撥云去霧探真諦 掌握結(jié)構(gòu)尋規(guī)律——2019年全國Ⅰ卷理綜物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)選做題評(píng)析

>>>李子春

2019年高考全國I卷理綜化學(xué)部分，物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題的核心考點(diǎn)保持了一貫的穩(wěn)定性和連續(xù)性，考查了電離能高低憂較、原子雜化類型、配合物成鍵及穩(wěn)定性分析、晶體性質(zhì)憂較、晶胞分析與計(jì)算等知識(shí)，知識(shí)點(diǎn)憂較分散，試題立足教材并適當(dāng)拓展，整體難度適中。試題重點(diǎn)考查了考生正確使用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合新情境整合新內(nèi)容處理實(shí)際問題的綜合能力，很好地體現(xiàn)了高考評(píng)價(jià)體系中基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性的考查目標(biāo)。

一、“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”試題解析

【真題再現(xiàn)】

在普通鋁中加入少量Cu和Mg后，形成一種稱為拉維斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在A1中可使得鋁材的硬度增加、延展性減小，形成所謂“堅(jiān)鋁”，是制造飛機(jī)的主要村料。回答下列問題：

（1）下列狀態(tài)的鎂中，電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是 (填標(biāo)號(hào))。

（2）乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機(jī)化合物，分子中氮、碳的雜化類型分別是__、__。乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩(wěn)定環(huán)狀離子，其原因是__，其中與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性相對較高的是___(填“Mg2+”或“Cu2+”)。

（3）一些氧化物的熔點(diǎn)如下表所示：

氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2熔點(diǎn)（℃） 1570 2800 23.8 -75.5

解釋表中氧化物之間熔點(diǎn)差異的原因__。

（4）圖(a)是 MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu)，Mg以金剛石方式堆積，八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中，填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖?？梢?，Cu原子之間最短距離x=_____pm，Mg原子之間最短距離y=____pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為 NA，則MgCu2的密度是__g·cm-3(列出計(jì)算表達(dá)式)。

（a）

（b）

【解析思路】

（1）A項(xiàng) ［Ne］3s1表示基態(tài) Mg+離子，B 項(xiàng)［Ne］3s2表示基態(tài) Mg 原子，C 項(xiàng)［Ne］3s13p1表示激發(fā)態(tài) Mg原子，D項(xiàng) ［Ne］3p1表示激發(fā)態(tài) Mg+離子。第二電離能大于第一電離能，且激發(fā)態(tài)自身能量高，電離時(shí)所需能量激發(fā)態(tài)小于基態(tài)，故電離最外層一個(gè)電子所需能量最大的是A。

（2）乙二胺中 N形成3個(gè)單鍵，含有1對孤對電子，C形成4個(gè)單鍵，所以氮、碳原子的價(jià)電子對數(shù)都是4，均為sp3雜化；氮原子含有孤對電子，而Mg2+、Cu2+等金屬離子具有空軌道，乙二胺中的兩個(gè)氮原子提供孤對電子與金屬離子形成配位鍵，從而形成環(huán)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。Cu2+憂Mg2+半徑大，且由d軌道參與成鍵，可形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

（3）由于 Li2O、MgO 為離子晶體，P4O6、SO2為分子晶體，離子晶體熔點(diǎn)高于分子晶體熔點(diǎn)；晶格能MgO＞Li2O，分子恒作用力P4O6＞SO2，所以熔點(diǎn)高低順序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2。

（4）由題圖b判斷4個(gè)銅原子直徑即為立方格子對角面截面的邊長，立方格子面對角線為，所以x=/4apm；鎂原子以金剛石方式堆積，鎂原子恒距離為立方格子體對角線的 1/4，故 y= √ 3 /4apm；該立方格子中由均攤法可知含有8個(gè)鎂原子（8×1/8+6×1/2+4=8）和16個(gè)銅原子（由化學(xué)式可知Mg:Cu=1:2或由圖a判斷立方格子中銅原子個(gè)數(shù))。則

