高中化学苏教版物质结构与性质微粒间作用力与物质的性质 全国公开课

模块复习课2微粒间作用力与物质性质典题训练·知能夯实区【真题体验练】1.(2023·山东高考节选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,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(图乙)。(1)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有(填元素符号)。(2)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原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为,该材料的化学式为。【解析】(1)氧化石墨烯中“—OH”的O可与H2O中的H形成氢键、氧化石墨烯中“—OH”的H可与H2O中的O形成氢键,氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有O、H。(2)利用“均摊法”可知该晶胞棱上12个M完全属于该晶胞的M为12QUOTE14=3,位于晶胞内的9个M完全属于该晶胞,故该晶胞中M原子的个数为12;该晶胞中含有C60的个数为8QUOTE18+6QUOTE12=4,因此该晶胞的化学式为M3C60。答案:(1)O、H(2)12M3C2.(2023·新课标全国卷Ⅱ节选)元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族,e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。回答下列问题:(1)a和其他元素形成的二元共价化合物中,分子呈三角锥型,该分子的中心原子的杂化方式为;分子中既含有极性共价键,又含有非极性共价键的化合物是(填化学式,写出两种)。(2)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1,则e离子的电荷为。(3)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构;阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中,阴离子为,阳离子中存在的化学键类型有;该化合物加热时首先失去的组分是,判断理由是。【解析】a的核外电子总数与其周期数相同,则a为氢;b的价电子层中的未成对电子有3个,则b为氮;c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,则c为氧;d与c同主族,d为硫;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子,其电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1,为铜元素。(1)根据题意应该是形成氨气,氨气中氮原子为sp3杂化,分子中既有非极性键又有极性键的二元化合物有H2O2、N2H4、C2H6等;(2)晶胞中氧离子个数为1+8QUOTE18=2;铜离子的个数为4,因此该晶体为氧化亚铜,其中铜离子为+1价;(3)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构,则阴离子为硫酸根,根据阳离子的结构图可以知道该阳离子中含有一个铜离子,四个氨分子,两个水分子,因此该物质的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4,阳离子中存在配位键和共价键,该化合物加热时首先失去水,原因是铜离子与水所形成的配位键要比与氨气所形成的配位键弱。答案:(1)sp3H2O2、N2H4(合理即可)(2)+1(3)SO42-共价键和配位键H2OH2O与Cu2+的配位键比NH3与Cu3.(2023·新课标全国卷Ⅰ节选)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题:(1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有个铜原子。(3)铝单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=nm,晶胞中铝原子的配位数为。列式表示铝单质的密度g·cm-3(不必计算出结果)。【解析】(1)利用X-射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。(2)该晶胞中含氧原子数为QUOTE188+QUOTE126+4=8,则该晶胞中含铜原子数目是氧原子的2倍,即16个。(3)面心立方堆积晶体中,原子的配位数为12;该晶胞中含有铝原子数目为QUOTE188+QUOTE126=4,根据3ρ=274NA,解得ρ=4×276.02×1023×(0.405×10-7答案:(1)X-射线衍射(2)16(3)124【真题备选】1.(2023·福建高考)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。(1)基态硼原子的电子排布式为。(2)关于这两种晶体的说法,正确的是(填序号)。a.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软c.两种晶体中的B—N键均为共价键d.两种晶体均为分子晶体(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为,其结构与石墨相似却不导电,原因是。【解析】(1)硼元素位于元素周期表第2周期第ⅢA族,所以基态硼原子的电子排布式为1s22s22p1。(2)根据六方相氮化硼和立方相氮化硼晶体的结构示意图和信息,结合金刚石和石墨的结构,确定六方相氮化硼晶体类似于石墨晶体;立方相氮化硼晶体类似于金刚石晶体;因此二者晶体原子之间均通过共价键相连,而六方相氮化硼晶体层与层之间依靠范德华力即分子间作用力相连,作用力小,质软。(3)六方相氮化硼晶体类似于石墨晶体,其晶体层内一个硼原子与相邻三个氮原子成键,空间构型为平面三角形结构;而石墨晶体中层内一个碳原子与相邻三个碳原子成键,还有一个电子在层内自由移动,层内可以导电;而氮化硼形成三个共价键后,硼元素的原子最外层电子全部参与成键,没有自由移动的电子,不导电。答案:(1)1s22s22p1(2)b、c(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子2.(2023·四川高考节选)X、Y、Z、R为前四周期元素,且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体;X与氢元素可形成XH3;Z基态原子的M层与K层电子数相等;R2+的3d轨道中有9个电子。请回答:Z与某元素形成的化合物的晶胞如图所示,晶胞中阴离子与阳离子的个数比是。