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文檔簡介
模塊一物質(zhì)結構進階提升此部分知識包含10節(jié)錄播課,課程列表如下:課程標題完成情況自查大π鍵專題特訓配合物專題特訓推拉電子效應專題特訓晶體的各種計算典型晶體結構及其考點1-2結構化學難題進階1-2結構化學長難句書寫1-2【政哥說明】結構化學大致的知識脈絡如下:“電子排布——軌道成鍵及特性——分子構型——各類晶體及計算”,我們暑期課程重點講解了前三個部分,但大家做題目的時候會發(fā)現(xiàn)有很多諸如“大π鍵”、“配合物”、“解釋原理”、“晶胞投影”類的題目還是難以下手。我們的二輪復習的進階提升課程,將會幫助大家徹底解決這些。如果你所在地區(qū)考題對物質(zhì)結構的要求不高的話(如只有選擇題),最后4節(jié)課大家可以有選擇性地觀看,重點掌握物質(zhì)結構中的脈絡毛線即可,如果你所在地區(qū)的物質(zhì)結構要求很高(如一道完整的選修大題),且還會和有機化學有較強的結合,甚至有大段文字描述問題的話,政哥建議大家完整學習,嘗試攻克一下較難問題,保證知識體系的完整性。請大家對照自己地區(qū)試卷的特點來進行學習,復習時注意對照知識點進行問題。此外,部分地區(qū)模擬題中會出現(xiàn)一些“超綱/競賽內(nèi)容的知識點”,大家無需過分擔心,政哥講的這10節(jié)課能夠覆蓋絕大多數(shù)問題;即使覆蓋不了的題目,一般也會有詳細的信息;如果遇到了既沒聽說過的知識也沒找到信息,那是命題本身不合理,無需糾結。
第1節(jié)大π鍵專題特訓一、化學鍵知識復習(1)σ鍵存在________對稱的特點,________繞軸旋轉;π鍵存在________對稱的特點,原因是軌道重疊時需要_________相同,戰(zhàn)已經(jīng)形成的π鍵_________繞軸旋轉。(2)π鍵不能獨立存在*,例如N2分子中的三鍵形成過程:※【政哥說明】①2024年9月,日本科學家島尻拓戰(zhàn)的研究團隊發(fā)現(xiàn)了單電σ鍵,②實際上π鍵也可能在沒有σ鍵時獨立存在,如2020年日本科學家?guī)r本武明團隊發(fā)現(xiàn)的四硅雙環(huán)物質(zhì)存在獨立π鍵,2017年日本科學家阿部學團隊發(fā)現(xiàn)C-π-C鍵等。③以上內(nèi)容僅為知識嚴謹性補充,暫時與高考無關,考試時如果沒有額外的陌生信息,大家按照課本學習的內(nèi)容應對即可,二、大π鍵的形成和表示【定義】在具有平面結構的多原子分子內(nèi),彼此相鄰的3個或多個原子中相互平行的未參與雜化的p軌道肩并肩地相互重疊形成的多電子π鍵。n:參與形成大π鍵的________數(shù)(n≥_____),m:重疊的_____軌道中的_____數(shù)。以上的鍵稱為“n中心m電子”的大π鍵。☆注意:形成大π鍵只能是sp、sp2雜化(sp3雜化不共面,p軌道無法重疊)1、苯環(huán)大π鍵的表示(1)C原子采用_______雜化,1條_______軌道未成對電子與H原子的_______軌道未成對電子形成_______鍵:另外2條_______軌道未成對電子與其他的C原子相互連接形成_______鍵。(2)C原子未參與雜化的_______軌道中的單電子通過肩并肩的方式形成大π鍵。☆(3)形成大π鍵后,鍵長趨于________,軌道重疊程度更________,所以鍵長比單鍵更________。2、吡啶與吡咯的大π鍵二者的N原子均采用________雜化,配位能力;吡啶________吡咯,堿性:吡啶________吡咯文字解釋:吡啶分子中的N原子_____________,吡咯分子中的N原子_______________。3、呋喃的大π鍵4、的大π鍵例1:(2024山東)(見右圖)是MDOx晶型轉變的誘導劑,的空間構型為______________;中咪唑環(huán)存在大π鍵,則N原子采取的軌道雜化方式為_____________。例2:S8分子中不能形成大π鍵的原因是?_______________________________________________________________________。三、大π鍵的計算方法1、畫圖法計算①畫出結構式,表示出全部的σ鍵②用畫電子式的方法畫出所有原子的最外層電子結構,若中心原子超過B電子結構的,用配位鍵的方法計算,箭頭由中心指向配原子。③觀察畫出的結構,優(yōu)先把剩余單電子算入m;如果沒有剩余單電子,則將重直于平面的未雜化軌道中一個孤電子對計入m;若為離子,外部電荷要在m中加入或減掉。例1:試試新方法 BF3SO3 ※ClO21,3-丁烯 一氯乙烯 尿素 環(huán)狀 二茂鐵Fe(C5H5)2例2:※香豆素(關于O原子的雜化存在爭議)存在大π鍵的有機結構片段稱為“__________結構”例1:(2024甘肅)下列說法錯誤的是()A.相同條件下N2比O2穩(wěn)定B.N2O與的空間構型相同C.N2O中N-O鍵比N-N鍵更易斷裂D.N2O中σ鍵和大π鍵的數(shù)目不相等例2:只有一種化學環(huán)境的氫原子,結構如圖所示,其中的大π鍵可表示為________【常考大π鍵總結】記憶代表性物質(zhì)、其他一律等電子體推廣大π鍵類型代表物質(zhì)苯環(huán)及變種(4n+2芳香性)苯環(huán)、C5H5N、、SO3、、SO2、O3、兩對CO2、N2O、練習1:(2023山東)ClO2中心原子為Cl,Cl2O中心原子為O,二者均為V形結構,但ClO2中存在大π鍵。ClO2中Cl原子的軌道雜化方式為_______;O-Cl-O鍵角______Cl-O-Cl鍵角(填“>”“<”或“=”)。比較ClO2與Cl2O中Cl-O鍵的鍵長并說明原因_____________________________________________________________________________________________。練習2:(2022乙卷)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一個___________雜化軌道與Cl的3px軌道形成C-Cl___________鍵,并且Cl的3pz軌道與C的2pz軌道形成3中心4電子的大π鍵。②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C-C1鍵長的順序是________________________________________________________________________,理由:(i)C的雜化軌道中s成分越多,形成的C-Cl鍵越強;(ii)________________________________________________________________________。練習3:(2022山東)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物,已知吡啶中含有與苯類似的大π鍵,則吡啶中N原子的價層孤電子對占據(jù)__________(填標號)。A.2s軌道 B.2p軌道 C.sp雜化軌道 D.sp2雜化軌道在水中的溶解度,吡啶遠大于苯,主要原因是:①________________________________________________________________________,②________________________________________________________________________。練習4:(2023甲卷)酞菁和鈷酞菁的分子結構如圖所示。酞菁分子中所有原子共平面,其中p軌道能提供一對電子的N原子是________(填圖2酞菁中N原子的標號)。鈷酞菁分子中,鈷離子的化合價為_______,氮原子提供孤對電子與鈷離子形成_________鍵。練習5:奇電子化學物往往具有較高的反應活性,易聚合,容易呈現(xiàn)顏色,NO2就是一種典型的奇電子化學物,其分子中有大鍵或者存在。下列說法不正確的是()A.NO2分子中,N采取sp2雜化,有可以解釋NO2易二聚B.ClO2也是一種奇電子化合物,其具有黃綠色,其分子可能含有C.N2O4二聚無色的原因是NO2中奇電子成對,不存在奇電子D.NO也可以發(fā)生二聚反應成N2O2課后復習提綱1、了解大π鍵形成的原因,掌握其“共平面”、“肩并肩”的本質(zhì)2、掌握大π鍵的計算方法,實在存在理解困難的同學直接記憶等電子體結論
