物理化学学报
Acta Physico-Chimica Sinica
Just Accepted Manuscript
MnO2的晶相结构和表面性质对低温NH3-SCR反应的影响
戴韵1李俊华1,*彭悦1唐幸福2,*
Crystal Structure and Surface Effects of MnO2 for NH3-SCR
Reaction at Low Temperature
DAI Yun1 LI Jun-Hua1,*PEN Yue1 TANG Xing-Fu2,*
Acta Phys. Chim. Sin., doi: 10.3866/PKU.WHXB201204175
Received: March 6, 2012; Revised: April 17, 2012; Published on Web: April 17, 2012
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1
doi: 10.3866/PKU.WHXB201204175
MnO2的晶相结构和表面性质对低温NH3-SCR反应的影响
2
3
戴韵1李俊华1,?彭悦1唐幸福2,*
(1清华大学环境学院, 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室, 北京 100084; 4
2复旦大学环境科学与工程系, 上海 200433)
5
6
7
摘要:采用水热法合成了两种具有相同形貌但是不同物相结构的MnO2纳米棒,
8
分别为隧道状和层状结构, 考察其低温NH3选择性催化还原NO x (NH3-SCR)的
9
性能. 结果表明MnO2纳米棒的比表面不是影响活性的主要因素, 催化剂的晶10
相结构和表面性质对催化活性有很大影响, 隧道状α-MnO2纳米棒的低温
NH3-SCR活性明显高于层状δ-MnO2纳米棒. 结构分析和NH3程序升温脱附11
(NH3-TPD)实验表明, α-MnO2纳米棒的暴露晶面(110)面存在大量的配位不饱和12
Mn离子, 形成较多的Lewis酸性位点, 而且α-MnO2较弱的Mn—O键和隧道结
13
14
构都有利于NH3的吸附; 而δ-MnO2纳米棒的暴露晶面(001)面上的Mn离子已15
达到配位饱和, 所以其表面Lewis酸性位点较少. X射线光电子能谱(XPS)和热16
重(TG)分析表明α-MnO2纳米棒的表面更有利于NH3和NO的活化. 具有利于吸17
附NH3和活化NH3和NO的表面性质和晶型结构是α-MnO2纳米棒活性高的主18
要原因.
19
关键词:α-MnO2; δ-MnO2; 低温; NH3-SCR; 晶相结构; 表面性质.
20
中图分类号: O643
21
Crystal Structure and Surface Effects of MnO2 for NH3-SCR
22
Reaction at Low Temperature
23
24
DAI Yun1 LI Jun-Hua1,*PEN Yue1 TANG Xing-Fu2,*
Received: March 6, 2012; Revised: April 17, 2012; Published on Web: April 17, 2012.
?Corresponding authors. LI Jun-Hua, Email: lijunhua@https://www.doczj.com/doc/1e9730263.html,; Tel: +86-10-62771093. TANG Xing-Fu,
Email: tangxf@https://www.doczj.com/doc/1e9730263.html,; Tel: +86-21-55664880.
The project was supported by the National Natural Science Fundation of China (51078203) and National High-Tech Research and Development Program of China (863) (2010AA065002, 2009AA06Z301).
国家自然科学基金(51078203)及国家高技术研究发展计划项目(863) (2010AA065002, 2009AA06Z301)资助
1
1
(1State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, School of
2
Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, P. R. China; 2Department of Environmental
3
Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, P. R. China)
4
5
Abstract: Two manganese oxides with the same nanorod-shaped morphology but
6
different crystal structure, tunnel and layer structure, were synthesized and
7
investigated for selective catalytic reduction of NO with NH3 (NH3-SCR) at low
8
temperature. Tunneled α-MnO2 had much higher catalytic activity than layered
9
δ-MnO2 under the same reaction conditions. Experiment results reveal that surface
10
area is not the main factor to affect the SCR activities over the MnO2 nanorods and
11
the activities are structure sensitive.Structure analysis and experiments of
12
temperature-programmed desorption of NH3 (NH3-TPD) suggested that the exposed
13
(110) plane of α-MnO2 had many Mn cations in coordinatively unsaturated
14
environment, while all the Mn cations on the exposed (001) plane of δ-MnO2 were in
15
coordinative saturated environment, thus α-MnO2 possessed many more Lewis acid
16
sites. Besides, α-MnO2 has weaker Mn—O bonds and efficient tunnel structure, which
17
are favorable for NH3 adsorption. Moreover, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
18
and thermal gravimetric (TG) analysis indicated that α-MnO2 obtained higher
19
capability for NH3 and NO x activation than δ-MnO2 did. The crystal structure and
surface property of α-MnO2 are highly capable to adsorb NH3 and activate NH3 and 20
21
NO, which account for the high catalytic activities of α-MnO2 nanorods.
Key Words:α-MnO2; δ-MnO2; Low-temperature; NH3-SCR; Crystal
22
23
structure; Surface property
24
25
1 Introduction
Nitrogen oxides (NO x) emitted from stationary and mobile sources are major air
26
27
pollutants, contributing to acid rain, photochemical smog, ozone depletion and fine
2
1
particle pollution.1 Over the past years, many methods have been used to abate NO x,
2
and selective catalytic reduction of NO x with NH3 (NH3-SCR) has been approved to
3
be the most efficient one.2,3 The commercial catalyst for NH3-SCR is
4
V2O5-WO3(MoO3)/TiO2.3 The catalyst has to be located upstream the electric
precipitator and desulfurizing unit to meet the optimum operating temperature of 5
6
350-400 °C.2,4Thus the catalyst is subjected to be blocked and poisoned by the
7
particles and sulfates (resulting from SO2) in the flue gas. A better alternative is
locating the catalysts downstream the electric precipitator and desulfurizing unit , 8
9
where the temperature of the flue gas is lower than 200 °C.4 Therefore, it is significant
10
to develop the low-temperature catalysts that are active below 200 °C.
11
Various transition metal oxides have been studied as the catalysts for
12
low-temperature NH3-SCR, and Mn-based catalysts are considered to be among the
13
most active ones.3,5 Supported MnO x catalysts such as MnO x/Al2O36 and
14
MnO x/TiO27,8, unsupported MnO x catalysts such as MnO x-CeO24 have attracted much
15
interest due to their high SCR activities. Kapteijn et al.9 studied the NH3-SCR
16
activities over pure manganese oxides of different valences and concluded that MnO2
17
(Mn4+) had the best activity for its highest valence. In the recent studies, Tian et al.10
18
prepared MnO2 of different morphologies and found out that the activities decreased
19
in the order: nanorod > nanoparticle > nanotube. Wang et al.11 analyzed the NH3-SCR
activities over α-MnO2 and β-MnO2 with tunnel structures, and deduced that α-MnO2
20
21
showed higher activity than β-MnO2 because that α-MnO2 had semitunnel structured
22
external surface and more surface lattice oxygen.
23
MnO2 exists with various structures, and among them, the tunnel and layer
24
structures have been paid considerable attention for their application on
25
electrochemical and catalytic fields.12,13 However, few investigations have been done
on low-temperature NH3-SCR over MnO2 with different structures. Therefore, in the
26
27
present study, tunneled α-MnO2 nanorods and layered δ-MnO2 nanorods were
3
prepared and investigated for low-temperature NH3-SCR. Analysis on the exposed 1
2
crystal planes and characterizations such as X-ray diffraction (XRD),
3
temperature-programmed desorption of NH3 (NH3-TPD), X-ray photoelectron
4
spectroscopy (XPS), and thermal gravimetric (TG) analysis were carried out to
5
investigate the relationship between surface structure and catalytic activity.
