老高考适用2023版高考化学二轮总复习高频热点强化训练11物质结构与性质

高频热点强化训练(十一)1．(2019·全国卷Ⅰ·35)在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是A(填标号)。(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是sp3、sp3。乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2＋(填“Mg2＋”或“Cu2＋”)。(3)一些氧化物的熔点如表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8－75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O，分子间力(分子量)P4O6>SO2。(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝eq\f(\r(2),4)apm，Mg原子之间最短距离y＝eq\f(\r(3),4)apm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是eq\f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)g·cm－3(列出计算表达式)。【解析】(1)A.[Ne]3s1属于基态的Mg＋，由于Mg的第二电离能高于其第一电离能，故其再失去一个电子所需能量较高；B.[Ne]3s2属于基态Mg原子，其失去一个电子变为基态Mg＋；C.[Ne]3s13p1属于激发态Mg原子，其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子；D.[Ne]3p1属于激发态Mg＋，其失去一个电子所需能量低于基态Mg＋，综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1，答案选A；(2)乙二胺中N形成3个单键，含有1对孤对电子，属于sp3杂化；C形成4个单键，不存在孤对电子，也是sp3杂化；由于乙二胺的两个N可提供孤对电子给金属离子形成配位键，因此乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子；由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子，因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2＋；(3)由于Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O，分子间力(分子量)P4O6>SO2，所以熔点大小顺序是MgO>Li2O>P4O6>SO2；(4)根据晶胞结构可知Cu原子之间最短距离为面对角线的eq\f(1,4)，由于边长是apm，则面对角线是eq\r(2)apm，则x＝eq\f(\r(2),4)apm；Mg原子之间最短距离为体对角线的eq\f(1,4)，由于边长是apm，则体对角线是eq\r(3)apm，则y＝eq\f(\r(3),4)a；根据晶胞结构可知晶胞中含有镁原子的个数是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，则Cu原子个数为16，晶胞的质量是eq\f(8×24＋16×64,NA)g。由于边长是apm，则MgCu2的密度是eq\f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)g·cm－3。2．(2022·成都模拟)我国科学家制备的NiO/Al2O3/Pt催化剂能实现氨硼烷(H3NBH3)高效制备氢气的目的，制氢原理：H3NBH3＋4CH3OHeq\o(→,\s\up7(催化剂))NH4B(OCH3)4＋3H2↑请回答下列问题：(1)基态Al原子核外电子云轮廓图呈球形、哑铃形的能级上电子数之比为6∶7。(2)已知几种元素的电负性如下表所示。元素HBCNO电负性2.12.02.53.03.5①上述制氢反应中，有4种元素的原子采取sp3杂化。②NH3中键角∠HNH小于(填“大于”“小于”或“等于”)H3NBH3中键角∠HNH。③B、C、N、O的电负性依次增大，其主要原因是原子半径依次减小，得电子能力依次增强。④在氨硼烷中，H—B键中H带部分负(填“正”或“负”)电荷。(3)某有机硼化合物的结构简式如图1所示，1mol该有机物中含42molσ键。组成该有机物的第二周期元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>C>B(填元素符号)。(4)磷化硼是一种新型无机非金属材料，晶胞结构如图2所示。以晶胞参数为单位长度建立坐标系，表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。a点磷原子的坐标为(0，0，0)，b点磷原子的坐标为(1，1，0)，则c点硼原子的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))。(5)四氢铝钠(NaAlH4)是有机合成中重要的还原剂，晶胞结构如图3所示。①AlHeq\o\al(－,4)的空间构型为正四面体形，AlHeq\o\al(－,4)的配位数为8。②已知NA为阿伏加德罗常数的值，晶体的密度为eq\f(108×1021,NA×a3)(用含a、NA的代数式表示)g·cm－3。【解析】(1)铝元素的原子序数为13，基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p1，则原子中球形的s能级与哑铃形的p能级上电子数之比为6∶7；(2)①由方程式可知，制氢反应的化合物中硼、碳、氮、氧四种原子的价层电子对数都为4，杂化方式均为sp3杂化；②氨分子中氮原子含有1对孤对电子，H3NBH3中氨分子的孤对电子与硼原子形成配位键，孤电子对对成键电子对的排斥力大，所以氨分子中键角∠HNH小于H3NBH3中键角∠HNH；③同周期元素，从左到右原子半径依次减小，得电子能力依次增强，元素的非金属性依次增强，元素的电负性依次增大，则硼、碳、氮、氧四种元素的电负性依次增大；④由电负性的大小可知，氢元素的电负性大于硼元素，则在氨硼烷中，H—B键中共用电子对偏向氢原子，氢原子带部分负电荷；(3)有机物分子中单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，由有机硼化合物的结构简式可知，1mol有机物中含有42molσ键；同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构，第一电离能大于相邻元素，则硼、碳、氮、氧四种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C>B；(4)由位