高考化学检测第二板块 非选择题必考题型专攻 第21题 物质结构与性质.docx
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高考化学检测第二板块非选择题必考题型专攻第21题物质结构与性质
第21题
物质结构与性质
1.(2018·江苏高考)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO
和NO
,NOx也可在其他条件下被还原为N2。
(1)SO
中心原子轨道的杂化类型为________;NO
的空间构型为________________(用文字描述)。
(2)Fe2+基态核外电子排布式为______________________________________________。
(3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。
(4)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)=________。
(5)[Fe(H2O)6]2+与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2+中,NO以N原子与Fe2+形成配位键。
请在[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
[把脉考点]
第
(1)问
考查中心原子的杂化方式、离子的空间构型
第
(2)问
考查核外电子排布式的书写
第(3)问
考查等电子体
第(4)问
考查化学键类型的判断
第(5)问
考查配合物的结构
解析:
(1)SO
中S原子的价层电子对数=
=4,因此S原子为sp3杂化。
NO
中N原子的价层电子对数=
=3,因此N原子为sp2杂化,无孤对电子,因此空间构型为平面(正)三角形。
(2)Fe原子核外有26个电子,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,失去两个电子后,Fe2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。
(3)因为是阴离子,因此在周期表中可将一个O原子左移一个位置变为N原子,即NO
为O3的等电子体。
(4)N与N可形成叁键,因此有1个σ键和2个π键,即两者数目比为1∶2。
(5)[Fe(NO)(H2O)5]2+中有5个H2O和1个NO,题给图示中缺少1个H2O和1个NO,O和N提供孤对电子,根据题给图示结构可补填缺少的H2O和NO配体。
答案:
(1)sp3 平面(正)三角形
(2)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6
(3)NO
(4)1∶2
(5)
2.(2017·江苏高考)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。
某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
(1)Fe3+基态核外电子排布式为________________。
(2)丙酮(
)分子中碳原子轨道的杂化类型是____________,1mol丙酮分子中含有σ键的数目为________________________。
(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________________。
(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为________________。
(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。
FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________________。
[把脉考点]
第
(1)问
考查核外电子排布式的书写
第
(2)问
考查中心原子的杂化轨道类型、化学键类型的判断
第(3)问
考查元素电负性大小的比较
第(4)问
考查氢键对物质熔沸点的影响
第(5)问
考查晶体的化学式
解析:
(1)Fe为26号元素,Fe3+基态核外电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5。
(2)甲基上的碳原子为sp3杂化,羰基上的碳原子为sp2杂化。
单键全为σ键,1个双键中含有1个π键和1个σ键,故1mol丙酮中含有9molσ键。
(3)非金属性:
H H (4)乙醇中的羟基之间可以形成分子间氢键,故沸点高于丙酮。 (5)能量越低越稳定,从图2知,Cu替代a位置Fe型晶胞更稳定,其晶胞中Cu位于8个顶点,N(Cu)=8× =1,Fe位于面心,N(Fe)=6× =3,N位于体心,N(N)=1,其化学式为Fe3CuN。 答案: (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 (2)sp2和sp3 9NA (3)H (4)乙醇分子间存在氢键 (5)Fe3CuN 3.(2016·江苏高考)[Zn(CN)4]2-在水溶液中与HCHO发生如下反应: 4HCHO+[Zn(CN)4]2-+4H++4H2O===[Zn(H2O)4]2++4HOCH2CN。 (1)Zn2+基态核外电子排布式为______________________________________________。 (2)1molHCHO分子中含有σ键的数目为________mol。 (3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是________。 (4)与H2O分子互为等电子体的阴离子为________。 (5)[Zn(CN)4]2-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。 不考虑空间构型,[Zn(CN)4]2-的结构可用示意图表示为________。 [把脉考点] 第 (1)问 考查核外电子排布式的书写 第 (2)问 考查化学键类型的判断 第(3)问 考查中心原子的杂化方式 第(4)问 考查等电子体 第(5)问 考查配合物的结构 解析: (1)Zn为30号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,失去最外层的2个电子即可得到Zn2+,Zn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。 (2)HCHO的结构式为 单键为σ键,双键中有1个σ键和1个π键,1个HCHO分子中含有3个σ键,故1molHCHO中含有σ键3mol。 (3)根据HOCH2CN的结构简式为可知,βC原子形成4个σ键,该碳原子采取sp3杂化;αC原子形成2个σ键、2个π键,该碳原子采取sp杂化。 (4)等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同的微粒,H2O分子中有3个原子、8个价电子,根据质子—电子互换法可知,符合条件的阴离子为NH 。 (5)Zn2+提供空轨道,CN-中C原子提供孤电子对,两者形成配位键,结构可表示为 或 答案: (1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) (2)3 (3)sp3和sp (4)NH 4.(2015·江苏高考)下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶: 2Cr2O +3CH3CH2OH+16H++13H2O―→ 4[Cr(H2O)6]3++3CH3COOH (1)Cr3+基态核外电子排布式为______________;配合物[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是________(填元素符号)。 (2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________;1molCH3COOH分子含有σ键的数目为________。 (3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式);H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为________。 [把脉考点] 第 (1)问 考查核外电子排布式的书写和配合物的结构 第 (2)问 考查中心原子的杂化轨道类型、化学键类型的判断 第(3)问 考查等电子体和氢键对物质溶解性的影响 解析: (1)Cr是24号元素,Cr原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cr原子由外向里失去3个电子后变为Cr3+,故Cr3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。 在配合物[Cr(H2O)6]3+中,中心原子提供空轨道,而配位原子需提供孤对电子,H2O分子中含有孤对电子的是O原子。 (2)CH3COOH中,甲基中C原子与其他原子形成4个σ键,故C原子采取sp3杂化;而羧基中C原子形成3个σ键和1个π键,故C原子采取的是sp2杂化。 CH3COOH的结构式为 单键均为σ键,双键中有1个σ键和1个π键,故1个CH3COOH分子中含有7个σ键,因此1molCH3COOH中含有7×6.02×1023个σ键。 (3)运用电子—电荷互换法,将O原子的1个电子换作1个正电荷,则O原子换为F原子,即可写出与H2O互为等电子体的阳离子H2F+。 H2O与CH3CH2OH可形成分子间氢键,是导致H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶的主要原因。 答案: (1)1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3 O (2)sp3和sp2 7NA(或7×6.02×1023) (3)H2F+ H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键 5.(2014·江苏高考)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基,也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。 (1)Cu+基态核外电子排布式为_______________________________________。 (2)与OH-互为等电子体的一种分子为______________________________________(填化学式)。 (3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是________;1mol乙醛分子中含有σ键的数目为________。 (4)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为________________________________________________________。 (5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。 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________。 [把脉考点] 第 (1)问 考查核外电子排布式的书写 第 (2)问 考查等电子体 第(3)问 考查中心原子的杂化轨道类型、化学键类型的判断 第(4)问 考查有机化学方程式 第(5)问 考查晶胞的结构 解析: (1)Cu为29号元素,Cu+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。 (2)OH-为10电子粒子,HF为与OH-互为等电子体的分子。 (3)醛基的空间构型是平面三角形,所以醛基中碳原子的轨道杂化类型为sp2。 由乙醛的结构式可以得出,1个乙醛分子中含6个σ键,所以1mol乙醛分子中含σ键的数目为6NA即6×6.02×1023个。 (4)乙醛在碱性条件下可以被氢氧化铜氧化生成乙酸,反应的化学方程式为2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+3H2O。 (5)根据铜晶胞结构示意图可以看出,在每个铜原子周围与其距离最近的铜原子每层有4个,共有3层,所以铜晶体内每个铜原子周围与其距离最近的铜原子共有12个。 答案: (1)[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10 (2)HF (3)sp2 6×6.02×1023个 (4)2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+3H2O (5)12 高考题型为非选择题,一般是以元素推断或某族元素为背景,下设置6~8个空格,以“拼盘”形式呈现,起点高,落点低,知识覆盖面较广。 其考查角度有: ①考查原子或离子电子排布式、电子排布图的书写;电离能、电负性大小的比较和应用等。 ②考查分子中σ键、π键、配位键的分析和判断;分子构型、分子极性的判断;“相似相溶原理”、等电子体、氢键的性质等应用。 ③考查晶体中晶胞的原子或分子数目,从而确定化学式;晶体中作用力的判断以及对晶体性质的影响;常见晶体的结构及熔、沸点的比较。 