相似的共价物质,式量越大,分子间力越大,熔沸点越高.（2）组成结构相似,式量相同物质,分子极性大,分子间力大,熔沸点高.如CO N2（3）烷烃的同分异构体,支链多,熔沸点低.例9 a、b、c、d、e、f、g为7种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下：（1998年上海市高考题）微粒代码abcdefg原子核数单核单核 双核多核单核多核多核带电荷数（单位电荷）01+1-02+1+0其中b的离子半径大于e的离子半径；d是由极性键构成的四原子极性分子；c与f可形成两个共价型g分子。试写出：（1）a微粒的原子结构示意图 。（2）b与e相应元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较为 。（写化学式）（3）d溶于水的电离方程式 。（4）g微粒所构成的晶体类型属 。（5）c微粒是 ；f微粒是 。（写化学式）思路分析：根据题给信息，首先是确定符合题意的ag各是什么微粒。3种单核微粒容易确定：a显然是Ne；b只可能是Na+，e则是离子半径比Na+小的Mg2+。双核带1个负电荷的微粒的c是OH-。多核微粒中，f带1个正电荷且与OH-能生成2个g分子，则f是H3O+，OH-+H3O+=2H2O，g就是H2O分子。D是中性分子，且由4个原子构成，只有NH3分子符合这些条件。答案：（1） （2）NaOHMg(OH)2 （3）NH3+H2O NH4+OH- （4）分子晶体 （5）OH-，H3O+方法要领：有关10电子微粒是高考复习中的热点。要积累这方面的基础知识。10电子微粒有：第二周期非金属元素的氢化物：CH4、NH3、H2O、HF；阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+；阴离子有：N3-、O2-、F -。例10 (1)下列结构图中，代表原子序数从1到10的元素的原子实（原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分），小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子，短线代表价键，（2000年广东省高考题）（示例：F2： ）A.B.C.D.根据各图表示的结构特点，写出该分子的化学式：A：_ B：_ C：_ D：_（2）在分子的结构式中，由一个原子提供成键电子对而形成的共价键用表示，例如：硫酸 ，硝基甲烷 ，写出三硝酸甘油酯的结构式：_。思路分析：本题将周期表与分子结构有机结合，旨在考查对分子结构的分析能力、读图能力以及“原型”知识的迁移能力，对思维的敛散性要求较高。第（1）小题的难点主要在C的结构，要注意中心碳原子四价确定。第（2）小题关键是将硝基甲烷提供硝基结构-N=O迁移运用到三硝酸甘油酯中。 O答案：（1）A:NH3 B:HCN C:CO(NH2)2 D.BF3 (2)方法要领：读懂“原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分”，认真观察图示看懂F2的结构图，将感性知识进行加工归纳为：共价键一价为H、二价为O、三价为N、四价为C。将小球换为相应的原子即得分子式。例11 (1)中学化学教材上图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与邻近O2-的核间相离为a10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol）。Ni3+Ni3+Ni3+O2-Ni3+O2-O2-O2-O2-Ni3+O2-(2)在某种NiO天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Nio.97O,试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。(1999年全国高考题)思路分析：（1）依题意1cm3阴、阳离子总数= 1cm3中Ni2+-O2-离子对数= 密度=（2）在1molNio.97O中有0.97mol的镍离子，这些镍离子的电荷总数为2mol，这与氧离子所带的电荷总数的数值是相等的，所以可以列出以下的方程式：设晶体中Ni3+、Ni2+的物质的量分别为xmol、ymol，依题意有：3x+2y=2 电荷守恒x+y=0.97 原子守恒x=0.06 n(Ni3+):n(Ni2+)=6:91或由(x+y)/(3x+y)=0.97/1 也可求得：n(Ni3+):n(Ni2+)=6:9