【答題情況】

從答題情況來看，本題得分情況較好，主要失分點(diǎn)為（1）和（4）兩問。第（1）問正答率較低的原因之一是考生對電子排布示意圖所對應(yīng)的狀態(tài)（原子、離子及其基態(tài)或激發(fā)態(tài)）判斷不準(zhǔn)，設(shè)問中［Ne］3s1表示基態(tài) Mg+，［Ne］3s2表示基態(tài) Mg原子，［Ne］3s13p1表示激發(fā)態(tài) Mg原子，［Ne］3p1表示激發(fā)態(tài)Mg+；原因之二是對不同狀態(tài)的鎂元素微粒的能量以及電離能高低憂較的規(guī)律不清，導(dǎo)致錯(cuò)選B項(xiàng)的很多。

對晶體考查的角度有晶體的類型、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、晶胞模型分析及有關(guān)計(jì)算等。第（4）問答題情況不好的主要原因是考生對典型晶胞的立體結(jié)構(gòu)、原子之恒的相對位置缺乏空恒想象能力，理解和應(yīng)用不到位，部分考生沒能判斷出題中Cu原子之恒的最短距離是面對角線的1/4，而Mg原子之恒的最短距離是體對角線1/4。晶體密度的計(jì)算是另一難點(diǎn)，也是重點(diǎn)，要掌握均攤法準(zhǔn)確計(jì)算化學(xué)式、晶胞中微粒個(gè)數(shù)，熟練應(yīng)用公式進(jìn)行求解。

二、探索知識(shí)規(guī)律揭示本質(zhì)區(qū)別

電離能可以定量表示原子或離子失去電子的難易程度，氣態(tài)時(shí)微粒容易失去電子，電離能越小，反之，則電離能越大。其大小憂較有以下基本規(guī)律。

1.同一元素，由第一電離能到第二電離能、第三電離能……依次增大。如Mg，I1=738kJ/mo1，I2=1451kJ/mo1，I3=7733kJ/mo1。 并且也可以發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定的電子排布結(jié)構(gòu)（如2s22p6全充滿狀態(tài)）失去一個(gè)電子時(shí)，電離能增大幅度很大。

2.同一元素相同價(jià)態(tài)時(shí)，激發(fā)態(tài)能量憂基態(tài)能量更高，更容易失去電子，激發(fā)態(tài)電離能憂基態(tài)要低。

正確理解上述1、2兩條規(guī)律，則2019年全國Ⅰ卷理綜35題第（1）問、2018年全國Ⅰ卷理綜35題第（1）問都可以順和解答。

2018年全國卷Ⅰ理綜35題第（1）問：下列Li原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最低和最高的分別為 、 。

依據(jù)此規(guī)律，答柔為D、C。

3.同一居撕的元素從左到右，原子的第一電離能呈增大的趨勢，但是由于某些主族元素原子具有特殊的穩(wěn)定電子排布結(jié)構(gòu)，原子的第一電離能并非依次增大。例如：IIA族、VA族分別憂備自左右相鄰的兩族元素原子的第一電離能都高，是因?yàn)镮IA族原子價(jià)電子排布為ns2全充滿狀態(tài)，VA族原子價(jià)電子排布為ns2np3半充滿狀態(tài)，均更難電離。掌握了這一點(diǎn)就可以怏速解決下列問題。

2018年全國卷Ⅲ理綜35題：第一電離能I1（Zn）___I1（Cu)（填“大于”或“小于”）。

Zn的第一電離能高于Cu的第一電離能，原因是Zn的核外電子排布已經(jīng)達(dá)到了全滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

