高中化学高考三轮冲刺三轮冲刺 2023年高考化学三轮题型抢分讲义讲义16 物质结构与性质

讲义16物质结构与性质【高考定位】物质结构与性质的常见题型为综合题，常以元素推断或某一主题两种方式引入，考查学生的归纳推理能力、信息迁移能力以及综合应用能力。物质结构包括原子结构(原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大小比较、元素金属性、非金属性的强弱)、分子结构(化学键、分子的电子式、结构式、结构简式的书写、化学式的种类、官能团等)、晶体结构(晶体类型的判断、物质熔沸点的高低、影响因素、晶体的密度、均摊方法的应用等)。【知识讲解】一、原子结构与性质原子结构与性质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。在高考试题中，各考查点相对独立，难度不大。试题侧重原子核外电子排布式或轨道表示式，未成对电子数判断，电负性、电离能、原子半径和元素金属性与非金属性比较的考查。高考中考查点主要集中在电子排布的书写及电离能、电负性大小比较上，所以在书写基态原子电子排布时，应避免违反能量最低原理、泡利原理、洪特规则及特例；还需注意同能级的轨道半充满、全充满或全空状态的原子结构稳定如Cr：3d54s1、Mn：3d54s2、Cu：3d104s1、Zn：3d104s2；另外需理解电离能与金属性及金属元素价态的关系，电负性与非金属性及组成化合物所形成的化学键的关系。二、分子结构与性质分子结构与性质在高考中的常见命题角度有围绕某物质判断共价键的类型和数目，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的性质影响等，考查角度较多，但各个角度独立性大，难度不大。试题侧重微粒构型、杂化方式、中心原子的价层电子对数、配位原子判断与配位数、化学键类型、分子间作用力与氢键、分子极性的考查。常考点有对σ键和π键判断，要掌握好方法；杂化轨道的判断，要理解常见物质的杂化方式；通过三种作用力对性质的影响解释相关现象及结论。注意以下三个误区：不要误认为分子的稳定性与分子间作用力和氢键有关，其实分子的稳定性与共价键的强弱有关；不要误认为组成相似的分子，中心原子的杂化类型相同，关键是要看其σ键和孤电子对数是否相同。如BCl3中B原子为sp2杂化，NCl3中N原子为sp3杂化；不要误认为只要含有氢键物质的熔、沸点就高，其实不一定，分子间的氢键会使物质的熔、沸点升高，而分子内氢键一般会使物质的熔、沸点降低。三、晶体结构与性质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是物质结构选考模块的必考点。试题侧重晶体类型判断、物质熔沸点的比较与原因、晶胞中微粒数的判断、配位数、晶胞密度计算、晶胞参数、空间利用率计算的考查。物质结构与性质的难点就是涉及到晶胞特点的计算类题目，涉及有关晶胞的计算时，注意单位的换算。如面心立方晶胞与体心立方晶胞的配位数不同；晶胞参数给定单位是nm或pm时，忽略换算成cm。【过关搏杀】1．元素周期表中第四周期某些过渡元素(如Ti、Mn、Zn等)在生产生活中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)钛的应用越来越受到人们的关注。①第四周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有___________(填元素符号)。②钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是___________。(2)锰及其化合物的应用研究是前沿科学之一①已知金属锰有多种晶型，γ型锰的面心立方晶胞俯视图符合下列___________(选填字母编号)。②三醋酸锰[(CH3COO)3Mn]是一种很好的有机反应氧化剂。三醋酸锰[(CH3COO)3Mn]中阳离子的价层电子排布式中电子的自旋状态___________(填“相同”或“相反”)。