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专题五选考模块第15讲物质结构与性质(一)原子结构与元素的性质1．了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素(1～36号)原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。2．了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某些性质。［考纲要求］3．了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。4．了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。(二)化学键与物质的性质1．理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2．了解共价键的主要类型σ键和π键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。3．了解简单配合物的成键情况。4．了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。5．理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。6．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子的空间结构。(三)分子间作用力与物质的性质1．了解化学键和分子间作用力的区别。2．了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。3．了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。1．(2016·全国Ⅰ卷)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有________个未成对电子。(2)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是____________________________________________________________________________。［真题导航］(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因____________________________。(4)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是____________。GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃－49.526146沸点/℃83.1186约400(5)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是___________。(6)晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(12，0，12)；C为(12，12，0)，则D原子的坐标参数为____________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。解析(1)锗元素在周期表的第四周期、第ⅣA族，因此核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。(2)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。(3)由锗卤化物的熔沸点由Cl到I呈增大的趋势且它们的熔沸点较低，可判断它们均为分子晶体，而相同类型的分子晶体，其熔沸点取决于相对分子质量的大小，因为相对分子质量越大，分子间的作用力就越大，熔沸点就越高。(4)Zn和Ge为同周期元素，Ge在Zn的右边，因此Ge的电负性比Zn的强；O为活泼的非金属元素，电负性强于Ge和Zn，因此三者电负性由大至小的顺序为O、Ge、Zn。(5)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。(6)①根据题给图示可知，D原子的坐标参数为(14，14，14)。②每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4=8(个)，每个晶胞的质量为8×73g·mol－1NA，晶胞的体积为(565.76×10－10cm)3，所以晶胞的密度为8×73g·mol－1NA×(565.76×10－10cm)3。答案(1)3d104s24p22(2)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p－p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(4)O＞Ge＞Zn(5)sp3共价键(6)①(14，14，14)②8×736.02×565.763×1072．(2016·全国Ⅲ卷)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)写出基态As原子的核外电子排布式____________。(2)根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为____________。(4)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________________________。(5)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。解析(1)As元素在周期表中处于第ⅤA族，位于P元素的下一周期，则基态As原子核外有33个电子，根据核外电子排布规律写出其核外电子排布式：1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。(2)同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小，Ga与As在周期表中同位于第四周期，Ga位于第ⅢA族，则原子半径：Ga＞As。Ga、As原子的价电子排布式分别为4s24p1、4s24p3，其中As原子的4p轨道处于半充满的稳定状态，其第一电离能较大，则第一电离能:Ga＜As。(3)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，则AsCl3分子中As原子形成3个As－Cl键，且含有1对未成键的孤对电子，则As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的立体构型为三角锥形。(4)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。(5)GaAs的熔点为1238℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2=4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGapm=rGa×10－10cm，rAspm=rAs×10－10cm，则原子的总体积为V原子=4×43π×[(rGa×1010cm)3＋(rAs×10－10cm)3]=16π3×10－30(r3Ga＋r3As)cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，晶胞的密度为ρg·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞=4(MGa＋MAs)/ρNAcm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为V原子V晶胞×100%=16π3×10－30(r3Ga＋r3As)cm34(MGa＋MAs)ρNAcm3×100%=4π10－30×NAρ(r3Ga＋r3As)3(MGa＋MAs)×100%。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(2)大于小于(3)三角锥形sp3(4)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(5)原子晶体共价4π10－30×NAρ(r3Ga＋r3As)3(MGa＋MAs)×100%1．把握原子核外电子排布的“三”规律考点一原子结构和性质核心精讲·典题演练［突破必备］①能量最低原理原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道②泡利原理每个原子轨道上最多只容纳2个自旋方向相反的电子③洪特规则当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同2.明确表示基态原子核外电子排布的“四”方法表示方法举例电子排布式Cr：1s22s22p63s23p63d54s1简化表示式Cu：[Ar]3d104s1价电子排布式Fe：3d64s2电子排布图(或轨道表示式)O：3.牢记元素第一电离能和电负性的递变性同周期(从左到右)同主族(自上而下)第一电离能增大趋势(注意ⅡA、ⅤA的特殊性)依次减小电负性依次增大依次减小1．(1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________。(2)基态Fe原子的核外电子排布式为___________。(3)基态Mn2＋的核外电子排布式为____________。(4)基态铜原子的核外电子排布式为___________。(5)基态氮原子的价电子排布式是____________。(6)基态Ni2＋的价层电子排布图为____________。(7)基态镓(Ga)原子的电子排布式：____________。［典题冲关］答案(1)M9(2)1s22s22p63s23p63d64s2(3)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5(4)1s22s22p63s23p63d104s1(5)2s22p3(6)(7)1s22s22p63s23p63d104s24p12．(1)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为____________。(2)已知X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn＋2，则X的电负性比Y的____________(填“大”或“小”)。(3)Ni是元素周期表中第28号元素，第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是____________。(4)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。四种元素中第一电离能最小的是____________，电负性最大的是____________(填元素符号)。答案(1)O＞S＞Se(2)小(3)C(碳)(4)KF1．σ键、π键的判断(1)由轨道重叠方式判断：“头碰头”重叠为σ键，“肩并肩”重叠为π键。(2)由共用电子对数判断：单键为σ键；双键或三键，其中一个为σ键，其余为π键。(3)由成键轨道类型判断：s轨道形成的共价键全是σ键；杂化轨道形成的共价键全为σ键。考点二分子结构和性质［突破必备］2．中心原子杂化类型和分子空间构型的相互判断分子(A为中心原子)中心原子孤电子对数中心原子杂化方式分子构型示例AB20sp直线形BeCl21sp2V形SO22sp3V形H2OAB30sp2平面三角形BF31sp3三角锥形NH3AB40sp3正四面体形CH43.常见等电子体微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS－、NO＋2、N－3AX216e－直线形CO2－3、NO－3、SO3AX324e－平面三角形SO2、O3、NO－2AX218e－V形SO2－4、PO3－4AX432e－正四面体形PO3－3、SO2－3、ClO－3AX326e－三角锥形CO、N2AX10e－直线形CH4、NH＋4AX48e－正四面体形4.范德华力、氢键、共价键的比较范德华力氢键共价键作用粒子分子或原子(稀有气体)氢、氟、氮、氧原子(分子内、分子间)原子特征无方