第六讲 物质结构一.docx

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第六讲物质结构一

2010年高考总复习——化学6

物质结构

（一）

在高考中，除了要求考生掌握扎实的基础知识、过硬的基本技能外，还要求考生具有一定的“化学思想方法”。

化学思想是人们认识、理解、掌握化学的意识，化学方法是人们解决化学问题的方法策略。

近年来高考大纲明确提出对“化学思想方法”的考查。

在中学化学中，

（1）守恒思想；

（2）平衡思想；（3）结构决定性质、性质决定用途、制备与保存。

这些是核心的、影响全局的化学学科思想。

在化学研究中，研究物质的性质最基本的手段是化学实验，但是如果要深入分析其中的本质原因并找出规律进行应用，必须从物质结构上进行探索研究。

所谓“结构决定性质”，在中学化学中主要分为三个层次的知识：

（1）原子结构决定元素的化学性质；

（2）分子结构（化学键）决定物质的化学性质；

（3）晶体结构决定物质的物理性质。

晶体结构的知识要求考生了解有关分子间作用力和氢键的相关知识。

在物质结构三个层次的要求中，原子之间相互结合时形成的化学键的类型、化学键的数量都是由原子结构决定的，而形成的化学键不同，得到的晶体结构也不同。

因此，物质结构的核心内容是原子结构。

在高考的必考部分中，对物质结构方面有如下要求：

①了解化学的主要特点是在原子、分子水平上认识物质。

了解化学可以识别、改变和创造分子。

了解物质的组成、结构和性质的关系。

②了解元素、核素和同位素的含义。

了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。

③了解原子构成。

了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。

了解原子核外电子排布，原子结构示意图。

④掌握元素周期律的实质。

了解元素周期表（长式）的结构（周期、族）及其应用。

⑤以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。

以IA和VIIA族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。

⑥了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质递变的规律，熟悉常见元素的化合价。

⑦了解化学键的定义。

了解离子键、共价键的形成。

了解分子式、电子式、结构式和结构简式的表示方法。

⑧能从化学键的角度分析化学反应，了解化学反应中能量转化的原因。

热点一、元素周期表的应用

元素周期律是无机化学中最重要的规律，原子结构与元素化学性质之间的关系是它的核心内容。

在高考复习中，首先要求考生掌握它们之间的内在联系。

元素的化学性质随原子序数的递增呈现出周期性的变化，具体表现形式就是我们使用的元素周期表：

原子序数递增

核外电子排布周期性变化

最外层电子数和原子半径周期性变化

元素性质周期性变化

元素在元素周期表中的位置取决于该元素原子核外电子的排布，长式周期表的构造取决于原子核外电子排布的规律。

（1）每层最多容纳2n2个电子

（2）最外层电子数不超过8个（第一层为最外层时不超过2个）

（3）次外层电子数不超过18个（第二层为次外层时不超过8个）

（4）倒数第三层电子数不超过32个（第三层为倒数第三层时不超过18个）

将上述规律综合在一起，我们可以将周期表中7个周期元素的核外电子排布情况进行总结，得到下面的规律。

周期

每周期最后一种元素（稀有气体）核外电子排布