于顶点a点磷原子的坐标为(0，0，0)、顶点b点磷原子的坐标为(1，1，0)可知，晶胞的边长为1，则位于体对角线eq\f(1,4)处的c点硼原子的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))；(5)①四氢合铝酸根离子中铝原子的价层电子对数为4、孤对电子对数为0，则离子的空间构型为正四面体形；由晶胞结构可知，位于体心的四氢合铝酸根离子与位于棱上和面心的钠离子距离最近，则四氢合铝酸根离子的配位数为8；②由晶胞结构可知，位于体心、顶点和面上的四氢合铝酸根离子的个数为1＋8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＝4，位于棱上、面上的钠离子个数为4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＝4，设晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：eq\f(4×54,NA)＝(a×10－7)2×2a×10－7×d，解得d＝eq\f(108×1021,NA×a3)。3．(2022·太原模拟)我国科学家研究了具有高稳定性的二维硼烯氧化物(BmOn)的超导电性。回答下列问题：(1)第一电离能介于B、N之间的第二周期元素为Be、C、O(填元素符号)。(2)①已知二维硼烯氧化物的部分结构如图所示，则该氧化物的化学式为B2O，其中硼原子的杂化轨道类型为sp2。②键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。经过该实验测定，二维硼烯氧化物中B—B键的键长大于B—O键的键长，其原因是O的原子半径小于B的原子半径，二维硼烯氧化物中B—B键的键长大于B—O键的键长。(3)硼烷又称硼氢化合物，随着硼原子数的增加，硼烷由气态经液态至固态，其原因随着B原子数增多，硼烷相对分子质量增大，范德华力增强，沸点升高。(4)LiBH4—LiI复合材料在低温下表现出较高的离子电导率。BHeq\o\al(－,4)离子中H的化合价为－1，其原因可能是电负性H>B，BHeq\o\al(－,4)可以被PSeq\o\al(3－,4)离子部分取代，PSeq\o\al(3－,4)离子的空间结构为正四面体。(5)Fe3O4是电子导体，其导电率显著高于Fe2O3，这归因于Fe2＋和Fe3＋中心之间的电子交换。如图甲所示，Fe3O4晶体中，O2－围成正四面体空隙(如：1、3、6、7围成)和正八面体空隙(如：3、6、7、8、9、12围成)，Fe3O4中有一半的Fe3＋填充在正四面体空隙中，Fe2＋和另一半Fe3＋填充在正八面体空隙中。则没有填充阳离子的正四面体空隙数与没有填充阳离子的正八面体空隙数之比为7∶2。FeO、Fe2O3都具有与Fe3O4相似的立方堆积结构，氧化亚铁晶体的晶胞如图乙所示，已知：氧化亚铁晶体的密度为ρg·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值。在该晶体中，与Fe2＋紧邻且等距离的Fe2＋数目为12；Fe2＋与O2－的最短核间距为eq\r(3,\f(36,ρNA))cm(列出计算式)。【解析】(1)同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，Be元素原子2s轨道为全充满稳定状态，N元素原子2p轨道为半充满稳定状态，其第一电离能均高于同周期相邻元素的，故第一电离能：N>O>C>Be>B；(2)①在每个环中，有氧原子个数2×eq\f(1,2)＝1，B原子数6×eq\f(1,3)＝2，该氧化物的化学式为B2O；1个硼原子周围连接三个σ键，没有孤对电子，杂化轨道类型为sp2杂化；②一般来说，原子半径越大，键长越长；O的原子半径小于B的原子半径，二维硼烯氧化物中B—B键的键长大于B—O键的键长；(3)硼烷属于分子晶体，随着B原子数增多，硼烷相对分子质量增大，范德华力增强，沸点升高；(4)①由于电负性H>B，BHeq\o\al(－,4)中B显正价，故H的化合价为－1价；②PSeq\o\al(3－,4)中P原子价层电子数＝4＋eq\f(5＋3－2×4,2)＝4，所以为sp3杂化，且不含孤电子对，是正四面体构型；(5)①Fe3O4中n(Fe3＋)∶n(Fe2＋)∶n(O2－)＝2∶1∶4，晶胞含有8个正四面体空隙，即有2个Fe3＋和1个Fe2＋，1个三价铁离子放入正四面体空隙；晶胞中由3、6、7、9、8、12处的原子形成一个正八面体空隙，剩余的空间以每条棱分析：如4、7、9、13或1、3、4、7等处的原子形成的四面体空隙为正八面体空隙的eq\f(1,4)，共12条棱，则正八面体空隙有1＋12×eq\f(1,4)＝4个，其中已经有一个放Fe3＋，另外一个Fe2＋占据一个正八面体空隙，所以有2个正八面体空隙没有被填充；②晶胞中O2－占据顶点和面心，所以有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，Fe2＋有12个在棱上，1个在晶胞内，所以Fe2＋有12×eq\f(1,4)＋1×1＝4个，与Fe2＋紧邻且等距离的Fe2＋数目为12，得到1个晶胞有4个FeO，1个晶胞的质量为eq\f(4×72,NA)g＝eq\f(288,NA)g，ρ＝eq\f(288,NAa3)，Fe2＋与O2－的最短核间距为d＝eq\f(a,2)＝eq\f(1,2)eq\r(3,\f(288,ρNA))＝eq\f(1,2)eq\r(3,\f(23×36,ρNA))＝eq\r(3,\f(36,ρNA))。4．(2019·全国卷Ⅲ·35)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：(1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是Mg，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态相反(填“相同”或“相反”)。(2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为，其中Fe的配位数为4。(3)苯胺()的晶体类型是分子晶体。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0℃)、沸点(110.6℃)，原因是苯胺分子之间存在氢键。(4)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是O；P的sp3杂化轨道与O的2p轨道形成σ键。(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n＋1)(n＋2)－(用n代表P原子数)。【解析】(1)根据对角线原则，与Li化学性质最相似的邻族元素是Mg。Mg中M层电子为3s2，根据泡利不相容原理，M层电子自旋状态相反。(2)FeCl3的化学键与AlCl3相同，中间存在配位键，配位数为4。(3)苯胺是有机物，