2020高考化学冲刺600分题型四物质结构与性质选修3练习含解析
题型四 物质结构与性质(选修3)
(A组)
1．硼和氮的单质及其一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。回答下列问题：
(1)基态B原子核外有________种运动状态不同的电子，B和N电负性较大的是________。
(2)经测定发现，N2O5固体由NO和X两种离子组成，与X互为等电子体的微粒有________(写出一种)。
(3)第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素间的元素有________种。
(4)BF3和NF3的空间构型分别为________、________。
(5)已知NH4F、NH4Br、NH4I热稳定性逐渐增强，原因是________________________。__________________。
(6)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图1)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则此基本结构单元由________个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有________种不同类型。
(7)硼和氮构成的一种氮化硼晶体的结构与石墨晶体结构类似，B、N原子相互交替排列(如图2)，其晶胞结构如图3所示。设每层B—N核间距为a pm，层间距为b pm，则该氮化硼晶体的密度为________g·cm－3(用含a、b、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案：
(1)5 N (2)CO或BF3(其他合理答案均可) (3)3
(4)平面三角形 三角锥形
(5)NH4X(X为F－、Br－、I－)分解生成NH3和HX，F－、Br－、I－的离子半径依次增大，X越来越难夺取NH中的H形成HX，H—X键越来越难形成，从而NH4X越来越不容易分解，热稳定性越来越好
(6)12 3 (7)
10
解析：(1)B原子核外有5个电子，所以有5种不同运动状态的电子；同一周期主族元素，从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：B
O>P (3)NH3 电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间排斥力较大 (4)sp 2 (5)① ②a
解析：(1)SO2分子中S的价层电子对数＝2＋1＝3，故其VSEPR模型为平面三角形。(2)P原子比N、O原子多一个电子层，第一电离能最小，氮元素2p能级处于半充满状态，第一电离能：N>O，故第一电离能由大到小的顺序为：N>O>P。(3)由于电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子N，成键电子对间排斥力较大，故NH3键角较大。(4)SCN－的中心原子为C，按照价层电子对互斥理论可知，C的孤电子对数为0，成键电子对数为2，即中心原子C采取sp杂化；由SCN－与CO2互为等电子体知，SCN－的电子式为[:::C:::]－，故1 mol SCN－中含2 mol π键。(5)①根据图示中A、B的原子坐标参数可确定C的原子坐标参数为。②P原子与B原子的最近距离为晶胞体对角线长的，为a cm，则晶胞体对角线长为4a cm，故磷化硼晶胞的边长为 cm＝a cm。
6．C、N、O、Si、P、Ge、As及其化合物在科研和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
(1)基态氮原子核外电子占据的原子轨道数目为________。
(2)图1表示碳、硅和磷三种元素的四级电离能变化趋势，其中表示磷的曲线是________(填标号)。
10
(3)NH3的沸点比PH3高，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)根据等电子原理，NO＋电子式为________。
(5)Na3AsO4中AsO的空间构型为________，As4O6的分子结构如图2所示，则在该化合物中As的杂化方式是________。
(6)锗的某种氧化物晶胞结构如图3所示，该物质的化学式为________。已知该晶体密度为7.4 g/cm3，晶胞边长为4.31×10－10 m。则锗的相对原子质量为________(保留小数点后一位)。(已知：O的相对原子质量为16,4.313＝80，NA＝6.02×1023 mol－1)
答案：
(1)5 (2)b (3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力
(4)[:N⋮⋮O:]＋ (5)正四面体 sp3
(6)GeO 73.1
解析：(1)N为7号元素，基态氮原子核外电子排布式为1s22s22p3，占据5个原子轨道。(2)同主族自上而下第一电离能减小，P元素3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，故Si的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c为Si，P原子第四电离能为失去4s2能级中1个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大，可知b为P、a为C。(3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力，因此NH3的沸点比PH3高。(4)根据等电子原理，NO＋与CO互为等电子体，电子式为[:N⋮⋮O:]＋。(5)AsO中As与周围4个O原子相连，采用sp3杂化，空间构型为正四面体，根据As4O6的分子结构图，As与周围3个O原子相连，含有1个孤电子对，采用sp3杂化。(6)晶胞中Ge原子数目为4，O原子数目为8×＋6×＝4，则化学式为GeO。设锗的相对原子质量为M，则该晶胞质量为 g＝7.4 g/cm3×(4.31×10－8 cm)3，解得M＝73.1。
7．2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者均为中国科大10级少年班曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲)，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。
(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。
10
(2)图乙中，1号C的杂化方式是____________________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。
(3)我国制墨工艺是将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。
