2020版高考化学二轮复习专题强化训练20物质结构与性质鸭含解析
专题强化训练(二十)
能力练(20分钟)
1．(2019·武昌区元月调研)请回答以下问题：
(1)第三周期的某主族元素，其第一至第五电离能数据如图1所示，则该元素对应的原子有________种不同运动状态的电子。
(2)如图2所示，每条折线表示周期表第ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是________，判断依据是__________________________________
_________________________________________________________。
(3)CO2在高温高压下形成的晶体的晶胞结构如图3所示。则该晶体属于________晶体。
(4)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素有________种。BCl3中心原子的杂化方式为________，写出与BCl3结构相同的一种等电子体(写离子)________。
(5)冰、干冰、碘都是分子晶体，冰的结构具有特殊性，而干冰、碘的晶体具有相似的结构特征，干冰分子中一个分子周围有________个紧邻分子。D的醋酸盐晶体局部结构如图4，该晶体中含有的化学键是________(填字母标号)。
a．极性键 b．非极性键 c．配位键 d．金属键
(6)Fe的一种晶体如图5中甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的A～D中正确的是________(填字母标号)。
铁原子的配位数是________，假设铁原子的半径是r cm，该晶体的密度是ρ g·cm－3，则铁的相对原子质量为________(设阿伏加德罗常数的值为NA)。
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[解析] (1)根据该元素的第一至第五电离能数据，可知该元素的第三电离能发生突变，说明该原子最外层有2个电子，结合该元素为第三周期主族元素可知，该元素为Mg，其核外有12个电子，每个电子的运动状态均不相同，故该元素对应的原子有12种不同运动状态的电子。(2)第ⅣA～ⅦA族元素的氢化物中，只有第ⅣA族元素的氢化物均不存在氢键(第ⅤA族中NH3、第ⅥA族中H2O、第ⅦA族中HF均存在分子间氢键)，而对于结构相似的分子晶体，随着相对分子质量增大，范德华力逐渐增大，氢化物的沸点逐渐升高，a为第三周期氢化物，故a为SiH4。(3)该晶胞为空间网状结构，故该晶体属于原子晶体。(4)同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族由于s能级全满，处于稳定状态，第ⅤA族由于p能级半满，较稳定，故第三周期元素的第一电离能由大到小的顺序为Na
O>C。(4)如题图3所示，每个O原子被2个Ti原子共用，每个Ti原子被2个O原子共用，由均摊法可知该阳离子中Ti、O原子个数之比为1∶1，结合Ti为＋4价，O为－2价，故该阳离子的化学式为TiO2＋(或[TiO])。(5)钛原子位于立方晶胞的顶角，被6个氧原子包围成配位八面体；钙原子位于立方晶胞的体心，被12个氧原子包围；每个晶胞中含有的钛原子和钙原子均为1个，晶胞的12个边上各有一个氧原子，根据均摊法可知每个晶胞实际占有的氧原子数为12×＝3，故该钙钛矿晶体的化学式为CaTiO3。
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[答案] (1) 六方最密
(2)分子 (3)化合物乙分子间形成氢键 N>O>C
(4)TiO2＋(或[TiO]) (5)6 12 CaTiO3
3．(2019·河南省级示范性高中4月联考)近日，我国科学家在《自然·通信》杂志上发表研究报告称，利用铬同位素的系统分析发现“中元古代大气氧含量高于现代水平的1%”。铬的同位素有Cr、Cr、Cr、Cr。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
(1)基态Cr的价层电子轨道表达式为________。
(2)交警用“酒精仪”查酒驾，其化学反应原理为2K2Cr2O7＋3CH3CH2OH＋8H2SO4―→3CH3COOH＋2Cr2(SO4)3＋2K2SO4＋11H2O。①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3(二甲醚)、HCOOCH3(甲酸甲酯)，主要原因是____________。
②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是________；CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为________。
③K2SO4晶体中阴离子的空间构型是________。该反应中，只含极性键的极性分子有________(填分子式)。
(3)CrF3晶体、CrBr3晶体的熔点分别为1100℃以上、79℃，其可能的原因是_______________________________________。
(4)晶体铬的晶胞结构如图1所示，其堆积模型为________；铬原子的配位数为________。