第2節(jié)配合物、超分子專題特訓一、配位鍵知識復習1、形成過程(1)一個原子提供___________接受另一原子提供的___________形成的共價鍵。(2)一個原子提供___________接受另外的結構提供的___________形成的其價鍵。2、常見模型模型咪唑環(huán)(羧)酸根結構推廣二、配合物的基本概念1、配合物的形成:中心原子提供____________,配體提供___________或___________(1)常見中心原子:________區(qū)過渡金屬或________非金屬(有空的________軌道)(2)常見配體:________、H2O、NH3、CO、、、、、……_________乙二胺、氨基乙酸根、草酸根_________EDTA乙胺四乙酸☆注意:配位數(shù)_________配體數(shù)2、配合物常見分類(1)一般配合物:、、、……(2)特殊配合物:螯合物、內(nèi)配鹽、多核配合物、π電子絡合物螯合物內(nèi)配鹽二乙二胺合銅(Ⅱ)丁二酮肟鎳多核配合物π電子絡合物多聚氯化鈹二茂鐵Fe(C5H5)2※【政哥說明】形如二茂鐵類的配合物我們也可以計算配位數(shù),計算方法如下,大家了解一下即可。配位數(shù)=參與配位的π電子總數(shù)÷2,故二茂鐵中心原子Fe的配位數(shù)為__________例1:含有多個配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的配合物為螯合物。一種Cd2+配合物的結構如左圖所示,1mol該配合物中通過螯合作用形成的配位鍵有________mol,該螯合物中N的雜化方式有_______種。右圖是一種葉綠素的結構,其中中心鎂原子的價態(tài)為________。例2:有機化學中常用的強氧化劑五氧化鉻中的Cr可以提供雜化空軌道與吡啶()形成配合物,結構如圖所示,下列說法不正確的是()A.該配合物中只存在一種雜化方式B.吡啶中的N是配位原子C.該配合物中鉻為+6價,五氧化鉻化學式可寫作CrO(O2)2D.可能存在離子,性質(zhì)比五氧化鉻更不穩(wěn)定☆3、中心原子18e規(guī)則(EAN):中心原子價電子+配體提供電子=18時較穩(wěn)定例:Fe(CO)x中CO提供一對孤對電子形成配位鍵,則x=___________。Ni(CO)x中,x=__________,※Mn(CO)x???(已知CO不形成橋鍵)4、配合物的應用(1)課本五個實驗①白色的無水硫酸銅加水變藍。________________________________________________②CuCl2晶體溶于水得到_______色溶液,隨水的加入,顏色逐漸變?yōu)開______色,最后變?yōu)開______色:_______________________________________________________________③向0.1mol/LCuSO4溶液中滴加幾滴1mol/L的氨水,先產(chǎn)生_______色沉淀,后沉淀溶解,溶液變?yōu)開______色,再加入8mL95%的乙醇析出_______色晶體:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________④向0.1mol/LNaCl溶液中滴入幾滴0.1mol/LAgNO3,先產(chǎn)生_______色沉淀,再滴入1mol/L氨水后沉淀溶解,得到_______色溶液:_______________________________________________________________________________________________________________________⑤向Fe(NO3)3溶液中加入少量硝酸,再滴入少量NaCl溶液,溶液先由_______色逐漸變淺至接近_______色:滴加NaCl溶液后,重新變?yōu)開_____________色:原因解釋:Fe3+在水溶液中由于水解與_________配位顯黃色,而在酸化抑制水解的情況下,生成的水合鐵離子溶液為_________色(非常淺的紫色,肉眼無法識別)。當溶液中存在時,形成_______色的配離子,和H2O相互競爭引起平衡移動,從而使溶液顏色發(fā)生變化。(2)變色墨水、變色硅膠(3)血紅蛋白載氧原理煤氣中毒原理:三、配合物常見題型1、判斷作用力種類(看清主體:晶體中/溶液中/溶質(zhì)中……)例1:將CrCl3·6H2O溶解在適量水中得到深綠色溶液,溶液中存在,上述溶液中,不存在的微粒間作用力是___________(填標號)。A.離子鍵B.共價鍵C.金屬鍵D.配位鍵E.范德華力例2:氯化鐵溶液用于檢驗食用香精乙酰乙酸乙酯時生成紫色配合物,其配離子的結構如圖。此配離子中含有的作用力有__________________。A.離子鍵 B.金屬鍵 C.極性鍵 D.非極性鍵E.配位鍵 F.氫鍵 G.σ鍵 H.π鍵例3:膽礬CuSO4·5H2O可寫成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,其結構示意圖如圖,下列說法正確的是()A.在上述結構示意圖中,所有氧原子都采用sp3雜化B.在上述結構中,存在配位鍵、共價鍵和離子鍵C.膽礬是分子晶體,分子間存在氫鍵D.膽礬中的水在不同溫度下會分步失去2、滴定法確定內(nèi)外界(內(nèi)界鎖定,外界自由)例1:Ti3+可形成配位數(shù)為6的配合物,現(xiàn)有鈦的兩種顏色的配合物,一種為紫色,另一種為綠色。相關實驗證明,兩種物質(zhì)的組成皆為TiCl3·6H2O。為測定這兩種配合物的成鍵情況,設計了如下實驗:分別取等質(zhì)量的兩種物質(zhì)的樣品配成待測溶液;分別往待測溶液中滴入過量的AgNO3溶液并充分反應,均產(chǎn)生白色沉淀;測定沉淀質(zhì)量并比較,發(fā)現(xiàn)由原綠色物質(zhì)得到的沉淀質(zhì)量是由原紫色物質(zhì)得到的沉淀質(zhì)量的2/3。則原綠色配合物的內(nèi)界的化學式為____________________________________。例2:在CrCl3的溶液中,一定條件下存在組成為[CrCln(H2O)6-n]x+(n和x均為正整數(shù))的配離子,將其通過氫離子交換樹脂(R-H),可發(fā)生離子交換反應:交換出來的H+經(jīng)中和滴定,即可求出x和n,確定配離子的組成。將含0.0015mol[CrCln(H2O)6-n]x+的溶液,與R-H完全交換后,中和生成的H+需濃度為0.1200mol·L-1NaOH溶液25.00mL,可知該配離子的化學式____________,中心離子的配位數(shù)為____________。3、配合物的同分異構現(xiàn)象例1:Pt(NH3)2Cl2存在兩種異構體,抗癌藥物順鉑可由以下途徑得到:(順鉑),下列說法不正確的是()A.一定為平面正方形B.該變化過程說明NH3的配位能力大于C.②過程說明Cl對位上的Cl更容易被NH3取代D.相同條件下,在苯中的溶解度小于例2:鉑可與不同的配體形成多種配合物,分子式為[Pt(NH3)2Cl4]的配合物的配體是_____________;該配合物有兩種不同的顏色,其中呈橙黃色的物質(zhì)比較不穩(wěn)定,在水中的溶解度大;呈亮黃色的物質(zhì)在水中的溶解度小,如圖所示的結構示意圖中呈亮黃色的是_____________(填“A”或“B”),理由是_______________________________________。例3:[Ni(NH3)2Cl2]可形成A、B兩種固體,A在水中溶解度較大,B在CCl4中溶解度較大,試畫出A、B分子的幾何構型。【補充】簡單八面體配合物的同分異構結論組成異構體數(shù)結構MA4B2MA3B3※MA2B2C24、其他信息例1:某含鈷配離子結構如圖(NH2CH2CH2NH2為電中性配體),已知配合物的磁矩(n表示中心原子或離子的未成對電子數(shù)),則該配離子的磁矩_________BM;下列對鈷離子的雜化方式推斷合理的是________(填標號)。A.sp3 B.dsp2 C.d2sp3 D.sp3d例2:物質(zhì)磁性大小用磁矩μ表示,μ與未成對電子數(shù)間的關系為:(n為未成對電子數(shù)),[Fe(H2O)6]3+的磁矩μ=5.8μB,[Fe(H2O)6]3+中氧的孤電子對填入中心離子的___________(填標號)雜化軌道形成配位鍵。A.sp3 B.dsp2 C.d2sp3 D.sp3d2配合物[Ni(NH3)4]Br2中配離子[Ni(NH3)4]2+的,則配離子的空間構型為_________(填“正四面體”或“平面四邊形”)。例3:已知配離子的顏色與d-d電子躍遷的分裂能大小有關,1個電子從較低的d軌道躍遷到較高能量的d軌道所需的能量為d的分裂能,用符號△表示,分裂能___________(填“>”“<”或“=”),理由是___________________________。