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- 2021-07-09 发布
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知识组块九 九种微粒结构模型
【选修部分】
命题点
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
(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、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
关联点
《选修三(物质结构与性质)》安排了三章内容,依次是原子结构与性质、分子结构与性
质、晶体结构与性质。我们选取有代表性的九种微粒,并分别选取一个特定角度来研究相应的
结构:三种原子(N——电离能,Cu——电子排布式,Br——价电子排布图),三种分子(N2——
直线形、等电子体,H2O——V 形、氢键,NH3——三角锥形、键角),三种晶体(金刚石——原
子晶体,CO2——分子晶体,CaF2——离子晶体)。
1.结构相关归纳
(1)三种典型原子的结构归纳
相对原子质量 原子半径 电子排布式 价电子排布图
N 14.0067 56 pm 1s22s22p3
Cu 63.546 145 pm 1s22s22p63s23p63d104s1
Br 79.904 94 pm 1s22s22p63s23p63d104s24p5
基态原子的核外电子排布要遵循能量最低原理、泡利原理、洪特规则,要特别注意是能量
相同的原子轨道在全充满(如 d10)、半充满(如 d5)和全空(如 d0)时体系能量较低,原子较稳定。
如 Cr 原子的电子排布式为 Ar]3d54s1,Cu 原子的电子排布式为 Ar]3d104s1。
规律:
每个原子轨道上最多只容纳 2 个自旋状态不同的电子。
①原子半径递变规律:
图 1 主族元素原子半径的周期性变化
②同周期元素从左到右,原子的第一电离能呈增大的变化趋势,表示元素原子越来越难失
去电子;每个周期的第一种元素(氢和碱金属)第一电离能最小,最后一种元素(稀有气体)的第
一电离能最大。同主族元素从上到下,原子的第一电离能逐渐减小,表示元素原子越来越易失
去电子。但第 IIA、VA 族的元素要大于左右相邻的元素的第一电离能。(见图 2)
图 2 元素的第一电离能的周期性
③电负性的周期性变化:同周期从左到右,主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下,
元素电负性呈现减小的趋势。
图 3 电负性的周期性变化
(2)三种典型分子的结构归纳
立体结构 杂化方式 等电子体 键角 电子对的空间构型 分子的极性
N2 直线形 sp CO 180° 直线 非极性分子
H2O V 形 sp3 H2S 或 NH2
- 105° 四面体 极性分子
NH3 三角锥形 sp3 H3O+ 107° 四面体 极性分子
规律:
①分子间作用力强弱和分子晶体熔沸点大小的判断:组成和结构相似的物质,相对分子质
量越大,分子间作用力越大,克服分子间引力使物质熔化和气化就需要更多的能量,熔、沸点
越高。但存在氢键时分子晶体的熔沸点往往反常地高。
②氢键的存在对物质性质的影响(对氢键相对强弱的比较不作要求)。
NH3、H2O、HF 中由于存在氢键,使得它们的沸点比同族其它元素氢化物的沸点反常地高。
(3)三种典型晶体的结构归纳
晶体类型 微粒间的作用 熔点/℃ 沸点 晶胞
金刚石 原子晶体 共价键 3550 4827
CO2 分子晶体 分子间作用力 -56.55 -78.45
CaF2 离子晶体 离子键 1402 2500
规律:
晶体熔、沸点高低的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律:
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等沸点很高,汞、铯等沸点很低。
(2)原子晶体:
原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高。如熔点:金刚石>碳化
硅>硅。
(3)离子晶体:
一般地说,阴阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越强,其离子晶
体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2,NaCl>CsCl。
(4)分子晶体:
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常高。如 H2O
>H2Te>H2Se>H2S。
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 SnH4>GeH4>SiH4
>CH4。
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>N2。
(5)金属晶体:
金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:
Na<Mg<Al。
2.金属晶体的常见堆积
结构型式 常见金属 配位数 晶胞
面心立方最密堆积 A1 Cu、Ag、Au 12
体心立方堆积 A2 Na、K、Fe 8
六方最密堆积 A3 Mg、Zn、Ti 12
3.几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目
A.NaCl(含 4 个 Na+,4 个 Cl-)B.干冰(含 4 个 CO2)
C.CaF2(含 4 个 Ca2+,8 个 F-)D.金刚石(含 8 个 C)
E.体心立方(含 2 个原子)F.面心立方(含 4 个原子)
4.有关晶胞各物理量的关系
对于立方晶胞,可简化成下面的公式进行各物理量的计算:a3×ρ×NA=n×M,a 表示晶胞
的棱长,ρ表示密度,NA 表示阿伏加德罗常数,n 表示 1 mol 晶胞中所含晶体的物质的量,M 表
示相对分子质量,a3×ρ×NA 表示 1 mol 晶胞的质量。
设问点
1.如何将共价键分类?共价键的键参数对分子性质有什么影响?