(5)铬的一种氧化物晶胞如图2所示。六棱柱边长为a nm，高为b nm，NA代表阿伏加德罗常数的值。该晶体的化学式为__________________；该晶体的密度ρ＝______g·cm－3。
[解析] (1)基态铬原子的价层电子排布式为3d54s1。(2)①乙醇、乙酸分子间存在氢键，氢键比范德华力强，所以，乙醇的沸点高于二甲醚，乙酸的沸点高于甲酸甲酯。②CH3COOH分子中—CH3中C原子采用sp3杂化，—COOH中碳原子采用sp2杂化。单键都是σ键，1个碳氧双键含1个σ键和1个π键，故CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为7∶1。③K2SO4的阴离子是SO，SO的空间构型是正四面体形，乙醇、乙酸分子中存在碳碳非极性键，H2O、H2SO4
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分子中只含极性键。(3)三氟化铬、三溴化铬的晶体类型不同，故熔点相差较大。(4)图1为体心立方堆积，铬原子的配位数为8。(5)根据均摊法，1个晶胞含4个铬离子，含氧离子数目为12×＋2×＋3＝6，则该晶体的化学式为Cr2O3。六棱柱的底由6个正三角形组成，每个正三角形的面积为a2 nm2，总面积为 nm2，则六棱柱的体积为a2b nm3。晶体密度ρ＝ g·cm－3。
[答案] (1)
(2)①CH3CH2OH、CH3COOH分子间存在氢键 ②sp2、sp3 7∶1 ③正四面体形 H2O、H2SO4
(3)CrF3是离子晶体，CrBr3是分子晶体，离子键比分子间作用力强
(4)体心立方堆积 8
(5)Cr2O3
拔高练(25分钟)
1．(2019·太原一模)高氯酸三碳酰肼合镍{[Ni(CHZ)3](ClO4)2}是一种新型的起爆药。
(1)Ni能与CO形成配合物Ni(CO)4，配体CO中提供孤电子对的是C原子，其理由可能是____________________________；该配合物分子中σ键与π键数目之比为________。
(2)①ClO的空间构型是________。
②写出与ClO互为等电子体的一种分子和一种离子________、________(填化学式)。
(3)化学式中CHZ为碳酰肼，其结构为
，它是一种新型的环保锅炉水除氧剂。
①碳酰肼中氮元素的化合价为________，碳原子的杂化轨道类型为________。
②碳酰肼可以由碳酸二甲酯()和肼(N2H4)反应制得，有关的化学方程式为
_________________________________________________。
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(4)高氯酸三碳酰肼合镍可由NiO、高氯酸及碳酰肼化合而成。
①比较次氯酸和高氯酸的酸性，并说明理由
___________________________________________________。
②如图为NiO晶胞，若晶胞中含有的Ni2＋数目为a，Ni2＋的配位数为b，NiO晶体中每个Ni2＋距离最近的Ni2＋数目为c，则a∶b∶c＝________。
[解析] (1)由于O原子的电负性比C原子强，在形成配合物时不易给出孤电子对，故在配合物Ni(CO)4中，配体CO中提供孤电子对的是C原子而不是O原子；Ni(CO)4分子中σ键个数为1×4＋4＝8，π键个数为2×4＝8，所以σ键与π键个数之比为1∶1。(2)①ClO中氯原子的价层电子对数为4＋＝4，没有孤电子对，故其空间构型是正四面体。②等电子体是指原子总数相同，价电子总数相同的分子、离子或原子团，与ClO互为等电子体的一种分子和一种离子分别为CCl4和SO。(3)①根据化合物中各元素化合价代数和为零的原则可知碳酰肼中氮元素的化合价为－2，碳酰肼中C原子采取sp2杂化。(4)②Ni2＋位于晶胞顶点及面心，晶胞中Ni2＋数目a＝8×＋6×＝4，以顶点Ni2＋进行分析，与之距离最近的O2－位于棱心且关于Ni2＋对称，故Ni2＋的配位数b＝6，与之距离最近的Ni2＋位于面心，每个顶点为12个面共用，则与之距离最近的镍离子数目c＝12，故a∶b∶c＝4∶6∶12＝2∶3∶6。
[答案] (1)电负性O>C，O原子不易给出孤电子对 1∶1
(2)①正四面体 ②CCl4(或SiF4等) SO(或PO等)
(4)①HClO的酸性小于HClO4
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，非羟基氧的个数越多，Cl的正电性越高，导致Cl—O—H中O的电子向Cl偏移，越容易电离出H＋ ②2∶3∶6
2．(2019·保定联考)磷、硼及其化合物在新材料、工农业生产等方面用途很广。请回答下列问题：
(1)基态磷原子中电子占据的最高能层符号为________，其中能量最高的电子的电子云在空间有________个伸展方向，原子轨道呈________形。
(2)单质磷与Cl2反应，可以生成PCl3和PCl5，PCl3中各原子最外层均满足8电子稳定结构，其分子的空间构型为________，写出一种与PCl3互为等电子体的分子或离子的化学式________。PCl5中P原子与5个Cl原子之间均形成σ键，分子呈立体对称结构，则P原子与Cl原子之间形成的共价键键角有90°、120°和________。
