2020届一轮复习人教通用版第33讲分子结构与性质作业
练案[33]选修3 物质结构与性质
第33讲 分子结构与性质
A组 基础必做题
1．(2019·山西临汾期末)我国科学家首次拍摄到水分子团簇的空间取向图像(模型如图所示)。下列关于水的说法不正确的是( A )
A．水分子间存在π键 B．水分子间存在氢键
C．水分子是V形结构 D．水分子是极性分子
2．(2019·上海普陀二模)能够产生如图实验现象的液体是( C )
A．CS2 B．CCl4
C．H2O D．
[解析] 本题带电玻璃棒靠近液流时发现液体流动方向发生偏移，说明液体在该条件下能导电的物质为极性分子，H2O为极性分子。
3．(2019·河南开封期末)关于化合物，下列叙述不正确的是( C )
A．分子间不能形成氢键
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中有7个σ键和1个π键
D．该分子在水中的溶解度大于2－丁烯
[解析] 化合物分子中没有O—H键，不能形成氢键，A正确；分子中存在
为非极性键，C—H为极性键，B正确；单键含有一个σ键，双键含有一个σ键和一个π键，所以中存在9个σ键和3个π键，C不正确；醛的溶解性大于烯烃，所以该分子在水中的溶解度大于2－丁烯，D正确。
4．(2019·海南模拟)碳、硫、氧、氮是中学常见元素，下列说法不正确的是( A )
A．CO2、SO2、NH3都是直线形分子
B．CO2、NH3、H2S的键角依次减小
C．H2O2、N2H4分子的中心原子都是sp3杂化
D．C、N、F元素的电负性依次增大
[解析] CO2分子中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，为直线形分子，SO2分子中S原子价层电子对个数是3且含有一对孤电子对，为V形分子，NH3分子中N原子价层电子对个数是4且含有一对孤电子对，所以为三角锥形，故A不正确；二氧化碳是直线形分子、氨气分子为三角锥形分子且含有一对孤电子对、硫化氢为V形分子且含有两对孤电子对，且孤电子对之间的排斥力大于孤电子对和成键电子对之间的排斥力，所以CO2、NH3、H2S的键角依次减小，故B正确；H2O2分子中O原子价层电子对个数是4、N2H4分子中N原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论知，O、N原子都采用sp3杂化，故C正确；同一周期元素，元素电负性随着原子序数增大而增大，所以C、N、F元素的电负性依次增大，故D正确。
5．(2019·辽宁期中)下列说法正确的是( B )
A．CHCl3是三角锥形
B．AB2是V形，其A可能为sp2杂化
C．二氧化硅是sp杂化，是非极性分子
D．NH是平面四边形结构
[解析] CHCl3分子中碳原子含有4个σ键且不含孤电子对，所以呈四面体形，故A错误；AB2是V形，如果A含有一对孤电子对，则A的价层电子对数是3，则A采取sp2杂化，故B正确。二氧化硅是原子晶体，没有分子存在，故C错误；NH中氮原子含有4个σ键且不含孤电子对，所以呈正四面体形结构，故D错误。
6．(2019·山东潍坊模拟)C、P、Cl、Fe等元素及其化合物有重要的应用，回答下列问题：
(1)C原子的价电子排布图为 。
(2)CCl4分子的立体构型是__正四面体___，其中心原子采取__sp3___杂化，与CCl4互为等电子体的一种离子是__SO(或PO等)___(填离子符号)。
(3)PCl3属于__极性___分子(填“极性”或“非极性”)。
(4)FeO、NiO的晶体结构均与NaCl晶体结构相同，其中Fe2＋与Ni2＋
的离子半径分别为7.8×10－2nm、6.9×10－2nm，则熔点FeO__<___NiO(填“>”“<”或“＝”)，原因是__FeO、NiO的晶体结构相同，Fe2＋、Ni2＋所带电荷相同，但Fe2＋的离子半径大于Ni2＋的离子半径，则FeO的晶格能小于NiO的晶格能___。
(5)已知FeCl3的沸点为319℃，熔点为306℃，则FeCl3的晶体类型为__分子晶体___。
