高考化学备考优生百日闯关系列专题07物质结构选修含解析1

高考化学备考优生百日闯关系列专题07物质结构选修含解析1

专题 07 物质结构（选修） 1．【2016 年新课标Ⅰ卷】锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答 下列问题： （1）基态 Ge 原子的核外电子排布式为 Ar]____________，有__________个未成对电子。 （2）Ge 与 C 是同族元素，C 原子之间可以形成双键、叁键，但 Ge 原子之间难以形成双键 或叁键。从原子结构角度分析，原因是________________。 （3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_____________________。 GeCl4 GeBr4 GeI4 熔点/℃ −49.5 26 146 沸点/℃ 83.1 186 约 400 （4）光催化还原 CO2 制备 CH4 反应中，带状纳米 Zn2GeO4 是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、 O 电负性由大至小的顺序是______________。 （5）Ge 单晶具有金刚石型结构，其中 Ge 原子的杂化方式为_______________________， 微粒之间存在的作用力是_____________。 （6）晶胞有两个基本要素： ①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为 Ge 单晶的晶胞，其中原子坐标 参数 A 为（0,0,0）；B 为（ 1 2 ，0，1 2 ）；C 为（ 1 2 ，1 2 ，0）。则 D 原子的坐标参数为______。 ②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知 Ge 单晶的晶胞参数 a=565.76 pm，其密度为 __________g·cm-3（列出计算式即可）。 【答案】（1）3d104s24p2 ；2； （2）锗的原子半径大，原子之间形成的ρ单键较长，p-p 轨道肩并肩重叠的程度很小或几 乎不能重叠，难以形成π键； （3）GeCl4、GeBr4、GeI4 熔沸点依次升高；原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大， 分子间相互作用力逐渐增强； （4）O＞Ge＞Zn； （5）sp3 ；共价键； （6）①( 4 1 ； 4 1 ； 4 1 )；② 7 3 1076.56502.6 738   。 2．【2016 年新课标Ⅱ卷】东晋《华阳国志•南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜 （铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题： （1）镍元素基态原子的电子排布式为_________，3d 能级上的未成对的电子数为______。 （2）硫酸镍溶于氨水形成 Ni(NH3)6]SO4 蓝色溶液。 ①Ni(NH3)6]SO4 中阴离子的立体构型是_____。 ②在 Ni(NH3)6]2+中 Ni2+与 NH3 之间形成的化学键称为______，提供孤电子对的成键原子是 _____。 ③氨的沸点 （填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是______；氨是_____分子（填 “极性”或“非极性”），中心原子的轨道杂化类型为_______。 （3）单质铜及镍都是由______键形成的晶体：元素铜与镍的第二电离能分别为： ICu=1959kJ/mol，INi=1753kJ/mol，ICu>INi 的原因是______。 （4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 ①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_____。 ②若合金的密度为 dg/cm3，晶胞参数 a=________nm 【答案】（ 1）1s22s22p63s23p63d84s2 或 Ar] 3d84s2 2 （2）①正四面体 ②配位键 N ③高于 NH3 分子间可形成氢键 极性 sp3 （3）金属 铜失去的是全充满的 3d10 电子，镍失去的是 4s1 电子 （4）①3:1 ② 【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，化学键类型，晶胞的计算 等知识。 【名师点睛】本题考查核外电子排布，轨道杂化类型的判断，分子构型，物质熔沸点的判断， 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。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。 原子结构与性质的考查集中在核外电子排布规律以及元素性质的周期性变化和应用方向。 题型以填空题为主，常与物质结构和性质的其他考点综合在一起来考查。问题的设置以核外电 子排布的表示方法和元素电负性、电离能的大小判断，及其变化规律和应用为主；分子结构与 性质的考查集中在共价键的类型特征，杂化轨道和分子类型及微粒之间作用力的判断和比较等。 