6
7
2 Experimental
8
2.1 Catalyst synthesis
9
α- and δ-MnO2 were synthesized by hydrothermal methods.14 For the preparation
10
of α-MnO2, KMnO4 (2.5 g, AR) and MnSO4?H2O (1.05 g, AR) were mixed in
11
distilled water and then hydrothermally treated in a Teflon-lined autoclave at 160 °C
12
for 12 h. δ-MnO2 was obtained by hydrothermally heating the mixture of KMnO4 (6.0
13
g, AR) and MnSO4?H2O (1.1 g, AR) at 240 °C for 24 h. Before used, α- and δ-MnO2
14
were calcinated at 400 and 350 °C for 4 h, respectively.
15
2.2 Catalytic performance
16
The activity measurements were carried out in a fixed-bed quartz reactor (inner
17
diameter 9 mm) using 0.4 g catalyst (40-60 mesh). The feed gas mixture contained
18
0.1% (volume fraction) NO, 0.1% (volume fraction) NH3, 2% (volume fraction) O2
19
and N2 as the balance gas. The total flow rate of the feed gas was 200 mL·min-1,
corresponding to a space velocity of about 38000 h-1. The concentrations of NO, NO2, 20
21
and NH3 in the inlet and outlet gas were measured by Fourier transform infrared
22
(FT-IR) spectroscopy gas analyzer Gasmet Dx-4000 (Gasmet Technologies, Finland).
23
2.3 Catalyst characterization
24
X-ray diffraction measurements were performed on a D/MAX-RB system with
25
Cu Kα radiation (PIGAKV, Japan). Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas were
measured by nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperature (77 K) on a
26
27
Micromeritics ASAP 2010 micropore size analyzer (Quantachrome, America). JSM
4
1
7401 scanning electron microscope (SEM) instrument (JEOL, Japan) was used to
2
characterize the morphology and the particle size of the catalysts. X-ray photoelectron
3
spectroscopy data were obtained with an ESCALab220i-XL electron spectrometer
4
using 300 W Mg Kα radiations (VG scientific, England). The binding energies were
referenced to the C 1s line at 284.8 eV from adventitious carbon. Thermal gravimetric 5
6
analyses (TG) were performed on a Perkin-Elmer Pyric Diamond TG Analyzer
7
(Perkin-Elmer, America) at a heating rate of 10 °C·min-1. Temperature programmed
desorption (TPD) experiments of NH3 were carried out in a ?xed-bed quartz reactor. 8
9
The experiments consisted of four stages: (1) purge the sample in N2 at 300 °C for 1 h,
10
(2) adsorb 0.1% (volume fraction) NH3 at 100 °C for 1 h, (3) isothermal desorption in
11
N2 at room temperature until no NO x or NH3 was detected, and (4)
12
temperature-programmed desorption in N2 (TPD stage) at a rate of 10 °C·min-1 up to
13
800 °C.
14
3 Results and discussion
15
16
3.1 SCR catalytic activity
17
The low-temperature NH3-SCR activities over α- and δ-MnO2 catalysts are
18
shown in Fig.1. α-MnO2 with a tunnel structure showed much higher activity than
19
δ-MnO2 with a layer structure. As seen in Fig.1a, the NO x conversion for α-MnO2 was
20
higher than 90% during the temperature range of 120-200 °C, while that for δ-MnO2
21
was less than 40%. The activities reached to maximum at 150 °C. Fig.1b shows that
22
the NH3 conversion increased as the temperature rose. Comparing the NO x conversion
23
in Fig.1a with the NH3 conversion in Fig.1b, it could be inferred that the SCR reaction
24
carried out between NH3 and NO at a ratio of 1:1, and the NH3 oxidation reaction
25
occurred above 150 °C. The BET surface areas of α- and δ-MnO2 were 28.0 and 40.5
26
m2·g-1, respectively. In general, the catalytic activity is greatly influenced by the
surface area. However, δ-MnO2 nanorods with a larger surface area showed much 27
5
6
lower activity than α-MnO 2 nanorods. Consequently, the catalytic activities of the 1 MnO 2 catalyst were not predominately controlled by the surface area.
2
020*********
N O x C o n v e r s i o n / %
T / ℃
3
75
100125150175200225250
020*********T / ℃
N H 3 C o n v e r s i o n / %
4
Fig.1 NO x conversion (a) and NH 3 conversion (b) over α- and δ-MnO 2 for
5 low-temperature NH 3-SCR
6
7 3.2 Structure analysis
8 Fig.2a shows the XRD patterns of the two synthetic manganese oxides. The 9 manganese oxide prepared at 160 °C was attributed to a cryptomelane-type α-MnO 2 10 (JCPDS 44-0141, tetragonal, I 4/m, a =b =0.978 nm , c =0.286 nm).14 The pattern of
11
MnO2 prepared at 240 °C showed planes (001), (002), (111) at 2θ=12.3o, 24.9o, 36.9o, 1
2
indexed to δ-MnO2 (JCPDS 80-1098, monoclinic, C2/m, a=0.515 nm, b=0.284 nm, 3
c=0.717 nm).14,15
4
α-MnO2 and δ-MnO2 are both constructed by chains of MnO6 octahedra linking 5
in different ways. Fig.2b shows the schematic structures of the two MnO2. The 6
structure of α-MnO2 consists of double chains of edge-sharing MnO6 octahedra to form [2×2] tunnels of ca 0.46 nm×0.46 nm.16 The morphology of α-MnO2 was 7
8
nanorod-shaped as seen in Fig.2d. Wang et al.11 proposed that α-MnO2 nanorods grew 9
along a (001) axis direction and exposed the most stable (110) crystal planes (Fig.2c).
The crystal structure of δ-MnO2 is built up from layers of edge-sharing MnO6
10
11
octahedra with a certain number of water molecules and foreign cations between them.
12
The spacing between the two layers is about 0.713 nm,16 larger than the tunnel size of 13
α-MnO2, so δ-MnO2 needs more H2O or other foreign cations to stabilize the structure.
14
According to Bragg’s equation, the interplanar spacing for (001) plane of δ-MnO2 was 15
calculated to be 0.719 nm, close to the interlayer spacing of 0.713 nm, which was in 16
agreement with the schematic structures of δ-MnO2 (Fig.2b). Fig.2d shows that the 17
δ-MnO2 prepared also had nanorod morphology. On the basis of the XRD pattern, the 18
(001) plane (parallel to (002) plane) of δ-MnO2 had much higher diffraction 19
intensities than (111) plane, indicating that δ-MnO2 might expose the (001) plane as 20
shown in Fig.2c, and the conclusion was proved by Xiao et al.15.
7
8
102030
405060
70
δ -MnO 2
α -MnO 2
111
001
002
541
002521
600
411
301
211
310
200
I n t e n s i t y / a .u .