③Mn2＋能形成配离子为八面体的配合物MnClm·nNH3，在该配合物的配离子中，Mn2＋位于八面体的中心。若含1mol该配合物的溶液与足量AgNO3溶液作用可生成lmolAgCl沉淀，则该配离子化学式为___________。(3)比较Fe和Mn的第三电离能，I3(Fe)___________I3(Mn)(填“大于”或“小于”)，原因是___________。(4)某钙钛型复合氧化物如图，以A原子为晶胞的顶点，A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb，当B位是V、Cr、Mn、Fe时，这种化合物具有巨磁电阻效应。已知La为＋3价，当被钙等＋2价元素A替代时，可形成复合钙钛矿化合物LaxA1-xMnO3，(x＞，此时一部分＋3价锰转变为＋4价，导致材料在某一温度附近有反铁磁-铁磁、铁磁-顺磁转变及金属-半导体的转变，则复合钙钛矿化合物中＋3价锰与＋4价锰的物质的量之比为___________(用含x的代数式表示)。(5)具有较高催化活性的材料金红石的晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为dg·cm-3，Ti、O原子半径分别为apm和bpm，阿伏加德罗常数的值为NA，则金红石晶体的空间利用率为___________(列出计算式)。2．金属陶瓷是一种复合材料，兼有金属和陶瓷的优点，应用非常广泛，金属基体可为，，，陶瓷基体为碳化硅等.回答下列问题：(1)位于元素周期表中第四周期_______族，与的基态原子核外未成对电子数之比为_______。(2)与C相比，原子之间难以形成双键的原因是_______。(3)已知的一种晶体结构与、相似，则该晶体的熔点比晶体的_______(填“高”、“低")，原因是_______。(4)钴献菁可显著提升二次电池的充放电效率，为增强水溶性将其改性为四氨基钴酞菁，其结构如图所示：四氨基钴酞菁中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是_______；水溶性得到有效改善的原因是_______。(5)的晶胞结构如图所示.晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为，晶体的密度为_______.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，若图中原子1的分数坐标为，则原于2的分数坐标为_______。3．硼原子有3个价电子，但有4个价轨道，这种价电子数少于价轨道数的原子称作缺电子原子。因此，硼的一些化合物表现出缺电子特征。回答下列问题：(1)BF3与NH3可通过___________键形成氨合三氟化硼(BF3·NH3)，在该键中由___________原子提供空轨道。(2)硼酸分子结构简式可写为B(OH)3，其晶体为层型片状结构，容易在层与层之间裂解，这是因为在平面层内硼酸分子之间通过___________结合，而层与层之间通过___________结合。(3)硼砂是硼含氧酸的重要钠盐，其阴离子的结构如图所示，其中B原子的杂化方式为___________。硼砂晶体中结晶水与硼的物质的量比为2：1，硼砂的化学式为___________。(4)固态硼化物可用作耐火材料、火箭外壳和涡轮机的叶片等，在超导领域也有重要应用潜质。如图为一种金属钙硼化物的立方晶胞，该化合物的化学式为___________，钙原子的配位数为___________。若由硼原子组成的正八面体棱长为apm，连接两个八面体的B—B键长为bpm，该物质的密度为___________g·cm-3(列表达式)。4．