2020届二轮复习物质结构与性质课件（39张）（全国通用） 39页

2020 专题 12 选修 3—— 物质结构与性质 12 知 识 整 合 目 录 考 能 探 究 对点集训 一、物质结构与性质主观题型的解题思路与方法 物质结构与性质选考题的命题形式有两种 : 一种是以元素推断的形式切入 ; 另一种是以已知元素及其化合物为命题素材。主要考查以下知识点 : 1. 原子 ( 或离子 ) 的电子排布式、价电子排布式、电子排布图、核外电子排布的三原理等。 2. 元素周期表和元素周期律。例如 , 周期表结构 , 元素在周期表中的位置推断 , 原子 ( 或离子 ) 半径、电负性、第一电离能等大小的比较 , 并涉及一些特例。 3. 共价键 , 如共价键的分类、 σ 键和 π 键数目的判断、键参数的应用、键的极性与分子的极性。 4. 等电子原理。 5. 中心原子的杂化方式、分子的立体构型。 6. 配合物理论 , 如配位离子的空间构型、配合物的组成推断、配体数目的判断、配位键的分析等。 7. 分子极性、非极性的判断 , 氢键 , 无机含氧酸的酸性。 8. 晶体的相关知识 , 如晶体类型的判断、晶体性质的比较、晶胞分析及计算等。 解题时 , 首先要根据题给信息或元素周期表残表等正确地推断元素。解题过程中要注意审题 , 如在书写电子排布式时 , 要注意 “ 原子、离子、价电子、最外层电子 ” 等表述 , 晶胞计算中所给微粒半径的单位是 cm 还是 pm 等 , 看清题目条件和要求后 , 再逐一分析作答。其次 , 要熟记元素周期表前 36 号元素的原子序数、元素符号、名称及对应位置 , 掌握各元素的电子排布式 , 会书写 21 号元素及其后各元素原子的电子排布式 , 若用简写形式 , 则不要漏写 3d 1~10 这一亚层的排布 , 熟记元素周期律的有关知识及特例 , 如第 ⅡA 族和第 ⅤA 族元素的第一电离能分别比其后一族元素的大。认识 σ 键和 π 键的不同 , 每两个原子之间可形成且只能形成一个 σ 键 , 双键包括一个 σ 键和一个 π 键 , 三键包括一个 σ 键和两个 π 键。 不常见的分子或离子的空间构型一定要用价层电子对理论来判断 ; 对等电子体的判断一般是从元素周期表的相邻位置来考虑 ; 对杂化问题的分析有时也要依据价层电子对理论。对于晶胞结构 , 要做到识图、辨图、析图 , 最后深刻记忆 , 如金刚石、二氧化硅、氯化钠、氯化铯、氟化钙、干冰等 ; 对于金属晶体的四种堆积模型 , 要理清半径和晶胞棱长的关系 , 学会空间利用率的计算方法。晶胞计算常用公式为 = ρ · V , 其中 n 为一个晶胞中微粒的数目 , M 为微粒的摩尔质量 , ρ 为微粒组成物质的密度 , V 为一个晶胞的体积。计算时要注意两点 : 一是晶胞边长的计算 ( 主要是几何知识的应用 ); 二是长度单位要转化为 cm, 记住 1 pm=10 -12 m,1 nm=10 -9 m 。 对于简答题 , 要注意回答的逻辑性 , 应以基本程序为依据 ( 如概念、信息、结构、组成等 )—— 如何影响 ( 依据规律判断 , 运用比较法等阐述 )—— 得出结论。 从微观角度分析宏观现象 , 是全国卷命题的一大亮点 , 备考时要认真研究历年高考对相关内容的考查 , 体会答题要领 , 从合理的角度科学分析问题。 ( 一 ) 从键能角度分析物质的稳定性 碳和硅的有关化学键键能如表所示 , 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 键能 /kJ·mol -1 356 413 336 226 318 452 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 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 。   ②SiH 4 的稳定性小于 CH 4 , 更易生成氧化物 , 原因是 　 。   答案 ▶ 　 ①C—C 键和 C—H 键的键能较高 , 所形成的烷烃稳定 , 而硅烷中的 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 ( 二 ) 从氢键、分子间作用力及晶体类型的角度分析晶体熔、沸点的高低 1 氨的沸点 　　　　 ( 填 “ 高于 ” 或 “ 低于 ”) 膦 (PH 3 ) 原因是 。   