■江西師范大學(xué)附屬中學(xué) 周 瑋

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的常見題型為選擇題和綜合題,考查考生對(duì)結(jié)構(gòu)知識(shí)體系的歸納推理能力、信息遷移能力以及綜合應(yīng)用能力。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的知識(shí)點(diǎn)包括原子結(jié)構(gòu)(核外電子排布、雜化方式、電負(fù)性等)、分子結(jié)構(gòu)(化學(xué)鍵、電子式、結(jié)構(gòu)式、官能團(tuán)等)、晶體結(jié)構(gòu)(晶體類型判斷、物質(zhì)熔沸點(diǎn)高低影響因素、晶體的密度等)。本文通過(guò)對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”相關(guān)易錯(cuò)試題的分析,發(fā)掘知識(shí)體系中學(xué)生的易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn),希望可以引導(dǎo)考生克服對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”的畏難心理,厘清試題中知識(shí)脈絡(luò)的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)“以錯(cuò)題回歸知識(shí)本源”的目的,從而達(dá)成以易錯(cuò)點(diǎn)形成避錯(cuò)策略的知識(shí)掌握核心目標(biāo)。

易錯(cuò)點(diǎn)1：原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在試題中常見的命題角度有:原子核外電子的排布規(guī)律及其表示方法,原子結(jié)構(gòu)與元素電離能和電負(fù)性的關(guān)系及其應(yīng)用。試題側(cè)重原子核外電子排布式或軌道表示式,未成對(duì)電子數(shù)判斷,電負(fù)性、電離能、原子半徑和元素金屬性與非金屬性比較的考查。在書寫基態(tài)原子電子排布時(shí),常見的易錯(cuò)點(diǎn)為違反能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則及特例;還需注意同能級(jí)的軌道半充滿、全充滿或全空狀態(tài)的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,如Cr:3d54s1、Mn:3d54s2、Cu:3d104s1、Zn:3d104s2;另外需理解電離能與金屬性及金屬元素價(jià)態(tài)的關(guān)系,電負(fù)性與非金屬性及組成化合物所形成的化學(xué)鍵的關(guān)系。

易錯(cuò)提醒：書寫電子排布式的常見錯(cuò)誤與技巧。

例1已知某原子結(jié)構(gòu)示意圖為,下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是( )。

A.結(jié)構(gòu)示意圖中x=2

B.該原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2

C.該原子的軌道表示式為

D.該原子結(jié)構(gòu)中共有5個(gè)能級(jí)上填充有電子

解析：由原子結(jié)構(gòu)示意圖可知,K 層電子排滿時(shí)為2 個(gè)電子,故x=2,該元素為硅,故A 項(xiàng)正確。該原子的電子排布式為1 s22 s22 p63 s23 p2,故B 項(xiàng)正確;硅原子核外電子的軌道表示式為,故C 項(xiàng)錯(cuò)誤。原子結(jié)構(gòu)中共有1s、2s、2p、3s、3p 這5 個(gè)能級(jí)上填充有電子,故D 項(xiàng)正確。

答案：C

例2下列各項(xiàng)敘述中,正確的是( )。

A.鎂原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2時(shí),原子釋放能量,由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)

B.價(jià)層電子排布式為6s26p3的元素位于第六周期第ⅢA 族,是s區(qū)元素

C.所有原子任一能層的s電子云輪廓圖都是球形,但球的半徑大小不同

D.24Cr原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d44s2

解析：鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化為激發(fā)態(tài)時(shí)吸收能量,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。價(jià)層電子排布式為6s26p3的元素位于第六周期第ⅤA 族,是p區(qū)元素,B 項(xiàng)錯(cuò)誤。所有原子任一能層的s電子云輪廓圖都是球形,能層序數(shù)越大,球的半徑就越大,C項(xiàng)正確。原子軌道處于全空、全滿或半充滿狀態(tài)時(shí),能量最低,故24Cr原子的核外電子排布式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d54s1,D 項(xiàng)正確。

