2018届二轮复习物质结构与性质课件（108张）（全国通用）

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专题四 　 物质结构与性质 ( 选 考 ) 第二篇 第二部分 高考综合大题　 逐题突破 真题调研 　 洞察规律 热点题型一　电子排布式、电离能和电负性 栏目索引 热点题型二　共价键类型、杂化轨道和空间结构 热点题型三　结构决定性质 —— 解释原因类简答题 热点题型四　晶体结构及简单计算 热点题型五　物质结构与性质综合题 真题调研 　 洞察规律 1.(2017· 全国卷 Ⅰ ， 35) 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.404.4 　 B. 553.5 　 C.589.2 　 D.670.8 　 E.766.5 2 3 1 答案 解析 A 解析　 紫色光对应的辐射波长范围是 400 ～ 430 nm 。 (2) 基态 K 原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 ____ ，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 ____________________________________________ 。 答案 解析 2 1 K 的原子半径较大且价电子数较小，金属键较弱 N 球形 解析　 原子位于第四周期，原子结构示意图为 ，核外电子 排布 式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ，最高能层为 N 层，第 4 电子层为 4s 原子轨道，为球形。 K 原子半径大，且价电子数少 (K 原子价电子数为 1 ， Cr 原子价电子排布为 3d 5 4s 1 ，价电子数为 6) ，金属键弱，熔、沸点低。 3 答案 解析 2 1 (3)X 射线衍射测定等发现， I 3 AsF 6 中存在 离子。 离子的几何构型为 ____ ，中心原子的杂化类型为 ____ 。 sp 3 V 形 解析　 离子中价层电子对数为 ＝ 4 ，中心原子为 sp 3 杂化，有 2 对孤电子对，故几何构型为 V 形。 3 答案 解析 2 1 (4)KIO 3 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为 a ＝ 0.446 nm ，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 ___ 。 0.315 或 × 0.446 　 12 3 2 1 解析　 根据晶胞结构可知， K 与 O 间的最短距离为面对角线的一半，即 nm ≈ 0.315 nm 。 K 、 O 构成面心立方，配位数为 12( 同层 4 个，上、下层各 4 个 ) 。 3 2 1 (5) 在 KIO 3 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。 解析　 由 (4) 可知 K 、 I 的最短距离为体对角线的一半， I 处于顶角， K 处于体心， I 、 O 之间的最短距离为边长的一半， I 处于顶角， O 处于棱心。 答案 解析 体心 棱心 3 2.(2017· 全国卷 Ⅱ ， 35) 我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐 (N 5 ) 6 (H 3 O) 3 (NH 4 ) 4 Cl( 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 1 ( 或 ) 解析　 N 原子位于第二周期 Ⅴ A 族，价电子是最外层电子，即轨道表示式 是 ( 或 ) 。 答案 解析 3 (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 ( E 1 ) 。第二周期部分元素的 E 1 变化趋势如图 (a) 所示，其中除氮元素外，其他元素的 E 1 自左而右依次增大的原因是 ___________ __________________________________________________________________________ ；氮元素的 E 1 呈现异常的原因是 ________________________ _______________________________ 。 2 1 答案 解析 具有稳定性，故不易结合一个电子 随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 同周期元素 N 的 2p 能级处于半充满状态， 3 解析　 根据图 (a) ，电子亲和能增大 ( 除 N 外 ) ，同周期从左向右非金属性增强，得电子能力增强，因此同周期自左而右电子亲和能增大；氮元素的 2p 能级达到半充满状态，原子相对稳定，不易得到 1 个电子。 2 1 3 (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。 ① 从结构角度分析， R 中两种阳离子的相同之处为 _____ ，不同之处为 ___ 。 ( 填标号 ) A. 中心原子的杂化轨道类型 B. 中心原子的价层电子对数 C. 立体结构 D. 共价键类型 答案 解析 2 1 ABD C 3 解析　 根据图 (b) ，阳离子是 和 H 3 O ＋ ， 中心原子 N 含有 4 个 σ 键，孤电子对数为 (5 － 1 － 4 × 1) /2 ＝ 0 ，价层电子对数为 4 ，杂化类型为 sp 3 ，空间构型为正四面体形， H 3 O ＋ 中心原子是 O ，含有 3 个 σ 键，孤电子对数为 (6 － 1 － 3 × 1)/ 2 ＝ 1 ，价层电子对数为 4 ，杂化类型为 sp 3 ，空间构型为三角锥形，因此相同之处为 ABD ，不同之处为 C ； 2 1 3 ② R 中阴离子 中的 σ 键总数为 _____ 个。分子中的大 π 键可用符号 表示，其中 m 代表参与形成大 π 键的原子数， n 代表参与形成大 π 键的电子数 ( 如苯分子中的大 π 键可表示为 ) ，则 中的大 π 键应表示为 ____ 。 答案 解析 2 1 5 3 ③ 图 (b) 中虚线代表氢键，其表示式为 ( )N—H … Cl 、 ____________________ 、 ___________________ 。 