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专题 15 物质结构与性质
1．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；
(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。
2．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
考纲 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。
3．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、金属晶体的结构粒子、粒子间作用力的区别。
《物质结构与性质》许多省市列入必考题，题目一般是以元素推断或某主族元素为背
景，以“拼盘”形式呈现，各小题之间相对独立，主要考查原子结构与性质、分子结构
与性质、晶体结构与性质。试题背景新颖，注重体现科学新成果或新发现，更注重“结
考情预测 构决定性质”思想的树立，考查空间想象能力。在原子结构部分主要命题点有电子排布
式或排布图的书写，电离能、电负性大小的比较与判断；在分子结构部分主要命题点有
化学键类型的判断，分子构型的判断，中心原子杂化方式的判断；在晶体结构部分主要
命题点有晶体类型的判断，晶体结构的计算等。
核心素养 宏观辨识与微观探析 证据推理与模型认知高频考点一 原子结构与性质
1.原子结构与化学键
(1)微粒间“三个”数量关系
中性原子：核电荷数=核内质子数=核外电子数=原子序数
阴离子：核外电子数=质子数+所带的电荷数
阳离子：核外电子数=质子数-所带的电荷数
(2)“四同”的判断方法——关键是抓住描述的对象
①同位素——原子，如1 H、2 H、3 H。
1 1 1
②同素异形体——单质，如O 与O，金刚石与石墨，红磷与白磷。
2 3
③同系物——有机化合物，如CHCH、CHCHCH。
3 3 3 2 3
④同分异构体——化合物，如正戊烷与新戊烷。
(3)10e-、18e-微粒10电子体和18电子体是元素推断题的重要突破口。
以Ne为中心记忆10电子体：
Ne
以Ar为中心记忆18电子体：
Ar
此外，由10电子体中的CH 、NH 、HO、HF失去一个H原子后的剩余部分如—CH 、—NH 、—OH、
4 3 2 3 2
—F等为9电子体，两两组合得到的物质如CHCH、CHOH、HO、NH、F 等为18电子体。
3 3 3 2 2 2 4 2
(4)化学键与化合物的关系
(5)规避化学键判断的易错点
①在离子化合物中一般既含有金属元素又含有非金属元素(铵盐除外)；共价化合物一般只含有非金属元素，
但个别含有金属元素，如AlCl ；只含有非金属元素的化合物不一定是共价化合物，如铵盐。
3
②非金属单质只含共价键或不含化学键(稀有气体)。
③气态氢化物是共价化合物，只含共价键；而金属氢化物(如NaH)是离子化合物，含离子键。
④分子的稳定性与分子间作用力无关，而与分子内部化学键的强弱有关。
2.原子核外电子排布的“三”规律
能量最
原子核外电子总是先占据能量最低的原子轨道
低原理
泡利原理 每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋状态相反的电子
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，
洪特规则
而且自旋状态相同
3.基态原子核外电子排布的表示方法
表示方法 含义 举例原子或离子结构
表示核外电子分层排布和核内质子数
示意图
··
电子式 表示原子最外层电子数目
·Cl·
·
··
S：1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
核外电子排布式表示每个能级上排布的电子数
S2-：1s22s22p63s23p6
电子排布图
表示每个原子轨道中电子的运动状态
(轨道表示式)
价电子排布式或 S：3s23p4
表示价电子的排布
排布图
Fe：3d64s2
4．电离能及其应用
(1)电离能的变化规律
①同周期从左到右(ⅠA族→0族)，第一电离能呈增大的趋势。但第ⅡA族(ns2np0)和第ⅤA族(ns2np3)，因
为p轨道处于全空或半充满状态，比较稳定，所以其第一电离能大于同周期右侧相邻的第ⅢA族或第ⅥA族
元素，如第一电离能：Mg>Al、P>S。
②逐级电离能逐渐增大(Ir(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)；r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。
例：r(Cl-)>r(Cl)；r(Fe2+)>r(Fe3+)。
8．金属性、非金属性强弱的判断
【典例剖析】【例1】(2022•辽宁省选择性考试）短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子
均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是( )
A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物沸点：
C．第一电离能： D．电负性：
【答案】B
【解析】短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大，W简单离子在同周期离子中半径最小，说明W
为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子，可分类讨论：①为第二周期元素时，最外层电