(6)已知Fe单质有如图所示的两种常见堆积方式：
其中属于体心立方密堆积的是__b___(填“a”或“b”)；若单质Fe按a方式紧密堆积，原子半径为r pm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则单质Fe的密度为 g·cm－3(列出计算式即可)。
[解析] (1)C的原子序数为6，最外层电子数为4，原子的价电子排布图为。
(2)CCl4分子中C原子价层电子对数＝4＋＝4，所以采取sp3杂化；立体构型为正四面体；与CCl4互为等电子体的离子有SO、PO等。
(3)PCl3分子中含有的共价键是极性共价键，P原子上有孤电子对，分子立体构型为三角锥形，其结构不对称，属于极性分子。
(4)FeO、NiO的晶体结构相同，Fe2＋、Ni2＋所带电荷相同，但Fe2＋的离子半径大于Ni2＋的离子半径，则FeO的晶格能小于NiO的晶格能，因此熔点FeO
S>Si___(用相应的元素符号作答)。
(3)B、X、D简单氢化物的沸点由高到低的顺序为__NH3>AsH3>PH3___(用相应的化学式作答)。
(4)C元素原子可形成多种离子，试推测下列微粒的立体构型(C为字母，不是碳元素)：
微粒
CO
CO
立体构型名称
__三角锥形___
__正四面体形___
(5)元素B(B是字母，不是硼元素)的一种氢化物B2H4具有重要的用途。下列有关B2H4的说法正确的是__AB___(选填字母)。
A．B2H4分子间可形成氢键
B．B原子是sp3杂化
C．B2H4分子中含有5个σ键和1个π键
D．B2H4晶体变为液态时破坏共价键
(6)E元素和D元素在同一周期，属于第Ⅷ族，价电子层有三个单电子，E(OH)2为两性氢氧化物，在浓的强碱溶液中可以形成E(OH)，写出E(OH)2酸式电离的电离方程式： Co(OH)2＋2H2OCo(OH)＋2H＋ 。
[解析] 由元素在周期表中的相对位置推断A为硅，B为氮，C为硫，D为砷，X为磷，E为钴。(1)D为砷，其价电子排布式为4s24p3。(2)由于P的3p能级半充满，结构较稳定，故三种元素中第一电离能最大，第一电离能大小顺序为P>S>Si。
(3)NH3、PH3、AsH3三种氢化物都是分子晶体，分子晶体沸点高低先看分子间能否形成氢键，再看相对分子质量的大小，由于NH3分子间有氢键，故沸点最高。(4)SO、SO两种离子中硫都是sp3杂化，SO有3个成键电子对和1个孤电子对，故为三角锥形，SO有4个成键电子对，没有孤电子对，故为正四面体形。(5)N2H4的分子中N原子电负性比较大，它可以与另一分子中的氢原子形成氢键，同时N原子有3个成键电子对和1个孤电子对，故N为sp3杂化，分子内没有π键，其为分子晶体，状态的改变破坏的是氢键和分子间作用力。(6)酸或碱电离显酸性或碱性一般有两种类型，绝大多数是电解质自身一步或分步电离出H＋或OH－，另一种为缺电子化合物或含有孤电子对的化合物，结合水电离出的OH－或H＋，同时释放出H＋或OH－。由Co(OH)2与碱反应所得离子可写出其酸式电离方程式。
8．(2019·江西等三省十校联考)磷是人体含量较多的元素之一，磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题：
(1)基态磷原子核外共有__3___个未成对的电子。
(2)P4S3可用于制造火柴，其结构如图甲所示。
①电负性：磷__<___硫(填“>”或“<”，下同)；第一电离能：磷__>___硫。
②P4S3中硫原子的杂化轨道类型为__sp3___。
(3)N、P、As、Sb均是第ⅤA族的元素。
①上述元素的氢化物的沸点关系如图乙所示，沸点：PH3”或“<”，下同)，原因是NH3分子间存在氢键；沸点：PH3__<___AsH3，原因是__相对分子质量不断增大，分子间作用力不断增强___。
②某种磁性氮化铁的晶胞结构如图丙所示，该化合物的化学式为__Fe3N___。
(4)磷化铝熔点为2000℃，磷化铝晶胞结构如图丁所示。