(3)研究表明，一种含B钠盐(Na2[B4O5(OH)4]·8H2O)的阴离子结构单元是由两个H3BO3和两个[B(OH)4]－缩合而成的双六元环，结构简式如图1所示，该阴离子由极性键和配位键构成，请在图1中用“→”标出其中的配位键。该阴离子可通过________相互结合形成链状结构。
(4)在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列。图2是该晶体微观结构中取出的部分原子沿z轴(z轴向上)方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，则硼化镁的化学式为________。
(5)磷化硼(BP)晶胞如图3所示，在BP晶胞中B原子的堆积方式为________________________，当晶胞参数为a pm时，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为________________________cm。
[解析] (1)基态P原子核外电子占三个能层K、L、M，M为最高能层；其中3p能级上的电子能量最高，电子云在空间有3个伸展方向，电子云呈哑铃(纺锤)形。(2)PCl3中P原子采取sp3杂化，分子空间构型为三角锥形，PCl3为含4个原子、26个价电子的分子，故NF3或SO等与PCl3互为等电子体；PCl5中P原子与5个Cl原子之间均形成σ键，分子呈立体对称结构，此构型应为三角双锥，则P原子与Cl原子之间形成的共价键键角有90°、120°和180°。(3)B原子最外层有三个电子，可形成三个共用电子对，则中间的两个B原子分别形成的4个σ键中，各有1个是配位键，用“→”标出题图1 中的配位键为，该阴离子可通过氢键相互结合形成链状结构。(4)根据投影可知，1个Mg原子有上下两层共12个B原子与之配位，1个B原子有上下两层共6个Mg原子与之配位，原子个数比N(Mg)∶N(B)＝1∶2，因此硼化镁的化学式为MgB2
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。(5)由晶胞结构可知，在BP晶胞中B原子位于晶胞的顶角和面心，故其堆积方式为面心立方最密堆积；由题图3可知，B原子、P原子之间的最近距离为体对角线长的，又晶胞参数为a pm，则晶胞体对角线长为×a pm，则P原子与B原子最近距离为×a pm×＝ pm＝×10－10 cm。
[答案] (1)M 3 哑铃(纺锤)
(2)三角锥形 NF3或SO(其他合理答案也可) 180°
(3) 氢键 (4)MgB2
(5)面心立方最密堆积 ×10－10
3．(2019·长沙四校一模)元素周期表前四周期的元素a、b、c、d、e、f的原子序数依次增大。元素e的基态原子的3d轨道上有2个电子，a、c的基态原子中都有2个未成对电子，d与c同主族，f原子最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。请回答下列问题：
图1
(1)元素e在元素周期表中的位置为________；e的单质的晶胞如图1所示，该晶胞的堆积方式为________堆积。
(2)基态原子未成对电子数与b相同的前四周期元素中，除了与b同主族的元素外，还有________元素(填元素符号)。
(3)共价分子(ab)2中所有原子均满足8电子稳定结构，则(ab)2中π键与σ键个数之比为________。
(4)ec2常用作白色颜料，纳米ec2也可作催化剂，实例如图2所示。
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①化合物M的熔沸点明显低于化合物N，其主要原因是
__________________________________________________。
②化合物N中C原子的杂化类型为________，元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为____________。
(5)e元素的主要化合价是＋2、＋4。某晶体中的阳离子是由c、e两元素形成的链状聚合形式的离子，结构如图3所示。该阳离子中c、e两原子个数比为________。
图4
(6)d和f能形成化合物Q，其晶胞结构及晶胞参数如图4所示：
已知阿伏加德罗常数的值为NA，则Q的密度为________g·cm－3(用含a、b、c、NA的代数式表示)。
[解析] 由题意可推出a、b、c、d、e、f分别为C、N、O、S、Ti、Cu。(1)基态Ti原子的价电子排布式是3d24s2，位于第四周期ⅣB族；根据晶胞结构，金属钛的堆积方式为六方最密堆积。(2)基态氮原子的电子排布式为1s22s22p3，未成对电子有3个，前四周期与N同主族的元素有P、As，基态原子未成对电子有3个的元素还有V、Co，其价电子排布式分别为3d34s2、3d74s2。(3)根据(CN)2
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中所有原子均满足8电子稳定结构，可知其结构式为N≡C—C≡N，该分子中有4个π键和3个σ键。(4)①化合物N分子中含有氨基(—NH2)，分子间能形成氢键，故其熔沸点明显高于化合物M。②化合物N中C原子的杂化方式为sp2、sp3，元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为C
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