2020届天津高考化学一轮复习 物质结构与性质学案
专题二十五 物质结构与性质
挖命题
【考情探究】
考点
内容解读
5年考情
预测热度
考题示例
难度
关联考点
原子结构与性质
1.知道原子核外电子的运动状态。
2.知道核外电子的排布规律。
3.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化。
2018课标Ⅲ,35
2017课标Ⅰ,35
2016江苏单科,21A
2016海南单科,19-Ⅰ
中
分子结构与性质、晶体结构与性质
★★★
分子结构与性质
1.认识分子之间和分子内部原子之间的相互作用。
2.认识共价键的本质和特征。
3.知道分子的空间结构,并可运用相关理论和模型解释、预测;知道分子结构测定技术;知道极性分子和非极性分子。
2018课标Ⅱ,35
2018江苏单科,21A
2017课标Ⅱ,35
2016 课标Ⅲ,37
2015 福建理综,31
中
原子结构与性质、晶体结构与性质
★★☆
晶体结构与性质
1.了解晶体中微粒的空间排布,认识晶体结构的特点。
2.知道晶体的聚集状态会影响物质的性质。
2018课标Ⅰ,35
2017课标Ⅲ,35
2017江苏单科,21A
2016课标Ⅱ,37
中
原子结构与性质、分子结构与性质
★☆☆
分析解读 根据2017版化学课程标准,天津高考对“物质结构与性质”的考查内容应为较为基础的知识点,涉及原子结构和元素性质,化学键与物质的性质,分子结构与分子的性质。要求会根据某些物质的结构特征揭示一些物理现象,能够运用价层电子对互斥理论或杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间构型。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 原子结构与性质
1.第四周期过渡元素如铁、锰、铜、锌等在太阳能电池、磁性材料等科技方面有广泛的应用,回答下列问题:
(1)在现代化学中,常利用 上的特征谱线来鉴定元素,称为光谱分析。
(2)写出Cu2+的外围电子排布式 ;比较铁与锰的第三电离能(I3):铁 锰(填“>”“=”或“<”),原因是 。
(3)已知[Zn(CN)4]2-与甲醛在水溶液中发生反应可生成一种新物质HOCH2CN,试判断新物质中碳原子的杂化方式 ;1 mol[Zn(CN)4]2-中的σ键数为 。
(4)如图是晶体Fe3O4的晶胞,该晶体是一种磁性材料,能导电。
①晶胞中亚铁离子处于氧离子围成的 (填空间结构)空隙。
②晶胞中氧离子的堆积方式与某金属晶体原子堆积方式相同,该堆积方式名称为 。
③解释Fe3O4晶体能导电的原因: ;若晶胞的体对角线长为a nm,则Fe3O4晶体的密度为 g·cm-3(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
答案 (1)原子光谱
(2)3d9 < Mn2+、Fe2+的价电子排布式分别为3d5、3d6,Mn2+的3d轨道处于半满状态,较稳定,再失去一个电子所需能量较高
(3)sp3、sp 8NA
(4)①正四面体 ②面心立方堆积 ③电子可在Fe2+和Fe3+间快速发生转移 6963×1021a3NA
2.铜及其化合物在人们的日常生活中有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)铜或铜盐的焰色反应为绿色,下列有关原理分析的叙述正确的是 (填字母)。
A.电子从基态跃迁到较高的激发态
B.电子从较高的激发态跃迁到基态
C.焰色反应的光谱属于吸收光谱
D.焰色反应的光谱属于发射光谱
(2)基态Cu原子中,核外电子占据的最高能层符号是 ,其核外电子中有 个未成对电子,Cu与Ag均属于ⅠB族元素,熔点:Cu Ag(填“>”或“<”)。
(3)[Cu(NH3)4]SO4中阴离子的立体构型是 ,中心原子的轨道杂化类型为 ;[Cu(NH3)4]SO4中Cu2+与NH3之间形成的化学键称为 。
(4)用Cu作催化剂可以氧化乙醇生成乙醛,乙醛中σ键和π键的个数比为 。
(5)碘、铜两种元素的电负性如下表:
元素
I
Cu
电负性
2.5
1.9
CuI属于 (填“共价”或“离子”)化合物。
答案 (1)BD (2)N 1 > (3)正四面体 sp3 配位键 (4)6∶1 (5)共价
考点二 分子结构与性质
1.铝及其化合物在工农业生产及日常生活中有重要用途。请回答下列问题:
(1)Al原子的价电子排布图为 ,Na、Mg、Al的第一电离能由小到大的顺序为 。
(2)某含有铝元素的翡翠,其主要成分的化学式为Be3Al2Si6O18,其中Si原子的杂化轨道类型为 。
(3)工业上用氧化铝、氮气、碳单质在高温条件下可制备一种四面体结构单元的高温结构陶瓷,其晶胞如图所示:
①该制备反应的化学方程式为 。
②该化合物的晶体类型为 ,该晶胞中有 个铝原子,该晶胞的边长为a pm,则该晶体的密度为 g/cm3。
(4)AlCl3的相对分子质量为133.5,183 ℃开始升华,易溶于水、乙醚等,其二聚物(Al2Cl6)的结构如图所示,图中1键键长为206 pm,2键键长为221 pm,从键的形成角度分析1键和2
键的区别: 。
答案 (1) Na
”“<”或“=”)。
(3)血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡咯和血红素的结构如下图:
①已知吡咯中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中N原子的杂化类型为 。
②1 mol吡咯分子中所含的σ键总数为 个。分子中的大π键可用Πnm表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡咯环中的大π键应表示为 。
③C、N、O三种元素的简单氢化物,沸点由低到高的顺序为 (填化学式)。
④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过 键相结合的。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2 SO3 H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间构型为 。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是
。
答案 (1)3d104s1 (2)> (3)①sp2 ②10NA Π56
③CH4”“<”或“=”),理由是 。
(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,0),则C离子坐标参数为 。
(6)一定温度下,NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”,可以认为O2-作密置单层排列,Ni2+填充其中(如下图所示),已知O2-的半径为a m,每平方米面积上分散的该晶体的质量为 g。(用a、NA表示,NA表示阿伏加德罗常数的值)
答案 (1)1s22s22p63s23p5 Cl>P>S
(2)sp3 V形
(3)1∶1
(4)> Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大
(5)(1,12,12) (6)2532a2NA或7523a2NA
2.磷化铜(Cu3P2)用于制造磷青铜,磷青铜是含少量锡、磷的铜合金,主要用来制作耐磨零件和弹性元件。
