2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)：證據(jù)推理-應(yīng)用相關(guān)理論解釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

2024屆新高考化學(xué)熱點沖刺復(fù)習(xí)證據(jù)推理——應(yīng)用相關(guān)理論解釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系探究點1

元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系例1(1)H、C、N的電負性由大到小的順序為

。

(2)[2021·福建卷節(jié)選]N、O、S的第一電離能(I1)大小為I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是

。

[解析](1)元素的非金屬性越強,其電負性越強,非金屬性:N>C>H,則電負性由大到小的順序為N>C>H。(2)N、O、S的第一電離能(I1)大小為I1(N)>I1(O)>I1(S),原因是相同電子層數(shù)的原子,N原子的核外電子排布式是1s22s22p3,2p軌道處于半滿狀態(tài),比較穩(wěn)定,較難失去第一個電子,第一電離能N大于O;O和S是同一主族元素,O原子的半徑較小,原子核對核外電子的束縛作用較強,較難失去第一個電子,第一電離能O大于S。N>C>HN原子2p軌道半充滿,比相鄰的O原子更穩(wěn)定,更難失電子;O、S同主族,S原子半徑大于O原子,更易失去電子變式題電負性與電離能是兩種定量描述元素原子得失電子能力的參數(shù),請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題。(1)非金屬性:S

(填“>”“=”或“<”)F。

(2)依據(jù)電負性數(shù)值,上述元素中最容易形成離子鍵的是

和

。

元素符號LiBeCOFNaAlPSBr電負性1.01.52.53.54.00.91.52.12.52.8[解析](2)依據(jù)電負性數(shù)值,表格所列元素中最容易形成離子鍵的是Na和F,兩者電負性差最大,4.0-0.9=3.1。<NaF變式題電負性與電離能是兩種定量描述元素原子得失電子能力的參數(shù),請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題。

(3)已知某主族元素Y,其基態(tài)原子核外有2個電子層,3個未成對電子,Y元素基態(tài)原子的軌道表示式為

,通過分析電負性的變化規(guī)律,確定Y元素電負性的取值范圍是

。

元素符號LiBeCOFNaAlPSBr電負性1.01.52.53.54.00.91.52.12.52.82.5~3.5變式題電負性與電離能是兩種定量描述元素原子得失電子能力的參數(shù),請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題。

(4)由電負性數(shù)據(jù)推斷:化合物PBr3中P的化合價為

。已知PBr3與水反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng),寫出PBr3與水反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。元素符號LiBeCOFNaAlPSBr電負性1.01.52.53.54.00.91.52.12.52.8+3[解析]由電負性數(shù)據(jù)推斷:2.1(P)<2.8(Br),化合物PBr3中P為+3價,Br顯-1價。已知PBr3與水反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng),PBr3與水反應(yīng)生成氫溴酸和亞磷酸,化學(xué)方程式為PBr3+3H2O=3HBr+H3PO3。PBr3+3H2O=3HBr+H3PO3變式題電負性與電離能是兩種定量描述元素原子得失電子能力的參數(shù),請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題。

(5)對于同周期元素,元素氣態(tài)基態(tài)原子的第一電離能呈現(xiàn)起伏變化,結(jié)合原子核外電子排布式解釋第一電離能鎂元素高于鋁元素的原因:

。元素符號LiBeCOFNaAlPSBr電負性1.01.52.53.54.00.91.52.12.52.8 Al的第一電離能失去的電子是3p能級的,該能級電子的能量比左邊Mg失去的3s能級電子的高,故鎂元素第一電離能高于鋁元素探究點2

分子性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系例2(1)常壓下,H2O、H2S、H2Se的沸點分別為100℃、-61℃和-41℃,三者沸點差異的原因為

。

(2)烏洛托品()為

(填“極性”或“非極性”)分子,烏洛托品比金剛烷(C10H16,)水溶性更高,理由是

。

(3)HF分子的極性

(填“大于”“等于”或“小于”,下同)HCl,同一條件下,HF在水中的溶解度

HCl,HF的沸點

HCl。

三者均為分子晶體,H2Se的相對分子質(zhì)量大于H2S,H2Se的分子間作用力大于H2S,H2O形成分子間氫鍵導(dǎo)致沸點異常升高,故沸點的大小順序為H2O>H2Se>H2S非極性烏洛托品與水形成分子間氫鍵,而金剛烷則不能,故前者的水溶性更高大于大于大于[方法技巧]

