2021届一轮复习湖南版物质结构与性质作业
专题11 物质结构与性质
基础篇 固本夯基
【基础集训】
考点一 原子结构与性质
1.(2019广东惠州一调,34节选)元素X的基态原子中的电子共有7个能级,且最外层电子数为1,X原子的内层轨道全部排满电子。在气体分析中,常用XCl的盐酸溶液吸收并定量测定CO的含量,其化学反应方程式为:2XCl+2CO+2H2O X2Cl2·2CO·2H2O。
(1)X基态原子的核外电子排布式为 。
(2)C、H、O三种元素的电负性由大到小的顺序为 。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(2)O>C>H
２.(2019河南焦作定位考试，19节选) Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ 均为元素周期表中的前四周期元素，其原子序数依次增大。Ａ是非金属元素，且为原子半径最小的元素；Ｂ原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍；Ｅ2+与Mg2+的电子层结构相同；Ｆ在Ｅ的下一周期，且为同周期元素中原子半径最小的元素；Ｇ+中没有单电子，且Ｇ原子的价电子排布式为3d104s1。 请回答：
(１)在Ｂ、Ｄ、Ｅ三种元素中，第一电离能由大到小的顺序为 (填元素符号)。
(２)Ｆ基态原子的电子排布式为 。
答案 (1)N>O>C
(2)1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5
3.(2018河南、河北重点高中一联,20节选)2017年5月5日中国大飞机C919成功首飞,象征着我国第一架真正意义上的民航干线大飞机飞上蓝天!飞机机体的主要材料为铝、镁等,还含有极少量的铜。飞机发动机的关键部位的材料是碳化钨等。回答下列问题:
(1)铜元素的焰色反应呈绿色,其中绿色光对应的辐射波长为 nm(填字母)。
A.404 B.543 C.663 D.765
(2)基态Cu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 。钾元素和铜元素位于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属钾的熔点、沸点都比金属铜低,原因是 。
答案 (1)B (2)N 球形 K的原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
考点二 分子结构与性质
4.(2019河北衡水中学大联考,35节选)硼及其化合物用途非常广泛,回答下列问题。
(2)H3BO3是一元弱酸,可用作医用消毒剂,其水溶液呈酸性的原理为H3BO3+H2OH++[]-。
则1 mol硼酸中含有的共用电子对数为 。
(3)BF3可用于制造火箭的高能燃料,其分子的空间构型是 ,硼原子杂化方式是 ;BF3能与乙醚发生反应:(C2H5)2O+BF3 BF3·O(C2H5)2,该反应能发生,原因是 。
(4)硼的一种化合物结构简式为,一个该分子中含 个σ键。
答案 (2)3.612×1024(或6NA)
(3)平面三角形 sp2 BF3中B原子有空轨道,O(C2H5)2中氧原子有孤对电子,能形成配位键 (4)7
5.(2019湖北四地七校联考,19)我国是世界上少数几个掌握研发制造大型客机能力的国家之一。
(1)飞机的外壳通常采用镁、铝、钛合金材料,钛原子核外电子有 种空间运动状态,第一电离能:镁 铝(填“大于”或“小于”)。
(2)Fe与CO能形成配合物羰基铁[Fe(CO)5],该分子中σ键与π键个数比为 。
(3)SCl2分子中的中心原子杂化轨道类型是 ,该分子构型为 。
(4)已知MgO与NiO的晶体结构相同,其中Mg2+和Ni2+的半径分别为66 pm和69 pm,则熔点:MgO NiO(填“>”“<”或“=”)。
(5)如下图所示,NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,0,1),则C离子坐标参数为 。
答案 (1)22 大于
(2)1∶1
(3)sp3 V形
(4)>
(5)(1,,)
6.(2018河南郑州二模,35)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题:
(1)基态Cu原子的价电子排布式为 。
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:I1(Fe) I1(Cu)(填“>”“<”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中,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
③CH4
CaO Mg2+半径比Ca2+的小,晶格能较大
9.(2018河北衡水中学大联考,25节选)晶体硅是制备太阳能电池板的主要原料,电池板中还含有硼、氮、钛、钴、钙等多种化学物质。
(5)一种由Ca、Ti、O三种元素形成的晶体的立方晶胞结构如图所示。
①与Ti紧邻的Ca有 个。
②若Ca与O之间的最短距离为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体的密度ρ= g·cm-3(用含a、NA的代数式表示)。
答案 (5)①8 ②
综合篇知能转换
【综合集训】
结构观 物质结构综合题
1.(2020届湖南天壹联盟入学考,21)(15分)氮、磷、砷(As)是第ⅤA族的三种非金属元素。
(1)磷的基态原子核外未成对电子数为 个,As的基态原子的最外层电子排布式为 。
(2)与相比较,前者沸点高于后者沸点,原因是 。