命题点一原子结构与性质 [重难主攻] 1.核外电子排布 (1)牢记基态原子核外电子排布的三规律 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,即1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s… 泡利原理 每个原子轨道上最多只容纳2个自旋状态相反的电子 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)明确表示基态原子核外电子排布的四方法 表示方法 举例 电子排布式 Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1 简化表示式 Cu: [Ar]3d104s1 价电子排布式 Fe: 3d64s2 电子排布图 (或轨道表示式) (3)防范核外电子排布常见错误 ①电子排布式 a.3d、4s书写顺序混乱。 如 b.违背洪特规则特例。 如 ②电子排布图 错误类型 错因剖析 改正 违背能量最低原理 违背泡利原理 违背洪特规则 违背洪特规则 2.电离能、电负性 (1)元素第一电离能的周期性变化规律 一般规律 同一周期,随着原子序数的增加,元素的第一电离能呈现增大的趋势,稀有气体元素的第一电离能最大,碱金属元素的第一电离能最小 同一主族,随着电子层数的增加,元素的第一电离能逐渐减小 特殊情况 第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。 通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)和全满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能 (2)电离能、电负性大小判断 规律 在周期表中,电离能、电负性同周期从左到右逐渐增大,同主族从上往下逐渐减小 特性 同周期主族元素,第ⅡA族(ns2)全充满、ⅤA族(np3)半充满,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的第ⅢA和ⅥA族元素 方法 常常应用化合价及物质类别判断电负性的大小,如O与Cl的电负性比较: ①HClO中Cl为+1价、O为-2价,可知O的电负性大于Cl;②Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物,可知O的电负性大于Cl (3)电离能、电负性的应用 ①电离能的应用 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 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电负性的应用 [题点全练] 1. (1)(2018·扬州一模)多酚氧化酶与植物的抗病性有关。 配合物[Mn(EDTB)](NO3)2·DMF是多酚氧化酶的模型配合物。 ①Mn2+基态核外电子排布式为________________。 ②C、H、O、N四种元素的电负性由小到大的顺序为______________。 (2)(2018·苏锡常镇一调)铜的化合物具有广泛的用途。 ①Cu2+基态核外电子排布式为________________。 ②往硫酸铜溶液中加入过量氨水,溶液最终变成深蓝色,继续加入乙醇,可析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O。 N、O、S原子的第一电离能由大到小的顺序为__________。 (3)(2018·苏州期初调研)超细氧化镍(NiO)是一种功能材料,已被广泛用于电池电极、催化剂、半导体、玻璃染色剂等方面。 工业上常以Ni(NO3)·6H2O和[CO(NH2)2](尿素)为原料制备。 ①Ni2+基态核外电子排布式为____________。 ②C、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为________。 解析: (1)①锰是25号元素,基态Mn原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,则Mn2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。 ②同一周期元素,元素的电负性随着原子序数增大而增大,同一主族元素,元素的电负性随着原子序数增大而减小,C、H、O、N四种元素的电负性由小到大的顺序为H (2)①铜的质子数是29,则Cu2+基态核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。 ②一般非金属性越强,第一电离能越大,氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,第一电离能大于相邻元素,则N、O、S原子的第一电离能由大到小的顺序为N>O>S。 (3)①Ni是28号元素,根据原子核外电子排布规律可知,Ni2+的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8。 ②一般非金属性越强第一电离能越大,但氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,则C、N、O三种元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。 答案: (1)①[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 ②H (2)①[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9 ②N>O>S (3)①1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8 ②N>O>C 2. (1)硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示: H2S S8 FeS2 SO2 SO3 H2SO4 熔点/℃ -85.5 115.2 >600 (分解) -75.5 16.8 10.3 沸点/℃ -60.3 444.6 -10.0 45.0 337.0 基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。 (2)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。 ①Zn原子核外电子排布式为________________________________。 ②黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。 