元素种数

K

L

M

N

O

P

Q

1

2

2

2

2

8

8

3

2

8

8

8

4

2

8

18

8

18

5

2

8

18

18

8

18

6

2

8

18

32

18

8

32

7

2

8

18

32

32

18

8

32（未填满）

通过分析，我们不难理解为什么周期表中不同的周期，所包含的元素种数不尽相同。

在高考中，主要考查元素性质周期律和元素周期表的具体应用，即如何利用位、构、性之间的关系解决问题。

这三者之间，核心知识是原子结构，但是高考考查的重点集中在元素的化学性质和元素位置之间的关系上，解决这类高考题的关键在于确定元素在周期表中的位置。

一般的解题思路是：

（1）确定元素在周期表中的位置：

①利用核外电子排布推导主族元素的位置周期数=电子层数主族数=最外层电子数

②利用质子数推导元素位置

各周期最后一个元素为稀有气体：

2He、10Ne、18Ar、36Kr、54Xe、86Rn

用质子数找出所在周期，再利用差值找出所在族。

例1（09全国II）．某元素只存在两种天然同位素，且在自然界它们的含量相近，其相对原子质量为152.0，原子核外的电子数为63。

下列叙述中错误的是（）

A．它是副族元素B．它是第六周期元素

C．它的原子核内有63个质子D．它的一种同位素的核内有89个中子

解析：

核外电子数等于其质子数，C项正确；用质子数分别减去各周期所含有的元素种数（或利用稀有气体的原子序数），63-2-8-8-18-18=9，显然其属于第六周期，从左到右的第9种，而第六周期中包含镧系，所以它应属于副族，A项、B项均正确；由于存在同位素，所以相对原子质量应是同位素的平均值，而不代表其中一种元素的质量数，故中子数不能用152-63=89来计算，D项错。

③利用原子半径和化合价判断元素位置

主族数=最外层电子数=元素最高正价数最低负价=最外层电子数－8

例2（08广东卷）．根据表1信息，判断以下叙述正确的是（）

表1部分短周期元素的原子半径及主要化合价

元素代号

L

M

Q

R

T

原子半径／nm

0.160

0.143

0.112

0.104

0.066

主要化合价

＋2

＋3

＋2

＋6、－2

－2

A．氢化物的沸点为H2T＜H2RB．单质与稀盐酸反应的速率为L＜Q

C．M与T形成的化合物具有两性D．L2+与R2－的核外电子数相等

解析：

T与R同族，L与Q同族。

T只有－2价，且原子半径小，所以T为O元素；R的最高正价为＋6价，最低价为－2价，所以R为S元素；L的原子半径最大，化合价为＋2价，所以L为Mg；M的原子半径介于Mg和S之间且化合价为＋3价，所以M为Al；而Q的原子半径在Mg和O之间且化合价为＋2价，所以Q为Be。

选项A中由于H2O中存在氢键，所以沸点：

H2T＞H2R；选项B中由于Mg的金属性比Al强，所以与HCl反应的速率：

L＞Q；选项C中Al和O形成的化合物具有两性；选项D中Mg2＋只有两个电子层而S2－具有三个电子层。

答案：

C

（2）确定元素位置后，利用同主族元素化学性质的相似性推导主要的化学性质，并且利用化学性质的递变性进行相应的比较。

①熟记每一主族代表元素（大多为第三周期元素）的化学性质以及IA、VIIA族元素的性质。

②利用位置关系进行元素性质的比较（利用性质递变规律推断未知元素的化学性质）：

位于周期表左下方的元素金属性强（金属元素集中在左下方），位于周期表右上方的元素非金属性强（非金属元素集中在右上方），在金属与非金属之间存在一条阶梯状分界线，阶梯线两侧元素具有一定的过渡性。