(1)基态铜原子的电子排布式为 ;价电子中成对电子数为 。
(2)磷化铜与水作用产生有毒的磷化氢(PH3)。
①PH3分子中中心原子的杂化方式是 。
②P与N同主族,其最高价氧化物对应水化物的酸性:HNO3 H3PO4(填“>”或“<”),从结构的角度说明理由: 。
(3)磷青铜中的锡、磷两元素电负性的大小为Sn P(填“>”“<”或“=”)。
(4)某磷青铜晶胞结构如图所示。
①晶体的化学式为 。
②该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有 个,这些Sn原子所呈现的构型为 。
③若晶体密度为8.82 g·cm-3,最近的Cu原子核间距为 pm(用含NA的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 10
(2)①sp3 ②> HNO3分子结构中含有2个非羟基氧原子,比H3PO4中多1个
(3)<
(4)①SnCu3P ②4 正方形 ③22×3342NA×8.82×1010
过专题
【五年高考】
考点一 原子结构与性质
统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2016海南单科,19-Ⅰ,6分)下列叙述正确的有( )
A.第四周期元素中,锰原子价电子层中未成对电子数最多
B.第二周期主族元素的原子半径随核电荷数增大依次减小
C.卤素氢化物中,HCl的沸点最低的原因是其分子间的范德华力最小
D.价层电子对互斥理论中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数
答案 BD
2.(2018课标Ⅲ,35,15分)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:
(1)Zn原子核外电子排布式为 。
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是 。
(3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是 ;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是 。
(4)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子空间构型为 ,C原子的杂化形式为 。
(5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为 。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
答案 (1)[Ar]3d104s2
(2)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子
(3)离子键 ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小
(4)平面三角形 sp2
(5)六方最密堆积(A3型) 65×6NA×6×34×a2c
3.(2017课标Ⅰ,35,15分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为 nm(填标号)。
A.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5
(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是 ,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是 。
(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为 ,中心原子的杂化形式为 。
(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为 nm,与K紧邻的O个数为 。
(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于 位置,O处于 位置。
答案 (1)A
(2)N 球形 K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(3)V形 sp3
(4)0.315 12
(5)体心 棱心
4.(2016课标Ⅰ,37,15分)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题:
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar] ,有 个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、叁键,但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析,原因是 。
(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因 。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
-49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 。
(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为 ,微粒之间存在的作用力是 。
(6)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(12,0,12);C为(12,12,0)。则D原子的坐标参数为 。
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。
答案 (1)3d104s24p2 2
(2)Ge原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键
(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,分子量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强
(4)O>Ge>Zn
(5)sp3 共价键
(6)①(14,14,14)
②8×736.02×565.763×107
5.(2016江苏单科,21A,12分)[Zn(CN)4]2-在水溶液中与HCHO发生如下反应:
4HCHO+[Zn(CN)4]2-+4H++4H2O [Zn(H2O)4]2++4HOCH2CN
HOCH2CN的结构简式
(1)Zn2+基态核外电子排布式为 。
(2)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为 mol。
(3)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是 。
(4)与H2O分子互为等电子体的阴离子为 。
(5)[Zn(CN)4]2-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。不考虑空间构型,[Zn(CN)4]2-的结构可用示意图表示为 。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)
