2023版高考化学一轮总复习第十二章物质结构与性质章末检测

PAGEPAGE2第十二章物质结构与性质1．(2022·全国Ⅱ卷)(15分)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。答复以下问题：(1)b、c、d中第一电离能最大的是________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为________________。(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，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)。(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是_____________；酸根呈三角锥结构的酸是__________(填化学式)。(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，那么e离子的电荷为________。(5)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)。图1图2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，那么a为氢；b的价电子层中的未成对电子有3个，那么b为氮；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，那么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)同一周期的元素第一电离能从左往右逐渐增大，但是氮元素的2p轨道因为是半满的，因此其第一电离能反常得高，同一主族的元素从上到下第一电离能逐渐减小，因此三者电离能大小为N>O>S；铜的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，因此其价层电子轨道示意图为(2)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；(3)符合题意的酸是HNO2、HNO3；酸根为三角锥形的酸是H2SO3；(4)C是氧元素，e是铜元素，根据氧元素和铜元素形成的晶胞结构来看，1个晶胞中氧原子有1＋8×eq\f(1,8)＝2；铜原子的个数为4，因此该晶体为氧化亚铜，其中铜原子为＋1价；(5)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，那么阴离子为硫酸根，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)N(2)sp3H2O2、N2H4(合理即可)(3)HNO2、HNO3H2SO3(4)＋1(5)SOeq\o\al(2－,4)共价键和配位键H2OH2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱2．(12分)A、B、C、D、E代表五种常见元素，它们的核电荷数依次增大。其中A的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，B是地壳中含量最多的元素，C是短周期中最活泼的金属元素，D与C可形成CD型离子化合物，元素E的基态原子的3d轨道上有2个电子。请答复以下问题：(1)E的基态原子价层电子排布式为____________________。(2)AB2分子中，中心原子A采取________杂化；1个AB2分子中，含有________个π键和________个σ键。(3)AB2形成的晶体的熔点________(填“高于〞或“低于〞)CD形成的晶体的熔点，原因是_________________________________________________________________________________________。(4)D元素的基态原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________。(5)如图为C、D形成的化合物的晶胞结构图，那么该晶胞中含有的阴、阳离子的个数分别是______________、______________。解析：A的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，那么A为C(碳)；B是地壳中含量最多的元素，那么B为O；C是短周期中最活泼的金属元素，那么C为Na；D与C可形成CD型离子化合物，且A、B、C、D、E的核电荷数依次增大，那么D为Cl；元素E的基态原子3d轨道上有2个电子，那么E为Ti。(1)Ti的基态原子价层电子排布式为3d24s2。(2)CO2分子的中心原子C采取sp杂化，1个CO2分子中含有2个π键和2个σ键。(3)CO2形成的晶体为分子晶体，NaCl形成的晶体为离子晶体，通常情况下，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点。(4)Cl的基态原子中，能量最高的能层是第三电子层，符号为M，该能层有9个原子轨道。(5)由晶胞结构可知，Na＋为黑球，Cl－为白球，该晶胞中含有的Na＋数为1＋12×eq\f(1,4)＝4；Cl－数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。答案：(1)3d24s2(2)sp22(3)低于CO2形成的晶体为分子晶体，NaCl形成的晶体为离子晶体，通常情况下，离子晶体的熔点高于分子晶体(4)M9(5)443．(2022·广州一模)(12分)[化学——选修3：物质结构与性质]铁及其化合物在生产生活及科研中应用广泛。(1)聚合硫酸铁的化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3－eq\f(n,2)]m，是常用的水处理剂。基态铁原子的核外电子排布式为________，聚合硫酸铁中铁元素阳离子有________个未成对电子。(2)Fe3＋、Co3＋与Neq\o\al(－,3)、CN－等可形成络合离子。①K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2＋，配体CN－中碳原子杂化轨道类型为________，1mol[Fe(CN)6]3－中含有σ键的数目为________。②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为__________，C、N、O的第一电离能最大的为________，其原因是___________________________________________________________________________。③Neq\o\al(－,3)与CS2为等电子体，那么Neq\o\al(－,3)的空间构型为________。(3)化合物FeF3熔点高于1000℃，而Fe(CO)5的熔点却低于0℃，FeF3熔点远高于Fe(CO)5的可能原因是____________________。(4)氟化亚铁晶胞属于四方晶系，其长方体结构如下图，根据图中所示数据计算该晶体密度ρ＝__________g·cm－3(列出计算式即可)。