(3)N中N原子采用 杂化。N中键角比NO2中键角 (填“大”或“小”)。
(4)P的立体构型为 。HNO3酸性强于H3PO4的原因是 。
(5)磷化铝的结构与金刚石相似,其晶胞结构如图所示,晶胞参数为a cm,则该晶体的密度为 g·cm-3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (15分,除标注外,每空2分)
(1)3(1分) 4s24p3
(2)可形成分子间氢键,而形成的是分子内氢键
(3)sp 大(各1分)
(4)正四面体 HNO3和H3PO4可分别表示为(HO)NO2、(HO)3PO,前者非羟基氧原子数目较多,N的正电性高,导致N—O—H中O的电子向N偏移,在水分子的作用下容易电离出H+
(5)
2.(2019湖南师大附中一模,35)(15分)请回答下列问题:
(1)基态Ga原子价电子排布图为 。
(2)经测定发现,N2O5固体由N和N两种离子构成,该固体中N原子杂化类型为 ;与N互为等电子体的微粒有 (写出一种)。
(3)电负性:磷 硫(填“>”或“<”);第一电离能:磷 硫(填“>”或“<”),原因是 。
(4)NH3分子在独立存在时H—N—H的键角为106.7°。如图[Zn(NH3)6]2+的部分结构以及H—N—H键角的测量值。解释配合物中H—N—H键角变为109.5°的原因: 。
(5)已知图中正八面体为[PtCl6]2-,白球为K+,立方体晶胞边长为a pm,K2PtCl6的相对分子质量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。
答案 (1) (2)sp、sp2 SCN-、CO2、CS2、(任一种) (3)< > 磷原子3p轨道处于半充满状态,不容易失去电子 (4)氨分子与Zn2+形成配合物后,孤对电子与Zn2+成键,原孤对电子与键对电子间的排斥作用变为键键电子间的排斥,排斥减弱,故H—N—H键角变大 (5)
3.(2020届河南中原名校质量考评二,21)(15分)已知A、B、C、D、E为原子序数依次增大的前四周期元素,已知前四种元素的基态原子p能级都有2个单电子,E的原子序数等于A、B、C三种元素原子序数之和。
试回答下列问题:
(1)基态E原子外围电子排布图为 ;其中M能层有 种能量不同的电子。
(2)从原子结构角度解释B电负性大于D的原因: 。
(3)含A元素的化合物中,A的原子间常存在π键,但是含C元素的化合物中,C的原子间只能存在σ键,其主要原因是 。
(4)H2D2B8是一种具有强氧化性的二元酸(其中分子结构中有2个B原子显-1价),则H2D2B8的结构式为 ,分子中采取sp3杂化的B原子有 个。
(5)E晶胞内粒子的堆积模型如图所示。
已知:E晶体的密度为ρ g·cm-3,NA代表阿伏加德罗常数的值,E的相对原子质量为M。
①E原子的配位数为 。
②E原子半径为 pm。
③E晶胞中粒子的空间利用率φ= (用含π的式子表示)。
答案 (1)(2分) 3(1分)
(2)O和S价电子数相同,随着电子层数的增多,S的原子半径大于O,导致原子核对外层电子的吸引力减弱(2分)
(3)硅原子半径大于碳原子,硅原子的原子轨道肩并肩重叠程度小,形成π键不稳定(2分)
(4)(2分,也可写成) 4(1分)
(5)①12(1分) ②×1010(2分) ③π(2分)
4.(2020届湖南师大附中摸底,15)(15分)材料是人类文明进步的阶梯,第ⅢA、ⅣA、ⅤA族及第Ⅷ族元素是组成特殊材料的重要元素。
请回答下列问题:
(1)基态硼原子的核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图形状为 。与硼处于同周期且相邻的两种元素,它们和硼的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)某元素位于第四周期第Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态氮原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为 。
(3)NH3能与众多过渡元素离子形成配合物,向CuSO4溶液中加入过量氨水,得到深蓝色溶液,向其中加入乙醇析出深蓝色晶体。加入乙醇的作用是 ,该晶体的化学式为 。
(4)铜与(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1 mol(SCN)2中含有π键的数目为 (用NA表示)。HSCN的结构有两种,硫氰酸()的沸点低于异硫氰酸(H—N C S)的原因是 。
(5)MgCO3的热分解温度 (填“高于”或“低于”)CaCO3的原因是 。
(6)NH3分子在独立存在时H—N—H的键角为106.7°。如图为[Zn(NH3)6]2+的部分结构以及H—N—H键角的测量值,解释配合物中H—N—H键角变为109.5°的原因: 。
(7)某种金属锂的硼氢化物是优质固体电解质,并具有高储氢密度。阳离子为Li+,每个阴离子是由12个硼原子和12个氢原子所构成的原子团。阴离子在晶胞中的位置如图所示,其堆积方式为 ,Li+占据阴离子组成的所有正四面体中心,该化合物的化学式为 (用最简整数比表示)。假设晶胞边长为a nm,用NA代表阿伏加德罗常数的值,则该晶胞的密度为 g/cm3(用含a、NA的代数式表示)。
答案 (15分)
(1)哑铃形(1分) C>Be>B(1分)
(2)3d74s2(1分)
(3)减小溶剂极性,降低晶体溶解度(1分) [Cu(NH3)4SO4]·H2O(1分)
(4)4NA(1分) 异硫氰酸分子间可形成氢键(1分)
(5)低于(1分) r(Mg2+)”“<”或“=”)109°28'。