答案 解析 2 1 3 2 1 (4)R 的晶体密度为 d g·cm － 3 ，其立方晶胞参数为 a nm ，晶胞中含有 y 个 [(N 5 ) 6 (H 3 O) 3 (NH 4 ) 4 Cl ] 单元，该单元的相对质量为 M ，则 y 的计算表达式 为 ______________________ 。 答案 解析 3 3.(2017· 全国卷 Ⅲ ， 35) 研究发现，在 CO 2 低压合成甲醇反应 (CO 2 ＋ 3H 2 == =CH 3 OH ＋ H 2 O) 中， Co 氧化物负载的 Mn 氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题： (1)Co 基态原子核外电子排布式为 ______________________________ 。元素 Mn 与 O 中，第一电离能较大的是 ____ ，基态原子核外未成对电子数较多的是 ____ 。 答案 解析 2 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 或 [ Ar ] 3d 7 4s 2 Mn O 3 解析　 Co 为 27 号元素，位于第四周期 Ⅷ 族，铁之后，将电子按照能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则填入各电子轨道中，即可得到 Co 的基态原子核外电子排布式；金属性越强，第一电离能越小，而金属性： Mn ＞ O ，故第一电离能较大的为 O 。 Mn 原子的价电子排布式为 3d 5 4s 2 ，根据洪特规则，有 5 个未成对电子，而 O 原子的价电子排布式为 2s 2 2p 4 ，仅有 2 个未成对电子，故基态原子核外未成对电子数较多的是 Mn 。 2 1 3 (2)CO 2 和 CH 3 OH 分子中 C 原子的杂化形式分别为 ____ 和 ____ 。 答案 解析 sp 3 sp 解析　 根据价层电子对互斥理论， CO 2 为直线形分子， C 原子为 sp 杂化，而 CH 3 OH 中 C 原子的空间构型为四面体， C 原子为 sp 3 杂化。 2 1 3 (3) 在 CO 2 低压合成甲醇反应所涉及的 4 种物质中，沸点从高到低的顺序为 ____________________ ，原因是 ________________________________ _________________________________________________________________________ 。 答案 解析 键比甲醇中多； CO 2 与 H 2 均为非极性分子， CO 2 相对分子质量较大，范德华力大 H 2 O>CH 3 OH>CO 2 >H 2 H 2 O 与 CH 3 OH 均为极性分子，水含氢 解析　 影响分子晶体沸点的因素有范德华力和氢键， H 2 O 与 CH 3 OH 均为极性分子， H 2 O 中氢键比甲醇多，故 H 2 O 的沸点高， CO 2 与 H 2 均为非极性分子， CO 2 相对分子质量较大，范德华力大，沸点更高。 2 1 3 (4) 硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料， Mn(NO 3 ) 2 中的化学键除了 σ 键外，还存在 ____________ 。 答案 解析 离子键、 π 键 解析　 Mn(NO 3 ) 2 为离子化合物， Mn 2 ＋ 与 之间是离子键，根据 的结构式， N 与 O 之间存在双键，故除了 σ 键还存在 π 键。 2 1 3 (5)MgO 具有 NaCl 型结构 ( 如图 ) ，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式， X 射线衍射实验测得 MgO 的晶胞参数为 a ＝ 0.420 nm ，则 r (O 2 － ) 为 ______nm 。 MnO 也属于 NaCl 型结构，晶胞参数为 a ′ ＝ 0.448 nm ，则 r (Mn 2 ＋ ) 为 ______nm 。 0.076 0.148 解析　 由题意知在 MgO 中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以 a ＝ 2 r (O 2 － ) ， r (O 2 － ) ≈ 0.148 nm ； MnO 的晶胞参数比 MgO 更大，说明阴离子之间不再接触，阴阳离子沿坐标轴方向接触，故 2 [ r (Mn 2 ＋ ) ＋ r (O 2 － ) ] ＝ a ' ， r (Mn 2 ＋ ) ＝ 0.076 nm 。 答案 解析 2 1 3 热点题型一　电子排布式、电离能和电负性 1. 不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图归纳 (1) 能层、能级及其最多容纳电子数的关系 高考必备 能层 一 二 三 四 五 … 符号 K L M N O … 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s … … 最多容纳电子数 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ … … __ __ ___ ___ … ___ 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 2 8 18 32 2 n 2 答案 (2) 常见原子轨道电子云轮廓图 原子轨道 电子云轮廓形状 轨道个数 S 球形 1 p 哑铃形 3(p x ， p y ， p z ) 2. 基态原子的核外电子排布 (1) 排布规律 能量最低原理 原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道 泡利原理 每个原子轨道上最多只容纳 2 个自旋方向相反的电子 洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋状态相同 (2) 四种表示方法 表示方法 举例 电子排布式 Cr ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 简化表示式 Cu ： [Ar] 3d 10 4s 1 价电子排布式 Fe ： 3d 6 4s 2 电子排布图 ( 或轨道表示式 ) (3) 常见错误防范 ① 电子排布式 a.3d 、 4s 书写顺序混乱 b. 