2024届高中化学一轮复习课件：证据推理——应用相关理论解释物质结构与性质的关系

这是一份2024届高中化学一轮复习课件：证据推理——应用相关理论解释物质结构与性质的关系，共3页。PPT课件主要包含了NCH，非极性，化合物Ⅲ，金刚石，CsCl，平面三角，s25p3等内容，欢迎下载使用。

探究点1　元素性质与原子结构的关系
例1 (1)H、C、N的电负性由大到小的顺序为。 (2)[2021·福建卷节选] N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。 
[解析] (1)元素的非金属性越强,其电负性越强,非金属性:N>C>H,则电负性由大到小的顺序为N>C>H。(2)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是相同电子层数的原子,N原子的核外电子排布式是1s22s22p3,2p轨道处于半满状态,比较稳定,较难失去第一个电子,第一电离能N大于O;O和S是同一主族元素,O原子的半径较小,原子核对核外电子的束缚作用较强,较难失去第一个电子,第一电离能O大于S。
N原子2p轨道半充满,比相邻的O原子更稳定,更难失电子;O、S同主族,S原子半径大于O原子,更易失去电子
变式题 电负性与电离能是两种定量描述元素原子得失电子能力的参数,请根据表中数据回答问题。(1)非金属性:S　　　　(填“>”“=”或“<”)F。 (2)依据电负性数值,上述元素中最容易形成离子键的是　　　和　　　　。 
[解析] (2)依据电负性数值,表格所列元素中最容易形成离子键的是Na和F,两者电负性差最大,4.0-0.9=3.1。
变式题 电负性与电离能是两种定量描述元素原子得失电子能力的参数,请根据表中数据回答问题。 (3)已知某主族元素Y,其基态原子核外有2个电子层,3个未成对电子,Y元素基态原子的轨道表示式为　　　　　　　　 　,通过分析电负性的变化规律,确定Y元素电负性的取值范围是　　　　　　。 
变式题 电负性与电离能是两种定量描述元素原子得失电子能力的参数,请根据表中数据回答问题。 (4)由电负性数据推断:化合物PBr3中P的化合价为　　　　。已知PBr3与水反应是非氧化还原反应,写出PBr3与水反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
[解析]由电负性数据推断:2.1(P)<2.8(Br),化合物PBr3中P为+3价,Br显-1价。已知PBr3与水反应是非氧化还原反应,PBr3与水反应生成氢溴酸和亚磷酸,化学方程式为PBr3+3H2O =3HBr+H3PO3。
PBr3+3H2O =3HBr+H3PO3
变式题 电负性与电离能是两种定量描述元素原子得失电子能力的参数,请根据表中数据回答问题。 (5)对于同周期元素,元素气态基态原子的第一电离能呈现起伏变化,结合原子核外电子排布式解释第一电离能镁元素高于铝元素的原因: 　 。
Al的第一电离能失去的电子是3p能级的,该能级电子的能量比左边Mg失去的3s能级电子的高,故镁元素第一电离能高于铝元素
探究点2　分子性质与其结构的关系
例2 (1)常压下,H2O、H2S、H2Se的沸点分别为100 ℃、-61 ℃和-41 ℃,三者沸点差异的原因为　 。 (2)乌洛托品( )为　　　　(填“极性”或“非极性”)分子,乌洛托品比金刚烷(C10H16, )水溶性更高,理由是　 　 。 (3)HF分子的极性　　　　(填“大于”“等于”或“小于”,下同)HCl,同一条件下,HF在水中的溶解度　 　　　HCl,HF的沸点　　　　HCl。 
三者均为分子晶体,H2Se的相对分子质量大于H2S,H2Se的分子间作用力大于H2S,H2O形成分子间氢键导致沸点异常升高,故沸点的大小顺序为H2O>H2Se>H2S
乌洛托品与水形成分子间氢键,而金刚烷则不能,故前者的水溶性更高
[方法技巧] 范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响
变式题 (1)OF2分子的空间构型为　　　;OF2的熔、沸点　　　　(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
OF2相对分子质量小,分子间作用力小
(2)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 　 。
[解析]甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键,因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇,每个甲醇分子形成的氢键少于每个水分子形成的氢键,因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。
甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氢键多
(3)汞解毒剂的水溶性好,有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物Ⅰ与化合物Ⅲ相比,水溶性较好的是　　　　　　。
