策略 15无机结构的分析与判断技巧.docx

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策略15无机结构的分析与判断技巧

策略15　无机结构的分析与判断技巧

金点子：

无机结构包括：

原子结构、分子结构和晶体结构等。

在解答此类试题时，其主要方法与技巧包括：

1．最外层8电子结构的判断技巧

对于ABn型分子，如果A的化合价的绝对值加最外层电子数等于8，即A原子的最外层为8电子结构，如NH3、PCl3、H2S等。

其计算式为：

┃A的化合价┃+最外层电子数=8。

2．非极性分子的判断技巧

对于ABn型分子，如果A的化合价的绝对值等于最外层电子数，即为非极性分子。

如CO2、BF3、PCl5等。

其计算式为：

┃A的化合价┃=最外层电子数。

3．分子结构的分析与判断技巧

常见的无机分子结构有直线形分子（如CO2）、平面三角形分子（如BF3）、弯曲形分子（如H2O）、三角锥形分子（如NH3）等。

在解题时，要能将常见的分子构形根据电子排布的相似点，迁移到新的物质中。

此类试题主要采用迁移类比法分析。

4．晶体结构的分析与判断技巧

常见的晶体有离子晶体（NaCl型和CsCl型）、分子晶体（如干冰）、原子晶体（如金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅及新型无机非金属材料）、金属晶体及过渡型晶体（如石墨）。

在解题时，既要能分析其晶体结构，又要能将常见的晶体结构根据题中叙述，迁移到新的物质中。

此类试题主要采用迁移类比法分析。

经典题：

例题1：

（1999年全国高考）下列各分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是（）

A．BeCl2　　　　B．PCl3　　　　　C．PCl5　　　　　　D．N2

方法：

利用ABn型分子中价电子排布规律分析求解。

捷径：

根据金点子中的技法概述1知，属ABn型分子的有BeCl2、PCl3、PCl5，只有PCl3分子中的┃P的化合价+3┃+最外层电子数=8。

故PCl3分子中P原子的最外层满足8电子结构，又Cl原子为-1价，也满足最外层8电子结构，故B符合题设要求。

又因N2的电子式是,所有原子都满足最外层为8电子结构。

以此得正确答案为BD。

总结：

BeCl2中Be原子的最外层只有2个电子，所以它不论形成离子化合物还是共价化合物，其最外层电子数都不可能是8。

PCl3的电子式可联系到中学阶段所学的NH3分子的结构书写，即为

。

例题2：

（1999年全国高考）关于晶体的下列说法正确的是（）

　A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子　　　　

B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子

C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高　

D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低

方法：

从中学范围内四种类型的晶体综合分析。

捷径：

在金属晶体中，存在金属阳离子和自由电子，故B选项错误；晶体硅的熔点1410℃，要比金属钨的熔点（3419℃）低，而金属汞的熔点（常温下是液态）又比蔗糖、磷等（常温下是固态）低。

以此说法正确的只有A。

总结：

部分考生由于对金属晶体理解不深，错误认为：

在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子，而出现误选B的现象较多。

例题3：

（2001年全国高考理科综合）已知化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）的分子结构相似，如右图：

则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目为（）

A.2B.3C.4D.6

方法：

迁移类比法分析获解。

捷径：

硼氮苯又名无机苯，根据题中信息，其结构与苯相似，也呈平面结构，故邻、对位二氯代物异构体各有一种，间位二氯代物因出现硼、氮两种连接方式，故有2种异构体。

以此二氯代物异构体共有4种，得答案C。

总结：

此题有不少考生，在迁移类比时未能分清无机苯与苯的不同之处，即苯中为6个碳，而无机苯中为N和B，而出现误选B。

例题4：

（2001年广东、河南高考）氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于（）

A．原子晶体B．分子晶体C．金属晶体D．离子晶体

方法：

迁移类比法分析。

捷径：

题干提供Si3N4是一种耐高温耐磨材料。

也就是说Si3N4具有高的熔点和硬度，是典型原子晶体具有的物理性质。

因此它属于原子晶体，选A。

总结：

此题为一新型无机非金属材料，在解题时要求考生将题中所述物质的性质与晶体的性质相比较。

例题5：

（1996年全国高考）右图是石英晶体平面示意图,它实际上是立体的网状结构,其中硅、氧原子数之比为。

原硅酸根离子SiO44-的结构可表示为左图。

二聚硅酸根离子Si2O76-中,只有硅氧键,它的结构可表示为。

方法：

通过题设结构比较分析。

捷径：

通过石英晶体的平面示意图，可以看出一个硅原子周围有四个氧原子，一个氧原子周围有二个硅原子，所以在二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子的最简单整数比为1︰2。