违背洪特规则特例 ② 电子排布图 a. ( 违背能量最低原理 ) b. ( 违背泡利原理 ) c. ( 违背洪特规则 ) d. ( 违背洪特规则 ) 3. 元素第一电离能的递变性   同周期 ( 从左到右 ) 同主族 ( 自上而下 ) 第一电离能 增大趋势 ( 注意第 Ⅱ A 族、第 Ⅴ A 族的特殊性 ) 依次减小 (1) 特例 当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空 (p 0 、 d 0 、 f 0 ) 、半充满 (p 3 、 d 5 、 f 7 ) 和全充满 (p 6 、 d 10 、 f 14 ) 的结构时，原子的能量较低，为稳定状态，该元素具有较大的第一电离能，如：第一电离能， Be>B ； Mg>Al ； N>O ； P>S 。 (2) 应用 ① 判断元素金属性的强弱 电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。 ② 判断元素的化合价 如果某元素的 I n ＋ 1 ≫ I n ，则该元素的常见化合价为＋ n ，如钠元素 I 2 ≫ I 1 ，所以钠元素的化合价为＋ 1 价。 4. 元素电负性的递变性 (1) 规律 同周期元素，从左到右，电负性依次增大；同主族元素自上而下，电负性依次减小。 (2) 应用 经典精练 1. 原子核外电子的排布 (1) 处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 _______ 形象化描述。在基态 14 C 原子中，核外存在 ___ 对自旋方向相反的电子。 2 1 电子云 2 答案 (2) 基态 Ni 原子的电子排布式为 ______________________________ ， Ni 2 ＋ 的价层电子排布图为 _________________________ ，该元素位于元素周期表中的第 ____ 族。 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 或 [ Ar ] 3d 8 4s 2 Ⅷ (3)N 的基态原子核外电子排布式为 ________ ； Se 的基态原子最外层有 ___ 个电子。 答案 2 1 1s 2 2s 2 2p 3 6 (4)Si 元素基态原子的电子排布式是 ________________________ 。 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 或 [ Ne ] 3s 2 3p 2 (5) Cu 、 Cu 2 ＋ 、 Cu ＋ 基态核外电子排布式分别为 ________________________ ___________ 、 ____________________________ 、 _____________________ __________ 。 Cu ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 或 [ Ar ] 3d 10 4s 1 Cu 2 ＋ ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 或 [ Ar ] 3d 9 Cu ＋ ： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 或 [ Ar ] 3d 10 (6)Cr 3 ＋ 基态核外电子排布式为 __________________________ ；配合物 [ Cr(H 2 O) 6 ] 3 ＋ 中，与 Cr 3 ＋ 形成配位键的原子是 ___( 填元素符号 ) 。 2 1 答案 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 ( 或 [ Ar ] 3d 3 ) O (7)Mg 原子核外电子排布式为 ___________________ ； Ca 原子最外层电子的能量 _____( 填 “ 低于 ”“ 高于 ” 或 “ 等于 ” )Mg 原子最外层电子的能量。 高于 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 或 [ Ne ] 3s 2 (8) 基态铁原子有 ___ 个未成对电子，三价铁离子的电子排布式为 _________________ 。 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4 2. 元素的性质 (1)CH 4 和 CO 2 所含的三种元素电负性从小到大的顺序为 ______ __ 。 (2) 原子半径： Al ____ Si ，电负性： N ___ O 。 ( 填 “ > ” 或 “ < ” ) (3)C 、 Si 、 N 元素的电负性由大到小的顺序是 _____ __ ___ ； C 、 N 、 O 、 F 元素的第一电离能由大到小的顺序是 _____________ 。 (4)F 、 K 、 Fe 、 Ni 四种元素中第一电离能最小的是 ___ ，电负性最大的是 ___( 填元素符号 ) 。 2 1 答案 F HN>C>K 热点题型二　共价键类型、杂化轨道和空间结构 1. 共价键的键参数及类型 高考必备 共价键 说明： σ 键和 π 键的数目 2. 与分子结构有关的三种理论 (1) 杂化轨道理论 ① 基本观点：杂化轨道成键满足原子轨道最大重叠原理；杂化轨道形成的共价键更加牢固。 杂化轨 道类型 杂化轨 道数目 分子构型 实例 sp 2 直线形 CO 2 、 BeCl 2 、 HgCl 2 sp 2 3 平面三角形 BF 3 、 BCl 3 、 CH 2 O sp 3 4 等性杂化：正四面体 CH 4 、 CCl 4 、 不等性杂化：具体情况不同 NH 3 ( 三角锥形 ) 、 H 2 S 、 H 2 O(V 形 ) ② 杂化轨道类型与分子构型的关系。 (2) 价层电子对互斥理论 ① 基本观点：分子中的价电子对 ( 包括成键电子对和孤电子对 ) 由于相互排斥作用，尽可能趋向彼此远离。 ② 价电子对数的计算 价电子对数＝成键电子对＋中心原子的孤电子对数＝ ③ 价层电子对互斥理论在判断分子构型中的应用。 