2025版高考化学一轮复习微专题小练习专练30结构与性质综合应用

专练30结构与性质综合应用1．[2023·全国甲卷][化学——选修3：物质结构与性质]将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题：（1）图1所示的几种碳单质，它们互为，其中属于原子晶体的是，C60间的作用力是。（2）酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。酞菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是（填图2酞菁中N原子的标号）。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为，氮原子提供孤对电子与钴离子形成键。（3）气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中Al的轨道杂化类型为。AlF3的熔点为1090℃，远高于AlCl3的192℃，由此可以判断铝氟之间的化学键为键。AlF3结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F－的配位数为。若晶胞参数为apm，晶体密度ρ＝g·cm－3（列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA）。答案：（1）同素异形体金刚石范德华力（2）③＋2配位（3）sp3离子2eq\f(84×1030,NA·a3)解析：（1）同一元素形成的不同单质之间互为同素异形体。图1所示的几种碳单质，它们的组成元素均为碳元素，因此，它们互为同素异形体；其中金刚石属于原子晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，碳纳米管不属于原子晶体；C60间的作用力是范德华力；（2）已知酞菁分子中所有原子共平面，则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化，且分子中存在大π键，其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道，其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键，标号为③的N原子的p轨道能提供一对电子参与形成大π键，因此标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出H＋；钴酞菁分子中，失去了2个H＋的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子，因此，钴离子的化合价为＋2，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。（3）由Al2Cl6的空间结构结合相关元素的原子结构可知，Al原子价层电子对数是4，其与其周围的4个氯原子形成四面体结构，因此，二聚体中Al的轨道杂化类型为sp3。AlF3的熔点为1090℃，远高于AlCl3的192℃，由于F的电负性最大，其吸引电子的能力最强，因此，可以判断铝氟之间的化学键为离子键。由AlF3的晶胞结构可知，其中含大球的个数为12×eq\f(1,4)＝3，小球的个数为8×eq\f(1,8)＝1，则大球为F－，距F－最近且等距的Al3＋有2个，则F－的配位数为2。若晶胞参数为apm，则晶胞的体积为（apm）3＝a3×10－30cm3，晶胞的质量为eq\f(84g,NA)，则其晶体密度ρ＝eq\f(84×1030,NA·a3)g·cm－3。2．[2022·湖南卷]铁和硒（Se）都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用，回答下列问题：（1）乙烷硒啉（Ethaselen）是一种抗癌新药，其结构式如下：①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]；②该新药分子中有种不同化学环境的C原子；③比较键角大小：气态SeO3分子SeOeq\o\al(2－,3)离子（填“>”“<”或“＝”），原因是。（2）富马酸亚铁（FeC4H2O4）是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：①富马酸分子中σ键与π键的数目比为；②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为。（3）科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3－转化NHeq\o\al(－,2)，反应过程如图所示：①产物中N原子的杂化轨道类型为；②与NHeq\o\al(－,2)互为等电子体的一种分子为（填化学式）。（4）钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：①该超导材料的最简化学式为________________________________________________________________________；②Fe原子的配位数为；③该晶胞参数a＝b＝0.4nm、c＝1.4nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为g·cm－3（列出计算式）。答案：（1）①3d104s24p4②8③＞前者中Se为sp2杂化、后者中Se为sp3杂化（2）①11∶3②O＞C＞H＞Fe（3）①sp3②H2O（4）①KFe2Se2②4③eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4)×1021解析：（1）①Se为34号元素，根据构造原理可写出基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②该物质结构对称，具有如图所示8种不同化学环境的C原子：。③SeO3中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为0，SeOeq\o\al(2－,3)中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为eq\f(6＋2－3×2,2)＝1，故SeO3和SeOeq\o\al(2－,3)中Se原子分别为sp2和sp3杂化，则SeO3分子中键角大于SeOeq\o\al(2－,3)中键角。（2）①由富马酸分子的结构模型可确定其结构简式为，由单键均为σ键，双键有1个σ键和1个π键，知该分子中σ键和π键的数目比为11∶3。②富马酸亚铁中含C、H、O、Fe四种元素，由电负性递变规律可知，电负性由大到小的顺序为O>C>H>Fe。（3）①产物中N原子形成4个共价键，则其采取sp3杂化。