全国版2021高考化学一轮复习课时作业46物质结构与性质的综合作用含解析

全国版2021高考化学一轮复习课时作业46物质结构与性质的综合作用含解析

课时作业(四十六)　物质结构与性质的综合作用 ‎1．(2019·黑龙江哈尔滨统考)(1)三聚氰胺中六元环结构与苯环类似，它与硝基苯的相对分子质量之差为3，三聚氰胺的熔点为354 ℃，硝基苯的熔点是5.7 ℃。‎ ‎①三聚氰胺中，环上与环外的氮原子杂化轨道类型分别为________。‎ ‎②导致三聚氰胺与硝基苯熔点相差很大的根本原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)一定条件下，碳、氮两种元素可形成一种化合物，该化合物可作耐磨材料，其熔点________(填“高于”“低于”或“无法判断”)金刚石的熔点。‎ ‎(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。则铁镁合金的化学式为__________，若该晶胞的参数为d nm，则该合金的密度为____________(不必化简，用NA表示阿伏加德罗常数)。‎ 解析　(1)①三聚氰胺中环上、环外氮原子分别形成了2个σ键、3个σ键，均还有一个孤电子对，故价层电子对数分别为3、4，杂化轨道类型分别为sp2、sp3。②三聚氰胺中存在N—H键，分子间能形成氢键，导致熔点升高，硝基苯分子间不能形成氢键，故熔点较低。(2)因氮的原子半径小于碳的原子半径，故键能：C—N＞C—C，因而金刚石的熔点较低。(3)依据均摊规则，晶胞中共有4个铁原子，8个镁原子，故化学式为Mg2Fe，一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”，其质量为×104 g＝ g,1 nm＝10－7 cm，体积为10－21d3 cm3，由此可求出其密度。‎ 答案　(1)①sp2、sp3　②三聚氰胺分子间能形成氢键，但硝基苯分子间不能形成氢键 ‎(2)高于　(3)Mg2Fe　 g·cm－3(或其他合理答案)‎ ‎2．(2018·河南八市二模)针对氮族元素中的N、P、As三种非金属元素回答下列相关问题。‎ ‎(1)基态砷原子的价电子排布式为__________，同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是__________(填元素符号)。‎ ‎(2)雄黄(As4S4‎ - 9 -‎ ‎)是很多人熟悉的一种物质，其分子结构如图所示，分子中所有原子最外层均达到8电子结构。分子中含有的σ键的数目是______，●表示的原子是______，该原子的杂化形式是__________。‎ ‎(3)硝酸的沸点较低，从氢键的角度推断其可能的原因是____________________。硝酸根的空间构型是____________。‎ ‎(4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积，每个分子周围紧邻的分子有______个。若白磷晶体晶胞的棱长为y pm，阿伏伽德罗常数的数值用NA表示，则白磷晶体的密度为__________g·cm－3。‎ 解析　(1)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3，其未成对电子数是3个，同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是V、Co(它们的价电子排布分别为3d34s2和3d74s2)。‎ ‎(2)由雄黄(As4S4)的分子结构示意图可知，其分子中含有的σ键的数目是10，●表示的原子与相邻的原子形成3个共价键，所以该原子是砷，每个砷原子还有1个孤电子对，所以该原子的杂化形式是sp3杂化。‎ ‎(3)硝酸的沸点较低，从氢键的角度推断其可能的原因是：硝酸中存在分子内氢键。硝酸根中氮原子的杂化类型是sp2杂化，氮原子形成了3个σ键，所以其空间构型是平面三角形。‎ ‎(4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积，类比金属晶体中金属原子的密堆积，可知每个分子周围紧邻的分子有12个。密堆积可能是面心立方堆积也可能是六方堆积，每个晶胞中有4个白磷分子，白磷晶体晶胞的棱长为y pm，阿伏伽德罗常数的数值用NA表示，则NA个晶胞的质量和体积分别是496 g和NA(y×10－10)3 cm3，则白磷晶体的密度为 g·cm－3。‎ 答案　(1)4s24p3　V、Co　(2)10　砷　sp3杂化 ‎(3)硝酸中存在分子内氢键　平面三角形 ‎(4)12　 ‎3．(2018·江西南昌二模)核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘－131和铯－137。碘－131一旦被人体吸入，可能会引发甲状腺肿大等疾病。‎ ‎(1)与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表：‎ 元素代号 X Y Z 第一电离能(kJ·mol－1)‎ ‎520‎ ‎496‎ ‎419‎ 基态Z原子的核外电子排布式为________。X、Y、Z三种元素形成的单质熔点由高到低的顺序为__________(用元素符号表示)，其原因为 ‎________________________________________________________________________‎ - 9 -‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)F与I同主族，BeF2是由三个原子构成的共价化合物分子，分子中中心原子Be的杂化类型为__________，BeF2分子的空间构型是________。