ⅱ.已知:冠醚Z与KMnO4可以发生下图所示的变化。加入冠醚Z后,烯烃的氧化效果明显提升的原因是
。
(2)甲烷是重要的清洁能源,其晶胞结构如图所示,晶胞参数为a nm。
①常温常压下不存在甲烷晶体。从微粒间相互作用的角度解释,其理由是 。
②甲烷分子的配位数为 。
③A分子中碳原子的坐标参数为(0,0,0),则B分子中碳原子的坐标参数为 。
④甲烷晶体的密度为 g·cm-3。
答案 (1)①a.K b.C ②Li+半径比Y的空腔小很多,不易与空腔内氧原子的孤对电子作用形成稳定结构 ③ⅰ.四面体 < ⅱ. 冠醚可溶于烯烃,加入冠醚中的钾离子因静电作用将高锰酸根离子带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高氧化效果
(2)①甲烷是分子晶体,分子间作用力很小,导致其熔、沸点低于常温 ②12 ③(-0.5a,0.5a,a) ④〗
2.(2019广东深圳一模,35)碳元素是形成单质及化合物种类最多的元素。回答下列问题:
(1)碳能与氢、氮、氧元素构成化合物CO(NH2)2,该分子中各元素电负性由大到小的顺序为 ,其中C原子的杂化方式为 ,该物质易溶于水的主要原因是 。
(2)CO是碳元素的常见氧化物,与N2互为等电子体,则CO的结构式为 ;CO可以和很多过渡金属形成配合物,如Ni(CO)4,写出基态Ni原子的电子排布式: 。
(3)碳的某种晶体为层状结构,可与熔融金属钾作用。钾原子填充在各层之间,形成间隙化合物,其常见结构的平面投影如图①所示,则其化学式可表示为 。
(4)图②为碳的一种同素异形体C60分子,每个C60分子中含有σ键的数目为 。
(5)图③为碳的另一种同素异形体金刚石的晶胞,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 。
(6)立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼晶胞的密度是 g·cm-3(列出计算式即可,阿伏加德罗常数的值为NA)。
答案 (1)O>N>C>H sp2杂化 CO(NH2)2分子与水分子之间可形成氢键
(2) 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
(3)KC8
(4)90
(5)(6,6,6)
(6)
【五年高考】
考点一 原子结构与性质
1.(2019课标Ⅱ,35,15分)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题:
(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为 ,其沸点比NH3的 (填“高”或“低”),其判断理由是 。
(2)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm2+价层电子排布式为 。
(3)比较离子半径:F- O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。
(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化学式表示为 ;通过测定密度ρ和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关系表达式:ρ= g·cm-3。
以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图1中原子1的坐标为(,,),则原子2和3的坐标分别为 、 。
答案 (1)三角锥形 低 NH3分子间存在氢键
(2)4s 4f6
(3)小于
(4)SmFeAsO1-xFx (,,0) (0,0,)
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)
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中存在离子。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
考点二 分子结构与性质
4.(2019课标Ⅲ,35,15分)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题:
(1)在周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ,该元素基态原子核外M层电子的自旋状态 (填“相同”或“相反”)。
(2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸气状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为 ,其中Fe的配位数为 。
(3)苯胺()的晶体类型是 。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是 。
(4)NH4H2PO4中,电负性最高的元素是 ;P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。
(5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示:
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 (用n代表P原子数)。
答案 (1)Mg 相反
(2) 4
(3)分子晶体 苯胺分子之间存在氢键
(4)O sp3 σ
(5)(PnO3n+1)(n+2)-
5.(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)×1021 a