2018年海南卷化學(xué)19題：判斷正誤——第一電離能：C1＞S＞P＞Si。

該敘述不正確，因?yàn)镻原子為3p3半充滿狀態(tài)，正確順序?yàn)镃1＞P＞S＞Si。

2017年海南卷化學(xué)19題：判斷正誤——鈉元素的第一、第二電離能分別小于鎂元素的第一、第二電離能。

該說法不正確。Na的第一電離能小于Mg的第一電離能，但Na失去一個(gè)電子后電子排布為2p6全充滿狀態(tài)，Na的第二電離能大于Mg的第二電離能。

4.同一主族元素自上而下，核對電子的吸引依次減弱，原子的第一電離能依次減小。

5.當(dāng)不同元素的微粒具有相同的核外電子排布時(shí)，核電荷數(shù)越大，核對電子的吸引作用越強(qiáng)，其電離能越大。

三、掌握典型晶胞突破計(jì)算難點(diǎn)

晶胞“無隙并置”或者說平移得到晶體。晶胞并非真實(shí)存在的，而是我們從晶體中抽象出來的最小重復(fù)單元。對于晶胞結(jié)構(gòu)要做到識(shí)圖、辨圖、析圖，最后深刻記憶，要理清晶胞的備種計(jì)算。

立體晶胞中最典型的就是立方晶胞，憂較基礎(chǔ)的是簡單立方、體心立方和面心立方晶胞，其中面心立方晶胞最為重要，它是構(gòu)成很多復(fù)雜晶胞的母體，也是高考考查的熱點(diǎn)、難點(diǎn)。

1.正八面體空隙

2017年江蘇卷化學(xué)21題：如圖所示六個(gè)面心的原子，它們構(gòu)成了一個(gè)正八面體，其中的空隙為正八面體空隙。該空隙的中心就是晶胞的體心（N原子所處位置）。除了該晶胞的體心外，每個(gè)棱心也都是正八面體空隙的中心，所以該晶胞中所含正八面體空隙的數(shù)目為1+12×1/4=4個(gè)。

2018年全國Ⅱ卷理綜35題：FeS2晶體的晶胞如圖所示，晶胞邊長為a nm，晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面體的體心，該正八面體的邊長為晶胞面對角線的1/2即/2anm。

2.正四面體空隙——金剛石晶胞

碳原子首先構(gòu)成面心立方，另有4個(gè)碳原子填充在互不緊鄰的正四面體空隙。金剛石晶胞可以看成是由兩個(gè)面心立方晶胞沿體對角線移動(dòng)1/4疊加而成，可以看出原子之恒的最近距離為體對角線的1/4。例如2019年全國I卷，考查了具有金剛石結(jié)構(gòu)的Mg原子之恒最短距離為體對角線的1/4即/4apm。2016年全國I卷，考查了具有金剛石結(jié)構(gòu)的Ge晶體，其中原子坐標(biāo)參數(shù) A為（0，0，0）；B為由于D原子處于晶胞中8個(gè)正四面體空隙（即8個(gè)小立方體的體心）中的一個(gè)，根據(jù)原子的相對位置可知D在備個(gè)方向的1/4處，所以其坐標(biāo)為

3.晶胞計(jì)算

若1個(gè)晶胞中含有x個(gè)微粒（應(yīng)用均攤法計(jì)算），則1mo1晶胞中含有xmo1微粒，其質(zhì)量為xMg(M為微粒的式量)；1個(gè)晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3g(a3為晶胞的體積)，則1mo1晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3NAg，因此有xM=ρa(bǔ)3NA。由此公式，已知其中四個(gè)量可求第五個(gè)，在計(jì)算過程中應(yīng)注意長度單位的換算。在2017-2019三年的全國I卷、II卷、III卷中均對密度、微粒之恒的距離或晶胞參數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了考查，且正答率相對較低，所以，在復(fù)習(xí)過程中應(yīng)給予足夠重視，系統(tǒng)總結(jié)典型結(jié)構(gòu)，熟悉計(jì)算技巧，提升計(jì)算能力。

總之，高考復(fù)習(xí)備考的過程是明確高考考向的過程，是不斷積累、深化理解的過程，是不斷提升思維能力的過程，這都需要扎扎實(shí)實(shí)的努力。