四、超分子、超原子1、超分子:兩個或多個分子相互“組合”在一起形成具有特定結構和功能的聚集體。稱為“超分子”。超分子中分子靠___________結合(包括氫鍵、靜電作用、疏水作用、弱配位鍵等),主要的應用為分子__________和分子__________。(1)杯酚分離C60(分子__________)(2)冠醚與堿金屬離子(分子_________,需要合適的________________)【補充】冠醚中與堿金屬離子形成的超分子中存在離子-偶極靜電作用,人教版教材對此作用力沒有明確定義,魯科版教材中強調(diào)該作用力并非共價鍵而是“弱相互作用力”也有部分教材中認為該作用力是一種“弱配位鍵”。此知識點并無權威的唯一解釋,政哥建議大家做題的時候根據(jù)選項和排除法靈活處理。(3)磷脂雙分子層的形成(分子___________)(4)核酸與DNA雙鏈結構(分子__________)例:物質(zhì)微觀結構決定宏觀性質(zhì),進而影響用途。下列微觀結構或現(xiàn)象不能解釋其性質(zhì)的是()選項微觀結構或現(xiàn)象性質(zhì)A中S和N均具有孤電子對S和N均可以作為配位原子B杯酚分離C70和C60體現(xiàn)超分子的自組裝C磷脂分子頭部親水,尾部疏水;細胞膜是磷脂雙分子層細胞膜雙分子層頭向外,尾向內(nèi)排列D可以和HF形成氫鍵結合成HF的濃溶液酸性增強※2、超原子與第三維周期律【簡介】具有與某種原子相似性質(zhì)的團簇,稱為超原子。·1984年,Knight等人將金屬鈉蒸發(fā),使用質(zhì)譜儀分析發(fā)現(xiàn)鈉離子蒸汽形成一系列大小不同的團簇,比較穩(wěn)定的是原子數(shù)為2、8、18、20、34、40的團簇。·1992年Khanna和Jena提出術語“超原子”,設想可以通過改變團簇尺寸模擬元素周期表中元素。1994年他們預測出類似鹵素鹽的復合物KAl13。·2004年,Khanna和Castleman團隊報道了“超肉素”的特性,證實了超原子的存在,并提出了“第三維周期律”的構想。例:鋁的“超級原子”結構——Al13和Al14,已知這類“超級原子”最外層電子數(shù)之和為40個時處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。下列說法中正確的是()A.Al13、Al14可為同位素B.Al13超級原子中Al原子間通過離子鍵結合C.Al14最外層電子數(shù)之和為42,與第IIA族元素的性質(zhì)相似D.Al13和Al14都具有較強的還原性,容易失去電子生成陽離子課后復習提綱1、理解配合物基本概念與常見分類、了解中心原子18e-規(guī)則2、掌握配合物常考題型的應對方式3、簡單了解超分子、超原子的相關知識點
第3節(jié)推拉電子效應專題特訓【政哥說明】“電子效應”是貫穿結構和有機兩本選修的一個知識模型,在結構部分主要的題目還是集中在羧酸酸性或者胺類堿性強弱的排序,要求其實并不高。但在后面有機部分,尤其是面對大量陌生反應所謂的“直覺經(jīng)驗”,都是可以從電子效應的角度更深刻的理解的。政哥會盡可能的用一個“簡化的版本”。幫助大家在解決問題的同時盡可能的理解其原理,順便為后面有機化學的一些“結論性”知識點進行一點點的鋪,如果理解實在困難的同學,也可以選擇記憶各類結論用于快速解題。一、課本中的電子效應1、鍵的極性對化學性質(zhì)的影響(人教選必二)羧酸pKaCH2CH2COOH4.88CH3COOH4.76HCOOH3.75CH2ClCOOH2.86CHCl2COOH1.29CCl3COOH0.65CF3COOH0.23(1)解釋酸性CF3COOH>CCl3COOH:____________,F(xiàn)-C的_______大于Cl-C,使CF3—的________大于CCl3—的_______,導致三氟乙酸的羧基中的羥基的_______更大,更易電離出H+。(2)解釋酸性CHCl2COOH>CH2ClCOOH:Cl的_________較大,_________電子作用明顯,二氯乙酸中的Cl原子更多,使羧基中的羥基的_________更大,更易電離出H+。(3)解釋酸性HCOOH>CH3COOH>CH3CH2COOH:烴基是_________電子基團,烴基越長_________效應越大,使羧基中的羥基_________更小,更難電離出H+。2、鮑林規(guī)則(一輪暑期)(1)快速判斷含氧酸的強弱——畫出結構式,數(shù)_________的數(shù)目(2)若n相同,則比較________________,如H2CO3>H2SiO3的文字解釋為:原子半徑________,________得電子能力更強,故H2CO3中的羥基________更強,更易電離出H+。3、羧基氫和α-H的活性(魯科選必三)一方面,羥基中的O原子的________所占據(jù)的原子軌道與羰基的________會有一定的重疊,電子向羰基方向移動,形成一種________效應,使羥基中的H原子更易電離成H+;另一方面羧基整體具有________電子作用,使得α-C上的C-H鍵________增強,一定條件下α-H具有反應活性。【政哥說明】上述的三個例子就是高中課本中對于“電子效應”的最基礎版本了,大家如果能夠記憶結論,也是可以解決一些題目的。但如果想要較為深入的理解后續(xù)有機化學中的諸如“Michael加成”等陌生反應,則需要學習下面的補充知識。二、電子效應及成因1、電子效應:取代基導致母體分子中電子云密度分布改變的效應,按最終的結果分為推電子效應和拉電子效應,產(chǎn)生電子效應的原因有多種,主要包括了誘導效應、共軛效應、超共軛效應、場效應等等。例:官能團之間存在相互影響酸性:苯甲酸<甲酸,體現(xiàn)了_________對_________的影響,結果為_________電子效應。取代反應容易程度:苯>苯甲酸,體現(xiàn)了_________對_________的影響,結果為_________電子效應。2、誘導效應(InductiveEffect)(1)定義及表示:分子中各原子或基團的__________存在差異,導致共價鍵電子云沿著原子鏈向某一方向移動的效應。若為拉電子誘導效應,則表示為-I,若為推電子誘導效應,則表示為+I。(2)實質(zhì):電性作用,電子偏向__________較大的原子。但靜電作用受距離的制約,因此一般只在母體外不超過三根__________鍵的距離內(nèi)起作用。(3)常見的-I與+I(與CH3COOH中—CH3中的H原子進行比較):硝氰羧鹵羥氨苯拉走電子酸更狠烷基越長越能推比較酸性必吃虧例:比較堿性NH3、N2H4、NF33、共軛效應(ConjugativeEffect)【π-π共軛和p-π共軛】(1)定義及表示:分子中各原子或基團相互影響使共軛體系內(nèi)的π電子或p電子分布改變的效應。若為拉電子共軛效應,則表示為-C,若為推電子共軛效應,則表示為+C。(2)實質(zhì):軌道重疊引起的電子離域,在整個共軛體系內(nèi)存在,無距離制約,電子云密度高低交替排列。【政哥說明】高中化學中不要求共振式的相關知識,因此大家只需要簡單了解一下電子流向的大致畫法即可。苯環(huán)電子云密度整體_________鄰對位電子密度_________間位電子云密度_________苯環(huán)電子云密度整體_________鄰對位電子云密度_________間位電子云密度_________苯環(huán)電子云密度整體_________鄰對位電子云密度_________間位電子云密度_________氯原子誘導拉電子作用使苯環(huán)_________化,但共軛推電子作用使其_________位(相對)容易取代。(3)常見的-C與+C(與苯中的H原子進行比較):不飽和鍵共軛拉(-C)氮氧氟氯共軛推(+C)4、苯環(huán)為母體時取代基的I與C綜合作用基團誘導效應共軛效應總效應【政哥說明】上述知識簡單了解即可,真實的化學反應過程中,速率和活性還會受到很多因素的影響(如催化劑、溶劑化效應等等)因此我們最終的目標只需要學會做“事后諸葛亮”即可。例:試根據(jù)即有事實,反推理論解釋下列表格中各種比較羧酸pKaC6H5COOH4.20HCOOH3.75CH3COOH4.76C6H5CH2COOH4.31(1)酸性C6H5COOH<HCOOH:對于-COOH,苯基(________電子誘導效應______通過π-π共軛產(chǎn)生的______電子共軛效應)整體表現(xiàn)為______電子效應,使-OH的極性______,酸性______。(2)酸性CH3COOH<HCOOH:對于-COOH,-CH3為________電子基團(存在_______電子誘導效應),使-OH的極性________,酸性________。