第一部分专题二十 物质结构与性质选考.docx

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第一部分专题二十物质结构与性质选考

[限时规范训练]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单独成册

1．（2019·山东青岛模拟）氧、硫形成的化合物种类繁多，日常生活中应用广泛。

如硫代硫酸钠（Na2S2O3）可作为照相业的定影剂，反应的化学方程式如下：

AgBr＋2Na2S2O3===Na3[Ag（S2O3）2]＋NaBr。

回答下列问题：

（1）已知银（Ag）位于元素周期表第五周期，与Cu同族，则基态Ag的价电子排布式为____________________________________________________。

（2）下列关于物质结构与性质的说法，正确的是________。

A．玻尔原子结构模型能够成功地解释各种原子光谱

B．Br、S、O三种元素的电负性顺序为O＞Br＞S

C．Na的第一电离能小于Mg，但其第二电离能却远大于Mg

D．水分子间存在氢键，故H2O的熔沸点及稳定性均大于H2S

（3）依据VSEPR理论推测S2O

的空间构型为________，中心原子S的杂化方式为________，[Ag（S2O3）2]3－中存在的化学键有________（填字母序号）。

A．离子键　　　　　　　B．极性键

C．非极性键D．金属键

E．配位键

（4）第一电子亲和能（E1）是指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（单位为kJ·mol－1），电子亲和能越大，该元素原子越易得电子。

已知第三周期部分元素第一电子亲和能如下表：

元素

Al

Si

P

S

Cl

E1（kJ·mol－1）

42.5

134

72.0

200

349

表中元素的E1自左而右呈增大趋势，试分析P元素呈现异常的原因________。

（5）某种离子型铁的氧化物晶胞如下图所示，它由A、B组成。

则该氧化物的化学式为：

________，已知该晶体的晶胞参数为anm，阿伏加德罗常数的值为NA，则密度ρ为________g·cm－3（用含a和NA的代数式表示）。

解析：

（1）银位于元素周期表第五周期，与铜同族，处于第一副族，价电子排布为4d105s1。

（2）A.波尔原子结构模型能够成功地揭示氢原子光谱，故错误；B.非金属性越强电负性越大，故O＞Br＞S，故正确；C.镁原子3s轨道为全充满稳定状态，半径又较小，第一电离能高于钠。

当其失去一个电子后，钠离子是稳定结构，第二电离能远高于镁，故正确；D.水分子间存在氢键，故水的熔沸点高于硫化氢，稳定性属于化学性质，由共价键决定，故错误。

故选BC。

（3）S2O

中一个硫原子相当于氧原子，中心硫原子孤电子对数为

＝0，价层电子对数为0＋4＝4，微粒空间构型为四面体形，中心硫原子采取sp3杂化；[Ag（S2O3）2]3－中Ag＋与S2O

之间形成配位键，硫原子之间形成非极性键，硫与氧原子之间形成极性键，故选BCE。

（4）P的价电子排布式为3s23p3，磷原子的3p能级处于半充满状态，相对稳定，不容易结合一个电子。

（5）亚铁离子处于晶胞的顶点，面心以及A位置立方体的体心，氧离子位于AB小立方体的内部，每个小立方体内部各有4个，铁离子处于晶胞B位置小立方体的内部，均摊法计算晶胞中铁和氧原子数目确定化学式，铁原子数目为4＋8×

＋6×

＋4×4＝24，氧原子数目为4×8＝32，故铁和氧原子数目之比为24∶32＝3∶4，故氧化物化学式为Fe3O4。

晶胞相当于有8个四氧化三铁，晶胞质量＝8×

g，晶体密度＝8×

g÷（a×10－7cm）3＝

g·cm－3。

答案：

（1）4d105s1　

（2）BC　（3）四面体　sp3　BCE　（4）P的价电子排布式为3s23p3,3p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合一个电子

（5）Fe3O4　

2．（2019·湖北武汉模拟）Fe、Co、Ni均为第Ⅷ族元素，它们的化合物在生产生活中有着广泛的应用。

（1）基态Co3＋原子的价电子排布式为________，Co3＋核外3d能级上有________对成对电子。

（2）Co3＋的一种配离子[Co（N3）（NH3）5]2＋中，Co3＋的配位数是________，离子中所含σ键的数目为________，配位体N

中心原子杂化类型为________。

（3）Co2＋在水溶液中以[Co（H2O）6]2＋存在。

向含Co2＋的溶液中加入过量氨水可生成更稳定的[Co（NH3）6]2＋，其原因是_________________________________。

（4）某蓝色晶体中，Fe2＋、Fe3＋分别占据立方体互不相邻的顶点，而立方体的每条棱上均有一个CN－，K＋位于立方体的某恰当位置上。

据此可知该晶体的化学式为________，立方体中Fe2＋间连接起来形成的空间构型是________。

（5）NiO的晶体结构如图甲所示，其中离子坐标参数A为（0,0,0），B为（1,1,0），则C离子坐标参数为________。

（6）一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中（如图乙），已知O2－的半径为apm，每平方米面积上分散的该晶体的质量为________g（用含a、NA的代数式表示）。