W、R、X、Y、Z是原子序数依次增大的前四周期元素，其元素性质或原子结构如下：元素元素性质或原子结构W基态原子L能层所有能级上电子数相同R第二周期元素基态原子中未成对电子最多X基态原子核外s能级上电子总数与p能级上电子总数相等，且第一电离能低于同周期相邻元素Y次外层电子数是最外层电子数的2倍Z最外层只有1个电子，其它所有轨道电子均成对请按要求填空：(1)Y的基态原子有___________种不同的运动状态的电子，Z的价电子轨道表示式为___________(2)W、R、X的简单氢化物中，键角由大到小排列是___________(用对应的分子式表示)，原因___________(3)已知：羧酸的酸性可用pKa（pKa=-lgKa）的大小来衡量，pKa越小，酸性越强；羧酸三氯乙酸()三氟乙酸()由表可见，酸性：三氯乙酸___________三氟乙酸(填“大于”、“小于”或“等于”)，从键的极性角度解释原因___________(4)W和Y两种元素可形成一种熔点为2700、摩氏硬度为的化合物，该化合物的晶胞结构如图所示，Y原子紧邻的Y原子有___________个；若晶胞参数为anm，晶体密度为，则阿伏伽德罗常数为___________(列出计算式即可)。5．锌及其化合物在科学技术发展和人类生产生活中发挥着重要作用。(1)明朝《天工开物》中就已经记载了我国古代的炼锌技术：以炉甘石(ZnCO3)和木炭为原料高温制取锌。请写出Zn2+的核外电子排布式___，ZnCO3中C原子的杂化形式为__，Zn、C、O的电负性由小到大的顺序是___。(2)“此物(“锌火”)无铜收伏，入火即成烟飞去”，意思是锌的沸点(907℃)较低，宜与铜熔合制成黄铜。已知Zn与Cu的能量变化如下所示：Cu(g)Cu+(g)Cu2+(g)Zn(g)Zn+(g)Zn2+(g)①铜和锌的第一电离能大小比较为I(Cu)__I(Zn)，试解释步骤②吸收能量大于步骤④的原因__。②金属锌采取如图1所示堆积方式：该堆积方式类型为___堆积，与金属铜的堆积方式__(填“相同”或“不相同”)。(3)我国科学家最新研制成功了一种纳米半导体材料可以高效实现光化学转换，该种材料主要成分为硫化镉和硫化锌。Cd与Zn位于同一副族，且在Zn的下一周期。已知ZnS熔点为2830℃；CdS熔点为1750℃，ZnS熔点更高的原因为__。(4)图2为ZnS晶胞，图3为晶胞沿z轴的1∶1投影平面图：①晶胞中最近的两个S原子之间的距离为___pm(写计算表达式)。②已知S2-半径为bpm，若晶胞中S2-、Zn2+相切，则Zn2+半径为__pm(写计算表达式)。(写计算表达式)。6．过渡金属硫族化合物为具有良好可控性的半导体材料，可用于太阳能电池制备、激光技术、光催化水的裂解等领域。的其中一种制备方法是以CuS、ZnS、和Cu为原料高能球磨后，在气氛中退火。回答下列问题：(1)所给电子排布图中，能表示基态S原子3p轨道电子状态的是_______(填标号)。A．B．C．D．(2)基态的价层电子排布式是_______。(3)CuS由与反应制备。根据价层电子对互斥模型，中心原子价层电子对数为_______。的空间构型为_______。(4)的晶体类型与CuS相同，除上述用途外，也用于制作火柴头。火柴燃烧时，转化为和，这三种物质熔点由高到低的顺序是_______。(5)的四方晶胞如图所示。

①Sb位于晶胞的顶点和体心，则图中A代表的原子是_______。②原子A的坐标为，原子B的坐标为，则原子C的坐标为_______。③设阿伏加德罗常数的值为，则的密度为_______(列出计算表达式)。。7．铁被誉为“第一金属”，铁及其化合物在生活中有广泛应用。(1)基态Fe原子的价电子排布式为_______。(2)N、O、S三种元素的第一电离能由大到小的顺序为__(用元素符号表示)，苯酚()中碳原子的杂化轨道类型为__。(3)的熔点为306℃，沸点为315℃。的晶体类型是_。常作净水剂和补铁剂，的立体构型是__。(4)羰基铁[]可用作催化剂、汽油抗爆剂等。分子中含__键，与CO互为等电子体的离子是_(填化学式，写一种)。(5)氮化铁晶体的晶胞结构如图1所示。该晶体中铁、氮的微粒个数之比为__。(6)氧化亚铁晶体的晶胞如图2所示。已知：图1图2氧化亚铁晶体的密度为，代表阿伏加德罗常数的值。在该晶胞中，与紧邻且等距离的数目为_______；与O2-最短核间距为_______pm。8．