(3)酸性CH3COOH<C6H5COOH:對于-COOH,苯基(________電子誘導效應_______于通過π-π共軛產(chǎn)生的________電子共軛效應)整體表現(xiàn)為________電子效應;但________電子的程度________于-CH3,故乙酸中-OH的極性更________,酸性更________。(4)酸性CH3COOH<C6H5CH2COOH:對于-CH2COOH,苯基為________電子基團(存在________電子誘導效應),使-OH的極性________,酸性________。※(5)酸性C6H5CH2COOH<C6H5COOH(存在爭議,只給出一種解釋):對于-COOH電離后產(chǎn)生的-COO-結構,C6H5CH2—無法與其形成共軛結構,而苯基可以與其形成共軛結構,使酸根更穩(wěn)定,更易電離出H+。※5、超共軛效應簡介(簡單了解,高考幾乎不可能用到)例1:丙烯中的α-H具有反應活性的原因是?碳碳雙鍵具有________電子誘導作用,且C-Hσ鍵與雙鍵π電子云產(chǎn)生超共軛效應,使C-H鍵極性增強,容易發(fā)生取代反應。例2:穩(wěn)定性的原因是?異丙基正離子中存在更多的超共軛效應。三、高考化學中的電子效應問題例1:(2022山東節(jié)選)的堿性隨N原子電子云密度的增大面增強,其中堿性最弱的是______________。例2:(2024貴州節(jié)選)V是常用的乙基化試劑。若用a表示V中-CH3的碳氫鍵,b表示V中的-CH2-的碳氫鍵,則兩種碳氫鍵極性大小關系a________b。例3:(2024湖南節(jié)選)同條件下,下列化合物水解反應速率由大到小的順序為________※例4:(2024浙江節(jié)選)比較下列兩個化合物的堿性課后復習提綱1、學會使用電子效應比較物質(zhì)的酸堿性2、簡單了解電子效應的本質(zhì)原理,尊重實驗事實,學會用不同角度“事后諸葛亮”。第4節(jié)晶體的各種計算一、(無限)長片段的簡化處理例1:V2O5溶解在NaOH溶液中,可得到釩酸鈉(Na3VO4),該鹽陰離子的立體構型為_________;也可以得到偏釩酸鈉,其陰離子呈如圖所示的無限鏈狀結構,則偏釩酸鈉的化學式為_________。例2:在硅酸鹽中,四面體[如圖(a)]通過共用頂角氧離子可形成島狀、鏈狀、層狀、骨架網(wǎng)狀四大類結構型式。圖(b)為一種無限長單鏈結構的多硅酸根,其中Si原子的雜化形式為____________。Si與O的原子數(shù)之比為__________。例3:已知BeCl2可以通過配位鍵形成無限長鏈多聚體,請畫出該多聚體的結構。例4:(2019新課標Ⅲ)NH4H2PO4和LiFePO4屬于簡單磷酸鹽,而直鏈的多磷酸鹽則是一種復雜磷酸鹽,如:焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、三磷酸根離子如下圖所示:這類磷酸根離子的化學式通式可以表示為______________。(用n代表P原子數(shù))例5:(2021河北)磷酸通過分子間脫水縮合形成多磷酸,如:如果有n個磷酸分子間脫水形成環(huán)狀的多磷酸,則相應的酸根可寫為___________。二、均攤法數(shù)原子個數(shù)均攤法:例1:CaF2晶胞結構如圖所示,的配位數(shù)為__________,Ca2+的配位數(shù)為__________。對于二元化合物,配位數(shù)之比和原子個數(shù)比_________例2:鑭鎳合金的化學式為____________。例3:TiO2通過氮摻雜反應生成TiO2-aNb,可表示如圖,則TiO2-aNb晶體中:a=________,b=________。例4:(2022山東)研究籠形包合物結構和性質(zhì)具有重要意義,化學式為Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的籠形包合物四方晶胞結構如圖所示(H原子未畫出)。每個苯環(huán)只有一半屬于該晶胞,晶胞參數(shù)為a=b≠c,α=β=γ=90°。若晶胞中N原子均參與形成配位鍵,則Ni2+與Zn2+的配位數(shù)之比為_______;x:y:z=_______;晶胞中有d軌道參與雜化的金屬離子是_______。例5:最近科學家發(fā)現(xiàn)了一種由鈦原子和碳原子組成的氣態(tài)團簇分子,如圖所示,其中頂點和面心為鈦原子,這種化合物的化學式為___________。三、表面原子占比例1:NaCl顆粒邊長為晶胞邊長的10倍,求表面原子占比?顆粒中總原子數(shù):顆粒內(nèi)部原子數(shù):表面原子數(shù)表面原子占比:例2:Fe3O4晶胞具有反尖晶石結構,氧離子和不同價態(tài)鐵離子構成A、B兩種結構,如圖所示,其晶胞可以看成是4個A型和4個B型小單元交替并置而成。納米材料的量子尺寸效應可以顯著改變材料電磁性能,材料表面原子(離子)占總原子(離子)數(shù)的比例是重要的影響因素,假設某Fe3O4納米顆粒恰好是一個Fe3O4晶胞,該顆粒表面離子與總離子數(shù)的最簡整數(shù)比為_____________。四、原子坐標晶胞無論是否為立方結構,均可以建系表示原子坐標。每條邊的單位長度均為1,原子坐標實際是坐標的實際數(shù)值和該邊邊長的___________。例1:已知ZnO的晶胞結構如圖所示,圖中原子坐標參數(shù)分別為A(0,0,0)、B(1/2,1/2,0)、C(0,T/2,1/2),則此晶胞中,原子坐標參數(shù)分別為?D(),E()F(),G()例2:(2021山東)XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有_________個XeF2分子,以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分數(shù)坐標,如A點原子的分數(shù)坐標為(1/2,1/2,1/2)。已知Xe-F鍵長為rpm,則B點原子的分數(shù)坐標為________________;晶胞中A、B間距離d=________pm。五、密度、距離推算(晶胞參數(shù)測量方法:________________)例1:Na、O形成的化合物a=0.566nmρ=例2:CuCl,已知密度為ρg/cm3、NA,則Cu、Cl最短的距離為___________pm。例3:(2023山東)一定條件下,CuCl2、K和F2反應生成KCl和化合物X,已知X屬于四方晶系,晶胞結構如圖所示(晶胞參數(shù)a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合價為+2。上述反應的化學方程式為___________________________________________。若阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,化合物X的密度ρ=____________g·cm-3(用含NA的代數(shù)式表示)。六、空間利用率例1:(2021乙卷)在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強材料的耐腐蝕性、硬度和機械性能。AlCr2具有體心四方結構,如圖所示。處于頂角位置的是__________原子。設Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為__________%(列出計算表達式)。例2:已知,,求NaCl晶胞的空間利用率。Na+與次臨近距離___________________【總結】晶胞計算種類①均攤法計算原子個數(shù)、配位數(shù)等②a、d、ρ、原子坐標等③表面原子占比④空間利用率(給半徑、求相切)等練習1:Fe3O4是一種重要的磁性材料。其晶胞如圖所示,晶胞參數(shù)為apm。其中Fe位于晶胞的頂點、面心和體內(nèi),O全部在晶胞體內(nèi)。①1個Fe3O4晶胞中含有_________個Fe2+、_________個Fe3+。已知Fe2+、Fe3+、的半徑分別為r1pm、r2pm、r3pm,則Fe3O4晶胞的空間利用率為______________________。②Fe3O4晶體的密度表達式為__________________g·cm-3。練習2:(2021重慶)研究發(fā)現(xiàn)納米CeO2可催化分解,CeO2晶體屬立方CaF2型晶體結構如圖所示。①阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,CeO2相對分子質(zhì)量為M,晶體密度為ρg·cm-3,其晶胞邊長的計量表達式為a=____________nm。②以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中的原子位置,稱作原子分數(shù)坐標。A離子的坐標為(0,1/2,1/2),則B離子的坐標為___________。③納米CeO2中位于晶粒表面的Ce4+能發(fā)揮催化作用,在邊長為2anm的立方體晶粒中位于表面的Ce4+最多有___________個。課后復習提綱1、掌握均攤法處理(無限)長片段、晶胞中的原子個數(shù)2、掌握計算表面原子占比、原子坐標、密度距離推算、空間利用率的方法