答案 ▶ 　高于　 NH 3 分子间可形成氢键 图 (a) 为 S 8 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 　 。   图 a 答案 ▶ 　 S 8 相对分子质量大 , 分子间范德华力强 GaF 3 的熔点高于 1000 ℃,GaCl 3 的熔点为 77.9℃, 其原因是 　　　　　　　　 。   答案 ▶ 　 GaF 3 为离子晶体 ,GaCl 3 为分子晶体 在 CO 2 低压合成甲醇反应 (CO 2 +3H 2 CH 3 OH+H 2 O) 所涉及的 4 种物质中 , 沸点从高到低的顺序为 , 原因是 　 　　　　　 。   答案 ▶ 　 H 2 O>CH 3 OH>CO 2 >H 2 　 H 2 O 与 CH 3 OH 均为极性分子 ,H 2 O 中氢键比甲醇多 ;CO 2 与 H 2 均为非极性分子 ,CO 2 的相对分子质量更大 , 范德华力更大 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 。   答案 ▶ 　 K 的原子半径更大且价电子数更少 , 金属键更弱 ( 三 ) 从核外电子排布的角度分析化学键的类型、第一电离能等 碳在形成化合物时 , 其键型以共价键为主 , 原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   答案 ▶ 　 C 有 4 个价电子且半径较小 , 难以通过得到或失去电子达到稳定结构 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 ( E 1 ) 。第二周期部分元素的 E 1 变化趋势如图所示 , 其中除氮元素外 , 其他元素的 E 1 自左而右依次增大的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　 ; 氮元素的 E 1 呈现异常的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 答案 ▶ 　同周期元素从左向右随着核电荷数依次增大 , 原子半径逐渐变小 , 故结合一个电子释放出的能量依次增大　 N 原子的 2p 轨道处于半充满状态 , 原子相对稳定 , 故不易结合一个电子 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 I 1 (Zn) 　　　　 I 1 (Cu)( 填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ”) 。原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   答案 ▶ 　大于　 Zn 核外电子排布为全满稳定结构 , 较难失电子 ( 四 ) 从原子半径角度分析 π 键的形成 Ge 与 C 是同族元素 ,C 原子之间可以形成双键、三键 , 但 Ge 原子之间难以形成双键或三键。从原子结构的角度分析 , 原因是 　　　　　　　　　　　 。   答案 ▶ 　锗元素的原子半径大 , 难以通过 “ 肩并肩 ” 的方式形成 π 键 ( 五 ) 从化合价角度分析酸性强弱 H 2 SeO 3 的 K 1 和 K 2 分别为 2.7×10 -3 和 2.5×10 -8 ,H 2 SeO 4 第一步几乎完全电离 , K 2 为 1.2×10 -2 , 请根据结构与性质的关系解释 H 2 SeO 4 的酸性比 H 2 SeO 3 强的原因 : 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   答案 ▶ 　 H 2 SeO 3 和 H 2 SeO 4 可分别表示为 (HO) 2 SeO 和 (HO) 2 SeO 2 ,H 2 SeO 3 中 Se 元素的化合价为 +4 价 , 而 H 2 SeO 4 中 Se 元素的化合价为 +6 价 , 正电性更高 , 导致 Se—O—H 中 O 的电子更容易向 Se 偏移 , 越易电离出 H + 。 二、相关知识储备 1. 