价层电子 对数目 电子对的 空间构型 成键电 子对数 孤电子 对数 分子的空 间构型 实例 2 直线形 2 0 直线形 CO 2 、 C 2 H 2 3 三角形 3 0 三角形 BF 3 、 SO 3 2 1 V 形 SnCl 2 、 PbCl 2 4 四面体 4 0 正四面体 3 1 三角锥形 NH 3 、 PH 3 2 2 V 形 H 2 O 、 H 2 S (3) 等电子原理 ① 基本观点：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，具有许多相近的性质。 ② 实例： 为等电子体，其中心原子均采用 sp 3 杂化，离子构型均为正四面体形。 3. 化学键的极性与分子极性的关系 分子类型 空间构型 键角 键的极性 分子极性 代表物 AB 直线形   极性 极性 HCl 、 NO AB 2 直线形 180° 极性 非极性 CO 2 、 CS 2 AB 3 平面三角形 120° 极性 非极性 BF 3 、 SO 3 AB 4 正四面体形 109°28 ′ 极性 非极性 CH 4 、 CCl 4 经典精练 1.F 2 通入稀 NaOH 溶液中可生成 OF 2 ， OF 2 分子构型为 ______ ，其中氧原子的杂化方式为 ____ 。 答案 解析 sp 3 V 形 解析　 中心原子 O 原子的孤电子对数为 × (6 － 1 × 2) ＝ 2 ，且形成了 2 个 σ 键，采取 sp 3 杂化， OF 2 的空间构型为 V 形。 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 2.CS 2 分子中，共价键的类型有 _________ ， C 原子的杂化轨道类型是 ___ ，写出两个与 CS 2 具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 ___________ 。 CO 2 、 COS σ 键和 π 键 sp 解析　 S == C == S 中，存在 σ 键和 π 键；分子是直线形， C 原子采取 sp 杂化。 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 解析 3. 磷和氯反应可生成组成比为 1 ∶ 3 的化合物，该化合物的立体构型为 __________ ，中心原子的杂化轨道类型为 ____ 。 sp 3 三角锥形 解析　 PCl 3 中， P 含有一对孤电子对，价层电子对数为 4 ，立体构型为三角锥形，中心原子 P 采取 sp 3 杂化。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 解析 答案 解析 4. [ 2015· 全国卷 Ⅱ ， 37(4) 节选 ] 化合物 D 2 A(Cl 2 O) 的立体构型为 _____ ，中心原子的价层电子对数为 ___ 。 解析　 Cl 2 O 中的中心原子为 O ，有 2 对 σ 键电子对，孤电子对数＝ × (6 － 2 × 1) ＝ 2 ，故价层电子对数为 4 ，分子的立体构型为 V 形。 V 形 4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5. 石墨烯 ( 图甲 ) 是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯 ( 图乙 ) 。 (1) 图甲中， 1 号 C 与相邻 C 形成 σ 键的个数为 ___ 。 3 解析　 两个成键原子间有且只有一个 σ 键， 1 号 C 与周围 3 个碳原子形成 3 个 σ 键。 答案 解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 解析 (2) 图乙中， 1 号 C 的杂化方式是 _____ ，该 C 与相邻 C 形成的键角 ____( 填 “ > ”“ < ” 或 “ ＝ ” ) 图甲中 1 号 C 与相邻 C 形成的键角。 sp 3 < 解析　 图乙中， 1 号 C 形成了 4 个 σ 键，杂化方式为 sp 3 ，形成四面体结构， 1 号 C 与相邻 C 形成的键角为 109°28 ′ ；而甲中 1 号 C 形成平面三角形结构， 1 号 C 与相邻 C 形成的键角为 120° ，因此图乙中的键角小。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 6. 肼 (N 2 H 4 ) 分子可视为 NH 3 分子中的一个氢原子被 —NH 2 ( 氨基 ) 取代形成的另一种氮的氢化物，则 NH 3 分子的空间构型是 _________ ； N 2 H 4 分子中氮原子轨道的杂化方式是 ____ 。 三角锥形 sp 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 答案 解析 7. 甲醛 (H 2 C == O) 在 Ni 催化作用下加氢可得甲醇 (CH 3 OH) ，甲醇分子内 C 原子的杂化方式为 _____ ，甲醇分子内的 O—C—H 键角 _______( 填 “ 大于 ” “ 等于 ” 或 “ 小于 ” ) 甲醛分子内的 O—C—H 键角。 sp 3 解析　 甲醇中碳原子形成 4 个 σ 键，为 sp 3 杂化，甲醇分子内 O—C—H 键角接近 109°28 ′ ，甲醛分子的空间构型为平面形，键角接近 120° 。 小于 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 8.H ＋ 可与 H 2 O 形成 H 3 O ＋ ， H 3 O ＋ 中 O 原子采用 _____ 杂化。 H 3 O ＋ 中 H—O— H 键角比 H 2 O 中 H—O—H 键角大，原因为 ____________________________ __________________________________________ 。 H 2 O 中 O 原子有两对孤电子对， sp 3 H 3 O ＋ 中 O 原子只有一对孤电子对，排斥力较小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 解析 9. 属于多卤素阳离子，根据 VSEPR 模型推测 的空间构型为 _____ ，中心原子杂化类型为 ____ 。 V 形 sp 3 解析　 中心 I 原子的价层电子对数＝ ＝ 4 ，为 sp 3 杂化，有两对孤电子对。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 解析 10.(1)S 单质的常见形式为 S 8 ，其环状结构如图所示， S 原子采用的轨道杂化方式是 ____ 。 