高考化学三轮冲刺分层专题特训卷题型分类练4 (含解析)

题型四物质结构与性质(选修3)(A组)1．硼和氮的单质及其一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。回答下列问题：(1)基态B原子核外有________种运动状态不同的电子，B和N电负性较大的是________。(2)经测定发现，N2O5固体由NOeq\o\al(＋,2)和X两种离子组成，与X互为等电子体的微粒有________(写出一种)。(3)第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素间的元素有________种。(4)BF3和NF3的空间构型分别为________、________。(5)已知NH4F、NH4Br、NH4I热稳定性逐渐增强，原因是________________________。__________________。(6)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图1)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则此基本结构单元由________个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有________种不同类型。(7)硼和氮构成的一种氮化硼晶体的结构与石墨晶体结构类似，B、N原子相互交替排列(如图2)，其晶胞结构如图3所示。设每层B—N核间距为apm，层间距为bpm，则该氮化硼晶体的密度为________g·cm－3(用含a、b、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。答案：(1)5N(2)COeq\o\al(2－,3)或BF3(其他合理答案均可)(3)3(4)平面三角形三角锥形(5)NH4X(X为F－、Br－、I－)分解生成NH3和HX，F－、Br－、I－的离子半径依次增大，X越来越难夺取NHeq\o\al(＋,4)中的H形成HX，H—X键越来越难形成，从而NH4X越来越不容易分解，热稳定性越来越好(6)123(7)eq\f(2×11＋14,3\r(3)a2bNA×10－30)解析：(1)B原子核外有5个电子，所以有5种不同运动状态的电子；同一周期主族元素，从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：B<N。(2)根据电荷守恒和原子守恒得出X为NOeq\o\al(－,3)，与NOeq\o\al(－,3)互为等电子体的微粒有COeq\o\al(2－,3)、BF3等。(4)BF3中B原子形成3个σ键，孤电子对数为eq\f(3－1×3,2)＝0，BF3中B原子采取sp2杂化，BF3立体构型为平面三角形，而NF3中N原子形成3个σ键，孤电子对数为eq\f(5－1×3,2)＝1，N原子采取sp3杂化，NF3立体构型为三角锥形。(6)晶体硼的基本结构单元中所含硼原子数为12；根据定一移一的方法可知，该结构单元有3种不同类型。(7)根据图3可知一个晶胞中含有N原子数为2，B原子数为2，由图2和图3可知，晶胞底面积与图2中一个六边形面积相等，由题给数据知，一个六边形面积＝eq\f(3\r(3)a2,2)pm2＝eq\f(3\r(3)a2,2)×10－20cm2，则晶胞的体积为eq\f(3\r(3)a2,2)×10－20cm2×b×10－10cm×2＝3eq\r(3)a2b×10－30cm3，故密度ρ＝eq\f(2×11＋14,3\r(3)a2bNA×10－30)g·cm－3。2．五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和六水硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]都是重要的化工原料，用途十分广泛。请回答下列问题：(1)基态铁原子的核外电子排布式为________________；基态铜原子的电子占据的最高能层符号为______________________________________________________。(2)氧元素的第一电离能小于氮元素，其原因是______________________________。(3)SOeq\o\al(2－,4)、H2O、NHeq\o\al(＋,4)三种微粒中，空间构型为正四面体的是____________；NHeq\o\al(＋,4)中氮原子的杂化轨道类型是____________。(4)写出与SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体的分子的化学式：________(写一种)。(5)Cu与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体，在该晶胞中Cu原子处于面心，该晶体具有储氢功能，氢原子可进入Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中，储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构(如图)相似，该晶体储氢后的化学式为________，若该晶体的密度为ρg·cm3，则晶胞中Cu原子与Au原子中心的最短距离d＝________cm(NA表示阿伏加德罗常数的值)。答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2N(2)氮原子的2p轨道处于较稳定的半充满状态，不容易失去一个电子，故第一电离能比氧元素大(3)SOeq\o\al(2－,4)、NHeq\o\al(＋,4)sp3杂化(4)SiCl4或CCl4(写一种，其他合理答案也可)(5)H4Cu3Aueq\f(\r(2),2)·eq\r(3,\f(393,ρNA))解析：(1)基态铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；基态铜原子的电子占据的最高能层符号为N。