2019届高考化学二轮复习物质结构与性质学案(1)
[题型特点]
物质的结构与性质综合题，常见题型有两种：一是围绕某一主题展开，二是在应用元素周期表、原子的结构与元素化合物的性质对元素进行推断的基础上，考查有关物质结构与性质中的重要知识点，重视考查面广，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、电离能和电负性、σ键和π键、分子间作用力、氢键、化学键数目的计算、通过各种理论(杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、等电子体理论等)推测分子的空间构型、轨道杂化方式(sp、sp2、sp3)的判断、常见晶体的构型、金属晶体的堆积模型、晶胞中粒子数目的计算，试题中所设计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。
1.(2018·江苏化学，21)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2＋催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO和NO，NOx也可在其他条件下被还原为N2。
(1)SO中心原子轨道的杂化类型为________；NO的空间构型为________(用文字描述)。
(2)Fe2＋基态核外电子排布式为______________________________________。
(3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。
(4)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)＝________。
(5)[Fe(H2O)6]2＋与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2＋中，NO以N原子与Fe2＋形成配位键。请在[Fe(NO)(H2O)5]2＋结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
[Fe(NO)(H2O)5]2＋结构示意图
解析 (1)SO中S原子的价层电子对数为4，所以采取sp3杂化。NO中氮原子上无孤对电子，成键电子对数为3，即N采取sp2杂化，NO的空间构型为平面正三角形。(2)Fe的原子序数是26，Fe2＋核外有24个电子，其基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。(3)等电子体是指价电子总数和原子数均相同的分子、离子或原子团，O3与NO均为3原子18价电子的粒子，故二者互为等电子体。(4)N2分子中含有1个σ键和2个π键。(5)注意[Fe(NO)(H2O)5]2＋中N原子与Fe2＋形成配位键即可。
答案 (1)sp3 平面(正)三角形
(2)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6
(3)NO
(4)1∶2
(5)
2.(2017·江苏化学，21)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σ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，这是因为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(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________。
解析 (1)先写出26号元素铁的基态核外电子排布式[Ar]3d64s2，再由外向内失3个电子，得Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。(2)丙酮中—CH3中碳原子形成4根单键，为sp3杂化，羰基中碳原子形成1个π键，为sp2杂化。丙酮的结构式为
，有9个σ键(6个C—H，2个C—C，1个C—O)。(3)非金属性H＜C＜O。(4)乙醇与丙酮的晶体类型都为分子晶体，乙醇分子间存在氢键和范德华力，而丙酮分子间只存在范德华力，氢键的作用力强于范德华力，使沸点升高。(5)能量低更稳定，Cu代替a位置的Fe(顶点上的Fe)，晶胞中Cu个数为8×＝1，Fe个数为6×＝3，N个数为1，化学式为Fe3CuN。
答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2)sp2和sp3 9NA (3)H
O>S CCl4 (CF4、SiF4等正确答案均可) 3 (3)4 (4)因为r(O2－)INi的原因是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
解析 (1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。
(2)①SO中，S原子的价层电子对数为＝4，成键电子对数为4，故SO的立体构型为正四面体。
②[Ni(NH3)6]2＋中，由于Ni2＋具有空轨道，而NH3中N原子含有孤电子对，两者可通过配位键形成配离子。
③由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥型。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。
(3)Cu、Ni均属于金属晶体，它们均通过金属键形成晶体。因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1，3d能级全充满，较稳定，失去第2个电子较难，因此第二电离能ICu＞INi。