子排布为2s22p2或2s22p4，即C或O；②为第三周期元素时，最外层电子排布为3s23p2或3s23p4，即Si或S。Q
与Z同主族，结合原子序数大小关系可知，则X、Z、Q分别为C、O和S，则Y为N。A项，X为C，能与多
种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键，A正确；B项，Z和Q形成的简单氢化物为HO和HS，由于HO分
2 2 2
子间能形成氢键，故HO沸点高于HS，B错误；C项，Y为N，Z为O，N的最外层p轨道电子为半充满结构，
2 2
比较稳定，故其第一电离能比O大，C正确；D项，W为Al，Z为O，O的电负性更大，D正确；故选B。
【例2】(2021•山东卷）X、Y为第三周期元素、Y最高正价与最低负价的代数和为6，二者形成的一种化合
物能以[XY ]+[XY ]-的形式存在。下列说法错误的是( )
4 6
A．原子半径：X>Y B．简单氢化物的还原性：X>Y
C．同周期元素形成的单质中Y氧化性最强 D．同周期中第一电离能小于X的元素有4种
【答案】D
【解析】Y位于第三周期，且最高正价与最低负价的代数和为6，则Y是Cl元素，由X、Y形成的阴离子
和阳离子知，X与Y容易形成共价键，根据化合物的形式知X是P元素。A项，P与Cl在同一周期，则P半
径大，即X>Y，A项不符合题意；B项，两者对应的简单氢化物分别是PH 和HCl，半径是P3->Cl-，所以PH
3 3
的失电子能力强，还原性强，即X>Y，B项不符合题意；C项，同周期元素从左往右，金属性减弱，非金属性
增强，各元素对应的金属单质还原性减弱，非金属单质的氧化性增强，所以Cl 的氧化性最强，C项不符合题
2
意；D项，同一周期，从左到右，第一电离能呈现增大的趋势，第VA族元素的第一电离能大于相邻元素的第
一电离能；所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl，所以有5种，D项符合题
意；故选D。
【变式探究】
1．主族元素的原子可失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子也可得到电子填充在最外层形成阴离
子。下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
A．Ca2＋ 1s22s22p63s23p6 B．F－ 1s22s22p5 C．S 1s22s22p63s23p4 D．Ar 1s22s22p63s23p6
2．已知元素原子的下列结构或性质，能确定其在周期表中位置的是( )A．某元素原子的第二电子层电子排布图为
B．某元素在某种化合物中的化合价为＋4
C．某元素的原子最外层上电子数为6
D．某元素的原子外围电子排布式为5s25p1
3．现有主族元素X、Y、Z，X原子的最外层电子排布式为ns1，Y原子M能层的p能级上有4个电子，Z
原子的最外层p能级上也有4个电子，且Z原子的核外电子数比Y原子少8个。由这三种元素组成的化合物不
可能是( )
A．XYZ B．XYZ C．XYZ D．XYZ
2 3 2 4 2 2 3 4
4．(2020•山东卷)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，基态X原子的电子总数是其最高能
级电子数的2倍，Z可与X形成淡黄色化合物ZX，Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是( )
2 2
A．第一电离能：W>X>Y>Z B．简单离子的还原性：Y>X>W
C．简单离子的半径：W>X>Y>Z D．氢化物水溶液的酸性：Y>W
5．(2023·江苏省南通市海安区高三期中)当汽车遭受一定碰撞力量以后，安全气囊中的物质会发生剧烈的
反应：NaN +KNO =K O+Na O+N↑(未配平)，生成大量气体。下列说法正确的是( )
3 3 2 2 2
A．半径大小：r(Na+)χ(O)
C．电离能大小：I1(Na)>I1(O) D．碱性强弱：KOH氢键>范德华力
组成和结构相似的物质，
A—H…B中形成氢键元素的电
影响因素 相对分子质量越大，范德 原子半径
负性(A、B的电负性)
华力越大
对性质 影响物质的熔点、沸点、 分子间氢键使熔点、沸点升
键能越大，稳定性越强
的影响 溶解度等物理性质 高，溶解度增大
5．配位化合物
配合物的组成 [中心离子(配体)][外界]
n
典型配合物 Cu(NH )SO Fe(SCN) Ag(NH)OH
3 4 4 3 3 2
中心离子 Cu2+ Fe3+ Ag+
中心离子结构特点 一般是金属离子，特别是过渡金属离子，必须有空轨道
配体 NH SCN- NH
3 3
配体结构特点 分子或离子，必须含有孤对电子(如NH 、HO、CO、Cl-、SCN-等)
3 2
配位数(n) 4 3 2
外界 SO 2- 无 OH-
4
颜色 深蓝色 血红色 无色
配离子所含化学键 配体通过配位键与中心离子结合
配合物所含化学键 配位键、离子键；配体或外界中可能还含有共价键
配合物的常见性质 属于离子化合物，多数能溶解、能电离，多数有颜色
是过渡金属和一氧化碳配位形成的配合物，如四羰基镍[Ni(CO) ]。在许多有机化
金属羰基配合物 4
合物的合成反应中，金属羰基配合物常常作为这些反应的催化剂
二茂铁的结构为一个铁原子处在两个平行的环戊二烯的环之间。在固体状态下，
两个茂环相互错开成全错位构型，温度升高时则绕垂直轴相对转动。二茂铁的化
二茂铁 学性质稳定，类似芳香族化合物
6．超分子(1)定义：有两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
注意：超分子定义中分子是广义的，其中包括离子。