题型以填空题为主，常作为综合应用的一个方面进行考查，比如分子立体构型和极性，分子间 作用力与物质性质的比较等；晶体结构与性质是高考重点考查的内容，要求熟悉常见晶体结构 与性质的关系，具备从宏观和微观两个方面理解应用晶体知识的能力。 1、原子的核外电子排布式(图)的书写 （1）核外电子排布式：用数字在能级符号右上角表明该能级上排布的电子数。例如，K： 1s22s22p63s23p64s1。为了简化，通常把内层已达稀有气体电子结构的部分称为“原子实”， 用该稀有气体的元素符号加方括号来表示。例如，K：Ar]4s1。 （2）核外电子排布图：用□表示原子轨道，↑和↓分别表示两种不同自旋方向的电子。如 氧原子的核外电子排布图可表示为 。核外电 子排布图能直观地反映出原子的核外电子的自旋情况以及成对电子对数和未成对的单电子 数。 （3）价电子排布式：如 Fe 原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，价电子排布式为 3d64s2。价电子排布式能反映基态原子的能层数和参与成键的电子数以及最外层电子数。 （4）构造原理是书写基态原子的电子排布式的依据，也是绘制基态原子的电子排布图的主 要依据之一。 2、原子结构与元素周期表位置关系：若已知元素的外围电子排布，可直接判断该元素在周 期表中的位置。如：某元素的外围电子排布为 4s24p4，由此可知，该元素位于 p 区，为第 4 周期ⅥA 族元素。即最大能层为其周期数，最外层电子数为其族序数，但应注意过渡元素(副 族与第Ⅷ族)的最大能层为其周期数，外围电子数应为其纵列数而不是其族序数(镧系、锕 系除外)；根据元素金属性与非金属性可将元素周期表分为金属元素区和非金属元素区，处 于金属与非金属交界线(又称梯形线)附近的非金属元素具有一定的金属性，又称为半金属 或准金属，但不能叫两性非金属。 3、由价层电子特征判断分子立体构型：判断时需注意以下两点： （1）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。 （2）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。 4、在对物质性质进行解释时，是用化学键知识解释，还是用范德华力或氢键的知识解释， 要根据物质的具体结构决定；范德华力越大，熔、沸点越高。组成结构相似的物质，相对 分子质量越大，范德华力越大。同分异构体中，支链越多，范德华力越小。相对分子质量 相近的分子，极性越大，范德华力越大。 5、晶体的结构决定晶体的性质，晶体的性质反映了晶体的结构，物质的组成和结构是判断 晶体类型的根本依据，在根据物质的性质和类别判断晶体类型时还要考虑到不同物质的特 性，如一般情况下盐类是离子晶体，但 AlCl3 是分子晶体，原子晶体一般不导电，但晶体 硅能导电等。 6、判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如 NaCl 晶体中， Na＋周围的 Na＋数目(Na＋用“○”表示)： ，每个面 上有 4 个，共计 12 个；常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、 K、Cu 等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时， 可以直接套用某种结构。 原子结构与性质的考查集中在核外电子排布规律以及元素性质的周期性变化和应用方向。题 型以填空题为主，常与物质结构和性质的其他考点综合在一起来考查。问题的设置以核外电子 排布的表示方法和元素电负性、电离能的大小判断，及其变化规律和应用为主。2017 年考查点 和命题方式将保持不变。 分子结构与性质的考查集中在共价键的类型特征，杂化轨道和分子类型及微粒之间作用力的判 断和比较等。题型以填空题为主，常作为综合应用的一个方面进行考查，比如分子立体构型和 极性，分子间作用力与物质性质的比较等，2017 年将仍会持续考查，应重点理解杂化轨道和分 子构型的关系、氢键和配位键的含义等。 晶体结构与性质是高考重点考查的内容，要求熟悉常见晶体结构与性质的关系，具备从宏 观和微观两个方面理解应用晶体知识的能力，2017 高考将在根据晶胞确定晶体的组成并进行相 关的计算上、晶格能对离子晶体性质的影响、常见金属晶体的堆积方式上重点考查。 物质结构与性质 原子结构与性质 晶体结构与性质 分子结构与性质 化学式、结构式、电子式、等电子体 电子排布式、轨道表示式 电离能说明某些元素的性质 元素的性质与电负性的关系 判断σ键和π键，计算其个数 用键能、键长、键角等键参数说明分子的某些性质 杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型 用价层电子对互斥理论推测常见的简单分子或离子 的空间结构 含氢键的物质、氢键对物质性质的影响 典型晶体结构、根据晶胞确定晶 体的组成并进行相关计算 晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响 1、原子结构和性质：①把握电子排布规律。通过对 1~36 号元素电子排布式的书写，来进 一步理解相关规律；②熟悉第一电离能和电负性与元素金属性与非金属性的关系。 