(1)根据原子轨道重叠方式,将共价键分为σ键(“头碰头”重叠)和π键(“肩并肩”重叠);
根据电子对是否偏移,将共价键分为极性键(发生偏移)和非极性键(不发生偏移);根据原子间
共用电子对的数目,将共价键分为单键、双键和三键;根据形成电子对的方式,将共价键分为
普通共价键和配位键。
(2)共价键的键参数包括键能、键长和键角。键长越短,键能越大,键越稳定,分子越稳定,
即键长和键能决定了分子的稳定性;键角表明共价键有方向性,键长和键角决定了分子的空间
构型。
2.配离子 Cu(H2O)4]2+中,Cu2+与 H2O 之间的配位键是怎样形成的?中心离子、配体、配位原子、
配位数各是什么?
水分子中的氧原子提供孤对电子对,铜离子提供空轨道接受水分子的孤电子对,从而形成
一种特殊的共价键——配位键。其中 Cu2+是中心离子,H2O 是配体,H2O 中的氧原子是配位原子,
配位数是 4。
3.如何计算长方体(正方体)晶胞中所含粒子的数目?
常用均摊法计算。①处于顶点的粒子,同时为 8 个晶胞共有,每个粒子的1
8
属于该晶胞;②
处于棱上的粒子,同时为 4 个晶胞共有,每个粒子的1
4
属于该晶胞;③处于面上的粒子,同时为
2 个晶胞共有,每个粒子的1
2
属于该晶胞;④处于体内的粒子,则完全属于该晶胞。
4.不同视角的各种晶体
(1)NaCl 晶体
(2)CsCl 晶体
(3)CaF2 晶体
5.金属晶体空间占有率计算公式
(1)简单立方堆积(Po)
(2)体心立方堆积(K、 Na、Fe)
F-
Ca2+
(3)六方紧密堆积(Mg、Zn、Ti)
空间利用率=晶胞中球的体积/晶胞体积= =74.06%
(4)面心立方紧密堆积(Cu、Ag、Au)
面心立方紧密堆积的顶视图
空间利用率=晶胞中球的体积/晶胞体积= =74.06%
集训点
一、选择题(每个小题只有一个选项正确)
1.以下表示氦原子结构的化学用语中,对电子运动状态描述最详尽的是( )
A.∶He B. C.1s2D.
2.(2013·上海高考)230Th 和 232Th 是钍的两种同位素,232Th 可以转化成 233U。下列有关 Th 的说
法正确的是( )
A.Th 元素的质量数是 232B.Th 元素的相对原子质量是 231
C.232Th 转换成 233U 是化学变化 D.230Th 和 232Th 的化学性质相同
3.现有①、②、③三种元素的基态原子的电子排布式如下:①1s22s22p63s23p4;②1s22s22p63s23p3;
③1s22s22p3。则下列有关比较中正确的是( )
A.第一电离能:③>②>①B.原子半径:③>②>①
C.电负性:③>②>①D.最高正化合价:③>②>①
4.下列关于元素第一电离能的说法不正确的是 ( )
A.钾元素的第一电离能小于钠元素的第一电离能,故钾的活泼性强于钠
B.因同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小,故第一电离能必依次增大
C.外围电子排布为 ns2np6(当只有 K 层时为 1s2)的原子,第一电离能较大
D.对于同一元素而言,原子的电离能 I1<I2<I3<…
5.下列关于粒子结构的描述不正确的是( )
A.H2S 和 NH3 均是价电子总数为 8 的极性分子
B.HS-和 HCl 均是含一个极性键的 18 电子粒子
C.CH2Cl2 和 CCl4 均是四面体构型的非极性分子
D.NCl3 是含极性键的极性分子
6.通常情况下,NCl3 是一种油状液体,其分子空间构型与 NH3 相似,下列对 NCl3 和 NH3 的有关
叙述正确的是( )
A.分子中 N—Cl 键键长与 CCl4 分子中 C—Cl 键键长相等
B.在氨水中,大部分 NH3 与 H2O 以氢键(用“…”表示)结合形成 NH3·H2O 分子,则 NH3·H2O
的结构式为
C.NCl3 分子是非极性分子
D.NBr3 比 NCl3 易挥发
7.根据下列几种物质的熔点和沸点数据,判断下列有关说法中,错误的是( )
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质 B
熔点/℃ 810 710 190 -68 2 300
沸点/℃ 1 465 1 418 182.7 57 2 500
注:AlCl3 熔点在 2.02×105Pa 条件下测定。
A.SiCl4 是分子晶体 B.单质 B 是原子晶体
C.AlCl3 加热能升华 D.MgCl2 所含离子键的强度比 NaCl 大
