专题突破练16 物质结构与性质(选考)非选择题(本题包括6个小题,共100分)1.(2022山东烟台高三诊断性测试)(16分)钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用。回答下列问题:(1)写出As的基态原子的电子排布式 。 (2)N、P、As为同一主族元素,其电负性由大到小的顺序为 ,它们的氢化物沸点最高的是 。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体,已知其中阴离子与SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式为 。 (3)Fe3+、Co3+与N3-、CN-等可形成络合离子。①K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为 。 ②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为 ,其配离子中含有的化学键类型为 (填“离子键”“共价键”或“配位键”),C、N、O的第一电离能最大的为 ,其原因是 。 (4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为 。已知砷化镓晶胞边长为apm,其密度为ρg·cm-3,则阿伏加德罗常数的数值为 (列出计算式即可)。 答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(2)N>P>As NH3 NO43-(3)①sp ②6 共价键、配位键 N 氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子8\n(4)正四面体 4×145ρa3×10-30解析(1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3;(2)As、P、N元素属于同一主族元素,其原子序数逐渐减小,则其电负性逐渐增大,即N>P>As;它们的氢化物中NH3中存在氢键,沸点最高;原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体,且等电子体结构相似,阴离子与SO42-互为等电子体,且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构,则该离子是NO43-;(3)①CN-中碳原子价层电子对数为1+12(4+1-1×3)=2,所以采取sp杂化;②配位化合物[Co(N3)(NH3)5]SO4中心原子的配位数为6;其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键;C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大,同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大有增大趋势,但氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是N>O>C;(4)镓原子处于晶胞的顶点和面心,Ga与周围等距离且最近的As形成的空间构型为Ga在中心As在四个顶点形成的正四面体结构;一个晶胞占有4个镓原子和4个砷原子,若晶胞的边长为apm,则晶胞体积为(a×10-10)3cm3,晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞质量为(a×10-10)3cm3×ρg·cm-3=ρa3×10-30g,则ρa3×10-30g×NA=4×145g·mol-1,则NA=4×145ρa3×10-30。2.(16分)“黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》:“西北有宫,黄铜为墙,题曰地皇之宫。”“黄铜”一词专指铜锌合金,则始于明代,其记载见于《明会典》:“嘉靖中则例,通宝钱六百万文,合用二火黄铜四万七千二百七十二斤……。”(1)某同学书写基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2,该排布式违背了 。简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层含有未成对电子有关,Cu+呈无色,其主要原因可能是 。 (2)在10mL1mol·L-1氯化锌溶液中滴加浓氨水至过量,先产生白色沉淀,后沉淀溶解,生成了[Zn(NH3)4]2+,配体的空间构型是 ;画出该配离子的结构图: 。 (3)乙二胺(缩写en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(en)2]SO4,在该配合物中,N原子的杂化类型是 。C、N、O、Cu的第一电离能由大到小的顺序为 。 (4)铜晶体类型是 ;锌晶体中存在的化学键类型是 。 