2021届高考化学三轮专项突破《 物质结构与性质（选修）》

1、1第二篇非选择题2物质结构与性质PART 013题型分析考向直接给出元素化合物“物质结构与性质”模块,题目一般是以元素推断或某主族元素为背景,以“拼盘”形式呈现,各小题之间相对独立。题目涉及三方面内容:原子结构与性质,分子结构与性质,晶体结构与性质。命题点主要有:核外电子排布式或排布图的书写,电离能、电负性大小的比较与判断,金属性、非金属性的变化规律;化学键类型的判断,分子空间构型的判断,中心原子杂化方式的判断,配位化合物的分析,等电子体的判断与应用;晶体类型的判断,晶体熔、沸点的比较与分析,晶胞的计算等。试题背景新颖,多为科研新成果或新发现,试题注重考生结构决定性质思想的树立及空间想象能力和

2、计算能力的考查,同时还考查了证据推理与模型认知的核心素养。4题型分析例例 (2020年山东省学业水平等级考试,17)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:(1)Sn为A族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为,其固体的晶体类型为。 (2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。 (3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成

3、的配位键有mol,该螯合物中N的杂化方式有种。 【真题【真题示范示范】正四面体形分子晶体NH3AsH3PH3AsH3PH3NH3NH3PH3AsH3615题型分析一个晶胞中有个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有个。 坐标坐标原子原子xyzCd000Sn000.5As0.250.250.1254(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)4(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示

4、。6题型分析7题型分析1.(2020年6月湖北省三校联考)早在1913年就有报道,在400 以上AgI晶体的导电能力是室温时的上万倍,可与电解质溶液相比。(1)已知Ag元素的原子序数为47,则Ag元素在周期表中的位置是 ,属于 区,基态Ag原子的价电子排布式为。(2)硫代硫酸银(Ag2S2O3)是微溶于水的白色化合物,它能溶于过量的硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液中,生成Ag(S2O3)23-等络合阴离子。在Ag(S2O3)23-中配位原子是(填名称),配体阴离子的空间构型是 ,中心原子采用杂化。【针对训练】【针对训练】第五周期B族ds4d105s1硫四面体形sp38题型分析(3)碘的最高价氧

5、化物的水化物有HIO4(偏高碘酸,不稳定)和H5IO6(正高碘酸)等多种形式,它们的酸性:HIO4 H5IO6(填“弱于”“等于”或“强于”)。氯、溴、碘的氢化物的酸性由强到弱的排序为 (用化学式表示),其原因是。 (4)在离子晶体中,当0.414r(阳离子) r(阴离子)HBrHCl氯、溴、碘的原子半径逐渐增大,HCl、 HBr、 HI的键长逐渐增大,共价键键能逐渐减弱,所以HI更容易电离出H+,酸性更强4ab9题型分析(5)当温度处于146555 时,六方碘化银转化为-AgI(如图3),Ag+可随机地分布在四面体空隙和八面体空隙中,多面体空隙间又彼此共面相连。因此可以想象,在电场作用下,A

6、g+可从一个空隙穿越到另一个空隙,沿着电场方向运动,这就不难理解-AgI晶体是一个优良的离子导体了。在-AgI晶体中,n(Ag+) n(八面体空隙) n(四面体空隙)=。 13610题型分析11题型分析12题型分析2.(2020年5月山东省滨州市高三二模)目前,锂电池已扩展到镍酸锂、钴酸锂、硅碳负极、磷酸铁锂等电池体系。请回答下列问题:(1)基态Ni原子的价电子排布式为,与Ni同周期且基态原子核外的成单电子数与Ni相同的元素还有种。 (2)酞菁钴分子的结构如图1所示,中心离子为钴离子,分子中氮原子的杂化类型为 。 3d84s23sp2、sp313题型分析B14题型分析(5)PCl5晶体的晶胞如

7、图所示,该晶体熔融时形成一种能导电的液体,实验测得其中含有一种正四面体形阳离子和一种正八面体形阴离子,且PCl键的键长只有198 pm和206 pm两种,试用电离方程式解释PCl5熔体能导电的原因:,正四面体形阳离子中键角大于PCl3的键角,原因为。已知该晶体的晶胞边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值,则该晶体的密度为gcm-3。 15题型分析16题型分析17关键能力能力1常见原子、离子基态核外电子排布式微粒电子排布式微粒电子排布式微粒电子排布式Fe原子Ar3d64s2Fe2+Ar3d6Fe3+Ar3d5Cr原子Ar3d54s1Cr3+Ar3d3Mn2+Ar3d5Ni原子Ar3d84s2C