解析：(1)铁元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；聚合硫酸铁中为Fe3＋，铁原子失去3个电子，到达半满状态，仍有5个未成对电子。(2)①CN－中形成碳氮三键，为直线型，其中碳原子采取sp杂化；CN－中形成碳氮三键，含有1个σ键，2个π键，6个CN－与Fe3＋形成配位键，均为σ键，所以1mol的[Fe(CN)6]3－中共有12molσ键，即12NA的σ键。②Neq\o\al(－,3)与NH3均为配体基团，与Co3＋形成配位键，由[Co(N3)(NH3)5]SO4分子式可知Co的配位数为6；C、N、O中第一电离能最大的是N，同周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但ⅤA族元素由于核外电子为半满状态，不易失去电子，其第一电离能大于ⅥA族元素，所以N的第一电离能大于O。③Neq\o\al(－,3)、CS2与CO2均为3原子16电子的结构，互为等电子体，互为等电子体的粒子空间构型相同，所以Neq\o\al(－,3)的空间构型为直线型。(3)FeF3是离子晶体，Fe(CO)5是分子晶体，离子键的作用远比分子间作用力强，离子晶体的熔沸点远高于分子晶体，故FeF3的熔点远高于Fe(CO)5。(4)由FeF2的晶胞结构可知，一个FeF2的晶胞中含有铁原子数为1＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)))＝2，含有的氟原子数为2＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝4，一个晶胞的体积为abc×10－30cm3，1mol该晶胞的质量为(56×2＋19×4)g，体积为6.02×1023×abc×10－30cm3，所以其密度为eq\f(2×56＋4×19,6.02×1023×abc×10－30)g·cm－3。答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s25(2)①sp12NA②6N氮原子2p轨道上的电子为半满，相对稳定，更不易失去电子③直线型(3)FeF3是离子晶体，Fe(CO)5是分子晶体，离子键的作用远比分子间作用力强，故FeF3的熔点远高于Fe(CO)5(4)eq\f(2×56＋4×19,6.02×1023×abc×10－30)4．(12分)A、B、C、D、E、F、G是前四周期元素，原子序数依次增大，根据表中提供的有关信息，答复以下问题：元素相关信息A所有单质中密度最小B形成化合物种类最多的元素D基态原子中只有3个能级，有2个未成对电子E短周期中原子半径最大F第三周期中电负性最大的元素G最外层只有一个电子，内层填满电子(1)E元素在周期表中的位置是____________________________，F元素原子最外层电子排布式为________，BD2的空间构型为________。(2)由D、E、F三种元素形成的一种常见物质的水溶液显碱性，用离子方程式表示其显碱性的原因：______________________________________________________。(3)氢化物稳定性：B________D；最高价氧化物对应的水化物酸性：C________F(选填“＜〞或“＞〞)。(4)每个B2A4分子中含有______个σ键，(5)G和A可形成化学式为GA的一种晶体，晶胞结构如下图。假设该晶胞的边长为acm，阿伏加德罗常数的值为NA，GA的密度为__________g·cm－3(用含a和NA的式子表示)。解析：据表格信息可知：A为氢元素，B为碳元素，C为氮元素，D为氧元素，E为钠元素，F为氯元素，G为铜元素。(5)CuH晶体中，1个晶体占用Cu：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，占用H：4，故1个晶胞质量为eq\f(65×4,NA)g，晶胞密度为eq\f(65×4,a3NA)g·cm－3。答案：(1)第三周期第ⅠA族3s23p5直线形(2)ClO－＋H2OHClO＋OH－(3)＜＜(4)51(5)eq\f(260,a3NA)5．(12分)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。它们的晶体结构如下图。(1)基态硼原子的电子排布式为______________________。(2)关于这两种晶体的说法，正确的选项是________(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___________。(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是______________________________________________________________。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1molNH4BF4含________mol配位键。解析：(1)硼元素位于元素周期表第二周期第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。(4)立方相氮化硼晶体结构中每一个硼原子与四个氮原子形成空间立体结构，其杂化方式为sp3杂化；该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现，根据这一位置的温度和压强，进而确定由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温、高压。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)中含铵根离子和氟硼酸根离子，其中铵根离子含有三个σ键和一个配位键，而氟硼酸根离子中含有三个σ键和一个配位键，因此1molNH4BF4含有2mol配位键。答案：(1)1s22s22p1(2)bc(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3高温、高压(5)26．(12分)硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)均属于硼族元素(第ⅢA族)，它们的化合物或单质都有重要的用途。答复以下问题：(1)基态镓原子的价层电子排布图为______________________。图1图2(2)AlCl3在NaCl、KCl熔融盐中能形成Al2Cleq\o\al(－,7)，其结构如图1所示。其中Al原子的杂化轨道类型为________，配位键数目为________。(3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子(如图2)，假设其中有两个原子为10B，其余为11B，那么该结构单元有________种不同的结构类型。(4)氨硼烷化合物(NH3BH3)是最近密切关注的一种新型化学氢化物储氢材料。请画出含有配位键(用“→〞表示)的氨硼烷的结构式__________________；与氨硼烷互为等电子体的有机小分子是____________(写结构简式)。