2023届新高考新教材化学人教版一轮训练-专项提能特训(7)　物质结构与性质综合大题突破

专项提能特训(7)物质结构与性质综合大题突破1．(2021·湖南卷，18)硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题：(1)基态硅原子最外层的电子排布图为____________，晶体硅和碳化硅熔点较高的是____________(填化学式)；(2)硅和卤素单质反应可以得到SiX4。SiX4的熔、沸点SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.7①0℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是__________(填化学式)，沸点依次升高的原因是____________________，气态SiX4分子的空间结构是________；②SiCl4与N甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示：N甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为________，1个M2＋中含有________个σ键；(3)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为____________；②已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝________g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。解析：(1)硅原子核外有14个电子，有1s、2s、2p、3s、3p五个能级，每个能级的电子数分别是2、2、6、2、2，则基态硅原子最外层的电子排布图为。晶体硅和碳化硅均为共价晶体，碳原子半径比硅原子半径小，则C—Si键键长比Si—Si键键长短，故碳化硅的熔点较高。(2)①0℃≈273K，由题表中的数据可知，只有SiCl4的熔点低于273K，沸点高于273K，则SiCl4在0℃时为液态。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，则分子间作用力依次增大，沸点逐渐升高。SiX4的中心原子Si周围的σ键电子对数＝4＋eq\f(1,2)×(4－1×4)＝4，无孤电子对，由VSEPR理论可知，其VSEPR模型与分子空间结构均为正四面体。②中甲基碳原子为饱和碳原子，是sp3杂化，碳碳双键中的碳原子为sp2杂化。短周期同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，且H的电负性比C小，故电负性由大到小的顺序是N>C>H。中1个基团有1个N—Si、4个N—C、1个N=C、1个C=C、6个C—H，共有13个σ键，4个基团，则含13×4＝52(个)σ键，另外还有2个Si—Cl键，故1个中含有σ键的数目为54个。(3)①由晶胞结构图可知，1个晶胞中，对于X原子，8个位于顶点、4个位于棱上、6个位于面上、3个位于晶胞内，故1个晶胞中含有X的数目为8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＋3＝8(个)；对于Y原子，4个Y原子均位于晶胞内；对于Z原子，16个Z原子均位于晶胞内。其中Ge和O的原子个数比为1∶4，则X为Mg，Y为Ge，Z为O。由上述分析可知，该化合物的化学式为Mg2GeO4。②1个晶胞的质量＝eq\f(24×8＋73×4＋16×16,NA)g＝eq\f(740,NA)g，1个晶胞的体积＝abc×10－21cm3，则晶体的密度ρ＝eq\f(\f(740,NA)g,abc×10－21cm3)＝eq\f(740×1021,abcNA)g·cm－3。答案：(1)SiC(2)①SiCl4SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4都是分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大正四面体②sp2、sp3N>C>H54(3)①OMg2GeO4②eq\f(740×1021,abcNA)2．(2020·天津卷，13)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题：(1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为________，基态Fe原子的电子排布式为________。(2)CoO的面心立方晶胞如图1所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为________g·cm－3；三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。图1(3)Fe、Co、Ni能与Cl2反应，其中Co和Ni均生成二氯化物，由此推断FeCl3、CoCl3和Cl2的氧化性由强到弱的顺序为______________________________________________________________________________________________________________________，Co(OH)3与盐酸反应有黄绿色气体生成，写出反应的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)95℃时，将Ni片浸在不同质量分数的硫酸中，经4小时腐蚀后的质量损失情况如图2所示，当w(H2SO4)大于63%时，Ni被腐蚀的速率逐渐降低的可能原因为____________________________________________________________________________________。由于Ni与H2SO4反应很慢，而与稀硝酸反应很快，工业上选用H2SO4和HNO3的混酸与Ni反应制备NiSO4。为了提高产物的纯度，在硫酸中添加HNO3的方式为________(填“一次过量”或“少量多次”)，此法制备NiSO4的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________。图2解析：(1)Fe、Co、Ni三种元素在周期表中位于第四周期第Ⅷ族；Fe的原子序数为26，根据核外电子排布规律可知，基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。(2)由题给图示可知，O2－位于顶点和面心，因此一个晶胞中含有O2－的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；Co2＋位于棱上和体心，因此一个晶胞中含有Co2＋的个数为12×eq\f(1,4)＋1＝4，即一个晶胞的质量为eq\f(4×75,NA)g，一个晶胞的体积为(a×10－7)3cm3，因此CoO晶体的密度为eq\f(3×1023,NA·a3)g·cm－3。Fe、Co、Ni的原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，因此FeO、CoO、NiO微粒间的作用力由大到小的顺序为NiO>CoO>FeO，三种晶体的熔点由高到低的顺序为NiO>CoO>FeO。(3)由Fe和Cl2反应生成FeCl3可知，氧化性：Cl2>Fe3＋；由Co和Cl2反应只生成CoCl2而不能生成CoCl3可知，氧化性：Co3＋>Cl2。综上分析，FeCl3、CoCl3和Cl2三者氧化性由强到弱的顺序为CoCl3>Cl2>FeCl3。