8、u+Ar3d10Cu2+Ar3d918关键能力能力2常见分子或离子的空间构型及中心原子的杂化方式化学式中心原子的杂化方式空间构型分子的极性键的极性键角CS2sp直线形非极性极性键180HCNsp直线形极性极性键180BeX2sp直线形非极性极性键180CH2Osp2平面三角形极性极性键BX3sp2平面三角形非极性极性键120SO3sp2平面三角形非极性极性键120SO2sp2V形极性极性键H2Ssp3V形极性极性键19关键能力H2Osp3V形极性极性键H3O+sp3三角锥形极性键PCl3sp3三角锥形极性极性键NH3sp3三角锥形极性极性键107CH4sp3正四面体形非极性极性键10928sp

9、3正四面体形极性键10928sp3正四面体形10928sp3V形H2O2形似二面角极性极性键、非极性键C2H2sp直线形非极性极性键、非极性键180sp2平面六边形非极性极性键、非极性键120注:X为F、Cl、Br、I20关键能力 化学键分子间作用力共价键离子键金属键范德华力氢键存在分子或物质的内部分子间分子间或部分分子内部强弱判断键长越短,键能越大,共价键越强离子所带电荷越多,离子键越强;成键的阴、阳离子半径越小,离子键越强;离子键越强,离子晶体的晶格能就大如熔点:MgOMgCl2NaClCsCl与金属阳离子所带电荷成正比;与阳离子半径大小成反比;与价电子数多少成正比相对分子质量越大,范德华

10、力越强;相对分子质量相同的,极性越强,范德华力越大在XHY中,X、Y元素的电负性越大,形成的氢键越强对物质性质的影响物理性质和化学性质物理性质和化学性质物理性质和化学性质熔、沸点(物理性质)熔、沸点,溶解度(物理性质)能力3化学键类型以及分子间作用力大小比较(说明:晶格能是指1 mol离子化合物中阴、阳离子从相互分离的气态结合成离子晶体时所放出的能量)21关键能力能力4等电子体的确定 等电子原理:原子数相同、价电子总数相同的粒子互为等电子体。等电子体具有相同的结构特征(立体结构和化学键类型),其性质相似。22关键能力等电子类型常见等电子体空间构形2原子、10电子N2、CN- -、CO、NO+直

11、线形2原子、14电子直线形3原子、16电子直线形3原子、18电子V形4原子、8电子三角锥形4原子、24电子平面三角形4原子、26电子三角锥形5原子、8电子正四面体形5原子、32电子正四面体形常见的等电子体及空间构型23关键能力 原子个数相同,价电子总数相同的粒子互为等电子体,根据等电子体定义,寻找等电子体的常用方法就是换原子。(1)方法一(竖换):换同族原子(同族原子价电子数相同)。如:O3 和SO2、CO2和CS2。(2)方法二(横换):换相邻族的原子,这时候价电子数发生变化,再通过得失电子使价电子总数相等。我们以寻找CO的等电子体为例:COCN-N2COCN-24关键能力能力5配合物配合物

12、的组成中心离子(配体)n外界典型配合物Cu(NH3)4SO4Fe(SCN)3Ag(NH3)2OH中心离子Cu2+Fe3+Ag+中心离子结构特点一般是金属离子,特别是过渡金属离子,必须有空轨道配体NH3SCN-NH3配体结构特点分子或离子必须含有孤对电子(如NH3、H2O、CO、SCN-等)配位数(n)432外界无OH-颜色深蓝色血红色无色配离子所含化学键:配体通过配位键与中心离子结合配合物所含化学键:配位键、离子键;可能还含有共价键25关键能力配合物的常见性质:多数能溶解、能电离,多数有颜色金属羰基配合物是过渡金属和一氧化碳配位形成的配合物,如四羰基镍Ni(CO)4。在许多有机化合物的合成反应

13、中,金属羰基配合物常常作为催化剂二茂铁( )的结构为一个铁原子处在两个平行的环戊二烯的环之间。在固体状态下,两个茂环相互错开,形成全错位构型;温度升高时则绕垂直轴相对转动。二茂铁的化学性质稳定,类似芳香族化合物螯合物 一个配位体中的几个配位原子能直接和同一个金属离子配位,形成具有环状结构的配合物。Cu2+与乙二胺(H2NCH2CH2NH2)可形成如下所示配离子26关键能力能力6晶胞中粒子位置关系及有关晶体的计算1. 晶胞中粒子的位置与属于该晶胞粒子的数量关系(以立方体为例加以说明)27关键能力28真题改编1.(2020年全国卷,35改编)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂

14、等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题:(1)基态Li原子中,核外电子排布式为 ,占据的最高能层的符号是。 (2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li) I1(Na),原因是。I1(Be)I1(B)I1(Li),原因是 。 1s22s1LNa与Li同主族,Na的电子层数更多,原子半径更大,故第一电离能更小Li、Be和B为同周期元素,同周期元素从左至右,第一电离能呈增大的趋势;但由于基态Be原子的s能级轨道处于全充满状态,能量更低更稳定,故其第一电离能大于B的I1/(kJmol-1)Li520Be900B801Na496Mg738Al5

15、7829真题改编sp3413 330真题改编31真题改编32真题改编2.(2020年全国卷,35改编)钙钛矿型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料,回答下列问题:(1)基态钛原子的简化电子排布式为 ,若钙原子核外有7种能量状态的电子,则钙原子处于(填“基”或“激发”)态,氧元素所在周期中第一电离能由小到大的前三种元素依次是。 (2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是。 Ar3d24s2激发Li、B、BeTiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增大,

16、熔点逐渐升高化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/377-24.1238.315533真题改编(3)钙钛矿晶胞的结构如图1所示。假设把氧离子看作硬球接触模型,钙离子和钛离子填充氧离子的空隙,氧离子形成正八面体,钛离子位于正八面体中心,钙离子位于立方晶胞的体心,1个钙离子被个氧离子包围。钙钛矿晶体的化学式为。若氧离子半径为a pm,则钙钛矿晶体中两个钛离子间最短距离为 pm。 12CaTiO334真题改编(4)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘,降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐,提升了太阳能电池的效率和使用寿命,

17、其作用原理如图2所示,用离子方程式表示该原理: 、。 2Eu3+Pb 2Eu2+Pb2+2Eu2+I2 2Eu3+2I-35真题改编【解析】【解析】 (1)钛是22号元素,简化电子排布式为Ar3d24s2。基态钙原子的20个电子分占6个不同的能级,即电子有6种能量状态,现在有7种能量状态,说明它处于激发态。同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,Be (1s22s2) 的s能级全充满,是稳定状态,故第一电离能由小到大的前三种元素是Li、B、Be。 (2)晶体的熔、沸点一般是原子晶体离子晶体分子晶体,TiF4是离子晶体,其余三种为分子晶体,故TiF4的熔点高于其余三种物质;TiCl4、TiBr

18、4、TiI4均为分子晶体,对于结构相似的分子晶体,其相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔点越高。36真题改编37真题改编B在该反应中,B原子的杂化轨道类型由变为。 Si(硅)配位Nsp3sp238真题改编(3)新型储氢材料氨硼烷(NH3BH3)在常温下以固态稳定存在,极易溶于水。氨硼烷晶体中存在的作用力有范德华力、极性键、和 。 (4)氨硼烷受热析氢的过程之一如图1所示。NH2BH2的氮硼键键能大于NH3BH3,其原因为 。 CDB的结构简式为。 立方氮化硼(BN)晶体的晶胞结构如图2所示。设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为 gcm-3(用含a和NA的最简式表示)。图3是立方氮化硼晶

19、胞的俯视投影图,请在图中用“”标明B原子的相对位置 。 配位键氢键NH2BH2分子中除了存在键还存在键39真题改编40真题改编41真题改编4.(2019年全国卷,35改编)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题:(1)在周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素的电子排布式为,该元素基态原子能量最高的轨道的形状是。 (2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸气状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为 (用标出配位键),其中Fe的配位数为。 (

20、3)苯胺( )分子中C、N原子的杂化类型分别是、;苯胺与甲苯( )的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 )、沸点(184.4 )分别高于甲苯的熔点(-95.0 )、沸点(110.6 ),原因是。 1s22s22p63s2球形4sp2sp3苯胺分子之间存在氢键42真题改编(4)NH4H2PO4中,电负性最大的元素是;P与O之间形成 键。(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示:这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(用n代表P原子数)。O(PnO3n+1)(n+2)-43真题改编44最

21、新模拟1.(2020年6月安徽省皖南八校高三临门一卷)瑞德西韦是一种核苷类似物,具有抗病毒活性,对新型冠状病毒病例展现出较好的疗效。其结构如图所示:回答下列问题:(1)基态P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。 (2)瑞德西韦中位于第二周期的几种元素的第一电离能从大到小的顺序为,分子中氮原子的杂化类型有。 M球形、哑铃形NOCsp3、sp245最新模拟(3)苯酚( )是合成瑞德西韦的原料之一,其熔点为43 ,苯酚的晶体类型是。苯酚与甲苯( )的相对分子质量相近,但苯酚的熔、沸点高于甲苯,原因是。 (4)MgSO4是合成瑞德西韦的催化剂之一。MgSO4中阴离