sp 3 解析　 首先根据 S 8 的结构和价电子特点，确定其杂化方式。 S 的价电子数是 6 ，其中形成 2 个 σ 键，还有两对孤电子对，故杂化方式为 sp 3 。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 答案 解析 (2)H 2 Se 的酸性比 H 2 S____( 填 “ 强 ” 或 “ 弱 ” ) ；气态 SeO 3 分子的立体构型为 ___________ ， 离子的立体构型为 _________ 。 三角锥形 强 解析　 H—Se 键的键长比 H—S 键的键长长，所以 H—Se 键易断裂，故 H 2 Se 的酸性比 H 2 S 的强； SeO 3 中 Se 的杂化方式为 sp 2 ，立体构型为平面三角形； 中 S 的杂化方式为 sp 3 ，与 3 个 O 原子配位，故立体构型为三角锥形。 平面三角形 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 高考必备 1. 共价键、氢键、范德华力对物质性质的影响 热点题型三　结构决定性质 —— 解释原因类简答题   范德华力 氢键 共价键 作用微粒 分子 H 与 N 、 O 、 F 原子 强度比较 共价键＞氢键＞范德华力 影响因素 组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大 形成氢键元素的电负性 原子半径 对性质 的影响 影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质 分子间氢键使熔、沸点升高，溶解度增大 键能越大，稳定性越强 2. 晶体熔、沸点高低的比较 (1) 一般情况下，不同类型晶体的熔沸点高低规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，如：金刚石＞ NaCl ＞ Cl 2 ；金属晶体＞分子晶体，如： Na ＞ Cl 2 ( 金属晶体熔沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞等 ) 。 (2) 形成原子晶体的原子半径越小、键长越短，则键能越大，其熔沸点就越高，如：金刚石＞石英＞碳化硅＞晶体硅。 (3) 形成离子晶体的阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔沸点就越高，如： MgO ＞ MgCl 2 ， NaCl ＞ CsCl 。 (4) 金属晶体中金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越强，金属单质的熔沸点就越高，如 Al ＞ Mg ＞ Na 。 (5) 分子晶体的熔沸点比较规律 ① 组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，其熔沸点就越高，如： HI ＞ HBr ＞ HCl ； ② 组成和结构不相似的分子，分子极性越大，其熔沸点就越高，如： CO ＞ N 2 ； ③ 同分异构体分子中，支链越少，其熔沸点就越高，如：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷； ④ 同分异构体中的芳香烃及其衍生物，邻位取代物＞间位取代物＞对位取代物，如：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。 3. 答题模板 —— 结构决定性质简答题 首先叙述结构，然后阐述原理，最后回扣本题结论。 例 1 　 [ 2016· 全国卷 Ⅰ ， 37(2)(3) ] (2)Ge 与 C 是同族元素， C 原子之间可以形成双键、三键，但 Ge 原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是 _____________________________________________________ ________________________________________ 。 典例剖析 答案 答题模板 Ge 原子半径大，原子间形成的 σ 单键较长， p-p 轨道肩并肩 重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成 π 键 (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 _________ ______________________________________________________________ ______________________________________ 。   GeCl 4 GeBr 4 GeI 4 熔点 / ℃ － 49.5 26 146 沸点 / ℃ 83.1 186 约 400 GeBr 4 、 GeI 4 的熔、沸点依次增高。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 GeCl 4 、 答案 答题模板 例 2 　 [ 2016· 全国卷 Ⅱ ， 37(3) 节选 ] (3) 元素铜与镍的第二电离能分别为 I Cu ＝ 1 958 kJ·mol –1 、 I Ni ＝ 1 753 kJ·mol － 1 ， I Cu > I Ni 的原因是 _______________ _______________________________ 。 铜失去的是全充 满的 3d 10 电子，镍失去的是 4s 1 电子 答案 答题模板 1. 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： 经典精练 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 _____________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 。 硅烷中的 Si—Si 键和 Si—H 键的键能小于烷烃分子中 C—C 键和 C—H 键的键能，稳定性差，易断裂，导致长链硅烷难以形成，所以硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多 答案 2 3 1 4 (2)SiH 4 的稳定性小于 CH 4 ，更易生成氧化物，原因是 _________________ ________________________________________________________________________________________________________________ 。 