2020高考化学非选择题专项训练：物质结构与性质(选修)

非选择题专项训练：物质结构与性质(选修)1.碳、硅两元素广泛存在于自然界中。请回答下列问题:(1)基态14C原子的核外存在

对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为

。(2)晶体硅的结构与金刚石非常相似。晶体硅中硅原子的杂化方式为

杂化;金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)的熔点由高到低的顺序为

。

(3)科学研究结果表明,碳的氧化物CO2能够与H2O借助于太阳能制备HCOOH。其反应原理如下:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,则生成的HCOOH分子中σ键和π键的个数比是

。

(4)碳单质有多种形式,其中C60、石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:①C60、石墨烯与金刚石互为

。

②C60形成的晶体是分子晶体,C60分子中含有12个五边形和20个六边形,碳与碳之间既有单键又有双键,已知C60分子所含的双键数为30,则C60分子中有

个C—C键(多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2)。在石墨烯晶体中,每个C原子连接

个六元环;在金刚石晶体中,每个C原子连接的最小环也为六元环,六元环中最多有

个C原子在同一平面。

③金刚石晶胞含有

个碳原子。若碳原子的半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则r=

a,碳原子在晶胞中的空间占有率为

(不要求计算结果)。

答案:(1)21s22s22p63s23p2(2)sp3金刚石>金刚砂>晶体硅(3)4∶1(4)①同素异形体②6034③8解析:(1)14C原子核外的电子排布式为1s22s22p2,两个s轨道上分别有2个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个p电子分居在两个轨道上;硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2。(2)晶体硅的每个原子均形成了四个Si—Si键,所以硅原子采用sp3杂化;金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)三种晶体的结构相似,均为原子晶体,根据键长可以判断三种晶体的熔点由高到低的顺序为:金刚石>金刚砂>晶体硅。(3)HCOOH分子中有1个σC—H键、1个σO—H键、2个σC—O键和1个πC—O键,即σ键和π键的个数比是4∶1。(4)①C60、石墨烯与金刚石为不同结构的碳单质,三者互为同素异形体。②已知C60的顶点数为60,面数为32,由欧拉定理计算键数(即棱边数):60+(12+20)-2=90,已知该分子中含双键30个,C60分子中的单键数为:90-30=60。在石墨烯晶体中,每个C原子连接3个六元环。由金刚石的晶体结构图可以看出,六元环中最多有4个C原子在同一平面。③由金刚石的晶胞结构可看出,碳原子位于晶胞的顶点、面心和体内,故晶胞中含有的碳原子数目为×8+×6+4=8。根据硬球接触模型可知,在立方体的对角线上碳原子紧密接触,故8r=a,则r=a,8个碳原子的体积为8×πr3=8×π×(a)3=,故原子利用率为。2.开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。(1)Ti(BH4)3是一种储氢材料,可由TiCl4和LiBH4反应制得。①基态Ti3+的未成对电子有

个。

②LiBH4由Li+和B构成,B呈四面体构型,LiBH4中不存在的作用力有

(填标号)。

A.离子键

B.共价键C.金属键

D.配位键③Li、B、H元素的电负性由大到小排列顺序为

。

(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为

。

答案:(1)①1②C③H>B>Li(2)LaNi5解析:(1)①基态Ti3+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1,其未成对电子数是1;②Li+和B之间存在离子键,硼原子和氢原子之间存在共价键、配位键,所以该化合物中不含金属键,故选C;③非金属性越强其电负性越大,非金属性最强的是H,其次是B,最小的是Li,所以Li、B、H的电负性由大到小排列顺序为H>B>Li。(2)La的原子个数=×8=1,Ni的原子个数=8×+1=5,所以该合金的化学式为LaNi5。3.H、C、N、O都属于自然界中常见的非金属元素。(1)O、C、N三种元素中第一电离能最大的元素的基态原子的电子排布式为

。

(2)与N2互为等电子体,的电子式可表示为

,中σ键数目和π键数目之比为

。

(3)乙二胺(结构简式为H2N—CH2—CH2—NH2)分子中的碳原子的杂化轨道类型为

,Cu2+与乙二胺可形成配离子,该配离子中含有的化学键类型有

(填字母)。

A.配位键

B.极性键C.离子键

D.非极性键(4)CO和N2的键能数据如下表所示(单位:kJ·mol-1):物质化学键A—B(A)AB(A)A≡B(A)CO357.7798.91071.9N2154.8418.4941.7结合数据说明CO比N2活泼的原因:

。

(5)C、N元素形成的新材料的晶胞具有如图所示结构,该晶体硬度超过目前世界上最硬的金刚石,成为超硬新材料,若晶胞边长为acm,则该晶体的密度是

g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏加德罗常数的值为NA)。

答案:(1)1s22s22p3(2)[∶O︙︙O∶]2+1∶2(3)sp3ABD(4)虽然C≡O键的键能高达1071.9kJ·mol-1,比N≡N键的键能大,但是断裂1molCO分子中第一个π键需要的能量只有273.0kJ,而断裂1molN2分子中第一个π键需要的能量是523.3kJ,CO的第一个π键更易断裂(5)解析:(1)由于氮原子2p轨道上的电子处于半充满状态,失去1个电子需要较高能量,所以第一电离能在O、C、N三种元素中最大,C的原子半径大于O的,失去1个电子所需能量低于O失去1个电子所需能量,故第一电离能大小顺序为C<O<N,基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3。(2)由于与N2互为等电子体,其结构相似,故根据N2分子的电子式可推写出的电子式为[∶O︙︙O∶]2+,该离子中存在1个三键,所以含有1个σ键和2个π键,二者的数目之比为1∶2。(3)H2N—CH2—CH2—NH2分子中的碳原子的杂化轨道类型类似于CH4分子中的碳原子的,为sp3杂化。根据配离子的结构,Cu2+与氮原子以配位键结合,碳原子之间以非极性键结合,N与C、N与H、C与H原子间以极性键结合。(4)N2、CO参与反应时,首先要断裂化学键,在CO分子中断裂1mol第一个π键需要的能量=1071.9kJ-798.9kJ=273.0kJ,在N2分子中断裂1mol第一个π键需要的能量=941.7kJ-418.4kJ=523.3kJ,可见CO的第一个π键更易断裂,其活泼性也比N2的强。(5)根据“均摊法”可知,每个晶胞中含有碳原子数=8×+4×=3,氮原子全部位于晶胞内部,其数目为4,故其化学式为C3N4。1个晶胞的质量为g,体积为a3cm3,因此该晶体的密度=g·cm-3。4.由Cu、N、B、Ni等元素组成的新型材料有着广泛用途。(1)基态Cu+的最外层核外电子排布式为

。

(2)研究者预想合成一个纯粹由氮组成的新物种,若N5+中每个氮原子均满足8电子结构,以下有关N5+推测正确的是

。

A.有24个电子B.中存在三对未成键的电子对C.中存在两个氮氮三键(3)化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料,它可由六元环状化合物(HBNH)3通过3CH4+2(HBNH)3+6H2O3CO2+6H3BNH3制得。①与上述化学方程式有关的叙述不正确的是

(填标号)。

A.反应前后碳原子的轨道杂化类型不变B.CH4、H2O、CO2分子立体构型分别是:正四面体形、V形、直线形C.第一电离能:N>O>C>BD.化合物A中存在配位键②1个(HBNH)3分子中有

个σ键。

(4)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。图(a)是一种链状结构的多硼酸根,则多硼酸根离子符号为

。图(b)是硼砂晶体中阴离子的环状结构,其中硼原子采取的杂化类型为

。答案:(1)3s23p63d10(2)C(3)①A②12(4)[BO2(或B)sp2、sp3解析:(1)Cu是29号元素。基态Cu+的核外有28个电子,轨道处于全空、全满或半满时较稳定,故最外层电子排布式为3s23p63d10。(2)中有34个电子,A项错;中每个氮原子均满足8电子结构,则每个氮原子要形成3个共用电子对,每个氮原子还剩下1对孤电子对,那么未成键的电子对为5对,B项错;中存在两个氮氮三键,C项对。(3)①CH4是sp3杂化,CO2中的碳原子的轨道杂化类型是sp杂化,轨道杂化方式改变,A项错;CH4、H2O、CO2分子立体构型分别是:正四面体形、V形、直线形,B项对;非金属性越强,第一电离能越大。但是由于氮原子的最外层p轨道处于半充满的稳定状态,所以其第一电离能比氧元素的还大,故第一电离能大小为N>O>C>B,C项对;在化合物A中氮原子上存在配位键,D项对;②根据(HBNH)3的分子结构是六元环,共9个单键、3个双键,故1个(HBNH)3分子中有12个σ键。(4)由图(a)可知多硼酸根离子符号为