专题23 物质结构与性质选修3年高考2年模拟1年原创备战高考精品系列之化学解析版.docx
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专题23 物质结构与性质选修3年高考2年模拟1年原创备战高考精品系列之化学解析版.docx
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专题23物质结构与性质选修3年高考2年模拟1年原创备战高考精品系列之化学解析版
物质结构与性质这部分知识主要出现在选择题及选考题中。
在选择题中,主要是有关原子结构的计算、同位素、元素周期律中物质或元素性质的递变规律、元素在周期表中的位置与其性质的关系、化合物中原子的电子排布、分子的结构、晶体的结构和性质、新发现的元素等。
在非选择题中,主要考查元素的推断,物质的结构、性质、位置三者的关系。
通过近几年的高考情况以及最新的考试说明,该部分知识在一些省市中考查选择题,新课标、山东、江苏等试卷以选考题的形式出现,重点考查原子结构和同位素的考点,常以重大科技成果为题材,寓教于考;化学键类型与晶体类型的判断、成键原子最外层8电子结构的判断、离子化合物和共价化合物的电子式、各类晶体物理性质的比较、晶体的空间结构等。
☆★考点一:
原子结构与性质
1、原子核外电子运动状态,以及电子云、电子层(能层)、原子轨道(能级)的含义.
电子云:
用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近,电子出现的机会大,电子云密度越大;离核越远,电子出现的机会小,电子云密度越小.
电子层(能层):
根据电子的能量差异和主要运动区域的不同,核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q.
原子轨道(能级即亚层):
处于同一电子层的原子核外电子,也可以在不同类型的原子轨道上运动,分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道,s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形,d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7.
2、能级交错图和1-36号元素的核外电子排布式.
①根据构造原理,基态原子核外电子的排布遵循图⑴箭头所示的顺序。
②根据构造原理,可以将各能级按能量的差异分成能级组如图⑵所示,由下而上表示七个能级组,其能量依次升高;在同一能级组内,从左到右能量依次升高。
基态原子核外电子的排布按能量由低到高的顺序依次排布。
3、元素电离能和元素电负性
(1)第一电离能:
气态电中性基态原子失去1个电子,转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。
常用符号I1表示,单位为kJ/mol。
(2)元素的电负性:
元素的原子在分子中吸引电子对的能力叫做该元素的电负性。
【例1】以下有关元素性质的说法不正确的是
A.①Na,K,Rb②N,P,As③O,S,Se④Na,P,O元素的电负性随原子序数增大而递增的是④
B.下列原子中,①1s22s22p63s23pl②1s22s22p63s23p2③1s22s22p63s23p3④1s22s22p63s23p4对应的第一电离能最大的是④
C.某元素的逐级电离能分别为738、1451、7733、10540、13630、17995、21703,该元素可能在第三周期第IIA族
D.以下原子中,①1s22s22p63s23p2②1s22s22p3③1s22s22p2④1s22s22p63s23p4半径最大的是①
【答案】B
☆★考点二:
化学键与物质的性质
1、离子键
(1)化学键:
相邻原子之间强烈的相互作用.化学键包括离子键、共价键和金属键.
(2)离子键:
阴、阳离子通过静电作用形成的化学键.
离子键强弱的判断:
离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强,离子晶体的熔沸点越高.
2、共价键的主要类型σ键和π键
(1)共价键的分类和判断:
σ键(“头碰头”重叠)和π键(“肩碰肩”重叠)、极性键和非极性键,还有一类特殊的共价键-配位键.
(2)共价键三参数.
概念
对分子的影响
键能
拆开1mol共价键所吸收的能量(单位:
kJ/mol)
键能越大,键越牢固,分子越稳定
键长
成键的两个原子核间的平均距离(单位:
10-10米)
键越短,键能越大,键越牢固,分子越稳定
键角
分子中相邻键之间的夹角(单位:
度)
键角决定了分子的空间构型
共价键的键能与化学反应热的关系:
反应热=所有反应物键能总和-所有生成物键能总和.
3、极性键和非极性键
(1)共价键:
原子间通过共用电子对形成的化学键
(2)键的极性
极性键:
不同种原子之间形成的共价键,成键原子吸引电子的能力不同,共用电子对发生偏移
非极性键:
同种原子之间形成的共价键,成键原子吸引电子的能力相同,共用电子对不发生偏移
(3)分子的极性
①极性分子:
正电荷中心和负电荷中心不相重合的分子
非极性分子:
正电荷中心和负电荷中心相重合的分子
②分子极性的判断:
分子的极性由共价键的极性及分子的空间构型两个方面共同决定.
