（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习8.6应用层面“物质结构与性质”综合题型分析学案（含解析）.doc

1、1第 6 课时 应用层面“物质结构与性质”综合题型分析题型分析 物质结构与性质综合大题是高考命题的重要题型之一，试题把原子、分子结构与性质、晶体结构与性质等知识拼盘成一个大题，设置若干个问题，每个问题又相对独立。题目主要考查电子排布式、电负性和第一电离能大小比较、共价键分类及数目判断、杂化轨道类型、分子的空间构型、等电子体、分子极性的判断、晶体类型的判断及熔、沸点高低的比较等。难点是根据晶胞结构推断物质的化学式、晶体的密度、原子半径和空间利用率的计算等。题目的考查方式灵活，一般有两种命题方式：一是题目给出物质或元素，直接回答题设问题；二是给出一定原子结构与性质的信息来推出元素，再结合推出的元素

2、回答相关问题。难点点拨晶胞参数的计算方法1晶胞参数(1)晶胞的形状和大小可以用 6 个参数来表示，包括晶胞的 3 组棱长 a、 b、 c 和 3 组棱相互间的夹角 、 、 ，此即晶格特征参数，简称晶胞参数。如立方晶胞中，晶胞参数 a b c， 90。(2)晶胞参数的计算2晶体密度的计算方法3金属晶体空间利用率的计算方法2空间利用率 100%，球体积为金属原子的总体积。球 体 积晶 胞 体 积(1)简单立方堆积如图所示，原子的半径为 r，立方体的棱长为 2r，则 V 球 r3， V 晶胞 (2 r)4338 r3，空间利用率 100% 100%52%。V球V晶 胞 43 r38r3(2)体心立方

3、堆积如图所示，原子的半径为 r，体对角线 c 为 4r，面对角线 b 为 a，由(4 r)2 a2 b22得 a r。1 个晶胞中有 2 个原子，故空间利用率 100% 100%43 V球V晶 胞 243 r3a3100%68%。243 r3(43r)3(3)六方最密堆积如图所示，原子的半径为 r，底面为菱形(棱长为 2r，其中一个角为 60)，则底面面积 S2 r r2 r2， h r， V 晶胞 S2h2 r22 r8 r3,1 个晶胞中有 23 3263 3 263 2个原子，则空间利用率 100% 100%74%。V球V晶 胞 243 r382r3(4)面心立方最密堆积如图所示，原子的

4、半径为 r，面对角线为 4r， a2 r， V 晶胞 a3(2 r)2 2316 r3,1 个晶胞中有 4 个原子，则空间利用率23 100% 100%74%。V球V晶 胞 443 r3162r3典例剖析典例 (2018全国卷)Li 是最轻的固体金属，采用 Li 作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：(1)下列 Li 原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_、_(填标号)。(2)Li 与 H 具有相同的电子构型， r(Li )小于 r(H )，原因是_。(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH 4中的阴离子空间构型是_、中心原

5、子的杂化形式为_。LiAlH 4中，存在_(填标号)。A离子键 B 键C 键 D氢键(4)Li2O 是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的 BornHaber 循环计算得到。可知，Li 原子的第一电离能为_kJmol 1 ，O= =O 键键能为_kJmol1 ，Li 2O 晶格能为_kJmol 1 。(5)Li2O 具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为 0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为 NA，则 Li2O 的密度为_gcm 3 (列出计算式)。4解析 (1)D 选项表示基态，为能量最低状态；A、B、C 选项均表示激发态，但 C 选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量

6、最高状态。(2)Li 与 H 具有相同的电子构型，Li 的核电荷数大于 H 的核电荷数，因此 Li 的原子核对电子的吸引能力强，即 Li 半径小于 H 半径。(3)LiAlH4的阴离子为 AlH ，AlH 中 Al 的杂化轨道数为 4，Al 采取 sp3杂 4 44 3 12化，为正四面体构型。LiAlH 4是离子化合物，存在离子键，H 和 Al 间形成的是共价单键，为 键。(4)由题给信息可知，2 mol Li(g)变为 2 mol Li (g)吸收 1 040 kJ 热量，因此 Li 原子的第一电离能为 520 kJmol1 ；0.5 mol 氧气生成 1 mol 氧原子吸收 249 kJ

7、 热量，因此 O=O 键的键能为 498 kJmol1 ；Li 2O 的晶格能为 2 908 kJmol1 。(5)由题给图示可知，Li 位于晶胞内部，O 位于顶点和面心，因此一个晶胞有 8 个Li，O 原子个数6 8 4。因此一个 Li2O 晶胞的质量 g，一个12 18 87 416NA晶胞的体积为(0.466 510 7 )3 cm3，即该晶体密度 gcm3 。87 416NA(0.466 510 7)3答案 (1)D C(2)Li 核电荷数较大(3)正四面体 sp 3 AB(4)520 498 2 908(5)87 416NA(0.466 510 7)3对点练 1 2018 年 3 月