2θ / °
110
a
1
2 b. α-MnO 2
δ-MnO 2
c. α-MnO 2 (110)
δ-MnO 2 (001)
Mn O H 2O
9
1
2 Fig.2 XRD patterns (a), schematic structures (b), model structures of the
3 exposed planes (c), and SEM image (d) of α- and δ-MnO 2
4 3.3 Acidity
5 NH 3-TPD experiments were taken to demonstrate the acidities of the two MnO 2
6 nanorods and the results are shown in Fig.3 and Table 1. NH 3, together with N 2O and
7 NO were desorbed as the temperature increased. The NH 3 desorption temperature for
8 α-MnO 2 was higher than that for δ-MnO 2, revealing the higher acidity of α-MnO 2.
9
d. α-MnO 2
δ-MnO 2
1
The total NH3 adsorption amounts (NH3+2N2O+NO) for α-MnO2 were much higher
2
than that for δ-MnO2 as seen in Table 1. Therefore, α-MnO2 nanorods had many more
3
acid sites than δ-MnO2 nanorods on the surface. NH3 was adsorbed over the catalyst
4
as the form of NH4+ ions (Br?nsted acid sites) or coordinated NH3 (Lewis acid sites).
Since the surface hydroxyl groups can act as Br?nsted acid sites,17,18 NH3 adsorption 5
6
as the form of NH4+ over δ-MnO2 nanorods was greatly enhanced by the large number
7
of H2O between the layers. In spite of many Br?nsted acid sites, δ-MnO2 nanorods
exhibited less acidity than α-MnO2, probably because of few Lewis acid sites existed 8
9
on the exposed plane. The Lewis acid sites on the surface of MnO2 nanorods should
10
be octahedral Mn sites in coordinatively unsaturated environment.11As seen in Fig.2c,
11
all of the Mn cations on the exposed (001) plane of δ-MnO2 are at the center of
12
oxygenic octahedra, 6 fold coordinated to oxygen in a coordinatively saturated
13
environment. The octahedral coordination model for δ-MnO2 is considerably stable,19
14
indicative of few Lewis acid sites on the plane. For α-MnO2, the Mn cations on the
15
exposed (110) plane are 3 or 5 fold coordinated to oxygen in coordinately unsaturated
16
environment, which indicates that α-MnO2 nanorods possesses many Lewis acid
17
sites.11 The average Mn—O bond lengths of α- and δ-MnO2 are 0.198 and 0.194 nm,
18
respectively.16 It suggests that the Mn cations of α-MnO2 are more active than that of
19
δ-MnO2, beneficial to the NH3 adsorption on Mn sites. Furthermore, α-MnO2 owns
the [2×2] tunnels as seen in Fig.2b, of which the effective pore opening for gas
20
21
adsorption is close to 0.265 nm, so that NH3 and H2O molecules with diameters below
22
0.265 nm can be inserted into the tunnels.20,21 Therefore, α-MnO2 has much higher
23
NH3 adsorption than δ-MnO2, due to more Lewis acid sites on the surface, weaker
24
Mn—O bonds, and effective [2×2] tunnels. Remarkably, α-MnO2 had a N2O
25
desorption peak centered at ca 280 °C, while δ-MnO2 had a high-temperature NO
desorption peak but no low-temperature one. It could be seen that the adsorbed NH4+
26
27
ions between the layers of δ-MnO2were easy to desorb as the form of NH3 and
10
11
difficult to be oxidized at low temperature.
1
2
100
200300
400500600700800
T / ℃
C o n c e n t r a t i o n / p p m
3 Fig.3 NH 3-TPD profiles of α- and δ-MnO 2 nanorods
4
5 Table 1 NH 3-TPD results of α- and δ-MnO 2 nanorods (unit in μmol·g -1)
6
Sample NH 3 2N 2O NO NH 3+2N 2O+NH 3
α-MnO 2 56.0 56.0 0.3 112.3 δ-MnO 2 44.6 2.4 19.0
62.0
7 3.4 Redox property
8 In general, for low-temperature NH 3-SCR over Mn-based catalysts, the surface 9 redox property is more important than the bulk redox property. XPS experiments were 10 done to present the surface electronic state of the catalysts, and the results are shown 11 in Fig.4. As seen in Fig.4a, two main peaks corresponding to Mn 2p 1/2 and Mn 2p 3/2 12 were observed for Mn 2p -XPS spectra. The Mn 2p 3/2 peaks for the two MnO 2 13 nanorods were both located at 624.4 eV, indicating that the surfaces were presented 14 dominantly as Mn 4+.22 Fig.4b shows the O 1s -XPS spectra. The O 1s peak is generally 15 composed of two surface oxygen species. The binding energy range of 531.0-532.0
16
12
eV is assigned to surface chemisorbed oxygen such as defect oxides or oxygen ions 1 with low coordination (donated as O α), and the binding energy range of 529.5-530.0 2 eV is characteristic of lattice oxygen (donated as O β).23 O α was reported to be highly 3 active in the oxidation reaction due to its higher mobility than lattice oxygen O β.24 4 Therefore, O α could promote the oxidation of NO to NO 2 and H-abstraction of the 5 adsorbed NH 3, which were both supposed to be very important in low-temperature 6 NH 3-SCR.17,25 The corresponding concentrations of O α were calculated from the 7 relative areas of the sub-peaks and the results were 37.1% and 24.9% for α- and 8 δ-MnO 2, respectively. It indicated that α-MnO 2 nanorods had a higher capability to 9 activate NH 3 and NO, which were also proved by NH 3-TPD and NO-TPD (Fig.S1 10 (see Supporting Information)) results. The results of H 2-TPR are shown in Fig.S2 (see 11 Supporting Information). δ-MnO 2 nanorods exhibited slightly higher bulk reducibility 12 than α-MnO 2 nanorods, which implied that the bulk reducibility was not the main 13 factor to affect the activity in the present study.
14
15
665660655650645640635
δ -MnO 2
α -MnO 2
642.4
654.4
I n t e n s i t y / a .u .
Binding Energy / eV
642.4
654.0
a
16
13
534532*********
I n t e n s i t y / a .u .
Binding Energy / eV
1 Fig.4 Mn 2p (a) and O 1s (b) XPS spectra of α- and δ-MnO
2 nanorods
2
3 The profiles of TG are shown in Fig.5. The initial weight loss below 250 °C is
4 generally attributed to the loss of physically and chemically adsorbed water, including
5 the loosely bound and tightly bound (interlayer) H 2O molecules;26,27 the weight loss in
6 the temperature range of 250-540 °C is believed to be the loss of chemical oxygen,
7 which was considered to be highly active in the oxidation reactions;11 the following
8 evident weight losses are due to the transformation of MnO 2 to Mn 2O 3, then to
9 Mn 3O 4.18 The water losses for α- and δ-MnO 2 were 2.0% and 8.3%, respectively. The 10 water losses of δ-MnO 2 were much larger than that of α-MnO 2, in accordance with the 11 existence of abundant water molecules between the layers even after calcination. The 12 chemical oxygen losses for α- and δ-MnO 2 were 1.0% and 0.7%, respectively. 13 α-MnO 2 had more chemical oxygen loss than δ-MnO 2, which probably promoted the 14 activation of NO and NH 3, consistent with the XPS results.
15
14
100200300400500600700800900
868890929496
98100T / ℃
δ-MnO 2
α -MnO 2
0.7%
1.0%
8.2%
W e i g h t / %
2.0%
1 Fig.5 TG curves of α- and δ-MnO
2 nanorods
2
3 4 Conclusions
4 α-MnO 2 nanorods with a [2×2] tunnel structure obtained much better
5 low-temperature NH 3-SCR performance than δ-MnO 2 nanorods with a layer structure.
