高考化学专题分类汇编 专题二十三 选修3物质结构与性质解析版.docx
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高考化学专题分类汇编专题二十三选修3物质结构与性质解析版
专题二十三选修3物质结构与性质(解析版)
1、【2019新课标Ⅰ卷】在普通铝中加入少量Cu与Mg后,形成一种称为拉维斯相得MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材得硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,就是制造飞机得主要材料。
回答下列问题:
(1)下列状态得镁中,电离最外层一个电子所需能量最大得就是(填标号)。
(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)就是一种有机化合物,分子中氮、碳得杂化类型分别就是、
。
乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因就是,其中与乙二胺形成得化合物稳定性相对较高得就是(填“Mg2+”或“Cu2+”)。
(3)一些氧化物得熔点如下表所示:
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得原因。
(4)图(a)就是MgCu2得拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙与半数得四面体空隙中,填入以四面体方式排列得Cu.图(b)就是沿立方格子对角面取得得截图。
可见,Cu原子之间最短距离x=pm,Mg原子之间最短距离y=pm.设阿伏加德罗常数得值为NA,则MgCu2得密度就是g•cm﹣3(列出计算表达式)。
【答案】
(1)A
(2)sp3;sp3;乙二胺得两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键;Cu2+
(3)Li2O与MgO就是离子晶体、P4O6与SO2就是分子晶体,晶格能MgO>Li2O,分子间作用力:
P4O6>SO2
(4)
a;
a;
【解析】
(1)AD微粒都就是Mg原子失去一个电子后得到得,但就是D微粒能量高于A,稳定性A>D,所以失电子能量A>D;BC都就是原子,但就是B就是基态、C就是激发态,能量:
C>B,稳定性B>C,所以失去一个电子能量:
B>C;A微粒就是B失去一个电子得到得,且A轨道中电子处于半满状态,较稳定,所以失去一个电子能力A>B,
通过以上分析知,电离最外层一个电子所需能量最大得就是A,
故答案为:
A;
(2)每个N原子形成得共价键有2个N﹣H键、1个N﹣C键,且还含有1个孤电子对;每个C原子形成得共价键有2个C﹣H键、2个C﹣N键,所以N、C原子价层电子对个数都就是4,根据价层电子对互斥理论判断N、C原子杂化类型分别为sp3、sp3;含有孤电子对得原子与含有空轨道得原子之间易形成配位键,乙二胺得两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键,所以乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子;碱土金属与乙二胺形成得化合物稳定性较弱,所以与乙二胺形成得化合物稳定性相对较高得就是Cu2+、
(3)晶体熔沸点:
离子晶体>分子晶体,离子晶体熔沸点与晶格能有关,晶格能越大熔沸点越高,晶格能与离子半径成反比,与电荷成正比,分子晶体熔沸点与分子间作用力有关,分子间作用力与相对分子质量有关,相对分子质量越大其分子间作用力越大,Li2O与MgO就是离子晶体、P4O6与SO2就是分子晶体,且晶格能MgO>Li2O,分子间作用力:
P4O6>SO2,所以熔沸点:
MgO>Li2O>P4O6>SO2、
(4)如图
所示,AB之间得距离为面对角线长度=
apm,AB之间距离相当于4个Cu原子直径,x距离1个Cu原子直径=
;
体对角线长度=
棱长=
×apm,CD距离为y,该长度为体对角线BC长度得
=
×
×apm=
apm;该晶胞中Mg原子位于8个顶点上、6个面心上,在晶胞内部有4个Mg原子,所以Mg原子个数=8×
+6×
+4=8,Cu原子都位于晶胞内部,有16个;
晶胞体积=(a×10﹣10cm)3,晶胞密度=
=
g/cm3=
g/cm3。
2、【2019新课标Ⅱ卷】近年来我国科学家发现了一系列意义重大得铁系超导材料,其中一类为Fe−Sm−As−F−O组成得化合物。
回答下列问题:
(1)元素As与N同族。
预测As得氢化物分子得立体结构为_______,其沸点比NH3得_______(填“高”或“低”),其判断理由就是_________________________。