非极性分子和极性分子的比较
非极性分子
极性分子
形成原因
整个分子的电荷分布均匀,对称
整个分子的电荷分布不均匀、不对称
存在的共价键
非极性键或极性键
极性键
分子内原子排列
对称
不对称
举例说明:
分子
共价键的极性
正负电荷中心
结论
举例
同核双原子分子
非极性键
重合
非极性分子
H2、N2、O2
异核双原子分子
极性键
不重合
极性分子
CO、HF、HCl
异核多原子分子
分子中各键的向量和为零
重合
非极性分子
CO2、BF3、CH4
分子中各键的向量和不为零
不重合
极性分子
H2O、NH3、CH3Cl
③相似相溶原理:
极性分子易溶于极性分子溶剂中(如HCl易溶于水中),非极性分子易溶于非极性分子溶剂中(如CO2易溶于CS2中)
4、分子的空间立体结构
常见分子的类型与形状比较
分子类型
分子形状
键角
键的极性
分子极性
代表物
A
球形
非极性
He、Ne
A2
直线形
非极性
非极性
H2、O2
AB
直线形
极性
极性
HCl、NO
ABA
直线形
180°
极性
非极性
CO2、CS2
ABA
V形
≠180°
极性
极性
H2O、SO2
A4
正四面体形
60°
非极性
非极性
P4
AB3
平面三角形
120°
极性
非极性
BF3、SO3
AB3
三角锥形
≠120°
极性
极性
NH3、NCl3
AB4
正四面体形
109°28′
极性
非极性
CH4、CCl4
AB3C
四面体形
≠109°28′
极性
极性
CH3Cl、CHCl3
AB2C2
四面体形
≠109°28′
极性
极性
CH2Cl2
直线
三角形
V形
四面体
三角锥
V形H2O
【例2】下列描述中正确的是()
A.CS2 为空间构型为V形的极性分子
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
D.HCN、SiF4和SO32- 的中心原子均为sp3杂化
【答案】B
☆★考点三:
晶体结构与性质
1、离子晶体
①离子键的强弱可以用晶格能的大小来衡量,晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量.晶格能越大,离子晶体的熔点越高、硬度越大.
②离子晶体:
通过离子键作用形成的晶体.
典型的离子晶体结构:
NaCl型和CsCl型.氯化钠晶体中,每个钠离子周围有6个氯离子,每个氯离子周围有6个钠离子,每个氯化钠晶胞中含有4个钠离子和4个氯离子;氯化铯晶体中,每个铯离子周围有8个氯离子,每个氯离子周围有8个铯离子,每个氯化铯晶胞中含有1个铯离子和1个氯离子。
NaCl型晶体
CsCl型晶体
每个Na+离子周围被6个C1—离子所包围,同样每个C1—也被6个Na+所包围。
每个正离子被8个负离子包围着,同时每个负离子也被8个正离子所包围。
晶胞中粒子数的计算方法--均摊法.
位置
顶点
棱边
面心
体心
贡献
1/8
1/4
1/2
1
2、分子晶体
(1)分子间作用力的含义,化学键和分子间作用力的区别
分子间作用力:
把分子聚集在一起的作用力.分子间作用力是一种静电作用,比化学键弱得多,包括范德华力和氢键.
范德华力一般没有饱和性和方向性,而氢键则有饱和性和方向性.
(2)分子晶体的含义,分子间作用力的大小对物质某些物理性质的影响.
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.典型的有冰、干冰.
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.
(3)氢键的存在对物质性质的影响
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高
影响物质的性质方面:
增大溶沸点,增大溶解性
表示方法:
X—H……Y(NOF)一般都是氢化物中存在
3、原子晶体
(1)原子晶体:
所有原子间通过共价键结合成的晶体或相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体
(2)典型的原子晶体有金刚石(C)、晶体硅(Si)、二氧化硅(SiO2)
金刚石是正四面体的空间网状结构,最小的碳环中有6个碳原子,每个碳原子与周围四个碳原子形成四个共价键;晶体硅的结构与金刚石相似;二氧化硅晶体是空间网状结构,最小的环中有6个硅原子和6个氧原子,每个硅原子与4个氧原子成键,每个氧原子与2个硅原子成键
(3)共价键强弱和原子晶体熔沸点大小的判断:
原子半径越小,形成共价键的键长越短,共价键的键能越大,其晶体熔沸点越高.如熔点:
金刚石>碳化硅>晶体硅.