6 The BET surface area is not the main factor to affect the catalytic activity. The SCR
7 activity over the MnO 2 nanorods is structure sensitive. The exposed (110) plane of
8 α-MnO 2 possesses many manganese cations in coordinatively unsaturated
9 environment while all the manganese cations on the exposed (001) plane of δ-MnO 2 10 are in coordinative saturated environment, which suggests that α-MnO 2 has more 11 Lewis acid sites. With more Lewis acid sites, weaker Mn—O bonds, efficient tunnel 12 structure and higher capacity to activate NO and NH 3, α-MnO 2 catalyst is more 13 adaptable for low-temperature NH 3-SCR.
14
15 Supporting Information: available free of charge via the internet at https://www.doczj.com/doc/1e9730263.html,.
16
17
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TOC
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2 Tunneled α-MnO 2 has much higher catalytic activity than layered δ-MnO 2. The SCR
3 activities over the MnO 2 nanorods are structure sensitive.
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物质结构与性质（2014年-2019年全国卷） 1．[2019年全国卷Ⅰ] 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Al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)。 A． B． C． D． （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： 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N A，则MgCu2的密度是 g·cm?3(列出计算表达式)。 2.[2019年全国卷Ⅱ]
近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe—Sm—As—F—O组成的化合物。回答下列问题： （1）AsH3的沸点比NH3的________（填“高”或“低”），其判断理由是______。 （2）Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为________。 （3）比较离子半径F- O2-（填“大于”、“等于”或“小于”） (4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。 图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化 学式表示为____________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝_________g·cm－3。 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为（,,），则位于底面中心的原子2和原子3的坐标分别为___________、__________. 3.[2019全国卷Ⅲ] 磷酸亚铁锂（LiFePO4）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等 特点，文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题： （1）在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态（填“相同”或“相反”）。 （2） FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为，其中Fe的配位数为。
第二章分子结构与性质 一．共价键 1.特点：具有性和性（无方向性） 2.分类：（按原子轨道的重叠方式） （1）δ键：（以“”重叠形式） a.特征： b.种类：S-S δ键. S-P δ键. P-Pδ键 （2）π键：（以“”重叠形式），特征： 3.判断共价键类型的一般规律是： 共价单键中共价双键中共价三键中 【练习】1.下列说法正确的是（） A. π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成 B. δ键是镜面对称，而π键是轴对称 C. 乙烷分子中的键全为δ键而乙烯分子中含δ键和π键 D. H2分子中含δ键而Cl2分子中含π键 2. 下列说法正确的是（） A. 共价化合物中可能含有离子键 B. 非金属元素之间不能形成离子键 C. 气体分子单质中一定存在非极性共价键 D. 离子化合物中可能含有共价键 二.键参数 1.键能的定义： 2.键长与共价键的稳定性的关系：键长越短，往往键能，这表明共价键。 3. 决定共价键的稳定性，是决定分子的立体构型的重要参数。 【练习】1.关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（） A.键角是描述分子立体结构的重要参数 B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C.键能越大，键长越长，共价化合物越稳定 D.键角的大小与键长、键能的大小无关 2.下列说法正确的是（） A.键能越大，表示该分子越容易受热分解 B.共价键都具有方向性 C.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长 D.H-Cl的键能为431.8kJ/mol ，H-Br的键能为366 kJ/mol 这说明HCl比HBr分子稳定 3.已知H-H键能为436 kJ/mol ，H-N键能为391 kJ/mol ，根据化学方程式 高温、高压 N2+3H22NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4 kj/mol ，则N —N的催化剂 键能是（） A.431 kJ/mol B.945.6 kJ/mol C.649 kJj/mol D.896 kJ/mol 三.等电子体 相同和相同的粒子具有相似的化学键特征和相同的空间构型 【练习】人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是（） A.CH4和NH4+是等电子体，键角均为60° B.NO3+和CO32-是等电子体，均为平面正三角形结构 C.H2O+和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构 D.B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道 四.价层电子对互斥理论 1.价层电子对数= 2.孤对电子数的计算方法： 3.VSEPR模型和分子的立体构形的推测 例：H2O 孤对电子数为，δ键数，价层电子对数为，VSEPR模型，略去VSEPR模型中的中心原子上的孤对电子，因而H2O分子呈形。 【练习】1.下列分子构形为正四面体型的是（） ①P4②NH3 ③CCl4④CH4⑤H2S ⑥CO2 A.①③④⑤ B.①③④⑤⑥ C.①③④ D.④⑤
分子结构与性质 1．三硫化磷(P4S3)是黄绿色针状晶体，易燃、有毒，分子结构之一如下图所示，已知其燃烧热△H＝ -3677kJ/mol(P被氧化为P4O10)，下列有关P4S3的说法中不正确的是 A．分子中每个原子最外层均达到8电子稳定结构 B．P4S3中硫元素为-2价，磷元素为+3价 C．热化学方程式为P4S3(s)+8O2(g)＝P4O10(s)+3SO2(g)；△H＝-3677kJ/mol D．一个P4S3分子中含有三个非极性共价键 【答案】B 【解析】A、P原子最外层有5个电子，含3个未成键电子，S原子最外层有6个电子，含2个未成键电子，由P4S3的分子结构可知，每个P形成3个共价键，每个S形成2个共价键，分子中每个原子最外层均达到8电子稳定结构，A正确；B、由P4S3的分子结构可知，1个P为+3价，其它3个P都是+1价，正价总数为+6，而S为-2价，B错误；C、根据燃烧热的概念：1mol可燃物燃烧生成稳定氧化物放出的热量为燃烧热，则P4S3(s)+8O2(g)=P4O10(s)+3SO2(g)；△H= -3677kJ/mol，C正确；D、由P4S3的分子结构可知，P-P之间的键为非极性键，P-S之间的键为极性键，一个P4S3分子中含有三个非极性共价键，D正确。 2．常温下三氯化氮（NCl3）是一种淡黄色的液体，其分子结构呈三角锥形，以下关于NCl3说法正确的是（）A．该物质中N-C1键是非极性键 B．NCl3中N原子采用sp2杂化 C．该物质是极性分子 D．因N-C1键的键能大，所以NCl3的沸点高 【答案】C 【解析】A、N和Cl是不同的非金属，则N－Cl键属于极性键，故A错误；B、NCl3中N有3个σ键，孤 电子对数531 2 -? =1，价层电子对数为4，价层电子对数等于杂化轨道数，即NCl3中N的杂化类型为sp3， 故B错误；C、根据B选项分析，NCl3为三角锥形，属于极性分子，故C正确；D、NCl3是分子晶体，NCl3沸点高低与N－Cl键能大小无关，故D错误。 3．二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点80℃，沸点135.6℃，对干二氯化二硫叙述正确的是