范德華力、氫鍵、共價鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響

范德華力氫鍵共價鍵作用微粒分子H與N、O、F原子強度比較共價鍵>氫鍵>范德華力影響因素組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大形成氫鍵元素的電負性原子半徑對性質(zhì)的影響影響物質(zhì)的熔點、沸點、溶解度等物理性質(zhì)分子間氫鍵使熔、沸點升高,溶解度增大鍵能越大,穩(wěn)定性越強變式題(1)OF2分子的空間構(gòu)型為

;OF2的熔、沸點

(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是

。

V形低于OF2相對分子質(zhì)量小,分子間作用力小(2)甲醇的沸點(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6℃)之間,其原因是

。[解析]甲醇分子之間和水分子之間都存在氫鍵,因此沸點高于不含分子間氫鍵的甲硫醇,每個甲醇分子形成的氫鍵少于每個水分子形成的氫鍵,因此甲醇的沸點介于水和甲硫醇之間。甲硫醇不能形成分子間氫鍵,而水和甲醇均能,且水比甲醇的氫鍵多(3)汞解毒劑的水溶性好,有利于體內(nèi)重金屬元素汞的解毒。化合物Ⅰ與化合物Ⅲ相比,水溶性較好的是

?；衔铫骩解析] 中羥基能與水分子之間形成分子間氫鍵,

為易溶于水的鈉鹽,溶于水后電離出的

中O原子均能與水分子之間形成氫鍵,相同物質(zhì)的量的兩種物質(zhì)溶于水后,

形成的氫鍵更多,因此化合物Ⅲ更易溶于水。探究點3

晶體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系例3碳元素可形成多種單質(zhì),其中石墨、金剛石的結(jié)構(gòu)及晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)金剛石和石墨的物理性質(zhì)差異很大,其中熔點較高的是

,試從結(jié)構(gòu)分析:

。石墨石墨為混合型晶體,金剛石為共價晶體,二者熔點均取決于碳碳共價鍵,前者鍵長短,則熔點高[解析]石墨為混合型晶體,金剛石為共價晶體,二者熔點均取決于碳碳共價鍵,前者鍵長短,則熔點高。例3碳元素可形成多種單質(zhì),其中石墨、金剛石的結(jié)構(gòu)及晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(2)硬度大的是

,試從結(jié)構(gòu)分析:

。金剛石石墨的硬度取決于分子間作用力,而金剛石的硬度取決于碳碳共價鍵[解析]石墨的硬度取決于分子間作用力,而金剛石的硬度取決于碳碳共價鍵,所以硬度大的是金剛石。[方法技巧]

建構(gòu)性質(zhì)比較(或解釋)類題的解題模板變式題(1)[2022·全國乙卷節(jié)選]鹵化物CsICl2受熱發(fā)生非氧化還原反應(yīng),生成無色晶體X和紅棕色液體Y。X為

。解釋X的熔點比Y高的原因:

。

[解析]CsICl2發(fā)生非氧化還原反應(yīng),各元素化合價不變,生成無色晶體和紅棕色液體,則無色晶體為CsCl,紅棕色液體為ICl,而CsCl為離子晶體,熔化時,克服的是離子鍵,ICl為分子晶體,熔化時,克服的是分子間作用力,因此CsCl的熔點比ICl高。CsClCsCl為離子晶體,ICl為分子晶體(2)四種晶體的熔點數(shù)據(jù)如下表:CF4和SiF4熔點相差較小,BF3和AlF3熔點相差較大,原因是

。

[解析]從物質(zhì)的熔點看,CF4、SiF4、BF3為分子晶體,AlF3為離子晶體。CF4和SiF4的相對分子質(zhì)量差異較小,分子間作用力相差較小。BF3熔化克服的是分子間作用力,AlF3熔化則需克服離子鍵。 CF4和SiF4都是分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,分子間作用力相差較小,所以熔點相差較小;BF3通過分子間作用力形成分子晶體,AlF3通過離子鍵形成離子晶體,破壞離子鍵需要能量多得多,所以熔點相差較大物質(zhì)CF4SiF4BF3AlF3熔點/℃-183-90-127>10001.以下有關(guān)元素性質(zhì)的說法不正確的是 (

