高考化学二轮复习突破题专题11物质结构与性质（知识过关）（2份打包，解析版+原卷版，可预览）

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专题11 物质结构与性质 知识过关
一、试题分析
物质结构与性质为选做题，各小题之间相对独立，主要考查原子结构与性质、分子结构与性质、晶体结构与性质。
①在原子结构部分主要命题点有电子排布式或排布图的书写，电离能、电负性大小的比较与判断。
②在分子结构部分主要命题点有化学键类型的判断，分子构型的判断，中心原子杂化方式的判断。
③在晶体结构部分主要命题点有晶体类型的判断，晶体结构的计算等。
二、试题导图







三、必备知识
知识点1 原子结构与性质
1.电子层、能级和原子轨道
电子层
K
L
M
N
能级
1s
2s、2p
3s、3p、3d
4s、4p、4d、4f
原子轨
道数目
1
1+3=4
1+3+5=9
1+3+5+7=16
最多容纳
电子数目
2
8
18
32
2.原子轨道的形状、数目及能量关系
(1)轨道形状
(2)s、p、d、f能级上的原子轨道数目依次为1、3、5、7,其中npx、npy、npz三个原子轨道在三维空间相互垂直,各能级的原子轨道半径随电子层数(n)的增大而增大。
(3)能量关系
3.基态原子核外电子排布的表示
(1)依据
①能量最低原理:基态原子的核外电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态。构造原理表明了基态原子核外电子在原子轨道上的填充顺序:

②泡利原理:一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,并且其自旋状态相反。
③洪特规则:对于基态原子,当电子排布在同一能级的不同轨道时,将尽可能分占不同的轨道,并且自旋状态相同。
(2)表示形式
①电子排布式。
②电子排布图(或轨道表示式)。

4.元素电离能的变化规律及其应用
(1) 变化规律
①同周期从左到右,元素第一电离能总的趋势是逐渐增大。
②同主族元素自上而下第一电离能依次减小,但在同一副族中,自上而下第一电离能变化幅度不大,且不太规律。
③同种元素的逐级电离能逐渐增大,即I1< I2< I3。
(2)电离能的3个重要应用
①判断元素的金属性和非金属性强弱。I1越大,元素的非金属性越强;I1越小,元素的金属性越强。
②判断元素在化合物中的化合价。如K:I1≪I2 ③判断元素核外电子的分层排布情况。如Li:I1≪I2 5.元素电负性的变化规律及其应用
(1)变化规律
①金属元素的电负性一般较小,非金属元素的电负性一般较大,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性一般在1.8左右,它们既有金属性,又有非金属性。
②在元素周期表中,同周期从左至右,主族元素的电负性逐渐增大;同主族从上至下,元素的电负性逐渐减小。在元素周期表中氟的电负性数值最大,铯的电负性数值最小(放射性元素除外)。
(2)电负性的一般应用
①判断元素金属性、非金属性强弱。电负性越大,非金属性越强,金属性越弱。
②判断化学键的类型。一般认为:如果两种成键原子间的电负性差值大于1.7,通常形成离子键;若差值小于1.7,通常形成共价键。
③判断元素在化合物中的价态。共价化合物中,成键元素电负性大的表现负价。如ClO2中氯呈+4价,氧呈-2价。
知识点2 分子结构与性质
1.共价键
(1)共价键的本质与特征
原子间通过共用电子对形成的化学键称为共价键,共价键具有方向性和饱和性。
(2)共价键类型

(3)键参数对分子性质的影响

键能越大,键长越短,分子越稳定。
2.配位键

3.价层电子对互斥理论
(1)分子中的中心原子上的价层电子对数

价层电
子对数
σ键电子对数
孤电
子对数
价层电子
对立体构型
(VSEPR模型)
分子立
体构型
实例
键角
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
180°
3
3
0
三角形
平面正
三角形
BF3
120°
2
1
V形
SnBr2
105°
4
4
0
正四面体形
正四
面体形
CH4
109°28'
3
1
三角锥形
NH3
107°
2
2
V形
H2O
105°
4.杂化轨道理论
当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的空间构型不同。

5.分子的性质
(1)分子的极性
①分子的极性由共价键的极性和分子的立体构型两方面共同决定:

②判断ABn型分子极性的经验规律。
若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,若不等则为极性分子。如SO2为极性分子,SO3为非极性分子。
③分子的极性与溶解性的关系。
“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂。若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好,如NH3极易溶于水。
“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶(C2H5OH和H2O中的羟基相似),而戊醇在水中的溶解度明显减小(戊醇中烃基较大,相似因素较小)。
(2)分子的手性
(3)无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸的通式可写成(HO) mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移程度越大，在水分子的作用下越易电离出H+，酸性越强，如酸性：HClO< HClO2< HClO3< HClO4。
知识点3 晶体结构与性质
1.常见晶体的类型与性质
晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
金属晶体
晶体微粒
阴、阳离子
分子
原子
金属阳离子、自由电子
微粒间
相互作用
离子键
分子间作用力(有些
还存在氢键)
共价键
金属键
硬度
较硬
一般很软
很硬
无规律
溶解性
易溶于
极性溶剂
相似相溶
难溶
难溶(部分与水反应)
导电情况
晶体不导电,熔融状态下导电
晶体和熔融状态下都不导电
一般不导电,有的是半导体
晶体导电
熔、沸点
较高
很低
很高
无规律
物质类别
离子
化合物
多数非金属单质及化合物
金刚石、SiC、晶体硅、SiO2等
金属单质及其合金