(2)3
(3)sp3和sp
(4)NH2-
(5)或
教师专用题组
6.(2015课标Ⅰ,37,15分)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题:
(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描述。在基态14C原子中,核外存在 对自旋相反的电子。
(2)碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是 。
(3)CS2分子中,共价键的类型有 、C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。
(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。
(5)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:
①在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C原子。
②在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接 个六元环,六元环中最多有 个C原子在同一平面。
答案 (15分)(1)电子云 2(每空1分,共2分)
(2)C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构(2分)
(3)σ键和π键 sp CO2、SCN-(或COS等)(2分,1分,2分,共5分)
(4)分子(2分)
(5)①3 2(每空1分,共2分)
②12 4(每空1分,共2分)
7.(2014课标Ⅰ,37,15分)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题:
(1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过 方法区分晶体、准晶体和非晶体。
(2)基态Fe原子有 个未成对电子,Fe3+的电子排布式为 。可用硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为 。
(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为 ,1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为 。乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是 。Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
(4)Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405 nm,晶胞中铝原子的配位数为 。列式表示Al单质的密度 g·cm-3(不必计算出结果)。
答案 (1)X-射线衍射
(2)4 1s22s22p63s23p63d5 血红色
(3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16
(4)12 4×276.022×1023×(0.405×10-7)3
8.(2014江苏单科,21A,12分)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基,也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。
(1)Cu+基态核外电子排布式为 。
(2)与OH-互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。
(3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是 ;1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为 。
(4)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为 。
(5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示,铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为 。
答案 (1)[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10
(2)HF
(3)sp2 6 mol或6×6.02×1023个
(4)2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOH CH3COONa+Cu2O↓+3H2O
(5)12
考点二 分子结构与性质
统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2017海南单科,19-Ⅰ,6分)下列叙述正确的有( )
A.某元素原子核外电子总数是最外层电子数的5倍,则其最高化合价为+7
B.钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能
C.高氯酸的酸性与氧化性均大于次氯酸的酸性与氧化性
D.邻羟基苯甲醛的熔点低于对羟基苯甲醛的熔点
答案 AD
2.(2018江苏单科,21A,12分)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO42-和NO3-,NOx也可在其他条件下被还原为N2。
(1)SO42-中心原子轨道的杂化类型为 ;NO3-的空间构型为 (用文字描述)。
(2)Fe2+基态核外电子排布式为 。
(3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为 (填化学式)。
(4)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)= 。
(5)[Fe(H2O)6]2+与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2+中,NO以N原子与Fe2+形成配位键。请在[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图
答案 (1)sp3 平面(正)三角形
(2)[Ar]3d6或1s22s22p63s23p63d6
(3)NO2-
(4)1∶2
(5)
3.(2015江苏单科,21A,12分)下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶:
2Cr2O72-+3CH3CH2OH+16H++13H2O
4[Cr(H2O)6]3++3CH3COOH
(1)Cr3+基态核外电子排布式为 ;配合物[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是 (填元素符号)。
(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为 ;1 mol CH3COOH分子含有σ键的数目为 。