答案：C

易錯(cuò)點(diǎn)2：分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在試題中的常見命題角度有:圍繞某物質(zhì)判斷共價(jià)鍵的類型和數(shù)目,分子的極性、中心原子的雜化方式、微粒的立體構(gòu)型,氫鍵的形成及對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)影響等。試題側(cè)重考查微粒構(gòu)型、雜化方式、中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)、配位原子判斷與配位數(shù)、化學(xué)鍵類型、分子間作用力與氫鍵、分子極性等。對(duì)σ鍵和π 鍵的判斷,要掌握好方法;對(duì)雜化軌道的判斷,要理解常見物質(zhì)的雜化方式;通過(guò)三種作用力對(duì)性質(zhì)的影響解釋相關(guān)現(xiàn)象及結(jié)論。注意以下三個(gè)誤區(qū):不要誤認(rèn)為分子的穩(wěn)定性與分子間作用力和氫鍵有關(guān),其實(shí)分子的穩(wěn)定性與共價(jià)鍵的強(qiáng)弱有關(guān);不要誤認(rèn)為組成相似的分子,中心原子的雜化類型相同,關(guān)鍵是要看其σ鍵和孤電子對(duì)數(shù)是否相同。如BCl3中B 原子為sp2雜化,NCl3中N 原子為sp3雜化;不要誤認(rèn)為只要含有氫鍵物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)就高,其實(shí)不一定,分子間的氫鍵會(huì)使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高,而分子內(nèi)氫鍵一般會(huì)使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)降低。

易錯(cuò)提醒：判斷分子中中心原子的雜化軌道類型的方法。

(1)根據(jù)VSEPR 模型、中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)判斷,如(ABm型)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,中心原子的雜化軌道類型為sp3;價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,中心原子的雜化軌道類型為sp2;價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2,中心原子的雜化軌道類型為sp。

(2)根據(jù)等電子體原理進(jìn)行判斷,如CO2是直線形分子,SCN-、N-3與CO2是等電子體,所以分子的空間結(jié)構(gòu)均為直線形,結(jié)構(gòu)式類似,中心原子均采用sp雜化。

(3)根據(jù)分子或離子中有無(wú)π 鍵及π 鍵數(shù)目判斷,沒(méi)有π鍵的為sp3雜化,如CH4中的C原子;含1個(gè)π鍵的為sp2雜化,如甲醛中的C原子以及苯環(huán)中的C 原子;含2 個(gè)π鍵的為sp雜化,如二氧化碳分子和乙炔分子中的碳原子。

規(guī)律方法：“四方法”判斷中心原子的雜化類型。

(1)根據(jù)雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)判斷。

①直線形?sp,②平面三角形?sp2,③四面體形?sp3。

(2)根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷。

①109°28'?sp3,②120°?sp2,③180°?sp。

(3)利用價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定三種雜化類型(適用于中心粒子)。

2對(duì)?sp 雜化,3 對(duì)?sp2雜化,4 對(duì)?sp3雜化。

(4)根據(jù)σ鍵數(shù)與孤電子對(duì)數(shù)(適用于結(jié)構(gòu)式已知的粒子)判斷。

①含C有機(jī)化合物:2個(gè)σ?sp,3個(gè)σ?sp2,4個(gè)σ?sp3。

②含N化合物:2個(gè)σ?sp2,3個(gè)σ?sp3。

③含O(S)化合物:2個(gè)σ?sp3。

例3(1)Cu2+處于[Cu(NH3)4]2+的中心,若將配離子[Cu(N H3)4]2+中的2 個(gè)NH3換為CN-,則有2種結(jié)構(gòu),則Cu2+是否為sp3雜化?____(填“是”或“否”),理由為____。

(2)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推斷甲醛中H—C—H 的鍵角____120 °(填“＞”“＜”或“=”)。

(3)SO2Cl2和SO2F2都屬于AX4E0型分子,S＝ O 之間以雙鍵結(jié)合,S—Cl、S—F之間以單鍵結(jié)合。請(qǐng)你預(yù)測(cè)SO2Cl2和SO2F2分子的立體構(gòu)型為____。SO2Cl2分子中 ∠Cl—S—Cl____SO2F2分子中∠F—S—F(填“＜”“＞”或“=”)。

