创新设计化学通用版精品三轮 基础回扣与考前特训 题型二十四 物质结构与性质综合应用选修.docx
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创新设计化学通用版精品三轮基础回扣与考前特训题型二十四物质结构与性质综合应用选修
[题型专练]
一、核外电子排布
1.（2016·全国Ⅰ，37改编）写出基态As原子的核外电子排布式__________________________________________________________________。
解析 As的原子序数为33，则基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。
答案 1s22s22p63s23p63d104s24p3（或[Ar]3d104s24p3）
2.（2016·全国Ⅱ，37节选）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 。
解析 镍是28号元素，位于第四周期，第Ⅷ族，根据核外电子排布规则，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2；3d能级有5个轨道，根据洪特原则，先占满5个自旋方向相同的电子，再分别占据三个轨道，电子自旋方向相反，所以未成对的电子数为2。
答案 1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2） 2
3.
（1）铬，铜，铁，锰等原子的基态电子排布式 。
（2）氯元素的基态原子的价电子层排布式是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
（3）与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有 （填元素符号）。
解析 24号Cr元素核外24个电子，最后6个电子的排布有两种可能：
3d44s2或3d54s1。
根据半满、全满规则可知后者更稳定。
同理，可知最外层只有1个电子的除了K，还有3d104s1的Cu。
答案
（1）铬：
1s22s22p63s23p63d54s1；
铜：
1s22s22p63s23p63d104s1；铁：
1s22s22p63s23p63d64s2；
锰：
1s22s22p63s23p63d54s2
（2）3s23p5 （3）K、Cu
二、电离能和电负性
1.（2016·全国Ⅲ，37）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”）
解析 同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，故原子半径Ga大于As，As原子的4p轨道处于半满的稳定结构，所以第一电离能Ga小于As。
答案 大于 小于
2.Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 。
答案 O＞Ge＞Zn
3.
（1）电离能：
①C、N、O；②N、S、P；③C、N、Si；④N、O、F的第一电离能由大到小的顺序为 。
（2）电负性：
H、O、S电负性由大到小的顺序是 。
B和N相比，电负性较大的是 ；BN中B元素的化合价为 ；从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为 。
（3）N第一电离能也反常，导致它的一些性质也出现反常。
已知N—N、N＝N、N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C＝C、C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，由此你得出的结论是：
__________________________________________________________________。
解析
（1）同周期第一电离能从左往右一般逐渐增大，但IA<ⅡA>ⅢA；ⅣA<ⅤA>ⅥA，同主族从上往下第一电离能逐渐减小。
（2）同周期电负性从左往右逐渐增大，同主族从上往下电负性逐渐减小。
答案
（1）①N>O>C、②N>P>S、③N>C>Si、
④F>N>O
（2）O>S>H N ＋3 O＞C＞Si
（3）乙烯，乙炔中的键不牢固，N＝N、N≡N的键非常牢固
三、完成下列有关杂化轨道分子空间构型，化学键类型等题目
1.（2016·全国Ⅲ，37节选）AsCl3分子的立体构型为 ，其中As的杂化轨道类型为 。
解析 AsCl3分子中心As原子的价层电子对数＝3＋
＝4，含有1对孤对电子，则其立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。
答案 三角锥形 sp3
2.（2016·全国Ⅰ，37节选）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 。
答案 sp3 共价键
3.（2016·全国Ⅱ，37节选）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 。
解析
（1）根据价层电子对互斥理论，SO
的σ键电子对数等于4，孤电子对数为
＝0，则阴离子的立体构型是正四面体形；
（2）根据配位键的特点，在[Ni（NH3）6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为配位键，提供孤电子对的成键原子是N。
答案
（1）正四面体形
（2）配位键 N
4.
