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高考第一轮复习——物质结构






高三

内容标题 编稿老师

版 原子结构、化学键及分子结构、晶体结构 王岭





化学



人教版

【本讲教育信息 本讲教育信息】 本讲教育信息

>一. 教学内容:

?原子结构 ? 物质结构 ?化学键及分子结构 ?晶体结构 ?
二. 教学要求: 1. 掌握原子构成的初步知识。 2. 掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及质量数与中子数、质子 数之间的相互关系。 3. 掌握核外电子排布规律。 4. 掌握离子键、共价键、金属键的涵义。 5. 理解键的极性与分子极性的关系。 6. 了解分子间作用力、氢键的概念。 7. 掌握几种晶体类型的结构特点和性质。 三. 教学重点: 1. 原子核外电子的排布规律。 2. 离子键、共价键的概念,能用电子式表示离子化合物和共价化合物及其形成过程。 3. 三种晶体的结构和性质。 四. 知识分析: 1. “六种量”及其涵义 (1)质子数: 即原子核内质子个数,也称为原子序数,它是决定元素品种的重要因素。 (2)中子数: 即原子核内中子个数。当质子数相同,而中子数不同时,便提出了同位素的概念。 (3)核外电子数: 原子中,质子数等于电子数,因此整个原子不显电性;当质子数>电子数时,该微粒是 阳离子,当质子数<电子数时,该微粒为阴离子。 (4)质量数: 将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值之和为质量数,用“ A ”表示。由于 电子质量忽略不计,质量数可以近似地表示相对原子质量的大小。 (5)同位素的相对原子质量: 其意义是某同位素的一个原子质量与 C 原子质量 对原子质量实质上是同位素的相对原子质量。 例如: 8 O 的一个原子质量为 2.657 × 10 ?26 kg ,一个 6 C 的质量为 1.993 × 10 ?26 kg
16
12

1 的相对比值。初中化学所学的相 12
12

16 8

O 的相对原子质量
第1页

=

2.657 × 10 ?26 1.993 × 10
? 26

1 × 12

= 15.9949

(6)元素的相对原子质量: 其意义是各种天然同位素的相对原子质量与它的原子所占的原子个数百分比的乘积之 总和。 氧元素的相对原子质量 [ Ar (O) ]

= 15.9949 × 99.759 %+ 16.9991 × 0.037 %+ 17.9992 × 0.204 % = 15.9994
我们在题中常用质量数代替同位素的相对原子质量, 以此求得的结果称为元素的近 注: 似相对原子质量,如: 氧元素的近似相对原子质量 = 16 × 99.759 % + 17 × 0.037 % + 18 × 0.204 %

= 16.00445
2. 晶体类型与化学键、分子极性之间的关系:

由上可知: ① 离子晶体(或离子化合物)一定含离子键。 ② 离子晶体中也可能含有极性键或非极性键。 ③ 请同学们把上述物质的电子式写出,以加深理解: 离子键

NaCl : Na +

[

. .

. ×

Cl : ..

]

?

离子键

MgO : Mg 2+

?. . .×? ? ×. O . ? ? .. ?

2?

离子键 极性键

NaOH : Na

+

?. . . ? ?× O : H ? ? .. ?
+

?

极性键
H

离子键

. . ? ? NH 4 Cl : ? H : N : H ? . . ? ? H

?. . . ? ?× Cl :? ? .. ?
2?

?

离子键 非极性键

Na 2 O2 : Na

+

. ?. . . . . × ? + ?× O : O ? Na . . . . ? ?

离子键 非极性键

CaC 2 : Ca 2+

[×. C ... ... C ×. ]2?
第2页

(2)原子晶体 ? (3)分子晶体

?含非极性键 : 金钢石 , 晶体硅等 ?含极性键 : SiO2 等

由上可知: ① 原子晶体与分子晶体的最大区别在于:原子晶体直接由共价键构成;而分子晶体是 .. 由分子间作用力构成,其中分子内部可能含共价键。 ② 非极性分子不一定是由非极性键构成, 还要看分子的空间构型是否对称。 (具体见下 表) ③ 极性分子一定含极性键,也可能含非极性键。 (4)金属晶体