(5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为________。
(6)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图丁所示)的水合物晶体，其相关参数如表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________。
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。已知图丁中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，结合图表从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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
答案：(1)3 (2)sp3 < (3)氧化石墨烯可与水形成氢键
(4)12 M3C60 (5)×100%(或34%)
(6)①氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与水的结合能大于CH4与水的结合能
解析：(1)题图甲中，1号C与相邻3个碳原子成键，σ键的个数为3。(2)题图乙中，1号C与3个C、1个—OH成键，无孤电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3。题图乙中1号C与相邻C形成的键角约为109°28′，而题图甲中1号C为sp2
10
杂化，1号C与相邻C形成的键角为120°，故题图乙中1号C与相邻C形成的键角<题图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)氧化石墨烯中含有羟基、羧基，能与水形成氢键，因此氧化石墨烯溶于水得到的分散系更稳定。(4)该晶胞中，12个M在晶胞的棱心，9个M在晶胞内部，M的个数为12×＋9＝12，而6个C60在晶胞面心，8个C60在晶胞的顶点，C60的个数为6×＋8×＝4，M和C60的个数比为12:4＝3:1，故该材料的化学式为M3C60。(5)金刚石的晶胞结构中碳原子位于立方体的顶点(8个)、面心(6个)及内部(4个)，将立方体切割成8个小立方体，在其中4个互不相邻的小立方体体心各有1个碳原子。根据硬球接触模型，立方体体对角线长度的就是C—C键的键长，晶胞立方体体对角线长度为a，所以×a＝2r，所以r＝a。碳原子数为8×＋6×＋4＝8，晶胞的体积为a3，碳原子的体积为8×πr3，空间占有率为×100%＝×100%＝34%。(6)①可燃冰为甲烷的水合物，甲烷和甲烷间、甲烷和水分子间为范德华力，水分子间为氢键。②根据题表中提供的数据可知，CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与H2O的结合能大于CH4与H2O的结合能，因此科学家提出用CO2置换CH4的设想。
8．钛及其化合物的应用正越来越受到人们的关注。
(1)基态Ti原子核外电子排布的最高能级的符号是________。与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。
(2)钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是________________________________。
(3)TiCl4是氯化法制取钛的中间产物。TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，分子结构相同。采用蒸馏的方法分离SiCl4和TiCl4的混合物，先获得的馏分是________(填化学式)。
(4)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，其结构如图所示。
①组成该物质的元素中，电负性最大的是________(填元素名称)。
②M中，碳原子的杂化形式有________种。
③M中，不含________(填标号)。
a．π键 b．σ键 c．配位键
d．氢键 e．离子键
(5)金红石(TiO2
10
)是含钛的主要矿物之一，具有四方晶系结构。其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示。
①4个微粒A、B、C、D中，属于氧原子的是________。
②若A、B、C的原子坐标分别为A(0,0,0)，B(0.69a,0.69a，c)、C(a，a，c)，则D的原子坐标为D(0.19a，______，______)；钛氧键的键长d＝________(用代数式表示)。
答案：(1)3d 3
(2)Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(或Ti的原子化热比Al大，金属键更强等其他合理答案)
(3)SiCl4 (4)①氧 ②2 ③de (5)①BD ②0.81a 0.5c 0.31×a
解析：(1)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，且未成对电子数为2，其核外电子排布的最高能级的符号是3d；第4周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有Ni(3d84s2)、Ge(4s24p2)、Se(4s24p4)3种。(2)钛与铝同为金属晶体，金属晶体的硬度主要由金属键决定，钛硬度比铝大的原因是Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(或Ti的原子化热比Al大，金属键更强等其他合理答案)。(3)由TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，可知，两者均属于分子晶体且分子结构相同，分子间作用力是影响晶体物理性质的主要因素，相对分子质量越大分子间作用力越大，所以TiCl4比SiCl4沸点高，采用蒸馏的方法分离SiCl4和TiCl4的混合物，先获得的馏分是SiCl4。(4)半夹心结构催化剂M中含有C、H、O、Ti、Cl五种元素，电负性大小顺序为O>Cl>C>H>Ti，①组成该物质的元素中，电负性最大的是氧；②M中，碳原子的杂化形式有2种；③在半夹心分子结构中，C—C、C—H、C—O为σ键，环中存在大π键、Ti与O间存在配位键，不存在氢键与离子键。(5)①晶体结构有7大晶系，每个晶胞含有6个晶胞参数(棱长a、b、c；夹角α、β、γ)，金红石(TiO2)是典型的四方晶系，结构中A类原子8×1/8＝1、B类原子4×1/2＝2、D类原子2×1＝2、体心原子1×1＝1，原子B、D为O原子；原子A与体心原子为Ti(TiO＝12)；②结合晶系与晶胞参数可得原子坐标为A(0,0,0)、B(0.69a,0.69a，c)、C(a，a，c)、D(0.19a,0.81a,0.5c)、体心(0.5a,0.5a,0.5c)；钛氧键键长：d2＝(0.31a)2＋(0.31a)2，则d＝0.31×a。
10
