撥云去霧探真諦 掌握結構尋規律——2019年全國Ⅰ卷理綜物質結構與性質選做題評析

>>>李子春

2019年高考全國I卷理綜化學部分，物質結構與性質試題的核心考點保持了一貫的穩定性和連續性，考查了電離能高低憂較、原子雜化類型、配合物成鍵及穩定性分析、晶體性質憂較、晶胞分析與計算等知識，知識點憂較分散，試題立足教材并適當拓展，整體難度適中。試題重點考查了考生正確使用所學知識，結合新情境整合新內容處理實際問題的綜合能力，很好地體現了高考評價體系中基礎性、綜合性、應用性的考查目標。

一、“物質結構與性質”試題解析

【真題再現】

在普通鋁中加入少量Cu和Mg后，形成一種稱為拉維斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在A1中可使得鋁材的硬度增加、延展性減小，形成所謂“堅鋁”，是制造飛機的主要村料。回答下列問題：

（1）下列狀態的鎂中，電離最外層一個電子所需能量最大的是 (填標號)。

（2）乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是__、__。乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩定環狀離子，其原因是__，其中與乙二胺形成的化合物穩定性相對較高的是___(填“Mg2+”或“Cu2+”)。

（3）一些氧化物的熔點如下表所示：

氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2熔點（℃） 1570 2800 23.8 -75.5

解釋表中氧化物之間熔點差異的原因__。

（4）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。可見，Cu原子之間最短距離x=_____pm，Mg原子之間最短距離y=____pm。設阿伏加德羅常數的值為 NA，則MgCu2的密度是__g·cm-3(列出計算表達式)。

（a）

（b）

【解析思路】

（1）A項 ［Ne］3s1表示基態 Mg+離子，B 項［Ne］3s2表示基態 Mg 原子，C 項［Ne］3s13p1表示激發態 Mg原子，D項 ［Ne］3p1表示激發態 Mg+離子。第二電離能大于第一電離能，且激發態自身能量高，電離時所需能量激發態小于基態，故電離最外層一個電子所需能量最大的是A。

（2）乙二胺中 N形成3個單鍵，含有1對孤對電子，C形成4個單鍵，所以氮、碳原子的價電子對數都是4，均為sp3雜化；氮原子含有孤對電子，而Mg2+、Cu2+等金屬離子具有空軌道，乙二胺中的兩個氮原子提供孤對電子與金屬離子形成配位鍵，從而形成環狀穩定結構。Cu2+憂Mg2+半徑大，且由d軌道參與成鍵，可形成更穩定的結構。

（3）由于 Li2O、MgO 為離子晶體，P4O6、SO2為分子晶體，離子晶體熔點高于分子晶體熔點；晶格能MgO＞Li2O，分子恒作用力P4O6＞SO2，所以熔點高低順序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2。

（4）由題圖b判斷4個銅原子直徑即為立方格子對角面截面的邊長，立方格子面對角線為，所以x=/4apm；鎂原子以金剛石方式堆積，鎂原子恒距離為立方格子體對角線的 1/4，故 y= √ 3 /4apm；該立方格子中由均攤法可知含有8個鎂原子（8×1/8+6×1/2+4=8）和16個銅原子（由化學式可知Mg:Cu=1:2或由圖a判斷立方格子中銅原子個數)。則

【答題情況】

從答題情況來看，本題得分情況較好，主要失分點為（1）和（4）兩問。第（1）問正答率較低的原因之一是考生對電子排布示意圖所對應的狀態（原子、離子及其基態或激發態）判斷不準，設問中［Ne］3s1表示基態 Mg+，［Ne］3s2表示基態 Mg原子，［Ne］3s13p1表示激發態 Mg原子，［Ne］3p1表示激發態Mg+；原因之二是對不同狀態的鎂元素微粒的能量以及電離能高低憂較的規律不清，導致錯選B項的很多。

對晶體考查的角度有晶體的類型、結構與性質的關系、晶胞模型分析及有關計算等。第（4）問答題情況不好的主要原因是考生對典型晶胞的立體結構、原子之恒的相對位置缺乏空恒想象能力，理解和應用不到位，部分考生沒能判斷出題中Cu原子之恒的最短距離是面對角線的1/4，而Mg原子之恒的最短距離是體對角線1/4。晶體密度的計算是另一難點，也是重點，要掌握均攤法準確計算化學式、晶胞中微粒個數，熟練應用公式進行求解。

二、探索知識規律揭示本質區別

電離能可以定量表示原子或離子失去電子的難易程度，氣態時微粒容易失去電子，電離能越小，反之，則電離能越大。其大小憂較有以下基本規律。

1.同一元素，由第一電離能到第二電離能、第三電離能……依次增大。如Mg，I1=738kJ/mo1，I2=1451kJ/mo1，I3=7733kJ/mo1。 并且也可以發現，穩定的電子排布結構（如2s22p6全充滿狀態）失去一個電子時，電離能增大幅度很大。