(2)氮原子的2p轨道处于较稳定的半充满状态，不容易失去一个电子，故第一电离能比氧元素大。(3)SOeq\o\al(2－,4)和NHeq\o\al(＋,4)的空间构型为正四面体；NHeq\o\al(＋,4)中氮原子杂化轨道类型为sp3杂化。(4)与SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体的分子是CCl4或SiCl4。(5)Cu与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体，在该晶胞中Cu原子处于面心，该晶体具有储氢功能，氢原子可进入Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中，储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构相似，一个晶胞中有3个Cu原子，Au原子处于顶点，一个晶胞中有1个Au原子，有4个H原子，该晶体储氢后的化学式为H4Cu3Au；该晶体的密度为ρg·cm3，则晶胞的边长为eq\r(3,\f(393,ρNA))cm，Cu原子与Au原子中心的最短距离为面对角线的一半，则d＝eq\f(\r(2),2)·eq\r(3,\f(393,ρNA))cm。3．科学家成功合成了新型抗肿瘤铂(Ⅳ)类化合物Pt(HPxSC)Cl3，请回答下列问题：(1)基态磷原子价电子排布图为________。(2)在元素周期表中，铂元素与铁元素同族，则铂元素位于________。A．s区B．p区C．d区D．ds区E．f区(3)磷、硫、氯的第一电离能由小到大的顺序为________________(填元素符号)。(4)与S同族的相邻元素氢化物沸点最高的为________(填化学式)，其原因为__________________________。(5)Pt2＋还能与吡啶()、Cl－结合形成二氯二吡啶合铂(Ⅱ)。①吡啶分子中，氮原子的轨道杂化方式为________。②二氯二吡啶合铂(Ⅱ)分子中存在的微粒间作用力有________(填字母)。a．离子键b．配位键c．金属键d．非极性键e．氢键(6)铂(Pt)单质晶体中原子的堆积方式如图所示，由图可知，晶体铂的堆积方式为________________，一个晶胞中含有________个铂原子，距离每个铂原子最近且等距离的铂原子有________个。答案：(1)(2)C(3)S<P<Cl(4)H2OH2O分子间形成氢键(5)①sp2②bd(6)面心立方(最)密堆积412解析：(1)磷元素为15号元素，最外层为5个电子，价电子排布图为。(2)铁的价电子排布为3d64s2，位于d区，铂也位于d区。(3)根据元素周期律，S、P、Cl三种元素在同一周期，但是P的最外层处于半充满状态，故按照S<P<Cl的顺序第一电离能增加。(4)同族的相邻元素氢化物沸点最高的是H2O，因为H2O中可以形成分子间氢键，造成H2O的沸点最高。(5)①通过结构可知吡啶中的N与两个C以σ键相连同时还有一个大π键，剩余一对孤电子对，所以N原子是sp2杂化。②二氯二吡啶合铂(Ⅱ)分子中，中心离子是铂(Ⅱ)，配体是氯和吡啶，所以有配位键和非极性键，故选bd。(6)由图象可知，为面心立方(最)密堆积，每个面心各有一个原子，八个顶点各有一个，6×1/2＋8×1/8＝4，所以一个晶胞有4个铂原子，距离每个铂原子最近且等距离的铂原子有12个。4．75号元素铼，熔点仅次于钨，是制造航空发动机的必需元素。地壳中铼的含量极低，多伴生于钼、铜、锌、铅等矿物中。回答下列问题：(1)锰与铼处于同一族，锰原子价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为________________，它处于周期表的________区。(2)与铼伴生的铜能形成多种配合物。如：醋酸二氨合铜(Ⅰ)[Cu(NH3)2]Ac可用于吸收合成氨中对催化剂有害的CO气体：[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO(Ac表示醋酸根离子)。①与铜离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是________________。②配位体NH3中N原子的杂化类型为________，1mol配离子[Cu(NH3)2]＋中含有σ键的数目为________。③写出与CO互为等电子体的一种离子的化学式：____________________。(3)金属铼的熔点高于锰，试从原子结构的角度加以解释：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)三氧化铼为立方晶胞，晶胞参数为3.74A(1A＝10－10m)，铼原子占据顶点，氧原子占据所有棱心。则铼原子的配位数为____________，三氧化铼的密度为____________g/cm3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，写计算式即可)。答案：(1)(2)①具有孤电子对(或孤对电子)②sp38NA③CN－或Ceq\o\al(2－,2)或NO＋(写一种即可)(3)从锰到铼原子序数增大，核对外层电子引力增大，电子层数增多，核对外层电子引力减小，但前者占主导，所以铼中的金属键更强，熔点更高(4)6eq\f(234,3.74×10－83×NA)解析：(1)锰为25号元素，位于第四周期第ⅦB族，价层电子排布式为3d54s2，价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为处于周期表的d区。