原硅酸（H4SiO4）的结构可表示为，两个原硅酸分子可发生分子间脱水：

生成二聚原硅酸，二聚原硅酸电离出6个H+后，形成带6个负电荷的二聚原硅酸根离子，以此二聚硅酸根离子的结构可表示为：

总结：

二氧化硅的真实结构相当于晶体硅结构中Si与Si之间插入一个氧原子而成。

例题6：

（1997年全国高考）1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家.C60分子是形如球状的多面体（如图）,该结构的建立基于以下考虑:

①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;

②C60分子只含有五边形和六边形;

③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:

据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含的双键数为30.

请回答下列问题:

（1）固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应是_________,理由是：

___________.

（2）试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生反应生成C60F60（填“可能”或“不可能”）_______________,并简述其理由：

____________________________________。

（3）通过计算,确定C60分子所含单键数.

C60分子所含单键数为_______________.

（4）C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目.

C70分子中所含五边形数为____________,六边形数为_________.

方法：

根据题设结构分析，并与金刚石结构比较。

捷径：

（1）因固体C60为分子晶体，而金刚石为原子晶体，两者相比较,熔点较高者为金刚石。

理由是：

金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高。

（2）因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60。

也可由欧拉定理计算键数（即棱边数）：

:

60+（12+20）-2=90

C60分子中单键为：

90-30=60。

（4）设C70分子中五边形数为x,六边形数为y。

依题意可得方程组:

解得：

五边形数x=12,六边形数y=25。

总结：

此题在当年高考中属较难题，部分考生未能正确作答的原因是未能理清C60结构及参于成键的电子数之故。

例题7：

（1999年全国高考）

（1）中学教材上图示了NaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。

NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g.mol-1）.

（2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在如右图所示的缺陷：

一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。

其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。

某氧化镍样品组成为Ni0.97O,试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。

方法：

迁移类比法分析。

捷径：

（1）1cm3中阴、阳离子总数＝1.00cm3/（a×10-8cm）3

1cm3中Ni2+－O2-离子对数＝1.00cm3/（a×10-8cm）3×1/2

密度＝{[1.00cm3/（a×10-8cm）3]×74.7g·mol-1}/2×NA

＝{[1.00cm3/（a×10-8cm）3]×74.7g·mol-1}/2×6.02×1023mol-1

＝　（62.0/a3）gcm-3　。

（2）设1molNi0.97O中含Ni3+xmol,Ni2+（0.97-x）mol

根据电中性原理得：

3xmol+2（0.97-x）mol=2×1mol，解得x=0.06。

Ni2+为（0.97-x）mol=0.91。

离子数之比ｎ（Ni3+）:

（Ni2+）=　0.06:

0.91=6:

91。

总结：

该题的第

（2）问虽不难，仅需通过电中性即可求解，但由于部分考生对题中Ni0.97O不会分析，从而造成无法作答。

金钥匙：

例题1：

用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，同时用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜，这种化合物可以比金刚石更坚硬，其原因可能是（）

A．碳、氮原子构成网状结构的晶体B．碳、氮的单质化学性质均不活泼

C．碳、氮键比金刚石中的碳碳键更短D．氮原子最外层电子数比碳原子多

方法：

迁移类比分析求解。

捷径：

碳氮化合物比金刚石更坚硬，说明碳氮原子形成的是空间网状结构的原子晶体，由于氮原子半径比碳原子半径小，故N—C键比C—C键的键长短，键能大。

答案：

AC。

总结：

键长越短，键能越大，原子晶体熔沸点越高，硬度越大。

例题2：

Pt（NH3）2呈平面四边形结构。

它可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中溶解度小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。

请在以下方框内画出相应的固体分子的结构图，并解释黄绿色固体在水中溶解度较大的原因。

淡黄色固体黄绿色固体

方法：

将此固体的极性与水分子的极性相比较，根据相似者相溶原理分析。

捷径：

水为极性分子，黄绿色固体在水中溶解度较大，根据相似相溶原理，黄绿色固体中分子一定是极性分子，结构不对称，极性不能抵消，而淡黄色固体中的分子一定是非极性分子，因此，它在水中溶解度才会小。

