专题十八 物质结构与性质

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  考点1 原子核外电子的运动特征
  例1 下列关于原子核外电子的运动规律叙述,正确的是( )
  A. 所有的电子在同一区域里运动
  B. 能量低的电子在离核远的区域运动,能量高的电子在离核近的区域运动
  C. 任一电子层的原子轨道总是从s轨道开始,而且原子轨道种类数与电子层序数相等
  D. 同一原子中,1s、2s、3s所能容纳的电子数越来越多
  解析 原子核外电子在核外分层排布,A项错误;能量不同的电子通常在不同的区域运动,离核近,能量低,离核远,能量高,B项错误;任一能层的能级总是从s能级开始,能级数等于该能层序数,C项正确;同是s轨道,在不同的能层中所能容纳的最多电子数是相同的,D项错误。
  答案 C
  点拨 电子的运动虽然没有宏观物体那样的运动规律,但也有它自身的规律。要掌握原子核外电子由于能量不同在不同区域的分层运动、每一能层能级的排布以及所能容纳的最多电子数。
  考点2 基态原子核外电子排布原则
  例2 下列各组表述中,两个微粒不属于同种元素原子的是( )
  A. 3p能级有一个空轨道的基态原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p2的原子
  B. 2p能级无空轨道,且有一个未成对电子的基态原子和原子最外层电子排布为2s22p5的原子
  C. 最外层电子数是核外电子总数的[15]的原子和最外层电子排布为4s24p5的原子
  D. M层全充满而N层为4s2的原子和核外电子排布为1s22s22p63s23p64s2的原子
  解析 3p能级有一个空轨道的原子核外电子排布为1s22s22p63s23p2,与后一种原子的核外电子排布相同,为同种元素的原子,A项错误;2p能级无空轨道,且有一个未成对电子的基态原子的核外电子排布为1s22s22p5,与后一种原子的核外电子排布相同,为同种元素的原子,B项错误;最外层电子数是核外电子总数的[15]的原子的原子序数为35,核外电子排布1s22s22p63s23p63d104s24p5, 与后一种原子的核外电子排布相同,为同种元素的原子,C项错误;M层全充满而N层为4s2的原子的3d轨道上的电子数为10,与后一种原子的核外电子排布不相同,为不同种元素的原子,D项正确。
  答案 D
  点拨 能量最低原理、洪特法则、泡利原理是核外电子排布时必须遵循的规律。在书写原子的核外电子排布式时,要清楚这三个规律的具体内容,并注意满足这三个规律。
  考点3 元素电离能和元素电负性
  例3 已知X、Y元素同周期,且电负性X>Y。下列说法,错误的是( )
  A. X与Y形成化合物时,X显负价,Y显正价
  B. 第一电离能:Y小于X
  C. 最高价氧化物对应水化物的酸性:X强于Y
  D. 气态氢化物的稳定性:HmY大于HnX
  解析 电负性大的吸引电子能力强,因此X、Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,A项正确;根据电负性X>Y,X、Y同周期推知,原子序数X>Y,则非金属性X>Y,但第一电离能Y不一定小于X,如I1(Mg)>I1(Al),I1(P)>I1(S),B项错误;X的最高价含氧酸的酸性强于Y的最高价含氧酸的酸性,C项正确;气态氢化物的稳定性HmY小于HnX,D项错误。
  答案 BD
  点拨 本题考查电负性的应用,通过同周期元素电负性的递变规律与元素的金属性、非金属性相联系,从而推测元素的化合价、气态氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性;同时将同周期元素电负性的递变规律与元素的第一电离能联系,还要掌握同周期第一电离能递变的反常现象。
  考点4 晶胞
  例4 有下列离子晶体空间构型示意图。
   [阳离子][阴离子][A B C D]
  (1)以M代表阳离子,以N代表阴离子,写出各离子晶体的组成表达式。A: ;B: ;C: ;D: 。
  (2)已知FeS2晶体(黄铁矿的主要成分)具有A的空间结构。FeS2晶体中具有的化学键类型是 ;若晶体结构A中相邻的阴、阳离子间的距离为a cm,且用NA代表阿伏加德罗常数,则FeS2晶体的密度是 g·cm-3。
  解析 (1)对于A,阴离子位于立方体4个顶点,因此阴离子在该立方体内有4×[18]=[12]个,同理阳离子也只有[12]个,组成为MN;对于B,阴离子在立方体内有4×[12]+2=4个,阳离子在立方体内有8×[18]+1=2个,组成为MN2;对于C,阴离子在立方体内有1个,阳离子在立方体内有4×[18]=[12]个,组成为MN2;对于D,阴离子在立方体内有1个,阳离子在立方体内有8×[18]=1个,组成为MN。
  (2)FeS2晶体中的化学键为离子键和硫硫之间的非极性共价键。密度ρ=[mV],由立方体内阴、阳离子个数和摩尔质量可求出m,而由立方体的边长即阴、阳离子间的距离可求出立方体体积。故:
  ρ=[12×120g⋅mol-1NA⋅mol-1⋅a3cm3=60NA⋅a3]g·cm-3。
  答案 (1)MN MN2 MN2 MN
  (2)离子键、非极性共价键 [60NA⋅a3]
  点拨 (1)计算晶胞中拥有的微粒时,一定要观察清楚微粒在晶胞中的位置,再加上空间想象力,用均摊法很容易做出答案。(2)为确定晶体的密度,可计算出一个晶胞的体积,然后将其乘以阿伏加德罗常数,即可用摩尔质量求其密度,从而使似乎缺少条件的计算得以解决。
  考点5 四种晶体的比较
  例5 有下列八种晶体:A. 水晶;B. 冰醋酸; C. 氧化镁;D. 白磷;E. 晶体氩;F. 氯化铵;G. 铝; H. 金刚石。
  (1)属于原子晶体的化合物是 ,直接由原子构成的晶体是 ,直接由原子构成的分子晶体是 ;
  (2)由极性分子构成的晶体是 ,含有共价键的离子晶体是 ,属于分子晶体的单质是 ;
  (3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是 ,受热熔化后化学键不发生变化的是 ,需克服共价键的是 。
  解析 属于原子晶体的是:金刚石和水晶,金刚石由C原子构成,水晶即SiO2,由Si原子和O原子构成;属于分子晶体的是:冰醋酸、白磷和晶体氩,冰醋酸是极性分子,白磷是非极性分子,晶体氩是由氩原子构成的分子晶体;属于离子晶体的是:MgO、NH4Cl,MgO由Mg2+和O2-组成,NH4Cl由NH4+和Cl-组成;而Al属于金属晶体。金属的导电是靠自由电子的移动,并不发生化学变化;但金属熔化时,金属键被破坏。分子晶体的熔化只需要克服分子间力,而原子晶体、离子晶体的熔化分别需要克服共价键、离子键。
  答案 (1)A AEH E (2)B F DE (3)G BDE AH
  点拨 解答这类题目的关键是熟练掌握常见化合物的晶体类型。分子晶体的构成微粒为分子(稀有气体为单原子分子);原子晶体是由原子通过共价键直接形成的,其构成微粒为原子;离子晶体是由离子通过离子键形成的,其构成微粒为阴阳离子;金属晶体是由金属原子以金属键相互结合而形成的。不同晶体熔化时,破坏的作用力也不一样。分子晶体熔化克服分子间作用力,原子晶体熔化破坏共价键,离子晶体熔化破坏离子键,金属晶体熔化破坏金属键。
  考点6 物质熔沸点的比较
  例6 下列各组物质中,按熔点由高到低的顺序排列正确的是( )
  A. CH4>SiH4>GeH4>SnH4
  B. KCl>NaCl>MgCl2>MgO
  C. Rb>K>Na>Li
  D. 金刚石>SiO2>晶体硅>NaCl
  解析 A项物质均为结构相似的分子晶体,随着相对分子质量的增加,分子间作用力增强,故各物质熔点应逐渐升高,A项错误;B项物质均为离子晶体,离子晶体熔点的高低取决于离子键键能的大小,离子的半径越小,电荷数越多,离子键的键能就越强,故各物质熔点应逐渐升高,B项错误;C项物质均为同主族的金属晶体,其熔点的高低取决于金属键的强弱,而金属键键能与金属原子半径成反比,与价电子数成正比,碱金属原子半径按Li~Cs的顺序增大,价电子相同,故熔点应是按Li~Cs逐渐降低,C项错误;原子晶体的熔点取决于共价键的键能,而键能与键长成反比,键长C—C<Si—O<Si—Si,故熔点金刚石>SiO2>晶体硅,一般情况下,熔沸点:原子晶体>离子晶体>分子晶体,故晶体硅的熔点高于NaCl,D项正确。
  答案 D
  点拨 比较物质熔沸点高低的试题涉及“两力三键四晶体”(范德华力和氢键两种分子间作用力,离子键、共价键、金属键三类化学键,离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体四类晶体)的基础知识,规律性强,综合程度高。
   [【专题练习】]
  1. 下列有关电子云和原子轨道的说法,正确的是( )
  A. 原子核外的电子向云雾一样笼罩在原子核周围,故称电子云
  B. s能级的原子轨道呈球形,处在该轨道上的电子只能在球壳内运动
  C. p能级的原子轨道呈纺锤形,随着能层的增加,p能级原子轨道也在增多
  D. 与s电子原子轨道相同,p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大
  2. 主族元素的原子失去最外层电子形成阳离子,主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。下列各原子和离子的电子排布式,错误的是( )
  A. Ca2+ 1s22s22p63s23p6
  B. F- 1s22s23p6
  C. S 1s22s22p63s23p4
  D. Ar 1s22s22p63s23p6
  3. A、B属于短周期中不同主族的元素,A、B 原子的最外层电子中,成对电子和未成对电子占据的轨道数相等,若A元素的原子序数为a,则B元素的原子序数为( )
  A. a-4 B. a+5 C. a+3 D. a+4
