2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第十二章 物质结构与性质 章末总结提升

2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第十二章 物质结构与性质 章末总结提升

www.ks5u.com 章末总结提升 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。‎ ‎　(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有________个未成对电子。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____________。‎ ‎(2)写出基态As原子的核外电子排布式____________。根据元素周期律，原子半径Ga________As(填“大于”或“小于”，下同)，第一电离能Ga________As。‎ 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第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4s轨道，2个4p电子分别位于2个不同的4p轨道上，所以基态Ge原子有2个 未成对的电子；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 。(2)As的原子序数是33，则基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3；同周期自左向右原子半径逐渐减下，则原子半径Ga大于As，由于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小于As。‎ 答案：(1)3d104s24p2　2　O＞Ge＞Zn ‎(2)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)　大于　小于 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。‎ ‎　(1)Ge与C是同族元素，C 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，原因是 ‎_______________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________杂化，微粒之间存在的作用力是____________。比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因________________________。‎ 项目 GeCl4‎ GeBr4‎ GeI4‎ 熔点/ ℃‎ ‎－49.5‎ ‎26‎ ‎146‎ 沸点/ ℃‎ ‎83.1‎ ‎186‎ 约400‎ ‎(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是__________。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__________。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________杂化。‎ ‎(3)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________杂化。‎ 解析：(1)Ge与C是同族元素，C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，原子之间形成的单键较长，pp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；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)‎ ‎；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。(2)根据价层电子对互斥理论，SO的σ键电子对数等于4，孤电子对数为(6＋2－2×4)÷2＝0，则阴离子的立体构型是正四面体形；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；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)AsCl3分子的价层电子对数＝3＋＝4，即含有一对孤电子对，所以立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。‎ 答案：(1)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键　sp3　共价键　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 ‎(2)正四面体　配位键　N　高于　NH3分子间可形成氢键　极性　sp3‎ ‎(3)三角锥形　sp3‎ 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。‎ ‎　(1)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，如图1为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为；C为。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＝565.76 pm，其密度为____________g·cm－3(列出计算式即可)。‎ 图1‎ ‎(2)单质铜及镍都是由__________键形成的晶体。某镍白铜合金的立方晶胞结构如图2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d g·cm－3，晶胞参数a＝__________nm。‎ 图2‎ ‎(3)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图3所示。该晶体的类型为__________，Ga与As以____________键结合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1 和MAs g·mol－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_______________________。‎ 图3‎ 解析：(1) ①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的处，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×＋6×＋4＝8，所以晶胞的密度ρ＝＝＝ g·cm－3＝×107 g·cm－3。