(2)①与铜离子形成配合物的分子或离子应具有孤电子对(或孤对电子)，和铜离子形成配位键；②配位体NH3中，N原子形成三个σ键，有一对孤电子，杂化类型为sp3；1个[Cu(NH3)2]＋中含有6个σ键，2个配位键，配位键也是σ键，1mol配离子[Cu(NH3)2]＋中含有σ键的数目为8NA；③等电子体为具有相同的原子数和价电子数的分子或离子，与CO互为等电子体的一种离子的化学式为CN－或Ceq\o\al(2－,2)或NO＋。(3)从猛到铼原子序数增大，核对外层电子引力增大，电子层数增多，核对外层电子引力减小，但前者占主导，所以铼中的金属键更强，熔点更高。(4)三氧化铼为立方晶胞，铼原子占据顶点，氧原子占据所有棱心，根据均摊法可知铼原子的配位数为6,1mol晶胞中含1mol三氧化铼，根据ρ·V·NA＝N·M，可求出密度为eq\f(234,3.74×10－83×NA)g/cm3。(B组)5．氮、氧、硫、磷是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题：(1)SO2分子的VSEPR模型名称是________。(2)N、O、P三种元素第一电离能由大到小的顺序是________。(3)气态氢化物氨(NH3)和膦(PH3)的键角较大的是(填化学式)________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)SCN－中C原子的杂化类型为________杂化，1molSCN－中含π键的数目为________NA。(5)晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞结构如图所示，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))；D为(1,1,1)。则C的原子坐标参数为________。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。P原子与B原子的最近距离为acm，则磷化硼晶胞的边长为________cm。(用含a的代数式表示)答案：(1)平面三角形(2)N>O>P(3)NH3电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间排斥力较大(4)sp2(5)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))②eq\f(4\r(3),3)a解析：(1)SO2分子中S的价层电子对数＝2＋1＝3，故其VSEPR模型为平面三角形。(2)P原子比N、O原子多一个电子层，第一电离能最小，氮元素2p能级处于半充满状态，第一电离能：N>O，故第一电离能由大到小的顺序为：N>O>P。(3)由于电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子N，成键电子对间排斥力较大，故NH3键角较大。(4)SCN－的中心原子为C，按照价层电子对互斥理论可知，C的孤电子对数为0，成键电子对数为2，即中心原子C采取sp杂化；由SCN－与CO2互为等电子体知，SCN－的电子式为[:eq\o(S,\s\up6(··))::C::eq\o(N,\s\up6(··)):]－，故1molSCN－中含2molπ键。(5)①根据图示中A、B的原子坐标参数可确定C的原子坐标参数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))。②P原子与B原子的最近距离为晶胞体对角线长的eq\f(1,4)，为acm，则晶胞体对角线长为4acm，故磷化硼晶胞的边长为eq\f(4a,\r(3))cm＝eq\f(4\r(3),3)acm。6．C、N、O、Si、P、Ge、As及其化合物在科研和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：(1)基态氮原子核外电子占据的原子轨道数目为________。(2)图1表示碳、硅和磷三种元素的四级电离能变化趋势，其中表示磷的曲线是________(填标号)。(3)NH3的沸点比PH3高，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据等电子原理，NO＋电子式为________。(5)Na3AsO4中AsOeq\o\al(3－,4)的空间构型为________，As4O6的分子结构如图2所示，则在该化合物中As的杂化方式是________。(6)锗的某种氧化物晶胞结构如图3所示，该物质的化学式为________。已知该晶体密度为7.4g/cm3，晶胞边长为4.31×10－10m。则锗的相对原子质量为________(保留小数点后一位)。(已知：O的相对原子质量为16,4.313＝80，NA＝6.02×1023mol－1)答案：(1)5(2)b(3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力(4)[:N⋮⋮O:]＋(5)正四面体sp3(6)GeO73.1解析：(1)N为7号元素，基态氮原子核外电子排布式为1s22s22p3，占据5个原子轨道。(2)同主族自上而下第一电离能减小，P元素3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，故Si的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c为Si，P原子第四电离能为失去4s2能级中1个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大，可知b为P、a为C。(3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力，因此NH3的沸点比PH3高。(4)根据等电子原理，NO＋与CO互为等电子体，电子式为[:N⋮⋮O:]＋。