届高考化学一轮总复习专题突破24物质结构和性质原子和分子.docx
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届高考化学一轮总复习专题突破24物质结构和性质原子和分子
2020届高考化学一轮总复习专题突破23
---物质结构与性质
本文档内容:
考点一分子结构与性质
考点二原子结构与性质
【命题揭秘】
1.难度:
中等难度
2.呈现方式:
选做题 填空题
3.考查点:
原子结构在高考中常见的命题角度有原子核外电子的排布规律及其表示方法、原子结构与元素电离能和电负性的关系及其应用;分子结构与性质则围绕某物质判断共价键类型和数目、分子的极性、中心原子的杂化方式、微粒的立体构型、氢键的形成及对物质性质的影响等;晶体结构与性质在高考中常见的命题角度有晶体的类型、结构与性质的关系,晶体熔沸点高低的比较,配位数、晶胞模型分析及有关计算等。
上述考查知识点多以“拼盘”形式呈现,知识覆盖面较广,命题角度具有相对独立性。
4.关注点:
(1)第4周期元素原子或离子电子排布式的书写;
(2)晶胞微粒的计算方法。
【核心透析】
核心一 原子结构与性质
1.把握原子核外电子排布的“三规律”:
能量最低原理
原子核外电子总是优先占据能量最低的原子轨道
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“五方法”:
3.牢记元素第一电离能和电负性的递变规律:
同周期(从左往右)
同主族(从上往下)
第一电离能
增大趋势(注意第ⅡA、ⅤA族的特殊性)
依次减小
电负性
依次增大
依次减小
【答题技法】
1.核外电子排布的书写规律:
(1)按照构造原理书写。
(2)能量相同的原子轨道在全满(s2、p6、d10、f14)、半满(s1、p3、d5、f7)和全空(s0、p0、d0、f0)状态时,体系能量最低,最稳定。
2.对元素性质的认识:
(1)金属活动性顺序与元素相应的电离能顺序不完全一致,故不能根据金属活动性顺序判断电离能的大小。
(2)不能将电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。
(3)共价化合物中,两种元素电负性差值越大,它们形成的共价键的极性就越强。
(4)原子在反应中失电子时,总是优先失去最外层电子。
【题型突破】
题型1基态原子的核外电子排布
例1.
(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)Zn原子核外电子排布式为_________________。
(3)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________________。
(4)Co基态原子核外电子排布式为__________。
(5)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________________________________。
【解析】
(1)铁元素为26号元素,基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2,因此其价层电子排布图为
。
基态硫原子电子排布式为1s22s22p63s23p4,最高能级为3p能级,其电子云形状轮廓图为哑铃形或纺锤形。
(2)锌为30号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。
(3)基态K原子中,最外层电子排布为4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。
(4)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。
(5)镍是28号元素,位于第4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或[Ar]3d84s2,3d能级有5个轨道,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。
答案:
(1)
哑铃(纺锤)
(2)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
(3)N 球形
(4)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
(5)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
例2.
(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__________对自旋相反的电子。
(2)基态铁原子有______个未成对电子,Fe3+的电子排布式为________________,可用硫氰化钾检验Fe3+,形成配合物的颜色为________。
(3)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。
a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族,e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。
e的价层电子轨道示意图为________________。
【解析】
(1)电子云是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的形象化描述;碳原子的核外有6个电子,电子排布式为1s22s22p2,其中1s、2s上2对电子的自旋方向相反,而2p轨道的电子自旋方向相同;
(2)26号元素铁的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,由此可知基态铁原子的3d轨道上有4个未成对电子,当铁原子失去4s轨道上的两个电子和3d轨道上的一个电子时形成三价铁离子,因此三价铁离子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,三价铁离子遇硫氰酸根离子变成红色。
(3)a的核外电子总数与其周期数相同,则a为氢;b的价电子层中的未成对电
子有3个,则b为氮;c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,则c为氧;d与c同主族,d为硫;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子,其电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1,为铜元素,因此其价层电子轨道示意图为
。
答案:
(1)电子云 2
(2)4 1s22s22p63s23p63d5 红色
(3)
题型2元素的电离能和电负性
例1.