6.(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(,0,);C为(,,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(,,) ②×107
考点三 晶体结构与性质
7.(2019课标Ⅰ,35,15分)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:
(1)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。
(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是 、 。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是 ,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 (填“Mg2+”或“Cu2+”)。
(3)一些氧化物的熔点如下表所示:
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/℃
1 570
2 800
23.8
-75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因
。
(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x= pm,Mg原子之间最短距离y= pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是 g·cm-3(列出计算表达式)。
答案 (1)A
(2)sp3 sp3 乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键 Cu2+
(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O。分子间力(分子量)P4O6>SO2
(4)a a
8.(2018课标Ⅰ,35,15分)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:
(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填标号)。
(2)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是 。
(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是 、中心原子的杂化形式为 。LiAlH4中,存在 (填标号)。
A.离子键 B.σ键 C.π键 D.氢键
(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。
图(a)
可知,Li原子的第一电离能为 kJ·mol-1,O O键键能为 kJ·mol-1,Li2O晶格能为 kJ·mol-1。
(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
图(b)
答案 (1)D C
(2)Li+核电荷数较大
(3)正四面体 sp3 AB
(4)520 498 2 908
(5)
9.(2017课标Ⅱ,35,15分)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:
(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)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R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。
①从结构角度分析,R中两种阳离子的相同之处为 ,不同之处为 。(填标号)
A.中心原子的杂化轨道类型
B.中心原子的价层电子对数
C.立体结构
D.共价键类型
②R中阴离子中的σ键总数为 个。分子中的大π键可用符号表示,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),则中的大π键应表示为 。
③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(N)N—H…Cl、 、 。
(4)R的晶体密度为d g·cm-3,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为 。
答案 (1)
(2)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态,具有额外稳定性,故不易结合一个电子
(3)①ABD C ②5
③(H3O+)O—H…N() (N)N—H…N()
(4)(或×10-21)
10.(2017课标Ⅲ,35,15分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:
(1)Co基态原子核外电子排布式为 。元素Mn与O中,第一电离能较大的是 ,基态原子核外未成对电子数较多的是 。
(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为 和 。
(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在 。
(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为 nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为 nm。