2、分子结构与性质：要正确理解化学键的概念及其本质，通过分析明确不同元素的原子之 间形成不同类型的化学键的原因，在分子水平进一步认识物质结构的概念。 3、晶体结构与性质。这部分概念多，理论性强，复习时要结合图形，提高观察能力和空间 想象能力。晶胞中微粒的计算方法——均摊法 1．主族元素 W、X、Y、Z 的原子序数依次增大，W 的原子最外层电子数是次外层电子效的 3 倍。 X、Y 和 Z 分属不同的周期，它们的原子序教之和是 W 原子序数的 5 倍。在由元素 W、X、Y、 Z 组成的所有可能的二元化合物中．由元素 W 与 Y 形成的化合物 M 的熔点最高。 请回答下列问题： （1）W 元素原子的 L 层电子排布式为__________，W3 分子的空间构型为______； （2）X 单质与水发生主要反应的化学方程式为_____________； （3）化合物 M 的化学式为_______，其晶体结构与 NaCl 相同，而熔点高于 NaCl。M 熔点较 高的原因是_________。将一定量的化合物 ZX 负载在 M 上可制得 ZX/M 催化剂，用于催化碳 酸二甲酯与月桂醇酯交换合成碳酸二月桂酯。在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方 式有___________，O-C-O 的键角约为_______； （4）X、Y、Z 可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中 X 占据所有棱的中心，Y 位于顶角， Z 处于体心位置，则该晶体的组成为 X：Y：Z=___________； （5）含有元素 Z 的盐的焰色反应为_____色。许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是 _________。 【答案】2s22p4V 形(或角形)2F2 +2H2O =4 HF+ O2MgO 电荷大，半径小,（或晶格能大）sp3 和 sp2120°3:1:1 淡紫激发态电子从能量高的轨道跃迁到回到能量低的轨道时，以一定波长 （可见光区域）光的形式释放能量 2．已知前四周期六种元素 A、B、C、D、E、F 的原子序数之和为 107，且它们的核电荷数依次 增大，B 原子的 p 轨道半充满，其氢化物沸点是同族元素中最低的，D 原子得到一个电子后 3p 轨道全充满，A 与 C 能形成 A2C 型离子化和物，其中的阴、阳离子相差一个电子层，E4+ 离子和氩原子的核外电子排布相同．请回答下列问题： (1)A、B、C、D 的第一电离能由小到大的顺序是______（填元素符号） (2)化合物 BD3 的分子空间构型可描述为______，B 的原子轨道杂化类型为______。 (3)已知 F 元素在人体内含量偏低时，会影响 O2 在体内的正常运输．已知 F2+与 KCN 溶液反 应得 F（CN）2 沉淀，当加入过量 KCN 溶液时沉淀溶解，生成配合物．则 F 的基态原子价电 子排布式为______。CN-与______（一种分子）互为等电子体，则 1 个 CN-中π键数目为______。 (4)EO2 与碳酸钡在熔融状态下反应，所得晶体的晶胞结构如图所示，则该反应的化学方程 式为______， 在该晶体中，E4+ 的氧配为数为______。若该晶胞边长为 anm 可计算该晶体的密度为 ______g/cm3（阿伏加德罗常数为 NA） 【答案】Na;Cl 三角锥形 sp33d64s2N22TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2↑6233/NA×(a×10-7)3] 3．信息一：铬同镍、钴、铁等金属可以构成高温合金、电热合金、精密合金等，用于航空、宇 航、电器及仪表等工业部门。 信息二：氯化铬酰(CrO2Cl2)是铬的一种化合物，常温下该化合物是暗红色液体，熔点为－ 96.5 ℃，沸点为 117 ℃，能和丙酮(CH3COCH3)、四氯化碳、CS2 等有机溶剂互溶。 （1）写出 Fe(26 号元素)原子的基态电子排布式：_________________________。 （2）CH3COCH3 分子中含有________个π键，含有________个σ键。 （3）固态氯化铬酰属于________晶体，丙酮中碳原子的杂化方式为_____________，二硫 化碳属于________(填“极性”或“非极性”)分子。 （4）KCr(C2O4)2(H2O)2]也是铬的一种化合物，该化合物属于离子化合物，其中除含离子键、 共价键外，还含有____________键。 （5）金属铬的晶胞如图所示，一个晶胞中含有________个铬原子。 【答案】1s22s22p63s23p63d64s2(或 Ar]3d64s2)19 分子甲基碳原子为 sp3 杂化、羰基碳原子为 sp2 杂化非极性配位 2 4．原子序数依次增大的 A、B、C、D、E、F 六种元素。其中 A 的基态原子有 3 个不同的能级， 各能级中的电子数相等；C 的基态原子 2p 能级上的未成对电子数与 A 原子的相同；D 为它 所在周期中原子半径最大的主族元素；E 和 C 位于同一主族，F 的原子序数为 29。 （1）F 基态原子的核外电子排布式为______________________。 （2）在 A、B、C 三种元素中，第一电离能由小到大的顺序是___________（用元素符号回 答）。 （3）元素 B 的简单气态氢化物的沸点___________（填“高于”或“低于”）元素 A 的简 单气态氢化物的沸点，其主要原因是______________________。 （4）由 A、B、C 形成的离子 CAB−与 AC2 互为等电子体，则 CAB−的结构式为___________。 （5）在元素 A 与 E 所形成的常见化合物中，A 原子轨道的杂化类型为___________。 （6）由 B、C、D 三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示，则该化合物的化学式为 ___________。 （ 7 ） FC 在 加 热 条 件 下 容 易 转 化 为 F2C ， 从 原 子 结 构 的 角 度 解 释 原 因 ______________________。 【答案】1s22s22p63s23p63d104s1 或 Ar]3d104s1；N＞O＞C；高于 NH3 分子之间存在氢键，而 CH4 分子 间的作用是范德华力，氢键比范德华力更强 N=C=O]−spNaNO2Cu+外围电子 3d10 轨道全充满稳 定，Cu2+外围电子 3d9 轨道电子非全充满状态不稳定 5．原子序数依次增大的四种元素 A、B、C、D 分别处于第一至第四周期。自然界存在多种 A 的 化合物，B 原子核外电子有 6 种不同的运动状态，B 与 C 可形成正四面体形的分子，D 的基 态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题： （1）这四种元素中电负性最大的元素的基态原子的价电子排布图为___________。 （2）A 与 B 元素形成的 B2A2 中含有的σ键、π键数目之比为__________。 （3）B 元素可形成多种单质，一种单质晶体结构如图一所示，其原子的杂化类型为_______； 另一种单质的晶胞如图二所示，该晶胞的空间利用率为_________（保留两位有效数字， ≈1.732）。 （4）向盛有硫酸铜溶液的试管中加氨水，首先形成蓝色沉淀，继续加入氨水，沉淀溶解， 得到深蓝色透明溶液。请写出蓝色沉淀溶于氨水的离子方程式_________。 （5）图三为一个由 D 元素形成的单质的晶胞，该晶胞“实际”拥有的 D 原子数是________ 个，其晶体的堆积模型为_______，此晶胞立方体的边长为 acm，D 的相对原子质量为 M， 单质 D 的密度为ρg·cm－3，则阿伏伽德罗常数可表示为_______mol－1（用含 M、a、ρ的代 数式表示）。 【答案】 3：2sp234%Cu(OH)2+4NH3=Cu(NH3)4]2－+2OH－4 面心立方密堆积 4M/ρa3 6．砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答 下列问题： （1）写出基态 As 原子的核外电子排布式________________________。 （2）根据元素周期律，原子半径 Ga_____________As，第一电离能 Ga____________As。（填 “大于”或“小于”） （ 3 ） AsCl3 分 子 的 立 体 构型 为 ____________________， 其 中 As 的 杂 化 轨 道 类型 为 _________。 （4）GaF3 的熔点高于 1000℃，GaCl3 的熔点为 77.9℃，其原因是_____________________。 （5）GaAs 的熔点为 1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 _______,Ga与 As以________键键合。Ga和 As 的摩尔质量分别为MGa g·mol-1 和MAs g·mol-1， 原子半径分别为 rGa pm 和 rAs pm，阿伏伽德罗常数值为 NA，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶 胞体积的百分率为______。 【答案】（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3；（2） 大于，小于；（3）三角锥形，sp3；（4）GaF3 是离 子晶体，GaCl3 是分子晶体，离子晶体 GaF3 的熔沸点高；（5）原子晶体；共价键； 3 34 ( ) 100%3( ) A Ga As Ga As N r r M M     。 【考点定位】考查核外电子排布、电离能、原子半径、杂化轨道、空间构型以及晶胞结构判断 与计算等 【名师点睛】物质结构包括原子结构(原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大小比 较、元素金属性、非金属性的强弱)、分子结构(化学键、分子的电子式、结构式、结构简 式的书写、化学式的种类、官能团等)、晶体结构(晶体类型的判断、物质熔沸点的高低、 影响因素、晶体的密度、均摊方法的应用等)。本题考查物质结构内容，涉及前 36 号元素 核外电子排布式的书写、元素周期律、第一电离能规律、空间构型、杂化轨道、晶体熔点 高低的判断、晶体类型、以及晶胞的计算等知识，这部分知识要求考生掌握基础知识，做 到知识的灵活运用等，考查了学生综合运用所学化学知识解决相关化学问题的能力。只有 掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题。