(2)特征：分子识别和自组装。
【典例剖析】
【例1】(2022•辽宁省选择性考试）理论化学模拟得到一种N +离子，结构如图。下列关于该离子的说法错
13
误的是( )
A．所有原子均满足8电子结构 B．N原子的杂化方式有2种
C．空间结构为四面体形 D．常温下不稳定
【答案】B
【解析】A项，由N +的结构式可知，所有N原子均满足8电子稳定结构，A正确；B项，中心N原子为
13
sp3杂化，与中心N原子直接相连的N原子为sp2杂化，与端位N原子直接相连的N原子为sp杂化，端位N原
子为sp2杂化，则N原子的杂化方式有3种，B错误；C项，中心N原子为sp3杂化，则其空间结构为四面体形，
C正确；D项，N +中含叠氨结构( )，常温下不稳定，D正确；故选B。
13
【例2】 (2022•海南选择性考试)关于NH 性质的解释合理的是( )
3
选项 性质 解释
A 比PH 容易液化 NH 分子间的范德华力更大
3 3
B 熔点高于PH N-H键的键能比P-H大
3
C 能与Ag以配位键结合 NH 中氮原子有孤电子对
3
D 氨水中存在NH + NH ·H O是离子化合物
4 3 2
【答案】C
【解析】A项，NH 和PH 都属于同一主族是氢化物，分子晶体的沸点与其相对分子质量成正比，但氨气
3 3
中含有氢键， PH 不含氢键，氢键的存在导致氨气的沸点升高，故A错误；B项，NH 熔点高于PH ，是因为
3 3 3
氨气中含有氢键，氢键的存在导致氨气的熔点升高，不是N-H键的键能比P-H大，故B错误；C项，NH 中氮
3
原子有孤电子对，使Ag+和NH 以配位键结合形成[Ag(NH)]+，故C正确；D项，NH ·H O是共价化合物，是
3 3 2 3 2
弱碱，在水溶液中部分电离出NH +和OH-，故D错误；故选C。
4【变式探究】
1．(2023·海南省琼海市嘉积中学高三期中)氯元素有多种化合价，可形成ClO、Cl-、ClO-、ClO -、ClO -、
2 2 3
ClO -等微粒。下列说法错误的是( )
4
A．ClO -、ClO -、ClO -中Cl原子的杂化方式相同
2 3 4
B．基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
C．键角：ClO -＞ClO -＞ClO -
2 3 4
D．ClO的空间构型为V形
2
2．(2022·湖北省鄂东南省级示范高中高三联考)乙二胺四乙酸又叫EDTA，是化学中一种良好的配合剂，
形成的配合物又叫螯合物。 在配合滴定中经常用到，一般是测定金属离子的含量。已知：EDTA配离子
结构如图。下列叙述错误的是( )
A．EDTA中氮原子杂化方式sp3
B．M元素可以是Cu、 或
C．M元素的配位数是6
D．EDTANa-Fe(III)的化学键有：σ键、配位键、π键和离子键
3．三草酸合铁酸钾可用氯化铁与草酸钾混合直接合成：
FeCl ＋3KC O===K [Fe(C O)]＋3KCl
3 2 2 4 3 2 4 3
(1)FeCl 中铁离子基态核外电子排布式为________。
3
(2)上述反应涉及的主族元素中，第一电离能最小的是________(填元素符号)。
(3)K [Fe(C O)]中化学键的类型有________。
3 2 4 3
(4)草酸(H C O)中C原子的杂化类型为________，1 mol草酸(H C O)中含有σ键的数目为________。
2 2 4 2 2 4
(5)与C O互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
2
4．W、M、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数依次增大。W的一种核素在
考古时常用来鉴定一些文物的年代；M的氧化物是导致酸雨的主要物质之一。X的某一种单质在高空大气层中
保护人类免遭太阳光中紫外线的强烈侵袭；Y的基态原子核外有6个原子轨道处于半充满状态；Z能形成红色
的ZO和黑色的ZO两种氧化物。
2(1)Y3＋基态电子排布式可表示为________。
(2)MX的空间构型是________(用文字描述)。
(3)M可形成多种氢化物，其中MH 的碱性强于MH 的原因是_______________________________。
3 2 4
(4)根据等电子原理，WX分子的结构式为________。
(5)1 mol WX 中含有的键数目为________。
2
(6)H X分子中X原子轨道的杂化类型为________。
2
1．键的极性与分子极性的关系
类型 实例 两个键之间的夹角 键的极性 分子的极性 空间构型
X H、N － 非极性键 非极性分子 直线型
2 2 2
XY HCl、NO － 极性键 极性分子 直线型
CO、CS 180° 极性键 非极性分子 直线型
2 2
XY (X Y) SO 120° 极性键 极性分子 三角形
2 2 2
HO、HS 104．5° 极性键 极性分子 V形
2 2
BF 120° 极性键 非极性分子 平面三角形
3
XY
3
NH 107．3° 极性键 非极性分子 三角锥形
3
XY CH、CCl 109．5° 极性键 非极性分子 正四面体
4 4 4
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 中心原子杂化 中心原子孤电
分子构型 示例
心原子) 方式 子对数
sp 0 直线形 BeCl
2
AB sp2 1 V形 SO
2 2
sp3 2 V形 HO
2
sp2 0 平面三角形 BF
3
AB
3
sp3 1 三角锥形 NH
3
AB sp3 0 正四面体形 CH
4 4
3．常见等电子体
粒子 通式 价电子总数 立体构型