①图丁中A点和B点的原子坐标参数已标出，则C点的原子坐标参数为 (，，) 。
②磷化铝晶体的密度为ρg·cm－3，用NA表示阿伏加德罗常数的数值，则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为 × cm。
[解析] (1)基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，在3p轨道上有3个未成对电子。
(2)①同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，所以磷元素的电负性小于硫元素；已知基态硫原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，基态磷原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，同周期元素第一电离能从左到右呈增大趋势，但磷原子的3p能级是较稳定的半充满状态，所以磷元素的第一电离能大于硫元素的；②由P4S3的结构可知，硫原子形成两个共价键，还有两对孤对电子，所以其杂化类型为sp3。
(3)①由于NH3分子间可以形成氢键，故其沸点高于PH3；而PH3、AsH3和SbH3是组成、结构相似的物质，分子间作用力随相对分子质量的增大而增强，导致沸点依次升高；②在磁性氮化铁的晶胞结构中，根据均摊法计算可得，Fe个数为×12＋×2＋3＝6，N个数为2，所以其化学式为Fe3N。
(4)①根据图丁中A点和B点原子坐标参数可知，该晶胞的棱长为1，而C点在该晶胞分割成的8个小立方体其中之一的体心，所以其坐标参数为(，，)；②在该晶胞中，最近的两个铝原子间的距离是面对角线的一半，晶胞中Al个数为×8＋×6＝4，P个数为4，所以其化学式为AlP，晶胞质量为 g，则其棱长＝＝ cm，所以最近的两个铝原子之间的距离为× cm。
B组 能力提升题
9．(2019·湖北黄冈期末)已知CoCln·mNH3可表示＋3价Co的一种八面体配合物，若0.1 mol配合物与足量AgNO3作用生成0.2 mol AgCl沉淀，则m、n的值是( D )
A．m＝4，n＝2 B．m＝4，n＝5
C．m＝3，n＝3 D．m＝5，n＝3
[解析] CoCln·mNH3可表示＋3价Co的一种八面体配合物，根据化合价代数和为0，可知n＝3，配合物中外界离子在水溶液里能发生电离，内界原子不能发生电离，0.1 mol配合物与足量AgNO3作用生成0.2 mol AgCl沉淀，知道1 mol配合物电离出2 mol Cl－，即配离子显＋2价，外界有两个Cl－，即[CoCln－2·mNH3]2＋，八面体配合物的配位数为6，即n－2＋m＝6，所以m＝5，n＝3。
10．(2019·山东滨州高三检测)过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称PFS，化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3－n/2]]m，n<5，m<10}在水体中形成絮状物，以吸附重金属离子。下列说法中错误的是( D )
元素
Mn
Fe
电离能(kJ·mol－1)
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
A．PFS中铁显＋3价
B．铁原子的价电子排布式是3d64s2
C．由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程
D．由下表可知气态Fe2＋再失去一个电子比气态Mn2＋再失去一个电子难
[解析] 根据化合物中各元素的化合价代数和为0，设PFS中铁元素的化合价为x，则2x＝n＋(3－)×2，x＝3，即铁元素的化合价为＋3，故A正确；铁的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，铁元素的价电子数8，且4s轨道排2个电子，3d轨道排6个电子，所以铁原子的价电子排布式是3d64s2，故B正确；硫酸亚铁中铁元素的化合价是＋2价，[