在Pt离子周围的平面上分布两种四个微粒，有两种可能（见右图）：

显然Ⅰ式极性抵消，为非极性分子，淡黄色固体。

Ⅱ式极性不能抵消，为极性分子，黄绿色固体。

总结：

淡黄色、黄绿色都是固体性质的描述，无需（目前也无法）从结构上解释。

溶解度的不同，才是本题的“题眼”所在。

例题3：

（1）右图为CO2分子晶体结构的一部分。

观察图形，试说明每个CO2分子周围有个与之紧邻等距离的CO2分子。

（2）试判断：

①CO2②CS2③SiO2晶体的沸点由高到低排列的顺序是>>（填写相应物质的编号）。

方法：

结构分析与结构比较法。

捷径：

（1）以晶体中右面中心上的CO2分子为考查对象，在同一面上，与之相邻且等距离的CO2分子有4个，向左分析，与之相交的四个垂直面上共有4个CO2分子距离与之相等。

再向右延伸，可以想象与之相交的四个垂直面上共有4个CO2分子距离与之相等。

故在它的周围将有12个与之紧邻且等距的CO2分子。

（2）由于③SiO2为原子晶体，所以沸点最高，而通常情况下，CO2为气态，CS2为液态，则沸点CS2高于CO2，因此，沸点③>②>①。

总结：

此题主要是考查空间思维能力，属于晶体结构的知识。

例题4：

阿伏加德罗常数是以12g12C所含有的碳原子数作为标准的，其测定方法有大分子油膜法、电解法等。

随着科学技术的发展，其测定手段越来越多，测定精确度也越来越高。

有人设想用NaCl晶体来测定阿伏加德罗常数，已知NaCl晶体的结构如右图所示，x射线测得NaCl晶体中靠得最近的Na+与Cl－间的平均距离为ｓcm。

为了测定方便，现仅借助于中学化学实验室中的常用仪器进行实验，请设计测定阿伏加德罗常数的整个实验过程，并写出测定步骤中所用器材及试剂的名称。

测定过程中所获得的数据依次用a、b、c…表示，用所设计的测定方法及获得的数据测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为NA=_________________。

（因受实验条件的限制，NaCl很难制得大块的立方晶体）。

方法：

将宏观与微观通过体积关系相联系而获解。

捷径：

根据NaCl晶胞图知，1个晶胞相当于4个Na+和4个Cl－（顶点离子有1/8属于晶胞、棱上离子有1/4属于晶胞、面上离子有1/2属于晶胞、内部离子完全属于该晶胞），其体积为（2ｓcm）3=8ｓ3cm3。

借助中学化学实验中常用仪器测阿伏加德罗常数，可设法获得一定质量NaCl的体积。

因NaCl很难获得大块立方晶体，故NaCl晶体体积的确定是此题的难点。

联想到中学化学中的定容容器，以此可采用体积加合法，使NaCl的体积与某种不相溶液体的体积加合后等于某一固定体积来测定NaCl的体积。

其测定步骤为：

①用托盘天平准确称取ag干燥、纯净的NaCl晶体；

②将称得的晶体转移到100mL的容量瓶中；

③用酸式滴定管向容量瓶中滴加苯（或其它非极性有机溶剂），不断振荡，直至加苯至容量瓶的刻度线，以获得NaCl晶体的体积bcm3。

以此得测定结果：

NA=

mol－1。

总结：

该题以阿伏加德罗常数的获得为目的，要求考生在充分认识晶胞的基础上，通过思维的定向、联想、调用、剖析，将宏观与微观巧妙地连在一起。

对考生实验能力、分析能力、创造性设计能力要求都较高。

例题5：

正硅酸根离子和多硅酸根离子结构如下图所示（图中“O”表示氧原子，“▬”表示"Si-O”键，“—”表示空间结构）。

表示SiO44-；

表示Si2O76-；

表示Si3O108-。

若有多硅酸根中硅原子数为n，则离子符号为。

方法：

通过数学归纳法或成键特点求算。

捷径：

方法一：

数学归纳法。

Si原子个数为1，离子符号：

SiO42－

Si原子个数为2，离子符号：

（SiO4+SiO3）（4+2）－

Si原子个数为3，离子符号：

[SiO4+（SiO3）2]（4+2×2）－

……………

Si原子个数为n，离子符号：

[SiO4+（SiO3）n－1][4+2×（n－1）]－

以此得离子符号为：

SinO3n+12（n+1）-。

方法二：

根据Si的成键特点求算。

每个硅原子有四根共价键，均与氧原子相连，当n个SiO44-缩合时，有n-1个氧原子共用，以此氧原子个数为4n–（n–1）=3n+1个，电荷为+4n–2（3n+1）=-2（n+1）。

