（教师备课）2021高考化学一轮复习解题指导8物质结构与性质的命题分析规范演练含解析新人教版

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解题指导8 物质结构与性质的命题分析 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)。高考试题中选修3赋分为15分，常设10空左右设问，具有知识点较分散、设问相对独立、整体难度不大、做题耗时较短的特点。‎ 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。‎ ‎　(1)Cu2＋的电子排布式是___________________________。‎ ‎(2)基态Fe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＋，形成的配合物的颜色为________。‎ ‎(3)Na位于元素周期表第________周期第__________族；S的基态原子核外有________个未成对电子；Si的基态原子核外电子排布式为________________。‎ ‎(4)已知XY2是红棕色气体，Z基态原子的M层与K层电子数相等。Y基态原子的电子排布式是____________；Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。‎ ‎(5)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图1所示，其中电负性最大的是________(填图1中的序号)。‎ 图1‎ ‎(6)第三周期中某主族元素的电离能情况如图2所示，则该元素是________(填元素符号)。‎ 图2‎ - 9 -‎ 解析：(1)Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，失去2个电子生成Cu2＋，Cu2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。(2)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，其中3d轨道有4个轨道未充满，含有4个未成对电子。Fe原子失去4s轨道的2个电子和3d轨道的1个电子形成Fe3＋，则其电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。检验Fe3＋时，Fe3＋与SCN－形成配合物而使溶液显红色。(3)Na元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1，则Na位于元素周期表中第三周期第ⅠA族。S元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，其中3p轨道有两个未成对电子。Si元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2。(4)根据题意可以判断XY2为NO2，Z为Mg。O元素基态原子的电子排布式是1s22s22p4；第三周期元素中第一电离能最大的主族元素为Cl元素。(5)第三周期8种元素分别为钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩，其单质中钠、镁、铝形成金属晶体，熔点依次升高；硅形成原子晶体；磷、硫、氯、氩形成分子晶体，且常温下磷、硫为固体，氯气、氩为气体，故8种元素按单质熔点由高到低的顺序为硅、铝、镁、硫、磷、钠、氯、氩，其中电负性最大的为氯。(6)由图可知，该元素的电离能I4远大于I3，故为第ⅢA族元素，又因为元素属于第三周期，应为Al。‎ 答案：(1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9‎ ‎(2)4　1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5　红色 ‎(3)三　ⅠA　2　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2‎ ‎(4)1s22s22p4　Cl ‎(5)2‎ ‎(6)Al 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。‎ ‎　(1) OF2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________。‎ ‎(2) ①V2O5常用作SO2 转化为SO3的催化剂。SO2 分子中S原子价层电子对数是________对，分子的立体构型为________；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为______ ；SO3的三聚体环状结构如图1所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为________ ；该结构中S—O键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约160 pm，较短的键为________ (填图1中字母)，该分子中含有________个σ键。