答案(1)洪特规则特例 价层无未成对电子(2)三角锥形 (3)sp3 N>O>C>Cu(4)金属晶体 金属键解析(1)根据洪特规则特例,基态铜原子价层电子排布式为3d104s1。Cu+的价层没有未成对电子,故Cu+在水溶液中呈无色。(2)四氨合锌(Ⅱ)离子中配体为NH3,NH38\n的空间构型为三角锥形;四氨合锌(Ⅱ)离子类似四氨合铜(Ⅱ)离子,该配离子结构图为。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子价层上有3个成键电子对,1个孤电子对,故氮原子采取sp3杂化。N、O、C、Cu的第一电离能依次减小。(4)铜晶体是金属晶体,锌晶体也是金属晶体,金属晶体中的化学键是金属键。3.(2022广东六校高三联考)(16分)英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如下:(1)下列有关石墨烯说法正确的是 。 A.键长:石墨烯>金刚石B.石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面C.12g石墨烯含σ键数为NAD.从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一,催化剂为金、铜、钴等金属或合金,含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。①铜原子在基态时,在有电子填充的能级中,能量最高的能级符号为 ;第四周期元素中,最外层电子数与铜相同的元素还有 。 ②乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还大的丁烷,请解释原因 。 ③下列分子属于非极性分子的是 。 a.甲烷b.二氯甲烷c.苯d.乙醇④酞菁与酞菁铜染料分子结构如图,酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是 ;酞菁铜分子中心原子的配位数为 。 ⑤金与铜可形成的金属互化物合金(如图,该晶胞中,Au占据立方体的8个顶点):8\n它的化学式可表示为 ;在Au周围最近并距离相等的Cu有 个,若2个铜原子核的最小距离为dpm,该晶体的密度可以表示为 g·cm-3。(阿伏加德罗常数用NA表示) 答案(1)BD (2)①3d K、Cr ②乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键 ③a、c ④sp2 2 ⑤Cu3Au或AuCu3 12 389×212×1030NA×d3×4解析(1)金刚石中碳原子之间只存在σ键,石墨烯中碳原子之间存在σ键和π键,因此键长:石墨烯<金刚石,故A项错误;石墨烯是平面形分子,分子中所有原子可以处于同一平面,故B项正确;一个碳原子中含有32个单键,即32个σ键,所以12g石墨烯含σ键数为32NA,故C项错误;石墨层内是共价键,石墨层与层之间的作用力是范德华力,所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力,故D项正确;(2)①铜原子在基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,在有电子填充的能级中,能量最高的能级符号为3d;第四周期元素中,最外层电子数与铜相同的元素还有K和Cr;②乙醇分子间存在氢键,使得其熔、沸点升高,而丁烷分子间不存在氢键;③甲烷为正四面体结构,结构对称,正负电荷的中心重合,属于非极性分子,故a正确;二氯甲烷为四面体分子,结构不对称,正负电荷的中心不重合,属于极性分子,故b错误;苯为平面正六边形,结构对称,正负电荷的中心重合,属于非极性分子,故c正确;乙醇结构不对称,正负电荷的中心不重合,属于极性分子,故d错误;④酞菁分子中碳原子形成3个σ键和1个π键,所以采取sp2杂化;酞菁铜分子中能提供孤电子对的氮原子才是配位原子,所以酞菁铜分子中心原子的配位数为2;⑤该晶胞中含铜原子个数为6×12=3,含有金原子数为8×18=1,所以其化学式为Cu3Au或AuCu3,根据图示,铜原子周围最近并距离相等的金原子有4个。根据化学式,在Au周围最近并距离相等的Cu有12个;若2个铜原子核的最小距离为dpm,则晶胞的棱长为2dpm=2d×10-10cm,该晶体的密度=389gNA(2d×10-10cm)3=389×2×10304NA·d3g·cm-3。4.(2022山西高三第一次模拟)(18分)钛被称为继铁、铝之后的第三金属,其单质及化合物在航天、军事、航海、医疗等领域都有着重要的应用。请回答下列问题:(1)基态钛原子的价层电子排布图为 。 (2)在TiO、TiN、TiS2、TiCl4等化合物中,S、Cl的电负性大小:S (填“>”“<”或“=”)Cl。O、N的第一电离能大小为O<N,原因是 。 (3)TiCl4的熔点是-23℃,沸点是136℃,可溶于CCl4,该晶体是 晶体。