高考化学二轮复习选考大题专攻练三物质结构与性质A
选考大题专攻练(三)
物质结构与性质(A)
(满分75分,建议用时30分钟) 大题强化练,练就慧眼和规范,占领高考制胜点!
可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 N-14
O-16 Na-23 Mg-24 Al-27 Si-28 S-32 Cl-35.5 Fe-56 Cu-64 As-75 I-127
1.(15分)原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序数为29。
(1)氟原子基态的外围核外电子排布式为________。
(2)在A、B、C三种元素中,第一电离能由小到大的顺序是________(用元素符号回答)。
(3)元素B的简单气态氢化物的沸点________(“高于”“低于”)元素A的简单气态氢化物的沸点,其主要原因是________。
(4)由A、B、C形成的离子CAB-与AC2互为等电子体,则CAB-的结构式为________。
(5)在元素A与E所形成的常见化合物中,A原子轨道的杂化类型为________。
(6)由B、C、D三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示,则该化合物的化学式为________。
(7)FC在加热条件下容易转化为F2C,从原子结构的角度解释原因_ __。
【解析】原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素,A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等,则A是碳元素;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同,C原子序数大于A,则C为氧元素;B原子序数大于A而小于C,则B是氮元素;E和C位于同一主族,且E的原子序数小于29,则C是硫元素;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素,原子序数小于S,则D是钠元素;F的原子序数为29,为铜元素。
(1)F是铜元素,其原子核外有29个电子,根据构造原理知铜元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。
(2)A、B、C分别是C、N、O,同一周期元素,元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第Ⅱ
A族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素,所以电离能从小到大顺序是C
冰>(NH3)n,而平均每个分子含氢键数:冰中2个,(HF)n和(NH3)n只有1个,气化要克服的氢键的总键能是冰>(HF)n>(NH3)n。
(5)晶胞中硅原子数目为4、碳原子数目为8×+6×=4,每个硅原子周围有4个碳原子,原子配位数与原子数目成反比,则碳原子配位数也是4,即碳原子周围与其距离最近的硅原子数目为4;以顶点碳原子研究,与之距离最近的碳原子位于面心上,每个顶点原子为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,与碳原子等距离最近的碳原子有=12个;作过1号硅原子的体对角线、2号碳原子的体对角线,相交于O点,与顶点碳原子形成如图所示:,其中B为2号碳原子,C为1号硅原子,1号硅原子与周围的4个碳原子形成正四面体,1号硅原子与顶点碳原子连线处于晶胞体对角线上,且距离为体对角线长度的,体对角线长度为apm,则OA=OB=apm,故OC=apm,则:
(a)2+(a)2-2×a×a×cos∠AOB=a2,解得cos∠AOB=
故(a)2+(a)2-2×a×a×=BC2,
解得BC=
晶胞质量为4×g,则晶体密度为4×g÷(a×10-10cm)3
=g·cm-3。
答案:(1)3 (2)3d84s2
(3)sp2和sp 25NA
(4)单个氢键的键能是(HF)n>冰>(NH3)n,而平均每个分子含氢键数:冰中2个,(HF)n和(NH3)n只有1个,气化要克服的氢键的总键能是冰>(HF)n>(NH3)n
(5)4 12 a
3.(15分)已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中A元素原子的核外p电子数比s电子数少1。C是电负性最大的元素。D原子次外层电子数是最外层电子数2倍,E是第Ⅷ族中原子序数最小的元素。
(1)写出基态碳原子的电子排布式_ _。
(2)A、B两种元素的第一电离能由大到小的顺序为__________________ (用元素符号表示),原因是_ 。
(3)已知DC4常温下为气体,则该物质的晶体类型是____________,组成微粒的中心原子的轨道杂化类型为________,空间构型是________。
(4)Cu2+容易与AH3形成配离子[Cu(AH3)4]2+,但AC3不易与Cu2+形成配离子,其原因是_ _。
(5)A、B两元素分别与D形成的共价键中,极性较强的是________。A、B两元素间能形成多种二元化合物,其中与A3-互为等电子体的物质的化学式为
_ _。
(6)已知E单质的晶胞如图所示,则晶体中E原子的配位数为________,一个E的晶胞质量为________。