以此得离子符号为：

SinO3n+12（n+1）-。

总结：

该题虽然给出了正硅酸根离子和多硅酸根离子的空间结构，但在求算硅原子数为n的离子符号时，仍是抓住n=1、n=2、n=3的离子符号来进行分析。

例题6：

已知LiI晶体结构为NaCl型，实验测得Li+和I—最邻近的距离为3.02×10—10m，假定I—和Li+都是刚性球。

试回答下列各问：

（1）欲计算得到Li+和I—的近似半径，你还须做何假设？

（2）计算Li+、I—的近似半径（3）若用另一方法测得Li+的半径为6.0×10—11m~6.8×10—11m，试验证你的假设是否正确。

方法：

迁移类比法分析。

捷径：

（1）由于阴阳离子半径为“接触”半径，所以还必须假设离子间相接触。

（2）在上述假设下，联想NaCl晶胞结构，并取其一个面来观察，得如右图所示关系。

在△abc中，因ac=

×2×3.02×10—10m=4r（I－）

4r（I－）=2.14×10—10m

故r（Li+）=8.80×10—11m

（3）由于离子间并非接触，即：

3.02×10—10﹥r（Li+）+r（I－）r（Li+）﹤8.80×10—11m，所以假设成立。

总结：

此题要求考生将NaCl的晶体结构迁移到LiI，并与数学知识相联系。

例题7：

已知[Co（NH3）6]3+的立体结构如右图。

其中1、2、3、4、5、6处的交点表示NH3分子，且各相邻的NH3分子间的距离相等，Co3+位于正八面体的中心，若其中2个NH3分子被Cl—取代，所形成的[Co（NH3）4Cl2]+的同分异构体有种；若其中4个NH3分子被Cl—取代，所形成的[Co（NH3）2Cl4]—的同分异构体有种。

