届高考化学二轮复习物质结构与性质题型的研究选考学案全国通用.docx
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届高考化学二轮复习物质结构与性质题型的研究选考学案全国通用
专题四 物质结构与性质题型的研究(选考)
热点题型一 电子排布式、电离能和电负性
1.熟记构造原理示意图
特别提醒 能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低。
如24Cr的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2。
2.明确表示基态原子核外电子排布的四种方法
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)
O:
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ⅡA族、第ⅤA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(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)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
题组一 真题演练
1.原子的结构
(1)[2018·全国卷Ⅰ,35
(1)]下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为______、______(填标号)。
(2)[2017·全国卷Ⅰ,35
(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________。
(3)[2017·全国卷Ⅲ,35
(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__________________。
(4)[2016·全国卷Ⅱ,37
(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________。
(5)[2016·全国卷Ⅲ,37
(1)]写出基态As原子的核外电子排布式____________________。
(6)[2016·江苏,21
(1)]Zn2+基态核外电子排布式为_________________________________。
答案
(1)D C
(2)N 球形
(3)1s22s22p63s23p63d74s2{或[Ar]3d74s2} O Mn
(4)1s22s22p63s23p63d84s2{或[Ar]3d84s2} 2
(5)1s22s22p63s23p63d104s24p3{或[Ar]3d104s24p3}
(6)1s22s22p63s23p63d10{或[Ar]3d10}
解析
(1)D选项表示基态,为能量最低状态;A、B、C选项均表示激发态,但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多,为能量最高状态。
(2)K原子位于第四周期,原子结构示意图为
,核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,最高能层为N层,第4电子层为4s原子轨道,为球形。
(3)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3d54s2,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2s22p4,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。
(4)镍是28号元素,位于第四周期Ⅷ族,根据核外电子排布规则,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2;3d能级有5个轨道,根据洪特原则,先占满5个自旋方向相同的电子,再分别占据三个轨道,电子自旋方向相反,所以未成对的电子数为2。
(5)As的原子序数为33,则其基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
(6)先写锌原子核外电子排布式[Ar]3d104s2,再由外向内失2个电子,得Zn2+核外电子排布式为[Ar]3d10。
2.元素的性质(电离能、电负性)
(1)[2018·全国卷Ⅲ,35
(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______________________。
(2)[2016·全国卷Ⅱ,37(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=1958kJ·mol-1、INi=1753kJ·mol-1,ICu>INi的原因是__________________
________________________________________________________________________。
(3)[2016·全国卷Ⅲ,37
(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”)。
(4)[2017·江苏,21(3)]C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为__________________。
答案
(1)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子
(2)金属 铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子 (3)大于 小于 (4)H 解析 (1)锌的价层电子排布式为3d104s2,为全满稳定结构,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。 (2)铜和镍属于金属,则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体;铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子,所以ICu>INi。 (3)同周期元素从左到右原子半径逐渐减小,故原子半径Ga大于As,As原子的4p轨道处于半充满的稳定结构,所以第一电离能Ga小于As。 题组二 最新模拟 3.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14C原子中,核外存在________对自旋方向相反的电子。 (2)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。 (3)Cu、Cu2+、Cu+基态核外电子排布式分别为__________________________、____________________________、____________________________。 (4)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。 (5)基态铁原子有________个未成对电子,三价铁离子的电子排布式为________________。 答案 (1)电子云 2 (2)1s22s22p3 6 (3)Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 Cu2+: 1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 Cu+: 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 (4)1s22s22p63s2或[Ne]3s2 高于 (5)4 1s22s22p63s23p63d5 4.元素的性质 (1)原子半径: Al________Si,电负性: N________O。 (填“>”或“<”) (2)已知X、Y和Z均为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表: 电离能/kJ·mol-1 I1 I2 I3 I4 X 496 4562 6912 9543 Y 738 1451 7733 10540 Z 578 1817 2745 11578 ①写出X的核外电子排布式: _________________________________________________。 ②元素Y的第一电离能大于Z的原因是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)中国古代四大发明之一——黑火药,它的爆炸反应为2KNO3+3C+SK2S+N2↑+3CO2↑,除S外,上述元素的电负性从大到小依次为____________________________。 答案 (1)> < (2)①1s22s22p63s1或[Ne]3s1 ②Mg原子的3p轨道全空,结构稳定 (3)O>N>C>K 热点题型二 共价键类型、杂化轨道和空间结构 1.σ键、π键的判断方法 (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都是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。 2.杂化轨道和空间结构的判断方法 (1)明确杂化轨道类型与分子结构的关系 杂化轨道类型 杂化轨道数目 分子构型 实例 sp 2 直线形 CO2、BeCl2、HgCl2 sp2 3 平面三角形 BF3、BCl3、CH2O sp3 4 等性杂化: 正四面体 CH4、CCl4、NH 不等性杂化: 具体情况不同 NH3(三角锥形)、H2S、H2O(V形) (2)应用价层电子对互斥理论判断 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 电子对的立体构型 成键电子对数 孤电子对数 分子的立体构型 实例 2 直线形 2 0 直线形 CO2、C2H2 3 三角形 3 0 三角形 BF3、SO3 2 1 V形 SnCl2、PbCl2 4 四面体 4 0 正四面体 CH4、SO、CCl4、NH 3 1 三角锥形 NH3、PH3 2 2 V形 H2O、H2S (3)应用等电子体原理判断 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熟记下列常见的等电子体 微粒 通式 价电子总数 立体构型 CO2、SCN-、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 题组一 真题演练 1.