③掌握元素性质的具体比较方法

金属单质与水、或酸发生反应的难易程度

非金属单质与氢气化合的难易程度，以及生成的气态氢化物的稳定性

最高价氧化物的水化物酸碱性的相对强弱

单质之间的相互置换

周期表中的性质递变规律

性质

同周期（从左右）

同主族（从上下）

原子半径

逐渐减小

逐渐增大

电子层结构

电子层数相同，最外层电子数渐多

电子层数递增，最外层电子数相同

失电子能力

得电子能力

逐渐减小

逐渐增强

逐渐增强

逐渐减小

金属性

非金属性

逐渐减小

逐渐增强

逐渐增强

逐渐减小

主要化合价

最高正价（+1+7）

非金属负价：

族序数—8

最高正价=族序数

非金属负价=族序数—8

最高氧化物对应水化

物的酸性、碱性

酸性逐渐增强

碱性逐渐减弱

酸性逐渐减弱

碱性逐渐增强

非金属的气态氢化物

的形成难易、稳定性

形成由难易

稳定性逐渐增强

形成由易难

稳定性逐渐减弱

例3（09山东）．元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质。

下列说法正确的是（）

A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性

B．第三周期元素的最高正化合价等于它所处的主族序数

C．短周期元素形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构

D．同一主族元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同答案：

B

例4（08全国Ⅱ卷）．对于IVA族元素，下列叙述中不正确的是（）

A．SiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键

B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8

C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应

D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2

解析：

IVA族元素最外层电子数都是4，但C原子的次外层电子数只有2个电子。

答案：

B

例5（08江苏卷）．下列排列顺序正确的是（）

①热稳定性：

H2O＞HF＞H2S②原子半径：

Na＞Mg＞O

③酸性：

H3PO4＞H2SO4＞HClO4④结合质子能力：

OH—＞CH3COO—＞Cl—

A．①③B．②④C．①④D．②③

解析：

①中O和F属于同周期元素，氢化物的稳定性：

HF＞H2O；②中Na和Mg为第三周期元素，原子半径：

Na＞Mg，而Mg比O多一个电子层，所以Mg＞O；③P、S、Cl属于同周期元素，其酸性：

HClO4＞H2SO4＞H3PO4。

答案：

B

例6（08山东卷）．下列说法正确的是（）

A．SiH4比CH4稳定

B．O2—半径比F—的小

C．Na和Cs属于第IA族元素，Cs失电子能力比Na的强

D．P和As属于第VA族元素，H3PO4酸性比H3AsO4的弱

解析：

选项A中C与Si属于同主族元素，其氢化物的稳定性逐渐减弱，即CH4比SiH4稳定；选项B中O2－与F－的电子层结构相同，根据电子层相同，核电荷数小的，离子半径大，所以O2－半径大于F－半径；选项C中Na与Cs同主族，随着核电荷数的增大，原子失去电子的能力逐渐增强，即失去电子的能力：

Cs＞Na；选项D中根据同主族元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强，所以酸性：

H3PO4＞H3AsO4。

答案：

C

例7（08广东卷）．下列有关原子结构和元素周期律的表述正确的是（）

①原子序数为15的元素的最高化合价为＋3

②VIIA族元素是同周期中非金属性最强的元素

③第二周期IVA族元素的原子核电荷数和中子数一定为6

④原子序数为12的元素位于元素周期表的第三周期IIA族

A．①②B．①③C．②④D．③④

解析：

①中最外层电子数为5，所以它的最高价为＋5；③C原子的核电荷数为6，由于C元素存在同位素原子，所以中子数就不一定为6。

答案：

C

例8（08四川卷）．下列叙述正确的是（）

A．除零族元素外，短周期元素的最高化合价在数值上都等于该元素所属的族序数

B．除短周期外，其它周期均为18种元素

C．副族元素没有非金属元素

D．碱金属元素是指IA族的所有的元素

解析：

选项A中F和O元素除外；选项B中的第六周期为32种元素，如果第七周期填满也为32种元素；选项D中第一主族元素包括H，而碱金属元素中无H。

答案：

C

例9（08北京卷）．X、Y均为元素周期表中前20号元素，其简单离子的电子层结构相同，下列说法正确的是（）

A．由mXa＋与nYb－得，m＋a=n－b

B．X2－的还原性一定大于Y－

C．X、Y一定不是同周期元素

D．若X的原子半径大于Y，则气态氢化物的稳定性HmX一定大于HnY

解析：

抓住X、Y的简单离子电子层结构相同。

A选项中，正确的关系应为m－a=n＋b。

B选项中可以判断出X、Y同周期，X为VIA族元素，而Y为VIIA族元素。

C选项中忽视了像Na+和Mg2+这样的实例。

D选项中，X、Y属于同周期非金属元素，而且X应位于Y的左侧。

答案：

B

例10（09海南）．同一短周期的元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，下列叙述正确的是（）