Fe2(OH)n(SO4)3－n/2]m中铁元素的化合价是＋3价，Fe3＋水解生成氢氧化铁，所以由FeSO4溶液制PES需经过氧化、水解和聚合的过程，故C正确；电离能越大，其失电子越难，所以气态Fe2＋再失去一个电子比气态Mn2＋再失去一个电子容易，故D错误。
11．(2019·衡水检测)下列常见分子中σ键、π键判断正确的是( C )
A．CN－与N2结构相似，CH2===CHCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1
B．CO与N2结构相似，CO分子中σ键与π键数目之比为2∶1
C．C与O互为等电子体，1 mol O中含有的π键数目为2NA
D．已知反应N2O4＋2N2H4===3N2＋4H2O，若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键数目为6NA
[解析] A项，CH2===CH—C≡N中有3个π键、6个σ键，A错误；B项，C≡O中σ键为1个，π键为2个，B错误；C项，C中有碳碳三键，则O中有氧氧三键，C正确；D项，4 mol N—H键断裂，消耗1 mol N2H4，生成1.5 mol N2，形成π键数目为3NA，D错误。
12．(2019·河南南阳一中测试)黄铜矿(CuFeS2)是炼铜的最主要矿物。火法冶炼黄铜矿的过程中，其中一步反应是2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2。回答下列问题：
(1)Cu＋的价电子轨道表示式为 ；Cu2O与Cu2S比较，熔点较高的是__Cu2O___，原因是__两物质均为离子化合物，且离子所带电荷数相同，O2－半径小于S2－，所以Cu2O的晶格能较大，熔点更高___。
(2)SO2与SO3的键角相比，键角更大的是__SO3___，将纯液态SO3冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图甲，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是__sp3___。该结构中S—O键长有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约为160 pm，较短的键为__a___(填图中字母)。
(3)离子化合物CaC2的一种晶体结构如图乙所示。该物质的电子式为__Ca2＋[∶C⋮⋮C∶]2－___。从钙离子看，属于__面心立方___堆积，其配位数是__6___；一个晶胞含有的π键平均有__8___个。
(4)奥氏体是碳溶解γ－Fe中形成的一种间隙固溶体，无磁性，其晶胞如图丙所示，则该物质的化学式为__FeC___，若晶体密度为d g/cm3，则晶胞中最近的两个碳原子的距离为 ××1010 pm(阿伏加德罗常数的值用NA表示，写出计算式即可)。
[解析] (1)Cu位于第四周期第ⅠB族，Cu＋的价电子排布式为3d10，根据泡利原理和洪特规则，Cu＋价电子轨道表示式为；Cu2O和Cu2S都属于离子晶体，离子晶体晶格能与离子半径、所带电荷数有关，离子半径越小、所带电荷数越多，晶格能越大，熔沸点越高，Cu2O和Cu2S中离子所带电荷数相同，S2－的半径大于O2－的半径，因此Cu2S的沸点低于Cu2O。
(2)SO2中S原子采取sp2杂化，含有一对孤对电子，分子构型为V形，SO3中S原子采取sp2杂化，无孤对电子，分子构型为平面三角形，孤对电子与成键电子对间的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用，故SO3的键角大于SO2；由图可知，该固态SO3中S原子形成4个σ键，无孤对电子，采取sp3杂化，a为氧硫双键，键能较大，键长较短，另一类为配位键，为单键，键能较小，键长较长，即较短的键为a。(3)CaC2的电子式为Ca2＋[∶C⋮⋮C∶]2－；根据晶胞的结构，Ca2＋位于顶点和面心，因此属于面心立方堆积；以顶点的Ca2＋为研究对象，与之紧邻的C位于该Ca2＋所在棱边的棱心，故Ca2＋的配位数为6；C位于棱上和体心，晶胞中Cl的个数为12×＋1＝4，根据CaC2的电子式，1个C含有2个π键，即1个晶胞中有2×4＝8个π键。