CO、SCN－、NO、N、NO、COS、CS AX 16e－ 直线形
2 2 2 2
CO、NO、SO AX 24e－ 平面三角形
3 3
SO 、O、NO AX 18e－ V形
2 3 2
SO、PO AX 32e－ 正四面体形
4
PO、SO、ClO AX 26e－ 三角锥形
3
CO、N、C AX 10e－ 直线形
2CH、NH AX 8e－ 正四面体形
4 4
高频考点三 晶体结构与性质
1．常见原子晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构，键角均为109°28′
(2)每个金刚石晶胞中含有8个碳原子，最小的碳环为6元环，并且不在同一
平面(实际为椅式结构)，碳原子为sp3杂化
(3)每个碳原子被12个六元环共用，每个共价键被6个六元环共用，一个六元
金刚石
1
原子半径(r)与边
2
环实际拥有 个碳原子
长(a)的关系：
(4)C原子数与C—C键数之比为1∶2，12g金刚石中有2 mol共价键
√3
a=8r
(5)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A
(1)SiO 晶体中最小的环为12元环，即：每个12元环上有6个O，6个Si
2
(2)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构，每个正四面体占有1
个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2
SiO (3)每个Si原子被12个十二元环共用，每个O原子被 6个十二元环共用
2
(4)每个SiO 晶胞中含有8个Si原子，含有16个O原子
2
(5)硅原子与Si—O共价键之比为1：4，1mol Si O 晶体中有4mol共价键
2
(6)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A
(1)每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构
(2)密度：ρ(SiC)＝；ρ(BP)＝；
SiC、
BP、AlN
ρ(AlN)＝ (a为晶胞边长，N
A
为阿伏加德罗常数)
√3
(3)若Si与C最近距离为d，则边长(a)与最近距离(d)的关系： a=4d
2．常见分子晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
(1)面心立方最密堆积：立方体的每个顶点有一个CO 分子，每个面上也有一
2
个CO 分子，每个晶胞中有4个CO 分子
2 2
干冰
(2)每个CO 分子周围等距且紧邻的CO 分子有12个
2 2
(3)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A
(1)面心立方最密堆积
白磷
(2)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A(1)每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接
(2)每个水分子实际拥有两个“氢键”
冰
(3)冰晶体和金刚石晶胞相似的原因：每个水分子与周围四
个水分子形成氢键
【微点拨】
(1)若分子间只有范德华力，则分子晶体采取分子密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子。在分子晶体中，
原子先以共价键形成分子，分子再以分子间作用力形成晶体。由于分子间作用力没有方向性和饱和性，分
子间尽可能采取密堆积的排列方式。如：干冰、O、I、C 等分子
2 2 60
(2)若分子间靠氢键形成的晶体，则不采取密堆积结构，每个分子周围紧邻的分子数要小于 12个。因为氢键有
方向性和饱和性，一个分子周围其他分子的位置和数目是一定的。如：冰晶体、苯甲酸晶体
3．常见离子晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
(1)一个NaCl晶胞中，有4个Na+，有4个Cl－
(2)在NaCl晶体中，每个Na+同时强烈吸引6个Cl－，形成正八面体形； 每
个Cl－同时强烈吸引6个Na+
(3)在NaCl晶体中，Na+ 和Cl－的配位数分别为6、6
NaCl
(4)在NaCl晶体中，每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有12
个，
每个Cl－周围与它最接近且距离相等的Cl－共有12个
(5)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A
(1)一个CsCl晶胞中，有1个Cs+，有1个Cl－
(2)在CsCl晶体中，每个Cs+同时强烈吸引8个Cl－，即：Cs+的配位数为8，
每个Cl－ 同时强烈吸引8个Cs+，即：Cl－的配位数为8
CsCl (3)在CsCl晶体中，每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有6个，形
成正八面体形，在CsCl晶体中，每个Cl－周围与它最接近且距离相等的
Cl－共有6个
(4)密度＝ (a为晶胞边长，N 为阿伏加德罗常数)
A
(1)1个ZnS晶胞中，有4个S2－，有4个Zn2＋
ZnS (2)Zn2＋的配位数为4，S2－的配位数为4
(3)密度＝
(1)1个CaF 的晶胞中，有4个Ca2＋，有8个F－
2
(2)CaF 晶体中，Ca2＋和F－的配位数不同，Ca2＋配位数是8，F－的配位数是
2
CaF
2
4
(3)密度＝
离子晶体的配位数 离子晶体中与某离子距离最近的异性离子的数目叫该离子的配位数