A．单质的化学活泼性：

W

W

C．单质的氧化能力：

W

W

答案：

B

例11（09海南）．门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第四周期的三种元素留下了空位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。

根据元素周期律，下列有关X性质的描述中错误的是（）

A．X单质不易与水反应B．XO2可被碳或氢还原为X

C．XCl4的沸点比SiCl4的高D．XH4的稳定性比SiH4的高

答案：

D

例12（07高考）．有X、Y两种元素，原子序数≤20，X的原子半径小于Y，且X、Y原子的最外层电子数相同（选项中m、n均为正整数）。

下列说法正确的是（）

A．若X（OH）n为强碱，则Y（OH）n也一定为强碱

B．若HnXOm为强酸，则X的氢化物溶于水一定显酸性

C．若X元素形成的单质是X2，则Y元素形成的单质一定是Y2

D．若Y的最高正价为+m，则X的最高正价一定为+m答案：

A

热点二、元素推断

在高考中，无机推断题是必考的重点题型，无机推断又分为物质推断与元素推断。

其中元素推断题与物质结构、周期律的知识有紧密的联系。

这类题目起点低，落点高，考查的知识非常基础，通常都取材与中学课本中的常见元素、重点物质，主要包括周期表中短周期以及第四周期常见元素（钾、钙、铁、溴等），但是在一类题目中往往将结构、性质、实验甚至计算各个方面的知识融合在一起，综合程度非常高。

在解答这类题目时，准确判断元素是解题的关键。

常用的方法有：

利用质子数推断（往往需要一些计算）；利用核外电子排布推断；

利用元素的化合价（最高正价，最低负价）推断；

利用特殊的性质进行推断（颜色、气味、状态，典型化合物的性质）等。

例13（08全国Ⅰ卷）．下列各组给定原子序数的元素，不能形成原子数之比为1∶1稳定化合物的是（）

A．3和17B．1和8C．1和6D．7和12

解析：

此题应根据已知的原子序数确定对应的元素，然后根据常见的物质进行判断。

选项A中可形成LiCl；选项B中可形成H2O2；选项C中可形成C2H2；选项D中可形成Mg3N2。

答案：

D

例14（09北京卷7）．W、X、Y、Z均为短周期元素，W的最外层电子数与核外电子总数之比为7：

17；X与W同主族；Y的原子序数是W和X的原子序数之和的一半；含Z元素的物质焰色反应为黄色。

下列判断正确的是

A．金属性：

Y＞ZB．氢化物的沸点：

X＞W

C．离子的还原性：

X＞WD．原子及离子半径：

Z＞Y＞X

解析：

根据核外电子排布首先推断出W为氯元素。

然后以此为依据推断出X为氟元素、Y为铝元素、Z为钠元素。

答案：

B

例15（09江苏）．X、Y、Z、W、R是5种短周期元素，其原子序数依次增大。

X是周期表中原子半径最小的元素，Y原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，Z、W、R处于同一周期，R与Y处于同一族，Z、W原子的核外电子数之和与Y、R原子的核外电子数之和相等。