)A.具有下列價層電子排布的原子中,①3s23p1,②3s23p2,③3s23p3,④3s23p4,電負性最大的是③B.某元素氣態(tài)基態(tài)原子的逐級電離能(kJ·mol-1)分別為738、1451、7733、10540、13630、17995、21703,當(dāng)它與氯氣反應(yīng)時可能生成的陽離子是X2+C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、Cl,元素的第一電離能隨原子序數(shù)增大而遞增的是④D.具有下列電子排布式的原子中,①1s22s22p63s23p2,②1s22s22p3,③1s22s22p2,④1s22s22p63s23p4,原子半徑最大的是①探究點一元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

[解析]①3s23p1符合該價層電子排布的為鋁元素,②3s23p2符合該價層電子排布的為硅元素,③3s23p3符合該價層電子排布的為磷元素,④3s23p4符合該價層電子排布的為硫元素;同一周期主族元素,從左到右,元素的電負性逐漸增大,因此電負性最大的是④,A錯誤。第三電離能遠大于第二電離能,所以是第ⅡA族元素,形成的陽離子是X2+,B正確。同一主族,從上到下,元素的第一電離能逐漸減弱,①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se均符合此規(guī)律,同一周期從左到右,元素的第一電離能總體上呈增大的趨勢,④Na、P、Cl符合此規(guī)律,C正確。①1s22s22p63s23p2符合該電子排布的為硅元素,②1s22s22p3符合該電子排布的為氮元素,③1s22s22p2符合該電子排布的為碳元素,④1s22s22p63s23p4符合該電子排布的為硫元素,同一周期主族元素從左到右,原子半徑逐漸減小,同一主族元素,從上到下原子半徑逐漸增大,因此原子半徑最大的為①,D正確。2.類推是一種重要的學(xué)習(xí)方法,但如果不具體問題具體分析就會得出錯誤結(jié)論。下列類推結(jié)論正確的是(

)A.SiH4的熔、沸點比CH4高,則PH3的熔、沸點比NH3高B.H2O比NH3穩(wěn)定,則H2S也比NH3穩(wěn)定C.F2在暗處遇H2即爆炸,I2在暗處遇H2也爆炸D.同族元素有Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2,Pb(OH)4的堿性也應(yīng)強于Sn(OH)4

[解析]由于NH3分子間存在氫鍵,導(dǎo)致PH3的熔、沸點比NH3的低,A錯誤;元素非金屬性越強,氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越強,因非金屬性:O>N,則H2O比NH3穩(wěn)定,而非金屬性:N>S,則NH3比H2S穩(wěn)定,B錯誤;同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱,能用元素周期律解釋F2在暗處遇H2即爆炸,但I2在暗處遇H2幾乎不反應(yīng),C錯誤;同一主族從上到下元素的金屬性逐漸增強,金屬性:Ca>Mg,則同族元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物Ca(OH)2的堿性強于Mg(OH)2的堿性,同理,金屬性:Pb>Sn,所以Pb(OH)4的堿性也應(yīng)強于Sn(OH)4的堿性,D正確。3.短周期元素m、n、p、q在元素周期表中的排序如圖所示,其中m的氣態(tài)氫化物與其最高價氧化物對應(yīng)的水化物能反應(yīng)。下列說法正確的是(

)A.第一電離能:m<nB.氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性:n<pC.簡單陰離子半徑:p>qD.最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性:p>q

[解析]m的氣態(tài)氫化物與其最高價氧化物對應(yīng)的水化物能反應(yīng),說明m為氮元素,則n為氧元素,p為硫元素,q為氯元素。O價層電子排布為2s22p4,N價層電子排布為2s22p3,2p能級半充滿穩(wěn)定,第一電離能大,m>n,A錯誤;同主族元素從上到下,非金屬性逐漸減弱,非金屬性越強,其氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定,則水的穩(wěn)定性強于硫化氫,B錯誤;硫離子和氯離子電子層結(jié)構(gòu)相同,核電荷數(shù)越大,離子半徑越小,故硫離子半徑大,C正確;元素的非金屬性越強,其最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性越強,非金屬性Cl>S,則高氯酸的酸性強于硫酸,D錯誤。4.(1)元素銅與鎳的第二電離能分別為I2(Cu)=1958kJ·mol-1、I2(Ni)=1753kJ·mol-1,I2(Cu)>I2(Ni)的原因是

