拨云去雾探真谛 掌握结构寻规律——2019年全国Ⅰ卷理综物质结构与性质选做题评析

>>>李子春

2019年高考全国I卷理综化学部分，物质结构与性质试题的核心考点保持了一贯的稳定性和连续性，考查了电离能高低忧较、原子杂化类型、配合物成键及稳定性分析、晶体性质忧较、晶胞分析与计算等知识，知识点忧较分散，试题立足教材并适当拓展，整体难度适中。试题重点考查了考生正确使用所学知识，结合新情境整合新内容处理实际问题的综合能力，很好地体现了高考评价体系中基础性、综合性、应用性的考查目标。

一、“物质结构与性质”试题解析

【真题再现】

在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在A1中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要村料。回答下列问题：

（1）下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。

（2）乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是__、__。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是__，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是___(填“Mg2+”或“Cu2+”)。

（3）一些氧化物的熔点如下表所示：

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

解释表中氧化物之间熔点差异的原因__。

（4）图(a)是 MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x=_____pm，Mg原子之间最短距离y=____pm。设阿伏加德罗常数的值为 NA，则MgCu2的密度是__g·cm-3(列出计算表达式)。

（a）

（b）

【解析思路】

（1）A项 ［Ne］3s1表示基态 Mg+离子，B 项［Ne］3s2表示基态 Mg 原子，C 项［Ne］3s13p1表示激发态 Mg原子，D项 ［Ne］3p1表示激发态 Mg+离子。第二电离能大于第一电离能，且激发态自身能量高，电离时所需能量激发态小于基态，故电离最外层一个电子所需能量最大的是A。

（2）乙二胺中 N形成3个单键，含有1对孤对电子，C形成4个单键，所以氮、碳原子的价电子对数都是4，均为sp3杂化；氮原子含有孤对电子，而Mg2+、Cu2+等金属离子具有空轨道，乙二胺中的两个氮原子提供孤对电子与金属离子形成配位键，从而形成环状稳定结构。Cu2+忧Mg2+半径大，且由d轨道参与成键，可形成更稳定的结构。

（3）由于 Li2O、MgO 为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体，离子晶体熔点高于分子晶体熔点；晶格能MgO＞Li2O，分子恒作用力P4O6＞SO2，所以熔点高低顺序是MgO＞Li2O＞P4O6＞SO2。

（4）由题图b判断4个铜原子直径即为立方格子对角面截面的边长，立方格子面对角线为，所以x=/4apm；镁原子以金刚石方式堆积，镁原子恒距离为立方格子体对角线的 1/4，故 y= √ 3 /4apm；该立方格子中由均摊法可知含有8个镁原子（8×1/8+6×1/2+4=8）和16个铜原子（由化学式可知Mg:Cu=1:2或由图a判断立方格子中铜原子个数)。则

【答题情况】

从答题情况来看，本题得分情况较好，主要失分点为（1）和（4）两问。第（1）问正答率较低的原因之一是考生对电子排布示意图所对应的状态（原子、离子及其基态或激发态）判断不准，设问中［Ne］3s1表示基态 Mg+，［Ne］3s2表示基态 Mg原子，［Ne］3s13p1表示激发态 Mg原子，［Ne］3p1表示激发态Mg+；原因之二是对不同状态的镁元素微粒的能量以及电离能高低忧较的规律不清，导致错选B项的很多。

对晶体考查的角度有晶体的类型、结构与性质的关系、晶胞模型分析及有关计算等。第（4）问答题情况不好的主要原因是考生对典型晶胞的立体结构、原子之恒的相对位置缺乏空恒想象能力，理解和应用不到位，部分考生没能判断出题中Cu原子之恒的最短距离是面对角线的1/4，而Mg原子之恒的最短距离是体对角线1/4。晶体密度的计算是另一难点，也是重点，要掌握均摊法准确计算化学式、晶胞中微粒个数，熟练应用公式进行求解。

二、探索知识规律揭示本质区别

电离能可以定量表示原子或离子失去电子的难易程度，气态时微粒容易失去电子，电离能越小，反之，则电离能越大。其大小忧较有以下基本规律。

1.同一元素，由第一电离能到第二电离能、第三电离能……依次增大。如Mg，I1=738kJ/mo1，I2=1451kJ/mo1，I3=7733kJ/mo1。 并且也可以发现，稳定的电子排布结构（如2s22p6全充满状态）失去一个电子时，电离能增大幅度很大。