  4. 关于原子轨道的说法正确的是( )
  A. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子,其立体构型都是正四面体
  B. CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的
  C. sp3杂化轨道是由同一个原子中能量最近的s轨道和p轨道混合形成的一组能量相近的新轨道
  D. 凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
  5. 对SO2和CO2的说法,正确的是( )
  A. 都是直线形结构
  B. 中心原子都采取sp杂化
  C. S原子和C原子上都没有孤对电子
  D. SO2为V形结构,CO2为直线形结构
  6. 已知乙烯分子中碳原子以3个sp3杂化轨道与碳原子或氢原子形成σ键,两个碳原子上未参与杂化的p轨道形成π键。下列关于乙烯分子的叙述,正确的是( )
  A. 乙烯分子中两个碳原子或4个氢原子不可能在同一个平面内
  B. 乙烯分子中键角约为109°28′,所有原子在同一个平面内
  C. 乙烯分子中碳碳双键的键能比乙烷分子中碳碳单键的键能小
  D. 乙烯比乙烷活泼,说明碳碳之间的π键比σ键的键能小,易发生反应
  7. 已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度,且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法,错误的是( )
  A. 该晶体属于原子晶体,其化学键比金刚石更牢固
  B. 该晶体中每个碳原子上连有4个氮原子、每个氮原子上连有三个碳原子
  C. 该晶体中碳原子和氮原子都满足最外层8电子结构
  D. 该晶体与金刚石类似,都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
  8. A、B、C、D四种元素处于同一短周期。在同族元素中,A的气态氢化物的沸点最高,B的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的,C的电负性介于A、B之间,D与B相邻。
  (1)C原子的价电子排布式为 ;
  (2)在B的单质分子中存在 个π键, 个σ键;
  (3)已知B的气态氢化物很容易与H+结合,B原子与H+间形成的键叫 ,形成的离子立体构型为 ,其中B原子采取的杂化方式是 ;
  (4)在A、B、C、D四种元素形成的电子数相同的四种氢化物中沸点最低的是 (写分子式),其沸点显著低于其他三种氢化物的原因是: 。
  9. 甲、乙、丙、丁、戊五种元素,其中甲元素的原子L层上s能级和p能级电子数相同;乙元素的原子3p能级上只有1对成对电子;丙和丁元素的原子N层上都只有1个电子,但其中丙元素的原子各内层均已充满,而丁元素的原子次外层的电子充满在2个能级中;戊元素的原子最外层电子轨道表示为:[↑↓&↑&↑&],常温时它的单质为气态,试用化学符号回答下列问题。
  (1)甲是 ,乙是 ,丙是 ,丁是 ,戊是 ;
  (2)丙和乙的单质发生化合反应的化学方程式是 ;
  (3)丙的硝酸盐溶液跟乙的气态氢化物发生反应的离子方程式是 ;
  (4)丙的硫酸盐跟少量氨水反应的离子方程式是 ;
  (5)丙元素原子核外电子排布式是 。
  10. X、Y、Z、Q、E五种元素中,X原子核外的M层中只有两对成对电子,Y原子核外的L层电子数是K层的两倍,Z是地壳内含量最高的元素,Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和,E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题:
  (1)X、Y的元素符号依次为 、 ;
  (2)XZ2和YZ2相同条件下两者在水中的溶解度较大的是 (写分子式),理由是 ;
  (3)Q的元素符号是 ,它属于第 周期,它的核外电子排布式为 ,在形成化合物时,它的最高化合价为 。
  11. 晶体具有规则的几何外形,晶体中最基本的重复单元称为晶胞。NaCl晶体结构如下图所示。已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型,由于晶体缺陷,x的值小于1。测知FexO的晶体密度为ρ=5.71 g·cm-3,晶胞边长为4.28×10-10 m。
  (1)FexO中x值(精确至0.01)为 ;
  (2)晶体中的Fen+分别为Fe2+、Fe3+,在Fe2+和Fe3+的总数中,Fe2+所占分数(用小数表示,精确至0.001)为 ;
  (3)此晶体的化学式为 ;
  (4)与某个O2-距离最近且等距离的Fe2+(或Fe3+)围成的空间几何形状是 ;
  (5)在晶体中,铁元素的离子间最短距离为 m。
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