22、子的空间构型为。 分子晶体苯酚分子间存在氢键正四面体形46最新模拟47最新模拟A原子发射O的电负性大于C,乙酸分子中碳氧双键上的C原子带部分正电荷使碳氧单键的电子发生偏移,导致氢氧键极性变大,所以在水分子的作用下乙酸比乙醇易电离出H+48最新模拟(4)熔点:乙酸(填“”“硼氢化钠是离子晶体而硼氢化铝是分子晶体,离子晶体的熔点高硼氢化物硼氢化物 NaBH4Al(BH4)3熔点熔点/400-64.549最新模拟【解析】【解析】(1)根据核外电子排布规律,A排布为基态,能量最低。当原子中的电子从高能级跃迁到低能级时,释放能量得到原子发射光谱;从低能级跃迁到高能级时,吸收能量得到原子吸收光谱。状态C中

23、高能级电子数比状态B多,能量高,电子由状态C到状态B释放能量,故所得光谱为原子发射光谱。(2)过氧乙酸分子的结构式为 ,可知分子中的两个C原子的共价键数分别为4和3且无孤电子对,所以C原子的杂化方式有sp3和sp2两种。(3)由于O的电负性大于C,乙酸分子中碳氧双键上的C原子带部分正电荷,碳氧单键的电子发生偏移导致氢氧键极性变大,所以在水分子的作用下乙酸比乙醇易电离出H+(或在溶液中CH3COO-比CH3CH2O-稳定,所以乙酸比乙醇易电离出H+)。50最新模拟4非极性sp3sp351最新模拟H3NBH3的相对分子质量与B2H6相差不大,但是H3NBH3的沸点却比B2H6高得多,原因是。 同一

24、周期中,第一电离能介于B、N之间的元素有种。 (4)硼酸盐是重要的防火材料。图(a)是一种无限链式结构的硼酸根,则该硼酸根离子符号是 ,图(b)是硼酸钠晶体中阴离子(含B、O、H三种元素)的结构,该晶体中含有的化学键有。A.离子键 B.极性键C.非极性键D.配位键 E.金属键H3NBH3分子间存在(双)氢键,分子间作用力更大3ABD52最新模拟(5)立方氮化硼(BN)是超硬、耐磨、耐高温的新型材料。其晶体结构与金刚石相似,如图(c)所示,则B的配位数为,晶胞参数为a nm,晶体的密度为d gcm-3,则阿伏加德罗常数NA= (列计算式即可)。 453最新模拟54最新模拟4.(2020年5月河北

25、省张家口市高三二模)铜是人类最早使用的金属之一,也是中学中常见的过渡金属元素。铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。回答下列问题:(1)基态Cu+核外电子排布式为 。 (2)CuCl晶体的晶格能可通过如图的Born-Haber循环计算得到:铜原子的第一电离能为 kJmol-1; 键键能为kJmol-1;CuCl的晶格能为kJmol-1。 1s22s22p63 s23p63d10或Ar3d10741.8242.6990.955最新模拟(3)铜盐属于重金属盐,铜盐中毒可用青霉胺解毒,解毒原理如下:Cu2+

26、能与青霉胺反应形成环状络合物,该环状络合物无毒、易溶于水,可经尿液排出。青霉胺分子中S原子的杂化轨道类型为 。 硫化氢与氨气键角的大小:H2S (填“”或“”)NH3。 第二周期元素中,第一电离能大于N的元素有 (用元素符号表示)。 该环状络合物无毒、易溶于水,可经尿液排出,请解释该化合物易溶于水的主要原因: 。 sp3F、Ne该化合物与水之间可以形成分子间氢键56最新模拟57最新模拟(3)图示结构中S原子形成2个共价单键,1个配位键,还有1对孤电子对,所以价层对电子数为4,为sp3杂化。氨分子只有一对孤电子对,排斥力比有两对孤电子对的硫化氢小,所以键角比硫化氢大。同周期元素自左至右第一电离能呈增大趋势,但由于N原子p能级为半满状态,第一电离能大于相邻的O元素,所以第二周期中第一电离能大于N的有F、Ne。该化合物容易与水分子之间形成分子间氢键,提高其在水中的溶解度。58最新模拟5.(2020年6月山西省考前适应性测试二)钛是一种银白色的过渡金属,有良好的抗腐蚀性。请回答下列问题:(1)基态钛原子核外共有个填充了电子的原