(3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为 (填化学式);H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为 。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3) O
(2)sp3和sp2 7 mol(或7×6.02×1023)
(3)H2F+ H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键
4.(2018课标Ⅱ,35,15分)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S22-所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为 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)4MNAa3×1021 22a
教师专用题组
5.(2016课标Ⅲ,37,15分)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:
(1)写出基态As原子的核外电子排布式 。
(2)根据元素周期律,原子半径Ga As,第一电离能Ga As。(填“大于”或“小于”)
(3)AsCl3分子的立体构型为 ,其中As的杂化轨道类型为 。
(4)GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是 。
(5)GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ,Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。
答案 (1)[Ar]3d104s24p3(1分)
(2)大于(2分) 小于(2分)
(3)三角锥形(1分) sp3(1分)
(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体(2分)
(5)原子晶体(2分) 共价(2分) 4π×10-30NAρ(rGa3+rAs3)3(MGa+MAs)×100%(2分)
6.(2015课标Ⅱ,37,15分)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:
(1)四种元素中电负性最大的是 (填元素符号),其中C原子的核外电子排布式为 。
(2)单质A有两种同素异形体,其中沸点高的是 (填分子式),原因是
;A和B的氢化物所属的晶体类型分别为 和 。
(3)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E,E的立体构型为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。
(4)化合物D2A的立体构型为 ,中心原子的价层电子对数为 ,单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A,其化学方程式为 。
(5)A和B能够形成化合物F,其晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,F的化学式为 ;晶胞中A原子的配位数为 ;列式计算晶体F的密度(g·cm-3) 。
答案 (15分)(1)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)(每空1分,共2分)
(2)O3 O3相对分子质量较大,范德华力大 分子晶体
离子晶体(每空1分,共4分)
(3)三角锥形 sp3(每空1分,共2分)
(4)V形 4 2Cl2+2Na2CO3+H2O Cl2O+2NaHCO3+2NaCl(或2Cl2+Na2CO3 Cl2O+CO2+2NaCl)(每空1分,共3分)
(5)Na2O 8 4×62 g·mol-1(0.566×10-7cm)3×6.02×1023mol-1=2.27 g·cm-3(1分,1分,2分,共4分)
7.(2015四川理综,8,13分)X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素;Z和U位于第ⅦA族;X和Z可形成化合物XZ4;Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等;T的一种单质在空气中能够自燃。
请回答下列问题:
(1)R基态原子的电子排布式是 。
(2)利用价层电子对互斥理论判断TU3的立体构型是 。
(3)X所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中,酸性最强的是 (填化学式);Z和U的氢化物中沸点较高的是 (填化学式);Q、R、U的单质形成的晶体,熔点由高到低的排列顺序是 (填化学式)。
(4)CuSO4溶液能用作T4中毒的解毒剂,反应可生成T的最高价含氧酸和铜,该反应的化学方程式是 。
答案 (13分)(1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
(2)三角锥形
(3)HNO3 HF Si、Mg、Cl2
(4)P4+10CuSO4+16H2O 10Cu+4H3PO4+10H2SO4
8.(2015福建理综,31,13分)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。
(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为 。
(2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是 (填序号)。
a.固态CO2属于分子晶体
b.CH4分子中含有极性共价键,是极性分子
c.因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
d.CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
(3)在Ni基催化剂作用下,CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。
①基态Ni原子的电子排布式为 ,该元素位于元素周期表中的第 族。
②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4,1 mol Ni(CO)4中含有 mol σ键。
(4)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
参数
分子
分子直径/nm
分子与H2O的结合能E/kJ·mol-1
CH4
0.436
16.40
CO2
0.512
29.91
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是 。
②为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是
。
答案 (13分)(1)H、C、O (2)a、d
(3)①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 Ⅷ ②8
