高考化学二轮专题突破专题十六.docx
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高考化学二轮专题突破专题十六
[考纲要求] 1.原子结构与元素的性质:
(1)了解原子核外电子的能级分布,能用电子排布式表示常见元素(1~36号)原子核外电子的排布,了解原子核外电子的运动状态;
(2)了解元素电离能的含义,并能用以说明元素的某些性质;(3)了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁,了解其简单应用;(4)了解电负性的概念,知道元素的性质与电负性的关系。
2.化学键与物质的性质:
(1)理解离子键的形成,能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质;
(2)了解共价键的主要类型σ键和π键,能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质;(3)了解简单配合物的成键情况;(4)了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系;(5)理解金属键的含义,能用金属键理论解释金属的一些物理性质;(6)了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、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者离子的空间结构。
3.分子间作用力与物质的性质:
(1)了解化学键和分子间作用力的区别;
(2)了解氢键的存在对物质性质的影响,能列举含有氢键的物质;(3)了解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。
考点一 基态原子的核外电子排布
1.排布规律
(1)能量最低原理:
基态原子核外电子优先占有能量最低的原子轨道,如Ge:
1s22s22p63s23p63d104s24p2。
(2)泡利原理:
每个原子轨道上最多只容纳2个自旋状态不同的电子。
(3)洪特规则:
原子核外电子在能量相同的各轨道上排布时,电子尽可能分占不同的原子轨道,且自旋状态相同。
2.表示方法
(1)电子排布式
按电子排入各电子层中各能级的先后顺序,用能级符号依次写出各能级中的电子数,同时注意特例。
如:
Cu:
1s22s22p63s23p63d104s1
(2)简化电子排布式
“[稀有气体]+价层电子”的形式表示。
如:
Cu:
[Ar]3d104s1
(3)电子排布图
用方框表示原子轨道,用“↑”或“↓”表示自旋方向不同的电子,按排入各电子层中各能级的先后顺序和在轨道中的排布情况书写。
如S:
1.[2017·新课标全国卷Ⅰ,37
(1)]基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为________,该能层具有的原子轨道数为________、电子数为________。
答案 M 9 4
2.[2017·福建理综,31
(2)②]基态铜原子的核外电子排布式为____________。
答案 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
3.[2017·新课标全国卷Ⅱ,37
(1)]Ni2+的价电子排布图为__________________________。
答案
3d
↓↑
↓↑
↓↑
↑
↑
4.[2017·新课标全国卷,37(3)]Se原子序数为________,其核外M层电子的排布式为__________________________。
答案 34 3s23p63d10
5.[2017·江苏,21(A)-
(1)①]Mn2+基态的电子排布式可表示为_________________。
答案 1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
6.[2017·新课标全国卷,37
(2)]基态B原子的电子排布式为________。
答案 1s22s22p1
7.[2017·福建理综,30
(1)]基态氮原子的价电子排布式是__________________________。
答案 2s22p3
8.[2017·山东理综,32
(1)]氧元素基态原子核外未成对电子数有______个。
答案 2
反思归纳
“两原理,一规则”的正确理解
(1)原子核外电子排布符合能量最低原理、洪特规则、泡利原理,若违背其一,则电子能量不处于最低状态。
易误警示 在写基态原子的电子排布图时,常出现以下错误:
(2)同能级的轨道半充满、全充满或全空状态的原子结构稳定
如np3、np6
Cr:
3d54s1 Mn:
3d54s2 Cu:
3d104s1 Zn:
3d104s2
考点二 元素的电离能和电负性
1.元素的电离能
第一电离能:
气态电中性基态原子失去一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-1。
(1)原子核外电子排布的周期性
随着原子序数的增加,元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化:
每隔一定数目的元素,元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化。
(2)元素第一电离能的周期性变化
随着原子序数的递增,元素的第一电离能呈周期性变化:
同周期从左到右,第一电离能有逐渐增大的趋势,稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小;
同主族从上到下,第一电离能有逐渐减小的趋势。
说明 同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势。
电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。
如Be、N、Mg、P。
(3)元素电离能的应用
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In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n,如钠元素I2≫I1,所以钠元素的化合价为+1。
2.元素的电负性
(1)元素电负性的周期性变化
元素的电负性:
不同元素的原子对键合电子吸引力的大小叫做该元素的电负性。
随着原子序数的递增,元素的电负性呈周期性变化:
同周期从左到右,主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下,元素电负性呈现减小的趋势。
(2)
1.[2017·新课标全国卷Ⅱ,37
(2)]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,并且A-和B+的电子数相差为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。
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)。
答案 K F
2.[2017·山东理综,32(3)]第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有______种。
答案 3
3.(2017·安徽理综,25改编)已知Z的基态原子最外层电子排布式为3s23p1,W的一种核素的质量数为28,中子数为14。
则:
(1)W位于元素周期表第________周期第________族。
(2)Z的第一电离能比W的________(填“大”或“小”)。
答案
(1)三 ⅣA
(2)小
4.[2017·山东理综,32
(1)]下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势,正确的是________。
答案 a
5.[2017·新课标全国卷,37
(2)]原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为__________________。
答案 O>S>Se
6.[2017·安徽理综,25
(2)]已知X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍,Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+2,则X的电负性比Y的________(填“大”或“小”)。