‎ - 9 -‎ ‎②V2O5 溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，该盐阴离子的立体构型为________；也可以得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图2所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为________。‎ ‎(3)①碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是 ‎_______________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎②CS2分子中，共价键的类型有____________，C原子的杂化轨道类型是________杂化，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子__________。‎ 解析：(1)OF2分子中，中心原子的价层电子对数为×(6＋1×2)＝4，成键电子对数为2，因此分子构型为V形，O原子的杂化方式为sp3杂化。‎ ‎(2)①SO2 分子中S原子价层电子对数是3对，分子的立体构型为V形；SO3气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为sp2杂化；SO3的三聚体环状结构如图1所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为sp3杂化；该结构中S—O键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约为160 pm，其中a为硫氧双键，b为硫氧单键，较短的键为a，该分子中含有12个σ键。②VO中，V形成4个σ键，孤电子对数为＝0，为正四面体结构；由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为＋5，则形成的化合物的化学式为NaVO3。‎ ‎(3)①碳原子核外最外层有4个电子，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子。因此，碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。②CS2分子中，存在σ键和π键。CS2分子中，C原子的价层电子对数为2，杂化轨道类型为sp。根据等电子理论，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子有CO2、COS和N2O，离子有NO、SCN－。‎ 答案：(1)V形　sp3杂化 ‎(2)①3　V形　sp2杂化　 sp3杂化　a　12‎ ‎②正四面体形　NaVO3‎ - 9 -‎ ‎(3)①C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构　②σ键和π键　sp　CO2、SCN－(或COS等)‎ 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。‎ ‎　(1)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为________，每个Ba2＋与________个O2－配位。‎ ‎(2)X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶点，Z处于体心位置，则该晶体的组成为X∶Y∶Z＝________。‎ ‎(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如图Ⅰ所示。该合金的化学式为________。‎ ‎(4)葡萄糖与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅱ所示)，所包含的Cu原子数目为________；每个氧原子与________个铜原子配位。‎ ‎(5)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅲ所示。每个晶胞中包含________个Rb2Se单元，其中Se2－周围与它距离最近且相等的Rb＋的离子数目为________。‎ ‎(6)MgH2是金属氢化物储氢材料，其晶胞结构如图Ⅳ所示，已知该晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积为_______________cm3(用a、NA表示，其中NA表示阿伏加德罗常数)。‎ 解析：(1)每个晶胞含有Pb4＋：8×＝1个，Ba2＋：1个，O2－：12×＝3个，故化学式为PbBaO3。Ba2＋处于晶胞中心，只有1个，O2－处于晶胞棱边中心，共12个，故每个Ba2＋与12个O2－配位。(2)在晶胞中12条棱上有12个X，每个X被四个晶胞共用，平均分在每个晶胞中的X有3个。每个晶胞的8个顶角上有8个Y，每个Y被8个晶胞共用，平均分在每个晶胞中的Y只有1个，Z完全属于其中的一个晶胞，故该晶体的组成X∶Y∶Z＝3∶1∶1。