第5-6節(jié)典型晶體結構及其考點一、晶體與非晶體1、性質(zhì)對比固體晶體非晶體微觀結構微粒在三維空間里呈周期性_________排列原子排列相對__________自范性各向異性熔點(1)自范性晶體能____________地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。本質(zhì)上,晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的___________觀表象。晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體_____________適當。如熔融態(tài)SiO2快速冷卻形成瑪瑙,緩慢冷卻形成____________。(2)各向異性晶體的物理性質(zhì)如強度、導熱性、光學性質(zhì)等隨方向不同而____________。2、晶體與非晶體的測定方法區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是對固體進行_____________衍射實驗。例:判斷正誤(1)熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻即得到晶體()(2)熔融的硝酸鉀冷卻可得晶體,故液態(tài)玻璃冷卻也能得到晶體()(3)粉末狀的固體也有可能是晶體()(4)晶體一定比非晶體的熔點高()二、晶體的特性1、晶體性質(zhì)共價晶體離子晶體分子晶體金屬晶體粒子種類作用力熔沸點硬度延展性導電導熱2、代表物質(zhì)共價晶體:金剛石、單晶Si/Ge、SiC、SiO2、BN、BP、Al2O3、Si3N4、AIN、C3N4離子晶體:NaCl、CsCl、ZnS、CaF2、TiO2分子晶體:干冰、I2(s)、P4(s)、可燃冰、Fe(CO)5三、典型晶體結構及考點1、分子晶體堆積方式分子密堆積分子非密堆積微粒間作用力空間特點通常每個分子周圍有_______個緊鄰的分子每個分子周圍緊鄰的分子數(shù)小于12個,空間利用率不高舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰(1)C60(分子密堆、配位數(shù)_____________) (2)干冰(分子密堆、配位數(shù)_____________)CO2分子共有______種取向每種取向的配位數(shù)為__________(3)碘(s)I2分子共有______種取向每種取向的配位數(shù)為______例:下圖為碘晶體晶胞結構。有關說法中正確的是()A.碘分子排列有2種不同的取向,2種取向不同的碘分子以4配位數(shù)交替配位形成層結構B.用均攤法可知平均每個晶胞中有4個碘原子C.碘晶體為無限延伸的空間結構,是原子晶體D.碘晶體中存在的相互作用有非極性鍵和范德華力(4)冰(四面體、________配位,________________)水分子數(shù):氫鍵數(shù)=_________晶體中留有相當大的空隙。當冰剛剛融化成液態(tài)水時,水分子間的空隙減小,密度反而增大;超過________℃時,分子間距離加大,密度逐漸減小。(5)其他2、共價晶體(原子晶體)(1)金剛石 配位數(shù):________________ ☆每個C原子相連_________個六元環(huán)C原子與C—C鍵的個數(shù)比=__________________ 每個環(huán)含______________個C原子(2)SiO2配位數(shù):Si__________O__________Si:Si—O=__________最小環(huán):__________個原子低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈,而沒有封閉的環(huán)狀結構。這一結構決定了它具有_________________。 3、金屬晶體(1)四種堆積方式及參數(shù) 口訣:八角六面____________,面心立方____________斜線一點非中心,六方AB_________________,空間利用兩相同,________________配位緊相鄰堆積方式簡單立方鉀型(bcp)鎂型(hcp)銅型(ccp)示意圖代表金屬PoK、Na、FeZn、Ti、MgCu、Ag、Au配位數(shù)幾何相切空間利用率的計算:簡單立方:體心立方:面心立方:例:G元素形成的單質(zhì)有、、三種晶體結構,并且在一定條件下可以按如圖相互轉化,在三種晶體結構中,G元素原子的配位數(shù)之比為_______。、兩種晶體的密度比為_______。4、離子晶體與填隙模型☆(1)填隙模型(同樣使用均攤法)①面心立方中的四面體空隙(紅三角)和八面體空隙(綠三角) 晶胞中的原子數(shù)__________,原子數(shù):四面體空隙數(shù):八面體空隙數(shù)=__________________四面體空隙中心位于____________,總數(shù)____________________;八面體空隙中心位于____________,總數(shù)____________________。1:2:1,球四八,八角六面當骨架四分之一填四面,棱心體心都填八※②六方密排中的四面體空隙和八面體空隙 晶胞中的原子數(shù)__________,原子數(shù):四面體空隙數(shù):八面體空隙數(shù)=__________________四面體空隙中心位于__________,總數(shù)_____________;八面體空隙中心位于__________,總數(shù)_____________。※※③體心立方中的四面體空隙和八面體空隙(簡單了解) 晶胞中的原子數(shù)__________,原子數(shù):四面體空隙數(shù):八面體空隙數(shù)=_________________變形四面體空隙中心位于_________________,總數(shù)__________;變形八面體空隙中心位于_________________,總數(shù)__________。例1:石墨烯可轉化為富勒烯(C60),某金屬M與C60可制備一種低溫超導材料,其晶胞如圖所示,M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個數(shù)為__________,該材料的化學式為__________。M填充了C60結構中的______________空隙。例2:在某種含鎂、鎳、碳3種元素的超導材料晶體中,鎂原子和鎳原子一起以立方最密堆積方式形成有序結構。結構中的兩種八面體空隙,一種完全由鎳原子構成,另一種由鎳原子和鎂原子共同構成,碳原子只填充在由鎳原子構成的八面體空隙中,晶胞如圖所示。①組成該晶體的化學式為____________________。②完全由鎳原子構成的八面體空隙與由鎳原子和鎂原子共同構成的八面體空隙的數(shù)量比為__________,由鎳原子和鎂原子共同構成的八面體空隙中鎳原子和鎂原子的數(shù)量比為__________。(2)離子晶體配位數(shù)影響因素☆影響離子晶體配位數(shù)的因素:_____________、_____________、_____________【補:幾何因素“陰離子密排,陽離子撐開”】配位數(shù)的幾何因素配位數(shù)的幾何因素5、五種典型離子晶體(1)NaCl配位數(shù):_________Na+填入_________面體空隙每個Na+周圍距離最近的Na+數(shù)目:次鄰近個數(shù):Na+體對角線方向投影畫法:(2)CsCl配位數(shù):__________每個Cs+周圍距離最近的Cs+數(shù)目:__________(3)閃鋅礦S2-:____________ 配位數(shù)____________Zu2+:填入____________面體空隙的____________配位數(shù)____________(4)CaF2/Na2O配位數(shù):Ca2+____________F-____________Ca2+:____________F-填入_______面體空隙的____________(5)TiO2配位數(shù):Ti4+____________O2-____________Ti4+填入O2-形成的變形____________面體空隙例:CaC2晶體的晶胞結構與NaCl晶體的相似(如圖所示),但CaC2晶體中含有啞鈴形的存在,使晶胞沿一個方向拉長。