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2021高考化学专题讲解 专题十一 物质结构与性质（讲解部分）课件
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这是一份2021高考化学专题讲解 专题十一 物质结构与性质（讲解部分）课件，共38页。
考点一 原子结构与性质
基础知识1.基态原子核外电子排布规律及表示方法(1)三个原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。
能量:1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s……
(3)基态原子核外电子排布的表示方法
考点二 分子结构与配位化合物
基础知识一、分子结构与性质1.分子构型、分子极性及手性分子
2.杂化轨道类型与轨道空间构型的关系及常见分子
一般来说,一个原子有几个轨道参与杂化就会形成几个能量相同的杂 化轨道,就形成几个共价键,形成对应的一般分子构型;如果中心原子上有 孤电子对,分子构型会发生变化,如NH3、H2O等。另外,具有相同价电子数 和相同原子数的分子(或离子)具有相似的结构特征。3.用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的一般规律(1)如果中心原子的价电子都用于形成共价键,分子的立体结构可用中心原 子周围的原子个数n来预测。
中心原子上的孤电子对数= (a-xb),其中a为中心原子价电子数,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。在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后,把它们相加便可确 定分子中的中心原子上的价层电子对数。由价层电子对的相互排斥,得到 含有孤电子对的VSEPR模型,然后,略去VSEPR模型中的中心原子上的孤 电子对,便可得到分子的立体构型。
(2)如果中心原子上有未成键的孤电子对,则几何构型发生相应的变 化,可用价层电子对互斥理论解释。
三、配合物的组成、结构、性质和应用
考点三 晶体结构与性质
基础知识一、晶体的基本类型与性质
二、常见的晶体结构模型
有关物质结构综合题常见的解题方法1.“均摊法”确定晶体的化学式(1)原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么每个晶 胞对这个粒子分得的份额就是 。(2)方法①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排 成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占 ;当晶胞为六棱柱时,其顶点上的粒子被6个晶胞共用,每个粒子属于该晶胞的部分 为 ,而不是 。注意 审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”。若是分子 结构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,且原子个数可以不互
质(即原子个数比可以不约简)。2.晶体密度、晶胞体积和晶胞参数(晶胞边长)的求算对于立方晶胞,可建立如下求算途径: ← 得关系式:ρ= (a表示晶胞边长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的数值,n表示1 ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量,M表示摩尔质 量)。3.中心原子杂化方式的判断技巧若m为与中心原子结合的原子数,n为中心原子的孤电子对数,则:m+n=2,中心原子杂化方式为sp;
m+n=3,中心原子杂化方式为sp2;m+n=4,中心原子杂化方式为sp3。4.物质熔、沸点的判断原子晶体中,原子间键长越短,键能越大,共价键越稳定,物质熔、沸点越高; 反之越低。离子晶体中,阴、阳离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强,熔、沸 点越高;反之越低。金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属阳离子与自由 电子的静电作用越强,熔、沸点越高;反之越低。分子晶体中,范德华力越大,物质的熔、沸点越高;反之越低(具有氢键的分 子晶体的熔、沸点反常,较高)。(1)一般,组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强,物
质的熔、沸点越高。(2)在高级脂肪酸甘油酯中,不饱和程度越大,熔、沸点越低。(3)链烃及其衍生物的同分异构体随着支链的增多,熔、沸点降低。(4)相同碳原子数的有机物,分子中官能团不同时,一般随着相对分子质量 的增大,熔、沸点升高;官能团相同时,官能团数越多,熔、沸点越高。晶体类型不同时,一般熔、沸点规律为原子晶体>离子晶体>分子晶体,金 属晶体有高有低。