解析：

（1）Co原子的核电荷数为27，基态Co的价电子排布式为3d74s2；Co3＋核外电子排布为3d6,3d能级上有1对成对电子；

（2）氨气分子和N

氮原子中有孤电子对，能够与Co3＋形成配位键，共有5个氨分子和1个N

，与Co3＋形成的配位数为6；所以5mol氨气分子提供σ键为15mol,1molN

中含有σ键2mol，形成配位键有6mol，所以1mol配离子中所含σ键的数目为23NA；杂化轨道数＝中心原子的孤电子对数＋中心原子的σ键的数目，N

中心氮原子孤电子对数为0，σ键的数目为2，所以杂化轨道数为2，属于sp杂化；

（3）Co2＋在水溶液中以[Co（H2O）6]2＋存在。

向含Co2＋的溶液中加入过量氨水可生成更稳定的[Co（NH3）6]2＋，其原因是N元素电负性比O元素电负性小，N原子提供孤电子对的倾向更大，与Co2＋形成的配位键更强；正确答案：

N元素电负性比O元素电负性小，N原子提供孤电子对的倾向更大，与Co2＋形成的配位键更强。

（4）Fe2＋、Fe3＋占据立方体的互不相邻的顶点，则每个立方体上有4个Fe2＋、4个Fe3＋，根据晶体的空间结构特点，每个顶点上的粒子有1/8属于该立方体，则该立方体中有1/2个Fe2＋、1/2个Fe3＋，CN－位于立方体的棱上，棱上的微粒有1/4属于该立方体，该立方体中有3个CN－，所以该晶体的化学式为[FeFe（CN）6]－，由于物质呈电中性，所以需要一个钾离子与之结合，所以该晶体的化学式为KFe2（CN）6；立方体中Fe2＋间连接起来形成的空间构型是正四面体形；

（5）若NiO晶胞中离子坐标参数A为（0,0,0），B为（1,1,0），则由图可看出C离子坐标离x为1，离y为

，离z为

，则坐标参数为（1，

，

）。

（6）根据结构知，氧离子和相邻的镍离子之间的距离为2a，距离最近的两个阳离子核间的距离是距离最近的氧离子和镍离子距离的

倍，所以其距离是2

am；根据图片知，每个氧化镍所占的面积＝2am×2am×sin60°×10－24，则每平方米含有的氧化镍个数＝1/（2am×2am×sin60°×10－24）＝

×1024；每个氧化镍的质量＝

g，所以每平方米含有的氧化镍质量＝

×

×1024＝

×1024。

答案：

（1）3d74s2　1

（2）6　23NA　sp

（3）N元素电负性比O元素电负性小，N原子提供孤电子对的倾向更大，与Co2＋形成的配位键更强　（4）KFe2（CN）6　正四面体形　（5）（1,1/2,1/2）

（6）

（或

×1024）

3．（2019·江西上饶模拟）已知①～⑩号元素在周期表中的位置如图。

试回答下列问题：

（1）上述元素中属于d区的有：

________（填数字序号）。

（2）②、③、④三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________（用元素符号表示）。

（3）请根据等电子体原理，写出由②、③两种元素组成的带有一个单位负电荷离子的电子式：

________。

（4）⑧号元素在元素周期表中的位置是________，⑩号原子处于基态时核外电子排布式为________，已知元素⑩和⑦的电负性分别为1.9和2.5，则⑩与⑦形成的化合物属于________（填“离子”或“共价”）化合物。

（5）③号元素原子与①号元素原子形成的原子个数比为1∶3的分子X的空间构型为____________，X在①与④形成的化合物Y中的溶解度很大，其主要原因是______________________________，X分子中中心原子为________杂化，X分子与⑩号元素对应的二价阳离子形成的配离子的化学式为________。

（6）⑤号元素原子与Tl元素形成的晶体的晶胞如图所示，该物质的化学式为________，若忽略Tl原子，则此晶体中⑤的空间结构跟哪种常见物质的晶体结构一样？

________。

已知该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体中晶胞边长为________pm（只写计算式）。

解析：

（1）d区包括ⅢB～ⅦB，以及Ⅷ族元素，根据题中所给周期表，位于d区的元素是⑧⑨；

（2）②为C，③为N，④为O，同周期从左向右第一电离能逐渐增大，但ⅡA>ⅢA，ⅤA＞ⅥA，因此顺序是N＞O＞C；

（3）该微粒是CN－，C和N之间共用三个电子对，其电子式为[C⋮⋮N]－；

（4）⑧号元素为Fe，位于第四周期Ⅷ族；⑩号元素为Cu，基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1；⑦号元素为S，两种元素电负性差值为（2.5－1.9）＝0.6＜1.7，两原子间构成共价键，即该化合物为共价化合物；