（4）①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影图可知，占据顶点和体心位置的为K原子，故K原子个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，每个竖直棱上有2个Se原子，体内有2个Se原子，故Se原子个数为8×eq\f(1,4)＋2＝4，每个竖直面上有2个Fe原子，故Fe原子个数为8×eq\f(1,2)＝4，该物质的晶胞结构如图所示：其最简化学式为KFe2Se2。③以1号Fe原子为研究对象，2号和3号铁原子及其对称位置的2个Fe原子距离1号Fe原子最近，故Fe的配位数为4。③该晶胞的质量为eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA)g，体积为0.4×0.4×1.4×10－21cm3，故该晶体的密度为eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4)×1021g·cm－3。3．[2024·重庆渝北中学检测]2023年11月23日，2023亚洲通用航空展在广东珠海国际航展中心开幕，为期4天的航展集中展示了通用航空领域最新技术产品和成果。国产飞机的制造使用了较多含硼材料（如硼纤维、氮化硼等），且多项技术打破了国外垄断。回答下列问题：（1）基态B原子的价层电子排布图（轨道表示式）为。（2）耐高温材料立方BN制备流程中用到了NH3、BCl3和触媒剂Ca3B2N4。①Ca、B、N三种元素的电负性从大到小的顺序为。②BCl3中B原子的轨道与Cl原子的轨道形成σ键。③BCl3在四氯化碳中的溶解度远大于NH3在四氯化碳中的溶解度，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）硼砂是非常重要的含硼矿物。一种硼砂阴离子的结构如图1所示，则1mol该阴离子中含有配位键的物质的量为，n＝。（4）制造硼合金的原料硼化钙（CaB6）晶胞结构如图2所示，硼原子全部组成B6正八面体，各个顶点通过B—B互相连接成三维骨架。已知该晶体的晶胞参数为apm，B6正八面体中B—B的键长为dpm，M原子的坐标参数为（eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，eq\f(1,2)），则N原子的坐标参数为；设阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为g·cm－3（列出计算式）。答案：（1）（2）①N>B>Ca②sp2杂化3p③BCl3和四氯化碳均为非极性分子，而NH3为极性分子（3）2mol2（4）（eq\f(\r(2)d,2a)，1，0）eq\f(40＋11×6,a3×10－30×NA)解析：（1）基态B原子的价层电子排布图（轨道表示式）为（2）①金属的电负性较小，同周期主族元素的电负性从左到右逐渐增大，故电负性N>B>Ca。②BCl3中B原子的价层电子对数为3，其杂化方式为sp2，故BCl3中B原子的sp2杂化轨道与Cl原子的3p轨道形成σ键。③BCl3和四氯化碳均为非极性分子，NH3为极性分子，根据“相似相溶”原理，BCl3在四氯化碳中的溶解度远大于NH3在四氯化碳中的溶解度。（3）由题图1可知，形成4个键的B原子含有1个配位键，故1mol该阴离子中含有配位键的物质的量为2mol，在该阴离子中B显＋3价，O显－2价，H显＋1价，则计算可得n＝2。（4）将8个正八面体的体心连接成晶胞的立方晶系图。由M原子的坐标参数知，该原子位于晶胞的体心，且坐标系的单位长度为1，正八面体的体心到正八面体的顶点的距离为eq\f(\r(2),2)dpm，则N点在x轴的eq\f(\r(2)d,2a)处。根据N原子在晶胞中的位置可知，其坐标参数为（eq\f(\r(2)d,2a)，1，0）。一个晶胞中含有一个CaB6，则该晶体密度为eq\f(40＋11×6,a3×10－30×NA)g·cm－3。4．[2022·河北卷]含Cu、Zn、Sn及S的四元半导体化合物（简写为CZTS），是一种低价、无污染的绿色环保型光伏材料，可应用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题：（1）基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为。（2）Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（3）SnCleq\o\al(－,3)的几何构型为，其中心离子杂化方式为。（4）将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，称其为顺磁性物质。下列物质中，属于顺磁性物质的是（填标号）。A．[Cu（NH3）2]ClB．[Cu（NH3）4]SO4C．[Zn（NH3）4]SO4D．Na2[Zn（OH）4]（5）如图是硫的四种含氧酸根的结构：根据组成和结构推断，能在酸性溶液中将Mn2＋转化为MnOeq\o\al(－,4)的是（填标号），理由是________________________________________________________________________。（6）如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。①该物质的化学式为。②以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中A原子的坐标为（eq\f(3,4)，eq\f(1,4)，eq\f(1,8)），则B原子的坐标为。答案：（1）2∶1（或1∶2）（2）CuCu的价电子排布式为3d104s1，Zn的价电子排布式为3d104s2，Zn为全充满稳定结构，Cu的第一电离能比Zn的第一电离能小，Cu失去一个电子后形成的Cu＋的价电子排布式为3d10，为全充满稳定结构，较难失去电子，Zn失去1个电子后形成的Zn＋的价电子排布式为3d104s1，较易失去一个电子达到更稳定状态，Cu的第二电离能比Zn的第二电离能大（3）三角锥形sp3（4）B（5）DD（S2Oeq\o\al(2－,8)）中含有过氧键，具有强氧化性（6）①Cu2ZnSnS4②（eq\f(1,4)，eq\f(3,4)，eq\f(5,8)）解析：（1）基态S原子的价电子排布式为3s23p4，价电子的轨道表示式为，两种自旋状态的电子数之比为2∶1。（3）SnCleq\o\al(－,3)中Sn的孤电子对数为eq\f(4＋1－1×3,2)＝1、成键电子对数为3，杂化方式为sp3，因此SnCleq\o\al(－,3)的几何构型为三角锥形。（4）主族元素形成的离子或配体中一般不含有未成对电子，因此该题只需判断配合物的中心离子是否存在未成对电子。[Cu（NH3）2]Cl中Cu＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，[Cu（NH3）4]SO4中Cu2＋的价电子排布式为3d9，含未成对电子，[Zn（NH3）4]SO4中Zn2＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，Na2[Zn（OH）4]中Zn2＋的价电子排布式为3d10，