(2)Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子,Sm得价层电子排布式为4f66s2,Sm3+得价层电子排布式为______________________。
(3)比较离子半径:
F−__________O2−(填“大于”等于”或“小于”)。
(4)一种四方结构得超导化合物得晶胞结构如图1所示,晶胞中Sm与As原子得投影位置如图2所示。
图中F−与O2−共同占据晶胞得上下底面位置,若两者得比例依次用x与1−x代表,则该化合物得化学式表示为____________,通过测定密度ρ与晶胞参数,可以计算该物质得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得坐标系可以表示晶胞中各原子得位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1得坐标为(
),则原子2与3得坐标分别为__________、__________。
【答案】
(1)、三角锥形;低;NH3分子间存在氢键
(2)、4s;4f5(3)、小于
(4)、SmFeAsO1−xFx
【解析】
(1)As与N同族,则AsH3分子得立体结构类似于NH3,为三角锥形;由于NH3分子间存在氢键使沸点升高,故AsH3得沸点较NH3低;
(2)Fe为26号元素,Fe原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe原子失去1个电子使4s轨道为半充满状态,能量较低,故首先失去4s轨道电子;Sm得价电子排布式为4f66s2,失去3个电子变成Sm3+成为稳定状态,则应先失去能量较高得4s电子,所以Sm3+得价电子排布式为为4f5。
(3)F-与O2-得核外电子排布相同,核电荷数越大,则半径越小,故半径:
F- (4)由图1可知,每个晶胞中含Sm原子: 4 =2,含Fe原子: 4 +1=2,含As原子: 4 =2,含O原子: (8 +2 )(1-x)=2(1-x),含F原子: (8 +2 )x=2x,所以该化合物得化学式为SmFeAsO1-xFx; 根据该化合物得化学式为SmFeAsO1-xFx,一个晶胞得质量为 一个晶胞得体积为a2c 10-30cm3,则密度 = g/cm3。 根据原子1得坐标( ),可知原子2与3得坐标分别为( 0),(0,0, ), 3、【2019新课标Ⅲ卷】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与苯胺等作为原料制备。 回答下列问题: (1)在周期表中,与Li得化学性质最相似得邻族元素就是,该元素基态原子核外M层电子得自旋状态(填“相同”或“相反”)。 (2)FeCl3中得化学键具有明显得共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在得FeCl3得结构式为,其中Fe得配位数为。 (3)苯胺( )得晶体类型就是。 苯胺与甲苯( )得相对分子质量相近,但苯胺得熔点(﹣5、9℃)、沸点(184、4℃)分别高于甲苯得熔点(﹣95、0℃)、沸点(110、6℃),原因就是。 (4)NH4H2PO4中,电负性最高得元素就是;P得杂化轨道与O得2p轨道形成键。 (5)NH4H2PO4与LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链得多磷酸盐则就是一种复杂磷酸盐,如: 焦磷酸钠、三磷酸钠等。 焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示: 这类磷酸根离子得化学式可用通式表示为(用n代表P原子数)。 【答案】 (1)Mg;相反; (2) ;4; (3)分子晶体;苯胺分子之间存在氢键; (4)O;sp3;σ; (5)(PnO3n+1)(n+2)﹣ 【解析】 (1)在周期表中,与Li得化学性质最相似得邻族元素就是Mg,该元素基态原子核外M层电子2个电子得自旋状态相反。 (2)FeCl3中得化学键具有明显得共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在得FeCl3得结构式为 Fe原子周围有4个eCl,则其中Fe得配位数为4。 (3)苯胺 )得晶体类型就是分子晶体,构成微粒为分子,苯胺与甲苯( )得相对分子质量相近,但苯胺得熔点(﹣5、9℃)、沸点(184、4℃)分别高于甲苯得熔点(﹣95、0℃)、沸点(110、6℃),原因就是苯胺分子之间存在氢键。 (4)NH4H2PO4中,电负性最高得元素就是O;磷酸根离子中P形成4个σ键,则P得sp3杂化轨道与O得2p轨道形成σ键。 (5)由图可知,2个P原子时存在7个O,3个P原子时存在11个O,存在n个P时存在(3n+1)个O,则这类磷酸根离子得化学式可用通式表示为(PnO3n+1)(n+2)﹣。 4.【2019江苏卷21】Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。 以CuSO4、NaOH与抗坏血酸为原料,可制备Cu₂O。 (1)Cu2+基态核外电子排布式为。 (2) 得空间构型为(用文字描述); Cu2+与OH−反应能生成[Cu(OH)4]2−,[Cu(OH)4]2−中得配位原子为(填元素符号)。 (3)抗坏血酸得分子结构如图1所示,分子中碳原子得轨道杂化类型为; 推测抗坏血酸在水中得溶解性: (填“难溶于水”或“易溶于水”)。 (4)一个Cu2O晶胞(见图2)中,Cu原子得数目为。 【答案】 (1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 (2)正四面体O (3)sp3、sp2易溶于水(4)4 【解析】 (1)Cu原子失去4s能级上1个电子、3d能级上1个电子生成铜离子,该基态离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9; (2)SO42﹣中S原子价层电子对个数=4+ =4且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断该微粒空间构型为正四面体形;该配离子中Cu2+提供空轨道、O原子提供孤电子对形成配位键,所以配原子为O; (3) 中1、2、3号C原子价层电子对个数就是4,4、5、6号碳原子价层电子对个数就是3,根据价层电子对互斥理论判断该分子中C原子轨道杂化类型,1、2、3号C原子采用sp3杂化,4、5、6号C原子采用sp2杂化;抗坏血酸中羟基属于亲水基,增大其水解性,所以抗坏血酸易溶于水; (4)该晶胞中白色球个数=8× +1=2、黑色球个数为4,则白色球与黑色球个数之比=2: 4=1: 2,根据其化学式知,白色球表示O原子、黑色球表示Cu原子,则该晶胞中Cu原子数目为4。 5、【2019上海等级考】 Li3Fe2(PO4)3作为锂离子电池得正极材料时有良好得放电平台,通过提高材料得电导率可以有效得改善材料得性能。 35、CO2得电子式为,P原子得核外电子有种不同能量得电子。 【答案】 【解析】 物质结构与性质得综合作用 1.(2019·黑龙江哈尔滨统考) (1)三聚氰胺 中六元环结构与苯环类似,它与硝基苯得相对分子质量之差为3,三聚氰胺得熔点为354℃,硝基苯得熔点就是5、7℃。 ①三聚氰胺中,环上与环外得氮原子杂化轨道类型分别为________。 ②导致三聚氰胺与硝基苯熔点相差很大得根本原因就是 ________________________________________________________________________。 (2)一定条件下,碳、氮两种元素可形成一种化合物,该化合物可作耐磨材料,其熔点________(填“高于”“低于”或“无法判断”)金刚石得熔点。 (3)铁镁合金就是目前已发现得储氢密度最高得储氢材料之一,其晶胞结构如图所示。 则铁镁合金得化学式为__________,若该晶胞得参数为dnm,则该合金得密度为____________(不必化简,用NA表示阿伏加德罗常数)。 解析 (1)①三聚氰胺中环上、环外氮原子分别形成了2个σ键、3个σ键,均还有一个孤电子对,故价层电子对数分别为3、4,杂化轨道类型分别为sp2、sp3。 ②三聚氰胺中存在N—H键,分子间能形成氢键,导致熔点升高,硝基苯分子间不能形成氢键,故熔点较低。 (2)因氮得原子半径小于碳得原子半径,故键能: C—N>C—C,因而金刚石得熔点较低。 (3)依据均摊规则,晶胞中共有4个铁原子,8个镁原子,故化学式为Mg2Fe,一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,其质量为 ×104g= g,1nm=10-7cm,体积为10-21d3cm3,由此可求出其密度。 答案 (1)①sp2、sp3 ②三聚氰胺分子间能形成氢键,但硝基苯分子间不能形成氢键 (2)高于 (3)Mg2Fe g·cm-3(或其她合理答案) 2.(2018·河南八市二模)针对氮族元素中得N、P、As三种非金属元素回答下列相关问题。 (1)基态砷原子得价电子排布式为__________,同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子得就是__________(填元素符号)。 (2)雄黄(As4S4)就是很多人熟悉得一种物质,其分子结构如图所示,分子中所有原子最外层均达到8电子结构。 