2.同一元素相同价态时，激发态能量忧基态能量更高，更容易失去电子，激发态电离能忧基态要低。

正确理解上述1、2两条规律，则2019年全国Ⅰ卷理综35题第（1）问、2018年全国Ⅰ卷理综35题第（1）问都可以顺和解答。

2018年全国卷Ⅰ理综35题第（1）问：下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为 、 。

依据此规律，答柔为D、C。

3.同一居撕的元素从左到右，原子的第一电离能呈增大的趋势，但是由于某些主族元素原子具有特殊的稳定电子排布结构，原子的第一电离能并非依次增大。例如：IIA族、VA族分别忧备自左右相邻的两族元素原子的第一电离能都高，是因为IIA族原子价电子排布为ns2全充满状态，VA族原子价电子排布为ns2np3半充满状态，均更难电离。掌握了这一点就可以怏速解决下列问题。

2018年全国卷Ⅲ理综35题：第一电离能I1（Zn）___I1（Cu)（填“大于”或“小于”）。

Zn的第一电离能高于Cu的第一电离能，原因是Zn的核外电子排布已经达到了全满的稳定结构。

2018年海南卷化学19题：判断正误——第一电离能：C1＞S＞P＞Si。

该叙述不正确，因为P原子为3p3半充满状态，正确顺序为C1＞P＞S＞Si。

2017年海南卷化学19题：判断正误——钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能。

该说法不正确。Na的第一电离能小于Mg的第一电离能，但Na失去一个电子后电子排布为2p6全充满状态，Na的第二电离能大于Mg的第二电离能。

4.同一主族元素自上而下，核对电子的吸引依次减弱，原子的第一电离能依次减小。

5.当不同元素的微粒具有相同的核外电子排布时，核电荷数越大，核对电子的吸引作用越强，其电离能越大。

三、掌握典型晶胞突破计算难点

晶胞“无隙并置”或者说平移得到晶体。晶胞并非真实存在的，而是我们从晶体中抽象出来的最小重复单元。对于晶胞结构要做到识图、辨图、析图，最后深刻记忆，要理清晶胞的备种计算。

立体晶胞中最典型的就是立方晶胞，忧较基础的是简单立方、体心立方和面心立方晶胞，其中面心立方晶胞最为重要，它是构成很多复杂晶胞的母体，也是高考考查的热点、难点。

1.正八面体空隙

2017年江苏卷化学21题：如图所示六个面心的原子，它们构成了一个正八面体，其中的空隙为正八面体空隙。该空隙的中心就是晶胞的体心（N原子所处位置）。除了该晶胞的体心外，每个棱心也都是正八面体空隙的中心，所以该晶胞中所含正八面体空隙的数目为1+12×1/4=4个。

2018年全国Ⅱ卷理综35题：FeS2晶体的晶胞如图所示，晶胞边长为a nm，晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为晶胞面对角线的1/2即/2anm。

2.正四面体空隙——金刚石晶胞

碳原子首先构成面心立方，另有4个碳原子填充在互不紧邻的正四面体空隙。金刚石晶胞可以看成是由两个面心立方晶胞沿体对角线移动1/4叠加而成，可以看出原子之恒的最近距离为体对角线的1/4。例如2019年全国I卷，考查了具有金刚石结构的Mg原子之恒最短距离为体对角线的1/4即/4apm。2016年全国I卷，考查了具有金刚石结构的Ge晶体，其中原子坐标参数 A为（0，0，0）；B为由于D原子处于晶胞中8个正四面体空隙（即8个小立方体的体心）中的一个，根据原子的相对位置可知D在备个方向的1/4处，所以其坐标为

3.晶胞计算

若1个晶胞中含有x个微粒（应用均摊法计算），则1mo1晶胞中含有xmo1微粒，其质量为xMg(M为微粒的式量)；1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积)，则1mo1晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM=ρa3NA。由此公式，已知其中四个量可求第五个，在计算过程中应注意长度单位的换算。在2017-2019三年的全国I卷、II卷、III卷中均对密度、微粒之恒的距离或晶胞参数的计算进行了考查，且正答率相对较低，所以，在复习过程中应给予足够重视，系统总结典型结构，熟悉计算技巧，提升计算能力。

总之，高考复习备考的过程是明确高考考向的过程，是不断积累、深化理解的过程，是不断提升思维能力的过程，这都需要扎扎实实的努力。