。

(2)圖表示碳、硅和磷元素的四級電離能變化趨勢,其中表示磷的曲線是

(填字母)。

Cu的第二電離能失去的是全充滿的3d10電子,Ni的第二電離能失去的是4s1電子b[解析]

(2)C原子的價層電子排布為2s22p2,Si原子的價層電子排布為3s23p2,P原子的價層電子排布為3s23p3,由第一電離能規(guī)律可知,第一電離能:C>Si,P>Si,由于C的第一電離能失去2p電子,而P的第一電離能失去3p電子,則第一電離能:C>P>Si;當(dāng)P原子失去3個電子后,再失去的一個電子為比3p能級能量低的3s能級的電子,需要的能量較多,即第四電離能較大,故符合此情況的曲線為b。5.(1)已知兩種有機物的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:化合物CH3CH2NH2的沸點高于CH3CH2F的原因是

。

探究點二

分子性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系物質(zhì)CH3CH2FCH3CH2NH2相對分子質(zhì)量4845沸點/℃-37.716.6[解析]對于分子晶體,熔沸點的高低從分子間作用力來解釋,分子間的作用力包含范德華力和氫鍵,分子間氫鍵的存在會使分子間作用力增大,沸點升高,CH3CH2NH2可以形成分子間氫鍵,使分子間作用力增大,而CH3CH2F不能,所以CH3CH2NH2沸點高。

兩者均為分子晶體,CH3CH2NH2可以形成分子間氫鍵,使分子間作用力增大,而CH3CH2F不能(2)已知C2H5NH3NO3的熔點只有12℃,而NH4NO3的熔點為170℃,NH4NO3熔點高于C2H5NH3NO3的原因是

。

6.按要求回答下列問題:(1)HCHO分子的空間結(jié)構(gòu)為

形,它與H2加成后,加成產(chǎn)物的熔、沸點比CH4的熔、沸點高,其主要原因是(須指明加成產(chǎn)物是何物質(zhì))

。

(2)S位于周期表中第

族,該族元素氫化物中,H2Te比H2S沸點高的原因是

,H2O比H2Te沸點高的原因是

。

平面三角加成產(chǎn)物CH3OH分子之間能形成氫鍵ⅥA兩者均為分子晶體且結(jié)構(gòu)相似,H2Te相對分子質(zhì)量比H2S大,分子間作用力更強兩者均為分子晶體,H2O分子之間存在氫鍵7.如圖所示是過氧化氫(H2O2)分子的空間結(jié)構(gòu)示意圖。(1)寫出過氧化氫分子的電子式:

。

(2)下列關(guān)于過氧化氫的說法中正確的是

(填序號)。

①分子中有極性鍵

②分子中有非極性鍵③氧原子的軌道發(fā)生了sp2雜化

④O—O共價鍵是p-pσ鍵⑤分子是非極性分子(3)過氧化氫難溶于二硫化碳,主要原因是

;過氧化氫易溶于水,主要原因是

。

①② H2O2分子是極性分子,CS2分

子是非極性分子H2O2分子與H2O分子之間能形成氫鍵[解析]在H2O分子中,H—O是極性鍵,O—O是非極性鍵。由于H2O2分子具有圖中所示的空間結(jié)構(gòu),所以H2O2分子是極性分子。借助H2O分子中氧原子軌道雜化可知,H2O2分子中氧原子軌道雜化方式是sp3,所以O(shè)—O共價鍵不是p-pσ鍵。H2O2分子中的O—H決定了H2O2分子之間存在氫鍵。H2O2分子是極性分子,CS2分子是非極性分子,H2O2分子和CS2分子之間不能形成氫鍵,且H2O2和CS2不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),所以過氧化氫難溶于二硫化碳,可用“相似相溶”原理解釋。H2O2分子和H2O分子中都含有O—H,所以H2O2分子與H2O分子之間可形成氫鍵,氫鍵的形成能增大物質(zhì)的溶解度。8.