Co(OH)3与盐酸反应生成氯气和Co2＋，反应的离子方程式为2Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－=2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O。(4)由铁、铝与浓硫酸能发生钝化可推知，其原因可能是硫酸的质量分数大于63%时，镍表面逐渐形成致密的氧化物保护膜，使反应速率减慢。因为Ni与稀硝酸反应较快，所以添加HNO3时应少量多次而不是一次过量。由题给信息可知，反应物为Ni、H2SO4、HNO3，Ni被氧化生成NiSO4，HNO3被还原为NO或NO2，因此该反应的化学方程式为3Ni＋3H2SO4＋2HNO3=3NiSO4＋2NO↑＋4H2O或Ni＋H2SO4＋2HNO3=NiSO4＋2NO2↑＋2H2O。答案：(1)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2(2)eq\f(3×1023,NA·a3)NiO＞CoO＞FeO(3)CoCl3＞Cl2＞FeCl32Co(OH)3＋6H＋＋2Cl－=2Co2＋＋Cl2↑＋6H2O(4)随H2SO4质量分数增加，Ni表面逐渐形成致密氧化膜少量多次3Ni＋3H2SO4＋2HNO3=3NiSO4＋2NO↑＋4H2O或Ni＋H2SO4＋2HNO3=NiSO4＋2NO2↑＋2H2O3．(2021·调研题)2021年我国启动新一轮新能源汽车下乡活动，电池性能是制约新能源汽车发展的瓶颈之一。钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸亚铁锂(LiFePO4)等是制作锂电池的重要材料。回答下列问题：(1)基态Mn原子的价电子排布式为________________。(2)五羰基铁[Fe(CO)5]可用于制取微纳米级羰基铁粉，其中与Fe配位的原子是________(填元素名称)；常压下，五羰基铁的熔点为－20℃，沸点为103.6℃，其晶体类型为________。(3)N和P同主族，NH3的键角________(填“>”“<”或“＝”)PH3的键角，原因是________。(4)LiX(X代表F、Cl、Br或I)具有NaCl型晶体结构。当阴、阳离子电荷的绝对值相同且它们的半径相近时，生成的盐类一般难溶于水。由上述规则可以判断LiF、LiCl、LiBr、LiI中溶解度最小的是________。(5)CoO的面心立方晶胞如图所示。①晶胞中a原子坐标参数为(0，0，0)，b原子坐标参数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，1))，则c原子坐标参数为________。②晶胞中O2－的配位数为________；Co2＋位于O2－所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。解析：(1)Mn是25号元素，其基态原子的价电子排布式为3d54s2。(2)Fe(CO)5中碳原子含有孤电子对，且电负性弱于氧原子，所以碳原子提供孤电子对，该物质的熔沸点较低，因此形成的晶体是分子晶体。(3)由于电负性N强于P，中心原子的电负性越强，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间的距离越小，成键电子对之间的斥力越大，因此键角变大。(4)Li＋带1个单位正电荷，有1个电子层；X－均带1个单位负电荷，而F－、Cl－、Br－、I－的半径依次增大，其中与Li＋半径最接近的为F－，根据题意可知，LiF的溶解度最小。(5)①根据晶胞中a原子坐标参数为(0，0，0)，b原子坐标参数在eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，1))，则c原子坐标参数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，1，\f(1,2)))。②根据晶胞结构可知，周围与O2－最近且等距离的Co2＋的个数是6，即晶胞中O2－的配位数为6；Co2＋位于O2－所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角线的一半，则为eq\f(\r(2),2)d。答案：(1)3d54s2(2)碳分子晶体(3)>电负性N强于P，中心原子的电负性越强，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间的距离越小，成键电子对之间的斥力越大，键角越大(4)LiF(5)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，1，\f(1,2)))②6eq\f(\r(2),2)d4．(2021·原创)铁、铜、硫等都是生活生产中常用的元素，请填写下列空白。(1)基态二价铜离子的电子排布式为________________________。(2)固态SO3的三聚体环状结构如图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为________；该分子中含有________个σ键。(3)已知Cu、Zn的第二电离能分别为1957.9kJ·mol－1、1733.3kJ·mol－1，前者高于后者的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)单质硫与熟石灰加热产物之一为CaS3，Seq\o\al(2－,3)的空间结构是________，与其互为等电子体的分子是________(任写1种)。(5)FeCO3可作补血剂，CoCO3可用于陶瓷工业的着色剂。已知：①r(Fe2＋)为61pm，r(Co2＋)为65pm。②隔绝空气加热：FeCO3eq\o(=,\s\up7(高温))FeO＋CO2↑；CoCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CoO＋CO2↑。分别加热FeCO3和CoCO3时，FeCO3的分解温度低于CoCO3，其原因是_______________________________________________________________________________________。(6)CuFeS2的晶胞如图所示，晶胞参数分别为anm、bnm、cnm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与________个S原子相连，晶体密度ρ＝____________g·cm－3(列出计算表达式，NA表示阿伏加德罗常数的值)；图中原子2和3的坐标分别为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，1，\f(1,2)))、eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))，则原子1的坐标为_____________________________________________________。解析：(1)基态二价铜离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。(2)观察题图可知，SO3的三聚体中1个S原子形成4个σ键，故硫原子的杂化轨道类型为sp3；SO3的三聚体中有3个S原子，故共含有12个σ键。(3)Cu原子的价电子排布式为3d104s1，失去一个电子后的价层电子排布式为3d10，达到全充满稳定结构，而基态Zn原子的价电子排布式为3d104s2，失去一个电子后的价层电子排布式为3d104s1，Zn＋的4s1上的电子比Cu＋的3d10上的电子易失去，所以Cu的第二电离能高于Zn。(4)Seq\o\al(2－,3)的中心原子的孤电子对数为eq\f(6＋2－2×2,2)＝2，形成σ键的数目是2，故空间结构为V形；与其互为等电子体的分子是OF2或Cl2O。(5)FeO和CoO都是离子晶体。