答案 (1)[Ar]3d74s2 O Mn
(2)sp sp3
(3)H2O>CH3OH>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(键)
(5)0.148 0.076
教师专用题组
考点一 原子结构与性质
1.(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 ②×107
2.(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) ×100%(2分)
3.(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 =2.27 g·cm-3(1分,1分,2分,共4分)
考点二 分子结构与性质
4.(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 (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)
5.(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
② 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
6.(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
考点三 晶体结构与性质
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.(2013课标Ⅰ,37,15分)硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。回答下列问题:
(1)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 ,电子数为 。
(2)硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。
(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以 相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献 个原子。
(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为 。
(5)碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/(kJ·mol-1)
356
413
336
226
318
452
①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是 。
②SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是 。
(6)在硅酸盐中,Si四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
答案 (1)M 9 4
(2)二氧化硅
(3)共价键 3
(4)Mg2Si+4NH4Cl SiH4+4NH3+2MgCl2
(5)①C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成
②C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
(6)sp3 1∶3 [SiO3(或Si)
【三年模拟】
时间:50分钟 分值:90分
1.(2019湖南雅礼中学月考六,35)(15分)已知:A、B、C、D四种短周期元素,其化合价最高正价数依次为1、4、5、7,已知B原子的核外次外层电子数为2,A、C原子的核外次外层电子数均为8。D元素的最高价氧化物对应的水化物是已知的含氧酸中酸性最强的酸。试回答下列有关问题:
(1)C元素基态原子的价电子排布图为 ;D元素基态原子的价电子排布式为 。
(2)已知B元素与氢元素形成的气态化合物在标准状况下的密度为1.161 g·L-1,则该化合物分子中B原子的杂化方式为 。
(3)已知C、D两种元素形成的化合物通常有CD3、CD5两种。这两种化合物中,一种为非极性分子,另一种为极性分子,其中属于极性分子的化合物的化学式是 。
(4)由B元素形成的具有正四面体结构的晶体和由C元素形成的具有正四面体结构的晶体相比,熔点较高的晶体是 (填晶体的名称)。
(5)由A、D两种元素形成的化合物的晶体中,阴阳离子都具有或近似具有球形对称结构,它们都可以看作是刚性圆球,并彼此“相切”。下图为由A、D两种元素形成的化合物的晶胞结构图以及晶胞的剖面图:
若a=5.6×10-8 cm,则该晶体的密度为 g·cm-3(结果精确到小数点后1位)。
(6)若K4Fe(CN)6和FeCl3的物质的量按某种比例发生反应,可生成普鲁士蓝(Ⅰ),其晶胞结构如下图所示。据此判断普鲁士蓝(Ⅰ)中n(K+)∶n(Fe3+)∶n(Fe2+)∶n(CN-)= 。
答案 (1) 3s23p5 (2)sp (3)PCl3 (4)金刚石 (5)2.2 (6)1∶1∶1∶6
2.(2020届西南名校联盟月考一,35)(15分)北京时间2017年10月4日,地球发生了一次小行星撞击事件,撞击地点为我国云南香格里拉县城西北40公里处,爆炸当量相当于540 t TNT。很可能有未燃尽的陨石落到地面。全世界已收集到4万多块陨石样品,它们大致可分为三大类:石陨石(主要成分是硅酸盐)、铁陨石(铁镍合金)和石铁陨石(铁和硅酸盐混合物)。