影响离子晶体配位数的因素 (1)正、负离子半径比：AB型离子晶体中，阴、阳离子的配位数相等，但正、负离子半径比越大，离子的配位数越大。如：ZnS、NaCl、CsCl
(2)正、负离子的电荷比。如：CaF 晶体中，Ca2＋和F－的配位数不同
2
4．常见金属晶体结构分析
(1)金属晶体的四种堆积模型分析
体心立方堆积 (钾 面心立方最密堆积(铜
堆积模型 简单立方堆积 六方最密堆积(镁型)
型) 型)
晶胞
代表金属 Po Na K Fe Cu Ag Au Mg Zn Ti
配位数 6 8 12 12
晶胞占有的原
1 2 4 6或2
子数
原子半径(r)与
立方体边长为 a＝2r √3 a＝4r √2 a＝4r ——
(a)的关系
2．物质熔、沸点高低的比较
一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体，如：金刚石>NaCl>Cl ；金属晶体>分子晶体，如：Na>Cl 。
2 2
(金属晶体熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞等)
原子晶体 →→，如：金刚石>石英>晶体硅
一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大，熔、沸点就
离子晶体
越高。如：MgO>MgCl ，NaCl>CsCl
2
金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越强，金属单质的熔、沸点就越
金属晶体
高，如Al>Mg>Na
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常的
高。如HO＞HTe＞HSe＞HS
2 2 2 2
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH ＞GeH ＞SiH＞
4 4 4
分子晶体 CH
4
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔沸点越高，如CO＞
N
2
在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷
【典例剖析】
【例1】(2022•山东卷）Cu Se是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组
2-x
成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是( ）A．每个Cu Se晶胞中Cu2+个数为x
2-x
B．每个NaSe晶胞完全转化为Cu Se晶胞，转移电子数为8
2 2-x
C．每个NaCuSe晶胞中0价Cu原子个数为1-x
D．当NaCu Se转化为NaCuSe时，每转移 电子，产生(1-x)mol原子
y 2-x
【答案】D
【解析】A项，由Cu Se晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8× +6× =4，位于体内的铜
2-x
离子和亚铜离子的个数之和为8，设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b，则a+b=8-4x，由化合价
代数和为0可得2a+b=4×2，解得a=4x，故A错误；B项，由NaSe转化为Cu Se的电极反应式为NaSe-e-+(2-
2 2-x 2
x)Cu=Cu Se+Na+，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8× +6× =4，则每个晶胞中含有4个
2-x
NaSe，转移电子数为4，故B错误；C项，由NaCuSe晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×
2
+6× =4，则每个晶胞中含有4个NaCuSe，晶胞中0价铜而个数为(4-4x)，故C错误；D项，由题意可知，
NaCu Se转化为NaCuSe的电极反应式为NaCu Se+(1-y) e-+ Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，所以每转移(1-y)电子，
y 2-x y 2-x
产生(1-x)mol铜，故D正确；故选D。
【例2】 (2022•湖北选择性考试)某立方晶系的锑钾(Sb－K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合
金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )A．该晶胞的体积为 B．K和Sb原子数之比为3:1
C．与Sb最邻近的K原子数为4 D．K和Sb之间的最短距离为 pm
【答案】B
【解析】该晶胞的边长为a×1010 cm，故晶胞的体积为(a×1010 cm)3＝a3×1030 cm3，A项错误；该晶胞中K
的个数为12×＋9＝12，Sb的个数为8×＋6×＝4，故K和Sb原子个数之比为3:1，B项正确；以面心处Sb为研
究对象，与Sb最邻近的K原子数为8，C项错误；K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的，即 pm，
D项错误。
【变式探究】
1．(2022·辽宁省名校联盟高三联合考试)锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断错误的是(
)
A．Zn位于元素周期表的d区 B．该晶胞中Zn2+和S2-数目相等
C．S2-位于Zn2+构成的四面体空隙中 D．氧化锌的熔点高于硫化锌