C—H 键的键能大于 C—O 键， C—H 键比 C—O 键稳定。而 Si—H 键的键能却远小于 Si—O 键，所以 Si—H 键不稳定而倾向于形成稳定性更强的 Si—O 键 答案 2 3 1 4 2. 镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。 用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因： _________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ____________________________________________________________ 。 原子核外电子按一 定轨道顺序排列，轨道离核越远，能量越高。燃烧时，电子获得能量，从内侧轨道跃迁到外侧的另一条轨道。跃迁到新轨道的电子处在一种不稳定的状态，它随即就会跳回原来轨道，并向外界释放能量 ( 光能 ) 2 3 1 4 答案 3. 简要解答下列问题。 (1) 氧元素的氢化物 (H 2 O) 在乙醇中的溶解度大于 H 2 S ，其原因是 _________ _____________________ 。 水分子与 乙醇分子之间形成氢键 解析　 H 2 O 在乙醇中的溶解度大于 H 2 S ，是因为水分子与乙醇分子之间可形成氢键。 2 3 1 4 答案 解析 (2) 已知苯酚 ( ) 具有弱酸性，其 K a ＝ 1.1 × 10 － 10 ；水杨酸第一级 电离形成的离子 能形成分子内氢键。据此判断，相同温度下电 离平衡 常数 K a2 ( 水杨酸 )___( 填 “ > ” 或 “ < ” ) K a ( 苯酚 ) ，其原因是 ________ ________________________________________ 。 < 与 —OH 形成分子内氢键，使其更难电离出 H ＋ —COO － 解析　 氧的电负性较大，则 中形成分子内氢 键，即 O—H … O (—COO － 中双键与羟基氢之间存在氢键 ) ，其大小介于化学键和范德华力之间，使其更难电离出 H ＋ ，则水杨酸第二级电离常数小于苯酚的电离常 数。 2 3 1 4 答案 解析 (3)H 2 O 分子内的 O—H 键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为 _________________________ 。 的沸点比 高，原因是 _______________ ________________________________________________________________ _________________ 。 O—H 键、氢键、范德华力 形成分子内氢键，而 形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大 解析　 氢键弱于共价键而强于分子间范德华力。对羟基苯甲醛形成分子间氢键，使其沸点升高，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，对其沸点影响不大。 2 3 1 4 答案 解析 4.(1)CuSO 4 可由 Cu 和 H 2 O 2 在 H 2 SO 4 溶液中反应得到： Cu ＋ H 2 O 2 ＋ H 2 SO 4 ===CuSO 4 ＋ 2H 2 O 。 上述化学方程式中的 5 种物质所属的晶体类型不含有 ___( 填字母 ) 。 a. 离子晶体 b. 分子晶体 c. 原子晶体 d. 金属晶体 解析　 Cu 为金属晶体， H 2 O 2 、 H 2 SO 4 和 H 2 O 为分子晶体， CuSO 4 为离子晶体。 c 答案 解析 2 3 1 4 (2)Al 2 O 3 、 SiC 、 Si 、金刚石中属于原子晶体的有 ________________ ，其熔点高低顺序为 ______________ ，其理由是 ____________________________ ___________________________________ 。 解析　 SiC 、 Si 、金刚石为原子晶体，原子晶体中共价键键长越短，键能越大，熔、沸点越高。 次增大，键能依次减小，熔点依次降低 SiC 、 Si 、金刚石 金刚石 >SiC>Si C—C 、 C—Si 、 Si—Si 的键长依 (3) 干冰、冰二者熔点较高的是 ___ 。其理由是 _______________________ 。 解析　 冰晶体中含有氢键，熔点反常高。 冰晶体中分子间存在氢键 冰 答案 解析 2 3 1 4 (4)CS 2 熔点高于 CO 2 的理由是 _______________________________________ _________________________________________ 。 解析　 CS 2 、 CO 2 均为分子晶体，组成、结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。 量大，分子间作用力大，因此 CS 2 熔点高于 CO 2 CS 2 和 CO 2 均为分子晶体， CS 2 的相对分子质 答案 解析 2 3 1 4 热点题型四　晶体结构及简单计算 高考必备 1. 晶胞中微粒数目的计算方法 —— 均摊法 熟记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 CO 2 ) C.CaF 2 ( 含 4 个 Ca 2 ＋ ， 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 ) 2. 答题模板 (1) 计算晶体密度的方法 (2) 计算晶体中微粒间距离的方法 1. 根据示意图计算晶胞中的微粒数或化学式 (1) 利用 “ 卤化硼法 ” 可合成含 B 和 N 两种元素的功能陶瓷，右图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有 B 原子的个数为 ____ ，该功能陶瓷的化学式为 ____ 。 