[解析] 中羟基能与水分子之间形成分子间氢键, 为易溶于水的钠盐,溶于水后电离出的 中O原子均能与水分子之间形成氢键,相同物质的量的两种物质溶于水后, 形成的氢键更多,因此化合物Ⅲ更易溶于水。
探究点3　晶体性质与结构的关系
例3 碳元素可形成多种单质,其中石墨、金刚石的结构及晶胞结构如图所示。(1)金刚石和石墨的物理性质差异很大,其中熔点较高的是　　　　,试从结构分析:　 　 。
石墨为混合型晶体,金刚石为共价晶体,二者熔点均取决于碳碳共价键,前者键长短,则熔点高
[解析]石墨为混合型晶体,金刚石为共价晶体,二者熔点均取决于碳碳共价键,前者键长短,则熔点高。
例3 碳元素可形成多种单质,其中石墨、金刚石的结构及晶胞结构如图所示。(2)硬度大的是　　　　,试从结构分析:　 　 。
石墨的硬度取决于分子间作用力,而金刚石的硬度取决于碳碳共价键
[解析]石墨的硬度取决于分子间作用力,而金刚石的硬度取决于碳碳共价键,所以硬度大的是金刚石。
[方法技巧] 建构性质比较(或解释)类题的解题模板
变式题 (1)[2022·全国乙卷节选] 卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为　　　　。解释X的熔点比Y高的原因:　 　 　　　　　。 
[解析] CsICl2发生非氧化还原反应,各元素化合价不变,生成无色晶体和红棕色液体,则无色晶体为CsCl,红棕色液体为ICl,而CsCl为离子晶体,熔化时,克服的是离子键,ICl为分子晶体,熔化时,克服的是分子间作用力,因此CsCl的熔点比ICl高。
CsCl为离子晶体,ICl为分子晶体
(2)四种晶体的熔点数据如下表:CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是 　 。 
[解析]从物质的熔点看,CF4、SiF4、BF3为分子晶体,AlF3为离子晶体。CF4和SiF4的相对分子质量差异较小,分子间作用力相差较小。BF3熔化克服的是分子间作用力,AlF3熔化则需克服离子键。
CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量多得多,所以熔点相差较大
1.以下有关元素性质的说法不正确的是(　 )A.具有下列价层电子排布的原子中,①3s23p1,②3s23p2,③3s23p3,④3s23p4,电负性最大的是③B.某元素气态基态原子的逐级电离能(kJ·ml-1)分别为738、1451、7733、10 540、13 630、17 995、21 703,当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X2+C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、Cl,元素的第一电离能随原子序数增大而递增的是④D.具有下列电子排布式的原子中,①1s22s22p63s23p2,②1s22s22p3,③1s22s22p2,④1s22s22p63s23p4,原子半径最大的是①
探究点一 元素性质与原子结构的关系
[解析] ①3s23p1符合该价层电子排布的为铝元素,②3s23p2符合该价层电子排布的为硅元素,③3s23p3符合该价层电子排布的为磷元素,④3s23p4符合该价层电子排布的为硫元素;同一周期主族元素,从左到右,元素的电负性逐渐增大,因此电负性最大的是④,A错误。第三电离能远大于第二电离能,所以是第ⅡA族元素,形成的阳离子是X2+,B正确。同一主族,从上到下,元素的第一电离能逐渐减弱,①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se均符合此规律,同一周期从左到右,元素的第一电离能总体上呈增大的趋势,④Na、P、Cl符合此规律,C正确。
①1s22s22p63s23p2符合该电子排布的为硅元素,②1s22s22p3符合该电子排布的为氮元素,③1s22s22p2符合该电子排布的为碳元素,④1s22s22p63s23p4符合该电子排布的为硫元素,同一周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,同一主族元素,从上到下原子半径逐渐增大,因此原子半径最大的为①,D正确。
2.类推是一种重要的学习方法,但如果不具体问题具体分析就会得出错误结论。下列类推结论正确的是 (　 )A.SiH4的熔、沸点比CH4高,则PH3的熔、沸点比NH3高B.H2O比NH3稳定,则H2S也比NH3稳定C.F2在暗处遇H2即爆炸,I2在暗处遇H2也爆炸D.同族元素有Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2,Pb(OH)4的碱性也应强于Sn(OH)4
[解析]由于NH3分子间存在氢键,导致PH3的熔、沸点比NH3的低,A错误;元素非金属性越强,气态氢化物的稳定性越强,因非金属性:O>N,则H2O比NH3稳定,而非金属性:N>S,则NH3比H2S稳定,B错误;同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱,能用元素周期律解释F2在暗处遇H2即爆炸,但I2在暗处遇H2几乎不反应,C错误;同一主族从上到下元素的金属性逐渐增强,金属性:Ca>Mg,则同族元素的最高价氧化物对应的水化物Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2的碱性,同理,金属性:Pb>Sn,所以Pb(OH)4的碱性也应强于Sn(OH)4的碱性,D正确。