第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。 原因是______________________________。 (3)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2===CH3OH+H2O)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。 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________。 (4)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。 ①镍元素基态原子的电子排布式为_______________________________________, 3d能级上的未成对电子数为________。 ②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=1958kJ·mol-1、INi=1753kJ·mol-1,ICu>INi的原因是____________________________。 解析: (1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,因此其价层电子的电子排布图为 ;基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。 (2)①锌的核外有30个电子,因此其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,也可写作[Ar]3d104s2。 ②锌的价层电子排布式为3d104s2,为全充满稳定结构,较难失去电子,铜的价层电子排布式为3d104s1,较易失去一个电子,因此锌的第一电离能大于铜的第一电离能。 (3)根据构造原理可写出Co基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。 O是非金属元素,而Mn是金属元素,前者易得电子而不易失电子,后者则反之,所以O的第一电离能大于Mn的。 Mn和O的基态原子核外电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d54s2、1s22s22p4,前者的3d轨道中5个电子均未成对,后者的2p轨道中有2个电子未成对,所以Mn的基态原子核外未成对电子数较多。 (4)①Ni是28号元素,根据核外电子的排布规律可知,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。 根据洪特规则可知,Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道,其未成对电子数为2。 ②Cu、Ni均属于金属晶体,它们均通过金属键形成晶体。 因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1,3d能级全充满,较稳定,失去第2个电子较难,因此ICu>INi。 答案: (1) 哑铃(纺锤) (2)①1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2 ②大于 Zn核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子 (3)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 O Mn (4)①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2 ②金属 铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子 3. (1)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相同且电负性小的元素是________;26号元素价层电子排布式为________;L原子核外电子占有9个轨道,而且有一个未成对电子,L是________元素。 (2)硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素,可以形成多种化合物。 ①基态硒原子的价层电子排布式为________________。 ②锗、砷、硒的第一电离能大小排序为____________。 解析: (1)原子占有9个原子轨道时,3p能级上的3个轨道均被占据,有1个未成对电子的只能是3p轨道上有5个电子,故L是氯元素。 (2)①硒为34号元素,有6个价电子,所以硒的价层电子排布式为4s24p4; ②同一周期中,元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第ⅤA族元素第一电离能大于相邻元素,所以Ge、As、Se三种元素的第一电离能的大小顺序是: As>Se>Ge。 答案: (1)C 3d64s2 Cl (2)①4s24p4 ②As>Se>Ge 命题点二分子结构与性质 [重难主攻] 1.σ键、π键的判断 (1)由原子轨道重叠方式判断 “头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。 (2)由共价键数目判断 单键为σ键;双键或叁键,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是σ键;杂化轨道形成的共价键全为σ键。 2.中心原子杂化类型和分子空间构型的相互判断 分子(A为中心原子) 中心原子孤电子对数 中心原子杂化方式 分子构型 示例 AB2 0 sp 直线形 BeCl2、CO2、HCN 1 sp2 V形 SO2、O3 2 sp3 V形 H2O、H2S AB3 0 sp2 平面三角形 BF3、CH2O、SO3 1 sp3 三角锥形 NH3、H3O+、PCl3 AB4 0 sp3 正四面体形 CH4、NH 、SO 3.分子的极性与键的极性 化学式 中心原子 杂化方式 分子的空 间构型 分子的 极性 键的极性 键角 H2O sp3 V形 极性 极性 105° NH3 sp3 三角锥形 极性 极性 107° CO2 sp 直线形 非极性 极性 180° CH4 sp3 正四面体形 非极性 极性 109°28′ C2H4 sp2 平面四边形 非极性 极性、非极性 120° C2H2 sp 直线形 非极性 极性、非极性 180° sp2 平面六边形 非极性 极性、非极性 120° BF3 sp2 平面三角形 非极性 极性 120°
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