[2018·全国卷Ⅰ,35(3)]LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是________、中心原子的杂化形式为________。 LiAlH4中,存在________(填标号)。 A.离子键B.σ键C.π键D.氢键 答案 正四面体 sp3 AB 解析 LiAlH4的阴离子为AlH,AlH中Al的杂化轨道数为=4,Al采取sp3杂化,为正四面体构型。 LiAlH4是离子化合物,存在离子键,H和Al间形成的是共价单键,为σ键。 2.[2018·全国卷Ⅲ,35(4)]《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。 ZnCO3中,阴离子空间构型为________,C原子的杂化形式为________________________________________________________________________。 答案 平面三角形 sp2 解析 C原子价层电子对数n=(4+3×0+2)/2=3,因此C原子为sp2杂化,CO的空间构型为平面三角形。 3.[2017·全国卷Ⅰ,35(3)]X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I离子。 I离子的几何构型为________,中心原子的杂化类型为________。 答案 V形 sp3 解析 I离子中价层电子对数为=4,中心原子为sp3杂化,有2对孤电子对,故几何构型为V形。 4.[2017·江苏,21 (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________。 答案 sp2和sp3 9NA 解析 丙酮中—CH3中碳原子形成4个单键,为sp3杂化,羰基中碳原子形成3个σ键,1个π键,为sp2杂化。 丙酮的结构式为 ,有9个σ键(6个C—H,2个C—C,1个C—O)。 题组二 最新模拟 5.CS2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CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子____________。 答案 σ键和π键 sp CO2、COS 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。 6.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________。 答案 三角锥形 sp3 解析 PCl3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sp3杂化。 7.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________。 (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。 答案 (1)3 (2)sp3 < 解析 (1)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。 (2)图乙中,1号C形成了4个σ键,杂化方式为sp3,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。 8.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4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,O—C—H键角接近120°。 9. (1)S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,S原子采用的轨道杂化方式是______________。 (2)H2Se的酸性比H2S________(填“强”或“弱”);气态SeO3分子的立体构型为________________,SO离子的立体构型为______________。 答案 (1)sp3 (2)强 平面三角形 三角锥形 解析 (1)首先根据S8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sp3。 (2)H—Se键的键长比H—S键的键长长,所以H—Se键易断裂,故H2Se的酸性比H2S的强;SeO3中Se的杂化方式为sp2,立体构型为平面三角形;SO中S的杂化方式为sp3,与3个O原子配位,故立体构型为三角锥形。 热点题型三 结构决定性质——解释原因类简答题 1.孤电子对对键角的影响 (1)孤电子对比成键电子对的斥力大,排斥力大小顺序为LP—LP≫LP—BP>BP—BP(LP代表孤电子对,BP代表成键电子对)。 (2)排斥力大小对键角的影响 分子 杂化轨道角度 排斥力分析 实际键角 H2O 109°28′ LP—LP≫LP—BP>BP—BP 105° NH3 109°28′ LP—BP>BP—BP 107° COCl2 120° C==O对C—Cl的排斥力大于C—Cl对C—Cl的排斥力 形成两种键角分别为124.3°、111.4° 2.范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响 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 影响物质的熔点、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 3.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>Cl2;金属晶体>分子晶体,如: Na>Cl2(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>MgCl2,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>N2; 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。 4.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 [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_________________ ________________________________________________________________________。 (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 答案 (2)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)GeCl4、GeBr4、GeI4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 题组一 真题演练 1.[2018·全国卷Ⅲ,35(3)]ZnF2具有较高的熔点(872℃),其化学键类型是________;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是 ________________________________________________________________________。 答案 离子键 ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小 解析 由ZnF2的熔点为872℃可知,ZnF2应为离子晶体,因此化学键类型为离子键。 ZnF2为离子化合物,极性较大,不溶于有机溶剂;ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小,能够溶于有机溶剂。 2.[2018·全国卷Ⅰ,35 (2)]Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是____________________。 答案 Li+核电荷数较大 解析 Li+与H-具有相同的电子构型,Li的核电荷数大于H的核电荷数,因此Li的原子核对电子的吸引能力强,即Li+半径小于H-半径。 3.[2017·全国卷Ⅲ,35 (2)(3)(4)]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。 回答下列问题: (2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。 (3)在CO2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________________________________________________________________________。 (4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在________。 答案 (2)sp sp3 (3)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,水含氢键比甲醇中多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力较大 (4)离子键、π键 解析 (2)CO2和CH3OH的中心原子C原子的价层电子对数分别为2和4,所以CO2和CH3OH分子中碳原子的杂化形式分别为sp和sp3。 (3)影响分子晶体沸点的因素有范德华力和氢键,H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多,故H2O的沸点高,CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力大,沸点更高。 (4)Mn(NO3)2为离子化合物,Mn2+与NO之间是离子键,根据NO的结构式,N与O之间存在双键,故除了σ键还存在π键。 4.[2016·全国卷Ⅱ,37 (2)]硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。 ①[Ni(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(PH
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