2023届新高考新教材化学鲁科版一轮专项提能特训三　情境命题-探究物质结构与性质

专项提能特训三情境命题——探究物质结构与性质高能炸药BNCP的结构1．基态Co原子的核外电子排布式为[Ar]3d74s2，基态Co3＋的价电子轨道表示式。2．元素H、N、O第一电离能的大小顺序为N＞O＞H。3．在高能炸药BNCP分子中，N的杂化类型为sp3和sp2、Cl的杂化类型为sp3。4．ClOeq\o\al(－,4)中的价层电子对数为4，其空间结构为正四面体。5．BNCP中阳离子的中心原子为Co3＋，其配体是什么？配位数是多少？配位原子是什么？提示：配体是NH3和；配位数是6；配位原子是N。6．1mol中σ键数目为多少？提示：8NA7．BNCP分子中，微粒间存在离子键、共价键、配位键、氢键等相互作用。8．Co3＋在某溶液中捕捉Neq\o\al(－,5)离子，成功制得全氮阴离子金属盐Co(N5)2(H2O)4·4H2O，已知其结构式为：此盐中存在的作用力有哪些？Co的配位数是多少？提示：共价键、配位键、氢键6全氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl的结构单元1．上述结构中两种阳离子是什么？它们中心原子杂化，空间结构有什么区别？请分析。提示：H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)NHeq\o\al(＋,4)和H3O＋的中心原子N和O的杂化轨道类型均为sp3杂化，即价层电子对数为4，共价键类型均为σ键，呈现出来的空间结构不同，NHeq\o\al(＋,4)为正四面体形，H3O＋为三角锥形。2．阴离子Neq\o\al(－,5)中σ键的数目为多少？电子总数为多少？提示：Neq\o\al(－,5)为五元环，有5个σ键，电子总数为36。3．上述结构中含有氢键，用A—H…B表示其中的氢键。提示：O—H…N，N—H…N4．已知全氮阴离子盐的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元，该单元的摩尔质量为M，晶胞体积为多少？晶胞质量为多少？则密度计算式是什么？写出分析步骤。提示：V晶胞＝a3×10－21cm3m晶胞＝eq\f(yM,NA)gρ＝eq\f(m晶胞,V晶胞)＝eq\f(yM,NAa3)×1021g·cm－31．2021年，自修复材料、自适应材料、新型传感材料等智能材料技术将大量涌现，为生物医疗、国防军事以及航空航天等领域发展提供支撑。(1)我国科研工作者基于丁二酮肟氨酯基团的多重反应性，研制了一种强韧、自愈的超级防护材料，其中的分子机制如图所示。Cu在元素周期表中位于区，M层中核外电子能量最高的电子云在空间有个伸展方向。C、N、O第一电离能由大到小的顺序为。(2)氧化石墨烯基水凝胶是一类新型复合材料，对氧化石墨烯进行还原可得到还原氧化石墨烯，二者的结构如图所示：还原石墨烯中碳原子的杂化形式是，上图中氧化石墨烯转化为还原石墨烯时，1号C与其相邻C原子间键能的变化是(填“变大”“变小”或“不变”)，二者当中在水溶液中溶解度更大的是(填物质名称)，原因为。(3)砷化硼是近期受到广泛关注一种Ⅲ—V半导体材料。砷化硼为立方晶系晶体，该晶胞中原子的分数坐标为：B：(0,0,0)；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))；……As：eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(1,4)))；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))；eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(1,4)))请在图中画出砷化硼晶胞的俯视图，已知晶体密度为dg/cm3，As半径为apm，假设As、B原子相切，则B原子的半径为pm(写计算表达式)。解析：(1)Cu原子核外有29个电子，基态Cu原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，Cu在元素周期表中位于ds区，M层中核外电子能量最高的电子云为3d能级电子云，在空间有5个伸展方向；C、O、N元素都是第2周期非金属元素，同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N＞O＞C；(2)根据还原石墨烯的结构可知该物质中碳原子有形成碳碳双键的不饱和碳原子还有只形成单键的饱和碳原子，所以碳原子的杂化方式为sp3和sp2；氧化石墨烯中1号C连接的O原子吸引电子能力较强，导致与1号C原子相邻C原子对电子的吸引力减小，所以氧化石墨烯转化为还原石墨烯时，1号C与其相邻C原子间键能变大；氧化石墨烯中含有的羟基更多，与水分子间形成的氢键更多，所以氧化石墨烯溶解度更大；(3)由各原子坐标，可知晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