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1、题型五 物质结构与性质(选修),-2-,高考对物质结构与性质的综合考查,主要包括:原子结构与性质;分子结构与性质;晶体结构与性质等,虽然考查面广,但试题整体难度不大。考查内容主要涉及核外电子排布式、电子排布图(轨道表示式)、电离能和电负性、键和键、分子间作用力、氢键、化学键数目的计算、常见晶体的构型、晶体的性质与结构的关系等,题目中所涉及的几个问题常常是相互独立的,但所考查的内容却是上述知识点的综合应用。,-3-,一,二,三,一、原子结构与性质 例1(1)基态硅(Si)原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。 (2)依据第二周期元素第一电离能的变化规律,参照
2、右图B、F的位置,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。,-4-,一,二,三,(3)N、Al、Si、Zn四种元素中,有一种元素的电离能数据如下:,则该元素是 (填写元素符号)。 基态锗(Ge)原子的电子排布式是 。Ge的最高价氯化物的化学式是 。 锗元素可能的性质或应用有 。 A.是一种活泼的金属元素 B.其电负性大于硫 C.其单质可作为半导体材料 D.其最高价氯化物的沸点低于其溴化物的沸点,-5-,一,二,三,答案 (1)M 9 4 (3)Al 1s22s22p63s23p63d104s24p2 GeCl4 CD,-6-,一,二,三,解析 (1)基态硅(Si)原子中,电子占据的最高能层为
3、第三层,符号为M,该能层中有3个能级:3s、3p和3d,3s能级有1个原子轨道,3p能级有3个原子轨道,3d能级有5个原子轨道,所以该能层具有的原子轨道数为9,已填充的电子数为4。(2)同周期第一电离能从左至右呈增大趋势,但当各能级呈全满、半满、全空状态时,第一电离能反常,即第A族、第A族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。(3)由表中数据可知,该元素的I3I4,则该元素最外层只有3个电子,即为Al。Ge为32号元素。32-18=14,电子排布式为Ar3d104s24p2或1s22s22p63s23p63d104s24p2,最外层4个电子,故最高价氯化物的化学式为GeCl4。,-7-,一,
4、二,三,解题指导在书写电子排布式时,要注意“原子、离子、价电子、最外层”等表述;比较第一电离能时要考虑洪特规则。考查原子结构与元素性质的关系,注意元素“位构性”的相互关系。,-8-,一,二,三,(2)当出现d轨道时,虽然电子按ns、(n-1)d、np的顺序填充,但在书写电子排布式时,仍把(n-1)d放在ns前,如Fe:1s22s22p63s23p63d64s2正确,1s22s22p63s23p64s23d6错误。,-9-,一,二,三,(3)注意比较原子核外电子排布式、简化电子排布式、原子外围电子排布式的区别与联系。如Cu的电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1;简化电子排布式
5、:Ar3d104s1;外围电子排布式:3d104s1。 (4)当元素的能级处于全空、半充满、全满状态时,结构最稳定、能量最低,元素的电离能一般较高,如同周期元素的第一电离能A族元素大于A族元素,A族元素大于A 族元素。,-10-,一,二,三,对点训练1有A、B、C、D、E 5种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于20。其中A为非金属元素;A和E属同一族,它们原子最外层电子排布为ns1,B和D也属同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍。C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。请回答下列问题: (1)A是 ,B是 ,C是 ,D是 ,E是 。 (2)由这五种元素组成的
6、一种化合物是(写化学式) 。写出该物质的一种主要用途: 。,-11-,一,二,三,(3)写出C元素基态原子的电子排布式: 。 (4)用电子排布图表示D元素原子的价电子排布为 。 (5)元素B与D的电负性的大小关系是B D(填“”“”或“=”,下同),C与E的第一电离能的大小关系是C E。,-12-,一,二,三,答案 (1)H O Al S K(写元素名称也可) (2)KAl(SO4)212H2O 做净水剂 (3)1s22s22p63s23p1 (5) ,-13-,一,二,三,解析 A、B、C、D、E 5种元素核电荷数都小于20,故都为主族元素,A、E同一族且最外层电子排布为ns1,故为第A族,
7、而A为非金属元素,则A为氢;B、D为同一族,其原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,故其最外层电子排布为ns2np4,为第A族元素,B的核电荷数小于D,则B为氧,D为硫,E为钾;C原子最外层上的电子数为硫原子最外层上电子数的一半,则C为铝,同主族元素自上而下电负性逐渐减小,故B(氧)的电负性大于D(硫),E(钾)的第一电离能小于钠,钠的第一电离能小于C(铝),故第一电离能:AlK。,-14-,一,二,三,二、分子结构与性质 例2(1)H2Se的酸性比H2S (填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为 , 的立体构型为 。 (2)甲醛(HCHO)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH
8、3OH)。甲醇分子内碳原子的杂化方式为 。 (3)在铜锰氧化物的催化下,CO被氧化为CO2,HCHO被氧化为CO2和H2O。 根据等电子体原理,CO分子的结构式为 。 H2O分子中氧原子轨道的杂化类型为 。 1 mol CO2中含有的键数目为 。,-15-,一,二,三,(4)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中氧原子采用 杂化。H3O+中HOH键角比H2O中HOH键角大,原因为 。 (5) 的立体构型是 ,其中硫原子的杂化轨道类型是 。,答案 (1)强 平面三角形 三角锥形 (2)sp3 (3)CO sp3 26.021023个(或2NA) (4)sp3 H2O中氧原子有2对孤电子对,排斥力