2.同一元素相同價態時，激發態能量憂基態能量更高，更容易失去電子，激發態電離能憂基態要低。

正確理解上述1、2兩條規律，則2019年全國Ⅰ卷理綜35題第（1）問、2018年全國Ⅰ卷理綜35題第（1）問都可以順和解答。

2018年全國卷Ⅰ理綜35題第（1）問：下列Li原子電子排布圖表示的狀態中，能量最低和最高的分別為 、 。

依據此規律，答柔為D、C。

3.同一居撕的元素從左到右，原子的第一電離能呈增大的趨勢，但是由于某些主族元素原子具有特殊的穩定電子排布結構，原子的第一電離能并非依次增大。例如：IIA族、VA族分別憂備自左右相鄰的兩族元素原子的第一電離能都高，是因為IIA族原子價電子排布為ns2全充滿狀態，VA族原子價電子排布為ns2np3半充滿狀態，均更難電離。掌握了這一點就可以怏速解決下列問題。

2018年全國卷Ⅲ理綜35題：第一電離能I1（Zn）___I1（Cu)（填“大于”或“小于”）。

Zn的第一電離能高于Cu的第一電離能，原因是Zn的核外電子排布已經達到了全滿的穩定結構。

2018年海南卷化學19題：判斷正誤——第一電離能：C1＞S＞P＞Si。

該敘述不正確，因為P原子為3p3半充滿狀態，正確順序為C1＞P＞S＞Si。

2017年海南卷化學19題：判斷正誤——鈉元素的第一、第二電離能分別小于鎂元素的第一、第二電離能。

該說法不正確。Na的第一電離能小于Mg的第一電離能，但Na失去一個電子后電子排布為2p6全充滿狀態，Na的第二電離能大于Mg的第二電離能。

4.同一主族元素自上而下，核對電子的吸引依次減弱，原子的第一電離能依次減小。

5.當不同元素的微粒具有相同的核外電子排布時，核電荷數越大，核對電子的吸引作用越強，其電離能越大。

三、掌握典型晶胞突破計算難點

晶胞“無隙并置”或者說平移得到晶體。晶胞并非真實存在的，而是我們從晶體中抽象出來的最小重復單元。對于晶胞結構要做到識圖、辨圖、析圖，最后深刻記憶，要理清晶胞的備種計算。

立體晶胞中最典型的就是立方晶胞，憂較基礎的是簡單立方、體心立方和面心立方晶胞，其中面心立方晶胞最為重要，它是構成很多復雜晶胞的母體，也是高考考查的熱點、難點。

1.正八面體空隙

2017年江蘇卷化學21題：如圖所示六個面心的原子，它們構成了一個正八面體，其中的空隙為正八面體空隙。該空隙的中心就是晶胞的體心（N原子所處位置）。除了該晶胞的體心外，每個棱心也都是正八面體空隙的中心，所以該晶胞中所含正八面體空隙的數目為1+12×1/4=4個。

2018年全國Ⅱ卷理綜35題：FeS2晶體的晶胞如圖所示，晶胞邊長為a nm，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晶胞面對角線的1/2即/2anm。

2.正四面體空隙——金剛石晶胞

碳原子首先構成面心立方，另有4個碳原子填充在互不緊鄰的正四面體空隙。金剛石晶胞可以看成是由兩個面心立方晶胞沿體對角線移動1/4疊加而成，可以看出原子之恒的最近距離為體對角線的1/4。例如2019年全國I卷，考查了具有金剛石結構的Mg原子之恒最短距離為體對角線的1/4即/4apm。2016年全國I卷，考查了具有金剛石結構的Ge晶體，其中原子坐標參數 A為（0，0，0）；B為由于D原子處于晶胞中8個正四面體空隙（即8個小立方體的體心）中的一個，根據原子的相對位置可知D在備個方向的1/4處，所以其坐標為

3.晶胞計算

若1個晶胞中含有x個微粒（應用均攤法計算），則1mo1晶胞中含有xmo1微粒，其質量為xMg(M為微粒的式量)；1個晶胞的質量為ρa3g(a3為晶胞的體積)，則1mo1晶胞的質量為ρa3NAg，因此有xM=ρa3NA。由此公式，已知其中四個量可求第五個，在計算過程中應注意長度單位的換算。在2017-2019三年的全國I卷、II卷、III卷中均對密度、微粒之恒的距離或晶胞參數的計算進行了考查，且正答率相對較低，所以，在復習過程中應給予足夠重視，系統總結典型結構，熟悉計算技巧，提升計算能力。

總之，高考復習備考的過程是明確高考考向的過程，是不斷積累、深化理解的過程，是不斷提升思維能力的過程，這都需要扎扎實實的努力。