专题十三、物质结构与性质（附2019高考真题训练及答案）（冲刺2020高考化学---复习精品）

专题十三、物质结构与性质（附 2019 高考真题训练） 命题方向点播：物质结构与性质系高中化学（人教版）选修 3 的知识，同时也是无机 化学里面元素周期及主族元素部分知识的延伸。在历年高考题中多以单选题和元素推 断题一起出现，分值约占 12 分。 基础知识回顾 一、原子结构 1、能层和能级 （1）能层和能级的划分 ①在同一个原子中，离核越近能层能量越低。 ②同一个能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级 s、p、d、f， 能量由低到高依次为 s、p、d、f。 ③任一能层，能级数等于能层序数。 ④s、p、d、f……可容纳的电子数依次是 1、3、5、7……的两倍。 ⑤能层不同能级相同，所容纳的最多电子数相同。 （2）能层、能级、原子轨道之间的关系 每能层所容纳的最多电子数是：2n2（n：能层的序数）。 2、核外电子排布规律 （1）能量最低原理：在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排 布在能量逐渐升高的能级里。 （2）泡利原理：1 个原子轨道里最多只能容纳 2 个电子，且自旋方向相反。 （3）洪特规则：电子排布在同一能级的各个轨道时，优先占据不同的轨道，且自 旋方向相同。 （4）洪特规则的特例：电子排布在 p、d、f 等能级时，当其处于全空 、半充满或 全充满时，即 p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14，整个 原子的能量最低，最稳定。 二、元素周期表和元素周期律 1、元素周期表的结构 元素在周期表中的位置由原子结构决定：原子核外的能层数决定元素所在的 周期，原子的价电子总数决定元素所在的族。 （1）原子的电子层构型和周期的划分 周期是指能层（电子层）相同，按照最高能级组电子数依次增多的顺序排 列的一行元素。即元素周期表中的一个横行为一个周期，周期表共有七个周期。 同周期元素从左到右（除稀有气体外），元素的金属性逐渐减弱， 非金属性逐 渐增强。 （2）原子的电子构型和族的划分 族是指价电子数相同（外围电子排布相同），按照电子层数依次增加的顺 序排列的一列元素。即元素周期表中的一个列为一个族（第Ⅷ族除外）。共有 十八个列，十六个族。同主族周期元素从上到下，元素的金属性逐渐增强，非 金属性逐渐减弱。 （3）原子的电子构型和元素的分区 按电子排布可把周期表里的元素划分成 5 个区，分别为 s 区、p 区、d 区、f 区和 ds 区，除 ds 区外，区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号。 2、元素周期律 元素的性质随着核电荷数的递增发生周期性的递变，叫做元素周期律。元素 周期律主要体现在核外电子排布、原子半径、主要化合价、金属性、非金属性、 第一电离能、电负性等的周期性变化。元素性质的周期性来源于原子外电子层构 型的周期性。 三、共价键 1、共价键的成键本质：成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的 未成对电子形成共用电子对，两原子核间电子云密度增加， 体系能量降低。 2、共价键类型： （1）σ键和π键 σ键 π键 成键方向 沿键轴方向“头碰头” 平行或“肩并肩” 电子云形 状 轴对称 镜像对称 牢固程度 强度大，不易断裂 强度小，易断裂 成键判断 规律 单键是σ键；双键有一个是σ键，另一个是π键；三键中 一个是σ键，另两个为π键。 （2）极性键和非极性键 非 极 性 键 极 性 键 定义 由同种元素的原子 形成的共价键，共 用电子对不发生偏 移 由不同种元素的原子形成的共价键， 共用电子对发生偏移 原子吸引电子能力 相同 不同 共用电子对位置 不偏向任何一方 偏向吸引电子能力强的原子一方 成键原子的电性判断 依据 不显电性 显电性 举例 单质分子（如 H2、 Cl2）和某些化合物 （如 Na2O2、H2O2） 中含有非极性键 气态氢化物，非金属氧化物、酸根 和氢氧根中都含有极性键 （3）配位键：一类特殊的共价键，一个原子提供空轨道，另一个原子提供一对电子所 形成的共价键。 ①配位化合物：金属离子与配位体之间通过配位键形成的化合物。如：Cu（H2O） 4SO4、Cu（NH3）4（OH）2、Ag（NH3）2OH 、Fe（SCN） 3 等。 ②配位化合物的组成： 四、分子的空间构型 1、等电子原理 原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，许多性质是相似的， 此原理称为等电子原理。 2、价电子互斥理论： （1）价电子互斥理论的基本要点：ABn 型分子（离子）中中心原子 A 周围的价电子 对的几何构型，主要取决于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之 间斥力最小。 （2）ABn 型分子价层电子对的计算方法： 3、杂化轨道理论 （1）杂化轨道理论的基本要点： ①能量相近的原子轨道才能参与杂化。 ②杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键 轴方向重叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原 子轨道形成的共价键稳定。 ③杂化轨道能量相同，成分相同，如：每个 sp3 杂化轨道占有 1 个 s 轨道、3 个 p 轨道。 ④杂化轨道总数等于参与杂化的原子轨道数目之和。 五、分子的性质 1、分子间作用力（范德华力和氢键） （1）分子间作用力和化学键的比较 化学键 分子间作用力 概念 相邻原子间强烈的相 互作用 分子间微弱的相互作用 范围 分子内或某些晶体内 分子间 能量 键 能 一 般 为 120 ～ 800kJ·mol－1 约几到几十 kJ·mol－1 性质影响 主要影响物质的化学 性质（稳定性） 主要影响物质的物理性质（熔沸点） （2）范德华力与氢键的比较 范德华力 氢键 概念 物质分子间存在的 微弱相互作用 分子间（内）电负性较大的成键原子通 过 H 原子而形成的静电作用 存在范围 分子间 分子中含有与 H 原子相结合的原子半径 小、电负性大、有孤对电子的 F、O、N 原子 强度比较 比化学键弱得多 比化学键弱得多，比范德华力稍强 影响因素 随分子极性和相对 分子质量的增大而 增大 性质影响 随范德华力的增大， 物质的熔沸点升高、 溶解度增大 分子间氢键使物质熔沸点升高硬度增 大、水中溶解度增大；分子内氢键使物 质熔沸点降低、硬度减小 六、晶体的结构和性质 类型比较 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体微粒 阴、阳离 子 原子 分子 金属阳离子、自由电 子 形成晶体作用力 离子键 共价键 范德华力 微粒间的静电作用 熔沸点 较高 很高 低 有高、有低 硬度 硬而脆 大 小 有高、有低 导电性 不良（熔 融或水溶 液中导电） 绝 缘 、 半 导体 不良 良导体 传热性 不良 不良 不良 良 延展性 不良 不良 不良 良 物 理 性 质 溶解性 易溶于极 性溶剂， 难溶于有 机溶剂 不 溶 于 任 何溶剂 极性分子易 溶于极性溶 剂；非极性 分子易溶于 非极性溶剂 中 一般不溶于溶剂，钠 等可 与水、醇类、酸类反 应 典型实例 NaOH 、 NaCl 金刚石 P4 、干冰、 硫 钠、铝、铁 专题训练十三、物质结构与性质 2019 高考真题训练 1．（2019 全国卷 1）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”， 是制造飞机的主要村料。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)。 A． B． C． D． （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/°C 1570 2800[来源: 学科网 ZXXK] 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 全国卷 II）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 全国卷 III）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______ _____。 1 1 1, ,2 2 2 （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、三磷酸根离子如下图所示 ： [ 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）。