8.(2013·上海高考)X、Y、Z、W 是短周期元素,X 元素原子的最外层未达到 8 电子稳定结构,
工业上通过分离液态空气获得其单质;Y 元素原子最外电子层上 s、p 电子数相等;Z 元素+2
价阳离子的核外电子排布与氖原子相同;W 元素原子的 M 层有 1 个未成对的 p 电子。下列有关
这些元素性质的说法一定正确的是( )
A.X 元素的氢化物的水溶液显碱性
B.Z 元素的离子半径大于 W 元素的离子半径
C.Z 元素的单质在一定条件下能与 X 元素的单质反应
D.Y 元素最高价氧化物的晶体具有很高的熔点和沸点
9.下列叙述中正确的是 ( )
A.NH3、CO、CO2 都是极性分子 B.CH4、CCl4 都是含有极性键的非极性分子
C.HF、HCl、HBr、HI 的稳定性依次增强 D.CS2、H2O、C2H2 都是直线形分子
10.有一种蓝色晶体可表示为:MxFey(CN)6],经 X 射线研究发现,它的结构特征是 Fe3+和 Fe2+互
相占据立方体互不相邻的顶点,而 CN-位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如
图所示。下列说法不正确的是( )
A.该晶体的化学式为 MFe2(CN)6
B.该晶体属于离子晶体,M 呈+1 价
C.该晶体属于离子晶体,M 呈+2 价
D.晶体中与每个 Fe3+距离最近且等距离的 CN-为 6 个
二、填空题
11.有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所述:
元素 结构、性质等信息
A
是短周期中(除稀有气体外)原子半径最大的元素,该元素的某种合金是原子反应堆
的导热剂
B B 与 A 同周期,其最高价氧化物的水化物呈两性
C 元素的气态氢化物极易溶于水,可用作制冷剂
D
是海水中除氢、氧元素外含量最多的元素,其单质或化合物也是自来水生产过程中
常用的消毒杀菌剂
请根据表中信息填写:
(1)A 原子的核外电子排布式。
(2)B 元素在周期表中的位置;离子半径:BA(填“大于”或“小于”)。
(3)C 原子的轨道表示式是,其原子核外有个未成对电子,能量最高的电子为轨道上的电
子,其轨道呈形。
(4)D 原子的电子排布式为,D- 的结构示意图是。
(5)B 的最高价氧化物对应的水化物与 A 的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式
为。
12.过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。
(1)过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色,与其 d 轨道电子排布有关。一般而
言,为 d0 或 d10 排布时,无颜色;为 d1~d9 排布时,有颜色,如 Co(H2O)6]2+显粉红色,据此判断,
Mn(H2O)6]2+(填“有”或“无”)颜色。
(2)现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称 PFS,化学式为:Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,n<5,
m<10}在水体中形成絮状物,以吸附重金属离子。下列说法中不正确的是。(填序号)
A.PFS 中铁显+3 价
B.铁原子的外围电子排布式是 3d64s2
C.由 FeSO4 溶液制 PFS 需经过氧化、水解和聚合的过程
D.由下表可知气态 Fe2+再失去一个电子比气态 Mn2+再失去一个电子难
元素 Mn Fe
电离能
(kJ·mol-1)
I1 717 759
I2 1 509 1 561
I3 3 248 2 957
(3)铬的配合物在药物应用、设计合成新磁材料领域和聚乙烯催化剂方面都有重要应用。
现有铬(Ⅲ)与甲基丙烯酸根的配合物为:
①该化合物中存在的化学键类型有。
②该化合物中一个 Cr 的配位数为。
③甲基丙烯酸分子中 C 原子的杂化方式有。
④等电子体是具有相同的价电子数和原子数的分子或离子,与 H2O 分子互为等电子体的微
粒是
(填一种即可)。
⑤与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是(填元素符号)。
参考答案:
题号 答案 解析
1 D
A 项只能表示最外层电子数,B 项只表示核外的电子
分层排布情况,C 项只表示电子在原子轨道上的排
布情况,而 D 项包含了电子层数、原子轨道上的电