《物质结构与性质》精华知识点 课本：1、熟记1-36号元素电子排布 1、核电荷数从1到18的元素的原子结构示意图 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si p S Cl Ar 2、原子的核外电子排布式和外围电子（价电子）排布式（原子核外电子排布时，先排4s 后排3d ，形成离子时先失去最外层电子） 核外电子排布式 外围电子排布式 核外电子排布式 外围电子排布式 26Fe ：[Ar]3d 64s 2 3d 64s 2 26Fe 2+：[Ar]3d 6 3d 6 26Fe 3+：[Ar]3d 5 3d 5 29Cu ：[Ar]3d 104s 1 3d 104s 1 29Cu +：[Ar]3d 10 3d 10 29Cu 2+：[Ar]3d 9 3d 9 24Cr ： [Ar]3d 54s 1 3d 54s 1 24Cr 3＋ [Ar] 3d 3 3d 3 30Zn : [Ar]3d 104s 2 3d 104s 2 30Zn 2+ [Ar]3d 10 3d 10 22Ti 2+ [Ar]3d 2 3d 2 25Mn [Ar]3d 54s 2 3d 5 4s 2 31Ga[Ar]3d 10 4s 24P 1 4s 24P 1 32Ge[Ar]3d 104s 24P 2 4s 24P 2 33As: [Ar]3d 104s 24P 3 4s 24P 3 24Se : [Ar]3d 104s 24P 3 4s 24P 3 3、元素周期表（对应选择第11题） （1）同周期，原子半径减小，同主族原子半径增加；对于电子层结构相同的离子来说，核电 荷数越大，离子半径越小：Al 3+＜Mg 2+＜Na +＜F －＜O 2- Ca 2+＜K +＜Cl － ＜S 2- （2）p 轨道有2个未成对电子，有P 2和P 4。C:2S 22P 2 、Si:3S 23P 2、O ：2S 22P 4、S ：3S 23P 4 （3）（3S 23P 6 3d 10）第三周期内层电子全充满，Cu 和Zn （4）Cr ：3d 54s 1， 6个未成对电子数，第四周期未成对电子数最多 （5）氟元素的非金属性最强，因此：①F 无正价②气态氢化物中最稳定的是HF 。 （6）最高价含氧酸酸性最强的是：高氯酸（HClO 4） （7）Al 元素：原子有三个电子层，简单离子在本周期中半径最小 （8）某元素的最高价氧化物对应的水化物能与其气态氢化物化合生成盐，则该元素是：氮
第二章分子结构与性质单元测试 一、选择题（本题包括18小题，每小题4分，共72分，每小题有一个或两个选项符合题意, 选错不得分，如果有两个正确选项，选对一个得 2分） 1?有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是（ ） C ?每个碳原子都有两个未杂化的 2p 轨道形成n 键 D.两个碳原子形成两个 n 键 2?膦（PH 3）又称膦化氢，在常温下是一种无色、有大蒜臭味的有毒气体，电石气的杂质中常 含有膦化氢。它的分子构型是三角锥形。以下关于 PH 3的叙述正确的是（ ） A. PH 3分子中有未成键的孤对电子 B PH 3是非极性分子 C. PH 3是一种强氧化剂 D. PH 3分子的P — H 键是非极性键 3?实现下列变化时，需要克服相同类型作用力的是（ ） A.水晶和干冰的熔化 B.食盐和醋酸钠的熔化 C.液溴和液汞的汽化 D.HCl 和NaCI 溶于水 4. 下列指定粒子的个数比为 2: 1的是（ ） A.Be 2+中的质子数 B.I 2H 原子中的中子和质子 C.NaHCQ 晶体中的阳离子和阴离子 D.BaQ （过氧化钡）晶体中的阴离子和阳离子 5. 在有机物分子中，当碳原子连有 4个不同的原子或原子团时，这 种碳原子称为“手性碳原 子”,凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。例如下图表示的有机物中含有一 个手性碳原子，具有光学活性。当发生下列变化时，生成的有机物无光学活性的是（ ） A.与新制的银铵溶液共热 B.与甲酸酯化 C.与金属钠发生置换反应 D.与 H 2加成 6. 关于氢键的下列说 法中正确的是（ ） A.每个水分子内含有两个氢键 B.在水蒸气、水、冰中都含有氢键 C 分子间能形成氢键使物质的熔沸点升高 D.HF 的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键 7. 下列说法正确的是（ ） A.n 键是由两个p 电子“头碰头”重叠形成的 B y 键是镜像对称，而 n 键是轴对称 C 乙烷分子中的键全是 y 键，而乙烯分子中含 y 键和n 键 D.H 2分子中含y 键，而C 2分子中还含有n 键 8. 在BrCH=CHBr 分子中，C — Br 键采用的成键轨道是（ ） 2 2 3 A.sp —p B.sp — s C.sp — p D.sp — p 9. 下列物质的杂化方式不是 sp 3杂化的是（ ） A.CO 2 B.CH C.NH 3 D.H 2O O O CHb — C —O -CH -C -H CH2OH
分子的结构与性质 【知识动脉】 知识框架 产生原因：共价键的方向性 Sp3 决定因素：杂化轨道方式sp2 分子的空间构型sp 空间构型的判断：VSEPR理论 空间构型决定性质等电子原理 手性分子 配合物 一、杂化轨道理论 1. 杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。 思考：甲烷分子的轨道是如何形成的呢？ 形成甲烷分子时，中心原子的2s和2p x，2p y，2p z等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。 根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，除了有sp3杂化外，还有sp2杂化和sp杂化，sp2杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的。 思考： 应用轨道杂化理论，探究分子的立体结构。
C2H4 BF3 CH2O C2H2 思考：怎样判断有几个轨道参与了杂化？ [讨论总结]：三种杂化轨道的轨道形状，SP杂化夹角为°的直线型杂化轨道，SP2杂化轨道为°的平面三角形，SP3杂化轨道为°′的正四面体构型。 小结：HCN中C原子以sp杂化，CH2O中C原子以sp2杂化；HCN中含有2个σ键和2π键；CH2O中含有3σ键和1个π键 【例1】（09江苏卷21 A部分）（12分）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为。甲醛分子的空间构型是；1mol甲醛分子中σ键的数目为。 解析与评价：甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化；分子的空间构型为平面型；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢δ键，1mol碳氧δ键，故含有δ键的数目为3N A 答案：sp2平面型3N A 【变式训练1】（09宁夏卷38）［化学—选修物质结构与性质］（15分） 已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。请回答下列问题： （1）X与Z可形成化合物XZ3，该化合物的空间构型为____________; 2、价层电子对互斥模型 把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C 原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下： ABn 立体结构范例 n=2 直线型CO2 n=3 平面三角形CH2O n=4 正四面体型CH4 另一类是中心原子上有孤对电子 ．．．．．．．．．．．．）的分子。如 ．．．．（未用于形成共价键的电子对 H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。 练习2、应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。进一步认识多原子分子的立体结构。 化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数空间构型 H2S
第二章分子结构与性质 教材分析 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第一课时 教学目标： 1．复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。 2．知道共价键的主要类型δ键和π键。 3．说出δ键和π键的明显差别和一般规律。 教学重点、难点： 价层电子对互斥模型 教学过程： [复习引入] NaCl、HCl的形成过程 [设问] 前面学习了电子云和轨道理论，对于HCl中H、Cl原子形成共价键时，电子云如何重叠？例：H2的形成 [讲解、小结] [板书] 1．δ键：（以“头碰头”重叠形式） a．特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的图形不变，轴对称图形。