【解析】A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外p电子数比s电子数少1,则A元素的核外电子排布为1s22s22p3,不可能为1s22s22p53s2,因此A为氮元素。C是电负性最大的元素,所以C是F,则B是O。D原子次外层电子数是最外层电子数2倍,则D为硅元素。E是第Ⅷ族中原子序数最小的元素,E为铁元素。
(1)C为F,原子序数为9,基态原子的电子排布式为1s22s22p5。
(2)氮原子的2p能级处于较稳定的半充满状态,所以第一电离能大于氧元素。
(3)根据SiF4常温下为气体,该物质在固态时构成分子晶体,组成微粒的中心原子Si与4个F相连,没有孤电子对,采用sp3杂化,空间构型是正四面体形。
(4)氨易于与Cu2+形成配离子,而NF3难与Cu2+形成配离子,由于电负性F>N>H,在NF3分子中,共用电子对偏向F,使得N上的孤电子对难与Cu2+形成配位键。
(5)O的非金属性较强,吸引电子的能力大于N,极性较强的是Si—O键,A、B两元素间能形成多种二元化合物,其中与互为等电子体的物质的化学式为N2O。
(6)根据铁单质的晶胞示意图,晶胞为体心立方,体心的铁原子到8个顶点的距离相等且最短,铁原子的配位数为8,一个铁的晶胞中含有铁原子的数目为1+8×=2,1 mol晶胞的质量为112 g,一个晶胞的质量为g。
答案:(1)1s22s22p5
(2)N>O 氮原子的2p能级处于较稳定的半充满状态
(3)分子晶体 sp3 正四面体形
(4)由于电负性F>N>H,在NF3分子中,共用电子对偏向F,使得N上的孤电子对难与Cu2+形成配位键
(5)Si—O键 N2O
(6)8 g
【加固训练】
已知A、B、C、D、E、F为周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素。其中A是元素周期表中原子半径最小的元素,B原子最外层电子数是内层电子数的2倍。D、E为同主族元素,且E的原子序数是D的2倍。F元素在地壳中含量位于金属元素的第二位。回答下列问题:
(1)F元素价层电子排布式为________。
(2)关于B2A2的下列说法中正确的是_______
A.B2A2中的所有原子都满足8电子结构
B.每个B2A2分子中σ键和π键数目比为1∶1
C.B2A2是由极性键和非极性键形成的非极性分子
D.B2A2分子中的A—B键属于s—spσ键
(3)B和D形成的一种三原子分子与C和D形成的一种化合物互为等电子体,则满足上述条件的B和D形成的化合物的结构式为________。
(4)C元素原子的第一电离能比B、D两元素原子的第一电离能都高的主要原因是
_ _。
(5)D的氢化物比E的氢化物沸点高,其主要原因是________________;E的氢化物的价层电子对互斥模型为________,E原子的杂化方式为__ 。
(6)F单质的晶体在不同温度下有两种堆积方式,即面心立方堆积和体心立方堆积,其晶胞的棱边长分别为acm、bcm,则F单质的这两种晶体密度之比为________,F原子的配位数之比为________。
【解析】已知A、B、C、D、E、F为周期表前四周期原子序数依次增大的六种元素。其中A是元素周期表中原子半径最小的元素,A为氢元素。B原子最外层电子数是内层电子数的2倍,B有2个电子层,最外层电子数为4,故B为碳元素。D、E为同主族元素,且E的原子序数为D的2倍,D为氧元素,E为硫元素。C为氮元素,F元素在地壳中含量位于金属元素的第二位,F为Fe元素。
(1)Fe元素是26号元素,价层电子排布式为3d64s2。
(2)B2A2为C2H2,分子中H原子不满足8电子结构,故A错误;含有2个碳氢键、1个碳碳三键,单键为σ键,三键中含有1个σ键、2个π键,σ键与π键之比为3:2,故B错误;碳氢键为极性键,碳碳三键是非极性键,为对称结构,属于非极性分子,故C正确;分子中C原子采取sp杂化,故C-H键为s-spσ
键,故D正确;故答案为CD。
(3)B和D形成的一种三原子分子与C和D形成的一种化合物互为等电子体,则为CO2与N2O,CO2是直线型,其结构式为OCO。
(4)N元素原子2p能级有3个电子,为半满稳定状态,能量较低,较稳定,失去第一个电子需要的能量比C、O多。
(5)D的氢化物为H2O,分子之间有氢键,E的氢化物为H2S,分子之间没有氢键,H2O分子间存在氢键较H2S分子间的范德华力强,所以沸点高。
在H2S分子中S原子成2个S-H键,含有2对孤电子对,价层电子对为4,价层电子对互斥理论模型为四面体型,S原子的杂化方式为sp3杂化。
(6)面心立方晶胞边长为acm,体积V=a3cm3,含有Fe原子数目为8×+6×=4,故a3ρ(面心)=4×,体心立方晶胞边长为bcm,体积V=b3cm3,含有Fe原子数目为8×+1=2,故b3ρ(体心)=2×,故ρ(面心)∶ρ(体心)=2b3∶a3;面心立方晶胞中每个Fe原子周围有12个Fe原子,体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子,故Fe原子配位数之比为12∶8=3∶2。
答案:(1)3d64s2 (2)C D (3)OCO
(4)氮原子最外层电子排布为2s22p3,2p3为半满,能量低较稳定,失去第一个电子需要的能量高于碳和氧
(5)H2O分子间存在氢键较H2S分子间的范德华力强 四面体 sp3
(6)2b3∶a3 3∶2
4.(15分)有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素(原子序数均不大于30)。A的基态原子2p能级有3个单电子;C的核外没有成单电子,B、C两元素形成的化合物晶胞结构如下图所示;D的3p能级有1个单电子,且与B所在主族相邻;E元素在地壳中含量居第四位;则:
(1)写出基态E原子的价电子排布式________。
(2)A的最简单氢化物分子的空间构型为________,其中A原子的杂化类型是________。
(3)B能形成两种常见的单质,其分子式分别为__ ,
其沸点是同族元素氢化物中最高的原因是__ 。
(4)A和D形成的化合物中,D显正化合价,试写出该化合物与水反应的方程式:
_ __。
(5)B、C两元素形成的化合物晶胞结构中,B原子是________堆积(填堆积模型);已知B和C形成的化合物晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞边长a=________cm。(用含ρ、NA的计算式表示)
【解析】有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素(原子序数均不大于30)。A的基态原子2p能级有3个单电子,则A是N;E元素在地壳中含量居第四位,因此E是Fe;C的核外没有成单电子,B、C两元素形成化合物,则C最外层电子排布应为3s2,为镁元素。根据晶胞结构可知二者的化学式为BC或CB,B应该是O。D的3p能级有1个单电子,则D是Al或Cl,且与B所在主族相邻,因此D是Cl。
(1)铁的原子序数是26,则基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。
(2)A的最简单氢化物分子是氨气,其空间构型为三角锥形,其中氮原子含有一对孤对电子,则氮原子的杂化类型是sp3。
(3)B能形成两种常见的单质,其分子式分别为O2、O3;其沸点是同族元素氢化物中最高的原因是水分子间存在氢键。
(4)A和D形成的化合物中,D显正化合价,则该化合物的化学式为NCl3,该化合物与水反应的方程式为NCl3+3H2ONH3+3HClO或NCl3+3H2ONH4ClO+2HClO。
(5)B、C两元素形成的化合物晶胞结构中,B原子是面心立方最密堆积;根据晶胞结构可知分子中含有4个Mg和4个O,则根据×NA=4可知晶胞边长a=cm。
答案:(1)3d64s2 (2)三角锥形 sp3
(3)O2、O3 水分子间存在氢键
(4)NCl3+3H2ONH3+3HClO(或NCl3+3H2ONH4ClO+2HClO)
(5)面心立方最密
5.(15分)Ⅰ.80%左右的非金属元素在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位。
(1)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关,基态N原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是_ _,N2F2分子中氮原子的杂化方式是________,1 mol N2F2含有________个σ键。
(2)高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N—Si—N______Si—N—Si(填“>”“<”或“=”),原因是 __。
Ⅱ.金属元素在现代工业中也占据极其重要的地位,钛被称为“未来的钢铁”,具有质轻,抗腐蚀,硬度大的特点,是理想化工设备材料。
(3)基态钛原子核外共有________种运动状态不相同的电子。金属钛晶胞如下图1所示,为________堆积(填堆积方式)。
(4)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如下图2。化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是________。化合物乙中采取sp3杂化的原子的电负性由大到小的顺序为________。
(5)钙钛矿晶体的结构如图3所示。假设把氧离子看作硬球接触模型,钙离子和钛离子填充氧离子的空隙,氧离子形成正八面体,钛离子位于正八面体中心,则一个钛离子被________个氧离子包围。
【解析】(1)基态氮原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是洪特规则;N2F2分子结构式为F—NN—F,分子中氮原子含有1对孤对电子,氮原子的杂化方式是sp2杂化,1 mol N2F2含有3 molσ键,即1.806×1024
个σ键。
(2)Si3N4晶体中硅原子周围有4个氮原子,硅原子为sp3杂化,N-Si-N键角为
109°28′;氮原子周围连接3个硅原子,含有1对孤对电子,氮原子为sp3杂化,但孤对电子对与成键电子对的排斥作用更大,使得Si-N-Si键角小于109°28′。
(3)钛原子核外电子数为22,核外共有22种运动状态不相同的电子。由金属钛晶胞结构可知,属于六方最密堆积。
(4)化合物乙因分子间存在氢键,则化合物乙的沸点比化合物甲高,化合物乙中C、N、O三种原子的杂化轨道形成均为sp3,同周期自左而右电负性增大,故电负性:O>N>C。
(5)根据晶胞结构可知钛离子位于立方晶胞的角顶,被6个氧离子包围成配位八面体。
答案:Ⅰ.(1)洪特规则 sp2 1.806×1024
(2)>;Si3N4晶体中Si周围有四个氮原子,Si为sp3杂化,键角N-Si-N为
109°28′,而氮原子周围只接3个硅原子,氮原子上有一对孤对电子,氮原子也是sp3杂化,但由于孤对电子对与成键电子对的排斥力更大,使得Si-N-Si键小于109°28′
Ⅱ.(3)22 六方最密 (4)化合物乙能形成分子间氢键 O>N>C (5)6