‎ ‎(3)Cl与I同主族，Cl具有很强的活泼性，可以形成很多含氧化合物，其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为______________________________________。‎ ‎(4)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示，该晶胞中含有______个131I2分子，该晶体属于________(填晶体类型)。‎ ‎(5)KI的晶胞结构如图乙所示，每个K＋的配位数为______。KI晶体的密度为________ρ g·cm－3，K和I的摩尔质量分别为Mkg·mol－1和MIg·mol－1，原子半径分别为rKcm和rIcm，阿伏加德罗常数的值为NA，则KI晶胞中的空间利用率为__________________。‎ 解析　(1)由铯的最外层电子排布式为6s1可知X、Y、Z为第ⅠA族，而ⅠA族前四周期的元素分别为H、Li、Na、K，又由提供的X、Y的第一电离能的差值与Y、Z的第一电离能的差值相差不大可知，X、Y、Z不可能有H元素，而同主族元素随着电子层数的增加，第一电离能逐渐减小，故X、Y、Z分别为Li、Na、K，则基态K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；由于锂、钠、钾为金属晶体，它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低，即熔点为Li＞Na＞K；(2)BeF2分子内中心原子为Be，其价电子数为2，F提供2个电子，所以Be原子的价层电子对数为(2＋2)/2＝2，Be原子的杂化类型为sp杂化，BeF2分子的空间构型是直线形；(3)非羟基氧原子个数越多，含氧酸的酸性越强，则含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。(4)由碘晶胞可知，131I2在晶胞的8个顶点和6个面上，故一个晶胞中含有4个131I2分子；该晶体属于分子晶体；(5)根据晶胞结构可知KI晶胞与NaCl晶胞结构相似，每个K＋紧邻6个I－，每个K＋的配位数为6；晶胞中K和I均是4个，原子半径分别为rKcm和rIcm，则晶胞的边长是2rKcm＋2rIcm，因此KI晶体的密度为g/cm3＝g/cm3，KI晶胞中的空间利用率为×100%＝×100%。‎ 答案：(1)1s22s22p63s23p64s1‎ - 9 -‎ ‎　Li＞Na＞K　锂、钠、钾为金属晶体，由于它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低　(2)sp　直线型　(3)HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO　(4)4　分子　(5)6　　[4π(r＋r)ρNA×100%]/[3(Mk＋MI)]或[2π(r＋r)×100%]/3(rk＋rI)3‎ ‎4．(2019·河北衡水检测)化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究。物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展有重要的意义。请回答下列问题：‎ ‎(1)基态铜原子最外层电子所占用能级的电子云轮廓图形状为________，基态硒原子的价电子排布图为________。‎ ‎(2)次氯酸分子的VSEPR模型名称为________，中心原子的杂化类型为________。‎ ‎(3)C、O、F三者的第一电离能由小到大的顺序为________。‎ ‎(4)CaO的熔点比BaO______(填“高”或“低”)，原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)H2SeO4的酸性比H2SeO3强，原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________。‎ ‎(6)与CN－互为等电子体的离子有__________(写出一种即可)。‎ ‎(7)Fe和S形成的某种晶胞如图所示：其中白球表示S，黑球表示Fe，则该物质的化学式为________。该晶胞中硫原子的配位数为________；假设该晶胞的密度为ρ g/cm3，用NA表示阿伏加德罗常数，则该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为________pm.‎ 解析　(1)基态Cu原子核外有4个电子层，最高能层为第四层，即N层，最外层电子为4s1电子，该能层电子的电子云轮廓图形状为球形，硒为34号元素，有6个价电子，所以硒的价层电子排布式为4s24p4，价层电子排布图为。‎ ‎(2)次氯酸分子中中心原子O有2对孤对电子和2个σ键，VSEPR模型为四面体，O原子采取sp3杂化；‎ ‎(3)同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，所以C、O、F元素第一电离能为C＜O＜F；‎ - 9 -‎ ‎(4)离子晶体中离子半径越小，则离子键键能越大，其晶体的晶格能越大，熔点越高，已知钙离子半径小于钡离子半径，所以CaO的熔点高于BaO；‎ ‎(5)H2SeO4中非羟基氧数目多，所以酸性更强，即H2SeO4的酸性比H2SeO3强；‎ ‎(6)将CN－中C原子及1个负电荷换成1个N原子，可得等电子体N2，将N原子及1个负电荷换成1个O原子，可得等电子体CO，同理互为等电子体的离子有O或C等；‎ ‎(7)黑球铁处于晶胞内部，晶胞中含有4个Fe原子，白球S处于顶点和面心，晶胞中含有S原子数目为6×＋8×＝4，约成最简整数比即得化学式为FeS，根据图示，每个铁原子周围有四个硫原子，即晶胞中铁原子的配位数为4，则硫原子的配位数也为4；晶胞质量为4×g，假设该晶胞的边长为a cm，则(a cm)3×ρ g/cm3＝4×g，则a＝，距离最近的S原子之间距离为晶胞边长的，故S原子之间距离为× cm＝××1010pm。