(5)AsOeq\o\al(3－,4)中As与周围4个O原子相连，采用sp3杂化，空间构型为正四面体，根据As4O6的分子结构图，As与周围3个O原子相连，含有1个孤电子对，采用sp3杂化。(6)晶胞中Ge原子数目为4，O原子数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则化学式为GeO。设锗的相对原子质量为M，则该晶胞质量为eq\f(4×M＋16,6.02×1023)g＝7.4g/cm3×(4.31×10－8cm)3，解得M＝73.1。7．2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者均为中国科大10级少年班曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲)，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。(2)图乙中，1号C的杂化方式是____________________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)我国制墨工艺是将50nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。(5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为________。(6)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图丁所示)的水合物晶体，其相关参数如表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________。②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图丁中笼状结构的空腔直径为0.586nm，结合图表从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/(kJ·mol－1)CH40.43616.40CO20.51229.91答案：(1)3(2)sp3<(3)氧化石墨烯可与水形成氢键(4)12M3C60(5)eq\f(\r(3)π,16)×100%(或34%)(6)①氢键、范德华力②CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与水的结合能大于CH4与水的结合能解析：(1)题图甲中，1号C与相邻3个碳原子成键，σ键的个数为3。(2)题图乙中，1号C与3个C、1个—OH成键，无孤电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3。题图乙中1号C与相邻C形成的键角约为109°28′，而题图甲中1号C为sp2杂化，1号C与相邻C形成的键角为120°，故题图乙中1号C与相邻C形成的键角<题图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)氧化石墨烯中含有羟基、羧基，能与水形成氢键，因此氧化石墨烯溶于水得到的分散系更稳定。(4)该晶胞中，12个M在晶胞的棱心，9个M在晶胞内部，M的个数为12×eq\f(1,4)＋9＝12，而6个C60在晶胞面心，8个C60在晶胞的顶点，C60的个数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4，M和C60的个数比为12:4＝3:1，故该材料的化学式为M3C60。(5)金刚石的晶胞结构中碳原子位于立方体的顶点(8个)、面心(6个)及内部(4个)，将立方体切割成8个小立方体，在其中4个互不相邻的小立方体体心各有1个碳原子。根据硬球接触模型，立方体体对角线长度的eq\f(1,4)就是C—C键的键长，晶胞立方体体对角线长度为eq\r(3)a，所以eq\f(1,4)×eq\r(3)a＝2r，所以r＝eq\f(\r(3),8)a。碳原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，晶胞的体积为a3，碳原子的体积为8×eq\f(4,3)πr3，空间占有率为eq\f(8×\f(4,3)πr3,a3)×100%＝eq\f(\r(3)π,16)×100%＝34%。(6)①可燃冰为甲烷的水合物，甲烷和甲烷间、甲烷和水分子间为范德华力，水分子间为氢键。②根据题表中提供的数据可知，CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与H2O的结合能大于CH4与H2O的结合能，因此科学家提出用CO2置换CH4的设想。8．钛及其化合物的应用正越来越受到人们的关注。(1)基态Ti原子核外电子排布的最高能级的符号是________。与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。(2)钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是________________________________。(3)TiCl4是氯化法制取钛的中间产物。TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，分子结构相同。采用蒸馏的方法分离SiCl4和TiCl4的混合物，先获得的馏分是________(填化学式)。(4)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，其结构如图所示。①组成该物质的元素中，电负性最大的是________(填元素名称)。②M中，碳原子的杂化形式有________种。③M中，不含________(填标号)。a．π键b．σ键c．配位键d．氢键e．离子键(5)金红石(TiO2