2．(2022·湖北省腾云联盟高三联考)近期，我国科技工作者合成了一种高质量的纳米棒发光材料，其晶胞
结构如图所示，晶胞的边长a。下列说法错误的是( )
A．与Cs+距离最近I-个数为12 B．Pb2+的配位数为6C．Pb2+与Cs+间最短距离为 D．该物质的化学式为CsPbI
3
3．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C 存在。后来人们又相继得到了C 、
60 70
C 、C 、C 等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元
76 90 94
素单质的家族。下列有关说法错误的是( )
A．熔点比较：C ＜C ＜C
60 70 90
B．C 、C 、管状碳和洋葱状碳之间的转化属于化学变化
60 70
C．C 晶体结构如图所示，每个C 分子周围与它最近且等距离的C 分子有12个
60 60 60
D．C 、C 、管状碳和洋葱状碳都不能与O 发生反应
60 70 2
4．(2023·重庆市拔尖强基联合高三检测)某荧光材料由X2+与Y2-组成，其摩尔质量为 ，N 为阿伏
A
加德罗常数的值。其晶胞结构如图所示。下列叙述不正确的是( )
A．该晶体的化学式是XY
B．该晶胞参数为anm，则其晶体密度为
C．X2+的配位数是4，Y2-的配位数也是4
D．若A点的原子坐标为 ，则B点的原子坐标为
晶体结构的相关计算
(1)晶胞中粒子数目的计算——均摊法立方体中粒子周围粒子的个数判断
(2)晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞(立方晶胞)中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol 微粒，其质量为xM g(M为微粒的
相对分子质量)；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρa3N g，因此有xM＝
A
ρa3N 。
A
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)
①面对角线长＝a。
②体对角线长＝a。
③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。
(4)空间利用率＝。
高频考点四 物质结构与性质综合运用
1．命题揭秘
“物质结构与性质”作为高中化学新课程的一个选修模块，侧重于帮助学生了解人类探索物质结构的重要
意义和基本方法，研究物质构成的奥秘，认识物质结构与性质之间的关系，提高分析问题和解决问题的能力。
考点相对稳定，应抓住重点，明确考点，辨别易错点。
从近几年新课标区“物质结构与性质”模块的高考试题来看，稳定和创新是命题的特点，其命题热点主要
集中以下：(1)原子结构与性质：基态原子核外电子排布、第一电离能和电负性递变规律等；
(2)分子结构与性质：共价键类型的判断、原子轨道杂化类型、分子构型判断等；
(3)晶体结构与性质：晶体类型的判断、晶体熔沸点高低的比较、氢键对溶解性的影响、晶体密度和晶体
参数的计算、晶体空间利用率的计算等。该知识点的试题能很好地考查考生的空间想象能力，具有很高的区分
度，是“物质的结构与性质”选考题中的必考点。
从题型上看，一般给出一定的知识背景，然后设置3～4个小问题，每一个小题考查相应的知识要点仍是
今后命题的基本模式。
2．突破考点
(1）原子结构与性质。原子核外电子排布式(价电子排布式)、杂化方式、化学键类型、晶体结构、配合物、
电负性、电离能大小的比较、等电子体知识等。
(2）分子结构与性质。分子的成键方式、空间构型、杂化类型、价层电子对理论的计算与应用等方面，
(3）晶体结构与性质。做到识图、辨图、析图，最后深刻记忆，如金刚石、二氧化硅、氯化钠、氯化铯、
氟化钙、干冰等；对于金属晶体的四种堆积模型，要理清半径和晶胞棱长的关系，学会空间利用率的计算方法。
【典例剖析】
【例1】(2022•全国乙卷)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)氟原子激发态的电子排布式有_______，其中能量较高的是_______。(填标号)
a. 1s22s22p43s1 b. 1s22s22p43d2 c. 1s22s12p5 d. 1s22s22p33p2
(2)①一氯乙烯(C HCl)分子中，C的一个_______杂化轨道与Cl的3p 轨道形成C-Cl_______键，并且Cl的
2 3 x
3p 轨道与C的2p 轨道形成3中心4电子的大π键 。
x x
②一氯乙烷(C HCl)、一氯乙烯(C HCl)、一氯乙炔(C HCl)分子中，C-Cl键长的顺序是_______，理由：
2 5 2 3 2
(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的 键越强：(ⅱ)_______。
(3)卤化物CsICl 受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为_______。解释X的熔
2
点比Y高的原因_______。
(4) α-AgI晶体中 离子作体心立方堆积(如图所示)，Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。
在电场作用下，Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α-AgI晶体在电池中可作为_______。已知阿伏加德罗常数为N ，则α-AgI晶体的摩尔体积V =_______ m3/mol (列出算式)。
A m
【答案】(1) ad d