9、较大,H3O+只有1对孤电子对,排斥力较小 (5)正四面体 sp3,-16-,一,二,三,-17-,一,二,三,-18-,一,二,三,解题指导 不常见分子或离子的立体构型一定要用价层电子对互斥理论来判断,不要想当然;对等电子体的判断一般是从周期表的相邻位置来考虑;对杂化问题有时也要依据价层电子对理论来判断。键数目判断方法:共价单键为键;共价双键中有一个键和一个键;共价三键中有一个键和两个键。,-19-,一,二,三,方法规律拓展 1.价层电子对互斥模型(VSEPR模型)与分子立体构型的关系: 当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致; 当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。 2.原子轨道杂化类
10、型的判断:,-20-,一,二,三,-21-,一,二,三,对点训练22013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家,以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。可以用量子化学计算小区间内(如光合作用叶绿体光反应时酶中、生物固氮时固氮酶中)的化学反应。,-22-,一,二,三,-23-,一,二,三,(3)烟酰胺结构式如图2所示,可用于合成光合辅酶NADPH,烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有 ,1 mol该分子中含键数目为 。 (4)配离子Cu(NH3)42+中氮原子是配位原子。已知NF3与NH3的立体构型相同,但NF3中N不易与Cu2+形成配离子,其原因是 。,-24-,一,二,三,答案 (1
11、)ABC (2)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3 4 (3)sp2、sp3 15NA(或156.021023) (4)N、F、H三种元素的电负性大小为FNH,在NF3中,共用电子对偏向氟原子,偏离氮原子,使得氮原子上的孤电子对难以与Cu2+形成配位键,-25-,一,二,三,-26-,一,二,三,(3)根据图像可知环上的氮原子存在双键,因此是sp2杂化。氨基中的氮原子全部是单键应该是sp3杂化。单键都是键,双键中含有1个键和1个键,所以根据结构简式可知1 mol该分子中含键数目为15NA(NA表示阿伏加德罗常数的数值)(或156.021023)。 (4)由于N、F、H三种元素的电
12、负性大小为FNH,在NF3中,共用电子对偏向氟原子,偏离氮原子,所以使得氮原子上的孤电子对难以与Cu2+形成配位键。,-27-,一,二,三,三、晶体结构与性质 例3(2016全国)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题: (1)写出基态As原子的核外电子排布式 。 (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”) (3)AsCl3分子的立体构型为 ,其中As的杂化轨道类型为 。 (4)GaF3的熔点高于1 000 ,GaCl3的熔点为77.9 ,其原因是 。,-28-,一,二,三,(5)GaAs的熔点
13、为1 238 ,密度为 gcm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ,Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-1和MAs gmol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。,-29-,一,二,三,答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3 (2)大于 小于 (3)三角锥形 sp3 (4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体,-30-,一,二,三,解析 (1)As的原子序数是33,则基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23
14、p63d104s24p3或Ar3d104s24p3。 (2)Ga和As位于同一周期,同周期主族元素从左向右原子半径逐渐减小,则原子半径GaAs;由于As的4p能级处于半充满状态,稳定性强,因此第一电离能GaAs。 (3)AsCl3分子中As原子杂化轨道类型为sp3杂化,三个sp3杂化轨道分别与三个氯原子成键,还有一个sp3杂化轨道上有一对孤电子对,故AsCl3分子的立体构型为三角锥形。 (4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体,离子晶体的熔点一般高于分子晶体。,-31-,一,二,三,-32-,一,二,三,解题指导对常见典型的晶胞结构要非常熟悉,如金刚石、二氧化硅、氯化钠、氯化铯、氟化钙、
15、干冰还有金属晶体的四种堆积模型等。要做到识图、辨图、析图,通过分析晶体结构,计算晶胞结构中化学键数目、粒子半径、密度,或判断金属晶体堆积方式等;最后针对题目设计的其他问题进行正确作答。,-33-,一,二,三,-34-,一,二,三,-35-,一,二,三,对点训练3(2017江苏化学)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。 (1)Fe3+基态核外电子排布式为 。 (2)丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 mol丙酮分子中含有键的数目为 。 (3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。 (4)乙醇的沸点高于丙酮,这
16、是因为 。,-36-,一,二,三,(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。,-37-,一,二,三,答案 (1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5 (2)sp2和sp3 9 mol (3)HCO (4)乙醇分子间存在氢键 (5)Fe3CuN,-38-,一,二,三,解析 (1)Fe为26号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2,Fe失去3个电子变为Fe3+,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。(2)丙酮分子中,