“嫦娥五号”首次实现了我国地外天体采样返回，它的成功发射标志着我国航天向前迈出了一大步。其制作材料中包含了等多种元素。回答下列问题：(1)铬()、钼()位于同一副族相邻周期，具有相同的价电子排布特征，则基态原子的核外价电子排布图为___________；基态最高能层中成对电子与未成对电子的数目比为___________。(2)S与O可形成多种酸根离子及化合物等，其中的空间构型为___________；写出一种与互为等电子体的阴离子___________；已知酸性，原因是___________。(3)元素N有多种氢化物均具有重要的用途。分子的电子式为___________；的模型是___________；与形成的配离子为，在该配离子中，键角比独立存在的分子中键角略大，其原因是___________。(4)与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀(分子结构如图)，该反应可用于检验分子内微粒之间存在的化学键有___________(填标号)。A．离子键B．配位键C．氢键D．范德华力E．共价键参考答案【过关搏杀】1．(1)①Ni、Ge、Se②Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(2)①D②相同③（3）小于（4）Mn2+的3d能级是半充满的相对稳定结构，较难失去电子；(5)【解析】(1)①Ti是22号元素，价电子排布是，Ti的基态未成对电子数为2个，同周期中未成对电子数为2个的价电子排布还有Ni()、Ge()、Se()共3种；②Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强；(2)①金属锰的晶胞构型和氯化钠的相同，都属于面心立方构型，晶胞俯视图符合D；②Mn是25号元素，根据构造原理知，Mn的基态原子核外电子排布式[Ar]3d54s2，失电子时，从最外层失去，即失去4s上2个电子和3d上一个电子，Mn3+核外价电子排布为3d4，则电子的自旋状态相同；③配离子是八面体，即中心离子的配体共6个，含1mol该配合物的溶液与足量AgNO3溶液作用可生成lmolAgCl沉淀，说明外界有1个Cl-，其余Cl-和氨都在内界，作为配体，外界是一个单位负电荷，则整个内界应带一个单位正电荷，锰离子有两个单位正电荷，氨不带电荷，只需要一个带负电荷的氯离子即可，故配离子的化学式为；(3)Fe的电子排布是[Ar]3d64s2，Mn的电子排布为[Ar]3d54s2，则Fe2+的电子排布为[Ar]3d6，Mn2+的电子排布为[Ar]3d5，Mn2+的3d能级是半充满相对稳定结构，较难失去电子，故第三电离能I3(Fe)较小；(4)设中三价锰与四价锰的物质的量分别是m和n，则有3x+2(1-x)+3m+4n=6，m+n=1，解得m=x，n=1-x，则中三价锰和四价锰的物质的量之比为；(5)晶胞中Ti原子数目=，O原子数目=，因此该物质的化学式为TiO2，则晶胞中原子总体积为，晶胞的质量=，则晶胞体积=，故晶胞的空间利用率是2．(1)Ⅷ；3:1(2)Si的原子半径大于C的原子半径，原子间难以形成π键(3)高；碳氧键的键长比硅氧键短、键能比硅氧键大，碳氧键的共价键比硅氧键强(4)1,3；氨基中氮原子能与水分子形成氢键(5)；【解析】(1)钴元素的原子序数为27，位于元素周期表第四周期Ⅷ族；铬元素的原子序数为24，价电子排布式为3d54s1，核外有6个不成对电子，镍元素的原子序数为28，价电子排布式为3d84s2，核外有2个不成对电子，则铬与镍的基态原子核外未成对电子数之比为3:1；(2)C原子的原子半径较小，C原子中p轨道能形成肩并肩的π键，与C原子相比，Si原子的原子半径较大，Si原子中p轨道难以形成肩并肩的π键，则Si原子之间难以形成双键；(3)由题意可知，二氧化碳晶体和二氧化硅晶体都为原子晶体，原子晶体的熔点取决于共价键的强弱，由于碳原子的原子半径比硅原子小，非金属性比硅原子强，二氧化碳晶体中碳氧键的键长比二氧化硅晶体中硅氧键短、键能比硅氧键大，则二氧化碳晶体中碳