(2)铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×＝3，镍原子的个数为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d g·cm－3，根据ρ＝m÷V，则晶胞参数a＝×107 nm。(3)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为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×100%＝×100%。‎ 答案：(1)①　②×107‎ ‎(2)金属　①3∶1　②×107‎ ‎(3)原子晶体　共价　×100%‎ ‎1．周期表中前四周期元素R、W、X、Y、Z的原子序数依次递增。R基态原子中，电子占据的最高能层符号为L，最高能级上只有两个自旋方向相同的电子。工业上通过分离液态空气获得X单质。Y原子的最外层电子数与电子层数之积等于R、W、X三种元素的原子序数之和。Z基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题：‎ ‎(1)Z2＋基态核外电子排布式为：__________________________。‎ ‎(2)YX的空间构型是________；与YX互为等电子体的一种分子为________(填化学式)；HYX4酸性比HYX2强，其原因是______‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎(3)结构简式为RX(WH2)2的化合物中R原子的杂化轨道类型为__________；1 mol RX(WH2)2分子中含有σ键数目为________。(H为氢元素，下同)‎ ‎(4) 往Z的硫酸盐溶液中通入过量的WH3，可生成[Z(WH3)4]SO4，下列说法正确的是________(填字母)。‎ A．[Z(WH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性键和配位键 B．在[Z(WH3)4]2＋中Z2＋给出孤对电子，WH3提供空轨道 C．[Z(WH3)4]SO4组成元素中第一电离能最大的是氧元素 ‎(5)某Y与Z形成的化合物的晶胞如右图所示(黑点代表Z原子)。 ‎ ‎①该晶体的化学式为________。‎ ‎②已知Z和Y的电负性分别为1.9和3.0，则Y与Z形成的化合物属于__________(填“离子”或“共价”)化合物。‎ ‎③已知该晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体中Z原子和Y原子之间的最短距离为________________cm(只写计算式)(Z原子位于体对角线上)。‎ 解析：(1) Z为Cu元素，原子核外电子数为29，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，则Z2＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9。(2)根据上述分析，YX为ClO，根据价层电子对互斥理论，4＋(7＋1－24)÷2＝4，没有孤对电子，则空间构型是正四面体型；与ClO互为等电子体的分子是AB4型分子，其中一种分子为CCl4；HYX4为HClO4 ，HYX2是HClO2，HClO4有 3 个非羟基氧，而 HClO2有 1 个非羟基氧，所以HClO4的酸性比HClO2强。(3)结构简式为RX(WH2)2的化合物是CO(NH2)2，据C、N、O、H的成键特征，该有机物的结构简式为NH2CONH2，C原子形成3个σ键，杂化轨道类型为sp2杂化，单键都是σ键，双键中含有1个σ键，所以根据 有机物的结构简式可知1 mol CO(NH2)2分子中含有σ键数目为7NA。(4)在[Cu(NH3)4]SO4中，内界离子[Cu(NH3)4]2＋与外界离子SO形成离子键，Cu2＋与NH3形成配位键，NH3中N原子与H原子之间形成极性键，A正确；在[Cu(NH3)4]SO4中Cu2＋提供空轨道，NH3给出孤对电子，B错误；[Cu(NH3)4]SO4组成元素中第一电离能最大的是N元素，C错误；答案选A。(5)根据上述推断，Y、Z分别为Cl、Cu，Cl在晶胞占有的位置8个顶点、6个面，Cl原子的个数＋＝4，Cu原子在晶胞的位置在体心，全部属于晶胞，Cl个数是4。①该晶体的化学式为CuCl；②两个成键元素原子间的电负性差值大于1.7形成离子键，小于1.7形成共价键，铜与Cl电负性差值3.0－1.9＝1.1<1.7，该化合物属于共价化合物；③设边长为a cm，ρ＝＝÷a3，a＝ ，该晶胞类似于金刚石的晶胞，Cu和Cl最近的距离是体对角线的，即距离为×cm。‎ 答案：(1)[Ar]3d9(或 1s22s22p63s23p63d9)‎ ‎(2)正四面体　CCl4等　HClO4有3个非羟基氧，而 HClO2有1个非羟基氧 ‎(3)sp2　 7NA ‎(4)A ‎(5)①CuCl　②共价　③× ‎2．Ⅰ.氟元素是电负性最大的非金属元素，且氟原子的半径小，因此氟单质极易和金属单质反应且把它们氧化到最高价态，如MnF7 、VF5 、CaF2 等。氟元素还可以和氧元素形成氟化物，如OF2 ‎ 等。请回答下列问题：‎ 图1‎ ‎(1)V原子的核外电子排布式为__________________。如图1表示一个不完整的CaF2 晶胞，则图中实心球表示________ (填“F－”或“Ca2＋” )。 设晶胞边长为a，则最近的F－和Ca2＋之间的距离为________________________(用含a的代数式表示)。‎ ‎(2)OF2 分子中氧原子的轨道杂化类型为__________杂化，OF2被称为氟化物而不被称为氧化物的原因是_____________________‎ ‎____________________________________________________。‎ Ⅱ.纯铜在工业上主要用来制造导线、电器元件等，铜能形成＋1和＋2的化合物。回答下列问题：‎ ‎(3)写出基态Cu＋ 的核外电子排布式________________。‎ ‎(4)如图所示是铜的某种氧化物的晶胞示意图，该氧化物的化学式为________。‎ 图2‎ ‎(5)向硫酸铜溶液中滴加氨水会生成蓝色沉淀，在滴加氨水至沉淀刚全部溶解时可得到蓝色溶液，继续向其中加入极性较小的乙醇可以生成深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O沉淀。该深蓝色沉淀中的NH3通过________键与中心离子Cu2＋结合。NH3分子中的N原子杂化方式是 ‎____________杂化。与NH3分子互为等电子体的一种微粒是____________(任写一种)。