(1)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)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________________。
(3)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)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。
四种元素中电负性最大的是______________(填元素符号)。
【解析】
(1)Zn核外电子排布式为[Ar]3d104s2,Cu核外电子排布式为[Ar]3d104s1。
Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子,所以第一电离能I1(Zn)大于I1(Cu)。
(2)元素Mn与O中,由于O是非金属元素而Mn是过渡元素,所以第一电离能较大的是O。
O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。
(3)同一周期从左向右,原子半径逐渐减小,所以原子半径:
Ga>As。
Ga的价电子排布为4s24p1,As的价电子排布为4s24p3,As的4p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,所以第一电离能Ga (4)C核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C是P;C、D为同周期元素,D元素最外层有一个未成对电子,所以D是氯元素。 A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型,则A是O,B是Na;非金属性越强,电负性越大,四种元素中电负性最大的是O。 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)O Mn (3)大于 小于 (4)O 【核心透析】 核心二 分子结构与性质 1.键参数对分子性质的影响: 2.中心原子价层电子对(N)的求解方法: (1)计算法: 先求中心原子孤电子对数=0.5(a-xb),N=孤电子对数+σ键数。 (2)电子式或结构式法: 先写出分子相应的电子式或结构式,观察后再用N=孤电子对数+σ键数计算。 (3)价态法: 若中心原子的化合价绝对值等于其价电子数,则N=σ键数。 3.中心原子价层电子对数、杂化类型与粒子的立体构型: 价层电子对数 2 3 4 杂化轨道类型 sp sp2 sp3 价层电子对模型 直线形 平面三角形 四面体形 粒子组成形 式与构型 AB2 直线形 AB2 V形 AB3 三角形 AB2 V形 AB3 三角 锥形 AB4 正四面 体形 规律 当中心原子无孤电子对时,分子构型与价层电子对模型一致;当有孤电子对时,分子的模型为去掉孤电子对后剩余部分的空间构型 4.配位键与配位化合物的结构(以[Cu(NH3)4]SO4为例): 5.分子构型与分子极性的关系: 【命题点】 1.σ键和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,双键或三键中一个为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π键。 2.常见等电子体: (1)CO2、N2O、N3-、SCN- (2)CO、N2 (3)SO42-、PO43- 【答题技法】 判断分子中心原子的杂化类型的方法 1.根据杂化轨道的空间分布构型判断: (1)若杂化轨道在空间的分布呈正四面体形或三角锥形,则分子的中心原子发生sp3杂化。 (2)若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子的中心原子发生sp2杂化。 (3)若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子的中心原子发生sp杂化。 2.根据杂化轨道之间夹角判断: (1)若杂化轨道之间夹角为109°28',则分子的中心原子发生sp3杂化。 (2)若杂化轨道之间夹角为120°,则分子的中心原子发生sp2杂化。 (3)若杂化轨道之间夹角为180°,则分子的中心原子发生sp杂化。 3.根据等电子原理进行推断: 如CO2是直线形分子,N2O、N3-、SCN-与CO2是等电子体,所以空间构型均为直线形,中心原子均采用sp杂化。 4.根据中心原子的价层电子对数=参与杂化的轨道数目判断,如中心原子的价层电子对数为4,是sp3杂化;中心原子的价层电子对数为3,是sp2杂化;中心原子的价层电子对数为2,是sp杂化。 5.根据分子或离子中有无π键及其数目判断,如没有π键,为sp3杂化;含一个π键是sp2杂化;含两个π键是sp杂化。 【题型突破】 题型1分子构型 例1. (1)①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_____________________。 ②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所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为________。 (2)《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____________。 (3)AsCl3分子的立体构型为________________,其中As的杂化轨道类型为________________。 【解析】 (1)①根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的σ键电子对数分别为2、2、3,其中心原子上的孤电子对数分别为 ×(6-2×1)=2, ×(6-2×2)=1, ×(6-3×2)=0,故三者中心原子价层电子对数分别为2+2=4,2+1=3,3+0=3,因此中心原子价层电子数不同 于其他分子的是H2S。 ②根据价层电子对互斥理论,SO3中心原子价层电子对数为3,孤电子对数为0,因此分子为平面三角形。 分子中存在σ键和π键,其中π键为大π键。 根据图(b)可以得出固体三氧化硫中SO4原子团,为四面体构型,因此硫原子的杂化轨道类型为sp3。 (2)ZnCO3中,阴离子CO32-中σ键为3,孤电子对数= (4+2-3×2)=0,所以价层电子对数=3+0=3,CO32-空间构型为平面三角形,碳原子的杂化形式为sp2杂化。 (3)AsCl3分子的价层电子对数=3+ =4,As的杂化方式为sp3杂化,因为含有一对孤电子对,所以该分子的立体构型为三角锥形。 答案: (1)①H2S ②平面三角 2 sp3杂化 (2)平面三角形 sp2杂化 (3)三角锥形 sp3 题型2微粒作用与分子性质 例1. (1)在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2====CH3OH+H2O)中所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为______________,原因是______________________________。 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___________。 (2)氢、氮、氧、硫元素形成的含氧酸中,分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是______________;酸根呈三角锥结构的酸是________________。 (填化学式) (3)硼元素具有缺电子性,因而其化合物往往具有加和性。 ①硼酸(H3BO3)是一元弱酸,写出硼酸在水溶液中的电离方程式________________________。 ②硼酸(H3BO3)是一种具有片层结构的白色晶体,层内的H3BO3分子间通过氢键相连(如图)。 含1molH3BO3的晶体中有____________mol氢键,____________molσ键。 H3BO3中B的原子杂化类型为_______________。 【解析】 (1)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H2O>CH3OH>CO2>H2,原因是常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体,液体的沸点高于气体;水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键,而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用 于形成分子间氢键,所以水的沸点高于甲醇;二氧化碳的相对分子质量比氢气大,所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。 硝酸锰是离子化合物,硝酸根和锰离子之间形成离子键,硝酸根中氮原子与3个氧原子形成3个σ键,硝酸根中有一个氮氧双键,所以还存在π键。 (2)符合题意的酸是HNO2、HNO3,酸根为三角锥形的酸是H2SO3。 (3)①硼酸为一元弱酸,在水溶液里电离出阴阳离子,其电离方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+;②根据图示可知,1个硼酸分子能形成3个氢键,1个硼酸分子能形成6个σ键,则1molH3BO3的晶体中氢键物质的量是3mol,σ键是6mol;根据图知,硼酸(H3BO3)中每个硼原子连接3个氧原子且不含孤电子对,据此确定硼原子杂化方式为sp2。 答案: (1)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O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的相对分子质量较大,范德华力较大,离子键和π键 (2)HNO2、HNO3 H2SO3 (3)①H3BO3+H2O [B(OH)4]-+H+ ②3 6 sp2 【专题提升】 1.(16分)前四周期元素X、Y、Z、W、R的原子序数依次增大,X、Y、Z、W为短周期元素,X的价电子排布式为nsnnp2n,Y在周期表所有元素中电负性最大,Z、W为同周期金属元素,Z的第一电离能大于W,R元素内层电子所在能层全部排满且最外层有两个电子。 (1)R的基态原子核外电子排布式为__________________________________。 (2)X的某种常见氢化物,既含有极性键又含有非极性键,其结构式为___________,其中X原子的杂化方式为________________。 (3)Z的第一电离能大于W的第一电离能的原因为_______________________。 (4)Z与X形成的化合物熔点高于Z与Y形成的化合物,其原因为___________________。 (5)向RCl2溶液中逐滴加入氨水至过量,形成一种含配离子[R(NH3)4]2+的化合物,其反应的化学方程式为______________________,不考虑立体构型,[R(NH3)4]2+的结构可用示意图表示为___________________________________。 (6)化合物Na3WY6由Na+和W 构成,其晶胞结构如图所示,图中 位于大立方体顶点和面心, 位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心, 是图中 、 中的一种,大立方体的体心处 所代表的是________________(填离子符号)。 设NA为阿伏加德罗常数的值,晶体的密度为ρg·cm-3,摩尔质量为M,该晶胞的棱长为____________nm。 