TiCl4中加入大量水,同时加热,可制得二氧化钛的水合物(TiO2·xH2O),再经焙烧可得TiO2,写出生成二氧化钛水合物(TiO2·xH2O)的化学方程式 。 (4)TiO2能溶于浓硫酸并析出一种离子晶体,已知其中阳离子是以链状聚合物形式存在的钛酰阳离子,其结构如下图所示,其化学式为 。阴离子SO42-中硫原子的杂化方式为 ,写出一种与SO42-互为等电子体的分子 。 8\n(5)下图是钛晶体在空间的一种堆积方式,此堆积方式叫 ,钛原子的配位数为 。已知:a=0.295nm,c=0.469nm,则该钛晶体的密度为 g·cm-3(NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。 答案(1)(2)< 氮原子的2p轨道为半充满状态,具有较高的稳定性,故不易失去一个电子(3)分子 TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4HCl(4)(TiO)n2n+(或TiO2+) sp3 CCl4(或SiCl4等)(5)六方最密堆积 1248×6332×(2.95×10-8)2×4.69×10-8NA解析(1)Ti是22号元素,价层电子排布式为3d24s2,所以价层电子排布图为:;(2)氯元素的非金属性比硫强,所以Cl的电负性大于S,氮元素原子的价层电子排布式为2s22p3,是一种半充满的稳定结构,具有较高的稳定性,不易失去一个电子,所以第一电离能O<N;(3)由题中信息可知,TiCl4的熔点和沸点较低,可溶于有机溶剂,说明TiCl4是分子晶体,TiCl4中加入大量水的同时加热,发生水解反应生成TiO2·xH2O,反应的化学方程式为TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4HCl;(4)由题图可知,每个钛原子连接2个氧原子,每个氧原子连接2个钛原子,说明Ti与O两种原子的个数比为1∶1,则该阳离子的化学式为(TiO)n2n+(或TiO2+),SO42-中硫原子的价层电子对数为:4+6+2-4×22=4+0=4,所以硫原子的杂化方式为sp3,SO42-的原子数为5、价层电子数为32,根据等电子体原理,与SO42-互为等电子体的分子有CCl4、SiCl4等;(5)由题图可知,所给晶体的堆积方式为六方最密堆积,与钛原子最近且等距离的钛原子有12个,所以钛原子的配位数为12,题中所给晶体结构中含有的钛原子数为6,质量为6×48NAg,体积为332×(2.95×10-8)2×4.69×10-8cm3,则该钛晶体的密度为8\n48×6332×(2.95×10-8)2×4.69×10-8NAg·cm-3。5.(2022广东佛山普通高中高三教学质量检测)(16分)硫和钒的相关化合物,在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题:(1)基态钒原子的外围电子排布图为 ,钒有+2、+3、+4、+5等多种化合价,其中最稳定的化合价是 ,VO43-的几何构型为 。 (2)2-巯基烟酸氧钒配合物(图1)是副作用小的有效调节血糖的新型药物。①基态S原子中原子核外未成对电子数为 ,该药物中硫原子的杂化方式是 。所含第二周期元素第一电离能按由大到小顺序的排列是 。 ②2-巯基烟酸(图2)水溶性优于2-巯基烟酸氧钒配合物的原因是 。 (3)多原子分子中各原子若在同一平面,且有相互平行的p轨道,则p电子可在多个原子间运动,形成“离域Π键”,下列物质中存在“离域Π键”的是 。 A.SO2B.SO42-C.H2SD.CS2(4)某六方硫钒化合物晶体的晶胞如图3所示,该晶胞的化学式为 。图4为该晶胞的俯视图,该晶胞的密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。 答案(1) +5 正四面体(2)①2 sp3 N>O>C ②2-巯基烟酸的羧基可与水分子之间形成氢键,使其在水中溶解度增大(3)AD (4)VS ρ=2×(32+51)a2bNA×32×10-21解析(1)钒为23号元素,电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2,所以外围电子排布图为。其最稳定的化合价应该是+5价,即失去所有的价电子,形成最外层8电子的稳定结构。根据价层电子对互斥原理,VO43-中的中心原子V的价电子为5,配位原子O不提供电子,带有三个单位负电,所以外层电子为8个,共4对,空间构型为正四面体。(2)①硫原子的电子排布为[Ne]3s23p48\n,所以硫原子的3p能级上有4个电子,分配在三个轨道中,有两个单电子。从图中得到S的配位数为2,所以此时S的外层有6+2=8个电子,电子对为4,所以S应该的杂化方式是sp3杂化。其中含有的第二周期元素是C、N、O,同周期元素从左向右应该是第一电离能有增大趋势,因为N的2p能级上有3个电子,是p能级的半满稳定结构,所以N的第一电离能反常增大,所以第一电离能:N>O>C。②2-巯基烟酸有羧基可以与水分子形成氢键,所以其水溶性会更好。