CaC2晶體中1個Ca2+周圍距離最近的數(shù)目為________。☆【總結】填隙法巧記所有立方系晶體結構6、過渡晶體和混合晶體(1)過渡晶體【政哥說明】此部分知識簡單了解即可,對晶體類型能夠進行“非絕對化”的認識即可。事實上,此部分知識對應一個高中不做要求的知識點——“離子極化理論”,我們會在最后一節(jié)課程中給大家補充該理論。四類典型晶體是__________晶體、__________晶體、__________晶體、__________晶體。純粹的典型晶體不多,大多數(shù)晶體是它們之間的____________晶體。①離子晶體和共價晶體的過渡標準是化學鍵中____________鍵成分的百分數(shù)。②離子鍵的百分數(shù)依據(jù)_________的差值計算。差值越大,離子鍵的百分數(shù)越_________。氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2離子鍵的百分數(shù)62%50%41%33%(2)混合晶體——石墨 ①同一層中每個C原子用__________雜化軌道與鄰近的三個C原子以__________鍵相結合,形成無限的____________形平面網(wǎng)狀結構,共價鍵鍵角為__________;每個C原子還有一個與C環(huán)平面垂直的未參與雜化的__________軌道,并含有一個未成對電子。因此能夠形成遍及整個平面的__________鍵。C原子:六元環(huán):C—C=____________________。②電子可以在整個六邊形網(wǎng)狀平面上運動,所以石墨的大鍵具有_____________鍵的性質(zhì)。③層與層之間以_____________相結合。(3)混合晶體——六方BN(白石墨)①同一層中每個B原子用_________雜化軌道與鄰近的三個N原子以_________鍵相結合,形成無限的六邊形平面網(wǎng)狀結構。但白石墨不導電,原因是_____________________________________________。②層與層之間以____________________相結合。(4)混合晶體——正交黑磷層內(nèi)每個磷原子與其他___________個磷原子相連,形成二維皺褶蜂巢型結構。練習1:(2022乙卷)α-AgI晶體中I-離子作體心立方堆積(如圖所示),Ag+主要分布在由I-構成的四面體、八面體等空隙中。在電場作用下,Ag+不需要克服太大的阻力即可發(fā)生遷移。因此,α-AgI晶體在電池中可作為________________________________。已知阿伏加德羅常數(shù)為NA,則α-AgI晶體的摩爾體積Vm=______m3·mol-1(列出算式)。練習2:一種有儲氫功能的銅銀合金晶體具有立方堆積結構,晶胞中Cu原子位于面心,Ag原子位于頂點,氫原子可進到由Cu原子與Ag原子構成的全部四面體空隙中。①該晶體儲氫后的化學式為____________________。②儲氫材料的儲氫能力=,若晶胞參數(shù)為apm,忽略吸氫前后晶胞的體積變化,標準狀況下氫氣的密度為bg·cm-3。則該儲氫材料的儲氫能力為______________________________。(NA表示阿伏加德羅常數(shù),寫出表達式即可)練習3:在離子晶體中,當0.414<r(陽離子):r(陰離子)<0.732時,AB型化合物往往采用和NaCl晶體相同的晶體結構。已知,但在室溫下,AgI的晶體結構如圖所示,稱為六方碘化銀。I-的配位數(shù)為_______,造成AgI晶體結構不同于NaCl晶體結構的原因不可能是(填標號)。a.幾何因素 b.電荷因素 c.鍵性因素練習4:在一定溫度下NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”(如圖),可以認為氧離子作密置單層排列、鎳離子填充其中,列式并計算每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量__________g/m2。(氧離子的半徑為1.40×10-10m,結果保留兩位有效數(shù)字Ni:59)課后復習提綱1、理解晶體和非晶體的區(qū)別2、熟練掌握各類晶體的結構及特性3、掌握并熟練運用填隙法巧記所有晶體結構,做到爛熟于心
第7-8節(jié)結構化學難題進階※一、六方系列的計算【政哥說明】六方系列的難點主要在于對晶胞底面菱形的處理和一些空間中相切關系的處理,大家可以根據(jù)自己的能力選擇性掌握。1、六方AB型的計算 八角六面ABC,面心立方銅銀金斜線一點非中心,六方AB鈦鎂鋅(1)D原子坐標:(2)體積百分比計算:(3)密度計算:例1:石墨晶胞(已知C—C鍵長apm,層間距cpm) 密度計算:已知石墨密度為g/cm3,C—C鍵長為rcm,NA已知,求層間距:例2:六方ZnS(1)原子坐標(2)配位數(shù)例3:(2022海南)圖1為某ZnO晶胞示意圖,圖2是若干晶胞無隙并置而成的底面O原子排列局部平面圖。□abcd為所取晶胞的下底面,為銳角等于60°的菱形。以此為參考,用給出的字母表示出與所取晶胞相鄰的兩個晶胞的底面____________、____________。例4:某晶體屬于六方晶系,其晶胞參數(shù)a=0.4780nm,c=0.7800mm。晶胞沿著不同方向投影如下。其中小球代表A原子,大球代表B原子(化學環(huán)境完等同)。已知A2原子坐標為(0.8300,0.1700,0.2500),B1原子沿c方向原子坐標參數(shù)z=0.0630。①該物質(zhì)的化學式為_____________________。②晶胞中原子A1-A2在ab面投影的距離為_____________(保留四位有效數(shù)字)。③B1原子坐標參數(shù)為_____________。二、晶胞的各種表示【政哥說明】晶胞表示的難點在于空間想象能力(投影、平移、旋轉、拼接等),類似于數(shù)學中的“三視圖”,大家盡可能地建立起空間立體結構的整體印象,便于解題。1、確定化學式例1:在硼化鎂晶體的理想模型中,鎂原子和硼原子是分層排布的,一層鎂一層硼的相間排列,右圖是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿z軸方向的投影,白球是鎂原子投影,黑球是硼原子投影。則硼化鎂的化學式為()A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.MgB6例2:石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體CxK(如圖),其結構為每隔一層碳原子插入一層鉀原子,與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同,則與鉀最近等距的配位碳原子有_________個,x=_________。例3:Co的一種氧化物CoO2晶體的層狀結構如圖所示(小球表示Co原子,大球表示O原子)。下列用粗線畫出的重復結構單元不能描述CoO2的化學組成是() A B C D2、晶格重畫時重新定位例1:(2022武漢九月)BaTiO3的晶胞如圖,另一種表示中,Ti為頂角,則Ba、O分別位于_____________、_____________。 例2:在KIO3晶胞結構的另一種表示中,I處于各頂角位置,則K處于_________位置,O處于_________位置。3、晶胞缺陷的計算——二元一次方程組例1:天然的和絕大部分人工制備的晶體部存在各種缺陷,例如在某種NiO晶體中就存在如圖所示的缺陷:一個Ni2+空缺,另有兩個Ni2+被兩個Ni3+所取代。其結果晶體仍呈電中性,但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。其氧化鎳樣品組成為Ni0.97O,試計算該晶體中Ni2+與Ni3+的離子數(shù)之比。例2:(2020新課標I)LiFePO4的晶胞結構示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過共頂點、共棱形成空間鏈結構。每個晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有_________個。(a)LiFePO4 (b)Li1-xFePO4 (c)FePO4電池充電時,LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xPePO4,結構示意圖如(b)所示,則x=_____________,n(Fe2+):n(Fe3+)=_____________。