(4)由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为：6×＝3，含有Ni：原子的个数为：8×＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(2)①正四面体 ②配位键 N
③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(3)金属 铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子
(4)3∶1
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1.(2018·通扬泰徐淮宿二调)镍、铂、镧等过渡金属单质及化合物在医疗领域有着广泛的应用。
(1)基态镍原子的价电子排布式为________。
(2)抗癌药奥沙利铂(又名乙二酸铂)的结构简式如图所示。
①分子中氮原子轨道的杂化类型是________，C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________。
②1 mol乙二酸分子中含有σ键的数目为________。
(3)碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗高磷血症。写出与CO互为等电子体的一种分子的化学式：__________________________________________________________。
(4)
镧镍合金可用于储氢，储氢之后所得晶体的化学式为LaNi5(H2)3，其晶体的最小重复结构单元如右图所示(、、代表储氢之后晶体中的三种微粒)。图中代表的微粒是________。
答案 (1)3d84s2 (2)①sp3 N>O>C ②7NA
(3) SO3 (4) H2
2.(2017·苏锡常镇一调)光解水的催化材料可用硝酸镍、硫脲和锐钛矿为原料，采用醇热法制得。
(1)Ni2＋基态核外电子排布式为________________。
(2)与NO互为等电子体的一种分子的化学式为________________。
(3)硫脲()中C原子轨道的杂化类型为________。1 mol 硫脲中含有σ键的数目为________NA。
(4)钛的一种氟化物晶胞结构如图所示，其化学式为________。
(5)甘油(丙三醇)具有保持水分的功能，其主要原因是_____________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
解析 (1)Ni为第28号元素，不要写成Ni的电子排布式。(3)碳原子的杂化类型见“规律总结”，σ键有：4个N—H键，2个C—N键，1个C—S键。(4)晶胞中含有的Ti原子个数＝×8＋×6＝4，F原子个数为8，故化学式为TiF2。(5)甘油分子中含有3个—OH，能与水分子之间形成氢键。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8 (2)SO3(或BF3等) (3)sp2 7 (4)TiF2 (5)与水分子间可形成氢键
3.(2017·南京三模)Ni2＋与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀，该反应可用于检验Ni2＋。
(1)1 mol丁二酮肟分子中含有σ键的数目为________NA。
(2)丁二酮肟镍分子中碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)Ni(CO)4是一种无色液体，沸点为43 ℃，熔点为－19.3 ℃，Ni(CO)4的晶体类型是________。
(4)与CO互为等电子体的二价阴离子为________，Ni(CO)4中Ni与CO的C原子形成配位键，不考虑空间构型，Ni(CO)4的结构可用示意图表示为________。
解析 (1)C===N中只有1个σ健，需注意。(2)C原子杂化情况如下图所示。(3)分子晶体的典型特征是熔、沸点低，硬度小，熔融状态下一般不导电。(4)4个C必须全部与Ni相连，配位键箭头必须全部指向Ni。
答案 (1)15 (2)sp2、sp3 (3)分子晶体
(4)C
4.(2017·南京盐城二模)元素X、Y、Z为前四周期元素，X的基态原子核外电子有21种运动状态，元素Y的原子最外层电子数是其内层的3倍，Z与X、Y不在同一周期，且Z原子核外p电子比s电子多5个。
(1)X基态原子的核外电子排布式为____________________________________________________________________。
(2)X是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯()裂化生成苯和丙烯。
①1 mol苯分子中含有σ键的数目为________NA；
②异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为________。
(3)与Y3分子互为等电子体的阳离子为________。
(4)XZ3易溶于水，熔点为960 ℃，熔融状态下能够导电，据此可判断XZ3晶体属于___________________________________________________________________
(填晶体类型)。
(5)元素Ce与X同族，其与Y形成的化合物晶体的晶胞结构如下图，该化合物的化学式为___________________________________________________。