(5)目前市售LED晶片的材质根本以GaAs(砷化镓)、AlGaInP(磷化铝镓铟)、InGaN(氮化铟镓)为主。砷化镓晶体的晶胞结构如图3所示，那么晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为________，与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为______________。图3解析：(1)基态Ga的最外层有3个电子，价层电子排布图为(2)Al2Cleq\o\al(－,7)中Al无孤电子对，形成4个键，杂化类型为sp3。每个Al和1个Cl形成配位键，配位键数目为2。(3)两个10B原子有相邻、相间、相对三种位置关系。(4)B有空的p轨道，N有孤对电子，所以氨硼烷的结构式为。依等电子体的概念，并结合题意满足条件的有机小分子为CH3CH3。(5)根据“均摊法〞：白色球个数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4。由晶胞图可知与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为正四面体形。答案：(1)(2)sp32(3)3(4)CH3CH3(5)4正四面体形7．(12分)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景。(1)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为__________________，在基态Ti2＋中，电子占据的最高能层具有的原子轨道数为________。(2)液氨是富氢物质，是氢能的理想载体，以下说法正确的选项是________。A．NHeq\o\al(＋,4)与PHeq\o\al(＋,4)、CH4、BHeq\o\al(﹣,4)、ClOeq\o\al(﹣,4)互为等电子体B．相同条件下，NH3的沸点比：PH3的沸点高，且NH3的稳定性强C．NH3与NF3都为三角锥型分子，那么N原子都为SP3杂化方式且氮元素的化合价都相同(3)氮化钛熔点高，硬度大，具有典型的NaCl型晶体结构，其细胞结构如下图：①设氮化钛晶体中Ti原子与跟它最近邻的N原子之间的距离为r，那么与该Ti原子最近邻的Ti的数目为__________，Ti原子与跟它次近邻的N原子之间的距离为____________，数目为________。②在氮化钛晶体中Ti原子的半径为apm，N原子的半径为bpm，它们在晶体中是紧密接触的，那么在氮化钛晶体中原子的空间利用率为__________________。③碳氮化钛化合物在汽车制造和航天航空领域有广泛的应用，其结构是用碳原子代替氮化钛晶胞顶点的氮原子，那么这种碳氮化钛化合物的化学式____________。解析：(1)Fe基态原子电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2，在3d轨道有4个未成对电子；Fe原子失去3个电子得电子Fe3＋，那么Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5；基态Ti2＋的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d2，最高能层为M层，M能层含有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道，共有9个原子轨道；(2)A.等电子体为原子数相等和价电子数相等的原子团，NHeq\o\al(＋,4)与PHeq\o\al(＋,4)、CH4、BHeq\o\al(－,4)均含有5个原子，且价电子均为8，为等电子体，而ClOeq\o\al(－,4)价电子数为32，不属于等电子体，故A错误；B.分子间存在氢键的熔、沸点高，相同压强时，氨气中含有氢键，PH3中不含氢键，所以NH3沸点比PH3高，元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性N比P强，所以氨气比磷化氢稳定，故B正确；C.NH3与NF3分子中N原子含有3个共用电子对和一个孤电子对，所以其价层电子对是4，都采用sp3杂化，NH3中N元素为－3价，NF3中N元素为＋3价，化合价不同，故C错误；(3)①根据氮化钛晶体晶胞可知，Ti原子在体心和棱上，与体心Ti原子最邻近的Ti原子在棱上，有12个，所以每个Ti原子周围最邻近的Ti原子有12；体心Ti原子为八个小立方体共用，与体心Ti原子处于小立方体心对角线上的N原子是与体心Ti原子次邻近的N原子，共有8个，距离为eq\r(3)r；②氮化钛晶胞为面心立方密堆积，晶胞中共含有4个Ti和4个N，体积为：eq\f(4,3)π(a3＋b3)×4，晶胞的边长为a＋b，晶胞体积为(2a＋2b)3，氯化钠晶体中离子的空间利用率为：eq\f(\f(4,3)π〔a3＋b3〕×4,〔2a＋2b〕3)＝eq\f(2π,3)×eq\f(〔a3＋b3〕,〔a＋b〕3)＝×100%；③利用均摊法可知，晶胞中含有碳原子数为8×eq\f(1,8)＝1，含有氮原子数为6×eq\f(1,2)＝3，含有钛原子数为12×eq\f(1,3)＝4，所以碳、氮、钛原子数之比为1∶3∶4，那么化合物的化学式为Ti4CN3。答案：(1)41s22s22p63s23p63d59(2)B(3)①12eq\r(3)r8②eq\f(2π,3)×eq\f(〔a3＋b3〕,〔a＋b〕3)×100%③Ti4CN38．(13分)太阳能的开发利用在新能源研究中占据重要地位。单晶硅太阳能电池片在加工时，一般掺杂微量的锎、硼、镓、硒等。答复以下问题：(1)二价铜离子的电子排布式为____________。高温下Cu2O比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构变化角度解释________________________________________________________________。(2)铜与类卤素(SCN)2反响生成Cu(SCN)2，1mol(SCN)2中含有π键的数目为________。类卤素(SCN)2对应的酸有两种，理论上硫氰酸(H—S—C≡N)的沸点低于异硫氰酸(H—N=C=S)的沸点。其原因是___________________________________________________________________________________________________________。(3)硼元素具有缺电子性，其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物，如BF3能与NH3反响生成BF3·NH3。在BF3·NH3中B原子的杂化方式为________，B与N之间形成配位键，氮原子提供____________。(4)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为______________。六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构和硬度都与金刚石相似，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼的密度是_______