经典精练 2 BN 解析 　 ： 1 ＋ 8 × ＝ 2 ， ： 1 ＋ 4 × ＝ 2 ，所以每个晶胞中含有 B 原子、 N 原子的个数均为 2 ，其化学式为 BN 。 答案 解析 2 1 (2) 某化合物的晶胞如图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是 ______ 。 2 ∶ 1 答案 2 1 (3) 石墨烯可转化为富勒烯 (C 60 ) ，某金属 M 与 C 60 可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示， M 原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中 M 原子的个数为 ____ ，该材料的化学式为 ______ 。 12 M 3 C 60 答案 2 1 (4)Cu 2 O 在稀硫酸中生成 Cu 和 CuSO 4 。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 ____ 。 12 答案 2 1 2. 根据晶胞结构示意图，计算晶胞的边长或密度。 (1)N 和 Cu 元素形成的化合物的晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式为 _______ 。该化合物的相对分子质量为 M ， N A 为阿伏加德罗常数的值。若 该晶胞的边长为 a pm ，则该晶体的密度是 ______g·pm － 3 。 Cu 3 N 答案 解析 2 1 (2)S 与 Cu 形成化合物晶体的晶胞如图所示。已知该晶体的密度为 a g·cm － 3 ，则该晶胞的体积为 _____cm 3 ( N A 表示阿伏加德罗常数的值 ) 。 答案 解析 2 1 (3)O 和 Na 能够形成化合物 F ，其晶胞结构如图所示，晶胞参数 a ＝ 0.566 nm ， F 的化学式为 ______ ；晶胞中 O 原子的配位数为 ____ ；列式计算晶体 F 的密度 _________________________________ _____________( 单位为 g·cm － 3 ) 。 8 Na 2 O ≈ 2.27 g·cm － 3 答案 解析 2 1 解析　 由示意图可知：小黑球 8 个全部在晶胞内部，大灰球数有 8 × ＋ 6 × ＝ 4 个。 根据钠和氧的化合价，可知大灰球代表氧原子，小黑球代表钠原子。则该物质的化学式为 Na 2 O ，且一个晶胞中有 4 个 Na 2 O 。 ＝ 2.27 g·cm － 3 。 2 1 (4)Al 单质为面心立方晶体，其晶胞参数 a ＝ 0.405 nm ，晶胞中铝原子的配 位数为 ____ 。列式表示 Al 单质的密度 ________________________ g·cm － 3 ( 不必计算出结果 ) 。 12 2 1 答案 解析 解析　 面心立方晶胞的结构如图 ，选择顶点上 1 个 Al 原 子为中心原子，在此晶胞中与其最近的 Al 原子为三个面心上的 Al 原子，中心原子周围共有 8 个晶胞，且面心上的 Al 原子被 2 个晶胞共用，所以配 位数＝ 3 × 8 × ＝ 12 ；一个晶胞中含有 4 个 Al 原子，所以一个晶胞的质量 为 g ， 一个晶胞的体积为 a 3 ， 依据密度＝ 代入即可 。 2 1 典例剖析 例　 (2015· 全国卷 Ⅰ ， 37) 碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题： (1) 处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 ________ 形象化描述。在基态 14 C 原子中，核外存在 ___ 对自旋相反的电子。 热点题型五　物质结构与性质综合题 解题思路 　 第一个空考查电子云的认识。根据 14 C 原子的电子排布图即可得出第二个空答案。 电子云 2 解析　 基态 14 C 原子核外电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 2 ， 2 个 s 轨道分别存在 1 对自 旋相反的电子， 2p 轨道上的 2 个电子自旋方向相同。 答案 解析 解题思路 (2) 碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是 ________________ ___________________________________________ 。 解题思路 　 对碳的核外电子分析：碳有 6 个核外电子，最外层有 4 个核外电子，既不易失电子也不易得电子，因此形成化合物时，主要通过共价键。 解析　 碳原子有 4 个价电子，不易得电子也不易失电子，故键型以共价键为主。 半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构 C 有 4 个价电子且 答案 解析 解题思路 (3)CS 2 分子中，共价键的类型有 ________ ， C 原子的杂化轨道类型是 ___ ，写出两个与 CS 2 具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 ____________ ___________________ 。 解题思路 　 写出 CS 2 的结构式： S==C==S ，即有两种共价键。由结构式可以看出， C 采取 sp 杂化；根据等电子体理论可写出分子有 CO 2 、 N 2 O ；离子有 、 SCN － 等。 ( 或 SCN － 、 OCN － 等 ) σ 键和 π 键　 sp CO 2 、 COS 答案 解析 解题思路 解析　 CS 2 与 CO 2 互为等电子体，结构式为 S == C == S ，分子中含 2 个 σ 键、 2 个 π 键，因此碳原子采用 sp 杂化。与 CS 2 互为等电子体的分子或离子，与其具有相同空间构型和键合形式，可用如下两种方法寻找其等电子体，一是同主族替换，如 CO 2 、 COS ，二是 “ 左右移位、平衡电荷 ” ，如 SCN － 、 OCN － 等。 (4)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO) 5 ，该化合物熔点为 253 K ，沸点为 376 K ，其固体属于 _____ 晶体。 解题思路 　 由熔沸点：分子晶体＜离子晶体＜原子晶体，该化合物熔沸点较低，则可判断其为分子晶体。 