(4)根据图丙，铁原子位于顶点、面心，个数为8×＋6×＝4，碳原子位于棱上和体心，个数为12×＋1＝4，因此化学式为FeC，晶胞的质量为 g，根据ρ＝，得出晶胞的边长为 cm，根据晶胞的结构，两个最近的碳原子的距离是面对角线的一半，则两个最近的碳原子的距离是××1010 pm。
13．(2019·辽宁葫芦岛一模)磷及其化合物是生活生产中重要的组成部分，请回答下列问题：
(1)与磷同主族、比磷多一个周期的元素基态原子的价电子排布式为__4s24p3___。
(2)磷与同周期相邻的两种元素的第一电离能由大到小的顺序为__P>S>Si___(用元素符号表示)。
(3)亚磷酸(H3PO3)是一种常见的无机酸，其与过量的NaOH溶液反应生成Na2HPO3，请画出亚磷酸的分子结构： 。Cu2＋被亚磷酸还原为单质，得到的电子填充到__3d、4s___轨道。
(4)已知PBr5晶体中存在PBr和Br－两种离子，则PBr中心P原子杂化类型为__sp3杂化___，该离子的几何构型为__正四面体形___。而PCl5晶体中存在PCl和另一种阴离子，该阴离子配位数为6，请写出该离子的化学式：__PCl___。PBr5晶体中不能形成与PCl5晶体一样的阴离子的原因可能是__Br原子半径大，P原子周围无法容纳6个Br原子，不稳定___。
(5)铝和白磷在一定条件下可以制备磷化铝(AlP)，磷化铝晶胞的结构如图，可以将其看作Si晶体的“广义等电子体”，可作半导体材料。
①根据“广义等电子原理”，下列物质中，可能是半导体的有__ACE___(填序号)。
A．SiC B．CaO2
C．CaAs D．Si3N4 E．BN
②磷化铝中，Al原子的配位数为__4___，若该晶胞密度为d g/cm3，用NA表示阿伏加德罗常数，则该晶体的边长为 cm。
[解析] (1)与磷同主族、位于磷下一个周期的元素是33号元素As，As最外层有5个电子，基态原子的价电子排布式为4s24p3。
(2)同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，第ⅤA族元素p轨道为半充满稳定结构，第一电离能大于同周期第ⅥA族元素，所以磷与同周期相邻的两种元素的第一电离能由大到小的顺序为P>S>Si。
(3)亚磷酸(H3PO3)与过量的NaOH溶液反应生成Na2HPO3，所以H3PO3是二元酸，结构式是；Cu2＋的电子排布式是1s22s22p63s23p63d9，Cu的电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1，所以Cu2＋被还原时得到的电子填充到3d、4s轨道。
(4)PBr中P原子的价层电子对数是4＋＝4，所以P原子杂化类型为sp3，没有孤对电子，所以该离子的几何构型为正四面体形；PCl5中磷元素化合价为＋5，另一种阴离子配位数为6，带1个单位负电荷，该离子的化学式为PCl；Br原子半径大，P原子周围无法容纳6个Br原子，不稳定，所以PBr5晶体中不能形成与PCl5晶体一样的阴离子。
(5)①AlP隙子数为2，价电子总数为8；SiC、GaAs、BN与AIP互为等电子体，化学性质相似，可能是半导体，ACE符合题意；②根据晶胞示意图，可知Al原子的配位数为4；②根据均摊法计算，每个晶胞含有Al原子数为8×＋6×＝4，含有P原子数为4，所以晶胞的质量是g，设晶胞边长是a cm，则晶胞体积为a3 cm3，d g·cm－3＝，则a＝。
14．(2019·广东茂名二模)铁是一种重要的过渡元素，能形成多种物质，如做染料的普鲁士蓝(化学式为KFe[Fe(CN)6])。
(1)Fe2＋基态核外电子排布式为__[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6___。
