三年高考真题分类汇编化学 专题19 物质结构与性质选修 教师版.docx
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三年高考真题分类汇编化学专题19物质结构与性质选修教师版
专题十九物质结构与性质(选修)
考纲解读
知识点
近三年高考真题知识点分布
考纲解读
命题趋势
物质结构与性质
2018年
新课标1卷11;新课标2卷11;新课标3卷11;江苏卷21;海南卷19;
1.了解原子核外电子的能级分布、元素电离能的含义、电负性的概念
2.理解离子键的形成、共价键的主要类型、金属键的含义,能用价层电子对互斥理论或杂化轨道理论推测空间结构
3.理解分子间作用力与物质的性质之间的关系
通过对近三年高考真题分析,物质结构与性质常考知识点如下:
原子结构与元素的性质方面,如原子电子排布式,元素原子的性质;化学键与物质的性质方面,如杂化轨道类型,分子(离子)空间构型;分子间作用力与物质的性质方面,如品胞判断与计算。
这些知识都是最基最主干的知识点,试题均建构在以教材为主的中学化学基础知识之上,没有偏离教材体系和考试说明的要求,试题基本保持稳试题关注基础知识的理解和运用,试卷并不追求知识面的高度覆盖,因此重点知识可能反复出现。
2017年
新课标1卷11;新课标2卷11;新课标3卷11;江苏卷21;海南卷19;
2016年
新课标1卷13;新课标2卷13;新课标3卷13;江苏卷21;海南卷19;
真题链接
1.【2018新课标1卷11】Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。
回答下列问题:
(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)。
A.
B.
C.
D.
(2)Li+与H−具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H−),原因是______。
(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
(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born−Haber循环计算得到。
可知,Li原子的第一电离能为________kJ·mol−1,O=O键键能为______kJ·mol−1,Li2O晶格能为______kJ·mol−1。
(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。
已知晶胞参数为0.4665nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为______g·cm−3(列出计算式)。
【答案】
(1)DC
(2)Li+核电荷数较大(3)正四面体sp3AB
(4)5204982908(5)
【解析】
(1)根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为1s22s1,则D中能量最低;选项C中有2个电子处于2p能级上,能量最高;
(2)由于锂的核电荷数较大,原子核对最外层电子的吸引力较大,因此Li+半径小于H-;
(3)LiAlH4中的离子是AlH4-,中心原子铝原子含有的价层电子对数是4,且不存在孤对电子,所以空间构型是正四面体,中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化;阴阳离子间存在离子键,Al与H之间还有共价单键,不存在双键和氢键,答案选AB;
(4)第一电离能是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,根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040kJ/mol÷2=520kJ/mol;0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249kJ,所以O=O键能是249kJ/mol×2=498kJ/mol;晶格能是气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量,根据示意图可知Li2O的晶格能是2908kJ/mol;
(5)根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中,共计是8个,根据化学式可知氧原子个数是4个,则Li2O的密度是
。
2.【2017新课标1卷11】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
【解析】
(1)紫色波长400m~435m,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的半径,且价电子数较少,金属键较弱,因此K的熔点、沸点比Cr低;(3)I3+与OF2互为等电子体,OF2属于V形,因此I3+几何构型为Ⅴ形,其中心原子的杂化类型为sp3;(4)根据晶胞结构,K与O间的最短距离是面对角线的一半,即为
nm=0.315nm,根据晶胞的结构,距离K最近的O的个数为12个;(5)根据KIO3的化学式,以及晶胞结构,可知K处于体心,O处于棱心。
3.【2016新课标1卷13】锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。
回答下列问题:
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]_______,有______个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、叁键,但Ge原子之间难以形成双键或叁键。
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
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。
Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是______________。
(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为______,微粒之间存在的作用力是_______。
(6)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A
为(0,0,0);B为(
,0,
);C为(
,
,0)。
则D原子的坐标参数为______
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。
已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为______g·cm-3(列出计算式即可)。
【答案】
(1)3d104s24p2;2;
(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,分子量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强。
(4)O>Ge>Zn;(5)sp3;共价键;(6)①(
,
,
);②
。
【解析】