(4)抗壞血酸的分子結(jié)構(gòu)如下所示,該分子中碳原子的雜化軌道類型為____。

解析：(1)由于將配離子[Cu(N H3)4]2+中的2個(gè)NH3換為CN-,有2種結(jié)構(gòu),說(shuō)明[Cu(NH3)4]2+形成平面正方形結(jié)構(gòu),Cu2+在平面正方形對(duì)角線的交點(diǎn)上。若是Cu2+采用sp3雜化,由于正四面體任何兩個(gè)頂點(diǎn)都處于相鄰位置,那么[Cu(N H3)4]2+的空間構(gòu)型為正四面體形,將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2個(gè)N H3換為CN-,則只有1種結(jié)構(gòu),所以Cu2+不是采用sp3雜化。

(2)甲醛分子中,碳氧之間為雙鍵,根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論可知雙鍵與單鍵之間的斥力大于單鍵與單鍵之間的斥力,所以H—C—H 的鍵角小于120°。

(3)當(dāng)中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4時(shí),VSEPR 模型為四面體形,硫原子無(wú)孤電子對(duì),所以立體構(gòu)型為四面體形。X 原子得電子能力越弱,A—X 形成的共用電子對(duì)之間的斥力越強(qiáng),F 原子的得電子能力大于氯原子,所以SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl＞SO2F2分子中∠F—S—F。

(4)該分子中亞甲基、次亞甲基上C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)都是4,連接碳碳雙鍵和碳氧雙鍵的C 原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3,根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,該分子中碳原子的軌道雜化類型,前者為sp3雜化,后者為sp2雜化。

答案：(1)否 若是 sp3雜化,[Cu(NH3)4]2+的立體構(gòu)型為正四面體形,將配離子[Cu(NH3)4]2+中的2 個(gè)N H3換為CN-,則只有1種結(jié)構(gòu)

(2)＜

(3)四面體形 ＞

(4)sp2、sp3

易錯(cuò)點(diǎn)3：晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在試題中常見的命題角度有晶體的類型、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、晶體熔沸點(diǎn)高低的比較、配位數(shù)、晶胞模型分析及有關(guān)計(jì)算等考點(diǎn)。試題側(cè)重晶體類型判斷、物質(zhì)熔沸點(diǎn)的比較與原因、晶胞中微粒數(shù)的判斷、配位數(shù)、晶胞密度計(jì)算、晶胞參數(shù)、空間利用率計(jì)算的考查。易錯(cuò)點(diǎn)主要是晶胞特點(diǎn)的計(jì)算,如面心立方晶胞與體心立方晶胞的配位數(shù)不同;晶胞參數(shù)給定單位是nm 或pm時(shí),忽略換算成cm。

易錯(cuò)提醒：(1)判斷某種微粒周圍等距且緊鄰的微粒數(shù)目時(shí),要注意運(yùn)用三維想象法。如Na Cl晶體中,Na+周圍的Na+數(shù)目(Na+用“○”表示)如圖1 所示,每個(gè)面上有4 個(gè),共計(jì)12個(gè)。

圖1

(2)?？嫉膸追N晶體主要有干冰、冰、金剛石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等,要熟悉以上代表物的空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)題中信息給出與某種晶體空間結(jié)構(gòu)相同時(shí),可以直接套用某種結(jié)構(gòu)。

規(guī)律方法：晶胞密度計(jì)算的基本過(guò)程。

例4氮化鈦晶體的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示,該晶胞中N 和N 之間的最近距離為apm,以晶胞邊長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度建立坐標(biāo)系,原子A 的坐標(biāo)參數(shù)為(0,0,0),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )。

圖2

C.該物質(zhì)的化學(xué)式為Ti N

D.Ti的配位數(shù)為6

解析：原子B在x,y,z軸上坐標(biāo)分別為1,1,,則坐標(biāo)參數(shù)為,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。晶胞中N 和N 之間的最近距離為面對(duì)角線的,為apm,則N 與Ti的最近距離是,則晶胞邊長(zhǎng)為,B 項(xiàng)正確。該晶胞中,Ti(黑球)的個(gè)數(shù)為,N(白球)的個(gè)數(shù)為,則Ti和N 的個(gè)數(shù)比為1∶1,該物質(zhì)的化學(xué)式為Ti N,C項(xiàng)正確。以體心鈦為例,與Ti距離相等且最近的N 有6個(gè),則Ti的配位數(shù)為6,D項(xiàng)正確。