（1）NH
的空间构型为 ，中心原子的杂化类型是 。
（2）在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五种有机溶剂中，碳原子采取sp2杂化的分子有 （填序号），CS2分子的空间构型是 。
（3）富勒烯（C60）的结构如图，其分子中碳原子轨道的杂化类型为 ；1molC60分子中σ键的数目为 。
（4）尿素分子中C、N原子的杂化方式分别是 。
氧元素与氟元素能形成OF2分子，该分子的空间构型为 。
（5）SeO3分子的立体构型为 。
（6）N4分子是一种不稳定的多氮分子，这种物质分解后能产生无毒的氮气并释放出大量能量，能被应用于制造推进剂或炸药。
N4是由四个氮原子组成的氮单质，其中氮原子采用的轨道杂化方式为sp3，该分子的空间构型为 ，N—N键的键角为 。
解析
（1）NH
属于AB2，中心N原子有孤对电子，空间构型为“V”形，N原子采取sp3杂化；
（2）苯是平面形结构，碳原子采取sp2杂化；CH3OH是四面体结构，碳原子采取sp3杂化；HCHO是平面形结构，碳原子采取sp2杂化；CS2是直线形，碳原子采取sp杂化；CCl4是正四面体结构，碳原子采取sp3杂化；（3）根据富勒烯的结构图可知C原子形成了2个碳碳单键和1个碳碳双键，即3个σ键，所以C原子杂化方式为sp2；1个C原子形成3个σ键，每个σ键被两个C原子共用，所以1molC60分子中σ键的数目为：
3×1/2×60NA＝90NA；（4）尿素（H2NCONH2）分子中C原子含有3个σ键且不含孤电子对，所以其杂化方式为sp2，N原子含有3个σ键且含有一个孤电子对，所以N原子采用sp3杂化，由价层电子对互斥理论可知，OF2分子的空间构型为V形；（5）气态SeO3分子中心原子Se的价层电子对数为3＋
＝3，无孤电子对，所以分子构型为平面三角形；（6）N4中氮原子的轨道杂化方式为sp3，其空间构型与P4（白磷）相似，空间构型应为正四面体结构，N—N键的键角为60°。
答案
（1）“V”型 sp3
（2）①③ 直线型 （3）sp2
90NA（或90×6.02×1023） （4）sp2、sp3 V形 （5）平面三角形 （6）正四面体 60°
四、完成下列有关物质的性质和作用力的题目
1.（2016·全国Ⅱ）氨的沸点 （填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是__________________________________________________________________。
答案 高于 氨气分子间存在氢键
2.（2016·全国Ⅰ）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
答案 GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。
原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
3.
（1）合成氮化碳是一种硬度比金刚石还大的晶体，氮化碳的晶体类型为 ，该晶体中微粒间的作用力是 。
（2）硅烷（SinH2n＋2）的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是_________________________________________________________。
（3）氢化物NH3比氢化物PH3的沸点高，原因__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
（4）三聚氰胺是一种含氮化合物，其结构简式如图。
三聚氰胺分子中氮原子轨道杂化类型是 ；1mol三聚氰胺分子中σ键的数目为 三聚氰胺的相对分子质量与硝基苯的相近，但三聚氰胺的熔点比硝基苯的高，其原因是__________________________________________________________________。
（5）乙二胺和三甲胺均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高的多，原因是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
解析
（1）原子晶体中存在的作用力是共价键，一般熔点高硬度大，金刚石是原子晶体，氮化碳硬度比金刚石还大，氮化碳是原子晶体；
（2）硅烷（SinH2n＋2）都是分子晶体，分子晶体的沸点高低取决于分子间作用力，而分子间作用力与相对分子质量的大小有关；（3）因为氨气分子间能形成氢键，使氨气的沸点升高；（4）氨基上N原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，则N原子采用sp3杂化；氮碳双键两端的N原子含有两个σ键和一个孤电子对，N原子采用sp2杂化；1个三聚氰胺分子中σ键个数是15NA，所以1mol三聚氰胺分子中σ键的数目为15NA，氢键导致物质的熔沸点升高，三聚氰胺分子间能形成氢键，导致其熔沸点高于硝基苯；（5）乙二胺（H2N—CH2—CH2—NH2）分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键，故乙二胺的沸点较高。
答案
（1）原子晶体 共价键
（2）硅烷为分子晶体，随相对分子质量增大，分子间作用力增强，熔沸点升高 （3）因为NH3分子间形成氢键，使NH3的沸点升高 （4）sp2、sp3 15NA 由于分子间形成氢键 （5）乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键
五、完成下列有关等电子体的题目
（1）与NO
离子互为等电子体的是 ，NO
离子中氮原子轨道杂化类型是 杂化，O
离子互为等电子体的是 ，1molO
中含有的π键数目为 NA。
（2）金属镍能与CO形成配合物Ni（CO）4，写出与CO互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式 、 。
（3）叠氮化钠（NaN3）用于汽车安全气囊中氮气的发生剂，写出与N
互为等电子体的分子的化学式__________________________________________________________________
__________________________________________________________________（任写一种即可）。
（4）PO
的空间构型是 ，其等电子体有 （填两个）。
解析
（1）价电子数和原子数分别都相等的是等电子体，则与NO
离子互为等电子体的是CO2，CO2是含有双键的直线形结构，所以根据等电子原理，在NO
离子中氮原子轨道杂化类型是sp杂化；与O
离子互为等电子体的是N2，N2含有三键，而三键是由1个σ键和2个π键构成的，则1molO
中含有的π键数目为2NA；
（2）CO含有2个原子14个电子，所以CO互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式为：
N2、CN－（或O
、C
、NO＋）；（3）原子数相同，价电子数相同的微粒互为等电子体，则与N
互为等电子体的微粒有CO2或CS2或N2O等；（4）PO
中P原子的价层电子对＝4＋
（5＋3－4×2）＝4，且不含孤电子对，所以其空间构型正四面体，根据原子数和价电子数分别相等的两种微粒互为等电子体，则PO
的等电子体有SO
、ClO
等
答案
（1）CO2 sp N2 2
（2）N2 CN－ （3）CO2或CS2或N2O （4）正四面体 SO
、ClO
六、回答下列有关原因或解释相关问题
1.（2016·全国Ⅰ）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__________________________________________________________________。
解析 Ge和C虽是同族元素，价电子排布相同，但Ge的原子半径比C的大，所以其原子轨道不易重叠形成π键，即Ge原子间难以形成双键和叁键。
答案 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
2.（2016·全国Ⅱ）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________________________________________________________。
答案 由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。
3.（2016·全国Ⅱ）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＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的原因是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
答案 铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子，所以ICu＞INi。
4.