2.几种典型晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
原
子
晶
体
金
刚
石

(1)每个碳原子与4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构
(2)键角均为109°28'
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内
(4)每个C参与4个C—C键的形成,C原子数与C—C键数之比为1∶2
SiO2

(1)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构
(2)每个正四面体占有1个Si,4个“1/2O ”,n(Si)∶n(O)=1∶2
(3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si
分
子
晶
体
干
冰

(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子
(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个
离
子
晶
体
NaCl
(型)

(1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个。每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个
(2)每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-
CsCl
(型)

(1)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有8个,每个Cl-周围等距且紧邻的Cs+有8个
(2)如图为8个晶胞,每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-
金
属
晶
体
简单
立方
堆积

典型代表Po,空间利用率52%,配位数为6
体心
立方
堆积

典型代表Na、K、Fe,空间利用率68%,配位数为8
六方最密
堆积

典型代表Mg、Zn、Ti,空间利用率74%,配位数为12
面心立方
最密堆积

典型代表Cu、Ag、Au,空间利用率74%,配位数为12
解答有关晶胞计算的流程

四、回顾高考
1.（2019年全国1卷）在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：
（1）下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 （填标号）。

（2）乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是 、
。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是 ，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 （填“Mg2+”或“Cu2+”）。
（3）一些氧化物的熔点如下表所示：
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1570
2800
23.8
﹣75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。
（4）图（a）是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu．图（b）是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝ pm，Mg原子之间最短距离y＝ pm．设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是 g•cm﹣3（列出计算表达式）。

2.（2019年全国2卷）近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe−Sm−As−F−O组成的化合物。回答下列问题：
（1）元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为_______，其沸点比NH3的_______（填“高”或“低”），其判断理由是_________________________。
（2）Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3+的价层电子排布式为______________________。
（3）比较离子半径：F−__________O2−（填“大于”等于”或“小于”）。
（4）一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图1所示，晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。

图中F−和O2−共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1−x代表，则该化合物的化学式表示为____________，通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ=________g·cm−3。
以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为()，则原子2和3的坐标分别为__________、__________。
3.（2019全国3卷）磷酸亚铁锂（LiFePO4）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：
（1）在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态 （填“相同”或“相反”）。
（2）FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为 ，其中Fe的配位数为 。
（3）苯胺（）的晶体类型是 。苯胺与甲苯（）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（﹣5.9℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（﹣95.0℃）、沸点（110.6℃），原因是 。
（4）NH4H2PO4中，电负性最高的元素是 ；P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。
（5）NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 （用n代表P原子数）。
4．（2018年全国1卷）Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：
（1）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、_____（填标号）。
A． B．C． D．
（2）Li+与H−具有相同的电子构型，r(Li+)小于r(H−)，原因是______。
（3）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为______。LiAlH4中，存在_____（填标号）。
A．离子键 B．σ键 C．π键 D．氢键
（4）Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born−Haber循环计算得到。

可知，Li原子的第一电离能为________kJ·mol−1，O=O键键能为______kJ·mol−1，Li2O晶格能为______kJ·mol−1。
（5）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为______g·cm−3（列出计算式）。
5．（2018年全国2卷）锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
（1）Zn原子核外电子排布式为________。
（2）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是______________________。
（3）ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是__________________________________________________。
（4）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为___________________。
（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为____________________。六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。

6．（2018年全国3卷）硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

H2S
S8
FeS2
SO2
SO3
H2SO4
熔点/℃
−85.5
115.2
>600（分解）
−75.5
16.8
10.3
沸点/℃
−60.3
444.6
−10.0
45.0
337.0
回答下列问题：
（1）基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为__________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_________形。
（2）根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是_________。
（3）图（a）为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为__________。

（4）气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为_____形，其中共价键的类型有______种；固体三氧化硫中存在如图（b）所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
（5）FeS2晶体的晶胞如图（c）所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为___________g·cm−3；晶胞中Fe2+位于所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______nm。
7．（2017年全国1卷）钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
（1）元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_______nm(填标号)。
A．404.4 B．553.5 C．589.2 D．670.8 E.766.5
（2）基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为___________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是___________________________。
（3）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为_____________，中心原子的杂化形式为________________。
（4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a=0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__________。
（5）在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于______位置，O处于______位置。
.
8．（2017年全国2卷）我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（用R代表）。回答下列问题：
（1）氮原子价层电子对的轨道表达式（电子排布图）为_____________。
（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（E1）。第二周期部分元素的E1变化趋势如图（a）所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是___________；氮元素的E1呈现异常的原因是__________。
（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图（b）所示。
①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。（填标号）
A．中心原子的杂化轨道类型 B．中心原子的价层电子对数
C．立体结构 D．共价键类型
②R中阴离子N5-中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号表示，其中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成的大π键电子数（如苯分子中的大π键可表示为），则N5-中的大π键应表示为____________。
③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为（NH4+）N-H┄Cl、____________、____________。