下列说法正确的是（）

A．元素Y、Z、W具有相同电子层结构的离子，其半径依次增大

B．元素X不能与元素Y形成化合物X2Y2

C．元素Y、R分别与元素X形成的化合物的热稳定性：

XmY＞XmR

D．元素W、R的最高价氧化物的水化物都是强酸

解析：

根据原子半径和核外电子排布可以判断X是氢元素、Y是氧元素，再判断出R是硫元素，最后根据计算判断，Z是钠元素，W是铝元素。

答案：

C

例16（09四川）．X、Y、Z、M是元素周期表中前20号元素，其原子序数依次增大，且X、Y、Z相邻。

X的核电荷数是Y的核外电子数的一半，Y与M可形成化合物MZ2。

下列说法正确的是（）

A．还原性：

X的氢化物>Y的氢化物>Z的氢化物

B．简单离子的半径：

M的离子>Z的离子>Y的离子>X的离子

C．YX2、M2Y都是含有极性键的极性分子

D．Z元素的最高价氧化物的水化物的化学式为HZO4

解析：

根据X的核电荷数是Y的核外电子数的一半，且X、Y相邻，可以判断X与Y属于同一主族，X为氧元素，Y为硫元素。

而Z只能为氯元素，再根据化合价判断M为钙元素。

答案：

D

例17（09广东）．元素X、Y、Z原子序数之和为36，X、Y在同一周期，X+与Z2－具有相同的核外电子层结构。

下列推测不正确的是（）

A．同周期元素中X的金属性最强B．原子半径X＞Y，离子半径X+＞Z2－

C．同族元素中Z的氢化物稳定性最高D．同周期元素中Y的最高价含氧酸的酸性最强

解析：

根据X+与Z2－具有相同的核外电子层结构，判断出只可能有两种组合：

X

Z

Y

Na

O

Cl

K

S

H

再根据X与Y处于同一周期，可以断定第一种组合正确。

答案：

B

例18（08宁夏卷）．短周期元素E的氯化物ECln的熔点为-78℃，沸点为59℃；若0.2molECln与足量的AgNO3溶液完全反应后可以得到57.4g的AgCl沉淀。

下列判断错误的是（）

A．E是一种非金属元素B．在ECln中E与Cl之间形成共价键

C．E的一种氧化物为EOD．E位于元素周期表的IVA族

解析：

n（AgCl）＝

＝0.4mol，由Cl－守恒得n＝2，所以E为＋2价，ECln的熔点为-78℃，沸点为59℃，属于分子晶体，所以在ECln中E与Cl之间形成共价键。

答案：

D

例19（08重庆卷）．在2008年初我国南方遭遇的冰雪灾害中，使用了一种融雪剂，其主要成分的化学式为XY2，X、Y为周期表前20号元素，其阳离子和阴离子的电子层结构相同，且1molXY2含有54mol电子。

（1）该融雪剂的化学式是；X与氢元素形成的化合物的电子式是。

（2）元素D、E原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，D与Y相邻，则D的离子结构示意图是；D与E能形成一种非极性分子，该分子的结构式为；D所在族元素的氢化物中，沸点最低的是。

（3）元素W与Y同周期，其单质是原子晶体；元素Z的单质分子Z2中有3个共价健；W与Z能形成一种新型无机非金属材料，其化学式是.

（4）元素R与Y同主族，其氢化物能用于刻蚀玻璃，R2与NaOH溶液反应的产物之一是R2O，该反应的离子方程式为。

解析：

X、Y组成的化学式为XY2，且为离子化合物，所以X为＋2价，Y为－1价，设Y的电子数为a，则X为a＋3，所以2a＋a＋3=54，a＝17，Y为Cl，X为Ca。

D与Cl相邻，D的最外层电子数是电子层数的三倍，所以D为S，E为C。

W与Cl同周期，其单质是原子晶体，所以W为Si元素Z的单质Z2有3个共价键，Si与Z能形成一种新型无机非金属材料，所以Z为N。

答案：

（1）CaCl2；

（2）

，S=C=S；H2S（3）Si3N4

（4）2F2+2OH—=2F—+OF2+H2O

例20（09福建）．

短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如图所示，其中T所处的周期序数与主族序数相等，请回答下列问题：