例 (2019山西太原定时训练,35)已知元素N、S、Cl可形成多种物质,在工 业生产上有着广泛的应用。请回答下列问题:(1)Fe3+可与SCN-形成多种配离子,其中一种为[Fe(SCN)6]3-,该配离子中的 SCN-会使铁的剩余价电子压缩配对,则每个配离子中铁的单电子个数为 。(2)Se与S是同族元素,请写出基态Se原子的核外电子排布式: 。N与S是不同族元素,请解释NH3在水中的溶解度比H2S大的原因: 。(3)有一种共价化合物由1~9号元素中的部分元素组成,且与SCl2互为等电 子体,它的分子式为 。借助等电子原理可以分析出SCN-中σ键和π 键的个数比为 。
(4)已知S4 的结构为 ,其中S原子的杂化方式是 。N、P可分别形成多种三角锥形分子,已知NH3的键角大于PH3,原因 是 。(5)离子晶体中阳离子和阴离子的半径比不同可形成不同的晶胞结构,如 表:
已知某离子晶体RA,其阴、阳离子半径分别为184 pm和74 pm,摩尔质 量为M g·ml-1,则阳离子配位数为 ,晶体的密度为 g·cm-3。(列出计算式,无需化简,设NA为阿伏加德罗常数的值)
解题导引 (5)根据阳离子、阴离子半径的比值可确定晶体类型,结合均摊 法可确定晶胞中各原子数目,根据晶胞中等量关系nM=ρV可建立等量关系, 但需仔细观察晶体构型(立方ZnS型),明确几何关系:阴、阳离子半径之和 为体对角线长的 ,体对角线长为晶胞边长的 倍,进而求出晶胞的体积,代入上述等量关系中进行计算。
解析 (1)[Fe(SCN)6]3-中Fe为+3价,3d能级中单电子数为5,由于SCN-会使铁 的剩余价电子压缩配对,则铁的3d能级中5个电子形成2对电子,故剩余单电 子个数为1。(2)根据构造原理可知基态Se原子的核外电子排布式为1s22s22 p63s23p63d104s24p4或[Ar]3d104s24p4。NH3与H2O分子间能形成氢键,使NH3在 水中的溶解度较大;而H2S与H2O分子间不能形成氢键,故H2S在水中的溶解 度较小。(3)根据等电子体的概念和判断方法可知,1~9号元素形成的共价 化合物中,与SCl2互为等电子体的是OF2。SCN-与CO2互为等电子体,CO2的 结构式为O C O,其中σ键和π键个数比为2∶2=1∶1,则SCN-中σ键和π键的个数比也为1∶1。(4)由S4 的结构可看出,有的S原子形成4个σ键且无孤电子对,有的S原子形成2个σ键且含有2对孤电子对,则硫原子为sp3杂 化。NH3和PH3均是三角锥形结构,成键电子对都受一对孤电子对的斥力影 响,由于电负性:N>P>H,且原子半径:N
答案 (1)1(2)[Ar]3d104s24p4或1s22s22p63s23p63d104s24p4 NH3分子与H2O分子之间可形 成氢键,而H2S分子与H2O分子之间不能形成氢键(3)OF2 1∶1(4)sp3杂化 电负性:N>P>H,且氮原子半径小于磷原子半径,NH3分子中成 键电子对彼此相距更近,斥力更大(或电负性:N>P>H,NH3分子中氮原子上 的孤电子对比PH3分子中磷原子上的孤电子对离核更近,对成键电子对排 斥力更小)(5)4
应用所学的电子排布式、杂化轨道类型、空间构型、σ键、π键、配位 键、配体、配合物、等电子体、晶胞、电负性、氢键等知识,合理分析推 理,解决物质结构与性质类问题。
例 (2019江苏苏州期末,21A)锂盐二氟草酸硼酸锂[LiBF2(C2O4)]是新型锂 离子电池的电解质,乙酸锰可用于制造离子电池的负极材料。合成方法如 下:2H2C2O4+SiCl4+2LiBF4 2LiBF2(C2O4)+SiF4+4HCl4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O 4(CH3COO)3Mn+8HNO2+3O2↑+40CH3COOH(1)Mn3+基态核外电子排布式为 。(2)草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 ml 草酸分子中含有σ键的数目为 。(3)与SiF4互为等电子体的阴离子的化学式为 (写一个即可)。(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为 。
(5)锰的一种晶胞结构如图所示,锰晶体中每个锰原子距离最近的锰原子数 目为 。
思路分析 (1)看清楚题目要求是写原子还是离子的核外电子排布式。(2) 形成双键的碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化,草酸(HOOCCOOH)分子中 的两个碳原子均为sp2杂化。成键的两个原子之间只能形成一个σ键,1个草 酸(HOOCCOOH)分子中:2个碳原子之间形成1个σ键,4个氧原子分别和碳 原子之间形成4个σ键,2个氢原子和氧原子之间形成2个σ键,故1 ml草酸分 子中含有σ键的数目为7NA或7×6.02×1023个。