五种表达式 (1) 电子排布式 :Ga 　 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 (2) 简化的电子排布式 :Ga 　 [Ar]3d 10 4s 2 4p 1 (3) 外围电子排布式 ( 价电子排布式 ):Cr 　 3d 5 4s 1 (4) 轨道表示式 ( 电子排布图 ):C (5) 外围轨道表示式 ( 外围电子排布图 ):Cr 　 2. 周期表的分区与原子的价电子排布的关系 分区 元素分布 价电子排布 s 区 ⅠA 族、 ⅡA 族 n s 1~2 p 区 ⅢA 族 ~ⅦA 族、 0 族 n s 2 n p 1~6 (He 除外 ) d 区 ⅢB 族 ~ⅦB 族、 Ⅷ 族 ( n -1)d 1~9 n s 1~2 ( 钯除外 ) ds 区 ⅠB 族、 ⅡB 族 ( n -1)d 10 n s 1~2 f 区 镧系、锕系 ( n -2)f 0~14 ( n -1)d 0~2 n s 2 3. 价层电子对数与分子空间构型 价层电 子对数 成键电 子对数 孤电 子对数 分子 类型 分子空间构型 实例 2 2 0 AB 2 直线形 BeCl 2 、 CO 2 、 HgCl 2 3 3 0 AB 3 平面三角形 BF 3 、 BCl 3 、 SO 3 、 C O 3 2- 、 N O 3 - 2 1 AB 2 V 形 SO 2 、 SnCl 2 、 N O 2 - 4 4 0 AB 4 正四面体形 CH 4 、 CCl 4 、 N H 4 + 、 S O 4 2- 、 P O 4 3- 3 1 AB 3 三角锥形 NH 3 、 NF 3 、 S O 3 2- 2 2 AB 2 V 形 H 2 O 、 SCl 2 、 Cl O 2 - (1)AD m 型分子的空间构型总是采取 A 的价层电子对相互斥力最小的那种几何构型。 (2) 分子的空间构型与价层电子对数 ( 包括成键电子对和孤电子对 ) 有关。 (3) 分子中若有重键 ( 双、三键 ), 均视为一个电子对。 (4) 电子对间的斥力顺序 : 孤电子对与孤电子对 > 孤电子对与成键电子对 > 成键电子对与成键电子对。成键电子对间斥力顺序 : 三键与三键 > 三键与双键 > 双键与双键 > 双键与单键 > 单键与单键。 4. 中心原子杂化类型的判断 (1) 根据中心原子上的价层电子对数 : 中心原子上的价层电子对数 n= 中心原子上的 σ 键电子对数 + 中心原子上的孤电子对数。 ① 中心原子上的 σ 键电子对数 : 对于 AB n 型粒子是 n; 对于 B 3 型粒子是 2; 对于有机物 , 须先写出其结构式 , 再判断。 ② 中心原子上的孤电子对数 m : 中心原子上的孤电子对数 =0.5( a-x · b ), x 为与中心原子结合的原子数 , b 为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 , a 为中心原子的价电子数 , 若为阴离子 , 还需加上其所带电荷数 ( 如 CO 3 2- : a =4+2=6); 若为阳离子 , 还需减去其所带电荷数 ( 如 NH 4 + : a =5-1=4) 。 ③ 最后 , 根据中心原子上的价层电子对数 n 判断中心原子的杂化类型 :a. 当 n+m =2 时 ,sp 杂化 ;b. 当 n+m =3 时 ,sp 2 杂化 ;c. 当 n+m =4 时 ,sp 3 杂化。 (2) 气态氢化物的中心原子一般为 sp 3 杂化。如 CH 4 中的 C 原子、 NH 3 中的 N 原子、 H 2 O 中的 O 原子等。 (3) 碳原子杂化类型可据其形成的 π 键数判断 : 无 π 键时是 sp 3 杂化 , 有一个 π 键时是 sp 2 杂化 , 有两个 π 键时是 sp 杂化。 5. 常见晶体的熔、沸点高低的判断 (1) 不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律 : 原子晶体 > 离子晶体 > 分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大 , 如钨、铂等沸点很高 , 而汞、镓、铯等沸点很低 , 故金属晶体一般不参与比较。 (2) 原子晶体 : 由共价键形成的原子晶体中 , 原子半径小的键长短 , 键能大 , 晶体的熔、沸点高 , 如熔点 : 金刚石 > 碳化硅 > 硅。 (3) 离子晶体 : 一般来说 , 阴、阳离子所带电荷数越多 , 离子半径越小 , 则离子间的作用力就越大 , 其离子晶体的熔、沸点就越高 , 如熔点 :MgO>MgCl 2 >NaCl>CsCl 。 (4) 分子晶体 ① 分子间作用力越大 , 物质的熔、沸点越高 ; 具有氢键的分子晶体 , 熔、沸点反常地高 , 如沸点 :H 2 O>H 2 Te>H 2 Se>H 2 S 。 ② 组成和结构相似的分子晶体 , 相对分子质量越大 , 其范德华力越大 , 熔、沸点越高 , 如沸点 :SnH 4 >GeH 4 >SiH 4 >CH 4 ,F 2 N 2 ,CH 3 OH>CH 3 CH 3 。 (5) 金属晶体 : 金属离子半径越小 , 离子所带电荷越多 , 其金属键越强 , 金属的熔、沸点就越高 , 如熔、沸点 :NaNa>K>Rb>Cs 。 6. 晶胞中微粒的计算方法 —— 均摊法 (1) 立方体 ( 长方体 ) 晶胞组成的计算方法 (2) 晶胞各物理量的计算 对于立方晶胞 , 可简化成下面的公式进行各物理量的计算 , a 3 · ρ · N A = n · M , a 表示晶胞的棱长 , ρ 表示密度 , N A 表示阿伏加德罗常数的值 , n 表示 1 mol 晶胞中所含晶体的物质的量 , M 表示晶体的摩尔质量。 晶体类型 典型晶体 晶体结构 晶体详解 原子 晶体 金刚石 (1) 每个碳原子与相邻 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 原子组成且碳环上的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 键数目之比为 1∶2 (5) 每个金刚石晶胞中含有 8 个 C 原子 SiO 2 (1) 每个 Si 原子与 4 个 O 原子以共价键结合 , 形成正四面体结构 (2) 每个正四面体占有 1 个 Si,4 个 “ O”, n (Si)∶ n (O)=1∶2 (3) 最小环上有 12 个原子 , 即 6 个 O 原子 ,6 个 Si 原子 分子 晶体 干冰 (1) 每个晶胞中含有 4 个 CO 2 分子 (2) 每个 CO 2 分子周围等距且紧邻的 CO 2 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 + (Cl - ) 周围等距且紧邻的 Na + (Cl - ) 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 Cs + ( Cl - ) 周围等距且紧邻的 Cs + ( Cl - ) 有 6 个 (2) 如图为 8 个晶胞 , 每个晶胞中含 1 个 Cs + 、 1 个 Cl - 晶体类型 典型晶体 晶体结构 晶体详解 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 考向 1 结构已知型 典型例题 1. 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 : 以具体元素、物质或反应为命题情境 , 探究元素及其化合物的结构与性质。 (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)LiAlH 4 是有机合成中常用的还原剂 ,LiAlH 4 中的阴离子空间构型是 　　　　 _______ __ , 中心原子的杂化形式为 　　　 ,LiAlH 4 中 , 存在 　　　　 ( 填标号 ) 。   A. 离子键　　 B.σ 键　　 C.π 键　　 D. 氢键 答案 解析 D C Li + 核电荷数比 H - 大 正四面体形 sp 3 AB (4)Li 2 O 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 , 键键能为 　　　 _______ kJ·mol -1 ,Li 2 O 晶格能为 　　　 kJ·mol -1 。   (5)Li 2 O 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 N A , 则 Li 2 O 的密度为 　　　　 ____________ __ g·cm -3 ( 列出计算式 ) 。 520 498 2908 答案 解析 解析 ▶ 　 (1) 根据泡利原理和洪特规则可知 , 能量最低和最高的分别为 D 、 C 。 (2)Li + 与 H - 具有相同的电子构型 , 原子序数越大 , 离子半径越小 ,Li + 核电荷数比 H - 大 , 所以 r (Li + ) 小于 r (H - ) 。 (3)AlH 4 + 的空间构型为正四面体形 , 中心原子的杂化形式为 sp 3 , 在 LiAlH 4 中 , 存在离子键和 σ 键。 (4) 由图可知 ,Li 原子的第一电离能为 1040 kJ·mol -1 ÷2=520 kJ·mol -1 , 键键能为 249 kJ·mol -1 ×2=498 kJ·mol -1 ,Li 2 O 晶格能为 2908 kJ·mol -1 。 (5) 由晶胞结构可知 , 每个晶胞中含有 8 个 Li 原子和 4 个 O 原子 , 故 Li 2 O 的密度为 = g·cm -3 。 突破训练 1. 金属镍及其化合物在冶金等方面有重要用途。在金属或非金属底物材料上 , 用 NaBH 4 进行镀镍 , 可以得到坚硬、耐腐蚀的保护层 (3Ni 3 B+Ni), 反应的离子方程式为 20Ni 2+ +16BH 4 + +34OH - +6H 2 O 2(3Ni 3 B+Ni)+10B(OH) 4 - +35H 2 ↑ 。 (1)Ni 2+ 基态核外电子的排布式为 　　　　　　　　 　　　　 。   (2) 与 BH 4 - 互为等电子体的一种分子为 _________________________ ( 填化学式 ) 。 答案 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 { 或 [Ar]3d 8 } CH 4 ( 或 SiH 4 等其他合理答案 ) (3)B(OH) 4 - 中硼原子轨道的杂化类型是 　　　　 ; B(OH) 4 - 的空间构型是 　　 　　 。   (4)[Ni(NH 3 ) 6 ]SO 4 属于配位化合物 , 它的配位键可表示为 　　　　　　 , 配位数是 　　 。 答案 (5)Ni 的晶胞结构如图所示 , 镍晶体的配位数是 　　　　 。若 Ni 的原子半径为 r pm, Ni 的密度计算表达式是 　　　　　　　　　 g·cm -3 。 Ni 原子空间利用率的计算表达式是 　　　　　　 。 (Ni 的相对原子质量用 M r 表示 ) sp 3 正四面体形 Ni 2+ ←NH 3 6 12 以元素推断为命题情境 , 综合考查原子、分子、晶体的结构与性质。 所给元素是未知的 , 需要根据原子的核外电子排布、元素性质的特殊性、对应物质的性质等特点去推断。但从 2016 年开始 , 元素推断题型均在必考题中出现 , 因此选修 3 中以元素推断为命题情境的考查情况较少。 考向 2 元素推断型 典型例题 2.Q 、 R 、 X 、 Y 、 Z 为元素周期表中原子序数依次增大的前四周期元素。已知 : ①Q 为元素周期表中原子半径最小的元素 ; ②R 的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道 , 且每种轨道中的电子总数相同 ; ③Y 的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的 3 倍 ; ④Q 、 R 、 Y 三种元素组成的一种化合物 M 是新装修居室中常含有的一种有害气体 ,Q 、 R 两种元素组成的原子个数之比为 1∶1 的化合物 N 是中学化学中常见的有机溶剂 ; ⑤Z 有 “ 生物金属 ” 之称 ,Z 4+ 和氩原子的核外电子排布相同。 请回答下列问题 ( 用相应的元素符号表示 ): 答案 解析 (1) 化合物 M 的空间构型为 　　　　　　 , 其中心原子采取 　　　　 杂化 ; 化合物 N 在固态时的晶体类型为 　　　　　　 。   (2)R 、 X 、 Y 三种元素的第一电离能由小到大的顺序为 　　　　 。   (3) 由上述一种或多种元素组成的与 RY 2 互为等电子体的分子为 　　　　 ( 填分子式 ) 。   (4) 由 R 、 X 、 Y 三种元素组成的 RXY - 在酸性条件下可与 NaClO 溶液反应 , 生成 X 2 、 RY 2 等物质 , 该反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (5)Z 原子基态时的外围电子排布式为 __________ ;Z 的一种含氧酸钡盐的晶胞结构如图所示 , 晶胞内与每个 Z 原子等距离且最近的氧原子数为 　　　　 。 平面三角形 sp 2 分子晶体 C