（1）H2S和H2O2的主要物理性质比较如下：
熔点/K
沸点/K
水中溶解度（标况）
H2S
187
202
2.6
H2O2
272
423
以任意比互溶
H2S和H2O2的相对分子质量基本相同，造成上述物理性质差异的主要原因是__________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
（2）甲烷晶体的晶胞如图所示，该晶胞中含有 个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因__________________________________________________________________。
（3）MgO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。
MgO的熔点比CaO的高，其原因是__________________________________________________________________。
（4）C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。
CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π健。
从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述π键__________________________________________________________________。
（5）实验测得石墨、苯和乙烯分子中C—C键键长依次为142、140、133pm。
请对上述系列中键长依次递减的现象作出合理的解释__________________________________________________________________。
（6）第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下：
BeCO3
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
分解温度
100℃
540℃
960℃
1289℃
1360℃
分解温度为什么越来越高？
__________________________________________________________________。
解析
（1）O元素非金属性较强，对应的氢化物能形成氢键，且与水分子之间也可以形成氢键，硫元素和水分子间不能形成氢键，所以H2O2的沸点比H2S高；
（2）根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体；（3）晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高；（4）CO2晶体是分子晶体，其中C的原子半径较小，C、O原子能充分接近，p－p轨道肩并肩重叠程度较大，形成稳定的π键；而Si原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p－p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键；（6）在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。
答案
（1）H2O2分子间存在氢键，与水分子可形成氢键
（2）4甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小 （3）Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大 （4）Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p－p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 （5）在石墨中一个C—C键平均有0.67个π电子；苯中一个C—C键平均有1个π电子；乙烯中一个C—C键平均有2个π电子；由于π电子从0.67、1增加到2，所以键能在增加，键长缩短 （6）阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强
七、完成有关晶胞的相关计算
1.（2016·全国Ⅱ，37节选）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dg·cm–3，晶胞参数a＝ nm。
解析
（1）根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×
＝3，镍原子的个数为8×
＝1，则铜和镍的数量比为3∶1；
（2）根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为dg·cm－3，根据ρ＝
，则晶胞参数a＝
×107nm。
答案
（1）3∶1
（2）
×107
2.
（1）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，如图是一种镍镧合金储氢后的晶胞结构示意图，该合金储氢后，含1molLa的合金可吸附H2的数目为 。
（2）一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中金原子位于顶点，铜原子位于面心，则该合金中金原子（Au）与铜原子（Cu）个数比为 ；若该晶体的晶胞棱长为apm，则该合金密度为 g/cm3。
（列出计算式，不要求计算结果，阿伏加德罗常数的值为NA）
（3）砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少。
已知立方砷化镓晶胞的结构如图所示，其晶胞边长为cpm，则密度为 g·cm－3（用含c的式子表示，设NA为阿伏加德罗常数的值），a位置As原子与b位置As原子之间的距离为 pm（用含c的式子表示）。
解析
（1）由晶胞可知，晶胞中La位于顶点，平均含有8×
＝1，Ni位于面心和体心，共含有8×
＋1＝5，H2位于棱上和面心，共有8×
＋2×
＝3，则含1molLa的合金可吸附H2的物质的量为3mol；
（2）在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数＝8×
＝1，Cu原子个数＝6×
＝3，所以该合金中Au原子与Cu原子个数之比＝1∶3，晶胞体积V＝（a×10－10cm）3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，晶胞质量为
g，则晶胞密度ρ＝
g÷（a×10－10cm）3＝
g·cm－3；（3）晶胞中Ga原子数为6×
＋8×
＝4，As原子数为4，则ρ＝
＝
＝
g·cm－3；a位置As原子与b位置As原子之间的距离为晶胞立方体体对角线的一半，则两原子之间的距离为
＝
c（pm）。
答案
（1）3mol
（2）1∶3
（3）
c
[对点回扣]
反思归纳
1.在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心、体心依次被6、3、4、2、1个晶胞所共有。
2.原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点没有MgO的熔点高。
3.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如钠的熔点没有尿素的熔点高。
4.含有离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。
5.含有共价键的晶体不一定是原子晶体，如分子晶体的结构粒子分子内含有共价键，离子晶体的结构粒子离子内部也可能有共价键。
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