答案：A

例5芯片作為科技產(chǎn)業(yè),以及信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ),自誕生以來(lái),就一直倍受關(guān)注, 也一直蓬勃發(fā)展。芯片制造會(huì)經(jīng)過(guò)六個(gè)最為關(guān)鍵的步驟:沉積、光刻膠涂覆、光刻、刻蝕、離子注入和封裝。

(1)將Mn 摻雜到Ga As的晶體中替換部分Ga得到稀磁性半導(dǎo)體材料,晶體結(jié)構(gòu)如圖3(甲)所示。

圖3

圖中a、b的坐標(biāo)分別為(0,0,0)和(1,1,0),則c點(diǎn)Mn的原子坐標(biāo)分別為_____, 摻雜Mn之后,晶體中Mn、Ga、As的原子個(gè)數(shù)比為_____。

(2)“光刻膠涂覆”中用到一種701 紫外正型光刻膠,結(jié)構(gòu)如圖3(乙)所示,其S的雜化方式為____。

(3)“光刻”時(shí),紫外負(fù)型光刻膠常含有—N3(疊氮基), 在紫外光下形成的陰離子的等電子體有____(填化學(xué)式,任寫一種),其空間構(gòu)型為____。

(4)一種Ag2HgI4固體導(dǎo)電材料為四方晶系,其晶胞參數(shù)為apm、apm 和2apm,晶胞沿x、y、z的方向投影(如圖4所示),A、B、C 表示三種不同原子的投影。其中代表Hg原子的是____(填“A”“B”或“C”)。設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,Ag2HgI4的摩爾質(zhì)量為Mg· mol-1,該晶體的密度為_____g·cm-3(用代數(shù)式表示)。

圖4

解析：(1)由圖可知,c點(diǎn)錳原子在x、y、z軸上的投影坐標(biāo)分別為0,,,則c點(diǎn)Mn 的原子坐標(biāo)為(0,,);根據(jù)“均攤法”,晶胞中含,4 個(gè)As,摻雜Mn 之后,晶體中 Mn、Ga、As 的原子個(gè)數(shù)比為5∶27∶32。

(2)圖中硫原子形成4 個(gè)共價(jià)鍵且無(wú)孤電子對(duì),為sp3雜化。

(3)等電子體是指價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)相同的分子、離子或原子團(tuán)。陰離子的等電子體有N2O、CO2、CS2等。陰離子的中心原子N 原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為,為sp 雜化,空間構(gòu)型為直線形。

(4)由投影可知,A 位于晶胞內(nèi)部,原子數(shù)為8;B 原子位于頂點(diǎn)和體心,根據(jù)“均攤法”,晶胞中含;C 原子位于棱上和六個(gè)面上,晶胞中含。結(jié)合化學(xué)式Ag2HgI4可知,A、B、C分別為I、Hg、Ag,晶體密度為。

答案：(1)

(2)sp3

(3)N2O、CO2、CS2(任寫一種) 直線形

總之,在“雙新”背景下,有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的試題對(duì)考生結(jié)構(gòu)知識(shí)體系的歸納推理能力、信息遷移能力以及綜合應(yīng)用能力有較高的要求。考生在復(fù)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)知識(shí)時(shí),對(duì)常見易錯(cuò)題的整理是學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。復(fù)習(xí)過(guò)程中需要注重知識(shí)點(diǎn)的落實(shí)和模型的建構(gòu)及應(yīng)用,增強(qiáng)“以錯(cuò)題引導(dǎo)思維辨析”的主動(dòng)意識(shí),實(shí)現(xiàn)“以錯(cuò)題回歸知識(shí)本源”的目的,培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)和理解與辨析、分析與推測(cè)、歸納與論證的能力。