?金属单质 : Na , Al , Fe 等 ? ? ?一定含金属键 ?合金 : 生铁 , 钢 等 ?
3. 键的极性与分子极性的关系 类型 双原子 分子 实例 键的夹角 — — 键的极性 非极性键 极性键 极性键 分子的极性 非极性分子 极性分子 非极性分子 空间构型 直线型 直线型 直线型

H2 、 N2
HCl 、 NO

CO2 、 CS 2
三原子 分子

180°


SO2 H 2O 、 H 2 S

极性键 —

极性分子

折线型

四原子 分子

BF3 NH 3

120° 107.3° 109.5°

极性键 极性键 极性键

非极性分子 极性分子 非极性分子

平面正三角型 三角锥型 正四面体型

CH 4 、 CCl 4
五原子 分子

CHCl 3 、
— 极性键 极性分子 四面体型

CH 2 Cl 2
【典型例题】 典型例题】
[例 1] 钛( Ti )金属常被称为未来钢铁。钛元素的同位素 22Ti 、 22Ti 、 22Ti 、 22Ti 、 22Ti 中, 中子数不可能为( ) A. 30 B. 28
46 47 48 49 50

C. 26

D. 24
第3页

解析: 解析: 22 + 30 = 52 ,钛的各种同位素中无此质量数,A 可选。

22 + 28 = 50 , 有 50 Ti ? 22 ? 22 + 26 = 48 , 有 48 Ti ? B , C , D 不可选 22 ? 22 + 24 = 46 , 有 46 Ti ? 22
答案: 答案:A 评注: 评注:本题考查了“ Z X ”的含义,以及“质量数=中子数+质子数”这一关系式,为 送分题,但也属于高考的热点之一。 [例 2] 某元素构成的双原子单质分子有三种,其式量分别为 158 、160 、 162 。在天然单质 分子中,此三种单质的物质的量之比为 1 : 1 : 1 ,由此推断以下结论正确的是( ) A. 此元素有 3 种同位素。 B. 其中一种同位素质量数为 80 。 C. 其中质量数为 79 的同位素占原子总数的 D. 此元素的单质的平均式量为 160 。
a b a a a b 解析: 解析:若某元素有两种同位素 X 、 X ,则构成的双原子单质分子有 X X , X X , A

1 。 2

b

X bX 三种。若 a < b ,则 2a = 158 , 2b = 162 ,求得 a = 79 , b = 81 。由三种单质的物

质的量之比为 1 : 1 : 1 ,可求得 a X 、 b X 原子的物质的量之比为 1 : 1 ,平均式量由下式求得:

1 1 1 M r = 158 × + 160 × + 162 × = 160 3 3 3
答案: 答案:CD 评注 : 本题主要考查学生对双原子分子构成的认识。较典型的具体事例是 Cl 2 、
35

Cl 2 ( Mr = 70) 、 35 Cl 37Cl ( Mr = 72) 、 37 Cl 2 ( Mr = 74) 。它可以帮助读者理解由两种同

位素构成的双原子分子的式量问题。 [例 3] 下列关于化学键的说法,正确的是( ) A. 构成单质分子的粒子一定含共价键。 B. 由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物。 C. 非极性键只存在于双原子单质分子里。 D. 不同元素组成的多原子分子里的化学键一定是极性键。 解析: 解析:列举法。 A 错,因稀有气体构成的单原子分子中不含共价键。 B 对,例如 NH 4 Cl 、 ( NH 4 ) 2 SO4 等铵盐是非金属元素组成的离子化合物。 C 错,例如在 Na 2 O2 、 H 2 O2 等物质中 O ? O 键是非极性键。 D 错,例如 H 2 O2 中 O ? O 键, C 2 H 6 中 C ? C 键是非极性键。 答案: 答案:B
+ ?

[例 4] NaCl 晶体结构中, Na 和 Cl 都是等距离交错排列的,已知食盐的摩尔质量为
第4页

58.5 g / mol ,密度为 2.2 g / cm 3 ,阿伏加德罗常数为 6.02 × 10 23 mol ?1 ,在食盐晶体中两
个距离最近的 Na 的中心间的距离接近于( A. 3.0 × 10 cm C. 4.0 × 10 cm
?8 ?8 +



B. 3.5 × 10 cm D. 5.0 × 10 cm
?8

?8

解析: 解析:从 NaCl 晶体模型中选出 1 个最小的正方体为研究对象如下图,则该小立方体平 均拥有 Na (或 Cl )数为: 4 ×
+ ?

