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题型五物质结构与性质(选修)题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-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题型解读典例分析-5-一二三答案 (1)M94(3)Al1s22s22p63s23p63d104s24p2GeCl4CD题型解读典例分析-6-一二三解析 (1)基态硅(Si)原子中,电子占据的最高能层为第三层,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。题型解读典例分析-7-一二三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。题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-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: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。题型解读典例分析-10-一二三对点训练1有A、B、C、D、E5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一种化合物是(写化学式)。写出该物质的一种主要用途:。题型解读典例分析-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BD(填“”“题型解读典例分析-13-一二三解析 A、B、C、D、E5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,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。题型解读典例分析-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(CH3OH)。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。1molCO2中含有的键数目为。题型解读典例分析-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)COsp326.021023个(或2NA)(4)sp3H2O中氧原子有2对孤电子对,排斥力较大,H3O+只有1对孤电子对,排斥力较小(5)正四面体sp3题型解读典例分析-16-一二三题型解读典例分析-17-一二三题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-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.原子轨道杂化类型的判断:题型解读典例分析-20-一二三题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-22-一二三题型解读典例分析-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,1mol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 。题型解读典例分析-24-一二三答案 (1)ABC(2)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d34(3)sp2、sp315NA(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+形成配位键题型解读典例分析-25-一二三题型解读典例分析-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1mol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。题型解读典例分析-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GaAs,第一电离能GaAs。(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1000,GaCl3的熔点为77.9,其原因是。题型解读典例分析-28-一二三(5)GaAs的熔点为1238,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MGagmol-1和MAsgmol-1,原子半径分别为rGapm和rAspm,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。题型解读典例分析-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为分子晶体题型解读典例分析-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1s22s22p63s23p63d104s24p3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。题型解读典例分析-31-一二三题型解读典例分析-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、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。题型解读典例分析-33-一二三题型解读典例分析-34-一二三题型解读典例分析-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,1mol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,这是因为。题型解读典例分析-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。题型解读典例分析-37-一二三答案 (1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39mol(3)HCO(4)乙醇分子间存在氢键(5)Fe3CuN题型解读典例分析-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,甲基上的碳原子为sp3杂化,羰基上的碳原子为sp2杂化;单键全为键,双键中有一个键、一个键,1mol丙酮分子中共含有9mol键。(3)非金属性:HCO,则电负性:HCO。(4)乙醇分子间可以形成氢键,故沸点高于丙酮。(5)由物质能量越低越稳定,结合图2可知,Cu替代a位置Fe型产物会更稳定,根据均摊法可得,替换后的晶胞中所含铜
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