8、 5 日， 自然连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者均为中国科大 10 级少年班现年仅 22 岁的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲)，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。5(1)图甲中，1 号 C 与相邻 C 形成 键的个数为_。(2)图乙中，1 号 C 的杂化方式是_，该 C 与相邻 C 形成的键角_(填“”“”或“”)图甲中 1 号 C 与相邻 C 形成的键角。(3)我国制墨工艺是将 50 nm 左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条

9、件下所得到的分散系后者更为稳定，其原因是_。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C 60)，某金属 M 与 C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M 原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中 M 原子的个数为_，该材料的化学式为_。(5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为 r，金刚石晶胞的边长为 a，根据硬球接触模型，金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为_。(6)一定条件下，CH 4、CO 2都能与 H2O 形成笼状结构(如图丁所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH 4与 H2O 形成的水合物晶体俗称“可燃冰” 。“可燃冰”中分子间存在的 2 种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰” ，

10、有科学家提出用 CO2置换 CH4的设想。已知图丁中笼状结构的空腔直径为 0.586 nm，结合图表从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是：_。参数分子 分子直径/nm分子与 H2O 的结合能E/(kJmol1 )CH4 0.436 16.40CO2 0.512 29.91解析：(1)题图甲中，1 号 C 与相邻 3 个碳原子成键， 键的个数为 3。(2)题图乙中，1 号 C 与 3 个 C、1 个OH 成键，无孤电子对，杂化轨道数为 4，杂化方式为 sp3。题图乙中 1 号 C 与相邻 C 形成的键角约为 10928，而题图甲中 1 号 C 为 sp2杂化，1 号 C 与相邻 C 形成的

11、键角为 120，故题图乙中 1 号 C 与相邻 C 形成的键角题图甲中 1 号 C 与相邻C 形成的键角。(3)氧化石墨烯中含有羟基、羧基，能与水形成氢键，因此氧化石墨烯溶于水得到的分散系更稳定。(4)该晶胞中，12 个 M 在晶胞的棱心，9 个 M 在晶胞内部，M 的个6数为 12 912，而 6 个 C60在晶胞面心，8 个 C60在晶胞的顶点，C 60的个数为146 8 4，M 和 C60的个数比为 12431，故该材料的化学式为 M3C60。(5)金刚石12 18的晶胞结构中碳原子位于立方体的顶点(8 个)、面心(6 个)及内部(4 个)，将立方体切割成8 个小立方体，在其中 4 个互

12、不相邻的小立方体体心各有 1 个碳原子。根据硬球接触模型，立方体体对角线长度的 就是 CC 键的键长，晶胞立方体体对角线长度为 a，所以14 3 a2 r，所以 r a。碳原子数为 8 6 48，晶胞的体积为 a3，碳原子的14 3 38 18 12体积为 8 r3，空间占有率为 100% 100%34%。(6)可燃冰为甲43 843 r3a3 316烷的水合物，甲烷和甲烷间、甲烷和水分子间为范德华力，水分子间为氢键。根据题表中提供的数据可知，CO 2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且 CO2与 H2O 的结合能大于CH4与 H2O 的结合能，因此科学家提出用 CO2置换 CH4的设想。答案

13、：(1)3 (2)sp 3 (3)氧化石墨烯可与水形成氢键，更稳定 (4)12 M 3C60 (5) 100%(或 34%)316(6)氢键、范德华力 CO 2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且 CO2与水的结合能大于 CH4与水的结合能对点练 2 元素 X、Y、Z 为前四周期元素，X 的基态原子核外电子有 21 种运动状态，元素 Y 的原子最外层电子数是其内层的 3 倍，Z 与 X、Y 不在同一周期，且 Z 原子核外 p 电子比 s 电子多 5 个。(1)X 基态原子的核外电子排布式为_。(2)X 是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯()裂化生成苯和丙烯。1 mol 苯分子中含有 键

14、的数目为_mol。异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为_。(3)与 Y3分子互为等电子体的阳离子为_。(4)XZ3易溶于水，熔点为 960 ，熔融状态下能够导电，据此可判断 XZ3晶体属于_(填晶体类型)。(5)元素 Ce 与 X 同族，其与 Y 形成的化合物晶体的晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为_。解析：(1)X 核外有 21 个电子，X 为 Sc 元素，故 X 的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d14s2或Ar3d 14s2。(2)苯分子中，CH 键为 键，苯环上的CC 键也为 键，故含有 12 mol 键。异丙苯分子中苯环上的碳原子采取 sp2杂化，7其余 C 原子采用 sp3杂化。(3)最外层电子数是内层电子数 3 倍的元素是 O 元素，在 O3分子中，含有 3 个原子、18 个价电子，与其互为等电子体的阳离子是 ClO 。 2(4)根据晶体在熔融状态下能导电可知其为离子晶体。(5)根据晶胞的结构，O 原子全部在体内，故含有 8 个 O 原子，Ce 原子位于顶点和面心，含有 Ce 原子的个数8 6184，故化学式为 CeO2。12答案：(1)Ar3d 14s2 (2)12 sp 2、sp 3(3)ClO (4)离子晶体 (5)CeO 2 28