1 1 1 = ,而拥有 个 Na + 和 Cl ? 对的小立方体的密度与 8 2 2
+

食盐的密度相同,设两个距离最近的 Na 中心距离为 x ,则该小立方体体积为 (

x

2

) 3 ,由

密度公式得:

58.5 g ? mol ?1 1 x × = 2.2 g ? cm ?3 × ( ) 3 23 ?1 2 6.02 × 10 mol 2

x = 4.0 × 10 ?8 cm
: Na : Cl答案: 答案:C 评注: 评注:本题主要考查了学生对图表的观察能力和空间想象能力,并运用了一种解题方 法——均推法。 这种方法在晶体结构题中经常用到。 具体如下, 在立方体的不同位置的原子为周围的立 方体所共用,属于该立方体的部分分别为: 立方体顶点上的原子为该立方体提供了该原子的

1 。 8 1 立方体棱边上的原子为该立方体提供了该原子的 。 4 1 立方体面上的原子为该立方体提供了该原子的 。 2 立方体体内的原子为该立方体提供了该原子的 1 。

(答题时间:50 分钟) 【模拟试题】 模拟试题】
一. 选择题:
A 1. 某微粒 Z R n + 表示,下列关于该微粒的叙述正确的是(



A. 所含质子数 = A ? n B. 所含中子数 = A ? Z C. 所含电子数 = Z + n D. 所含质子数 = A + Z 2. 下列叙述中,正确的是( ) A. 两种微粒,若核外电子排布完全相同,则其化学性质一定相同。 B. 凡单原子形成的离子,一定具有稀有气体元素原子的核外电子排布。 C. 两原子,如果核外电子排布相同,则一定属于同种元素。 D. 不存在两种质子数和电子数均相同的阳离子和阴离子。 3. 下列分子中,含有非极性键的化合物是( )
第5页

A. HD

B. CO2

C. H 2 O

D. C 2 H 5 OH

4. 下列叙述正确的是( ) (天津市质检题) A. 两种元素构成的共价化合物分子中的化学键都是极性键。 B. 两种不同的非金属元素原子间形成的化学键都是极性键。 C. 含有非极性键的化合物分子一定不是极性分子。 D. 只要是离子化合物,其熔点就比共价化合物的熔点高。 5. 共价键、离子键、金属键、分子间作用力都是微粒间的作用力,含有以上两种作用力的 晶体是( ) (郑州市预测题) A. SiO2 B. CCl 4 C. NaCl D. NaOH )

6. 设某元素原子核内的质子数为 m ,中子数为 n ,则下列论断正确的是( A. 不能由此确定该元素的相对原子质量。 B. 这种元素的相对原子质量为 m + n 。 C. 若碳原子的质量为 wg ,此原子的质量为 ( m + n) wg 。

D. 核内中子的总质量小于质子总质量。 7. 2000 年全国高考试题】 【 下列每组物质发生状态变化所克服微粒间的相互作用属于同种 类型的是( ) A. 食盐和蔗糖熔化 B. 钠和硫熔化 C. 碘和干冰升华 D. 二氧化硅和氯化钠熔化 8.【1998 年全国高考试题】下列分子中所有原子都满足最外层 8 电子结构的是( ) A. 光气 (COCl 2 ) B. 六氟化硫

C. 二氟化氙 D. 三氟化硼 9.【1999 年全国高考试题】关于晶体的下列说法正确的是( 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 10. 下列物质的熔沸点高低顺序正确的是( ) A. 金钢石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅 B. CI 4 > CBr4 > CCl 4 > CH 4 C. HgO > H 2 O > O2 > N 2 D. 金钢石>生铁>纯铁>钠



11.【2000 年济南测试题】 NaF 、 NaI 、 MgO 均为离子化合物,现有下列数据,试判 断这三种化合物熔点高低顺序是( 物质 离子电荷数 键长 ) ① ③ ② NaI