b．种类：S-Sδ键 S-Pδ键 P-Pδ键 [过渡] P电子和P电子除能形成δ键外，还能形成π键 [板书] 2．π键 [讲解] a.特征：每个π键的电子云有两块组成，分别位于有两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。 3．δ键和π键比较 ①重叠方式 δ键：头碰头 π键：肩并肩 ②δ键比π键的强度较大 ②成键电子：δ键 S-S S-P P-P π键 P-P δ键成单键 π键成双键、叁键 ４．共价键的特征 饱和性、方向性 [科学探究] 讲解 [小结] 生归纳本节重点，老师小结 [补充练习] 1．下列关于化学键的说法不正确的是（） A．化学键是一种作用力
B．化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力 C．化学键存在于分子内部 D．化学键存在于分子之间 2．对δ键的认识不正确的是（） A．δ键不属于共价键，是另一种化学键 B．S-Sδ键与S-Pδ键的对称性相同 C．分子中含有共价键，则至少含有一个δ键 D．含有π键的化合物与只含δ键的化合物的化学性质不同 3．下列物质中，属于共价化合物的是（） A．I2 B．BaCl2 C．H2SO4 D．NaOH 4．下列化合物中，属于离子化合物的是（） A．KNO3 B．BeCl C．KO2 D．H2O2 5．写出下列物质的电子式。 H2、N2、HCl、H2O ６．用电子式表示下列化合物的形成过程 HCl、NaBr、MgF2、Na2S、CO2 [答案] 1．D 2．Ａ３．Ｃ４．ＡＣ５．略６．略 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第二课时 ［教学目标］： １．认识键能、键长、键角等键参数的概念 ２．能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质 ３．知道等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用” ［教学难点、重点］： 键参数的概念，等电子原理 ［教学过程］： ［创设问题情境］ Ｎ２与Ｈ２在常温下很难反应，必须在高温下才能发生反应，而Ｆ２与Ｈ２在冷暗处就能发生化学反应，为什么？ ［学生讨论］ ［小结］引入键能的定义 ［板书］ 二、键参数 １．键能 ①概念：气态基态原子形成１mol化学键所释放出的最低能量。
第四章固体的表面与界面 固体的接触界面可一般可分为表面、界面和相界面： 1）表面:表面是指固体与真空的界面。 2）界面:相邻两个结晶空间的交界面称为“界面”。 3）相界面:相邻相之间的交界面称为相界面。有三类: S／S；S／V； S／L。 产生表面现象的根本原因在于材料表面质点排列不同于材料内部，材料表面处于高能量状态? 4.1 固体的表面及其结构 ? 4.1.1固体的表面 1.理想表面 2.清洁表面 （1）台阶表面 （2）弛豫表面 （3）重构表面 3.吸附表面 4. 固体的表面自由能和表面张力 5. 表面偏析 6. 表面力场 固体表面的结构和性质在很多方面都与体内完全不同。所以，一般将固体表面称为晶体三维周期结构和真空之间的过渡区域。这种表面实际上是理想表面，此外还有清洁表面、吸附表面等。 1、理想表面 没有杂质的单晶，作为零级近似可将清洁表面理想为一个理想表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。它忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样。 2、清洁表面 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。 （1）台阶表面 台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成 （2）弛豫表面 –在垂直于表面的方向上原子间距不同于该方向上晶格内部原子间距的表面由于固体体相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子的配位情况发生变化，相应地表面原子附近的电荷分布将有所改变，表面原子所处的力场与体相内原子也不相同。为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相内原子层的间距，产生压缩或膨胀。表面上原子的 这种位移称为表面弛豫。也可以说，弛豫是指表面层之间以及表面和体内 原子层之间的垂直间距Ds和体内原子层间距Do相比有所膨胀和压缩的现 象。对于多元素的合金，在同一层上几种元素的膨胀或压缩情况也可能不 相同。表面弛豫往往不限于表面上第1层原子，它可能涉及几个原子层，而 每一层间的相对膨胀或压缩可能是不同的，而且离体内越远，变化越显 著；愈深入体相，弛豫效应愈弱。 （3）重构表面 重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体内相
第二章分子结构与性质 第一节共价键 【学习目标】 1、了解共价键的形成过程。 2、知道共价键的主要类型δ键和π键。 3、能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质 4、知道等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用” 【学习重点】 1、δ键和π键的特征和性质 2、用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。 【学习难点】 1、δ键和π键的特征； 2、键角 【教学过程】 复习引入： 1.NaCl、HCl的形成过程 2.离子键：阴阳离子间的相互作用。 3.共价键：原子间通过共用电子对形成的相互作用。 4.使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。 一、共价键 1、定义：原子间通过共用电子对形成的相互作用。 2、练习：用电子式表示H2、HCl、Cl2的形成过程 H2 HCl Cl2 思考：为什么H2、Cl2 是双原子分子，而稀有气体是单原子分子？ 3、形成共价键的条件：两原子都有单电子 讨论（第一组回答）：按共价键的共用电子对理论，是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在？ 4、共价键的特性：饱和性 对于主族元素而言，内层电子一般都成对，单电子在最外层。 如：H 1s1 、Cl 1s22s22p63s23p5 H、Cl最外层各缺一个电子，于是两原子各拿一电子形成一对 共用电子对共用，由于Cl吸引电子对能力稍强，电子对偏向Cl（并非完全占有），Cl略带部分负电荷，H略带部分正电荷。
讨论（第二组回答）：共用电子对中H、Cl的两单电子自旋方向是相同还是相反？ 设问：前面学习了电子云和轨道理论，对于HCl中H、Cl原子形成共价键时，电子云如何重叠？ 例：H2的形成 1s1 相互靠拢1s1 电子云相互重叠形成H2分子的共价键 （H-H）由此可见，共价键可看成是电子云重叠的结果。电子云重叠程度越大，则形成的共价键越牢固。 H2里的共价键称为δ键。形成δ键的电子称为δ电子。 5、共价键的种类 （1）δ键：（以“头碰头”重叠形式） a、特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 讲：H2分子里的δ键是由两个s电子重叠形成的，可称为S-Sδ键。 下图为HCl、Cl2中电子云重叠： 未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互重叠形成的共价单 键的电子云图 像 未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互重叠形成的共价 单键的电子 云图像 HCl分子里的δ键是由H的一个s电子和Cl的一个P电子重叠形成的，可称为S-P δ键。 Cl2分子里的δ键是由Cl的两个P电子重叠形成的，可称为P-P δ键。 b、种类：S-S δ键 S-P δ键 P-P δ键
化学—选修3：物质结构与性质 1.【13新课标Ⅰ】 硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题: (1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号，该能层具有的原子轨道数为、电子数为。 (2)硅主要以硅酸盐、等化合物的形式存在于地壳中。 (3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献个原子。 (4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4CI在液氨介质中反应制得SiH4,，该反应的化学方程式为。 (5)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实: ①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 ②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是 (6)在硅酸盐中，四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为。Si与O的
原子数之比为化学式为 2.【14新课标Ⅰ】 早期发现的一种天然二十面准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题： (1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过方法区分晶体、准晶体和非晶体。 (2)基态Fe原子有个未成对电子，Fe3+的电子排布式为： 可用硫氰化钾检验Fe3+，形成的配合物的颜色为。(3)新制备的氢氧化铜可将乙醛氧化为乙酸，而自身还原成氧化亚铜，乙醛中碳原子的杂化轨道类型为；1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是：。氧化亚铜为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有个铜原子。 (4)铝单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0．405nm，晶胞中铝原子的配位数为 ,列式表示铝单质的密度 g·cm－3(不必计算出结果)。
