届高考化学专题二十五物质结构与性质全国通用1.docx

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届高考化学专题二十五物质结构与性质全国通用1

专题二十五物质结构与性质

考点一　原子结构与性质

1．（2015·福建理综，31，15分）科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。

（1）CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_________________________________________________________________。

（2）下列关于CH4和CO2的说法正确的是________（填序号）。

a．固态CO2属于分子晶体

b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子

c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2

d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp

（3）在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。

①基态Ni原子的电子排布式为________，该元素位于元素周期表的第________族。

②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）4，1molNi（CO）4中含有________molσ键。

（4）一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构（如下图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表。

CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。

　　　参数

分子　　

分子直径/nm

分子与H2O的结合能

E/kJ·mol－1

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_______________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。

已知上图中笼

状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_____________________________________。

解析　

（1）元素的非金属性越强，其电负性越大。

因为元素的非金属性由强到弱的顺序为：

O＞C＞H，所以元素的电负性从小到大的顺序为：

H＜C＜O；

（2）a项，固态CO2是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的分子晶体，正确；b项，CH4分子中含有极性共价键，但由于该分子中的共价键排列对称，因此该分子是非极性分子

，错误；c项，固态时CH4和CO2都是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合，分子间作用力越强，物质的熔沸点就越高，而不是取决于分子内共价键的强弱，错误；d项，CH4分子中碳原子形成的都是σ键，C原子采取sp3杂化，而CO2分子中的C原子与两个O原子形成的是碳氧双键，含有2个σ键和2个π键，C原子采取sp杂化，正确。

故答案选a、d。

（3）①28号元素Ni的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2；该元素位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族。

②Ni能与CO形成正四面体型的配合物Ni（CO）4，在每个配位体中含有1个σ键，在每个配位体与中心原子之间也形成1个σ键，所以1molNi（CO）4中含有8molσ键。

（4）①“可燃冰

”中分子间存在的2种作用力分别是分子间作用力（也叫范德华力）和氢键。

②根据表中的数据可知，笼状结构的空腔直径为0.586nm，大于CO2分子的直径（0.512nm），而且CO2与H2O分子之间的结合力大于CH4，因此可以实现用CO2置换出“可燃冰”中CH4的设想。

答案　

（1）H、C、O　

（2）ad

（3）①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　Ⅷ　②8

（4）①氢键、范德华力　②CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合力大于CH4

2．（2014·课标全国卷Ⅰ，37，15分）早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。

回答下列问题：

（1）准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。

（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）新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。

乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是____________________。

Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。

（4）Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。

列式表示Al单质的密度________g·cm－3（不必计算出结果）。

解析　

（1）用一定波长的X－射线照射到晶体上，根据记录仪上有无分离的斑点或明锐的谱线，可以鉴别晶体、准晶体和非晶体。

（2）基态Fe原子的电子排布式为[Ar]3d64s2，价电子的轨道表示式为

，故基态Fe原子的未成对电子数为4；Fe3＋的电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5；Fe3＋与SCN－形成的配合物呈血红色。

（3）CH3CHO分子中—CH3中碳原子为sp3杂化，—

CHO中碳原子为sp2杂化。

因乙酸分子间能形成氢键，故乙酸的沸点明显比乙醛高。

Cu2O晶胞中氧原子数＝4＋6×

＋8×

＝8，故铜原子数为2×8＝16。

（4）面心立方晶胞中，铝原子的配位数为12；晶胞中Al原子数为8×

＋6×

＝4，故铝单质的密度ρ＝

＝

＝

g·cm－3。

答案　

（1）X－射线衍射

（2）4　1s22

s22p63s23p63d5　血红色

（3）sp3、sp2　6NA　CH3COOH存在分子间氢键　16

（4）12　

3．（2013·课标全国卷Ⅰ，37，15分）硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础

。

回答下列问题：

（1）基态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）硅主要以硅酸盐、________等化合物的形式存在于地壳中。

（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。

（4）单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。

工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为__________________________________________________________________。

（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

化学键

C—C

C—H

C—O

Si—Si

Si—H

Si—O

356

413

336

226

318

452

①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是______________________。

②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是______________________。

（6）在硅酸盐中，SiO

四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。

图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根：

其中Si原子的杂化形式为____________，Si与O的原子数之比为____________，化学式为________________。

解析　硅的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，M能层有s、p、d三个能级，共9个原子轨道；

（3）立方体共有6个面，面心位置上贡献3个原子；

（4）此反应不属于氧化还原反应，产物除SiH4外，还应有MgCl2，另一生成物只能是NH3；

（5）由信息可知应从反应物、产物键能的差异角度进行分析；

（6）一个硅原子与四个氧原子相连，形成4个σ键，硅原子最外层四个电子全部参与成键，无孤电子对，为sp3杂化；①、②两个氧原子有两个结构单元共用，如图

，中间的结构单元均摊1，再加上其他2个氧原子，一个结构单元中含有一个硅原子，3个氧原子，依据化合价可知一个结构单元表现的化合价为－2，即化学式为SiO

或[SiO3]

