物質結構常考題型分類解析

張金龍 徐微微 王爽

在“結構決定性質，性質反映結構”大概念主導下，物質結構部分學生學業水平要達到“能從不同層次認識物質的多樣性，并對物質進行分類;能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化：能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題”.本文把原子結構、分子結構和晶體結構常考題型歸類，整體設計并詳細解析，指導學生把握必備知識，促進關鍵能力形成，體驗學業水平的進階.

一、原子結構與性質

1.掌握結構示意圖、電子式等化學用語，能用原子結構解釋元素性質及其遞變規律，并能結合實驗及事實進行說明.

例1實驗室可用圖1裝置（略去加熱裝置），利用氯酸鉀和濃鹽酸加熱制取氯氣，反應方程式如下：

例2居里夫人發現的鐳（ Ra）是一種具有很強的放射性的元素，鐳元素在元素周期表中第七周期、ⅡA族，暴露在空氣中的鐳會與氮氣反應產生黑色的氮化鐳.下列關于鐳的結構或性質的描述中不正確的是（

）.

A.Ra的價層電子排布式為7s2

B.在氮化鐳中Ra呈+2價

C.鐳比鈣的金屬性更強

D.碳酸鐳易溶于水

解析 根據周期數=電子層數，主族數=最外層電子數=最高正化合價，結合題意“鐳元素在元素周期表中第七周期、ⅡA族”很容易判斷出選項A、B正確，同主族元素，從上到下，隨著核電荷數的遞增，原子半徑增大，核對外層電子的引力減小，失去電子能力增強，元素的金屬性增強，所以鐳比鈣的金屬性更強，選項C正確.依據MgCO3微溶于水，CaCO3、BaCO3難溶于水的事實可以推測RaCO3應難溶于水，選項D錯誤，本題答案D.

3.能判斷簡單離子化合物和共價化合物中的化學鍵類型，能基于化學鍵解釋某些化學反應的熱效應.

例3 點燃的氫氣在氯氣中繼續安靜燃燒，產生蒼白色火焰，集氣瓶口有白霧，生成HCI.下列表述不正確的是（

）.

4.結合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規則書寫1 -36號元素基態原子的核外電子排布式和軌道表示式，并說明含義.

例4 純鐵具有強的抗腐蝕性，但碳素鋼在潮濕空氣中易發生吸氧腐蝕.若在鐵中加入Si、Cr、Cu等制成不銹鋼就耐腐蝕.回答下列問題：

（1）基態Si原子最外層的軌道表示式為 .

（2）基態Cr原子核外電子排布式為 .

（3）基態Fe2與Fe3離子中未成對的電子數之比為

.

解析 根據元素的最高價氧化物對應的水化物的酸堿性及其強弱，以及根據電離能和電負性的大小可以判斷元素的非金屬性、金屬性及其強弱.元素的第一電離能越小，金屬性越強：元素的電負性越大，非金屬性越強，根據表中提供的信息：短周期元素的最高價氧化物的水化物的分子式H2ZO4和0. 1mol/L溶液對應的pH=1.57，推出Z是+5價P元素.再根據原子序數依次增大，以及0. Imol/L溶液對應的pH，推知：x元素是N，y元素是Na，W元素是S.所以，電負性P Na+.選項B不正確：元素第一電離能P>S，選項C不正確;NH3分子間除了分子間的作用力外還有氫鍵，簡單氫化物的沸點NH3>PH3，選項D不正確.本題答案A.

6.能從原子價電子數目和價電子排布的角度解釋元素周期表的分區、周期和族的劃分，

例6 汞與硫容易化合生成硫化汞.很多含巰基（- SH）的有機化合物是重金屬元素汞的解毒劑.汞的原子序數為80.位于元素周期表第____周期第___族.

2.利用電負性判斷共價鍵的極性，根據共價分子的結構特點說明簡單分子的某些性質，分子間作用力（含氫鍵）對物質熔、沸點等性質有影響，

例8凱夫拉是一種高強度、耐腐蝕的芳綸纖維，軍事上稱為“裝甲衛士”，但長期浸漬在強酸或強堿中強度有所下降，以下是凱夫拉的兩種結構：

芳綸1313（ PMTA）結構簡式：解反應，選項B正確.N、O、F的電負性都較大，容易和H原子形成氫鍵.氫鍵一般存在于含N-H、O-H、F-H鍵的物質中，也存在于有機化合物，如醇類（羥基）和羧酸類（羥基、羰基）、醛類（羰基）等物質中，所以可以推測間苯二胺和對苯二胺的熔沸點不同可能與分子間的氫鍵有關，選項C正確，芳綸1414是由單體對苯二胺和對苯二甲酸通過“酸脫羥基，氨脫氫”脫水縮合以肽鍵相連接形成的高聚物，發生的反應是縮合聚合反應，選項D正確.本題答案A.