4、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.
晶体类型
原子晶体
分子晶体
金属晶体
离子晶体
粒子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
阴、阳离子
粒子间作用(力)
共价键
分子间作用力
复杂的静电作用
离子键
熔沸点
很高
很低
一般较高,少部分低
较高
硬度
很硬
一般较软
一般较硬,少部分软
较硬
溶解性
难溶解
相似相溶
难溶(Na等与水反应)
易溶于极性溶剂
导电情况
不导电
(除硅)
一般不导电
良导体
固体不导电,熔
化或溶于水后导电
实例
金刚石、水晶、碳化硅等
干冰、冰、纯硫酸、H2(S)
Na、Mg、Al等
NaCl、CaCO3
NaOH等
【例3】钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,结构如图所示,有关说法正确的是
A.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有6个
B.晶体中Ba2+的配位数为8
C.晶体的化学式为Ba2O2
D.该化合物是含有非极性键的离子化合物
【答案】D
☆★考点四:
简单配合物
简单配合物的成键情况
概念
表示
条件
共用电子对由一个原子单方向提供给另一原子共用所形成的共价键。
A
B
电子对给予体电子对接受体
其中一个原子必须提供孤对电子,另一原子必须能接受孤对电子的轨道。
(1)配位键:
一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键。
即成键的两个原子一方提供孤对电子,一方提供空轨道而形成的共价键。
(2)配合物:
由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子(或离子)以配位键形成的化合物称配合物,又称络合物。
①形成条件:
a.中心原子(或离子)必须存在空轨道;
b.配位体具有提供孤电子对的原子.
②配合物的组成
③配合物的性质:
配合物具有一定的稳定性.配合物中配位键越强,配合物越稳定.当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。
【例4】下列对[Zn(NH3)4]SO4配合物的说法不正确的是( )
A.SO42﹣是内界B.配位数是4
C.Zn2+是中心离子D.NH3是配位体
【答案】A
1.【2018新课标1卷】Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。
回答下列问题:
(1)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_____、_____(填标号)。
A.
B.
C.
D.
(2)Li+与H−具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H−),原因是______。
(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为______。
LiAlH4中,存在_____(填标号)。
A.离子键B.σ键C.π键D.氢键
(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born−Haber循环计算得到。
可知,Li原子的第一电离能为________kJ·mol−1,O=O键键能为______kJ·mol−1,Li2O晶格能为______kJ·mol−1。
(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。
已知晶胞参数为0.4665nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为______g·cm−3(列出计算式)。
【答案】DCLi+核电荷数较大正四面体sp3AB5204982908
示意图可知Li原子的第一电离能是1040kJ/mol÷2=520kJ/mol;0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249kJ,所以O=O键能是249kJ/mol×2=498kJ/mol;晶格能是气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量,根据示意图可知Li2O的晶格能是2908kJ/mol;
(5)根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中,共计是8个,根据化学式可知氧原子个数是4个,则Li2O的密度是
。
考点定位:
考查核外电子排布,轨道杂化类型的判断,分子构型,电离能、晶格能,化学键类型,晶胞的计算等知识,
【试题点评】本题考查核外电子排布,轨道杂化类型的判断,分子构型,电离能、晶格能,化学键类型,晶胞的计算等知识,保持了往年知识点比较分散的特点,立足课本进行适当拓展,但整体难度不大。
难点仍然是晶胞的有关判断与计算,晶胞中原子的数目往往采用均摊法:
①位于晶胞顶点的原子为8个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为1/8;②位于晶胞面心的原子为2个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为1/2;③位于晶胞棱心的原子为4个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为1/4;④位于晶胞体心的原子为1个晶胞共用,对一个晶胞的贡献为1。
2.【2018新课标2卷】硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示:
H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
−85.5
115.2
>600(分解)
−75.5
16.8
10.3
沸点/℃
−60.3
444.6
−10.0
45.0
337.0
回答下列问题:
(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为__________,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_________形。
(2)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是_________。
(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为__________。
(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为_____形,其中共价键的类型有______种;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。
晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为___________g·cm−3;晶胞中Fe2+位于
所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为______nm。
【答案】
哑铃(纺锤)H2SS8相对分子质量大,分子间范德华力强平面三角2sp3
考点定位:
物质结构与性质的综合考查,涉及核外电子排布、杂化轨道、空间构型、晶体熔沸点比较以及晶胞结构判断与计算等
【试题点评】本题主要是考查核外电子排布、杂化轨道、空间构型、晶体熔沸点比较以及晶胞结构判断与计算等,难度中等。
其中杂化形式的判断是难点,由价层电子特征判断分子立体构型时需注意:
价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的立体构型,而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型,不包括孤电子对。
①当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致;②当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致;价层电子对互斥模型能预测分子的几何构型,但不能解释分子的成键情况,杂化轨道理论能解释分子的成键情况,但不能预测分子的几何构型。