答案 小
7.[2017·福建理综,30
(2)]C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是________。
答案 N>O>C
8.[2017·山东理综,32
(2)]Ni是元素周期表中第28号元素,第二周期基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性最小的元素是________。
答案 C(碳)
9.[2017·福建理综,31
(1)]依据第二周期元素第一电离能的变化规律,参照下图中B、F元素的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。
答案
考点三 两大理论与分子构型
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。
杂化类型
杂化轨道数目
杂化轨道夹角
空间构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
正四面体形
CH4
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。
电子
对数
成键
对数
孤电子
对数
电子对空
间构型
分子空
间构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
三角形
BF3
2
1
V形
SnBr2
4
4
0
四面体
四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
3.中心原子杂化类型和分子空间构型的相互判断
中心原子的杂化类型和分子空间构型有关,二者之间可以相互判断。
分子组成(A
为中心原子)
中心原子的孤
电子对数
中心原子的
杂化方式
分子空
间构型
示例
AB2
0
sp
直线形
BeCl2
1
sp2
V形
SO2
2
sp3
V形
H2O
AB3
0
sp2
平面三角形
BF3
1
sp3
三角锥形
NH3
AB4
0
sp3
正四面体形
CH4
1.[2017·福建理综,31(3)②][H3O]+[BHOFFF]-中阳离子的空间构型为__________,阴离子的中心原子轨道采用________杂化。
答案 三角锥形 sp3
2.[2017·山东理综,32(3)]BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。
答案 sp2杂化 sp3杂化
3.[2017·江苏,21(A)-
(2)(4)]已知元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子,元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍,则在Y的氢化物(H2Y)分子中,Y原子轨道的杂化类型是__________,YZ
的空间构型为________________。
答案 sp3 正四面体
4.[2017·新课标全国卷,37
(1)]S单质的常见形式为S8,其环状结构如下图所示,S原子采用的轨道杂化方式是______;
答案 sp3
5.[2017·江苏,21(A)-
(1)
(2)]NO
的空间构型是___________________________________,
H2O分子中O原子轨道的杂化类型为________。
答案 平面三角形 sp3
6.[2017·福建理综,30(3)①]肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物,则NH3分子的空间构型是________;N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是__________。
答案 三角锥形 sp3
7.[2017·山东理综,32(4)]甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH),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。
答案 sp3 小于
解析 甲醇中碳原子形成四个σ键,为sp3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°。
8.[2017·山东理综,32(3)]H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用________杂化。
9.H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为______________________
________________________________________________________________________。
答案 sp3 H2O中O原子有两对孤电子对,H3O+中O原子只有一对孤电子对,排斥力较小
考点四 微粒作用与分子性质
1.共价键
(1)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。
③按原子轨道的重叠方式分为σ键和π键,前者的电子云具有轴对称性,后者的电子云具有镜像对称性。
(2)键参数
①键能:
气态基态原子形成1mol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。
(3)σ键、π键的判断
①由轨道重叠方式判断
“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。
②由共用电子对数判断
单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键。
③由成键轨道类型判断
s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
(4)等电子原理
原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征。
物理性质相似,化学性质不同。
常见等电子体:
微粒
通式
价电子总数
立体构型
CO2、CNS-、NO
、N
AX2
16e-
直线形
CO
、NO
、SO3
AX3
24e-
平面三角形
SO2、O3、NO
AX2
18e-
V形
SO
、PO
AX4
32e-
正四面体形
PO
、SO
、ClO
AX3
26e-
三角锥形
CO、N2
AX
10e-
直线形
CH4、NH
AX4
8e-
正四面体形
(5)配位键
①孤电子对
分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。
②配位键
a.配位键的形成:
成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成共价键。
b.配位键的表示:
常用“―→”来表示配位键,箭头指向接受孤电子对的原子,如NH
可表示为
,在NH
中,虽然有一个N—H键形成的过程与其他3个N—H键形成的过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同。
③配合物
如[Cu(NH3)4]SO4
配位体有孤电子对,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。
中心原子有空轨道,如
Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。
2.分子性质
(1)分子的极性
①分子构型与分子极性的关系
②键的极性与分子的极性的关系
类型
实例
键的极性
空间构型
分子极性
X2
H2、N2
非极性键
直线形
非极性分子
XY
HCl、NO
极性键
直线形
极性分子
XY2
(X2Y)
CO2、CS2
极性键
直线形
非极性分子
SO2
极性键
V形
极性分子
H2O、H2S
极性键
V形
极性分子
XY3
BF3
极性键
平面三角形
非极性分子
NH3
极性键
三角锥形
极性分子
XY4
CH4、CCl4
极性键
正四面体形
非极性分子
(2)溶解性
①“相似相溶”规律:
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