氧键的共价键二氧化硅晶体中比硅氧键强，熔点比二氧化硅晶体大；(4)含有孤对电子的氮原子与钴离子通过配位键结合，形成配位键后氮原子能形成4个共价键，由钻酞菁的结构可知，1、3号氮原子形成4个共价键，2、4号氮原子形成3个共价键，则四氨基钴酞菁中与钴离子通过配位键结合的氮原子为1、3号；四氨基钴酞菁中含有4个氨基，氨基中氮原子能与水分子形成氢键，增大在水中的溶解性；(5)由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的碳原子的个数为8×+6×=4，位于体内的硅原子个数为4，设晶体的密度为dg/cm3，由质量公式可得：=(c×10—10)3，解得d=；由位于体对角线四分之一处上部原子1的分数坐标为可知，晶胞的边长为1，则位于体对角线四分之一处下部原子2的分数坐标为。3．(1)配位；B(硼)(2)氢键；范德华力(3)sp2、sp3；Na2B4O5(OH)4·8H2O(或Na2B4O7·10H2O)(4)CaB6；24；【解析】(1)BF3与NH3反应生成BF3·NH3，B与N之间形成配位键，N原子含有孤对电子，N提供孤电子对，B原子提供空轨道；(2)1molB(OH)3含有3mol氢键，该平面层内硼酸分子之间通过氢键结合，由于在层与层之间容易裂解，说明作用力不强，则层与层之间通过范德华力结合；(3)由图看出与B相连的共价键有3和4条，则B原子的杂化方式为sp2、sp3；由硼砂阴离子的结构可得，阳离子为Na+，有2个，结晶水与硼的物质的量比为2：1，则H2O有8个，则硼砂的化学式为：Na2B4O5(OH)4·8H2O(或Na2B4O7·10H2O)；(4)根据晶胞结构，一个Ca原子和1个单元有6个B原子，该化合物的化学式为CaB6，钙原子的配位数为6×4=24；该晶胞的质量为，八面体棱长为a，则高，立方晶胞边长为，体积为，则该物质的密度为=g·cm-3。4．(1)14；(2)CH4＞NH3＞H2O；NH3中心原子有一对孤电子对H2O中心原子有两对孤电子对，CH4中心原子没有孤电子对，而孤电子对排斥力比键合电子对排斥力大，所以孤电子对越多，键角减小(3)小于；F的电负性比Cl大，F-C极性大于Cl-C的极性，使F3C-C极性大于Cl3C-C的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性更大，更易电离出氢离子(4)12；【解析】W基态原子L能层所有能级上电子数相同，W的电子排布式为1s22s22p2，为C元素；R第二周期元素基态原子中未成对电子最多，故R为N元素；X基态原子核外s能级上电子总数与p能级上电子总数相等，且第一电离能低于同周期相邻元素，X为O元素；Y次外层电子数是最外层电子数的2倍，K、L、M层电子数分别为2、8、4，故Y为Si元素；Z最外层只有1个电子，其它所有轨道电子均成对，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，为Cu元素。(1)根据分析，Y是Si元素，核外所有电子的运动状态均不同，因此有14种不同的运动状态的电子；Z为Cu，价电子为3d104s1，价电子排布图为；(2)W、R、X的简单氢化物分别为CH4、NH3、H2O，三个分子的中心原子均为sp3杂化，孤电子对排斥力比键合电子对排斥力大，所以孤电子对越多，键角减小，CH4、NH3、H2O中中心原子的孤电子对分别为0、1、2，故键角CH4＞NH3＞H2O；(3)由于pKa越小，酸性越强，由表可以看出，三氯乙酸的pKa大于三氟乙酸的，故酸性三氯乙酸小于三氟乙酸；同主族元素电负性从上到下依次减弱，F的电负性比Cl大，所以F与C形成的共价键极性较大，CF3COOH中F3C-C极性大于CCl3COOH中Cl3C-C的极性，导致三氟乙酸的负电性偏向-CF3，致使羧基中的羟基的极性更大，更易电离出氢离子，酸性更强；(4)由均摊法可知，晶胞中W的个数为8×+6×=4，Y的个数为4，故该物质的化学式为SiC，由图可以看出，C在8个顶点和6个面心，与C紧邻的C有12个，由于化学式为SiC，故Si原子紧邻的Si原子也有12个；晶胞密度，故NA=。