(1)已知苯酚()具有弱酸性,其K=1.1×10-10;水楊酸第一級電離形成的離子

能形成分子內(nèi)氫鍵,據(jù)此判斷,相同溫度下電離平衡常數(shù):K2(水楊酸)

(填“>”或“<”)K(苯酚),其原因是

。[解析]氧的電負性較大,則

中形成分子內(nèi)氫鍵,即O—H…O(或—COO-中雙鍵氧原子與羥基氫原子之間形成氫鍵),其大小介于化學(xué)鍵和范德華力之間,使—OH更難電離出H+,則水楊酸第二級電離常數(shù)小于苯酚的電離常數(shù)。<能形成分子內(nèi)氫鍵,使—OH更難電離出H+(2)化合物NH3的沸點比化合物CH4的高,其主要原因是

。

(3)H2O分子內(nèi)的O—H、分子間的范德華力和氫鍵從強到弱依次為

。

的沸點比

高,原因是

。

[解析](2)分子間氫鍵能使分子間作用力增大,使物質(zhì)的熔、沸點升高。(3)氫鍵弱于共價鍵而強于范德華力。對羥基苯甲醛形成分子間氫鍵,鄰羥基苯甲醛形成分子內(nèi)氫鍵。NH3分子間能形成氫鍵O—H>氫鍵>范德華力

形成分子內(nèi)氫鍵,而

形成分子間氫鍵,分子間氫鍵使分子間作用力增大,沸點升高9.

應(yīng)用原子力顯微(AFM)技術(shù)可對分子的電子云進行成像。應(yīng)用AFM技術(shù)對沉積于Cu表面的8-羥基喹啉()成像。探測到電子的區(qū)域呈淺色。部分有機物熔點如下表:物質(zhì)8-羥基喹啉7-羥基喹啉6-羥基喹啉熔點/℃75239195(1)8-羥基喹啉分子間可形成O—H…N氫鍵,其原因是

。

(2)8-羥基喹啉的熔點明顯低于7-羥基喹啉、6-羥基喹啉的熔點的原因是

。[解析](1)氮元素電負性大,能與氫原子形成氫鍵,所以8-羥基喹啉分子間可形成O—H…N氫鍵。(2)由于8-羥基喹啉能形成分子內(nèi)氫鍵,7-羥基喹啉、6-羥基喹啉可以形成分子間氫鍵,所以8-羥基喹啉的熔點明顯低于7-羥基喹啉、6-羥基喹啉的熔點。氮元素電負性大,能與氫原子形成氫鍵8-羥基喹啉能形成分子內(nèi)氫鍵,7-羥基喹啉、6-羥基喹啉可以形成分子間氫鍵物質(zhì)8-羥基喹啉7-羥基喹啉6-羥基喹啉熔點/℃75239195(3)①8-羥基喹啉與苯相似,除σ鍵外,還有

鍵,使C、N原子的性質(zhì)與普通的烷烴、烯烴、胺明顯不同。②實驗結(jié)果表明,8-羥基喹啉分子間除O—H…N氫鍵外,還存在

等氫鍵。

[解析]

①8-羥基喹啉與苯相似,除σ鍵外,還有大π鍵,使C、N原子的性質(zhì)與普通的烷烴、烯烴、胺明顯不同。②8-羥基喹啉分子間含有羥基,根據(jù)示意圖可判斷8-羥基喹啉分子間除O—H…N氫鍵外,還存在O—H…O、C—H…O、C—H…N等氫鍵。大πO—H…O、C—H…O、C—H…N10.下列各組物質(zhì)中,按熔點由低到高的順序排列正確的是(

)A.O2、I2、Hg B.CO、KCl、SiO2C.Na、K、Rb D.Na、Al、Mg

探究點三

晶體性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系[解析]Hg在常溫下為液態(tài),而I2為固態(tài),A錯誤;SiO2為共價晶體,其熔點最高,CO是分子晶體,其熔點最低,B正確;Na、K、Rb價電子數(shù)相同,其原子半徑依次增大,金屬鍵依次減弱,熔點逐漸降低,C錯誤;Na、Mg、Al價電子數(shù)依次增多,原子半徑逐漸減小,金屬鍵依次增強,熔點逐漸升高,D錯誤。11.

(1)氯化鋁的熔點為190℃,而氟化鋁的熔點為1290℃,導(dǎo)致這種差異的原因是

。

(2)CuO的熔點比CuS的高,原因是