子排布以及轨道内电子的自旋方向,故该项正确。
2 D
232Th、230Th 的质量数分别是 232,230,A 项错误;
元素的相对原子质量是由各种同位素的相对原子质
量与百分含量求得的平均值,B 项错误;同位素的
物理性质可以不同,但化学性质相同,D 项正确,
化学变化是生成新物质的变化,原子不变,而 C 项
的原子发生变化。
3 A
由基态原子的电子排布式可知①、②、③分别为 S、
P、N。P 原子由于 3p 轨道处于半充满的稳定状态,
故其第一电离能大于 S,因此三者第一电离能大小
关系为 N>P>S;原子半径 P 最大;电负性:N>S>P;
S 的最高正化合价最高,为+6,N、P 为+5。
4 B
第一电离能越小,表明该元素原子越易失去电子,
活泼性越强,A 项正确;同周期元素的原子半径从
左到右逐渐减小,第一电离能一般来说依次增大,
但有反常,如第一电离能:N>O、Mg>Al,B 项错;
C 项所述元素为零族元素,性质稳定,第一电离能
都较大。
5 C CH2Cl2 不是正四面体形分子,为极性分子。
6 B
根据题意,NCl3 的空间结构与 NH3 相似,也应为三角
锥形,故为极性分子,故 C 项错误,根据
NH3·H2O NH+
4 +OH-,故 B 正确,NBr3 的结构与 NCl3
相似,因 NBr3 的相对分子质量大于 NCl3 的相对分子
质量,故沸点 NBr3 大于 NCl3,所以 NBr3 不如 NCl3 易
挥发,故 D 项错误;因 N 原子的半径小于 C 原子的
半径,所以 C-Cl 键长大于 N-Cl 键,故 A 项错误。
7 D
三类不同的晶体由于形成晶体的粒子和粒子间的作
用力不同,因而表现出不同的性质。原子晶体具有
高的熔、沸点,硬度大、不能导电。而离子晶体也
具有较高的熔、沸点,较大的硬度,在溶液中或熔
融状态下能导电。分子晶体熔、沸点低,硬度小,
不导电,熔化时无化学键断裂,据这些性质可确定
晶体类型。根据上述性质特点及表中数据进行分析,
NaCl 的熔、沸点均比 MgCl2 高,所以 NaCl 晶体中的
离子键应比 MgCl2 的强,故 D 不正确。
8 C
根据题意,Z 元素为 Mg,Y 元素原子最外电子层上
电子排布为 ns2np2,是 C 或 Si,X 为 N 或 O,W 为 Al
或 Cl。N 的氢化物的水溶液显碱性,但 O 的氢化物
的水溶液显中性或弱酸性,A 错误;Al3+的半径比 Mg2+
小,但 Cl-半径比 Mg2+大,B 错误;氮气、氧气均能
与镁反应,C 正确;CO2 形成的晶体熔、沸点低,D
错误。
9 B
A 中 CO2 为非极性分子;B 说法正确。D 中水为极性
分子,空间结构不是直线形,属于 V 形结构。选项
C 中 HF、HCl、HBr、HI 的稳定性依次减弱。
10 C
由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含 Fe2+
个数为:4×1
8
=1
2
,同样可推出含 Fe3+个数也为1
2
,CN-
为 12×1
4
=3,因此阴离子为 Fe2(CN)6]-,则该晶体的
化学式只能为 MFe2(CN)6,由阴、阳离子形成的晶体
为离子晶体,M 的化合价为+1 价,故 A、B 两项正
确。由图可看出与每个 Fe3+距离最近且等距离的 CN-
为 6 个。
11
(1)1s22s22p63s1
(2)第 3 周期第ⅢA 族 小于
根据题中信息可推出:A 为 Na,B 为 Al,C 为 N,D
为 Cl。
(1)A 为 Na,其核外电子排布式为 1s22s22p63s1。
(3)
3 2p 纺锤
(4)1s22s22p63s23p5 或 Ne]3s23p5
(5)NaOH +Al(OH)3=NaAlO2+2H2O
3HCl+Al(OH)3=AlCl3+3H2O
(2)B 为 Al,其在元素周期表中的位置为第 3 周期
第ⅢA 族,Na+与 Al3+核外电子排布相同,核电荷数
Al3+大于 Na+,故 r(Al3+)<r(Na+)。
(3)C 为 N,其轨道表示式为 ,
其中有 3 个未成对电子,能量最高的电子为 2p 轨道
上的电子,其轨道呈纺锤形。
(4)D 为 Cl,其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p5,
简化电子排布式为 Ne]3s23p5,Cl-的结构示意图为
。
(5)本题考查 Al(OH)3 与 NaOH 和 HCl 反应的化学方