3. 短周期元素m、n、p、q在元素周期表中的排序如图所示,其中m的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应。下列说法正确的是 (　 )A.第一电离能:mqD.最高价氧化物对应水化物的酸性:p>q
[解析] m的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应,说明m 为氮元素,则n为氧元素,p为硫元素,q为氯元素。O价层电子排布为2s22p4,N价层电子排布为2s22p3,2p能级半充满稳定,第一电离能大,m>n,A错误;同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,非金属性越强,其气态氢化物越稳定,则水的稳定性强于硫化氢,B错误;硫离子和氯离子电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,故硫离子半径大,C正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性Cl>S,则高氯酸的酸性强于硫酸,D错误。
4. (1)元素铜与镍的第二电离能分别为I2(Cu)=1958 kJ·ml-1、I2(Ni)=1753 kJ·ml-1,I2(Cu)>I2(Ni)的原因是　 。 (2)图表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势,其中表示磷的曲线是　　　　(填字母)。 
Cu的第二电离能失去的是全充满的3d10电子,Ni的第二电离能失去的是4s1电子
[解析] (2)C原子的价层电子排布为2s22p2,Si原子的价层电子排布为3s23p2,P原子的价层电子排布为3s23p3,由第一电离能规律可知,第一电离能:C>Si,P>Si,由于C的第一电离能失去2p电子,而P的第一电离能失去3p电子,则第一电离能:C>P>Si;当P原子失去3个电子后,再失去的一个电子为比3p能级能量低的3s能级的电子,需要的能量较多,即第四电离能较大,故符合此情况的曲线为b。
5. (1)已知两种有机物的相关数据如下表:化合物CH3CH2NH2的沸点高于CH3CH2F的原因是 　 。 
探究点二 分子性质与其结构的关系
[解析]对于分子晶体,熔沸点的高低从分子间作用力来解释,分子间的作用力包含范德华力和氢键,分子间氢键的存在会使分子间作用力增大,沸点升高,CH3CH2NH2可以形成分子间氢键,使分子间作用力增大,而CH3CH2F不能,所以CH3CH2NH2沸点高。
两者均为分子晶体,CH3CH2NH2可以形成分子间氢键,使分子间作用力增大,而CH3CH2F不能
(2)已知C2H5NH3NO3的熔点只有12 ℃,而NH4NO3的熔点为170 ℃,NH4NO3熔点高于C2H5NH3NO3的原因是 　 。 
6.按要求回答下列问题:(1)HCHO分子的空间结构为　　　　　　　形,它与H2加成后,加成产物的熔、沸点比CH4的熔、沸点高,其主要原因是(须指明加成产物是何物质)　　　 　　　　　　　　　　　　　。 (2)S位于周期表中第　　　　族,该族元素氢化物中,H2Te比H2S沸点高的原因是　 　 , H2O比H2Te沸点高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
加成产物CH3OH分子之间能形成氢键
两者均为分子晶体且结构相似,H2Te相对分子质量比H2S大,分子间作用力更强
两者均为分子晶体,H2O分子之间存在氢键
7.如图所示是过氧化氢(H2O2)分子的空间结构示意图。(1)写出过氧化氢分子的电子式:　 。 (2)下列关于过氧化氢的说法中正确的是　　　　(填序号)。 ①分子中有极性键②分子中有非极性键③氧原子的轨道发生了sp2杂化④O—O共价键是p-p σ键⑤分子是非极性分子(3)过氧化氢难溶于二硫化碳,主要原因是　　　　　　　　　　　　;过氧化氢易溶于水,主要原因是　 。
H2O2分子是极性分子,CS2分 子是非极性分子
H2O2分子与H2O分子之间能形成氢键
[解析]在H2O分子中,H—O是极性键,O—O是非极性键。由于H2O2分子具有图中所示的空间结构,所以H2O2分子是极性分子。借助H2O分子中氧原子轨道杂化可知,H2O2分子中氧原子轨道杂化方式是sp3,所以O—O共价键不是p-p σ键。H2O2分子中的O—H决定了H2O2分子之间存在氢键。H2O2分子是极性分子,CS2分子是非极性分子,H2O2分子和CS2分子之间不能形成氢键,且H2O2和CS2不发生化学反应,所以过氧化氢难溶于二硫化碳,可用“相似相溶”原理解释。H2O2分子和H2O分子中都含有O—H,所以H2O2分子与H2O分子之间可形成氢键,氢键的形成能增大物质的溶解度。