4、尖晶石/反尖晶石結構AB2O4O2-八角六面堆積,填入A2+、B3+離子。①若A2+填入四面體空隙,B3+填入八面體空隙,則為正尖晶石結構。②若A2+填入八面體空隙,B3+一半填入八面體空隙,另一半填入四面體空隙,則為反尖晶石結構。示例:Fe3O4反尖晶石結構:Fe3+(Fe3+,F(xiàn)e2+)O4。例1:由Mg、Al、O構成的透明陶瓷立方晶胞結構信息如圖所示: ①該透明陶瓷的化學式為________________________。②已知兩個最近的Mg原子之間的距離為anm,設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則該透明陶瓷立方晶胞的密度為__________________g·cm-3(用含a、NA的代數(shù)式表示)。③如上圖建立坐標系,取z=0,得晶胞截面如圖左,設定A、B立方體邊長為1,若取z=1.75,請在圖右中標出相應原子位置(分別用●和○表示)。 例2:鈷鐵氧體為反尖晶石結構,其晶胞結構如圖所示,已知半數(shù)的Fe與O形成[FeO4]四面體,半數(shù)的Fe與O形成[FeO6]八面體,Co與O形成[CoO6]八面體。則該化合物的化學式為_________________。已知該晶胞中相鄰的兩個O2-間的距離為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度為__________g·cm-3(列出計算式)。三、晶胞切面與投影問題1、晶胞切面問題例1:下列圖像是從NaCl或CsCl晶體結構圖中分割出來的部分結構圖,試判斷NaCl晶體結構的圖像是_____________。例2:金剛砂(SiC)晶胞如左圖所示,金剛砂中硅原子的雜化軌道類型為_____________,沿晶胞圖中虛線方向的切面圖為_____________。【50%四面體空隙(微粒A)位置及計算】與1、5、10、14共平面的微粒A有__________個與2、4、11、13共平面的微粒A有__________個相鄰微粒A的距離為:2、結晶學理論與晶面例1:在立方晶胞中,與晶胞體對角線垂直的面在晶體學中稱為(1,1,1)晶面。如圖,該立方晶胞中(1,1,1)晶面共有_____________個。例2:(政哥自命題)根據(jù)結晶學理論,科學家可以根據(jù)材料需求,通過控制不同的生長條件制備出不同種類的晶體,理想的定觀單一晶體呈規(guī)則的多面體外形,多面體的面叫作晶面。宏觀晶體中的晶面與微觀晶胞中一定取向的截面相對應。某NiO晶體如下圖(左)所示,其晶胞如下圖(右)所示。 該NiO晶體有八角形和三角形兩種晶面,其中三角形晶面的數(shù)目為______________,在晶胞中標出正三角形晶面對應的截面(至少包含6個原子)。3、晶胞投影問題(1)沿坐標軸投影例1:(2021河北)分別用○、●表示和K+,KH2PO4晶體的四方晶胞如圖(a),所示,圖(b)、圖(c)分別顯示的是、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:①若晶胞底邊的邊長均為apm、高為cpm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶體的密度為_____________g·cm-3(出表達式)。②晶胞在x軸方向的投影圖為_____________(填標號)。例2:(2022湖南)鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示:①該超導材料的最簡化學式為_______________;②Fe原子的配位數(shù)為_______________;③該晶胞參數(shù)a=b=0.4mm、c=1.4nm。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則該晶體的密度為_______g·cm-3(列出計算式)。例3:一種Ag2HgI4固體導電材料為四方晶系,其晶胞參數(shù)為apm、apm和2apm,晶胞沿x、y、z的方向投影(如圖所示),A、B、C表示三種不同原子的投影,標記為n的原子分數(shù)坐標為(1/4,1/4,1/8),則m的原子分數(shù)坐標為__________,距離Hg最近的Ag有_________個。設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,Ag2HgI4的摩爾質(zhì)量為Mg/mol,該晶體的密度為_____________________________g·cm-3(用代數(shù)式表示)。例4:(2022廣東)我國科學家發(fā)展了一種理論計算方法,可利用材料的晶體結構數(shù)據(jù)預測其熱電性能,該方法有助于加速新型熱電材料的研發(fā)進程。化合物X是通過該方法篩選出的潛在熱電材料之一,其晶胞結構如圖a,沿x、y、z軸方向的投影均為圖b.①X的化學式為_________________。②設X的最簡式的式量為Mr,晶體密度為g·cm-3,則X中相鄰K之間的最短距離為nm(列出計算式,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。(2)沿體對角線投影例:磷化硼晶胞如左圖所示,其沿著體對角線方向的投影如右圖,請將表示B原子的圓圈涂黑。(3)其他投影例:方解石的菱面體結構如圖1,沿三次軸的俯視圖為正六邊形。方解石的六方晶胞結構如圖2,晶胞底面為平行四邊形,其較小夾角為60°,邊長為anm,晶胞高為cnm。A點在俯視圖中為a,則B點在俯視圖中的位置為_____________(填字母)。方解石的六方晶胞中,Ca2+和個數(shù)比為_____________,若阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該方解石的密度為_________g/cm3(列出計算式)。4、根據(jù)原子坐標判斷微粒位置坐標中0/1出現(xiàn)三次坐標中0/1出現(xiàn)兩次坐標中0/1出現(xiàn)一次坐標中0/1出現(xiàn)零次例1:以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子分數(shù)坐標。CsSiB3O7,屬正交晶系(長方體形),晶胞參數(shù)為apm、bpm和cpm。如圖為沿y軸投影的晶胞中所有Cs原子的分布圖和原子分數(shù)坐標。據(jù)此推斷該晶胞中Cs原子的數(shù)目為__________;CsSiB3O7,的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1,設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,則CsSiB3O7晶體的密度為__________g·cm-3(用代數(shù)式表示)。例2:(1)一種錳的氧化物的晶胞如圖甲,請寫出該氧化物的化學式_________________。若沿z軸方向觀察該晶胞,可得投影圖如圖乙,請畫出沿y軸方向的投影圖。(2)某含Mg儲氫晶體儲氫后轉化為MgH2,MgH2晶體的結構如圖丙,晶胞參數(shù)a=b=450pm,c=301pm,原子分數(shù)標為A(0,0,0)、B(0.305,0.305,0)、C(1,1,1)、D(0.195,0.805,0.5)。①該晶體中Mg的配位數(shù)是__________________。②Mg2+的半徑為72pm,則H的半徑為_______pm(列出計算表達式)。③用NA表示阿伏加德羅常數(shù),則MgH2晶體中氫的密度是標準狀況下氫氣密度的_______倍(列出計算表達式,氫氣密度為0.089g·L-1)四、反應機理的識別與猜測例1:鋰電池工作時,Li+沿聚乙二醇分子中的碳氧鏈遷移的過程如圖甲所示(圖中陰離子未畫出)。電解質(zhì)LiPF6或LiAsF6的陰離子結構如圖乙所示(X=P、As)。①聚乙二醇分子中,碳、氧的雜化類型分別是_____________、_____________。②從化學鍵角度看,Li+遷移過程發(fā)生_____________(填“物理變化”或“化學變化”)。③PF6中P的配位數(shù)為。④相同條件,Li+在________________(填“LiPF6”或“LiAsF6”)中遷移較快,原因是______________________________________________________________________________。例2:(政哥自命題)氟化銨可用于玻璃腐蝕、防腐等,已知氟化銨晶胞結構如圖所示。