NaF
1
2.31

MgO
2
2.10

1
3.18

(10 ?10 m)
A. ①>②>③ C. ③>②>①

B. ③>①>② D. ②>①>③
第6页

12. 目前,科学界拟合成一种“二重构造”的球型分子,即把“足球型”的 C 60 溶进“足 球型”的 Si60 分子中,外面的硅原子与里面的碳原子的共价键结合。下列关于这种分子的说 法不正确的是( ) A. 是一种新型的化合物 B. 晶体属于分子晶体 C. 是两种单质组成的混合物 D. 相对分子质量为 2400 二. 填空题: 13. (3 分)溴化碘 IBr 是一种卤素互化物。它有很高的化学活性,有许多性质跟卤素单 质很相似。它在常温、常压下是深红色固体,熔点为 41 ℃,沸点为 116 ℃。固体溴化碘是 晶体,含有 键。溴化碘与水反应,生成一种无氧酸和一种含氧酸,反应方程 。 式是 14. 硫化氢 ( H 2 S ) 分子中,两个 H ? S 键的夹角接近 90° ,说明 H 2 S 分子的空间构型 为 构型为 ;二氧化碳 (CO2 ) 分子中,两个 C = O 键的夹角是 180° ,说明 CO2 分子的空间 = ;甲烷 (CH 4 ) 分子中,两个相邻 C ? H 键的夹角是 109°28′ ,说明 CH 4 分子 。

的空间构型为

15. 氰 (CN ) 2 为无色可燃气体、剧毒、有苦杏仁味,和卤素单质的性质相似。 (1)写出氰与苛性钠溶液反应的离子方程式: 。 ,结构式

(2)已知氰分子键之间夹角为 180° 并有对称性, (CN ) 2 的电子式为 为 , (CN ) 2 分子为 (3) CN 中电子数为
?

(填“极性”或“非极性” )分子。 , CN 的电子式为
?

。 (上海市测试题)

16. 1999 年福州调研试题) ( 下图表示一些晶体中的某些结构, 它们分别是 NaCl 、CsCl 、 干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分:

A

B

C

D

E
个 个。
+

(1)其中代表金刚石的是(填编号字母,下同) ,其中每个碳原子与 碳原子最接近且距离相等。金钢石属于 晶体。 (2)其中代表石墨的是 ,其中每个正六边形占有的碳原子数平均为 (3)其中代表 NaCl 的是 个。 (4)代表 CsCl 的是 (5)代表干冰的是 紧邻。
第7页
+

,每个 Na 周围与它最接近且距离相等的 Na 有

,它属于 ,它属于

晶体,每个 Cs 与 晶体,每个 CO2 分子与

+

个 Cl 紧邻。 个 CO2 分子

?

(6)上述五种物质中熔点由高到低的顺序是 解质是 ,在水溶液中能导电的非电解质是

;其中在熔融为液态时能导电的电 。

三. 实验题: 17. (8 分)根据实验室中测定硫酸铜晶体结晶水含量的实验,填写下列空白。 (1)从下列仪器选出所需仪器(用标号字母填写) : 。 A. 托盘天平(带砝码) 、B. 研钵、C. 试管夹、D. 酒精灯、E. 蒸发皿、F. 玻璃棒、G. 坩埚、H. 干燥器、I. 石棉网、J. 三脚架 除上述仪器外,还需要的仪器是 。 (2)某学生实验后得到以下数据: 加热前质量 加热后质量

W1 (容器质量)
5 .4 g

W2(容器质量+
晶体质量)

W3 (容器质量+无水硫酸铜质量)
6 .8 g


7 .9 g

请写出结晶水含量 [w( H 2 O )]的计算公式(用 W1 、 W2 、 W3 表示) : 该生测定结果是偏高还是偏低?答: 。 (3)从下列分析中选出该学生产生实验误差的原因,可能是(填写字母) A. 加热前称量时容器未完全干燥 B. 最后两次加热后的质量相差较大(大于 0.1g ) C. 加热后容器未放入干燥器中冷却 D. 加热过程中晶体有少量溅失 四. 计算题: 18. 已知氯元素的相对原子质量为 35.5 ,由 23 Na ,
35 ? 23 37



35

Cl 和 37 Cl 构成的, 11.7 gNaCl 晶

体中含 Cl 质量是多少?含 Na Cl 的质量是多少? 19.(1)中学教材上图示了 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, Ni
2+

与最邻近 O

2?