(1)Ge是32号元素,与碳元素是同一主族的元素,在元素周期表中位于第四周期IVA族;基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]4s24p2,也可写为3d104s24p2;在其原子的最外层的2个4s电子是成对电子,位于4轨道,2个4p电子分别位于2个不同的4轨道上,所以基态Ge原子有2个未成对的电子
(2)Ge与C是同族元素,C原子原子半径较小,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,这是由于锗的原子半径大,原子之间形成的ρ单键较长,p-p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键;(3)锗元素的卤化物在固态时都为分子晶体,分子之间通过微弱的分子间作用力结合。
对于组成和结构相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高。
由于相对分子质量:
GeCl4<GeBr4<GeI4,所以它们的熔沸点由低到高的顺序是:
GeCl4<GeBr4<GeI4;(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。
元素的非金属性越强,其吸引电子的能力就越强,元素的电负性就越大。
元素Zn、Ge、O的非金属性强弱顺序是:
O>Ge>Zn,所以这三种元素的电负性由大至小的顺序是O>Ge>Zn;(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为1个s轨道与3个p轨道进行的sp3杂化;由于是同一元素的原子通过共用电子对结合,所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键(或写为共价键);(6)①根据各个原子的相对位置可知,D在各个方向的1/4处,所以其坐标是(
,
,
);根据晶胞结构可知,在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8,所以晶胞的密度
=
cm3。
4.【2018新课标2卷11】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
回答下列问题:
(1)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)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是_________。
(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为__________。
(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为_____形,其中共价键的类型有______种;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。
晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为___________g·cm−3;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为______nm。
【答案】
(1)
哑铃(纺锤)
(2)H2S(3)S8相对分子质量大,分子间范德华力强(4)平面三角2sp3
(5)
【解析】
(1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则其价层电子的电子排布图(轨道表达式)为
,基态s原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,则电子占提据最高能级是3p,其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形
(2)根据价层电子对互斥理论可知H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数分别是
,因此不同其他分子的是H2S。
(3)S8、二氧化硫形成的晶体均是分子晶体,由于S8相对分子质量大,分子间范德华力强,所以其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多;
(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,根据
(2)中分析可知中心原子含有的价层电子对数是3,且不存在孤对电子,所以其分子的立体构型为平面三角形。
分子中存在氧硫双键,因此其中共价键的类型有2种,即σ键、π键;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子形成4个共价键,因此其杂化轨道类型为sp3。
(5)根据晶胞结构可知含有铁原子的个数是12×1/4+1=4,硫原子个数是8×1/8+6×1/2=4,晶胞边长为anm、FeS2相对式量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,则其晶体密度的计算表达式为
;晶胞中Fe2+位于S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长是面对角线的一半,则为
nm。
5.【2017新课标2卷11】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)
【解析】
(1)N原子位于第二周期第VA族,价电子是最外层电子,即电子排布图是
;
(2)根据图(a),同周期随着核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放岀的能量依次增大;氮元素的2轨道为半充满状态,原子相对稳定,不易结合电子;
(3)①根据图(b),阳离子是NH4+和H2O,NH4+中原子N含有4个σ键,孤电子对数为(5-1-4×1)/2=0个层电子对数为4,杂化类型为sp3,空间构型为正四面体形,H3O+中心原子是O,含有3个σ键,孤电子对数为(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),N5-中σ键总数为5个,N5-的大π键应表示为π56;③根据图(b),还有的氢键是:
(H3O+)O-H···N(N5-)、(NH4+)N-H···N(N5-)
(4)根据密度的定义有,d=
g/cm3,解得y=
=
。
6.【2016新课标2卷13】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。
回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为_________,3d能级上的未成对的电子数为______。
(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(PH3),原因是______;氨是_____分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为_______。
