2020届一轮复习通用版11-6模块考法“物质结构与性质”题型专攻学案

2020届一轮复习通用版11-6模块考法“物质结构与性质”题型专攻学案

第6课时　模块考法——“物质结构与性质”题型专攻 ‎1．钛(22Ti)铝合金在航空领域应用广泛，回答下列问题：‎ ‎(1)基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]__________，其中s轨道上总共有________个电子。‎ ‎(2)六氟合钛酸钾(K2TiF6)中存在[TiF6]2－配离子，则钛元素的化合价是________，配位体是________。‎ ‎(3)TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂，例如，丙烯用三乙基铝和三氯化钛作催化剂时，可以发生聚合反应：nCH3CH===CH2CH(CH3)—CH2，该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有________；该反应涉及的元素中电负性最大的是________。三乙基铝是一种易燃物质，在氧气中三乙基铝完全燃烧所得产物中分子的立体构型是直线形的是________。‎ ‎(4)钛与卤素形成的化合物的熔沸点如表所示：‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ TiCl4‎ ‎－25‎ ‎136.5‎ TiBr4‎ ‎39‎ ‎230‎ TiI4‎ ‎150‎ ‎377‎ 分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定规律的原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(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＝0.295 nm，c＝0.469 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)基态Ti原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2，其中s轨道上总共有8个电子。(2)[TiF6]2－配离子中F显－1价，Ti显＋4价，配位体是F－，配位数是6。(3)该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型是sp3、sp2。非金属性越强，电负性越大，故该反应涉及的元素中电负性最大的是Cl。CO2为直线形分子。(4)TiCl4、TiBr4、TiI4的熔沸点较低，都是分子晶体，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。(5)该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为6× g，又该晶胞的体积为a×10－7×a×10－7××6×c×10－7，所以该钛晶体的密度为 g·cm－3。 ‎ 答案：(1)3d24s2　8　(2)＋4　F－　(3)sp2、sp3　Cl　CO2‎ ‎(4)TiCl4、TiBr4、TiI4都是分子晶体，而且组成和结构相似，其相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强，因而三者的熔点和沸点依次升高 ‎(5) ‎2．铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是________。‎ ‎(2)酞菁钴分子的结构简式如图所示，中心离子为钴离子，酞钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是________(填1、2、3、4)，三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为________(用相应的元素符号表示)；氮原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(3)Fe(CO)x，常温下呈液态，熔点为－20.5 ℃，沸点为103 ℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于________(填晶体类型)，若配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x＝________。‎ ‎(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)NiAs的晶胞结构如图所示。‎ ‎①镍离子的配位数为__________。‎ ‎②若阿伏加德罗常数的值为NA，晶体密度为ρ g·cm－3，则该晶胞中最近的Ni2＋之间的距离为________ cm。(写出计算表达式)‎ 解析：(1)铁、钴、镍的基态原子核外电子排布式分别为[Ar]3d64s2、[Ar]3d74s2、[Ar]3d84s2，未成对电子数分别为4、3、2，未成对电子数最多的是铁。(2)含有孤对电子的N原子与Co通过配位键结合，形成配位键后形成4对共用电子对，形成3对共用电子对的N原子形成的是普通的共价键，1号、3号N原子形成3对共用电子对，为普通共价键，2号、4号N原子形成4对共用电子对，与钴离子通过配位键结合；酞菁钴中三种非金属元素为C、N、H，电负性大小顺序是N>C>H；分子中N原子有2种，一种形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，杂化轨道类型为sp2，一种形成3个σ键，含有1个孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化轨道类型为sp3。