答案 (1)[Ar]3d4或1s22s22p63s23p63d4(2)sp2 7NA或7×6.02×1023(3)S 、P 等(合理即可)(4)乙酸与水分子间可形成氢键(5)12
考点一 原子结构与性质
基础知识1.基态原子核外电子排布规律及表示方法(1)三个原理:能量最低原理、泡利原理、洪特规则。
能量:1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s……
(3)基态原子核外电子排布的表示方法
考点二 分子结构与配位化合物
基础知识一、分子结构与性质1.分子构型、分子极性及手性分子
2.杂化轨道类型与轨道空间构型的关系及常见分子
一般来说,一个原子有几个轨道参与杂化就会形成几个能量相同的杂 化轨道,就形成几个共价键,形成对应的一般分子构型;如果中心原子上有 孤电子对,分子构型会发生变化,如NH3、H2O等。另外,具有相同价电子数 和相同原子数的分子(或离子)具有相似的结构特征。3.用价层电子对互斥理论判断共价分子结构的一般规律(1)如果中心原子的价电子都用于形成共价键,分子的立体结构可用中心原 子周围的原子个数n来预测。
中心原子上的孤电子对数= (a-xb),其中a为中心原子价电子数,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。在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后,把它们相加便可确 定分子中的中心原子上的价层电子对数。由价层电子对的相互排斥,得到 含有孤电子对的VSEPR模型,然后,略去VSEPR模型中的中心原子上的孤 电子对,便可得到分子的立体构型。
(2)如果中心原子上有未成键的孤电子对,则几何构型发生相应的变 化,可用价层电子对互斥理论解释。
三、配合物的组成、结构、性质和应用
考点三 晶体结构与性质
基础知识一、晶体的基本类型与性质
二、常见的晶体结构模型
有关物质结构综合题常见的解题方法1.“均摊法”确定晶体的化学式(1)原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么每个晶 胞对这个粒子分得的份额就是 。(2)方法①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排 成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占 ;当晶胞为六棱柱时,其顶点上的粒子被6个晶胞共用,每个粒子属于该晶胞的部分 为 ,而不是 。注意 审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”。若是分子 结构,其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定,且原子个数可以不互
质(即原子个数比可以不约简)。2.晶体密度、晶胞体积和晶胞参数(晶胞边长)的求算对于立方晶胞,可建立如下求算途径: ← 得关系式:ρ= (a表示晶胞边长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的数值,n表示1 ml晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量,M表示摩尔质 量)。3.中心原子杂化方式的判断技巧若m为与中心原子结合的原子数,n为中心原子的孤电子对数,则:m+n=2,中心原子杂化方式为sp;
m+n=3,中心原子杂化方式为sp2;m+n=4,中心原子杂化方式为sp3。4.物质熔、沸点的判断原子晶体中,原子间键长越短,键能越大,共价键越稳定,物质熔、沸点越高; 反之越低。离子晶体中,阴、阳离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强,熔、沸 点越高;反之越低。金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属阳离子与自由 电子的静电作用越强,熔、沸点越高;反之越低。分子晶体中,范德华力越大,物质的熔、沸点越高;反之越低(具有氢键的分 子晶体的熔、沸点反常,较高)。(1)一般,组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强,物
质的熔、沸点越高。(2)在高级脂肪酸甘油酯中,不饱和程度越大,熔、沸点越低。(3)链烃及其衍生物的同分异构体随着支链的增多,熔、沸点降低。(4)相同碳原子数的有机物,分子中官能团不同时,一般随着相对分子质量 的增大,熔、沸点升高;官能团相同时,官能团数越多,熔、沸点越高。晶体类型不同时,一般熔、沸点规律为原子晶体>离子晶体>分子晶体,金 属晶体有高有低。