(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=1959kJ/mol,INi=1753kJ/mol,ICu>INi的原因是______。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_____。
②若合金的密度为dg/cm3,晶胞参数a=________nm。
【答案】
(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s22
(2)①正四面体
②配位键N③高于NH3分子间可形成氢键极性sp3
(3)金属金属铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
(4)①3:
1②
【解析】
(1)镍是28号元素,位于第四周期,第Ⅷ族,根据核外电子排布规则,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,3d能级有5个轨道,先占满5个自旋方向相同的电子,剩余3个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
(2)①根据价层电子对互斥理论,SO42-的σ键电子对数等于4,孤电子对数为(6+2-2×4)÷2=0,则阴离子的立体结构是正四面体形
②根据配位键的特点,在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为配位键,提供孤电子对的成键原子是N。
③氨分子间存在氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3);根据价层电子对互斥理论,氨中心原子N的σ键电子对数等于3,孤电子对数为(5-3)÷2=1,则中心原子是sp3杂化,分子成三角锥形,正负电荷重心不重叠,氨是极性分子。
(3)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。
(4)①根据均摊法计算,晶胞中铜原子个数为6×1/2=3,镍原子的个数为8×1/8=1,则铜和镍原子的数量比为3:
1。
②根据上述分析,该晶胞的组成为Cu3Ni,若合金的密度为dg/cm3,根据ρ=m÷V,则晶胞参数a=
nm。
7.【2018新课标3卷11】锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。
回答下列问题:
(1)Zn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)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________________。
(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________________。
(5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为_______________。
六棱柱底边边长为acm,高为ccm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为________________g·cm-3(列出计算式)。
【答案】
(1)[Ar]3d104s2
(2)大于Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子
(3)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
(4)平面三角形sp2
(5)六方最密堆积(A3型)
【解析】
(1)Zn是第30号元素,所以核外电子排布式为[Ar]3d104s2
(2)Zh的第一电离能应该高于Cu的第一电离能,原因是,Zn的核外电子排布已经达到了每个能级都是全满的稳定结构,所以失电子比较困难。
同时也可以考虑到Zn最外层上是一对电子,而Cu的最外层是电子,Zn电离最外层一个电子还要拆开电子对,额外吸收能量。
(3)根据氟化锌的熔点可以判断其为离子化合物,所以一定存在离子键。
作为离子化合物,氟化锌在有机溶剂中应该不溶,而氯化锌、溴化锌和碘化锌都是共价化合物,分子的极性较小,能够溶于乙醇等弱极性有机溶剂。
(4)碳酸锌中的阴离子为CO32-,根据价层电子对互斥理论,其中心原子C的价电子对为3+(4-3×2+2)/2=3对,所以空间构型为正三角形,中心C为sp2杂化。
(5)由图示,堆积方式为六方最紧密堆积。
为了计算的方便,选取该六棱柱结构进行计算。
六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的,面心是两个六棱柱共用,所以该六棱柱中的锌原子为12×
+2×
+3=6个,所以该结构的质量为6×65/NAg。
该六棱柱的底面为正六边形,边长为acm,底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和,根据正三角形面积的计算公式,该底面的面积为6×
cm2,高为ccm,所以体积为6×
ccm3。
所以密度为:
g·cm-3。
8.【2017新课标3卷11】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:
(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_________________。
(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________。
(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=0.420nm,则r(O2-)为________nm。
MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448nm,则r(Mn2+)为________nm。
【答案】
(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2OMn
(2)spsp3
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大
(4)离子键和π键(或
键)(5)0.1480.076
【解析】
(1)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第V族,其基态原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。
元素M与O中,由于O元素是非金属元素而Mn是金属元素,所以第一电离能较大的是O。
O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2,所以其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。
(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C原子除化形式分别为sp和sp3
(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
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