‎ 答案　(1)球形　　(2)四面体型　sp3 杂化 ‎(3)C＜O＜F　(4)高　Ca2＋半径比Ba2＋小，CaO的晶格能比BaO大　(5)H2SeO4和H2SeO3可用(HO)mSeOn, H2SeO4中的n值大，Se的正电性高导致Se－O－H中O的电子向Se偏移，在水分子的作用下更容易电离出H＋，所以酸性更强(或者说H2SeO4中非羟基氧数目多，所以酸性更强也可) 　(6)O或C　(7)FeS　4　× ×1010‎ ‎5．(2019·山东日照诊断)氟及其化合物用途非常广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)基态氟原子的价电子排布式为________。‎ ‎(2)C2F4可用于合成聚四氟乙烯，HBF4可用于蚀刻玻璃，NO2F可用作火箭推进剂中的氧化剂，NaAlF6可用作电冶铝的助熔剂。‎ ‎①C2F4分子中所含共价键的类型有________，C2F4分子中碳原子的杂化轨道类型是________，聚四氟乙烯是一种准晶体，证明它不是晶体可用的实验方法是________________。‎ ‎②HF与BF3化合可得到HBF4，从价键形成角度分析HF与BF3能化合的原因___________________________________________________________________________。‎ ‎③与NO2F分子互为等电子体的非极性分子有_______________________________________________(写一个符合要求的化学式即可)。‎ ‎(3)CaF2的晶体结构如图所示。‎ - 9 -‎ ‎①CaF2晶胞中，Ca2＋的配位数为________；F－的配位数为________。‎ ‎②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知A、B两点的原子坐标参数如图所示，则C点的原子坐标参数为__________。‎ ‎③晶胞参数可描述晶胞的大小和形状，CaF2晶胞的晶胞参数A＝546.2pm，则其密度为________(列出计算式即可)g/cm3。‎ 解析　(2)①C2F4分子的结构类似于乙烯，所含共价键的类型有C－F间的σ键和C＝C中的σ键和π键；C2F4分子为平面形状，碳原子的杂化轨道类型为sp2，聚四氟乙烯是一种准晶体，可以通过X射线衍射实验证明它不是晶体；②BF3中硼原子有空轨道，HF中氟原子有孤对电子，两者之间可形成配位键，因此HF与BF3化合可得到HBF4；③与NO2F分子互为等电子的非极性分子有BF3(或BCl3、SO3等)。‎ ‎(3)①根据CaF2晶胞结构，每个F－周围有4个距离相等且最近的Ca2＋，这4个钙离子构成正四面体结构，F－的配位数为4，在CaF2晶胞中Ca2＋与F－的个数比为1∶2，则Ca2＋的配位数为8；②根据CaF2的晶体结构，氟离子分布在晶胞内，A、B原子的坐标参数依次为(0,0,0)、 (1,1,1)，氟离子分布在晶胞内，8个氟离子构成立方体结构，每侧的4个负离子所在平面距离最近的晶胞的侧面为晶胞边长的，因此C点的原子坐标参数为，，；③根据CaF2晶胞结构，晶胞中含有8个氟离子，则含有4个钙离子，晶胞参数A＝546.2pm，则其密度为g/cm3＝g/cm3＝g/cm3。‎ 答案　(1)2s22p5　(2)①σ键，π键　sp2　X射线衍射　②BF3中硼原子有空轨道，HF中氟原子有孤对电子，两者之间可形成配位键　③BF3(或BCl3、SO3等)　(3)①8　4‎ ‎②，，　③ ‎6．(2019·山东济南联考)金属钛(Ti)被誉为21世纪金属，其单质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题：‎ ‎(1)Ti的基态原子价电子排布式为________。‎ ‎(2)纳米TiO2常用作下述反应的催化剂。‎ - 9 -‎ 化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有________个，化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应元素的电负性由大到小的顺序为________。‎ ‎(3)某含Ti3＋配合物的化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O，其配合物离子中含有的化学键类型是________________________________________________________________________，‎ ‎1 mol 该配合物中含有的σ键数目是________。‎ ‎(4)通过X－射线探知KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似，且已知其中三种离子晶体的晶格能数据如下：‎ 离子晶体 NaCl KCl CaO 晶格能/(kJ·mol－1)‎ ‎786‎ ‎715‎ ‎3 401‎ KCl、MgO、CaO、TiN四种离子晶体熔点由高到低的顺序为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a＝0.469 nm，c＝0.295 nm，则该钛晶体的密度为______________________g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。‎ 解析　(1)Ti是22号元素，位于第四周期第ⅣB族，基态Ti原子价电子排布式是3d24s2。