例 (2019山西太原定时训练,35)已知元素N、S、Cl可形成多种物质,在工 业生产上有着广泛的应用。请回答下列问题:(1)Fe3+可与SCN-形成多种配离子,其中一种为[Fe(SCN)6]3-,该配离子中的 SCN-会使铁的剩余价电子压缩配对,则每个配离子中铁的单电子个数为 。(2)Se与S是同族元素,请写出基态Se原子的核外电子排布式: 。N与S是不同族元素,请解释NH3在水中的溶解度比H2S大的原因: 。(3)有一种共价化合物由1~9号元素中的部分元素组成,且与SCl2互为等电 子体,它的分子式为 。借助等电子原理可以分析出SCN-中σ键和π 键的个数比为 。
(4)已知S4 的结构为 ,其中S原子的杂化方式是 。N、P可分别形成多种三角锥形分子,已知NH3的键角大于PH3,原因 是 。(5)离子晶体中阳离子和阴离子的半径比不同可形成不同的晶胞结构,如 表:
已知某离子晶体RA,其阴、阳离子半径分别为184 pm和74 pm,摩尔质 量为M g·ml-1,则阳离子配位数为 ,晶体的密度为 g·cm-3。(列出计算式,无需化简,设NA为阿伏加德罗常数的值)
解题导引 (5)根据阳离子、阴离子半径的比值可确定晶体类型,结合均摊 法可确定晶胞中各原子数目,根据晶胞中等量关系nM=ρV可建立等量关系, 但需仔细观察晶体构型(立方ZnS型),明确几何关系:阴、阳离子半径之和 为体对角线长的 ,体对角线长为晶胞边长的 倍,进而求出晶胞的体积,代入上述等量关系中进行计算。
解析 (1)[Fe(SCN)6]3-中Fe为+3价,3d能级中单电子数为5,由于SCN-会使铁 的剩余价电子压缩配对,则铁的3d能级中5个电子形成2对电子,故剩余单电 子个数为1。(2)根据构造原理可知基态Se原子的核外电子排布式为1s22s22 p63s23p63d104s24p4或[Ar]3d104s24p4。NH3与H2O分子间能形成氢键,使NH3在 水中的溶解度较大;而H2S与H2O分子间不能形成氢键,故H2S在水中的溶解 度较小。(3)根据等电子体的概念和判断方法可知,1~9号元素形成的共价 化合物中,与SCl2互为等电子体的是OF2。SCN-与CO2互为等电子体,CO2的 结构式为O C O,其中σ键和π键个数比为2∶2=1∶1,则SCN-中σ键和π键的个数比也为1∶1。(4)由S4 的结构可看出,有的S原子形成4个σ键且无孤电子对,有的S原子形成2个σ键且含有2对孤电子对,则硫原子为sp3杂 化。NH3和PH3均是三角锥形结构,成键电子对都受一对孤电子对的斥力影 响,由于电负性:N>P>H,且原子半径:N
答案 (1)1(2)[Ar]3d104s24p4或1s22s22p63s23p63d104s24p4 NH3分子与H2O分子之间可形 成氢键,而H2S分子与H2O分子之间不能形成氢键(3)OF2 1∶1(4)sp3杂化 电负性:N>P>H,且氮原子半径小于磷原子半径,NH3分子中成 键电子对彼此相距更近,斥力更大(或电负性:N>P>H,NH3分子中氮原子上 的孤电子对比PH3分子中磷原子上的孤电子对离核更近,对成键电子对排 斥力更小)(5)4
应用所学的电子排布式、杂化轨道类型、空间构型、σ键、π键、配位 键、配体、配合物、等电子体、晶胞、电负性、氢键等知识,合理分析推 理,解决物质结构与性质类问题。
例 (2019江苏苏州期末,21A)锂盐二氟草酸硼酸锂[LiBF2(C2O4)]是新型锂 离子电池的电解质,乙酸锰可用于制造离子电池的负极材料。合成方法如 下:2H2C2O4+SiCl4+2LiBF4 2LiBF2(C2O4)+SiF4+4HCl4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O 4(CH3COO)3Mn+8HNO2+3O2↑+40CH3COOH(1)Mn3+基态核外电子排布式为 。(2)草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 ml 草酸分子中含有σ键的数目为 。(3)与SiF4互为等电子体的阴离子的化学式为 (写一个即可)。(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为 。
(5)锰的一种晶胞结构如图所示,锰晶体中每个锰原子距离最近的锰原子数 目为 。
思路分析 (1)看清楚题目要求是写原子还是离子的核外电子排布式。(2) 形成双键的碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化,草酸(HOOCCOOH)分子中 的两个碳原子均为sp2杂化。成键的两个原子之间只能形成一个σ键,1个草 酸(HOOCCOOH)分子中:2个碳原子之间形成1个σ键,4个氧原子分别和碳 原子之间形成4个σ键,2个氢原子和氧原子之间形成2个σ键,故1 ml草酸分 子中含有σ键的数目为7NA或7×6.02×1023个。
答案 (1)[Ar]3d4或1s22s22p63s23p63d4(2)sp2 7NA或7×6.02×1023(3)S 、P 等(合理即可)(4)乙酸与水分子间可形成氢键(5)12
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