两者相结合,具有一定的互补性,可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。
3.【2018新课标3卷】锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。
回答下列问题:
(1)Zn原子核外电子排布式为________________。
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。
第一电离能Ⅰ1(Zn)_______Ⅰ1(Cu)(填“大于”或“小于”)。
原因是________________。
(3)ZnF2具有较高的熔点(872℃),其化学键类型是_________;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是________________。
(4)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。
ZnCO3中,阴离子空间构型为________________,C原子的杂化形式为________________。
(5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为_______________。
六棱柱底边边长为acm,高为ccm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为________________g·cm-3(列出计算式)。
【答案】[Ar]3d104s2大于Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子离子键ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小平面三角形sp2六方最密堆积(A3型)
(5)由图示,堆积方式为六方最紧密堆积。
为了计算的方便,选取该六棱柱结构进行计算。
六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的,面心是两个六棱柱共用,所以该六棱柱中的锌原子为12×
+2×
+3=6个,所以该结构的质量为6×65/NAg。
该六棱柱的底面为正六边形,边长为acm,底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和,根据正三角形面积的计算公式,该底面的面积为6×
cm2,高为ccm,所以体积为6×
cm3。
所以密度为:
g·cm-3。
考点定位:
物质结构与性质的综合考查,涉及核外电子排布,轨道杂化类型的判断,分子构型,电离能、相似相容原理,化学键类型,晶胞的计算等知识,
【试题点评】本题是比较常规的结构综合习题,考查的知识点也是多数习题考查的重点知识。
需要指出的是最后一步的计算,可以选择其中的晶胞,即一个平行六面体作为计算的单元,直接重复课上讲解的密度计算过程即可。
本题的解析中选择了比较特殊的解题方法,选择六棱柱作为计算单元,注意六棱柱并不是该晶体的晶胞(晶胞一定是平行六面体),但是作为一个计算密度的单元还是可以的。
4.【2018江苏卷】臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为
和
,NOx也可在其他条件下被还原为N2。
(1)
中心原子轨道的杂化类型为___________;
的空间构型为_____________(用文字描述)。
(2)Fe2+基态核外电子排布式为__________________。
(3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为_____________(填化学式)。
(4)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)=__________________。
(5)[Fe(H2O)6]2+与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2+中,NO以N原子与Fe2+形成配位键。
请在[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
【答案】[物质结构与性质]
(1)sp3平面(正)三角形
(2)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6
(3)NO2−
(4)1∶2
(5)
【解析】
考点定位:
本题以“臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO42-和NO3-,NOx也可在其他条件下被还原为N2”为背景素材,考查离子核外电子排布式的书写、原子杂化方式的判断、离子空间构型的判断、等电子体的书写、σ键和π键的计算、配合物结构的表示方法等。
【试题点评】思路点拨:
(1)根据中心原子的价层电子对数既可以判断中心原子的杂化类型,也可以判断分子或离子的空间构型;
(2)也可以根据等电子原理判断等电子体的空间构型;(3)根据核外电子排布的一般规律书写基态原子或离子的电子排布式;(4)三键中含1个σ键和2个π键;(5)根据配合物的化学式分析其内界的结构。
易错提醒:
(1)原子在化学变化中先失去最外层的电子;
(2)注意配位键中的电子对由配位原子提供,故在配合物的结构示意图中,一定要注意配位原子与中心原子直接相连。
5.【2017新课标1卷】钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。
回答下列问题:
(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为_______nm(填标号)。
A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5
(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是_________,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为___________。
K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是___________________________。
(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在
离子。
离子的几何构型为_____________,中心原子的杂化形式为________________。
(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。
K与O间的最短距离为______nm,与K紧邻的O个数为__________。
(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于______位置,O处于______位置。
【参考答案】
(1)A
(2)N球形K的原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(3)V形sp3(4)0.31512(5)体心棱心
6.【2017新课标2卷】我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。
回答下列问题:
(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为_____________。
(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。
第二周期部分元素的E1变化趋势如图(a)所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是___________;氮元素的E1呈现异常的原因是__________。
(3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。
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