程式,Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,Al(OH)3+
3HCl=AlCl3+3H2O。
12
(1)有
(2)D
(3)①配位键、共价键、离子键
②6 ③sp3 和 sp2 ④H2S 或 NH-
2
⑤K、Cu
(4)①CO ②d
③3S+6OH-=====△ 2S2-+SO3
2-+3H2O
(1)Mn2+的 3d 轨道上有 5 个电子,由题中信息知
Mn(H2O)6]2+有颜色。
(2)I3:Mn>Fe,所以气态 Fe2+再失去一个电子比
气态 Mn2+再失去一个电子容易。
(3)①该化合物中存在配位键、共价键、离子键。
②2 个 Cr 共有 12 个配体,则一个 Cr 的配位数为 6。
③形成单键时,C 原子以 sp3 形式杂化;形成双键时,
C 原子以 sp2 形式杂化。④注意等电子体的要点,与
H2O 分子互为等电子体的微粒是 H2S 或 NH-
2 。⑤基态
铬原子的最外层电子排布是 4s1,3d 轨道比 4s 轨道
能量高,当 3d 轨道全空(K)、半满(Cr)、全满(Cu)
时,原子结构稳定。
注意点
1.从知识层面上:
(1)ⅡA 族的 Be、Mg、Ca 的第一电离能较同周期ⅢA 族的 B、Al、Ga 的第一电离能要大;
ⅤA 族的 N、P、As 的第一电离能较同周期ⅥA 族的 O、S、Se 的第一电离能要大。这是由于ⅡA
族元素的最外层电子排布为 ns2,为全充满较稳定状态,而ⅤA 族元素的最外层电子排布为 np3,
为半充满状态,比ⅥA 族的 np4 状态稳定。
(2)同周期中卤素元素原子的电负性最大,氟是所有元素中电负性数值最大的元素。
(3)并不是所有的共价键都有方向性,如 s-sσ键就没有方向性。
(4)σ键能旋转,而π键不能旋转。
(5)“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性
溶剂。若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
(6)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶(C2H5OH 和 H2O 中的羟基相
似),而戊醇在水中的溶解度明显减小(戊醇中烃基较大,二者羟基相似因素小)。
(7)无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn,如果成酸元素 R 相同,则 n 值越大,R 的正电性
越高,使 R—O—H 中 O 的电子向 R 偏移,在水分子的作用下越易电离出 H+,酸性越强,如酸性:
HClO<HClO2<HClO3<HClO4。
(8)手性碳原子:在有机物分子中,连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子
的分子是手性分子,如 。
2.从能力层面上:
(1)判断晶体类型的方法与依据
①根据构成粒子及粒子间的作用为类别进行判断。
②根据各类晶体的特征性质判断:一般来说,低熔、沸点的化合物属于分子晶体;熔、沸
点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物为离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不
溶于一般溶剂的物质属原子晶体;能导电、传热、具有延展性的晶体为金属晶体。
③根据类别判断:
金属氧化物,强碱,大部分盐类是离子晶体;
大多数非金属单质(除金刚石,石墨,晶体硅),气态氢化物、非金属氧化物(SiO2 除外)、
酸、大多数有机物(有机盐除外)是分子晶体;
金刚石,晶体硅,晶体硼,碳化硅,SiO2 等是原子晶体;
金属单质固体是金属晶体。
3.从应试层面上:
最后阶段学生应该从四个角度対试题进行研究(下图),从三个方面进行训练,一定会取得
好成绩。
以区域为出发点向外辐射
以主族、副族、过渡元素、稀有气体
以 s、p、d、f、ds 区
以金属、非金属类别
以组成(元素)为突破向纵深发展
单质
化合物
以结构为发散点做横向联系
原子结构
分子结构
晶体结构
试 题 研 究
化学用语类
电子排布式
轨道表达式
结构分析类
键型
空间构型
电负性、电离能
晶体类型
配位原子数
微粒间距
原子个数比
原理解释类
键能大小对熔沸点的影响
氢键对熔沸点的影响
酸性
训 练 角 度
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