(3)无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使R—O—H中O的电子向R偏移,在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越强,如HClO<HClO2<HClO3<HClO4。
3.范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力
氢键
共价键
作用粒子
分子或原子(稀有气体)
氢、氟、氮、氧原子(分子内、分子间)
原子
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响强度
的因素
①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大
②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
对于A—H……B—,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,氢键键能越大
成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定
对物质性
质的影响
①影响物质的熔沸点、溶解度等物理性质
②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔沸点升高,如F2<Cl2<Br2<I2,CF4<CCl4<CBr4
分子间氢键的存在,使物质的熔沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔沸点:
H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3
①影响分子的稳定性
②共价键键能越大,分子稳定性越强
1.[2017·江苏,21(A)节选]已知元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2,元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子,元素Z的最外层电子数是其内层的3倍。
则①与YZ
互为等电子体的分子的化学式__________________________(任写一种)。
②X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2,1mol该配合物中含有σ键的数目为__________。
③Z的氢化物(H2Z)在乙醇中的溶解度大于H2Y,其原因是
________________________________________________________________________。
答案 ①CCl4或SiCl4等 ②16mol或16×6.02×1023个 ③水分子与乙醇分子之间形成氢键
解析 X的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,为30号元素锌。
Y核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,为16号元素硫,Z为氧。
①与SO
互为等电子体的分子可以采用“左右移位,同族替换”的方法,SO
→SiF4→SiCl4→CCl4等。
②[Zn(NH3)4]2+中Zn与NH3之间以配位键相连,共4个σ键,加上4个NH3的12个σ键,共16个σ键。
③在乙醇中的溶解度H2O大于H2S,是因为水分子与乙醇间能形成分子间氢键。
2.[2017·山东理综,32(4)]若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物,则该配合物中提供孤电子对的原子是________。
答案 X
解析 由于在BCl3中B原子无孤对电子,但有空轨道,所以提供孤电子对的原子是X。
3.[2017·安徽理综,25
(2)]已知X的最高价氧化物对应的水化物化学式为H2XO3,Y是地壳中含量最高的元素,则XY2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是__________,氢元素、X、Y的原子可共同形成多种分子,写出其中一种能形成同种分子间氢键的物质名称________。
答案 分子间作用力 乙酸
解析 X为C或Si,Y为O,结合XY2能由固态变为气态,X应为C,由C、H、O所形成的多种分子中,自身分子间能形成氢键的有乙酸、甲酸、甲醛等。
4.[2017·新课标全国卷Ⅰ,37(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______________________。
答案 ①C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成
②C—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
5.[2017·福建理综,(3)(4)](3)BF3与一定量的水形成(H2O)2·BF3晶体Q,Q在一定条件下可转化为R:
晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及____________(填序号)。
a.离子键 b.共价键 c.配位键 d.金属键
e.氢键 f.范德华力
(4)已知苯酚(
)具有弱酸性,其Ka=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Ka2(水杨酸)________Ka(苯酚)(填“>”或“<”),其原因是________________。
答案 (3)ad
(4)<
中形成分子内氢键,使其更难电离出H+
6.[2017·新课标全国卷,37(4)(5)](4)H2Se的酸性比H2S________(填“强”或“弱”)。
(5)H2SeO3的K1和K2分别为2.7×10-3和2.5×10-8,H2SeO4第一步几乎完全电离,K2为1.2×10-2,请根据结构与性质的关系解释:
①H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因:
________________________________________________________________________;
②H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因:
___________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (4)强
(5)①第一步电离生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子 ②H2SeO3和H2SeO4可表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2。
H2SeO3中的Se为+4价,而H2SeO4中的Se为+6价,正电性更高,导致Se—O—H中O的电子更向Se偏移,更易电离出H+
7.[2017·安徽理综,25
(2)]已知X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍,Y的基态原子最外层电子排布式为nsnnpn+2,则X和Y的气态氢化物中,较稳定是__________(填化学式)。
答案 H2O
8.[2017·江苏,21(A)节选]
(1)在铜锰氧化物的催化下,CO被氧化为CO2,HCHO被氧化为CO2和H2O。
①根据等电子体原理,CO分子的结构式为____________。
②1molCO2中含有的σ键数目为__________。
(2)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2-。
不考虑空间构型,
[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为__________。
答案
(1)①C≡O ②2×6.02×1023个(或2mol)
(2)
或
解析
(1)①CO与N2是等电子体,N2的结构式为N≡N,从而推知CO的结构式为C≡O。
②CO2的结构式为O===C===O,1molCO2含有2molσ键。
(2)Cu2+有空轨道,OH-能提供孤电子对,Cu2+与OH-形成配位离子[Cu(OH)4]2-,其结构可表
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