(4)①氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4
9.(2014课标Ⅱ,37,15分)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中的未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。回答下列问题:
(1)b、c、d中第一电离能最大的是 (填元素符号),e的价层电子轨道示意图为 。
(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中,分子呈三角锥形,该分子的中心原子的杂化方式为 ;分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是 (填化学式,写出两种)。
(3)这些元素形成的含氧酸中,分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是 ;酸根呈三角锥结构的酸是 。(填化学式)
(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1,则e离子的电荷为 。
(5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构;阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。
该化合物中,阴离子为 ,阳离子中存在的化学键类型有 ;该化合物加热时首先失去的组分是 ,判断理由是 。
答案 (1)N (每空1分,共2分)
(2)sp3 H2O2、N2H4(1分,2分,共3分)
(3)HNO2、HNO3 H2SO3(2分,1分,共3分)
(4)+1(2分)
(5)SO42- 共价键和配位键 H2O H2O与Cu2+的配位键比NH3与Cu2+的弱(1分,2分,1分,1分,共5分)
考点三 晶体结构与性质
统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2017江苏单科,21A,12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
(1)Fe3+基态核外电子排布式为 。
(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为 。
(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。
(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为 。
(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
图1 FexNy晶胞结构示意图
图2 转化过程的能量变化
答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 (2)sp2和sp3 9 mol (3)HCH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大
(4)离子键和π键(Π46键)
(5)0.148 0.076
教师专用题组
6.(2016课标Ⅱ,37,15分)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为 ,3d能级上的未成对电子数为 。
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是 。
②在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为 ,提供孤电子对的成键原子是 。
③氨的沸点 (填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是 ;氨是 分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为 。
(3)单质铜及镍都是由 键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu=1 958 kJ·mol-1、INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是 。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为 。
②若合金的密度为d g·cm-3,晶胞参数a= nm。
答案 (15分)(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(2)①正四面体 ②配位键 N ③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(3)金属 铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
(4)①3∶1
②2516.02×1023×d13×107
7.(2016四川理综,8,13分)M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。
请回答下列问题:
(1)R基态原子的电子排布式是 ,X和Y中电负性较大的是 (填元素符号)。
(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是 。
(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是 。
(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是 (填离子符号)。
(5)在稀硫酸中,Z的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化M的一种氢化物,Z被还原为+3价,该反应的化学方程式是 。
答案 (13分)(1)1s22s22p63s1或[Ne]3s1 Cl
(2)H2O分子间存在氢键,H2S分子间无氢键
(3)平面三角形 (4)Na+
(5)K2Cr2O7+3H2O2+4H2SO4 K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O
【三年模拟】
非选择题(共90分)
1.(2018湖南衡阳第一次联考,35)(12分)某盐的组成可表示为3[H3ON5]·3[NH4N5]·NH4Cl。回答下列问题:
(1)氯原子的电子排布式为 。
(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图(a)所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是 ;氮元素的E1呈现异常的原因是 。
(3)经X射线衍射测得化合物3[H3ON5]·3[NH4N5]·NH4Cl的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。
①H3O+的中心原子的杂化类型为 ,NH4+的空间构型为 。
②3[H3ON5]·3[NH4N5]·NH4Cl中阴离子N5-中的σ键总数为 个。分子中的大π键可用符号Πnm表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π66),则N5-中的大π键应表示为 。