(3)‎ 根据题给信息知，该物质的熔沸点较低，为分子晶体，配合物Fe(CO)x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2,8＋2x＝18，x＝5。(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，离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，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＋的离子半径小于Fe2＋的离子半径，熔点：NiO＞FeO。(5)①根据图示，砷离子周围有4个镍离子，构成正四面体，配位数为4，晶体中Ni和As的数目比为1∶1，因此镍离子周围也有4个砷离子，配位数为4；②根据图示，晶胞中含有的砷离子为4个，镍离子数目为8×＋6×＝4，晶胞的质量＝＝ g，晶体密度为ρ g·cm－3，则晶胞的边长＝ cm，晶胞中最近的Ni2＋之间的距离为面对角线的一半，为× cm。‎ 答案：(1)铁　(2)2、4　N>C>H　　sp2、sp3　(3)分子晶体　5　(4)>　相同电荷的离子半径越小，晶格能越大 ‎(5)①4　②× ‎3．原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第一至第四周期。自然界中存在多种A的化合物，B 原子核外电子有6 种不同的运动状态，B与C可形成正四面体形分子。D的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题：‎ ‎(1)这四种元素中电负性最大的元素，其基态原子的价电子排布图为__________，第一电离能最小的元素是________(填元素符号)。‎ ‎(2)C所在主族的前四种元素分别与A形成的化合物，沸点由高到低的顺序是_________(填化学式)，呈现如此递变规律的原因是___________________________。‎ ‎(3)B元素可形成多种单质，一种晶体结构如图1所示，其原子的杂化类型为__________，另一种的晶胞如图2所示，若此晶胞中的棱长为356.6 pm，则此晶胞的密度为_________g·cm－3(保留两位有效数字)。‎ ‎(4)D元素形成的单质，其晶体的堆积模型为___________，D的醋酸盐晶体局部结构如图3，该晶体中含有的化学键是_________(填序号)。‎ ‎①极性键　　②非极性键　　 ③配位键　　 ④金属键 解析：原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第一至第四周期，自然界中存在多种A的化合物，则A为H元素；B原子核外电子有6种不同的运动状态，即核外有6个电子，则B为C元素；D 的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，D原子外围电子排布为3d104s1，则D为Cu元素；结合原子序数可知，C只能处于第三周期，B与C可形成正四面体形分子，则B为Cl元素。‎ ‎(1)四种元素中电负性最大的是Cl，其基态原子的价电子排布图为四种元素中只有Cu为金属，其他为非金属，Cu的第一电离能最小。(2)HF分子之间形成氢键，使其熔沸点较高，HI、HBr、HCl分子之间只有范德华力，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高，即沸点由高到低的顺序是HF>HI>HBr>HCl。(3)图1为平面结构，在其层状结构中碳碳键键角为120°，每个碳原子都结合着3个碳原子，碳原子采取sp2杂化；图2一个晶胞中含碳原子数为8×＋6×＋4＝8，晶胞质量为 g，所以晶胞密度＝[(8×12)÷(6.02×1023)g]÷(356.6×10－10cm)3≈3.5 g·cm－3。(4)晶体Cu为面心立方最密堆积，结合图3醋酸铜晶体的局部结构可确定其晶体中含有极性键、非极性键和配位键，故是①②③。‎ 答案：(1)　 Cu ‎(2)HF＞HI＞HBr＞HCl　HF分子之间形成氢键使其熔沸点较高，HI、HBr、HCl分子之间只有范德华力，相对分子质量越大，范德华力越大 ‎(3)sp2　3.5　(4)面心立方最密堆积　①②③‎ ‎4．钒和镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂，其储氢合金可作为一种新型锌离子电池的负极材料，该电池以Zn(CF3SO3)2为电解质，以有缺陷的阳离子型ZnMn2O4为电极，成功获得了稳定的大功率电流。‎ ‎(1)基态钒原子的价电子排布式为________，其排布时能量最高的电子所占据能级的原子轨道有________个伸展方向。‎ ‎(2)VO2＋与可形成配合物。中三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为____________ (用元素符号表示)。‎ ‎(3)镍形成的配离子[Ni(NH3)6]2＋、[Ni(CN)4]2－中，NH3分子的空间构型为____________。与CN－互为等电子体的一种分子的化学式为____________。‎ ‎(4)三氟甲磺酸(CF3SO3H)是一种有机强酸，结构式如图1所示，通常以CS2、IF5、H2O2等为主要原料来制取。‎ ‎①H2O2分子中O原子的杂化方式为________。‎ ‎②三氟甲磺酸能与碘苯反应生成三氟甲磺酸苯酯和碘化氢。1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键的数目为________。