‎ ‎(2)化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有苯环上的6个碳原子和C＝O键中的碳原子，一共有7个；化合物乙中采取sp3方式杂化的原子有C、N、O，同周期元素从左到右电负性逐渐增大，故电负性：O＞N＞C。‎ ‎(3)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中的配离子是[TiCl(H2O)5]2＋，含有的化学键有极性共价键和配位键；配位键属于σ键，故1 mol该配合物中含有18NA个σ键。‎ ‎(4)离子带的电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔点越高。‎ ‎(5)根据均摊法，该晶胞含有的Ti原子数是12×＋2×＋3＝6，一个晶胞的体积是×(2.95×10－8)2×4.69×10－8 cm3，所以晶体密度是g·cm－3。‎ - 9 -‎ 答案　(1)3d24s2　(2)7　O＞N＞C　(3)配位键、极性共价键　18NA　(4)TiN＞MgO＞CaO＞KCl ‎(5) ‎7．(2019·四川绵阳一诊)铁、钴、镍的性质非常相似，它们的化合物应用十分广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)基态铁原子的价电子排布式为__________。铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是________。‎ ‎(2)CoCl2溶于氨水并通入空气，可从溶液中结晶出橙黄色的[Co(NH3)6]Cl3晶体。该配合物中配体分子的立体构型是________，其中心原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(3)铁、镍易与CO作用形成羰基配合物Fe(CO)5、Ni(CO)4，Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K，则Ni(CO)4固体属于________晶体，其中存在的化学键类型为 ‎____________________。‎ ‎(4)NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点：NiO________FeO(填“＞”“＜”或“＝”)，原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)Fe3O4晶体中，O2－的重复排列方式如图所示，该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2－围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2－围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半Fe3＋填充在正四面体空隙中，另一半Fe3＋和Fe2＋填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2－数之比为________，有______%的正八面体空隙没有填充阳离子。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元，晶体密度为5.18 g/cm3，则该晶胞参数a＝________pm。(写出计算表达式)‎ 解析　(1)铁是26号元素，基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。钴、镍的基态原子的价电子排布式分别为3d74s2、3d84s2，三种元素原子的核外未成对电子数分别为4、3、2，核外未成对电子数最多的是铁。‎ ‎(2)在[Co(NH3)6]Cl3晶体中配体分子是氨分子，氨分子中N原子的价层电子对数＝3＋ - 9 -‎ ‎×(5－3×1)＝3＋1＝4，含1对孤对电子，故分子构型是三角锥形，其中心N原子的杂化轨道类型为sp3。‎ ‎(3)Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K，熔沸点较低，因此推知Ni(CO)4的熔沸点也较低，Ni(CO)4固体属于分子晶体，存在的化学键有配位键、共价键。‎ ‎(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与晶格能的大小有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔点越高。由于Ni2＋、Fe2＋所带电荷数相同，Ni2＋的离子半径小于Fe2＋的离子半径，所以熔点：NiO＞FeO。‎ ‎(5)如图结构中如1、3、6、7的O2－围成的正四面体空隙有8个，O2－数目为8×＋6×＝4，故正四面体空隙数与O2－数目之比为8∶4＝2∶1；如图结构单元中每个棱心均为正八面体空隙中心，每个棱心被4个图示结构单元所共用，故1个图示结构单元中正八面体空隙数目为12×＋1＝4,1个结构单元中有4个O2－，故有2个Fe3＋和1个Fe2＋，由题可知1个Fe3＋和1个Fe2＋填充在正八面体空隙中，即还有2个正八面体空隙没有填充阳离子，有50%的正八面体空隙没有填充阳离子。晶胞中有8个图示结构单元，1 mol晶胞的质量为8×(3×56＋4×16) g＝8×232 g，则晶体密度＝＝5.18 g/cm3，a＝×1010。‎ 答案　(1)3d64s2　铁(或Fe)　(2)三角锥形　sp3　(3)分子　配位键、共价键　(4)＞　二者均为离子晶体，离子所带电荷数相同，离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，熔点越高　(5)2∶1　50　×1010‎ - 9 -‎