方法：

通过正八面体空间结构分析比较获解。

捷径：

在[Co（NH3）6]3+中两个NH3分子被两个Cl—取代，所形成的[Co（NH3）4Cl2]+的同分异构体有相邻和相对两种。

若其中4个NH3分子被4个Cl—取代，所形成的[Co（NH3）2Cl4]—的同分异构体与[Co（NH3）4Cl2]+相同（均为两同、四不同），即为2种。

总结：

本题并不难，但缺乏空间想象力的同学会束手无策。

要解答好这类题，就要提高对物质结构的空间想象力。

聚宝盆：

1．利用直观模型，建立空间概念

模型是客观实物的模拟品，也是对微观对象想象的类似品。

通过模型的“形似”，发挥你的想象力，力求达到“神似”，避免“就是那个样”的错误印象。

如在离子化合物一节中，关于“氯化钠晶体内钠离子和氯离子在空间交替排列”一句话中的“空间交替排列”很难想象，此时，可通过观察氯化钠的晶体结构模型分析。

在理解清NaCl的晶体结构后，再与氯化铯晶体结构作比较，便不难得出：

虽然氯化钠与氯化铯化学式相同，但晶体的内部结构却不同。

这样，通过直观结构模型，纠正平面结构错觉，经过数次感性认识，在大脑中逐步建立起正确的、完整的、清晰的立体形象。

2．抓住空间形象特点分析空间结构问题

在近几年高考中，经常出现根据一定的空间形象和信息解答一定的结构及有关性质问题。

解答此类试题，应认真阅读题给信息，走出平面思维定势，进行创造性思维，灵活地将信息——空间形象——性质有机结合起来，建立完整的立体形象。

3．解答或分析晶体结构，在绝大多数情况下都可采用迁移类比法。

热身赛：

1．已知重水和普通水之间能够发生氢也能发生氢交换，次磷酸（H3PO2）也能发生氢交换，但次磷酸钠（NaH2PO2）都不跟D2O发生氢交换。

由此可知H3PO2的分子结构应是（）

2．两个原硅酸分子的OH原子团之间可以相互作用而脱去一分子水，如2H4SiO4－H2O=H6Si2O7。

已知原硅酸的结构如右图：

则在所得的H6Si2O7的分子结构中，含有的硅氧键数目为（）

A．5B．6C．7D．8

3．下列说法中正确的是（）

A．凡是高熔点的物质，一定是原子晶体

B．冰的熔化，碘的升华都有化学健的变化

C．非极性分子，一定具有非极性键

D．因为I－I键的键能小于Br－Br键的键能，故Br2分子比I2分子稳定

4．下表给出几种氯化物的熔点和沸点

NaCl

MgCl2

AlCl3

SiCl4

熔点（℃）

801

712

190

－68

沸点（℃）

1465

1416

180

57

下列叙述跟表中数据一致的是（）

（a）氯化铝加热时能升华（b）四氯化硅在室温下是液体

（c）氯化钠在1500℃时以蒸气形式存在（d）四氯化硅晶体是分子晶体

（e）氯化镁中键的强度比氯化钠中键的强度强

A．（a）（b）B．（a）（b）（c）C．（a）（b）（c）（d）D．（a）（b）（c）（d）（e）

5．下列有关晶体的叙述中不正确的是（）

A．氯化钠晶体中，每个Na＋（或Cl－）周围紧邻有6个Cl－（或Na+）。

B．在CsCl晶体中，每个Cs+周围紧邻有8个Cl-，而和每个Cs+等距紧邻的也有8个Cs+。

C．金刚石网状结构中，共价键形成碳原子环，其中最小的环上有6个碳原子。

D．在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻14个CO2分子。

6．六十年代美国化学家鲍林提出了一个经验规则：

设含氧酸的化学式为HnROm，其中（m－n）为非羟基氧原子数，鲍林认为含氧酸的强弱与非羟基氧原子数（m－n），有如下关系：

m－n

0

1

2

3

含氧酸强度

弱酸

中强

强

很强

实例

HClO

H3PO4

HNO3

HClO4

试简要回答下列问题：

（1）按此规则判断H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由强到弱的顺序为___________。

（2）按此规则判断碳酸应属于_______酸，与通常认为的碳酸的强度是否一致？

其可能的原因是______________________________________________。

（3）H3PO2（次磷酸）为中强酸，则它的分子结构为___________，它为________元酸。

OO

||||

7．HO─S─O─（SO3）X─S─OH（多硫酸）中S的价态为____，连多硫酸钠

||||

OO

（Na2SmO6）中S的价态为__________。

8．如图中直线交汇处的黑点为氯化钠晶体中钠离子或氯离子所处的位置（不考虑体积大小），问：

（1）在晶体中每个钠离子周围与它最接近的且距离相等的氯离子共有多少个？

（2）在晶体中每个钠离子周围与它最接近的且距离相等的钠离子共有多少个？

9．某离子化合物晶体结构如图所示，阳离子位于中心，阴离子位于8个顶角，

则在该离子化合物晶体中每个阴离子同时吸引__________个阳离子，阴阳离子的个数比为_______。

10．1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧作出特殊贡献的化学家。

O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。

O3分子的结构如右图：

呈V型，键角116.5o。

三个原子以一个O原子为中心，与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键；中间O原子提供2个电子，旁边两个O原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键（虚线内部分）——三个O原子均等地享有这4个电子。

请回答：

（1）臭氧与氧气的关系是。

（2）下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是。

A．H2OB．CO2C．SO2D．BeCl2

（3）分子中某一原子有1对没有跟其它原子共用的电子叫做孤对电子，那么O3分子中有对孤对电子。

（4）O3分子是否为极性分子（填是或否）

（5）O3与O2间的转化是否为氧化还原反应

（6）O3具有强氧化性，它能氧化PbS为PbSO4而O2不能，试配平：

PbS+O3—PbSO4+O2

11．晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位被称为晶胞。

中学教材中的NaCl晶体结构图即为NaCl的一个晶胞。

已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x﹤1。

实验测得FexO晶体的密度为：

ρ=5.71·cm—3，晶胞边长为：

d=4.28×10—10m。

（1）求FexO中的x的具体数值。

x=。

（2）晶体中Fe元素只有+2价和+3价，则n（Fe2+）/n（Fe3+）=。

（3）晶体中，与O2—距离最近且相等的Fe2+（或Fe3+）所围成的空间几何构型是

。

A．正方形B．正六面形C．正八面形D．三棱柱

（4）晶体中，Fe元素的离子间最近距离为r=m。

12．2000年在河南发现世界级特大金红石（含TiO2）矿床。

钛和钛合金及其重要化合物，在许多领域具有广泛、重要的应用，被称为21世纪的金属。

常温下钛不与非金属、强酸反应，红热时可被氧化。

（1）目前大规模生产钛的方法是：

第一步：

将金红石、碳粉混合在高温下通入Cl2制TiCl4和一种可燃性气体，该反应的方程式是，其中还原剂是。

第二步：

在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

该反应的方程式为，如何由上述所得产物中提纯金属钛？

（简述步骤）

（2）TiO2（二氧化钛）是高级的白色颜料，它