(3)‎ - 9 -‎ 每个晶胞中含有La为8×＝1个，Ni为1＋8×＝5个，该合金的化学式为LaNi5。(4)图Ⅱ中每个晶胞中含有黑球代表的微粒为4个，白球代表的微粒为1＋8×＝2个，由组成Cu2O知黑球代表Cu原子，白球代表氧原子，每个氧原子(白球)周围有4个Cu原子(黑球)。(5)每个晶胞中含有Rb＋8个，即白球8个，每个晶胞中含有Se2－：6×＋8×‎ ＝4(个)，即黑球4个，所以每个晶胞中含有4个Rb2Se单元，Se2－周围与它距离最近且相等的Rb＋的离子数目为8个。(6)先计算出晶胞的质量，再根据密度即可求出晶胞的体积。晶胞中含有MgH2微粒数为2个，晶胞的质量m＝×2＝(g)，由m＝ρV得V＝＝(cm3)。‎ 答案：(1)PbBaO3　12　(2)3∶1∶1‎ ‎(3)LaNi5　(4)4　4‎ ‎(5)4　8　(6) 解法指导：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。‎ 近几年高考统计发现，绝大多数学生选择了选修3。这是因为选修3模块得分率略高于选修5；选修3模块得分容易，但得高分难；选修3模块内容更少，复习时间更短、答题所需时间更短。所以答题时应注意，如果题干元素未知，需要根据题意推导相应元素，然后再来解答相关问题。电子排布式书写要注意价电子排布与核外电子排布的区别；注意未成对电子与最外层电子的区别；σ键和π键判断关键在于单键与多键区别；等电子体判断分析一定注意原子总数和价电子总数(或电子总数)均相同，化学键特征、空间构型和化学性质相似；杂化形式判断一定根据分子(或离子)结构式来分析；晶胞分析一定要运用均摊法；熔点、沸点高低判断要将晶体类型和微粒作用力相结合起来。‎ ‎1．配合物Fe(CO)5的熔点－20 ℃，沸点103 ℃。可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图1所示。‎ 图1‎ ‎(1)基态Fe原子的价电子排布式是________________；Fe(CO)5晶体类型属于________‎ - 9 -‎ 晶体。‎ ‎(2) CO分子中C、O原子都满足8电子稳定结构，CO分子的结构式是________，与CO互为等电子体的分子是________。‎ ‎(3)C、O、Fe的第一电离能由大到小的顺序为________________。‎ ‎(4)关于Fe(CO)5，下列说法正确的是________(填字母)。‎ A．Fe (CO)5是非极性分子，CO是极性分子 B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键 C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键 D．Fe(CO)5===Fe＋5CO反应没有新化学键生成 ‎(5)铁的三种晶体的晶胞均为立方晶胞，三种晶体的晶胞如图2所示。‎ δ-Fe　 　　　γ-Fe　　　　α-Fe 图2‎ ‎①上述三种晶体的晶胞中属于面心晶胞的是________(填“α”“δ”或“γ”)。‎ ‎②α晶胞中铁原子的配位数为________。‎ ‎③γ晶体晶胞的边长为a pm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则γ-Fe单质的密度____________________g·cm－3(列出计算式)。‎ 解析：(1)铁为26号元素，基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2；Fe(CO)5的熔点－20 ℃，沸点103 ℃，熔、沸点较低，Fe(CO)5晶体属于分子晶体。(2) CO分子中C、O原子都满足8电子稳定结构，CO分子的结构式为C≡O，与CO互为等电子体的分子有N2。(3)C、O、Fe三种元素的原子中铁的原子半径最大，Fe原子的价电子排布式为3d64s2，失去1个电子生成3d54s2，结构更稳定，第一电离能最小，C、O是同一周期元素，同一周期，从左到右，第一电离能逐渐增大，第一电离能由大到小的顺序为O>C>Fe。(4)A项，根据Fe (CO)5的结构可知， Fe(CO)5为三角双锥结构，分子中正负电荷分布均匀，是非极性分子，CO中正负电荷分布不均匀，是极性分子，正确；B项，Fe(CO)5中Fe原子与5个CO成键，不是sp3杂化，错误；C项，1 mol Fe(CO)5 中Fe原子与5个CO形成5个配位键，在每个CO分子中存在1个配位键，共含有10 mol配位键，正确；D项，Fe(CO)5===Fe＋5CO属于化学变化，包括化学键的断裂与形成，断开了分子中的配位键，形成了金属键，错误；故选AC。(5)①根据晶胞结构图，三种晶体的晶胞中属于面心晶胞的是γ；②α晶胞中晶胞顶点的铁原子与周围的6个铁原子距离相等且最小，配位数为6；③γ晶体晶胞的边长为a pm，1个晶胞中含有的铁原子数目＝8×＋‎ - 9 -‎ ‎6×＝4，则γFe单质的密度＝＝×1030 g·cm－3。‎ 答案：(1)3d64s2　分子　(2)C≡O　N2‎ ‎(3)O>C>Fe　(4) AC　(5)①γ　②6‎ ‎③ρ＝×1030‎ ‎2．A、B、C、D、E、R为原子序数依次增大的六种元素，位于元素周期表的前四周期。