置，而As原子处于晶胞内部，处于B原子形成的正四面体体心位置，晶胞三维结构如图所示：(注：小球大小不代表原子半径大小)，投影时顶点原子形成正方形的顶点，左、右侧面及前、后面的面心原子投影处于正方形棱心，而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心，As原子投影处于原子处于正方形内部且处于正方形对角线上(As原子投影、上下底面面心B原子投影将对角线4等分)，故砷化硼晶胞的俯视图为：；根据晶胞三维结构示意图可知，位于体对角线上的原子相切，即As原子和B原子的半径之和的四倍即体对角线的长度；根据均摊法，一个晶胞中As原子个数为4，B原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，所以晶胞的质量为eq\f(75×4＋11×4,NA)g＝eq\f(344,NA)g，晶胞密度为dg/cm3，则晶胞的体积为eq\f(344,dNA)cm3，则晶胞的边长为eq\r(3,\f(344,dNA))cm＝eq\r(3,\f(344,dNA))×1010pm，则晶胞的体积对角线的长度为eq\r(3)×eq\r(3,\f(344,dNA))×1010，所以B原子的半径为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),4)×\r(3,\f(344,dNA))×1010－a))pm。答案：(1)ds5N＞O＞C(2)sp3和sp2变大氧化石墨烯氧化石墨烯中含有的羟基更多，与水分子间形成的氢键更多，溶解度更大(3)eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(344,dNA))×1010－a2．近期我国学者研制出低成本的电解“水制氢”催化剂——镍掺杂的磷化钴三元纳米片电催化剂(Ni0.1Co0.9P)。回答下列问题：(1)Co在元素周期表中的位置为，Co2＋价层电子排布式为。(2)Co、Ni可形成[Co(NH3)6]Cl2、K3[Co(NO3)6]、Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等多种配合物。①SOeq\o\al(2－,4)的空间结构为，NOeq\o\al(－,3)中N原子的杂化轨道类型为。②C、N、O、S四种元素中，第一电离能最大的是。③1mol[Co(NH3)6]Cl2中含有σ键的数目为；已知NF3比NH3的沸点小得多，试解释原因。(3)常用丁二酮肟来检验Ni2＋，反应如下：①1个二(丁二酮肟)合镍(Ⅱ)中含有个配位键。②上述反应的适宜pH为(填字母序号)A．12B．5～10C．1(4)磷化硼是一种备受关注的耐磨涂料，其晶体中磷原子作面心立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中(如图)。已知磷化硼晶体密度为ρg·cm－3，计算晶体中硼原子和磷原子的最近核间距为cm。解析：(1)Co为27号元素，位于元素周期表第4周期Ⅷ族；基态Co原子价层电子排布式为3d74s2，失去最外层2个电子形成Co2＋，所以Co2＋的价层电子排布式为3d7；(2)①硫酸根离子中心原子的价层电子对数为4＋eq\f(6＋2－4×2,2)＝4，无孤对电子，所以空间结构为正四面体结构；NOeq\o\al(－,3)中心原子的价层电子对数为3＋eq\f(5＋1－3×2,2)＝3，所以为sp2杂化；②同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，同周期元素自左向右第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以4中元素中第一电离能最大的为N元素；③6个NH3与Co2＋之间形成6个配位键，属于σ键，每个氨气分子中的氮氢键也为σ键，共6＋3×6＝24，所以1mol[Co(NH3)6]Cl2含有的σ键个数为24NA；N元素电负性较大，所以NH3分子间存在氢键，沸点较高；(3)①根据N原子的成键特点可知，在二(丁二酮肟)合镍中N原子和Ni2＋形成的化学键均为配位键，所以1个二(丁二酮肟)合镍(Ⅱ)中含有4个配位键；②碱性太强容易生成Ni(OH)2沉淀，酸性太强大量的氢离子存在不利于二(丁二酮肟)合镍(Ⅱ)的生成，所以适宜的pH应为B：5～10；(4)由图可知，1个晶胞中含有4个B原子和4个P原子，故晶胞质量m＝eq\f(4×11＋31,NA)g，设边长为acm，则晶胞的体积V＝a3cm3，故晶胞密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×11＋31,NA×a3)g·cm－3，解得a＝2×eq\r(3,\f(21,ρ×NA))cm；晶体中硼原子和磷原子的最近核间距为晶胞体对角线的eq\