【解析】根据晶胞结构可知,阳离子在8个顶点和体心位置,因此晶胞中阳离子个数为1+81/8=2,阴离子在上下面各2个,晶胞内部2个,则阴离子个数=41/2+2=4,因此晶胞中阴离子与阳离子的个数比为2∶1。答案:2∶13.(2023·大纲全国卷节选)原子序数依次增大的短周期元素a、b、c、d和e中,a的最外层电子数为其周期数的二倍;b和d的A2B型氢化物均为V形分子,c的+1价离子比e的-1价离子少8个电子。回答下列问题:(1)这些元素的单质或由它们形成的AB型化合物中,其晶体类型属于原子晶体的是,离子晶体的是,金属晶体的是,分子晶体的是;(每空填一种)(2)元素a和b形成的一种化合物与c和b形成的一种化合物发生的反应常用于防毒面具中,该反应的化学方程式为。【解析】a的最外层电子数为其周期数的二倍,短周期元素中有碳()、硫(),若为硫则后面四种元素不能满足短周期元素要求,所以a是碳;短周期元素形成A2B型氢化物为V形分子的为氧和硫,则b为氧,d为硫;c的+1价离子比e的-1价离子少8个电子,则c为钠,e为氯。(1)这些元素的单质属于原子晶体的是金刚石,O2、Cl2等为分子晶体,钠为金属晶体,AB型化合物有NaCl、CO,NaCl为离子晶体,CO为分子晶体。(2)a(碳)和b(氧)形成的CO2可与c(钠)和b(氧)形成的Na2O2发生反应:2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2。答案:(1)金刚石NaClNaCO(或O2或Cl2等)(2)2CO2+2Na2O22Na2CO3+O24.(2023·江苏高考节选)元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。①在1个晶胞中,X离子的数目为。②该化合物的化学式为。【解析】元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2,显然是锌。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子,即硫。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍,为氧。①在1个晶胞中,锌离子的数目为81/8+61/2=4。②硫离子的数目也为4,化合物的化学式为ZnS。答案:①4②ZnS5.(2023·新课标全国卷节选)ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示,其晶胞边长为pm,密度为g·cm-3(列式并计算),a位置S2-与b位置Zn2+之间的距离为pm(列式表示)。【解析】在此晶胞中Zn2+个数为4个、S2-个数为QUOTE188+QUOTE126=4个,所以1mol晶胞的质量为(65+32)4=388(g),一个晶胞的质量为388g·mol-16.02×1023mol-1,一个晶胞的体积为V=(54010-10cm)3,根据ρ=mV即可计算;如图所示,b点(Zn2+)在由A、H、C、D四点构成的正四面体的中心,所以∠ABH=109°28'。连接AH、EH,求得AH=2702pm,作BG垂直于AH,GH=QUOTE12AH=1352pm,∠GBH=QUOTE12答案:4×(65+32)g·mo1352【检测强化练】1.(双选)(2023·苏州高二检测)下列有关性质的比较中,不正确的是()A.金属熔点:Na<Mg<AlB.晶格能:NaBr>NaCl>MgOC.键的极性:N—H<O—H<F—HD.熔点:>【解析】选B、D。B选项中离子半径越小、离子电荷数越多,晶格能越大,所以晶格能顺序为NaBr<NaCl<MgO,D选项中,邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键,而对羟基苯甲酸能形成分子间氢键,所以对羟基苯甲酸的分子间作用力大,熔、沸点高。2.(2023·六安高二检测)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径:Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。下列说法中,正确的是()、M两种元素只能形成X2MB.由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂【解析】选D。本题的突破口在Y上,短周期元素形成的单质中,熔点高、硬度大的半导体材料是硅,由此可推知X、Z、W、M分别是钠、硫、氯和氧元素。A项,钠元素和氧元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物,不正确;B项,因H2O分子间存在氢键,其相对分子质量最小,沸点却最高,不正确;C项,硅单质是原子晶体,硫单质和氯气是分子晶体,不正确;D项,氯气和臭氧都可以用作水处理中的消毒剂,正确。3.(2023·郑州高二检测)如图表示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分:(1)代表金刚石的是(填编号字母,下同),其中每个碳原子与个碳原子最接近且距离相等,金刚石属于晶体。(2)代表石墨的是,每个正六边形占有的碳原子数平均为个。(3)代表NaCl的是,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有个。(4)代表干冰的是,它属于晶体,每个CO2分子与个CO2分子紧邻。【解析】根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体是简单立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,但观察Na+与最近距离且等距离的Na+数时要抛开Cl-,从空间结构上看是12个Na+,即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。干冰也是立方体结构,但在立方体每个正方形面的中央都有一个CO2分子,称为面心立方。实际上各面中央的CO2分子也组成立方结构,所以每个CO2分子在三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个CO2分子,共12个CO2分子。金刚石的基本单元是正四面体,每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成,每个碳原子紧邻另外3个碳原子,即每个六边形占有1个碳原子的1/3,所以每个六边形占有的碳原子数是61/3=2个。答案:(1)D4原子(2)E2(3)A12(4)B分子124.(2023·太原高二检测)已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前四周期的元素,它们的核电荷数A<B<C<D<E。B原子的p轨道半充满,形成的氢化物的沸点是同主族元素的氢化物中最低的。D原子得到一个电子后3p轨道全充满。A+比D原子形成的离子少一个电子层。C与A形成A2C(1)A、B、C、D的第一电离能由小到大的顺序为。(2)C