。

答案　

（1）M　9　4

（2）二氧化硅

（3）共价键　3

（4）Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2

（5）①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成

②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。

而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

（6）sp3　1∶3　[SiO3]

（或SiO

）

考点二　分子结构与性质

1．（2015·山东理综，33，15分）氟在自然界中常以CaF2的形式存在。

（1）下列关于CaF2的表述正确的是________。

a．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用

b．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点高于CaCl2

c．阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同

d．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电

（2）CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是___________________

_________________________________________________（用离子方程式表示）。

已知AlF

在溶液中可稳定存在。

（3）F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________________。

（4）F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。

已知反应Cl2（g）＋3F2（g）===2ClF3（g）　ΔH＝－313kJ·mol－1，F—F键的键能为159kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。

ClF3的熔、沸点比BrF3的________（填“高”或“低”）。

解析　

（1）a.Ca2＋与F－间既存在静电吸引作用又存在静电斥力，错误；b.CaF2与CaCl2中离子所带电荷数相同，而F－的离子半径小于Cl－，故晶格能：

CaF2＞CaCl2，所以CaF2的熔点高于CaCl2，正确；c.晶体构型还与离子的大小有关，所以阴阳离子比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，错误；d.离子晶体在熔融时发生电离从而导电，正确。

（2）CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，是因为生成了AlF

，离子方程式为3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF

。

（3）OF2中O原子与2个F原子形成了2个σ键，O原子还有2对孤对电子，所以O原子的杂化方式为sp3杂化，其空间构型为V形。

（4）根据ΔH与键能的关系可得：

242kJ·mol－1＋159kJ·mol－1×3－ECl－F×6＝－313kJ·mol－1，解得Cl－F键的平均键能为ECl－F＝172kJ·mol－1。

组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔沸点越高，故ClF3的熔、沸点比BrF3的低。

答案　

（1）bd

（2）3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF

（3）V形　sp3杂化

（4）172　低

2．（2015·江苏化学，21A，12分）

下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶：

2Cr2O

＋3CH3CH2OH＋16H＋＋13H2O―→

4[Cr（H2O）6]3＋＋3CH3COOH

（1）Cr3＋基态核外电子排布式为________；配合物[Cr（H2O）6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________（填元素符号）。

（2）CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________________________________；

1molCH3COOH分子含有σ键的数目为________。

（3）与H2O互为等电子体的一种阳离子为________（填化学式）；H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为__________________________________________________________________。

解析　

（1）Cr为24号元素，注意写Cr3＋基态核外电子排布式时，应先写出铬原子的基态核外电子排布式[Ar]3d54s1，再由外向内依次失去3个电子，则Cr3＋基态核外电子排布式为[Ar]3d3；Cr3＋有空轨道，H2O中O有孤对电子，形成配合物时O为配位原子。

（2）CH3COOH中—CH3中的碳原子为sp3杂化，—COOH中的碳原子为sp2杂化。

由CH3COOH的结构式

，可知1mol分子中含有σ键7mol。

（3）采用“左右移位，平衡电荷”法，可得出与H2O互为等电子体的阳离子H2F＋。

H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除了因为它们都是极性分子外，还因为它们分子间还可以形成氢键。

答案　

（1）1s22s22p63s23p63d3（或[Ar]3d3）　O

（2）sp3杂化和sp2杂化　7NA（或7×6.02×1023）

（3）H2F＋　H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键

3．（2014·课标全国卷Ⅱ，37，15分）周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。

a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。

回答下列问题：

（1）b、c、d中第一电离能最大的是________（填元素符号），e的价层电子轨道示意图为__________________。

（2）a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是________（填化学式，写出两种）。

（3）这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________；酸根呈三角锥结构的酸是________（填化学式）。

（4）e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。

（5）这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图2所示）。

该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是__________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

解析　依题给信息可直接判断a为氢（H），c为氧（O），d为硫（S），e为铜（Cu），又知b的价电子层中未成对电子数有3个，且其原子序数，介于a、c之间，可确定b为氮（N）。