第二章《分子结构与性质》单元测试题一、单选题（每小题只有一个正确答案） 1．下列叙述正确的是（） 32- 中硫原子的杂化方式为sp 2 B 2 2 分子中含有 3个σ键和 2 个π键 A． SO．C H C． H2O分子中氧原子的杂化方式为sp2D． BF3分子空间构型呈三角锥形 2．氯的含氧酸根离子有ClO ---- 等，关于它们的说法不正确的是、 ClO 2、 ClO 3、 ClO 4 （） A． ClO4-是 sp3 杂化B． ClO3-的空间构型为三角锥形 C． ClO2-的空间构型为直线形D． ClO-中 Cl 显 +1价 3．下列描述中正确的是（） 2 V 形的极性分子 A． CS 为空间构型为 B．双原子或多原子形成的气体单质中，一定有σ 键，可能有π 键 C．氢原子电子云的一个小黑点表示一个电子 2﹣3 杂化 D． HCN、SiF 4和 SO3的中心原子均为 sp 4．水是生命之源，下列关于水的说法正确的是（） A．水是弱电解质B．可燃冰是可以燃烧的水 C．氢氧两种元素只能组成水D．0℃时冰的密度比液态水的密度大 5．电子数相等的微粒叫做等电子体，下列各组微粒属于等电子体是（）A． CO和 CO2B． NO和 CO C ． CH4和 NH3D． OH-和 S2- 6．下列分子或离子中， VSEPR模型为四面体且空间构型为V 形的是 A． H2S B ． SO2 2-C ． CO2 D ． SO4 7．下列分子中只存在σ键的是 () A． CO2B．CH4C．C2H4D．C2H2 8． HBr 气体的热分解温度比HI 热分解温度高的原因是（） A． HBr 分子中的键长比HI 分子中的键长短，键能大 B． HBr 分子中的键长比HI 分子中的键长长，键能小 C． HBr 的相对分子质量比HI 的相对分子质量小 D． HBr 分子间作用力比HI 分子间作用力大 9．表述 1 正确，且能用表述 2 加以正确解释的选项是（） 表述1表述2 A在水中，NaCl 的溶解度比I 2的溶解度大NaCl晶体中Cl ﹣与Na+间的作用力
第二章分子结构与性质 课标要求 1.了解共价键的主要类型键和键，能用键长、键能和键角等说明简单分子的某些性质 2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（s p、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离子的空间结构。 3.了解简单配合物的成键情况。 4.了解化学键合分子间作用力的区别。 5.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。 要点精讲 一.共价键 1.共价键的本质及特征共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具 有饱和性和方向性。 2.共价键的类型 ①按成键原子间共用电子对的数目分为单键、双键、三键。 ②按共用电子对是否偏移分为极性键、非极性键。 σ键和π键，前者的电子云具有轴对称性，后者的电子云 ③按原子轨道的重叠方式分为 具有镜像对称性。 3.键参数 ①键能：气态基态原子形成 1 mol 化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。 ②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。 ③键角：在原子数超过 2 的分子中，两个共价键之间的夹角。 ④键参数对分子性质的影响 键长越短，键能越大，分子越稳定． 4.等电子原理[来源:学§科§网] 原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。 二.分子的立体构型 1．分子构型与杂化轨道理论 杂化轨道的要点 当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。 杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间形状不同。
2 分子构型与价层电子对互斥模型 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型， 而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型，不包括孤对电子。 (1) 当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致； (2) 当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。 3.配位化合物 （1）配位键与极性键、非极性键的比较
化学选修3第二章-分子结构与性质--教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第二章分子结构与性质 教材分析 本章比较系统的介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。首先，在第一章有关电子云和原子轨道的基础上，介绍了共价键的主要类型σ键和π键，以及键参数——键能、键长、键角；接着，在共价键概念的基础上，介绍了分子的立体结构，并根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释。最后介绍了极性分子和非极性分子、分子间作用力、氢键等概念，以及它们对物质性质的影响，并从分子结构的角度说明了“相似相溶”规则、无机含氧酸分子的酸性等。 化学2已介绍了共价键的概念，并用电子式的方式描述了原子间形成共价键的过程。本章第一节“共价键”是在化学2已有知识的基础上，运用的第一章学过的电子云和原子轨道的概念进一步认识和理解共价键，通过电子云图象的方式很形象、生动的引出了共价键的主要类型σ键和π键，以及它们的差别，并用一个“科学探究”让学生自主的进一步认识σ键和π键。 在第二节“分子的立体结构”中，首先按分子中所含的原子数直间给出了三原子、四原子和五原子分子的立体结构，并配有立体结构模型图。为什么这些分子具有如此的立体结构呢？教科书在本节安排了“价层电子对互斥模型”和“杂化轨道理论”来判断简单分子和离子的立体结构。在介绍这两个理论时要求比较低，文字叙述比较简洁并配有图示。还设计了“思考与交流”、“科学探究”等内容让学生自主去理解和运用这两个理论。 在第三节分子的性质中，介绍了六个问题，即分子的极性、分子间作用力及其对物质性质的影响、氢键及其对物质性质的影响、溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性。除分子的手性外，对其它五个问题进行的阐述都运用了前面的已有知识，如根据共价键的概念介绍了键的极性和分子的极性；根据化学键、分子的极性等概念介绍了范德华力的特点及其对物质性质的影响；根据电负性的概念介绍了氢键的特点及其对物质性质的影响；根据极性分子与非非极性分子的概念介绍了“相似相溶”规则；根据分子中电子的偏移解释了无机含氧酸分子的酸性强弱等；对于手性教科书通过图示简单介绍了手性分子的概念以及手性分子在生命科学和生产手性药物方面的应用 第二章分子结构与性质 第一节共价键 第一课时 教学目标： 1．复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。 2．知道共价键的主要类型δ键和π键。
1、[化学——选修3：物质结构与性质]（15分） 硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题： （1）基态Si原子中，电子占据的最高能层符号，该能层具有的原子轨道数为、电子数为。 （2）硅主要以硅酸盐、等化合物的形式存在于地壳中。 （3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献个原子。 （4）单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4CI在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为。 （5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键C─C C─H C─O Si─Si Si─H Si─O 键能/(kJ/mol-1) 356 413 336 226 318 452 ①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因 是。 ②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是。 （6）在硅酸盐中，四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为。Si与O的原子数之比为化学式为。 2、[化学——选修3：物质结构与性质]（15分） 前四周期原子序数依次增大的元素A，B，C，D中， A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，平且A－和B+ 的电子相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价 电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数 相差为2。 回答下列问题： （1）D2+的价层电子排布图为_______。 （2）四种元素中第一电离最小的是________， 电负性最大的是________。（填元素符号）