(2)在普鲁士蓝中，存在的化学键有离子键、__共价键___和__配位键___。
(3)一定条件下，CN－可氧化为OCN－。OCN－中三种元素的电负性由大到小的顺序为__O>N>C___；碳原子采取sp杂化，1 mol该物质中含有的π键数目为__2NA___。
(4)与CN－互为等电子体的一种分子为__CO或N2___(填化学式)。
(5)常温条件下，铁的晶体采用如下图所示的堆积方式，则这种堆积模型的配位数为__8___，如果铁的原子半径为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则此种铁单质的密度表达式为 g·cm3。
[解析] (1)Fe原子的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，所以Fe2＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6。
(2)KFe[Fe(CN)6]属于离子化合物，是一种复盐，也是一种配合物，阳离子是K＋、Fe3＋，阴离子是配离子[Fe(CN)6]4－(其中Fe为＋2价)，其中K＋、Fe3＋和[Fe(CN)6]4－以离子键相结合，[Fe(CN)6]4－中Fe2＋和CN－以配位键相结合，CN－内C和N以共价键相结合。
(3)OCN－中的C原子采取sp杂化，则其空间结构为直线形，结合OCN－与CO2是等电子体，可知OCN－的结构式是[O—C≡N]－，则1 mol OCN－中含有的π键数目是2NA。
(5)
图示的堆积方式是非密置层的体心立方堆积，所以配位数是8；铁的一个晶胞中有两个Fe原子，因此晶胞质量m＝ g，若铁的原子半径为a cm，则晶胞边长为 cm，晶胞体积V＝()3cm3，所以铁单质的密度ρ＝＝ g·cm－3。
15．(2019·广东湛江调研)短周期元素X、Y的价电子数相同，且原子序数比等于1∶2；元素Z位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。
(1)Y基态原子的价电子排布式为__3s23p4___。
(2)预测Na2Y、H2Y在乙醇中的溶解度大小：__Na2S>H2S___。
(3)Y与X可形成YX。YX的立体构型为__三角锥形___(用文字描述)，Y原子轨道的杂化类型是__sp3___杂化。写出一种由Y的同周期元素Q、V形成的与YX互为等电子体的分子的化学式：__PCl3___。
(4)Y与Z所形成化合物晶体的晶胞如图所示，该化合物的化学式为__ZnS___。其晶胞边长为540.0 pm，密度为 ≈4.1 g·cm－3(列式并计算)。
(5)2 mol配合物[Z(NH3)4]SO4中含有σ键的数目为__40___NA。
[解析] (1)由题中信息可推知X是O元素，Y是S元素，Z是Zn元素。
(2)乙醇是极性溶剂，H2S是极性溶质，Na2S是离子化合物，可看成极性很强的“分子”，根据相似相溶原理，H2S和Na2S在乙醇中都应有一定的溶解度，但由于乙醇分子的极性比水弱得多，所以H2S和Na2S在乙醇中的溶解度也比在水中的溶解度小得多，由于Na2S的“极性”比H2S要强，因此Na2S在乙醇中的溶解度要比H2S大。
(3)YX是SO，S原子的价层电子对数是4，孤电子对数是1，所以SO的立体构型是三角锥形，S原子的轨道杂化类型是sp3杂化。等电子体指原子总数相等、价电子总数也相等的微粒，在第三周期中Cl和P形成的PCl3与SO互为等电子体。
(4)晶胞中S的个数是8×＋6×＝4，Zn的个数是4，因此该化合物的化学式为ZnS。1 pm＝10－10 cm,1个晶胞中有4个“ZnS”，所以晶胞的密度ρ＝＝≈4.1 g·cm－3。
(5)[Zn(NH3)4]SO4中Zn2＋和N原子形成4个σ键(配位键)
，N和H之间共形成12个σ键，S和O之间形成4个σ键，所以1个[Zn(NH3)4]SO4中共有20个σ键，2 mol [Zn(NH3)4]SO4中含有σ键的数目为40NA。