的核间距离为 a × 10 cm ,计算 NiO

?8

晶体的密度(已知 NiO 的摩尔质量为 74.7 g / mol ) 。 (2)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 在如图 1-14 所示的缺陷:一个 Ni
2+

空缺,另有两个 Ni

2+

被两个 Ni

3+

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 Ni0.97 O ,试 计算该晶体中 Ni
3+

与 Ni

2+

的离子数之比。 (全国高考题)
3+

O 2Ni
2+

Ni

O 2-

Ni

2+

O 2Ni
2+

O 2O 2Ni
3+

O 2-

第8页

【试题答案】 试题答案】
一. 选择题: 1. B 2. CD 7. C 8. A 二. 填空题: 3. D 9. A 4. B 10. BC 5. BD 11. B 6. A 12. C

= 13. 分子;极性; IBr + H 2 O = = HBr + HIO
14. 折线型;直线型;正四面体型 15. (1) (CN ) 2 + 2OH
?

= CN ? + CNO ? + H 2 O

(2) . N . . C : C.. .. N : ; N ? C ? C ? N ;非极性 . .. ? ? ? ?

..

. .

(3) 14 ; : C.. .. N : 16.(1)D; 4 ;原子 (2)E; 2 (3)A; 12 (4)C;离子; 8 (5)B;分子; 12

[

. .

]

?

(6)石墨>金钢石> NaCl > CsCl >干冰; NaCl , CsCl ; CO2 三. 实验题: 17.(1)A、B、D、F、G、H、J;坩埚钳、泥三角、药匙 (2) w( H 2 O ) =

W2 ? W3 × 100 %;将有关数据代入求得 w( H 2 O) = 44 %,大于 W2 ? W1

CuSO4 ? 5 H 2 O 晶体中结晶水的含量( 36 %) ,偏高
(3)误差分析的方法是 w( H 2 O ) 计算式分析,答案为 A、D 四. 计算: 18. 解: (1) n( NaCl ) =

37 35

11.7 g = 0.2mol (23 + 35.5) g ? mol ?1 0 .5 n( 37 Cl ) 1 35.5 = 1 .5 n( 35Cl ) 3

3 × 35 g / mol = 5.25 g 4 1 37 (2) m( Na Cl ) = 0.2mol × × ( 23 + 37) g / mol = 3 g 4
∴ m( 35 Cl ? ) = 0.2mol × 19. 解: (1)在如图的立方体中顶点上的粒子被 8 个立方体共用,每个立方体只享用了 1 / 8 个
第9页

粒子;棱上的粒子被 4 个立方体共用,每个立方体只享用了 1 / 4 个粒子;面心处的粒子被 2 个立方体共用,每个立方体只享用了 1 / 2 个粒子;体心处的粒子则被一个立方体独享。

NiO 类似 NaCl ,应是 8 个顶点为 4 个 Ni 2+ 、 4 个 O 2? 交替占据,可见每个立方体真
正占有的 Ni
2+

和O

2?

粒子数均是 4 × (1 / 8) = 1 / 2 。

1molNiO 将构成 6.02 × 10 23 ÷ 1 / 2 个立方体,其体积为 6.02 × 10 23 ÷ 1 / 2 × (a × 10 ?8 cm) 3 ,其质量为 74.7 g ,故
密度=

74.7 g 62.0 = 3 g / cm 3 。 ?8 3 6.02 × 10 ÷ 1 / 2 × (a × 10 cm) a
23

(2)解法 1:根据晶体仍呈电中性可知 Ni0.97 O 中 Ni 的平均化合价为 + 2 / 0.97 ,故

n( Ni 3+ ) : n( Ni 2+ ) = (2 ? 2 / 0.97) : (2 / 0.97 ? 3) = 6 : 91 。
解法 2: 1mol Ni0.97 O 中 Ni 设 根据晶体呈电中性有
3+

的物质的量为 x , Ni 则

2+

的物质的量为 (0.97 mol ? x ) ,

3 x + 2(0.97 mol ? x) = 1mol × 2 ,
解得: x = 0.06mol 。

x : (0.97 mol ? x) = 6 : 91 。
请依照上述思考方法,完成下面思考题。 题目为原题: ① 计算在 NiO 晶体中两个 Ni ② 与某个 Ni
2+ 2+

之间的最短距离;
2?

最近且等距离的 O
2+

围成的空间几何形状;

③ 1mol Ni0.7 O 中空缺 Ni
?8

有多少个?

答案:① 1.414a × 10 cm ; ② 正八面体; ③ 0.03 N A 个。 评注: 评注:晶体空间结构的试题能很好地考查学生三维空间思维能力,综合应用化学、物理 及立体几何知识的能力,是当前命题的热点,也代表今后命题的方向。

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