第二章《分子结构与性质》测试题 、单选题（每小题只有一个正确答案） N2 B ．HBr C ．NH3 D ．H2S 列物质中，既含有极性键又含有非极性键的非极性分子是 HF H2O NH3 CH4 B ．CH4 NH3 H2O HF H2O HF CH4 NH3 D ．HF H2O CH4 NH3 5．下列叙述中错误的是（） A．由于氢键的存在，冰能浮在水面上；由于乙醇与水间有氢键的存在，水与乙醇能互溶。 B．甲烷和氯气反应生成一氯甲烷的反应，与苯和硝酸反应生成硝基苯的反应类型相同，都属于取代反应。 C．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由于氢键所致。 D．苯不能使溴的四氯化碳溶液褪色，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键，难和溴的四氯化碳溶液发生加成反应。 6．下列化合物中含有 2 个手性碳原子的是 A． B A．丙烯分子中有 6 个σ 键， 1 个π 键 B．丙烯分子中 3 个碳原子都是sp 3杂化 C．丙烯分子属于极性分子 C． D ． 7．下列关于丙烯（CH3﹣CH═CH2）的说法中正确的（） 1．列化学键中，键的极性最强的是（ A．C—F B．C—O C．C—N D．C—C 2．列物质中分子间能形成氢键的是 A． A．N a2O2 B．HCHO C．C2 H4 D．H2O2 4．列各组分子中，按共价键极性由强到弱排序正确的是 3． A． C．
D．丙烯分子中 3 个碳原子在同一直线上 8．下列过程中，共价键被破坏的是 A．碘升华 B ．溴溶于CCl4 C ．蔗糖溶于水 D ．HCl 溶于水 9．阿司匹林是一种常见的解热镇痛药，其结构如图，下列说法不正确的是（） B．阿司匹林属于分子晶体 3 C．阿司匹林中C原子只能形成sp3杂化D．可以发生取代．加成．氧化反应 10 ．下列叙述不正确的是（） A．卤化氢分子中，卤素的非金属性越强，共价键的极性越强，稳定性也越强B．以极性键结合的分子，不一定是极性分子 C．判断A2B 或AB2型分子是极性分子的依据是：具有极性键且分子构型不对称，键角小于180°，为非直线形结构 D．非极性分子中，各原子间都应以非极性键结合 11．下列分子的中心原子是sp 2杂化的是（） A．PBr3 B ．CH4 C ．H2O D ．BF3 12 ．用VSEPR理论预测下列粒子的立体结构，其中正确的（） A．NO3-为平面三角形B．SO2为直线形 C．BeCl 2为V形D．BF3为三角锥形 13．已知A、B 元素同周期，且电负性A 晶体结构与性质 一、晶体的常识 1.晶体与非晶体 得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出 特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等） ③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法） 2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分 一个晶胞平均占有的原子数=×晶胞顶角上的原子数+×晶胞棱上的原子+×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数 思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I 2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？ eg ：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al 2O 3·SiO 2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（ ） ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO 2一定是晶体 3.下图是CO 2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？ 二、分子晶体与原子晶体 1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体 注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 ①物理性质 a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度 c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电 d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 ②典型的分子晶体 a.非金属氢化物：H 2O、H 2 S、NH 3 、CH 4 、HX等 b.酸：H 2SO 4 、HNO 3 、H 3 PO 4 等 c.部分非金属单质:：X 2、O 2 、H 2 、S 8 、P 4 、C 60 d.部分非金属氧化物：CO 2、SO 2 、NO 2 、N 2 O 4 、P 4 O 6 、P 4 O 10 等 f.大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等 ③结构特征 a.只有范德华力--分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子） CO 2 晶体结构图 b.有分子间氢键--分子的非密堆积以冰的结构为例，可说明氢键具有方向性 ④笼状化合物--天然气水合物 分子结构与性质 知识网络： 一、化学键 相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，通常叫做化学键。例如：水的结构式为 ， H －O 之间存在着强烈的相互作用，而H 、H 之间相互作用非常弱，没有形成化学键。 化学键类型： 1．三种化学键的比较： ※ 配位键：配位键属于共价键，它是由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道所形成的共价 键，例如：NH 4+的形成 在NH 4+中，虽然有一个N －H 键形成过程与其它3个N －H 键形成过程不同，但是一旦 形成之后，4个共价键就完全相同。 键长、键能决定共价键的强弱和分子的稳定性：原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定。例如HF、HCl、HBr、HI分子中： X原子半径：F 试卷第1页，总17页 绝密★启用前 物质结构与性质 近十年高考真题 注意事项： 1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上 第Ⅰ卷（选择题） 请点击修改第I 卷的文字说明 一．选择题（共30小题） 1．（2008?广东）2007年诺贝尔化学奖得主Gerhard Ertl 对金属Pt 表面催化氧化CO 反应的模型进行了深入研究．下列关于Pt 和 Pt 的说法正确 的是（ ） A ．Pt 和Pt 的核外电子数相同，是同一种核素 B ．于Pt 和Pt 的中子数相同，互称为同位素 C ．于Pt 和Pt 的质子数相同，互称为同位素 D ．于 Pt 和 Pt 的质量数相同，不能互称为同位素 2．（1993?全国）下列各组指定原子序数的元素，不能形成AB 2型化合物的是（ ） A ．6和8 B ．16和8 C ．12和9 D ．11和6 3．（1995?全国）817O 和816O 原子的核外电子数（ ） A ．大于 B ．小于 C ．等于 D ．不能肯定 4．（2004?新课标）下列关于原子的几种描述中，不正确的是（ ） A ．18O 与19F 具有相同的中子数 B ．16O 与17O 具有相同的电子数 C ．12C 与13C 具有相同的质量数 D ．15N 与14N 具有相同的质子数 5．（2004?老课程）下列分子中，所有原子的最外层均为8电子结构的是（ ） A ．BeCl 2 B ．H 2S C ．NCl 3 D ．BF 3 试卷第2页，总17页 6．（2009?上海）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 ．1s 2 D ． 7．（2018?新课标Ⅰ）主族元素W 、X 、Y 、Z 的原子序数依次增加，且均不大于20．W 、X 、Z 最外层电子数之和为10；W 与Y 同族；W 与Z 形成的化台物可与浓硫酸反应，其生成物可腐蚀玻璃。下列说法正确的是（ ） A ．常温常压下X 的单质为气态 B ．Z 的氢化物为离子化合物 C ．Y 和Z 形成的化合物的水溶液呈碱性 D ．W 与Y 具有相同的最高化合价 8．（2012?山东）下列关于原子结构、元素性质的说法正确的是（ ） A ．非金属元素组成的化合物中只含共价键 B ．ⅠA 族金属元素是同周期中金属性最强的元素 C ．同种元素的原子均有相同的质子数和中子数 D ．ⅦA 族元素的阴离子还原性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强 9．（2010?上海）下列有关物质性质的描述不符合事实的是（ ） A ．有机物不导电 B ．金刚石是自然界最硬的物质 C ．SO 2可用作食品防腐剂 D ．NO 可用于某些疾病的治疗 10．（2018?新课标Ⅲ）W 、X 、Y 、Z 均为短周期元素且原子序数依次增大，元素X 和Z 同族。盐YZW 与浓盐酸反应，有黄绿色气体产生，此气体同冷烧碱溶液作用，可得到含YZW 的溶液。下列说法正确的是（ ） A ．原子半径大小为W ＜X ＜Y ＜Z B ．X 的氢化物水溶液酸性强于Z 的 C ．Y 2W 2与ZW 2均含有非极性共价键 D ．标准状况下W 的单质状态与X 的相同 11．（2015?安徽）碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图，下列有关该物质的说法正确的是（ ） A ．分子式为C 3H 2O 3 B ．分子中含6个σ键高中化学选修三——晶体结构与性质
分子结构与性质完美版
物质结构与性质+近十年高考真题
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