【解析】X的价电子排布式为nsnnp2n,n=2,则X是氧,Y在周期表所有元素中电负性最大,Y是氟,Z、W为同周期金属元素,Z的第一电离能大于W,Z是镁、W是铝,R元素内层电子所在能层全部排满且最外层有两个电子,R为Zn。 (1)R的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2。 (2)既含有极性键又含有非极性键的氧的氢化物是H2O2,其结构式为H—O—O—H,其中X原子的杂化方式为sp3杂化。 (3)Mg的第一电离能大于Al的第一电离能的原因为Mg的价层电子排布为3s2,能量低稳定。 Al的价层电子排布为3s23p1,不稳定,能量高,因此Mg的第一电离能大于Al的第一电离能。 (4)Mg与O形成的化合物MgO熔点高于Mg与F形成的化合物MgF2,其原因为MgO晶体中离子所带电荷数多,晶格能大,所以熔点高。 (5)向ZnCl2溶液中逐滴加入氨水至过量,形成一种含配离子[Zn(NH3)4]2+的化合物,其反应的化学方程式为ZnCl2+4NH3·H2O [Zn(NH3)4]Cl2+4H2O, [Zn(NH3)4]2+的结构可用示意图表示为 。 (6)化合物Na3AlF6由Na+和Al 构成,其晶胞结构如图所示,根据晶胞结构,阳离子和阴离子需满足3∶1,则 所代表的是Na+。 由xM=ρa3NA可得该晶胞的棱长为 ×107nm。 答案: (1)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2 (2)H—O—O—H sp3杂化 (3)Mg的价电子排布为3s2,稳定,能量低。 Al的价电子排布为3s23p1,不稳定,能量高,因此Mg的第一电离能大于Al的第一电离能 (4)MgO晶体中离子所带电荷数多,晶格能大,所以熔点高 (5)ZnCl2+4NH3·H2O [Zn(NH3)4]Cl2+4H2O (6)Na+ ×107 2.(17分)已知A、B、C为三种常见的单质,能发生如图1所示的转化关系,B的一种同素异形体的晶胞如图2所示: 回答下列问题: (1)形成A的元素在周期表中的位置是__________________,A对应的基态原子的价电子排布为__________________。 (2)在B单质对应的基态原子中,核外存在__________对自旋方向相反的电子。 (3)写出Y的一种常见等电子体分子的结构式______________________;两者相比较沸点较高的是________________(填化学式);Y分子中B对应原子的杂化方式为______________________。 (4)配合物A(Y)x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断A(Y)x晶体属于________________(填晶体类型)。 A(Y)x的中心原子价电子数与配体提供的电子数之和为18,则x=____________。 A(Y)x在一定条件下发生反应A(Y)x(s) A(s)+xY(g),已知反应过程中只断裂配位键,由此判断该反应所形成的化学键类型是____________。 (5)在图2晶胞中,每个晶胞平均占有________个原子,若距离最近的两个原子的距离为Lcm,晶胞边长为acm,根据硬球接触模型,则L=________a,晶胞的密度ρ=______________g·cm-3(用含a、NA代数式表示)。 【解析】根据图1、2可知,A为铁,B为碳,C为氢气,X为Fe3O4,Y为CO,D为CO2。 (1)铁元素在周期表中的位置是第4周期第Ⅷ族,Fe基态原子的价电子排布为3d64s2。 (2)碳原子的电子排布式为1s22s22p2,核外存在2对自旋方向相反的电子。 (3)CO的一种常见等电子体分子是N2,结构式为 ;沸点较高的是CO;CO分子中C对应原子的杂化方式为sp杂化。 (4)根据配合物Fe(CO)x的性质可判断其属于分子晶体。 Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供的电子数之和为18,则x=5。 Fe(CO)5在一定条件下发生反应A(Y)x(s) A(s)+xY(g),已知反应过程中只断裂配位键,由此判断该反应所形成的化学键类型是金属键。 (5)在图2金刚石的晶胞中,每个晶胞平均占有8个原子,根据硬球接触模型,计算得L= a,晶胞的密度ρ= g·cm-3。 答案: (1)第4周期第Ⅷ族 3d64s2 (2)2 (3) CO sp (4)分子晶体 5 金属键 (5)8 3.(17分)W、X、Y、Z为前四周期的元素,原子序数依次增大。 W原子中各能级上的电子数相等,有2个未成对电子;X与W在同一周期,也有两个未成对电子;Y2+与X2-核外电子排布相同,Z的原子序数为28。 (1)Z原子的价电子排布式为________________。 (2)与同周期的相邻元素比较,Y原子的第一电离能________(填“较大”或“较小”),原因是__ __________________________________________。 (3)WX2分子中,共价键的类型有________________(从原子轨道重叠程度的角度回答),W原子的杂化轨道类型为________________;W 中心原子上的孤电子对数为________________,立体构型为________________,写出与W 具有相同空间构型和键合形式的分子和离子: ________________(各写一种)。 (4)化合物YX的晶体结构与NaCl相同,Y的配位数是________________;其熔点__________(填“高于”“低于”或“约等于”)NaCl,原因是________________(从晶体微观结构的角度解释)。 (5)由W、Y、Z三种元素组成的一种简单立方结构的化合物具有超导性,其晶胞中W位于体心位
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