B元素原子含有3个能级，且毎个能级所含的电子数相同；D的原子核外有8种运动状态不同的电子；E元素与F元素处于同一周期相邻的族，它们的原子序数相差3，且E元素的基态原子3d轨道上有4个未成对电子。请回答下列问题：‎ ‎(1)写出C基态原子的价层电子排布________________，F基态原子的外围电子排布式____________________________________。‎ ‎(2)下列说法不正确的是________(填字母)。‎ A．二氧化硅的相对分子质量比二氧化碳大，所以沸点：SiO2 > CO2‎ B．第一电离能由小到大的顺序：B H2S，水分子更稳定的原因是水分子间存在氢键 ‎(3)F元素位于周期表中________区，其离子是人体内多种酶的辅因子，人工模拟酶是当前研究的热点。向F的硫酸盐溶液中通入过量的C与A形成的气体X可生成[F(X)4]2＋，该离子的结构式为____________________(用元素符号表示)。‎ ‎(4)某化合物与F(I)(I表示化合价为＋1)结合形成下图1所示的离子，该离子中碳原子的杂化方式为________杂化。‎ ‎(5)B单质的一种同素异形体的晶胞如下图2所示，则一个晶胞中所含B原子的个数为________。‎ ‎(6)D与F形成离子个数比为1∶1的化合物，晶胞与NaCl类似，设D离子的半径为a pm, F离子的半径b pm，则该晶胞的空间利用率为________________。‎ 解析：根据题给信息进行分析可知：A 为H，B为C，C为N，D为O，E为Fe ，F为 - 9 -‎ ‎ Cu。(1)C为N，基态N原子的价层电子排布2s22p3，其价电子排布图为F为 Cu, Cu基态原子的外围电子排布式3d104s1。(2)二氧化硅为原子晶体，而二氧化碳为分子晶体，所以沸点：SiO2 > CO2，A错误；B为C，C为N，D为O，第一电离能第ⅤA族元素大于相邻的主族元素，所以笫一电离能由小到大的顺序：N>O>C；B错误；N2与CO原子数目相同，价电子数目相同，二者为等电子体，结构相似，C正确；稳定性：H2O> H2S，是因为非金属性O>S，与分子间存在氢键无关，D错误；正确选项ABD。(3)F为Cu，位于周期表中ds区，向硫酸铜溶液中通入过量的C与A形成的气体氨气可生成[Cu(NH3)4]2＋，该离子的结构式为。(4)杂环上的碳原子含有3个σ键，没有孤电子对，采用sp2杂化，亚甲基上碳原子含有4个共价单键，采用sp3杂化。(5)B原子有4个位于晶胞内部，其余B原子位于顶点、面心，则一个晶胞中所含有B原子数为4＋8×＋6×＝8。(6)D为O, F为 Cu；D与F形成离子个数比为1∶1的化合物CuO，晶胞与氯化钠相似，晶胞中铜离子数目＝阳离子数目＝8×＋6×＝4, O2－离子的半径为a pm, Cu2＋离子的半径b pm，则晶胞中原子总体积为4×，晶胞棱长为2(a＋b)pm，所以晶胞的体积为8(a＋b)3 pm3，该晶胞的空间利用率为4×÷8(a＋b)3×100%＝×100%。‎ 答案：(1) (2)ABD ‎(3) ds　 ‎ ‎(4) sp2、sp3　(5)8　(6) ‎3．镁、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：‎ ‎(1)铜元素位于元素周期表中的________区，其基态原子的价电子排布图为________________。‎ ‎(2)往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可形成[Cu(NH3)4]SO4溶液该溶液可用于溶解纤维素。‎ ‎①[Cu(NH3)4]SO4中阴离子的立体构型是__________________。‎ ‎②在[Cu(NH3)4]SO4中，配离子所含有的化学键为____________，提供孤电子对的成键原子是________。‎ - 9 -‎ ‎③除硫元素外，[Cu(NH3)4]SO4中所含元素的电负性由小到大的顺序为________________。‎ ‎④NF3与NH3的空间构型相同，中心原子的轨道杂化类型均为________杂化。但NF3不易与Cu2＋形成化学键，其原因是___________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。则铁镁合金的化学式为__________________，若该晶胞的参数为d nm，则该合金的密度为____________________ g·cm－3(不必化简，用NA表示阿伏加德罗常数)。‎ 解析：(1)Cu是29号元素，原子核外电子数为29，位于元素周期表中的ds区。Cu基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，价电子排布式为3d104s1，价电子排布图为：。(2)①SO中S原子的孤对电子对数＝＝0，价层电子对数＝4＋0＝4，离子空间构型为正四面体形；②Cu2＋提供空轨道，NH3中N原子含有孤电子对，二者之间形成配位键，NH3中N与H形成共价键；③非金属性越强，电负性越大，同周期主族元素从左至右电负性增强，故电负性H＜N＜O，Cu为金属元素，吸引电子的能力非常弱，故电负性最弱。故电负性大小顺序为：Cu

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