‎ ‎(5)硫化锌晶体的构型有多种，其中一种硫化锌的晶胞如图2所示，该晶胞中S2－的配位数为________。‎ ‎(6)镧镍合金是重要的储氢材料，其储氢后的晶胞如图3所示。‎ ‎①储氢前该镧镍合金的化学式为________。‎ ‎②该镧镍合金储氢后氢的密度为________________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)g·cm－3。‎ 解析：(1)钒为23号元素，基态钒原子的价电子排布式为3d34s2，其排布时能量最高的电子所占据能级为3d,3d原子轨道有5个伸展方向。(2)C、H、O三种元素的电负性大小顺序是O>C>H。(3)NH3分子中N原子的价层电子对数目＝3＋×(5－1×3)＝4，采用sp3杂化，空间构型为三角锥形；与CN－互为等电子体的分子为N2(或CO)。(4)①H2O2分子中O原子与2个原子相连，含有2个孤电子对，价层电子对数目＝2＋2＝4，采用sp3杂化；②根据三氟甲磺酸的结构，三氟甲磺酸苯酯的结构为，1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键有3个C—F键、1个C—S键、2个S===O键、1个S—O键、1个C—O键，苯环上含有5个C—H和6个C—C键，σ键数目为19个。(5)在硫化锌的晶胞中S2－和Zn2＋配位数相等，晶体中与Zn2＋距离最近且相等的S2－有4个，配位数为4。(6)①储氢前，晶胞中含有镧原子数＝8×＝1，含镍原子数＝8×＋1＝5，合金的化学式为LaNi5。②储氢后的晶胞中H2数目为8×＋2×＝3，储氢后的化学式为LaNi5H6，储氢后1 mol晶胞的体积为(a×10－10 cm)3×NA＝a3×10－30×NA cm3，1 mol晶胞中含有的氢气质量为6 g，则该镧镍合金储氢后氢的密度为＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)3d34s2　5　(2)O>C>H ‎(3)三角锥形　N2(或CO)　(4)①sp3　②19‎ ‎(5)4　(6)①LaNi5　② ‎5．X、Y、Z、W、R、M六种元素，位于元素周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增大，相关信息如下：‎ 元素 相关信息 X 其单质为固体，常作电极材料 Y 原子核外有6种不同运动状态的电子 Z 非金属元素，基态原子的s轨道的电子总数与p轨道的电子总数相同 W 主族元素，与Z原子的价电子数相同 R 价层电子排布为3d64s2‎ M ⅠB族，其单质常用作导线 请回答下列问题(答题时，X、Y、Z、W、R、M用所对应的元素符号表示)：‎ ‎(1)X的单质与Z的单质反应的产物为______(填化学式)。‎ ‎(2)Z、W相比，第一电离能较大的是________，M2＋的核外电子排布式为________。‎ ‎(3)M2Z的熔点比M2W的________(填“高”或“低”)，请解释原因________________________________________________________________________。‎ ‎(4)Y和Z形成的化合物YZ2的VSEPR模型为________，其中Y原子的杂化轨道类型为______；‎ N和YZ2互为等电子体，则N的结构式为______。‎ ‎(5)MRW2的晶胞如图所示，晶胞参数a＝0.524 nm，c＝1.032 nm；MRW2的晶胞中每个M原子与________个W原子相连，晶体密度ρ＝________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，NA＝6.02×1023 mol－1)。‎ 解析：根据题意推出X、Y、Z、W、R、M六种元素依次为：Li、C、O、S、Fe、Cu。(1)Li与O2反应只能生成Li2O。(2)同主族元素，第一电离能自上而下逐渐减小，所以第一电离能较大的是O。Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，Cu2＋的核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。(3)Cu2O与Cu2S都为离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，对应的熔点越高，因O2－半径比S2－半径小，Cu2O比Cu2S的晶格能大，所以Cu2O的熔点高。(4)O和C形成的化合物CO2中，C原子价层电子对数为2，不含孤电子对，故VSEPR模型为直线形，其中C原子的杂化轨道类型为sp杂化；N和CO2互为等电子体，则N的结构与CO2相似，则结构式为[N===N===N]－。(5)由面心上1个Cu与2个S相连，晶胞内每个Cu原子与4个S相连；8个S均在体内，由该晶体的化学式为CuFeS2，则晶胞质量为 g，晶胞参数a＝0.524 nm，c＝1.032 nm，体积为(0.524×10－7 cm)2×1.032×10－7 cm，ρ＝＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)Li2O ‎(2)O　[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9‎ ‎(3)高　O2－半径比S2－半径小，Cu2O比Cu2S的晶格能大，所以Cu2O的熔点高 ‎(4)直线形　sp杂化　[N===N===N]－‎ ‎(5)4　 ‎6．