分子中含有得σ键得数目就是______,●表示得原子就是______,该原子得杂化形式就是__________。 (3)硝酸得沸点较低,从氢键得角度推断其可能得原因就是____________________。 硝酸根得空间构型就是____________。 (4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积,每个分子周围紧邻得分子有______个。 若白磷晶体晶胞得棱长为ypm,阿伏伽德罗常数得数值用NA表示,则白磷晶体得密度为__________g·cm-3。 解析 (1)基态砷原子得价电子排布式为4s24p3,其未成对电子数就是3个,同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子得就是V、Co(它们得价电子排布分别为3d34s2与3d74s2)。 (2)由雄黄(As4S4)得分子结构示意图可知,其分子中含有得σ键得数目就是10,●表示得原子与相邻得原子形成3个共价键,所以该原子就是砷,每个砷原子还有1个孤电子对,所以该原子得杂化形式就是sp3杂化。 (3)硝酸得沸点较低,从氢键得角度推断其可能得原因就是: 硝酸中存在分子内氢键。 硝酸根中氮原子得杂化类型就是sp2杂化,氮原子形成了3个σ键,所以其空间构型就是平面三角形。 (4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积,类比金属晶体中金属原子得密堆积,可知每个分子周围紧邻得分子有12个。 密堆积可能就是面心立方堆积也可能就是六方堆积,每个晶胞中有4个白磷分子,白磷晶体晶胞得棱长为ypm,阿伏伽德罗常数得数值用NA表示,则NA个晶胞得质量与体积分别就是496g与NA(y×10-10)3cm3,则白磷晶体得密度为 g·cm-3。 答案 (1)4s24p3 V、Co (2)10 砷 sp3杂化 (3)硝酸中存在分子内氢键 平面三角形 (4)12 3.(2018·江西南昌二模)核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。 在爆炸得核电站周围含有放射性物质碘-131与铯-137。 碘-131一旦被人体吸入,可能会引发甲状腺肿大等疾病。 (1)与铯同主族得前四周期(包括第四周期)得三种元素X、Y、Z得第一电离能如下表: 元素代号 X Y Z 第一电离能(kJ·mol-1) 520 496 419 基态Z原子得核外电子排布式为________。 X、Y、Z三种元素形成得单质熔点由高到低得顺序为__________(用元素符号表示),其原因为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)F与I同主族,BeF2就是由三个原子构成得共价化合物分子,分子中中心原子Be得杂化类型为__________,BeF2分子得空间构型就是________。 (3)Cl与I同主族,Cl具有很强得活泼性,可以形成很多含氧化合物,其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱得顺序为______________________________________。 (4)131I2晶体得晶胞结构如图甲所示,该晶胞中含有______个131I2分子,该晶体属于________(填晶体类型)。 (5)KI得晶胞结构如图乙所示,每个K+得配位数为______。 KI晶体得密度为________ρg·cm-3,K与I得摩尔质量分别为Mkg·mol-1与MIg·mol-1,原子半径分别为rKcm与rIcm,阿伏加德罗常数得值为NA,则KI晶胞中得空间利用率为__________________。 解析 (1)由铯得最外层电子排布式为6s1可知X、Y、Z为第ⅠA族,而ⅠA族前四周期得元素分别为H、Li、Na、K,又由提供得X、Y得第一电离能得差值与Y、Z得第一电离能得差值相差不大可知,X、Y、Z不可能有H元素,而同主族元素随着电子层数得增加,第一电离能逐渐减小,故X、Y、Z分别为Li、Na、K,则基态K原子得核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1;由于锂、钠、钾为金属晶体,它们得价电子数相等,金属离子所带得电荷数相同,离子半径依次增大,金属键依次减弱,故熔点依次降低,即熔点为Li>Na>K; (2)BeF2分子内中心原子为Be,其价电子数为2,F提供2个电子,所以Be原子得价层电子对数为(2+2)/2=2,Be原子得杂化类型为sp杂化,BeF2分子得空间构型就是直线形;(3)非羟基氧原子个数越多,含氧酸得酸性越强,则含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱得顺序为HClO4>HClO3>HClO2>HClO。 (4)由碘晶胞可知,131I2在晶胞得8个顶点与6个面上,故一个晶胞中含有4个131I2分子;该晶体属于分子晶体;(5)根据晶胞结构可知KI晶胞与NaCl晶胞结构相似,每个K+紧邻6个I-,每个K+得配位数为6;晶胞中K与I均就是4个,原子半径分别为rKcm与rIcm,则晶胞得边长就是2rKcm+2rIcm,因此KI晶体得密度为 g/cm3= g/cm3,KI晶胞中得空间利用率为 ×100%= ×100%。 答案: (1)1s22s22p63s23p64s1 Li>Na>K 锂、钠、钾为金属晶体,由于它们得价电子数相等,金属离子所带得电荷数相同,离子半径依次增大,金属键依次减弱,故熔点依次降低 (2)sp 直线型 (3)HClO4>HClO3>HClO2>HClO (4)4 分子 (5)6 [4π(r +r )ρNA×100%]/[3(Mk+MI)]或[2π(r +r )×100%]/3(rk+rI)3 4.(2019·河北衡水检测)化学科学得发展离不开物质结构得探索与研究。 物质结构研究对于保护生态环境、实现社会得可持续发展有重要得意义。 请回答下列问题: (1)基态铜原子最外层电子所占用能级得电子云轮廓图形状为________,基态硒原子得价电子排布图为________。 (2)次氯酸分子得VSEPR模型名称为________,中心原子得杂化类型为________。 (3)C、O、F三者得第一电离能由小到大得顺序为________。 (4)CaO得熔点比BaO______(填“高”或“低”),原因就是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)H2SeO4得酸性比H2SeO3强,原因就是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 (6)与CN-互为等电子体得离子有__________(写出一种即可)。 (7)Fe与S形成得某种晶胞如图所示: 其中白球表示S,黑球表示Fe,则该物质得化学式为________。 该晶胞中硫原子得配位数为________;假设该晶胞得密度为ρg/cm3,用NA表示阿伏加德罗常数,则该晶胞中距离最近得S原子之间得距离为________pm、 解析 (1)基态Cu原子核外有4个电子层,最高能层为第四层,即N层,最外层电子为4s1电子,该能层电子得电子云轮廓图形状为球形,硒为34号元素,有6个价电子,所以硒得价层电子排布式为4s24p4,价层电子排布图为 。 (2)次氯酸分子中中心原子O有2对孤对电子与2个σ键,VSEPR模型为四面体,O原子采取sp3杂化; (3)同一周期中,元素得第一电离能随着原子序数得增大而增大,所以C、O、F元素第一电离能为C<O<F; (4)离子晶体中离子半径越小,则离子键键能越大,其晶体得晶格能越大,熔点越高,已知钙离子半径小于钡离子半径,所以CaO得熔点高于BaO; (5)H2SeO4中非羟基氧数目多,所以酸性更强,即H2SeO4得酸性比H2SeO3强; (6)将CN-中C原子及1个负电荷换成1个N原子,可得等电子体N2,将N原子及1个负电荷换成1个O原子,可得等电子体CO,同理互为等电子体得离子有O 或C 等; (7)黑球铁处于晶胞内部,晶胞中含有4个Fe原子,白球S处于顶点与面心,晶胞中含有S原子数目为6× +8× =4,约成最简整数比即得化学式为FeS,根据图示,每个铁原子周围有四个硫原子,即晶胞中铁原子得配位数为4,则硫原子得配位数也为4;晶胞质量为4× g,假设该晶胞得边长为acm,则(acm)3×ρg/cm3=4× g,则a= 距离最近得S原子之间距离为晶胞边长得 故S原子之间距离为 × cm= × ×1010pm。 答案 (1)球形 (2)四面体型 sp3杂化 (3)C<O<F (4)高 Ca2+半径比Ba2+小,CaO得晶格能比BaO大 (5)H2SeO4与H2SeO3可用(HO)mSeOn,H2SeO4中得n值大,Se得正电性高导致Se-O-H中O得电子向Se偏移,在水分子得作用下更容易电离出H+,所以酸性更强(或者说H2SeO4中非羟基氧数目多,所以酸性更强也可) (6)O 或C (7)FeS 4 × ×1010 5.(2019·山东日照诊断)氟及其化合物用途非常广泛。 回答下列问题: (1)基态氟原子得价电子排布式为________。 (2)C2F4可用于合成聚四氟乙烯,HBF4可用于蚀刻玻璃,NO2F可用作火箭推进剂中得氧化剂,NaAlF6可用作电冶铝得助熔剂。 ①C2F4分子中所含共价键得类型有________,C2F4分子中碳原子得杂化轨道类型
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