8. (1)已知苯酚( )具有弱酸性,其K=1.1×10-10;水杨酸第一级电离形成的离子 能形成分子内氢键,据此判断,相同温度下电离平衡常数:K2(水杨酸)　　 (填“>”或“<”)K(苯酚),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
[解析]氧的电负性较大,则 中形成分子内氢键,即O—H…O(或—COO-中双键氧原子与羟基氢原子之间形成氢键),其大小介于化学键和范德华力之间,使—OH更难电离出H+,则水杨酸第二级电离常数小于苯酚的电离常数。
能形成分子内氢键,使—OH更难电离出H+
(2)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)H2O分子内的O—H、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为　 。 的沸点比 高,原因是  　 。 
[解析] (2)分子间氢键能使分子间作用力增大,使物质的熔、沸点升高。(3)氢键弱于共价键而强于范德华力。对羟基苯甲醛形成分子间氢键,邻羟基苯甲醛形成分子内氢键。
NH3分子间能形成氢键
O—H>氢键>范德华力
形成分子内氢键,而 形成分子间氢键,分子间氢键使分子间作用力增大,沸点升高
9. 应用原子力显微(AFM)技术可对分子的电子云进行成像。应用AFM技术对沉积于Cu表面的8-羟基喹啉( )成像。探测到电子的区域呈浅色。部分有机物熔点如下表:
(1)8-羟基喹啉分子间可形成O—H…N氢键,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)8-羟基喹啉的熔点明显低于7-羟基喹啉、6-羟基喹啉的熔点的原因是 　 。
[解析] (1)氮元素电负性大,能与氢原子形成氢键,所以8-羟基喹啉分子间可形成O—H…N氢键。(2)由于8-羟基喹啉能形成分子内氢键,7-羟基喹啉、6-羟基喹啉可以形成分子间氢键,所以8-羟基喹啉的熔点明显低于7-羟基喹啉、6-羟基喹啉的熔点。
氮元素电负性大,能与氢原子形成氢键
8-羟基喹啉能形成分子内氢键,7-羟基喹啉、6-羟基喹啉可以形成分子间氢键
(3)①8-羟基喹啉与苯相似,除σ键外,还有  键,使C、N原子的性质与普通的烷烃、烯烃、胺明显不同。②实验结果表明,8-羟基喹啉分子间除O—H…N氢键外,还存在　　　　　 　　　　等氢键。 
[解析] ①8-羟基喹啉与苯相似,除σ键外,还有大π键,使C、N原子的性质与普通的烷烃、烯烃、胺明显不同。②8-羟基喹啉分子间含有羟基,根据示意图可判断8-羟基喹啉分子间除O—H…N氢键外,还存在O—H…O、C—H…O、C—H…N等氢键。
O—H…O、C—H…O、C—H…N
10.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是 (　 )A.O2、I2、Hg B.CO、KCl、SiO2C.Na、K、Rb D.Na、Al、Mg
探究点三 晶体性质与其结构的关系
[解析] Hg在常温下为液态,而I2为固态,A错误;SiO2为共价晶体,其熔点最高,CO是分子晶体,其熔点最低,B正确;Na、K、Rb价电子数相同,其原子半径依次增大,金属键依次减弱,熔点逐渐降低,C错误;Na、Mg、Al价电子数依次增多,原子半径逐渐减小,金属键依次增强,熔点逐渐升高,D错误。
11. (1)氯化铝的熔点为190 ℃,而氟化铝的熔点为1290 ℃,导致这种差异的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)CuO的熔点比CuS的高,原因是　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)一些氧化物的熔点如下表所示:解释表中氧化物之间熔点差异的原因: 　 。 
AlCl3是分子晶体,而AlF3是离子晶体
氧离子半径小于硫离子半径,所以CuO的离子键强,熔点较高
Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体;MgO的离子键比Li2O强,分子间作用力:P4O6>SO2
12.如图是元素周期表的一部分:(1)写出元素①的元素符号:　　　　, 与①同周期的主族元素中,第一电离能比①大的有　 　　　种。 (2)基态锑(Sb)原子的价层电子排布为　　　　。[H2F]+[SbF6]-(氟酸锑)是一种超强酸,则[H2F]+的空间结构为　　　　。
(3)下列说法正确的是　　　　(填字母)。 a.N2H4分子中含5个σ键和1个π键b.基态P原子中,电子占据的最高能级符号为Mc.Sb 位于p区d.升温实现液氨→氨气→氮气和氢气变化的阶段中,微粒间破坏的主要的作用力依次是氢键、极性共价键
[解析] N2H4分子的结构为 ,有4个N—H σ键,不含π键,一个N—N σ键,故a错误;基态P原子中,核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,确定最高能级为3p,最高能层为M,故b错误;Sb最后排入的电子的能级为5p,根据元素周期表的分区确定Sb 位于p区,故c正确;升温实现液氨→氨气→氮气和氢气变化的阶段中,液氨→氨气,由液态变成气态,微粒间破坏的主要作用力是氢键,氨气→氮气和氢气破坏的是极性共价键,故d正确。