（1）N、O、S三种元素中第一电离能最大的是N；Cu的价层电子轨道示意图为

。

（2）NH3分子呈三角锥形，分子中N原子采取sp3杂化；分子中含有极性键和非极性键的化合物有H2O2和N2H4等。

（3）这些元素形成的含氧酸有HNO3、HNO2、H2SO4、H2SO3等，其中中心原子价层电子对数为3的是HNO2和HNO3，酸根呈三角锥结构的酸是H2SO3。

（4）图1所示晶胞中e离子数＝4，c离子数＝1＋8×

＝2，则N（Cu）∶N（O）＝4∶2＝2∶1，该离子化合物的化学式为Cu2O，故铜离子的电荷为＋1。

（5）5种元素形成的离子化合物中阴离子呈四面体结构，阴离子为SO

；由题图2可知阳离子是[Cu（NH3）4（H2O）2]2＋，化学键类型有共价键和配位键，该离子中，H2O分子离Cu2＋较远，Cu2＋与H2O

分子间的配位键比Cu2＋与NH3分子间的配位键弱，故该化合物加热时，首先失去的组分是H2O。

答案　

（1）N　

（2）sp3　H2O2、N2H4

（3）HNO2、HNO3　H2SO3

（4）＋1

（5）SO

　共价键和配位键　H2O　H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱

4．（2013·山东理综，32，8分）卤族元素包括F、Cl、Br等。

（1）下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是________。

（2）利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，右图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。

（3）BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为__________和__________。

第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。

（4）若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物中提供孤对电子的原子是____________________________________。

解析　

（1）元素非金属性越强，其电负性也越大，F的电负性最强，a正确；F元素无正价，b错误；因HF之间可形成氢键，使其沸点升高，c错误；随核电荷数增加，F2、Cl2、Br2的熔点依次升高，d错误。

（2）由题给晶胞结构示意图可知，每个晶胞中含有B原子个数为8×1/8＋1＝2，含有N原子个数为4×1/4＋1＝2。

故该功能陶瓷的化学式为BN。

（3）B原子最外层只有3个电子，BCl3中B原子杂化方式为sp2；N原子最外层有5个电子，NCl3中N原子杂化方式为sp3。

同一周期中元素的第一电离能随原子序数递增，呈现逐渐升高的趋势，但是在第二周期中，Be的第一电离能大于B，N的第一电离能大于O，故第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O三种。

（4）BCl3中B原

子最外层存在空轨道，故只能是X原子提供孤对电子。

答案　

（1）a　

（2）2　BN　（3）sp2杂化　sp3杂化　3　（4）X

考点三　晶体结构与性质

1．（2015·课标全国卷Ⅰ，37，15分）碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。

在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。

（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是______________________

_________________________________________________________________。

（3）CS2分子中，共价键的类型有_____________________________________，

C原子的杂化轨道类型是________，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________________________________________________

__________________________________________________________________。

（4）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。

（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个

C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

解析　

（1）基态14C原子核外电子排布式为1s22s22p2，2个s轨道分别存在1对自旋相反的电子，2p轨道上的2个电子自旋方向相同。

（2）碳原子有4个价电子，不易得电子也不易失电子，故键型以共价键为主。

（3）CS2与CO2互为等电子体，结构式为S===C===S，分子中含2个σ键、2个π键，因此碳原子采用sp杂化。

与CS2互为等电子体的分子或离子，与其具有相同空间构型和键合形式，可用如下两种方法寻找其等电子体，一是同主族替换，如CO2、COS，二是“左右移位、平衡电荷”，如SCN－、OCN－等。

（4）Fe（CO）5的熔沸点低，为分子晶体。

（5）①由图可知，石墨烯中每个碳被3个六元环所共有，每个六元环占有的碳原子数为6×

＝2。

②金刚石晶体中每个碳原子被12个环所共有。

六元环呈船式或椅式结构，最多有4个原子共平面。

答案　

（1）电子云　2

（2）C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

（3）σ键和π键　sp杂化　CO2、COS、SCN－、OCN－等

（4）分子　（5）①3　2　②12　4

2．（2015·课标全国卷Ⅱ，3

7，15分）A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型：

C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。

回答下列问题：

（1）四种元素中电负性最大的是________（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为________。

（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________（填分子式），原因是__________________________________________________________________；

A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。

（3）C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。

（4）化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为________________________________________________________________________。

（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为______

__；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度（g·cm－3）__________________________________________。

解析　由A2－和B＋具有相同的电子构型可知，A是氧元素，B是钠元素；由C元素原子核外电子总数是最外层电子数的3倍可知，C是磷元素；A、B、C、D四种元素的原子序数依次增大，C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，因此D是氯元素。

（1）元素的非金属性O>Cl>P，则电负性O>Cl>P，Na是金属，其电负性最小；P的电子数是15，根据构造原理可写出其核外电子排布式。

（2）氧元素有O2和O3两种同素异形体，相对分子质量O3>O2，范德华力O3>O2，则沸点O3>O2。

A和B的氢化物分别是H2O和NaH，所属晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。

（3）PCl3分子中P含有一对孤电子对，其价层电子对数为4，因此其立体构型为三角锥形，中心原子P的杂化轨道类型为sp3。

（4）Cl2O分子中心原子O原子含有2对孤电子对，其价层电子对数为4，因此其立体构型为V形；根据电子守恒和质量守恒可