(2018·全国卷Ⅱ)硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：‎ H2S S8‎ FeS2‎ SO2‎ SO3‎ H2SO4‎ 熔点/℃‎ ‎－85.5‎ ‎115.2‎ ‎＞600‎ ‎(分解)‎ ‎－75.5‎ ‎16.8‎ ‎10.3‎ 沸点/℃‎ ‎－60.3‎ ‎444.6‎ ‎－10.0‎ ‎45.0‎ ‎337.0‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。‎ ‎(2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。‎ ‎(3)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。‎ 解析：(1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，因此其价层电子的电子排布图为 ；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，最高能级为3p，其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。‎ ‎(2)根据价层电子对互斥理论可知，H2S、SO2、SO3三种分子中S原子的价层电子对数分别为4、3、3，因此H2S中S原子价层电子对数不同于其他两种分子。‎ ‎(3)S8和SO2均为分子晶体，S8的相对分子质量大于SO2，因此S8的分子间作用力大，熔沸点比SO2的高。‎ ‎(4)SO3的中心原子为S，中心原子的孤电子对数＝(6－2×3)/2＝0，中心原子结合3个氧原子，结合每个O原子有且只能有一个σ键，所以S形成3个σ键，S 的价层电子对数为0＋3＝3，S为sp2杂化，根据sp2杂化轨道构型可知，SO3为平面形分子，符合形成大π键条件，可形成4中心6电子大π键，因此有两种共价键类型。如题图(b)所示的三聚分子中每个S原子与4个O原子结合，形成正四面体结构，S原子的杂化轨道类型为sp3。‎ ‎(5)分析晶胞结构可知，Fe2＋位于棱边和体心，S位于顶点和面心，因此每个晶胞中含有的Fe2＋个数＝12×＋1＝4，每个晶胞中含有的S个数＝6×＋8×＝4，即每个晶胞中含有4个FeS2。一个晶胞的质量＝ g，晶胞的体积＝(a×10－7)3 cm3，该晶体密度＝ g·cm－3＝×1021 g·cm－3。正八面体的边长即为两个面心点的距离，因此正八面体的边长为a nm。‎ 答案：(1) 　哑铃(纺锤)‎ ‎(2)H2S　(3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强 ‎(4)平面三角　2　sp3　(5)×1021　a ‎7．自然界中存在大量金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。‎ ‎(1)请写出Fe的基态原子核外电子排布式________________________________________________________________________。‎ ‎(2)金属A的原子只有3个电子层，其第一至第四电离能如下：‎ I1‎ I2‎ I3‎ I4‎ 电离能/(kJ·mol－1)‎ ‎932‎ ‎1 821‎ ‎15 390‎ ‎21 771‎ 则A原子的价电子排布式为________。‎ ‎(3)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是(Ac—代表CH3COO—)：[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]Ac[醋酸羰基三氨合铜(Ⅰ)]。‎ ‎①C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为____________。‎ ‎②配合物[Cu(NH3)3CO]Ac中心原子的配位数为________。‎ ‎③在一定条件下NH3与CO2能合成尿素[CO(NH2)2]，尿素中C原子和N原子轨道的杂化类型分别为__________、________；1 mol尿素分子中，σ键的数目为________NA。‎ ‎(4)NaCl和MgO都属于离子晶体，NaCl的熔点为801.3 ℃，MgO的熔点高达2 800 ℃。造成两种晶体熔点差距的主要原因是_________________________________________。‎ ‎(5)(NH4)2SO4、NH4NO3等颗粒物及扬尘等易引起雾霾。其中NH的空间构型是 ‎_____，与NO互为等电子体的分子是________(填化学式)。‎ ‎(6)铜的化合物种类很多，如图是氯化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为a cm，则氯化亚铜密度的计算式为ρ＝________ g·cm－3。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)‎ 解析：(2)观察金属A的第一至第四电离能知其在失去第3个电子时需要的能量非常大，所以此元素很容易失去最外层2个电子，且A有3个电子层，所以A是Mg，Mg的价电子排布式为3s2。(3)②配合物[Cu(NH3)3CO]Ac的中心原子Cu原子附近有3个NH3和1个CO，所以其配位数为4。③尿素[CO(NH2)2]的结构式为，尿素中C原子和N原子轨道的杂化类型分别为sp2杂化、sp3杂化；1 mol尿素分子中σ键的数目为7NA。(6)根据CuCl晶胞结构可知，一个晶胞中含有Cu＋的数目为8×＋6×＝4，含Cl－的数目为4，所以一个晶胞中含有4个CuCl，则ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2　(2)3s2　(3)①C

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