③图(b)中虚线代表氢键,其中表示式为(NH4+)N—H…Cl、 、 。
(4)3[H3ON5]·3[NH4N5]·NH4Cl的晶体密度为d g·cm-3,其立方晶胞参数为a nm,1个晶胞中含有y个3[H3ON5]·3[NH4N5]·NH4Cl单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为 。
答案 (1)1s22s22p63s23p5 (2)同周期元素随核电荷数增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量(E1)依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态,能量较低,具有稳定性,故结合一个电子放出能量较低 (3)①sp3 正四面体
②5 Π56
③(H3O+)O—H…N(N5-) (NH4+)N—H…N(N5-)
(4)602a3dM(或a3dNAM×10-21)
2.(2018山西六校第四次名校联考,35)(12分)镓与ⅤA族元素形成的化合物是重要的半导体材料,应用最广泛的是砷化镓(GaAs),回答下列问题:
(1)基态Ga原子的核外电子排布式为 ,基态As原子核外有 个未成对电子。
(2)镓失去电子的逐级电离能(单位:kJ·mol-1)的数值依次为577、1 984.5、2 961.8、6 192,由此可推知镓的主要化合价为 和+3。砷的电负性比镓 (填“大”或“小”)。
(3)比较下列镓的卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因: 。
镓的卤化物
GaCl3
GaBr3
GaI3
熔点/℃
77.75
122.3
211.5
沸点/℃
201.2
279
346
GaF3的熔点超过1 000 ℃,可能的原因是 。
(4)二水合草酸镓的结构如图所示,其中镓原子的配位数为 ,草酸根中碳原子的杂化方式为 。
(5)砷化镓熔点为1 238 ℃,立方晶胞结构如图所示,晶胞参数a=565 pm。该晶体的类型为 ,晶体的密度为 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出算式即可)。
答案 (1)[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1) 3 (2)+1 大 (3)GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高,它们均为分子晶体,结构相似,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增强 GaF3为离子晶体 (4)4 sp2 (5)原子晶体 4×(70+75)NA×(565×10-10)3
3.(2018河南豫北、豫南第二次联考,18)(11分)硫和钙的化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)钙元素的焰色反应呈砖红色,其中红色对应的辐射波长为 nm(填字母)。
A.435 B.500 C.580 D.605 E.700
(2)元素S和Ca中,第一电离能较大的是 (填元素符号),其基态原子核外电子排布式为 。
(3)X射线衍射测定发现,石膏(CaSO4·2H2O)中存在SO42-。SO42-的几何构型为 ,中心原子的杂化方式为 。
(4)基态Ca原子中,核外电子占据最高能层的符号是 ,占据该能层电子的电子云轮廓图为 。钙元素和锰元素属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属钙的熔点、沸点等都比金属锰低,原因是 。
(5)过氧化钙的晶胞结构如图所示,已知该晶体的密度是ρ g·cm-3,则晶胞结构中最近的两个Ca2+间的距离为
nm(列算式即可,用NA表示阿伏加德罗常数的值),与Ca2+紧邻的O22-的个数为 。
答案 (1)E
(2)S 1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
(3)正四面体 sp3
(4)N 球形 Ca原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(5)22×34×72ρNA×107 6
4.(2018安徽皖南八校第三次联考,35,节选)(9分)X、Y、Z、M、R为前四周期原子序数依次增大的五种元素,X与其他四种元素不同周期不同主族,M原子最外层2p轨道上有两个未成对电子,Y易与M形成两种常见的化合物,R在周期表的第9列。回答下列问题:
(1)R基态原子M能层的电子排布式为 ,其原子核外共有 种能量的电子。
(2)Y、M均可与X形成18e-的分子,其中属于极性分子的为 (填化学式),分子中Y、M两种原子杂化方式依次为 、 。
(3)Z与M可形成的两种常见酸根离子的几何构型为 、 。
(4)R可形成原子簇化合物R2(CO)8,其沸点为52 ℃,不溶于水,易溶于乙醇、苯、二硫化碳等,是一种重要的有机合成催化剂,其结构如图所示,则该化合物属于 晶体,该晶体中存在的作用力有 (填标号)。
a.离子键 b.配位键 c.σ键
d.π键 e.氢键 f.范德华力
答案 (1)3s23p63d7 7
(2)H2O2 sp3 sp3
(3)平面三角形 V形(与前一个空答案互换也给分)
(4)分子 bcdf
5.(2018山西太原3月模拟,35)(12分)(1)氯化铁溶液用于检验食用香精乙酰乙酸乙酯时,会生成紫色配合物,该配离子的结构如图所示。
①此配离子中,基态铁离子的价电子排布式为 。
②此配离子中碳原子的杂化轨道类型有 。
③此配离子中含有的化学键有 (填字母)。
A.离子键 B.金属键 C.极性键 D.非极性键 E.配位键 F.氢键 G.σ键 H.π键
④氯化铁在常温下是固体,熔点为306 ℃,沸点为315 ℃,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁的晶体类型为 。
(2)基态A原子的价电子排布式为3s23p5,铜与A形成化合物的晶胞如图所示(黑球代表铜原子)。
①该化合物的化学式为 ,A原子的配位数是 。
②该化合物难溶于水,但易溶于氨水,其原因可能是 ;与NH3互为等电子体的分子有 (写化学式,一种即可)。NH3的键角大于H2O的键角的主要原因是 。
③已知该化合物晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体中Cu原子和A原子之间的最短距离为 pm(列出计算表达式即可)。
答案 (1)①3d5 ②sp2、sp3 ③CDEGH ④分子晶体
(2)①CuCl 4 ②Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物 PH3(或其他合理答案) NH3、H2O分子中N、O原子的孤电子对数分别是1、2,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越强,键角越小
③34×34×99.5ρNA ×1010
6.(2018福建漳州第二次调研测试,35)(16分)硫、钴及其化合物用途非常广泛。回答下列问题:
(1)基态Co原子价电子轨道排布式为 ,第四电离能I4(Co)
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