Q

R

T

W

（1）T的原子结构示意图为

（2）元素的非金属性为（原子的得电子能力）：

QW（填“强于”或“弱于”）。

（3）W的单质与其最高价氧化物的水化物浓溶液共热能发生反应，生成两种物质，其中一种是气体，反应的化学方程式为

（4）原子序数比R多1的元素的一种氢化物能分解为它的另一种氢化物，此分解反应的化学方程式是

（5）R有多种氧化物，其中甲的相对分子质量最小。

在一定条件下，2L的甲气体与0.5L的氯气相混合，若该混合气体被足量的NaOH溶液完全吸收后没有气体残留，所生成的R的含氧酸盐的化学式是

（6）在298K下，Q、T的单质各1mol完全燃烧，分别放出热量akJ和bkJ。

又知一定条件下，T的单质能将Q从它的最高价氧化物中置换出来，若此置换反应生成3molQ的单质，则该反应在298K下的

=（注：

题中所设单质均为最稳定单质）

解析：

根据T所处的周期序数与主族序数相等，可以判断出T为铝元素，而Q、R、W分别为碳、氮、硫。

第（5）问中首先确定氧化物甲，氮元素形成的氧化物有六种，N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5，相对分子质量最小的是NO。

第（6）问根据盖斯定律，可以设计如下步骤：

①3CO2=3C+3O2；②4Al+3O2=2Al2O3；总：

4Al+3CO2=2Al2O3+3C。

答案：

（1）

（2）弱于（3）S+2H2SO4（浓）

3SO2↑+2H2O（4）2H2O2

2H2O+O2↑

（5）NaNO2（6）（3a－4b）kJ·mol—1

近年的高考中，这类题目知识的覆盖面越来越大，除了常见的无机物以外，有时还涉及到一些有机化合物的知识。

特别是无机化学中，重点元素、典型物质的特性甚至是物理性质，经常作为推断的重要信息出现在试题中。

例21（08广东卷）．元素X、Y和Z可结合形成化合物XYZ3；X、Y和Z的原子序数之和为26；Y和Z在同一周期。

下列有关推测正确的是（）

A．XYZ3是一种可溶于水的酸，且X与Y可形成共价化合物XY

B．XYZ3是一种微溶于水的盐，且X与Z可形成离子化合物XZ

C．XYZ3是一种易溶于水的盐，且Y与Z可形成离子化合物YZ

D．XYZ3是一种离子化合物，且Y与Z可形成离子化合物YZ3

解析：

由题目可知，无论XYZ3属于酸还是盐，Z元素必然是氧元素，那么XYZ3可能的物质有：

HClO3，NaNO3，MgCO3，AlBO3。

若XYZ3为一种可溶于水的酸HClO3，但Cl和O不在同一周期，不符合题意所以A错；若XYZ3为微溶于水的MgCO3，X与Z可形成离子化合物MgO，B正确；若XYZ3为易溶于水的盐NaNO3，YZ（NO）不是离子化合物，C错；若XYZ3是离子化合物，YZ2可能为NO2或CO2，均不是离子化合物，D错。

 答案：

B

例22（08天津卷）．W、X、Y、Z是原子序数依次增大的同一短同期元素，W、X是金属元素，Y、Z是非金属元素。

（1）W、X各自的最高价氧化物对应的水化物可以反应生盐和水，该反应的离子方程式为。

（2）W与Y可形成化合物W2Y，该化合物的电子式为。

（3）X的硝酸盐水溶液显性，用离子方程式解释原因。

（4）Y的低价氧化物通入Z单质的水溶液中，发生反应的化学方程式为。

（5）比较Y、Z气态氢化物的稳定性＞（用分子式表示）

（6）W、X、Y、Z四种元素简单离子的离子半径由大到小的顺序是：

＞＞＞。

（7）Z的最高价氧化物为无色液体，0.25mol该物质与一定量水混合得到一种稀溶液，并放出QkJ的热量。

写出该反应的热化学方程式：

。

解析：

因为这四种元素为同一短周期元素，W和X为金属元素，且各自的最高价氧化物对应的水化物可以反应生成盐和水，所以W为Na，X为Al，Na与Y形成Na2Y，说明Y为－2价，即Y为S，则Z为Cl。

答案：

（1）Al（OH）3+OH-＝AlO2-+2H2O

（2）

（3）酸Al3++3H2O

Al（OH）3↓+3H+

（4）SO2+Cl2+2H2O＝H2SO4+2HCl（5