3.能分析簡單分子的空間結構，并能利用相關理論進行解釋：能根據分子結構特點和鍵的極性判斷分子的極性，并據此對分子的典型性質作出解釋.

例9硅和鹵素單質反應可以得到SiX4，熔沸點如表2所示.

解析 （1）晶體硅中Si原子與Si原子之間通過共價鍵相互結合，整塊晶體是一個三維的共價鍵網狀結構，因此晶體硅為共價晶體.（2）Si孤電子對數為0，價層電子對數為4，Si原子采取sp3雜化，所以氣態SiX4分子的空間結構是正四面體.（3） SiX4都是結構相似的分子晶體，相對分子質量依次增大，分子間作用力依次增大，所以熔沸點逐漸升高，

三、晶體結構與性質

1.能結合實例描述晶體中微粒排列的周期性規律，分析晶胞組成寫出晶體化學式.

例10 我國科學家發明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑，其組成為ZnO/Zr0，固溶體.四方ZrO2晶胞如圖5所示.

（ l）2r4+離子在晶胞中的配位數是____，晶胞參數為apm、apm、c pm.

（2）該晶體密度為____g.cm -1（寫出表達式）.

（3）在ZrO2中摻雜少量Zn0后形成的催化劑，化學式可表示為ZnxZr1-x0，，則y=___（用x表達）.

解析 （l）四方ZrO2晶胞中，以右側面心的2r4+為例，同一個晶胞中與2r4+連接最近且等距離的02 -離子數為4，同理可知，右側晶胞中有4個02 -離子與2r4+相連，因此，2r4+離子在晶胞中的配位數是8.

2.能借助4種晶體（分子、共價、離子、金屬）模型，說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用，能對具體的簡單案例進行分析，

例11 （1）晶體硅的熔點_____（填“>”或“<”）碳化硅的熔點;（2）甲醇的沸點（64. 7C）介于水（ 100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之間，其原因是____;（3）K和Cr屬于同一周期，且基態原子核外最外層電子構型相同，但金屬K的熔點比金屬Cr低，試解釋原因.

解析（1）晶體硅和碳化硅都是共價晶體，二者結構相似，成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越牢固，晶體的熔、沸點越高，所以熔沸點晶體硅<碳化硅.（2）甲醇分子之間和水分子之間都存在氫鍵，因此沸點高于不含分子間氫鍵的甲硫醇，甲醇分子之間氫鍵的總強度低于水分子之間氫鍵的總強度，因此甲醇的沸點介于水和甲硫醇之間.答案為：甲硫醇不能形成分子間氫鍵，而水和甲醇均能，且水比甲醇的氫鍵多.（3）K和Cr都屬于金屬晶體.K原子的價電子數少于Cr原子，而且K原子半徑比Cr原子大，都使得K中金屬鍵的作用比Cr中更小，所以K的熔點、沸點比金屬Cr低.

3.知道在物質結構研究中運用原子光譜、分子光譜、X射線衍射等實驗手段.

例12人們可通過多種方法來測定阿伏加德羅常數.X射線衍射法就是其中的一種.通過對金晶體的X射線衍射圖像的分析，可以得出金晶體的晶胞（面心立方，配位數為12），如圖6所示，

若金原子的半徑為1. 44×10 -10om.金的密度為19. 32g/cm3，金的摩爾質量為197g/mol，試通過這些數據計算阿伏加德羅常數，

解析通過對金晶體的X射線衍射圖像的分析，可以得出金晶體的晶胞，金晶胞為面心立方晶胞，每個品胞含有4個金原子.所以有等式p=4M/（ a3N，）其中M為金的摩爾質量197g/mol，a為晶胞邊長，p為晶體密度，Ⅳ。為阿伏加德羅常數的值，對于面心立方晶胞來說，側面對角線的原子是相切的關系，也就是有√2a=4r，a=2√2r.把金原子的半徑帶入計算得到a的數值，再代人密度公式，算得NA=6.04×10 23mol -1.