(2) sp2 σ 一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔 Cl参与形成的大π键越多，形成的C-Cl键的键长
越短
(3) CsCl CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体
(4)电解质
【解析】(1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5。a项，1s22s22p43s1，基态氟原子2p能
级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；b项，1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是
氟原子，b错误；c项，1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；d项，1s22s22p33p2，基态氟原子2p
能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确；故选ad；而同一原子3p能级的能量比3s
能级的能量高，因此能量最高的是1s22s22p33p2，故选d。(2)①一氯乙烯的结构式为 ，碳为
双键碳，采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3p 轨道形成C-Clσ键。②C的杂化轨道中s成分越
x
多，形成的C-Cl键越强，C-Cl键的键长越短，一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯
乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时p成分少，sp3杂化时p成分多，因此三种物质中C-Cl键键长顺序为：一氯乙
烷>一氯乙烯>一氯乙炔，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C-Cl键的键长越短，一氯乙烯中Cl的3p 轨
x
道与C的2p 轨道形成3中心4电子的大π键( )，一氯乙炔中Cl的3p 轨道与C的2p 轨道形成2套3中心
x x x4电子的大π键( )，因此三种物质中C-Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。(3)CsICl 发生非
2
氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而
CsCl为离子晶体，熔化时，克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时，克服的是分子间作用力，因此CsCl
的熔点比ICl高。(4)由题意可知，在电场作用下，Ag+不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α-AgI晶体是
优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为8× +1=2个，依据化学式AgI可知，
银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n= mol= mol，晶胞体积V=a3pm3=(504×10-12)3m3，则α-AgI晶体
的摩尔体积V = = = m3/mol。
m
【例2】(2022•海南省选择性考试）以Cu O、ZnO等半导体材料制作的传感器和芯片具有能耗低、效率高的
2
优势。回答问题：
(1)基态O原子的电子排布式_______，其中未成对电子有_______个。
(2)Cu、Zn等金属具有良好的导电性，从金属键的理论看，原因是_______。
(3)酞菁的铜、锌配合物在光电传感器方面有着重要的应用价值。酞菁分子结构如下图，分子中所有原子
共平面，所有N原子的杂化轨道类型相同，均采取_______杂化。邻苯二甲酸酐( )和邻苯二甲酰亚胺(
)都是合成酞菁的原料，后者熔点高于前者，主要原因是_______。(4)金属Zn能溶于氨水，生成以氨为配体，配位数为4的配离子，Zn与氨水反应的离子方程式为_______。
(5)ZnO晶体中部分O原子被N原子替代后可以改善半导体的性能，Zn-N键中离子键成分的百分数小于
Zn-O键，原因是_______。
(6)下图为某ZnO晶胞示意图，下图是若干晶胞无隙并置而成的底面O原子排列局部平面图。 为所
取晶胞的下底面，为锐角等于60°的菱形，以此为参考，用给出的字母表示出与所取晶胞相邻的两个晶胞的底
面_______、_______。
【答案】(1) 1s22s22p4或[He]2s22p4 2
(2)自由电子在外加电场中作定向移动
(3) sp2 两者均为分子晶体，后者能形成分子间氢键，使分子间作用力增大，熔点更高
(4)Zn+4NH+2H O=[Zn(NH )]2++2OH-+H ↑
3 2 3 4 2
(5)电负性O＞N，O对电子的吸引能力更强，Zn和O更易形成离子键
(6) ▱cdhi ▱bcek
【解析】(1)O为8号元素，其基态O原子核外有8个电子，因此基态O原子的电子排布式为1s22s22p4或
[He]2s22p4，其2p轨道有2个未成对电子，即O原子有2个未成对电子；(2)由于金属的自由电子可在外加电场
中作定向移动，因此Cu、Zn等金属具有良好的导电性；(3)根据结构式可知，N原子均形成双键，故N原子的
杂化方式均为sp2，由于邻苯二甲酸酐和邻苯二甲酰亚胺均为分子晶体，而后者能形成分子间氢键，使分子间
作用力增大，因此熔点更高；(4)金属Zn与氨水反应可生成[Zn(NH )](OH) 和H，反应的离子方程式为