①該晶體中,F(xiàn)-可以類比Mg型堆積方式,請畫出該晶胞沿z軸的投影。②氟化銨固體逐漸升高溫度的過程中,當溫度升高到7℃時,氟化銨沒有分解出氨氣,但有明顯的熱量吸收現(xiàn)象,經(jīng)儀器測定,研究人員發(fā)現(xiàn),其晶格內(nèi)部銨根會“自由翻轉”,試解釋原因:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。※五、兩大重要理論補充【政哥說明】此部分知識高中并不要求,但可以極大程度的幫助大家理解和記憶一些知識點,建議學有余力的同學了解一下。1、離子極化理論例:ⅡA族元素的碳酸鹽受熱分解的溫度如下表:BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3100°C540°C960°C1289°C1360°C按照離子晶體的規(guī)律:離子電荷相同時,半徑越大,離子鍵越_____________,分解溫度應該越_____________,顯然與表格中的數(shù)據(jù)不符。原因是什么呢?(1)定義離子在外電場或另外的離子的影響下,原子核與電子云會發(fā)生相對位移為產(chǎn)生變形的現(xiàn)象,稱為離子的極化。(2)離子極化具體過程①開始是陽離子對陰離子的作用,變形的主體一般是陰離子。②陰離子變形后,會反過來對陽離子產(chǎn)生誘導作用,可能會導致陽離子變形,成為“附加極化作用”。③如果二者綁定較深,則離子鍵過渡為共價鍵。(3)規(guī)律①陽離子電荷大、半徑小,則極化作用更強;②陽離子相近時,自身的變形性(被附加極化的可能性):;③陰離子電荷大、半徑大則變形性大;④陰離子為含氧酸根時,中心價高變形性小。示例:HgCl2為弱電解質(zhì)的原因物質(zhì)HgCl2CaCl2陽離子半徑/pm102100陽離子電子構型(4)離子極化的影響①AgX的溶解度:AgF>AgCl>AgBr>AgI,原因為____________________________②AgX的顏色深度:AgF<AgCl<AgBr<AgI<Ag2S③熔點MgCl2________CuCl2,原因為_____________________________________________。④“愚人金”FeS2晶體有金屬光澤的原因☆【總結】離子極化理論極化變形再附加,離子晶體變共價熔點低、溶解差,同時顏色會變化2、軟硬酸堿理論(HSAB)【政哥說明】軟硬酸堿理論主要用于解釋一些配合物的穩(wěn)定性的問題,如:“NH3為什么不和Al3+配位?”“中心原子一般喜歡什么樣的配體?”一言以蔽之,中心原子和配體“門當戶對”更穩(wěn)定※陽離子(酸):電荷大,半徑小()為硬,反之為軟陰離子(堿):配位原子電負大,變形差,難氧化為硬,反之為軟軟硬度陽離子喜歡的陰離子舉例硬IA、ⅡA等Li+、Mg2+、Ca2+、Al3+高電荷Ti4+、V5+d5半滿Fe3+、Mn2+、Cr3+軟IB、IIBAg+、Cu+、Hg2+交界9-17e-(18+2)e-Cu2+、Ni2+、Fe2+例:(2019新課標I)乙二胺(H2NCH2NH2)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+”)。課本原話:配位鍵的強度有大有小,有的配合物很穩(wěn)定,有的很不穩(wěn)定。許多過渡金屬元素的離子對多種配體具有很強的結合力,因而,過渡金屬配合物遠比主族金屬多。課后復習提綱1、了解六方系列的計算方法2、理解晶胞的各種表示(確定化學式、晶格定位、投影、截面、尖晶石系列)3、理解機理的識別與猜測的常見思路4、了解兩大重要的補充理論及其適用場景,基礎一般的同學可略過此模塊
第9-10節(jié)結構化學長難句書寫【政哥提示】如果你所在的考區(qū)沒有結構化學的大題,那這兩節(jié)課你可以作為鞏固,簡要的瀏覽一下即可;如果你所在的考區(qū)有結構化學大題,政哥已經(jīng)把近年來常考的命題點給大家做好了分類,建議大家盡可能的記憶各類題型的答題要點,訓練自己運用知識的能力,爭取拿下這2分。一、電子排布基礎知識復習1.(2024北京)Sn位于元素周期表的第5周期第IVA族。將Sn的基態(tài)原子最外層軌道表示式補充完整:2.(2024山東)Mn在元素周期表中位于第_______周期_______族;同周期中,基態(tài)原子未成對電子數(shù)比Mn多的元素是_______(填元素符號)3.(2023乙卷)基態(tài)Fe原子的價電子排布式為______________,橄欖石(MgxFe2-xSiO4)中,各元素電負性大小順序為______________,鐵的化合價為__________。4.(2021山東改)基態(tài)F原子核外電子運動狀態(tài)有_______種,空間運動狀態(tài)有_______種。5.(2021河北)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài),若一種自旋狀態(tài)用表示,與之相反的用表示,稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對于基態(tài)的磷原子,其價電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為______________。6.(2022濟寧一模)基態(tài)鈦原子的原子軌道上的電子數(shù)為________個。與鈦同周期的第ⅡB族和ⅢA族兩種元素中第一電離能較大的是___________(寫元素符號)。7.(2023北京)比較S原子和O原子第一電離能的大小,從原子結構的角度說明理由_______________________________________________________________________________。8.(2022乙卷)氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有_________,其中能量較高的是__________。(填標號)a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2 c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p29.(2022甲卷)圖a、b、c分別表示C、N、O和F的逐級電離能I變化趨勢(縱坐標的標度不同)。第一電離能的變化圖是_________(填標號),判斷的根據(jù)是:_________________________________________________________________________________________________;第三電離能的變化圖是___________(填標號)。10.(2021湖南)基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為__________________________。11.(2021廣東)基態(tài)硫原子價電子排布式為________________________________。12.(2020新課標Ⅰ)基態(tài)Fe2+與Fe3+離子中未成對的電子數(shù)之比為______________。13.(2018新課標Ⅱ)基態(tài)Fe原子價層電子的電子排布圖(軌道表達式)為___________,基態(tài)S原子電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為_____________形。14.(2020新課標Ⅱ)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為____________________。15(2019江蘇)Cu2+基態(tài)核外電子排布式為___________________。16.(2017新課標Ⅱ)氮原子價層電子的軌道表示式(電子排布圖)為_____________。17.鋁原子核外電子云有________種不同的伸展方向,有________種不同運動狀態(tài)的電子。18.Ni2+的核外電子排布式為__________________,其核外有________種能量不同的電子。19.Cr原子的價電子排布圖為_________________,其核外有_______種不同形狀的電子云。20.某元素基態(tài)原子4s軌道上有1個電子,則該基態(tài)原子價電子排布不可能是()A.3p64s1 B.4s1 C.3d54s1 D.3d104s1
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