回答下列问题:
(1)基态铁原子简化的电子排布式为[Ar] 。
(2)TNT的结构简式如图所示。
①TNT分子中碳原子杂化类型是 。
②TNT的熔点比硝基苯的熔点 (填“高”或“低”),理由是 。
(3)石陨石中硅酸盐之一是Ca2SiO4。
Si的立体构型是 。电负性:Si (填“>”“<”或“=”)O。
(4)K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液可以检验铁陨石中铁元素的价态。
①铁氰化钾中不存在的作用力有 (填字母)。
a.离子键 b.极性键 c.非极性键
d.π键 e.配位键 f.氢键
②1 mol K3[Fe(CN)6]中含σ键数目为 。
③CN-能与多种离子形成配合物,碳原子提供孤电子对,而不是氮原子,其原因是 。
(5)铁、氮元素组成磁性材料M,其晶胞如图所示。该晶体中氮、铁原子个数之比为 。
(6)镍晶体的堆积方式为面心立方最密堆积。已知镍晶体密度为ρ g·cm-3,NA代表阿伏加德罗常数的值。用含ρ和NA的代数式表示在镍晶胞中最近的两个镍原子之间的核间距D= nm。
答案 (1)3d64s2(1分)
(2)①sp2、sp3(1分) ②高(1分) 组成、结构相似,TNT的相对分子质量较大,分子间作用力较大(2分)
(3)正四面体(1分) <(1分)
(4)①c、f(2分) ②12NA(或12×6.02×1023,1分) ③C的原子半径大于N,提供孤电子对的能力比N强(2分)
(5)1∶3(1分)
(6)××107(2分)
3.(2020届全国新高三开学大联考,25)(15分)2019年5月,大连化物所研究人员在乙酰酮修饰锰氧化物L酸催化胺选择氧化研究方面取得新进展(如图1所示),相关文章发表在《自然通讯》上。
图1
请回答下列问题:
(1)基态Mn原子的价电子排布图为 ,其中最外层电子的电子云轮廓图形状为 。
(2)图1中涉及的非金属元素中(除H外)第一电离能(I1)由小到大的顺序是 (用元素符号表示,下同),电负性由小到大的顺序是 。
(3)物质a可与水互溶,主要原因是 。
(4)物质b中碳原子的轨道杂化方式有 ,1 mol c中含有σ键的数目为 。
(5)该锰氧化物的晶胞结构如图2所示:
图2
该锰的氧化物的化学式为 ,该晶体中Mn的配位数为 ,该晶体中Mn之间的最近距离为 pm(用含a、b的代数式表示)。
答案 (15分)
(1)(1分) 球形(1分)
(2)CO>C(2分)
(2)CO2(1分) H2O(1分) CO2是非极性分子,水分子是极性分子,故CO2在水中的溶解度较小,NH3是极性分子且能与水分子形成分子间氢键,故NH3在水中的溶解度很大(2分)
(3)X-射线衍射法(1分) c(2分)
(4)Na2O(1分) mol-1(2分)
5.(2019湖南长沙长郡中学一模,35)(15分)稀土元素包括元素周期表中的镧系元素,以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)元素。请回答下列问题:
(1)镧系元素位于元素周期表第 族,镧系元素位于周期表的 区。
(2)基态钪原子的价电子排布式为 。
(3)大多数稀土元素的金属离子易与乙二胺(H2NCH2CH2NH2)等配位,乙二胺中价层电子对数为4的原子为 (填元素符号);乙二胺和三乙胺[(CH3CH2)3N]均属于胺类,但是乙二胺比三乙胺的沸点高得多,其原因是 。
(4)稀土元素最常见的化合价为+3价,但也有少数还有+4价,请根据图中的电离能数据,判断图中最可能有+4价的元素是 (填元素符号),在加热条件下其低价氯化物易发生水解,其无水低价氯化物可用加热含六个结晶水的低价氯化物和NH4Cl固体混合物的方法来制备。其中NH4Cl的作用是 。
(5)镱(Yb)是电脑记忆元件的重要元素,其单质晶胞结构如图所示,晶胞中镱原子的配位数为 ;若晶胞边长为a pm,镱原子半径为 pm;阿伏加德罗常数的值为NA,则镱单质的密度为 g·cm-3(用含a、NA的代数式表示)。
答案 (除标注外每空2分)(1)ⅢB (1分) f(1分)
(2)3d14s2(1分)
(3)C、N(1分) 乙二胺能形成分子间氢键,导致其沸点较高
(4)Ce(1分) NH4Cl受热易分解,分解产生的HCl气体能抑制CeCl3水解
(5)12 a ×1030
6.(2018湖南长郡中学月考四,27)(15分)铁是工业生产中不可缺少的一种金属。请回答下列问题:
(1)Fe元素在元素周期表中的位置是 。
(2)Fe有δ、γ、α三种同素异形体,其晶胞结构如图所示:
①δ、α两种晶体晶胞中铁原子的配位数之比为 ;
②1个γ-Fe晶体晶胞中所含有的铁原子数为 ;
③若Fe原子半径为r pm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则δ-Fe单质的密度为 g/cm3(列出算式即可)。
(3)氯化铁在常温下为固体,熔点为282 ℃,沸点为315 ℃,在300 ℃以上升华,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 。
(4)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,其配离子结构如图所示。
①此配合物中,铁离子的价电子排布式为 。
②此配合物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 (填字母代号)。
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
答案 (1)第四周期第Ⅷ族
(2)①4∶3 ②4 ③
(3)分子晶体
(4)①3d5 ②sp2、sp3杂化 ③CDEGH