3 4 2 2
Zn+4NH +2H O=[Zn(NH )]2++2OH-+H ↑；(5)由于电负性O＞N，O对电子的吸引能力更强，Zn和O更易形成
3 2 3 4 2离子键，因此Zn—N键中离子键成分的百分数小于Zn—O键；(6)根据晶胞示意图，一个晶胞中8个O原子位
于晶胞的顶点，1个O原子位于晶胞体内，4个Zn原子位于晶胞的棱上，1个Zn原子位于晶胞体内，棱上的3
个Zn原子和体内的Zn原子、O原子形成四面体结构，则于其相邻的晶胞与该晶胞共用bc和cd，则相邻的两
个晶胞的底面为▱cdhi和▱bcek。
【变式探究】
1．(2022•全国甲卷)2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现
了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH=CH )与四氟乙烯(CF=CF )的共聚物(ETFE)制成。回
2 2 2 2
答下列问题：
(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______。
(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化
图是_______(填标号)，判断的根据是_______；第三电离能的变化图是_______(填标号)。
(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF) 的链状结构_______。
3
(4) CF =CF 和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为_______和_______；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚
2 2
乙烯，从化学键的角度解释原因_______。
(5)萤石(CaF )是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是_______；若该立方晶
2
胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为_______pm。
2．(2021•全国甲卷)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计
划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：
(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排式为________；单晶硅的晶体类型
为_________。SiCl 是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为_______。SiCl 可发生水解反应，机理
4 4如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl (H O)中Si采取的杂化类型为
4 2
________(填标号)。
(2)CO 分子中存在_______个 键和______个 键。
2
(3)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CHSH，7.6℃)之间，其原因是________。
3
(4)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/ZrO 固溶体。四方ZrO
2 2
晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为
______g·cm-3(写出表达式)。在ZrO 中掺杂少量ZrO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnZr O，则
2 x 1-x y
y=________(用x表达)。
3．(2021•湖南选择性考试）硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题：
(1)基态硅原子最外层的电子排布图为 ，晶体硅和碳化硅熔点较高的是
(填化学式)；
(2)硅和卤素单质反应可以得到SiX 。
4
SX 的熔沸点
4
SiF SiCl SiBr SiI
4 4 4 4
熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7
沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7
①0℃时，SiF 、SiCl 、SiBr 、SiI 呈液态的是 (填化学式)，沸点依次升高的原因是
4 4 4 4
，气态SiX 分子的空间构型是 ；
4②SiCl 与N﹣甲基咪唑( )反应可以得到M2+，其结构如图所示：
4
N﹣甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 ，H、C、N的电负性由大到小的顺序
为 ，1个M2+中含有 个σ键；
(3)如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1：4，图中Z表示 原子(填元素符号)，该
化合物的化学式为 ；
②已知该晶胞的晶胞参数分别为 anm、bnm、cnm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度 ρ＝
g•cm﹣3(设阿伏加德罗常数的值为N ，用含a、b、c、N 的代数式表示)。
A A