解析 (1)每个电子的运动状态与其他电子的运动状态都不同，故有21种不同运动状态电子的原子是21号元素Sc，其核外电子排布式为[Ar]3d14s2。(2)①
苯中的碳碳键、碳氢键均为σ键；②异丙苯苯环上6个C为sp2杂化，其余C为sp3杂化。(3)找O3的阳离子等电子体，把O3中一个O换成最外层多一个电子的，如Cl，则写出ClO。(4)离子晶体一般熔点高、熔融状态下能导电。(5)晶胞中Ce原子个数＝×8＋×6＝4，O原子个数为8，故化学式为CeO2。
答案 (1)[Ar]3d14s2 (2)①12 ②sp2、sp3 (3)ClO
(4)离子晶体 (5)CeO2
5.(2017·徐宿连三调)TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂，能有效地将有机污染物(如甲醛、甲苯等)和含氮化合物(如NH3、CN－等)转化为CO2和N2等小分子物质。
(1)Ti基态核外电子排布式为________________________________________。
(2)甲苯中C原子轨道杂化类型为____________________________________________________________________。
(3)氨气极易溶于水，除因为它们都是极性分子外，还因为
______________________________________________________________。
(4)含CN－的污水毒性极大，用NaClO先将CN－氧化为CNO－，然后在酸性条件下再将CNO－氧化为无污染的气体，则与CNO－互为等电子体的分子为________。
(5)某含钛配合物，化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2，1 mol该配合物中σ键的数目为________。
(6)某氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中氮原子配位数为________。
解析 (1)Ti基态核外电子排布式为[Ar]3d24s2。(2)甲苯中甲基上碳原子采用sp3杂化，苯环上的碳原子采用sp2杂化。(3)氨气分子与水分子之间还可以形成氢键，导致氨气极易溶于水。(4)等电子体的原子总数和价电子总数相等，故与CNO－互为等电子体的分子为CO2、N2O或CS2等。(5)Ti与配体之间是σ键，共6 mol，H2O内部也是σ键，共有5×2 mol＝10 mol，所以共有16 mol。(6)N原子处于晶胞的顶点，故它的配位数是6。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2
(2)sp3、sp2 (3)氨分子与水分子可形成分子间氢键
(4)N2O(或CO2等) (5)16NA(或16×6.02×1023)
(6)6
6.原子序数小于36的X、Y、Z、W、R五种元素，原子序数依次增大。五种元素中，仅R为金属元素，其原子序数为27。X的价电子排布式为nsnnpn，元素Z基态原子s电子总数与p电子总数相等，W与其他四种元素的能层数不同，且未成对电子数目为1。
根据判断出的元素回答下列问题：
(1)基态R原子核外电子排布式为________，X、Y、Z三种原子的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
(2)1 mol 配合物[R(XY)6]4－中含有σ键的数目为________。
(3)XZW2是一种高毒类物质，结构与甲醛相似，X原子的杂化方式为____________，其沸点高于甲醛的主要原因是_____________________________________。
(4)YW3为黄色、油状、具有刺激性气味的液体，该分子的立体构型为____________(用文字描述)。
(5)某晶体的晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式为________(R、Z用具体元素符号表示)。
解析 R的原子序数为27，为Co，X的价电子排布式为nsnnpn，则X的价电子排布式为2s22p2，X元素为C，Z基态原子s电子总数与p电子总数相等，则Z元素为O，则Y元素为N，W与其他四种元素能层数不同，且未成对电子数目为1，其价电子排布式为3s23p5，为Cl。(1)基态Co原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2，C、N、O三种原子第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C(N基态原子最外层电子为半充满)。(2)1 mol 配合物[R(XY)6]4－即[Co(CN)6]4－中6个CN－与Co之间为配位键，CN－中C与N之间为叁键，含有1个σ键，1 mol该配合物共有12 mol σ键。(3)XZW2为COCl2
，结构与甲醛相似，其中心碳原子的杂化方式为sp2，其沸点高于甲醛的主要原因是COCl2的相对分子质量比甲醛大，故范德华力比甲醛大。(4)YW3为NCl3、类似于NH3的分子结构，分子的立体构型为三角锥型。(5)该晶体的晶胞结构中Co原子的个数＝8×＋6×＝4，氧原子的个数＝12×＋1＝4，则该化合物的化学式为CoO。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2
N＞O＞C
(2)12NA(或12×6.02×1023)
(3)sp2 COCl2的相对分子质量比甲醛大，故范德华力比甲醛大，导致其沸点比甲醛高
(4)三角锥型 (5)CoO