(3)从题目表述来看,形成离域Π键的要求是:①原子共平面;②有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论,二氧化硫为平面三角形,硫酸根为正四面体,硫化氢为角形,二硫化碳为直线形。所以选项B一定错误。而硫化氢的氢原子不存在p轨道。所以选项C错误。由上正确的是选项A和选项D。(4)晶胞中有V:8×18+4×14=2个;有S:2×1=2个,所以化学式为VS。因为该晶胞中有2个VS,所以一个晶胞质量为2×(32+51)NAg。根据图4得到晶胞底面的面积为a×32anm2,所以晶胞的体积为a×32a×bnm3。1nm=10-7cm,所以晶体密度为2×(32+51)NAa×32a×b×10-21g·cm-3=2×(32+51)32a2×b×NA×10-21g·cm-3。6.(2022湖北八校高三联考)(18分)根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1),回答下面各题。元素代号I1I2I3I4I5Q800.62427.13659.725025.832826.7R495.845626910.3954313354S577.51816.72744.81157714842T1402.328564578.17475.09444.9U2080.73952.36122937112177(1)在这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是 (填元素符号),S元素最可能是 区元素。 (2)基态Q元素原子的价电子排布式是 。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为 ;第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有 种。 (3)化合物RT3中化学键类型为 ,RT3的阴离子的几何构型为 。 (4)下列元素中,化学性质和物理性质最像U元素的是 。 A.硼 B.铍 C.锂 D.氦 E.碳8\n(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566nm,X的化学式为 ;列式并计算晶体X的密度为 g·cm-3。 答案(1)B和Al p(2)2s22p1 -3 3(3)离子键、共价键 直线形(4)D(5)Na2O 4×62g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27解析Q元素的I4≫I3,Q元素的原子最外层有3个电子,Q处于ⅢA族;R元素的I2≫I1,R元素的原子最外层有1个电子,R处于ⅠA;S元素的I4≫I3,S元素的原子最外层有3个电子,S处于ⅢA族;T、U元素的I1~I5没有突变,T、U的最外层电子至少有5个。(1)根据上述分析,这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是Q和S,Q和S都处于ⅢA族,Q的I1大于S的I1,Q为硼元素,S为铝元素。最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为铝元素,基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,最后一个电子填入3p能级,Al是p区元素。(2)Q为硼元素,硼原子核外有5个电子,基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1,基态硼原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为+3价,根据化合物中元素的正负化合价代数和为0,QT中T元素的化合价为-3价。Q属于第二周期,Q和T同周期,T也属于第二周期,T为氮元素,第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O,共3种元素。(3)R为ⅠA族元素,R原子核外电子数大于5,R为钠元素;T为氮元素,RT3为NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为N3-,N3-与CO2互为等电子体,CO2为直线形,则N3-也为直线形。(4)U的最外层电子数至少5个,U不可能是ⅠA族~ⅣA族元素,U的第一电离能较大,U可能是0族元素,化学性质和物理性质最像U元素的是氦。(5)用“均摊法”,小黑球(Na+):8个,大白球(O2-):8×18+6×12=4,X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566nm)3=(0.566×10-7)3cm3,1mol晶胞的体积为(0.566×10-7)3cm3×NA,1mol晶胞的质量为4×62g,则晶体X的密度为4×62g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27g·cm-3。8