5．(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)；sp2；Zn<C<O(2)①<；Cu+的3d轨道为全满结构，能量低，更稳定，再失去一个电子时需要的能量更多②六方最密；不相同(3)由于离子半径Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS>CdS，则熔点ZnS>CdS(4)①2a②(a-b)pm【解析】(1)Zn的原子序数为30，其核外电子排布式为[Ar]3d104s2，Zn2+是锌原子失去2个电子所形成的，Zn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。根据价层电子对互斥理论判断，C的杂化形式为sp2。根据非金属越强，电负性越大，进行判断,Zn、C、O的电负性由小到大的顺序是Zn<C<O。(2)①铜和锌的第一电离能大小比较为I(Cu)<I(Zn)，步骤②吸收能量大于步骤④的原因为Cu+的3d轨道为全满结构，能量低，更稳定，再失去一个电子时需要的能量更多；②锌的堆积方式为“…ABAB…”形式，为镁型堆积(hcp)，也称为六方最密堆积，Cu为铜型(ccp)，面心立方最密堆积，故不相同。(3)ZnS、CdS都属于离子晶体，由于离子半径Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS>CdS，则熔点ZnS>CdS。(4)①最近的两个S原子之间的距离是面对角线的一半，根据图2可知面对角线长为4apm。最近的两个S原子之间的距离是2apm。②晶胞的边长为，晶胞的体对角线为。由于晶体中和原子之间的最短距离为体对角线的，所以该晶体中和之间的最短距离为。若要使、相切，则半径为pm。6．(1)AC(2)(3)4；正三角形(4)(5)①Cu②(1，，)③【解析】(1)硫元素的原子序数为16，基态硫原子的价电子排布式为3s23p4；A．符合核外电子排布规律，故正确；B．由洪特规则可知，电子在能量相同的轨道上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同，则违背洪特规则，故错误；C．符合核外电子排布规律，故正确；D．由泡利不相容原理可知，一个原子轨道里最多只能容纳2个电子，而且自旋相反，则违背泡利不相容原理，故错误；AC正确；(2)铜元素的原子序数为29，价层电子排布式为3d104s1，则基态亚铜离子的价层电子排布式为3d10；(3)硫化氢分子中硫原子的价层电子对数为4；硝酸根离子中氮原子的价层电子对数为3，孤孤对电子对数为0，则离子的空间构型为平面正三角形；(4)分子晶体的熔点小于离子晶体，二氧化硫为分子晶体，三氧化二锑和三硫化二锑都为离子化合物，则二氧化硫的熔点最低；离子晶体中，离子键越强，晶体的熔点越高，由于氧离子的离子半径小于硫离子，锑离子和氧离子形成的离子键强于锑离子和硫离子形成的离子键，三氧化二锑的熔点高于三硫化二锑，则三种物质熔点由高到低的顺序为；(5)①由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和体心的锑原子个数为8×+1=2，位于面上的小黑球的个数为8×=4，位于面心和棱上的小灰球的个数为2×+4×=2，位于体内的大白球的个数为8，由晶体的化学式为可知，小黑球A、B、C均为铜原子，小灰球为锌原子，大白球为硫原子；②由位于yz面上的原子A的坐标为和位于xz面上的原子B的坐标为可知，位于xyz面上的原子C的坐标为(1，，)；③设晶胞的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：=[(a×10—10)2×2a×10—10]×d，解得d=。7．(1)(2)；杂化；分子晶体(3)正四面体形(4)10；或(5)(6)12；【解析】(1)Fe位于第四周期VIII族，基态Fe原子价电子排布式为[Ar]3d64s2；(2