‎ 解析：(1)V原子是23号，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2(或3d34s2)；CaF2晶胞中，IH 球的数目为8×‎ ＋6×＝4，大球全部在晶胞内部，数目为8，则图中小球是钙离子；把晶胞分成8个小的立方体如图，‎ 则F－位于小立方体的中心，即大球，则Ca2＋与F－之间的最近距离为小立方体的体对角线的一半，已知晶胞边长为a，则小立方体的边长为，设Ca2＋与F－之间的最近距离为x，则＋＋＝x2，解得x＝a。(2)OF2分子中氧原子为2＋＝4，属于sp3杂化；OF2中F元素为－1价，O元素的化合价为＋2价，而氧化物中O元素的化合价为－2价，所以OF2被称为氟化物。(3)Cu的原子序数为29，价电子排布为3d104s1，则基态Cu＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(4)由晶胞示意图可知，1个晶胞中有4个A，B为8×＋6×＝4(个)，原子个数之比为1∶1，该氧化物的化学式为CuO。(5)NH3中N原子提供孤电子对，Cu2＋提供空轨道，二者形成配位键；NH3分子中孤电子对数为1，成键数为3，则N原子的杂化方式为sp3，与NH3分子互为等电子体的一种微粒具有相同的价电子数8和原子数4，微粒为PH3或H3O＋等。‎ 答案：Ⅰ.(1) 1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)　Ca2＋ 　a　(2)sp3杂化　氧化物中氧元素显负价，而在OF2中氧元素的化合价为＋2‎ Ⅱ.(3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)　(4)CuO ‎(5) 配位　sp3杂化　H3O＋(或其他合理答案)‎ ‎3．磷及其化合物在工农业生产上应用非常广泛。‎ ‎(1)磷元素位于周期表的________区，基态磷原子价层电子排布图__________________，最高能层符号________。‎ ‎(2)磷的三种同素异形体的结构如图1所示。‎ 图1‎ ‎①三种同素异形体中能导电的是________(填名称)。‎ ‎②白磷易溶于CS2，其原因是_____________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)磷酸与Fe3＋可形成H3[Fe(PO4)2]，Fe、P、O电负性由大到小的顺序是__________________。与PO空间构型相同的分子和阴离子分别是__________________(各举一例)。‎ ‎(4)噻替哌的结构简式如图2所示，其中氮原子的杂化轨道类型为________杂化，1 mol噻替哌中含有的σ键数目为________。‎ 图2‎ ‎(5)磷化铟(InP)是一种半导体材料，可用于光纤通信技术，其晶胞结构如图3所示。‎ 图3‎ ‎①结构化学上常用原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，晶胞中P原子的坐标参数分别有：P (0，0，0)，P；P等，则距离上述三个P原子最近且等离的In原子的坐标参数为________________。‎ ‎②已知晶胞参数a＝0.587 m，则InP晶体的密度为________________________g·cm－3。‎ 解析：(1)P原子核外有15个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p3, 最外层为3s23p3，则磷元素位于周期表的p区；分三层排布，即有三个能层，所以电子占据的最高能层符号为M；基态磷原子价层电子排布图。(2)①磷结构与石墨相似，黑磷能导电。②相似相溶原理是指因为极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂，非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂；P4和 CS2是非极性分子，根据相似相溶的原理，P4易溶于CS2。(3)同周期元素，从左到右电负性逐渐增大，同主族元素从下到上，电负性逐渐增大，所以Fe、P、O电负性由大到小的顺序O>P>Fe；P原子的价层电子对数为4，且不含孤电子对，所以其空间构型正四面体，与PO空间构型相同的分子和阴离子分别是CCl4(或 SiCl4等)和SO (或ClO等)。(4)噻替哌分子中，N原子含有3个δ键和一个孤电子对，所以采取 sp3 杂化，环上的C原子含有4个δ键，一个噻替哌分子中含有25个δ键，所以1 mol噻替哌分子中δ键为数目为25NA。(5)①将左下角的P原子理解为(0，0，0)，由图可知距离上述三个P原子最近且等离的In原子的坐标参数为；②磷化铟InP中P原子数目为8×＋6×＝4，In原子数目为4，晶胞质量m＝，晶胞体积V＝‎ a3＝(0.587×10－7)3cm3，晶体的密度ρ＝＝＝4.8 g·cm－3。‎ 答案：(1)p　　M ‎(2)黑磷　P4和 CS2是非极性分子，根据相似相溶的原理，P4易溶于 CS2‎ ‎(3)O>P>Fe　CCl4(或SiCl4等)和SO (或ClO等)‎ ‎(4)sp3　25NA ‎(5)　4.8‎ ‎4．铝及其化合物在工农业生产及日常生活中有重要用途。请回答下列问题：‎ ‎(1)Al原子的价电子排布图为____________________，Na、Mg、Al的第一电离能由小到大的顺序为__________。‎ ‎(2)某含有铝元素的翡翠的化学式为Be3Al2(Si6O18)，其中Si原子的杂化轨道类型为________杂化。‎ ‎(3)工业上用氧化铝、氮气、碳单质在高温条件下可制备一种四面体结构单元的高温结构陶瓷，其晶胞如图1所示：‎ 图1‎ ‎①该制备反应的化学方程式为____________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎②该化合物的晶体类型为__________，该晶胞中有________个铝原子，该晶胞的边长为a pm，则该晶胞的密度为___________g·cm－3。‎ ‎(4)AlCl3的相对分子质量为133.5，183 ℃开始升华，易溶于水、乙醚等，其二聚物(Al2Cl6)的结构如图2所示，图中1键键长为206 pm，2键键长为221 pm，从键的形成角度分析1键和2键的区别：‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ 图2‎ ‎(5)LiAlH4是一种特殊的还原剂，可将羧酸直接还原成醇：‎ CH3COOH分子中π键和σ键的数目之比为________，分子中键角α____________键角β(填“大于”“等于”或“小于”)。‎ 解析：(1)Al的价电子排布图为 ‎；同周期从左向右第一电离能增大，但ⅡA>ⅢA，ⅤA>ⅥA，因此三种元素的第一电离能的顺序是NaO>C　sp3 杂化 ‎ ‎(3) 1∶2　‎ ‎(4) 大于　‎ ‎(5)4∶1