（4）R的晶体密度为d g·cm-3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为______________。

9．（2017年全国3卷）研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：
（1）Co基态原子核外电子排布式为_____________。元素Mn与O中，第一电离能较大的是_________，基态原子核外未成对电子数较多的是_________________。
（2）CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为__________和__________。
（3）在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_________________，原因是______________________________。
（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________。
（5）MgO具有NaCl型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm，则r(O2-)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a' =0.448 nm，则r(Mn2+)为________nm。

五、预测2020
1．【2019江苏卷21】Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu₂O。
（1）Cu2+基态核外电子排布式为 。
（2）的空间构型为 （用文字描述）；
Cu2+与OH−反应能生成[Cu(OH)4]2−，[Cu(OH)4]2−中的配位原子为 （填元素符号）。
（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为 ；
推测抗坏血酸在水中的溶解性： （填“难溶于水”或“易溶于水”）。

（4）一个Cu2O晶胞（见图2）中，Cu原子的数目为 。
2．Fe、Ni、Pt在周期表中同族，该族元素的化合物在科学研究和实际生产中有许多重要用途。
(1)①Fe在元素周期表中的位置为________。
②已知FeO晶体晶胞结构如NaCl型，Fe2+的价层电子排布式为________，阴离子的配位数为_______。
③K3[Fe(CN)5NO]的组成元素中，属于第二周期元素的电负性由小到大的顺序是_______。
④把氯气通入黄血盐(K4[Fe(CN)6])溶液中，得到赤血盐(K3[Fe(CN)6])，该反应的化学方程式为________。
(2)铂可与不同的配体形成多种配合物。分子式为[Pt(NH3)2Cl4]的配合物的配体是______；该配合物有两种不同的结构，其中呈橙黄色的物质的结构比较不稳定，在水中的溶解度大；呈亮黄色的物质的结构较稳定，在水中的溶解度小，下图图1所示的物质中呈亮黄色的是______(填“A”或“B”)，理由是________。

(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如上图图2所示。储氢原理为：镧镍合金吸咐H2，H2解离为H储存在其中形成化合物。若储氢后，氢原子占据晶胞中上下底面的棱心和上下底面的面心，则形成的储氢化合物的化学式为_______。
3．我国科学家在某杂志上发表研究报告称，利用铬同位素的系统分析发现，“古代大气氧含量高于现代水平的1%”。铬的同位素有、、、。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
（1）基态的价层电子排布图为_________
（2）交警用“酒精仪”查酒驾，其化学反应原理如下：
2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO4→3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O
①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3（二甲醚）、HCOOCH3（甲酸甲酯），其主要原因是___________。
②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是______；CH3COOH分子中σ键和π键数目之比为_________。
③K2SO4晶体中阴离子的空间构型是________。上述反应中，只含极性键的极性分子有________（填分子式）。
（3）晶体铬的晶胞结构如图1所示，其堆积模型为___________；铬原子的配位数为___________。

（4）铬的一种氧化物晶胞结构如图2所示。六棱柱边长为a nm，高为b nm，NA代表阿伏加德罗常数的值。该晶体的化学式为______；该晶体的密度ρ=_______g·cm－3。
4．祖母绿是四大名贵宝石之一，主要成分为Be3Al2Si6O18，含有微量的Cr、Ni、Fe元素而呈现各种颜色。回答下列问题：
（1）基态Ni2+的电子排布式为_______________；宝石中Si的杂化方式是____。
（2）成键元素电负性差值越大，化学键离子性百分数越高，在卤素与Al组成的化合物中，离子性百分数最高的化合物是______（填化学式）。
（3）六羰基铬[Cr(CO)6]用于制高纯度铬粉，它的沸点为220℃。Cr(CO)6的晶体类型是______，加热Cr(CO)6可得到高纯度铬粉和CO，反应破坏的作用力类型为_________。
（4）多数配离子显示颜色与d轨道的分裂能有关。分裂能是指配离子的中心原子（离子）的一个电子从较低能量的d轨道跃迁到较高能量的d轨道所需的能量(用Δ表示)，它与中心离子的结构、电荷、配体有关。试判断分裂能Δ[Fe(H2O)63+] _____ Δ[Fe(H2O)62+]（填“>”“<”或“=”），理由是___________________________。
（5）①氧化镍晶胞如图甲所示，A的原子坐标参数为：(0，0，)，则底面面心B的原子坐标参数为_______________。

②按图乙所示无限拓宽延长，NiO可形成“单层分子”，氧离子和镍离子均看着球体，其半径分别为a pm、b pm，“单层分子”截割出的最小重复结构单元在空间呈长方体，则离子在长方体内的空间利用率为____________（列出计算式即可）。