解析 　 Fe(CO) 5 的熔沸点低，为分子晶体。 分子 答案 解析 解题思路 (5) 碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： ① 在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接 ___ 个六元环，每个六元环占有 ___ 个 C 原子。 解题思路 　 根据石墨烯晶体可分析：一个 C 连接 3 个六元环，每个六元环占有： 6 × ＝ 2 个 C 原子。 2 3 答案 解析 解题思路 解析　 由图可知，石墨烯中每个碳被 3 个六元环所共有，每个六元环占有的碳原子数为 6 × ＝ 2 。 ② 在金刚石晶体中， C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接 ____ 个六元环，六元环中最多有 ___ 个 C 原子在同一平面。 解题思路 　 金刚石晶体中，一个 C 可形成 4 个 C—C 键，而任意两个共价键均可构成 2 个六元环，则共有 ＝ 2 × 6 ＝ 12 个六元环。由于金刚石碳原子采取 sp 3 杂化，因此最多有 4 个 C 原子共面。 4 12 答案 解析 解题思路 解析　 金刚石晶体中每个碳原子被 12 个环所共有。六元环呈船式或椅式结构，最多有 4 个原子共平面。 1.(2017· 河北模拟 ) 新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。 (1)Ti(BH 4 ) 3 是一种储氢材料，可由 TiCl 4 和 LiBH 4 反应制得。 ① 基态 Cl 原子中，电子占据的最高层符号为 _____ ，该能层具有的原子轨道数为 ___ 。 经典精练 9 M 解析　 基态 Cl 原子的核电荷数为 17 ，核外有 3 个电子层，电子占据的最高能层符号为 M ，该能层具有的原子轨道包括 s 、 p 、 d 共 9 个轨道； 答案 解析 2 1 ② LiBH 4 由 Li ＋ 和 构成， 的立体结构是 _________ ， B 原子的杂化轨道类型是 _______ 。 Li 、 B 、 H 元素的电负性由大到小排列顺序为 _________ 。 H ＞ B ＞ Li 正四面体 sp 3 杂化 解析　 中 B 原子价层电子对数＝ 4 ＋ (3 ＋ 1 － 4 × 1) ＝ 4 ，且不含孤电子对，所以是正四面体构型， B 原子的杂化轨道类型是 sp 3 杂化；元素非金属性越强其电负性越大，非金属性最强的是 H 元素，其次是 B 元素，最弱的是 Li 元素，所以 Li 、 B 、 H 元素的电负性由大到小排列顺序为 H ＞ B ＞ Li 。 答案 解析 2 1 (2) 金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。 ① LiH 中，离子半径 Li ＋ ____( 填 “ ＞ ”“ ＝ ” 或 “ ＜ ” )H － 。 ＜ 解析　 LiH 中 Li ＋ 和 H － 电子层结构相同，核电荷数越大，其离子半径越小，所以离子半径 Li ＋ ＜ H － ； 答案 解析 2 1 ② 某储氢材料是第三周期金属元素 M 的氢化物。 M 的部分电离能如下表所示： Mg I 1 /kJ·mol － 1 I 2 /kJ·mol － 1 I 3 /kJ·mol － 1 I 4 /kJ·mol － 1 I 5 /kJ·mol － 1 738 1 451 7 733 10 540 13 630 M 是 _____( 填元素符号 ) 。 解析　 该元素的第三电离能剧增，则该元素属于第 Ⅱ A 族，为 Mg 元素。 (3) NaH 具有 NaCl 型晶体结构，已知 NaH 晶体的晶胞参数 a ＝ 488 pm ， Na ＋ 半径 为 102 pm ， H － 的半径为 _______ ， NaH 的理论密度是 _______________ g·cm － 3 ( 只列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数为 N A ) 。 142 pm 答案 解析 2 1 2. 随着科学的发展，许多新物质被发现或被合成出来，为新能源开发和新材料研制开拓出更大的空间。中科院科学家最近合成了一种新型材料，其 结构简式为 。请回答下列问题。 (1) 基态氟原子的最高能级的电子云有 ___ 种空间伸展方向，基态硒原子的价层电子排布式是 ______ ，用元素符号表示出氟、氧、氮、氢四种元素的第一电离能由大到小的顺序： __________ 。 F>N>O>H 3 4s 2 4p 4 答案 解析 2 1 解析 　 基态氟原子的最高能级为 2p ，电子云有 3 种伸展方向。根据硫原子的价层电子排布式推断硒原子的价层电子排布式。依第一电离能的递变规律及特例易确定四种元素的第一电离能的大小顺序为 F>N>O>H 。 2 1 (2) 该物质结构简式中的氮原子共形成 ___ 个 π 键；该物质中氮原子的轨道杂化类型为 ________ ，该分子中含有氮、氧、氟三种电负性很大的原子，也含有氢原子，它 ______( 填 “ 能 ” 或 “ 不能 ” ) 形成分子内或者分子间氢键。 不能 2 sp 2 、 sp 3 解析 　 该分子中的氮原子共形成 2 个 π 键。该分子中有的氮原子形成了 3 个 σ 键，有的氮原子形成了 2 个 σ 键和 1 个 π 键，它们均还有一个孤电子对，故该物质中氮原子的轨道杂化类型有 sp 2 、 sp 3 杂化；由于分子中没有 H—F 键、 H—O 键、 H—N 键，故无法形成相应的氢键。 答案 解析 2 1 (3) 硒能形成两种常见的氧化物，属于 V 形分子的物质的分子式为 ______ ，沸点较高的物质是 _____ 。 SeO 3 SeO 2 解析 　 硒的两种氧化物分别为 SeO 3 、 SeO 2 ， SeO 2 中硒的价层电子对数为 3 ，分子构型为 V 形。 SeO 3 的相对分子质量较大，分子间作用力较大，沸点较高。 答案 解析 2 1 (4) 常压下，氨气在 300 ℃ 时约有 10% 分解，水蒸气在 2 000 ℃ 时约有 5% 分解，从物质结构的角度看，其原因是 ______________________________ _______________________________________ 。 键能： N—H

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