张金龙 徐微微 王爽

在“结构决定性质，性质反映结构”大概念主导下，物质结构部分学生学业水平要达到“能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类;能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化：能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题”.本文把原子结构、分子结构和晶体结构常考题型归类，整体设计并详细解析，指导学生把握必备知识，促进关键能力形成，体验学业水平的进阶.

一、原子结构与性质

1.掌握结构示意图、电子式等化学用语，能用原子结构解释元素性质及其递变规律，并能结合实验及事实进行说明.

例1实验室可用图1装置（略去加热装置），利用氯酸钾和浓盐酸加热制取氯气，反应方程式如下：

例2居里夫人发现的镭（ Ra）是一种具有很强的放射性的元素，镭元素在元素周期表中第七周期、ⅡA族，暴露在空气中的镭会与氮气反应产生黑色的氮化镭.下列关于镭的结构或性质的描述中不正确的是（

）.

A.Ra的价层电子排布式为7s2

B.在氮化镭中Ra呈+2价

C.镭比钙的金属性更强

D.碳酸镭易溶于水

解析 根据周期数=电子层数，主族数=最外层电子数=最高正化合价，结合题意“镭元素在元素周期表中第七周期、ⅡA族”很容易判断出选项A、B正确，同主族元素，从上到下，随着核电荷数的递增，原子半径增大，核对外层电子的引力减小，失去电子能力增强，元素的金属性增强，所以镭比钙的金属性更强，选项C正确.依据MgCO3微溶于水，CaCO3、BaCO3难溶于水的事实可以推测RaCO3应难溶于水，选项D错误，本题答案D.

3.能判断简单离子化合物和共价化合物中的化学键类型，能基于化学键解释某些化学反应的热效应.

例3 点燃的氢气在氯气中继续安静燃烧，产生苍白色火焰，集气瓶口有白雾，生成HCI.下列表述不正确的是（

）.

4.结合能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则书写1 -36号元素基态原子的核外电子排布式和轨道表示式，并说明含义.

例4 纯铁具有强的抗腐蚀性，但碳素钢在潮湿空气中易发生吸氧腐蚀.若在铁中加入Si、Cr、Cu等制成不锈钢就耐腐蚀.回答下列问题：

（1）基态Si原子最外层的轨道表示式为 .

（2）基态Cr原子核外电子排布式为 .

（3）基態Fe2与Fe3离子中未成对的电子数之比为

.

解析 根据元素的最高价氧化物对应的水化物的酸碱性及其强弱，以及根据电离能和电负性的大小可以判断元素的非金属性、金属性及其强弱.元素的第一电离能越小，金属性越强：元素的电负性越大，非金属性越强，根据表中提供的信息：短周期元素的最高价氧化物的水化物的分子式H2ZO4和0. 1mol/L溶液对应的pH=1.57，推出Z是+5价P元素.再根据原子序数依次增大，以及0. Imol/L溶液对应的pH，推知：x元素是N，y元素是Na，W元素是S.所以，电负性P Na+.选项B不正确：元素第一电离能P>S，选项C不正确;NH3分子间除了分子间的作用力外还有氢键，简单氢化物的沸点NH3>PH3，选项D不正确.本题答案A.

6.能从原子价电子数目和价电子排布的角度解释元素周期表的分区、周期和族的划分，

例6 汞与硫容易化合生成硫化汞.很多含巯基（- SH）的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂.汞的原子序数为80.位于元素周期表第____周期第___族.

2.利用电负性判断共价键的极性，根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质，分子间作用力（含氢键）对物质熔、沸点等性质有影响，

例8凯夫拉是一种高强度、耐腐蚀的芳纶纤维，军事上称为“装甲卫士”，但长期浸渍在强酸或强碱中强度有所下降，以下是凯夫拉的两种结构：

芳纶1313（ PMTA）结构简式：解反应，选项B正确.N、O、F的电负性都较大，容易和H原子形成氢键.氢键一般存在于含N-H、O-H、F-H键的物质中，也存在于有机化合物，如醇类（羟基）和羧酸类（羟基、羰基）、醛类（羰基）等物质中，所以可以推测间苯二胺和对苯二胺的熔沸点不同可能与分子间的氢键有关，选项C正确，芳纶1414是由单体对苯二胺和对苯二甲酸通过“酸脱羟基，氨脱氢”脱水缩合以肽键相连接形成的高聚物，发生的反应是缩合聚合反应，选项D正确.本题答案A.

3.能分析简单分子的空间结构，并能利用相关理论进行解释：能根据分子结构特点和键的极性判断分子的极性，并据此对分子的典型性质作出解释.

例9硅和卤素单质反应可以得到SiX4，熔沸点如表2所示.

解析 （1）晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，因此晶体硅为共价晶体.（2）Si孤电子对数为0，价层电子对数为4，Si原子采取sp3杂化，所以气态SiX4分子的空间结构是正四面体.（3） SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，所以熔沸点逐渐升高，

三、晶体结构与性质

1.能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律，分析晶胞组成写出晶体化学式.

例10 我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/Zr0，固溶体.四方ZrO2晶胞如图5所示.

（ l）2r4+离子在晶胞中的配位数是____，晶胞参数为apm、apm、c pm.

（2）该晶体密度为____g.cm -1（写出表达式）.

（3）在ZrO2中掺杂少量Zn0后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1-x0，，则y=___（用x表达）.

解析 （l）四方ZrO2晶胞中，以右侧面心的2r4+为例，同一个晶胞中与2r4+连接最近且等距离的02 -离子数为4，同理可知，右侧晶胞中有4个02 -离子与2r4+相连，因此，2r4+离子在晶胞中的配位数是8.

2.能借助4种晶体（分子、共价、离子、金属）模型，说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用，能对具体的简单案例进行分析，

例11 （1）晶体硅的熔点_____（填“>”或“<”）碳化硅的熔点;（2）甲醇的沸点（64. 7C）介于水（ 100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之间，其原因是____;（3）K和Cr属于同一周期，且基态原子核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点比金属Cr低，试解释原因.

解析（1）晶体硅和碳化硅都是共价晶体，二者结构相似，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体的熔、沸点越高，所以熔沸点晶体硅<碳化硅.（2）甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分子之间氢键的总强度低于水分子之间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间.答案为：甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能，且水比甲醇的氢键多.（3）K和Cr都属于金属晶体.K原子的价电子数少于Cr原子，而且K原子半径比Cr原子大，都使得K中金属键的作用比Cr中更小，所以K的熔点、沸点比金属Cr低.

3.知道在物质结构研究中运用原子光谱、分子光谱、X射线衍射等实验手段.

例12人们可通过多种方法来测定阿伏加德罗常数.X射线衍射法就是其中的一种.通过对金晶体的X射线衍射图像的分析，可以得出金晶体的晶胞（面心立方，配位数为12），如图6所示，

若金原子的半径为1. 44×10 -10om.金的密度为19. 32g/cm3，金的摩尔质量为197g/mol，试通过这些數据计算阿伏加德罗常数，

解析通过对金晶体的X射线衍射图像的分析，可以得出金晶体的晶胞，金晶胞为面心立方晶胞，每个品胞含有4个金原子.所以有等式p=4M/（ a3N，）其中M为金的摩尔质量197g/mol，a为晶胞边长，p为晶体密度，Ⅳ。为阿伏加德罗常数的值，对于面心立方晶胞来说，侧面对角线的原子是相切的关系，也就是有√2a=4r，a=2√2r.把金原子的半径带入计算得到a的数值，再代人密度公式，算得NA=6.04×10 23mol -1.