专题07 物质结构选修高考化学备考优生百日闯关系列解析版.docx
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专题07物质结构选修高考化学备考优生百日闯关系列解析版
专题07物质结构(选修)
1.【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)体心棱心学科网
【解析】
(1)紫色波长400nm~435nm,因此选项A正确;
(2)K位于第四周期IA族,电子占据最高能层是第四层,即N层,最后一个电子填充在s能级上,电子云轮廓图为球形;K的原子半径大于Cr的
【名师点睛】本题考查化学选修3《物质结构与性质》的相关知识,以填空或简答方式考查,常涉及如下高频考点:
原子结构与元素的性质(基态微粒的电子排布式、电离能及电负性的比较)、元素周期律;分子结构与性质(化学键类型、原子的杂化方式、分子空间构型的分析与判断);晶体结构与性质(晶体类型、性质及与粒子间作用的关系、以晶胞为单位的密度、微粒间距与微粒质量的关系计算及化学式分析等)。
只有掌握这些,才可以更好的解决物质结构的问题。
2.【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。
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
②R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____________。
③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(
)N−H…Cl、____________、____________。
(4)R的晶体密度为dg·cm−3,其立方晶胞参数为anm,晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为______________。
【答案】
(1)
(2)同周期元素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N原子的2p轨道为半充满状态,具有额外稳定性,故不易结合一个电子
(3)①ABDC②5
③(H3O+)O-H…N(
)(
)N-H…N(
)
(4)
电子对数为(6−1−3)/2=1,价层电子对数为4,杂化类型为sp3,空间构型为三角锥形,因此相同之处为ABD,不同之处为C;②根据图(b),
中σ键总数为5个,
的大Π键应表示为
;③根据图(b),还有的氢键是:
(H3O+)O-H…N(
)、(
)N-H…N(
);
(4)根据密度的定义有,d=
g/cm3,解得y=
=
。
【名师点睛】本题考查化学选修3《物质结构与性质》的相关知识,以填空或简答方式考查,常涉及如下高频考点:
原子结构与元素的性质(基态微粒的电子排布式、电离能及电负性的比较)、元素周期律;分子结构与性质(化学键类型、原子的杂化方式、分子空间构型的分析与判断);晶体结构与性质(晶体类型、性质及与粒子间作用的关系、以晶胞为单位的密度、微粒间距与微粒质量的关系计算及化学式分析等)。
只有对基础知识积累牢固,这类问题才能比较容易解决;在做题过程中一定要注意审清楚问题问的是什么,如本题
(1)问的是电子排布图,而不是电子排布式,另一个注意书写规范,如氢键的表示。
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。
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(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。
2018年考查点和命题方式将保持不变。
以一种已知的元素立题,选取与其相关的某些典型单质或化合物展开设问,综合考查原子、分子和晶体的结构与性质;以几种已知的元素立题,依托不同元素的物质分别独立或侧重考查原子、分子和晶体的结构与性质;或以推断出的几种元素立题,依托它们之间组成的物质综合考查原子、分子和晶体的结构与性质。
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.碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途.请回答下列问题:
(1)基态碳原子核外电子有__种空间运动状态,其价电子排布图为__.
(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种重要的含碳化合物,判断其分子立体构型为__,其碳原子杂化轨道类型为_____杂化.
(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同,分解温度不同,如下表所示:
碳酸盐
MgCO3
CaCO3
BaCO3
SrCO3
热分解温度/℃
402
900
1172
1360
阳离子半径/pm
66
99
112
135
试解释为什么随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高?
。
______________
(4)碳的一种同素异形体﹣﹣C60,又名足球烯,是一种高度对称的球碳分子.立方烷(分子式:
C8H8结构是立方体:
是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子,而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体,该晶体的晶胞结构如图所示,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中.则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为__。
(5)碳的另一种同素异形体——石墨,其晶体结构如图所示,则石墨晶胞含碳原子个数为__个.已知石墨的密度为ρg·cm﹣3,C﹣C键长为rcm,阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为__cm.
(6)金刚石和石墨的物理性质差异很大,其中:
熔点较高的是___________,试从结构分析___________;硬度大的是___________,其结构原因是___________。
【答案】4
平面三角形sp2碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子,使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程,阳离子所带电荷相同时,阳离子半径越小,金属氧化物的晶格能越大,对应的碳酸盐就越容易分解C8H8·C604
石墨石墨为混合型晶体,金刚石为原子晶体,二者熔点均取决于碳碳共价键,前者键长短,则熔点高金刚石石墨硬度取决于分子间作用力,而金刚石取决于碳碳共价键
晶胞中C60数目为8×1/8+6×1/2=4,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中,晶胞中立方烷数目为4,则化学式为C8H8·C60。
(5)由图可知石墨的晶胞结构为
,设晶胞的底边长为acm,晶胞的高为hcm,层间距为dcm,则h=2d,底面图为
,则a/2=r×sin60°,可得a=
,则底面面积为(
)2×Sin60°,晶胞中C原子数目为1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,
2.钴是人体必需的微量元素,含钴化合物作为颜料,具有悠久的历史,在机械制造、磁性材料等领域也具有广泛的应用,请回答下列问题:
(1)Co基态原子的电子排布式为__________________________;
(2)酞菁钴近年来在光电材料、非线性光学材料、光动力学中的光敏剂、催化剂等方面得到广泛的应用,其结构如图所示,中心离子为钴离子。
①酞菁钴中三种非金属原子的电负性有大到小的顺序为____________,(用相应的元素符号作答) ;碳原子的杂化轨道类型为___________________________;
②与钴离子通过配位健结合的氮原子的编号是___________________________;
(3)用KCN处理含Co2+的盐溶液,有红色的Co(CN)2析出,将它溶于过量的KCN溶液后,可生成紫色的[Co(CN)6]4-,该配离子中的配位体为________,配位原子为____________________;
(4)Co的一种氧化物的晶胞如图所示,在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的钴原子有_____个;与一个钴原子等距离且次近的氧原子有______个; 若该钴的氧化物晶体中钴原子与跟它最近邻的氧原子之间的距离为r,该钴原子与跟它次近邻的氧原子之间的距离为______;已知在该钴的氧化物晶体中钴原子的半径为apm,氧原子的半径为bpm,它们在晶体中是紧密接触的,则在该钴的氧化物晶体中原子的空间利用率为____(用含a、b的式子表示)。
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(5)筑波材料科学国家实验室 一个科研小组发现了在5K 下呈现超导性的晶体,该晶体具有CoO2的层状结构(如下图所示,小球表示Co原子,大球表示O原子)。
下列用粗线画出的重复结构单元示意图不能描述CoO2的化学组成的是_______。
【答案】1s22s22p63s23p63d74s2N>C>Hsp22,4CN-N128
r2π/3× (a2+b2)/(a+b)3D
②含有孤电子对N与Co通过配位键结合形成配位键后,形成4对共用电子对,1号、3号N原子形成3对共用电子对为普通的共价键;2号、4号N原子形成4对共用电子对,与Co原子通过配位键结合;正确答案:
2,4。
(3)通过题意可知,该离子中的配位体为CN-,形成配位键的原子为N;正确答案:
CN-;N。
(4)假设黑色球是钴原子,以顶点钴原子为研究对象,与之最近的钴原子位于面心,每个顶点8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,在该晶胞中与一个钴原子等距离且最近的钴原子的个数为3×8/2=12;与一个钴原子等距离且次近的氧原子有8个;钴离子与跟它次近邻的氧离子之间距离为晶胞体对角线的一半,距离为
r;钴的氧化物晶体中共含有钴原子8×1/8+6×1/2=4个,含有氧原子12×1/4+1=4,即晶胞中含有4个CoO,体积为4/3π×(a2+b2)×4,晶胞的边长为(2a+2b),晶胞的体积为(2a+2b)3,钴的氧化物晶体中原子的空间利用率为[4/3π×(a2+b2)×4]/(2a+2b)3=2π/3× (a2+b2)/(a+b)3;正确答案:
12;8;
r;(2π/3× (a2+b2)/(a+b)3。
(5)CoO2重复结构单元中钴原子:
氧原子数目之比用为1:
2;有以下图像可知:
A中钴原子:
氧原子=1:
(4×1/2)=1:
2,符合;B中钴原子:
氧原子=(1+4×1/4):
4=1:
2,符合;C中钴原子:
氧原子=(4×1/4):
(4×1/2)=1:
2,符合;D中中钴原子:
氧原子=1:
(4×1/4)=1:
1,不符合;正确选项D。
3.黄铜矿是一种重要的化工原料,主要成分是CuFeS2,另外还有少量的氧化铝、二氧化硅及水分,通过化学工艺可获得许多化工产品。
(1)铜元素位于元素周期表中_________(填写周期、族);基态Fe原子的价层电子轨道表达式为_____;
(2)硫位于第VIA族,该族元素氢化物沸点由低到高的顺序及原因是_________(必要化学用语及文字简答)。
(3)基态氮原子的第一电离能大于氧原子的第一电离能的原因是__________。
(4)由铝和氯元素组成的化合物熔点190℃、在熔融态不导电;该化合物易升华,其蒸气密度是相同条件下氢气的133.5倍。
请写出其蒸气分子的结构式______________(如有配位键,请用“→”表示)。
(5)黄铜矿在空气中高温灼烧可以得到固体混合物和废气,固体混合物中有X和Y两化合物。
固体化合物X的晶胞模型如图甲所示:
①化合物X的化学式:
___________;
②废气中SO2经催化氧化生成SO3,SO3分子中硫原子杂化方式为___________;SO3分子空间构型是___________。
(6)黄铜矿高温灼烧得到的另一固体化合物Y的晶胞模型如图乙,已知丫晶体密度为ρg/cm3,则Y晶体中晶胞边长是_____cm。
【答案】第4周期第ⅠB
该族氢化物沸点由低到高的顺序为H2S、H2Se、H2Te、H2O,H2S、H2Se、H2Te因相对分子质量逐渐增大,分子间作用力增大,沸点升高;而H2O分子之间因形成的氢键大于分子间作用力,沸点更高(合理答案均计分)N原子2P轨道处于半充满,原子稳定,而O原子2P轨道需失去一个电子才能达到半充满的稳定状态(合理答案均计分)
Cu2S sp2平面三角形
【解析】
(1)由元素周期表得,铜元素原子的核外电子排布由里往外依次为:
2、8、18、1;位于元素周期表中第4周期第ⅠB族;正确答案:
第4周期、第ⅠB。
Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,其3d、4s电子为其价电子,根据构造原理书写其价电子轨道表示式为
;正确答案:
。
(4)该化合物蒸气密度是相同条件下氢气的133.5倍,故该化合物相对分子质量为133.5
2=267,又因为该化合物熔点190℃、在熔融态不导电,故该化合物为共价化合物,含有共价键;又因为Al与3个Cl形成共价键后,距离8电子稳定结构还差2个,这时,另外一个Cl提供2个电子,形成配位键,从而使其达到稳定结构,因为配位键箭头要指向中心原子,其蒸气分子的结构式
;正确答案:
。
(5)Cu2S在一个晶胞中,S:
8
+1=2Cu:
4,所以化合物X的化学式为Cu2S;因为S价电子数为6,配原子提供电子数为0,由公式:
(中心原子价电子数+配原子提供的电子数)/2,得(6+0
3)/2=3所以为sp2,SO3分子中硫原子杂化方式为sp2,SO3分子空间构型是平面三角形;正确答案:
Cu2S;sp2;平面三角形。
(6)设晶体中晶胞边长为lcm;Y的化学式为Fe2O3,单位晶胞中含有两个Fe2O3,所以由
=m/v=2
160/NA
l3可得,l=
2
160/NA
cm
4.现有A、B、C、D、E五种元素,他们性质如下:
A
周期表中原子半径最小的元素
B
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C
C的2p轨道中有三个未成对的单电子
D
原子核外电子数是B与C核外电子数之和
E
E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答如下问题:
(1)基态E原子有________个未成对电子,二价E离子的核外电子排布式为________。
(2)A2D分子中D原子的杂化类型是________,D的氧化物DO3分子空间构型为________。
(3)CA3极易溶于水,其原因主要是________,试判断CA3溶于水后,形成CA3·H2O的合理结构:
______(填字母代号),推理依据是______。
(4)在ESO4溶液中滴入过量氨水,形成配合物的颜色为_______,反应的离子方程式为______。
(5)ZnD的晶胞结构如图1所示,在ZnD晶胞中,D2-的配位数为________。
(6)E与金形成的金属互化物结构如图2所示,其晶胞边长为anm,该金属互化物的密度为________(用含a、NA的代数式表示)g·cm-3。
【答案】11s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9sp3杂化平面正三角形氨分子与水分子间形成氢键b一水合氨电离产生铵根离子和氢氧根离子深蓝色Cu2++4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++4H2O4
(3)NH3极易溶于水,主要原因是氨分子和水分子间能够形成氢键;由于N元素的电负性大于O元素,所以NH3分子中的N元素更容易与H2O分子中H元素结合成键,因此NH3·H2O的合理结构为b,也可从NH3·H2O
NH4++OH—说明NH3·H2O的合理结构为b;
(4)CuSO4溶液中滴入过量氨水,形成[Cu(NH3)4]2+使溶液呈深蓝色,反应的离子方程式为Cu2++4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++4H2O;
(5)由ZnS的晶胞结构分析可知,每个S2—周围等距最近的Zn2+有4个,即其配位为4;
(6)由图2分析可知,该晶胞中的Cu原子数=
=3,Au原子数为
=1,所以其化学式为AuCu3,则该晶胞的质量为m=
g,其体积为V=a3×10-21cm3,所以其密度为
g/cm3。
5.硼、砷、锑的化合物用途非常广泛。
回答下列问题:
(1)基态砷原子的价电子轨道表达式(电子排布图)为_______________,其未成对电子所在原子的轨道轮廓图形为____________________。
(2)B4C的熔点为2350℃、沸点为3500℃,说明它属于____________晶体,AsF3的沸点(60.4℃)比SbF3的沸点(376℃)低,其原因是____________________________________。
(3)已知反应:
(CH3)3C—F+SbF6→(CH3)3CSbF6,该反应可生成(CH3)3C+,其碳正离子中碳原子杂化方式有____________________________________。
(4)与BF3互为等电子体的分子和离子分别为_______________(各举1例);已知分子中的大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BF3中的大π键应表示为_________________。
(5)砷化硼的晶胞结构如图所示。
与砷原子紧邻的硼原子有_________个,与每个硼原子紧邻的硼原子有_________个,若其晶胞参数为bpm,则其晶体的密度为_________________(列出表达式,设NA为阿伏加德罗常数的数值)g·cm-3。
【答案】
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