（5）③号元素为N，①号元素为H，原子个数比为1∶3，即该化合物为NH3，空间构型为三角锥形；①④形成的化合物为H2O，NH3在水中溶解度大的原因是NH3和H2O都是极性分子，NH3与H2O形成分子间氢键，增加NH3的溶解度；NH3的中心原子N有3个σ键，孤电子对数为（5－3×1）/2＝1，价层电子对数为4，杂化类型为sp3；NH3与Cu2＋形成配离子，Cu2＋中心离子，配位数为4，其化学式为[Cu（NH3）4]2＋；

（6）⑤号元素为Na，根据晶胞结构，Na位于晶胞的棱上、晶体内部，个数为12×1/4＋5＝8，Tl位于晶胞的顶点、面心和内部，个数为8×1/8＋6×1/2＋4＝8，化学式为NaTl；忽略Tl原子，空间构型与金刚石的结构一样；晶胞的质量为

，晶胞的体积为（a×10－10）cm3，根据密度的定义晶胞的边长为

×1010pm。

答案：

（1）⑧⑨　

（2）N＞O＞C　（3）[C⋮⋮N]－

（4）第4周期第Ⅷ族　1s22s22p63s23p63d104s1　共价

（5）三角锥形　水和氨气分子间能形成氢键、水和氨气分子都是极性分子　sp3　[Cu（NH3）4]2＋

（6）NaTl　金刚石　

×1010

4．（2019·安徽六安模拟）B、N、Co均为新型材料的重要组成元素。

请回答下列问题。

（1）基态氮原子的价电子排布图为____________________________。

（2）Co能形成[Co（CNO）6]3－。

①1mol该离子中含有σ键的数目为________。

②与CNO－互为等电子体的分子为________。

（任写一种，填化学式）

（3）往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH3）4]2＋配离子，已知NF3和NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配合离子，其原因是________。

（4）分子中的大π键可用符合Π

表示，其中m表示形成大π键的原子数，n表示参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π

）。

则NO

中的大π键应表示为________。

（5）多硼酸根的结构之一为链状（如图），其化学式为________。

（6）氮化硼晶体有多种结构，其中立方氮化硼具有金刚石的结构（如图）。

若晶胞边长为anm，晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，则B—N键的键长为________nm，这种氮化硼晶体的密度为________g/cm3。

（用含有a和NA的代数式表示）

解析：

（1）N是7号元素，根据原子构造原理可知N核外电子排布式是1s22s22p3，价电子排布式是2s22p3，所以基态氮原子的价电子排布图为

；

（2）①1个Co3＋与6个CNO－形成6个配位键，属于σ键，1个CNO－含有2个σ键，故1个[Co（CNO）6]3－含有18个σ键，所以1mol该离子中含有σ键的数目为18NA；

②与CNO互为等电子体的分子可以用O原子替换N原子与1个单位负电荷，其等电子体为CO2或N2O；

（3）往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH3）4]2＋配离子，是由于中心离子Cu2＋有空轨道，NH3分子中N原子有孤对电子，N—H偏向N原子一方，N原子周围相对来说电子多，而NF3和NH3的空间构型尽管都是三角锥形，但电负性F＞N＞H，在NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键，所以NF3不易与Cu2＋形成配合离子；

（4）NO

中的大π键是每个O原子提供1个电子，每个N原子提供3个电子形成，所以成键原子数是4，成键电子数是6，故NO

中的大π键表示为Π

；

（5）由均摊法，可知每个B原子独自占有2个O原子，B元素化合价为＋3，O元素化合价为－2，多硼酸根的化合价代数和为3n＋2×n（－2）＝－n，故多硼酸根组成可表示为：

（BO2）

，也可写为BO

；

（6）晶胞边长为anm，由立方氮化硼的结构可知晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，可看作是将晶胞均分为8个小立方体，B—N键的键长为晶胞体对角线的

，由于晶胞边长为anm，则体对角线为

a，所以B—N键的键长

anm；一个晶胞中含有B原子数目为：

4；含有N原子数目为

×8＋

×6＝4，即一个晶胞中含有4个BN，所以晶胞的密度为ρ＝

＝

＝

g/cm3。

答案：

（1）

（2）①18NA　②CO2或N2O　（3）电负性F＞N＞H，NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键　（4）Π

　（5）BO

　（6）

a　

5．铁氮化合物（FexNy）在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。

请回答下列问题：

（1）铁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________，能量最高能级的电子云形状为________。

（2）Fe3＋可用KSCN溶液检验，形成的配合物颜色为________，写出一个与SCN－具有相同空间构型的分子：

________。

（3）氮元素的最简单氢化物为氨，氨的沸点________（填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是_________________________________。

氮元素的另一种氢化物联氨（N2H4）是________（填“极性”或“非极性”）分子，其中心原子的轨道杂化类型为________。

（4）铁的第三电离能（I3），第四电离能（I4）分别为2957kJ/mol，5290kJ/mol，I4远大于I3的原因是___________________________________。

（5）铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图所示，写出该反应的化学方程式：

________。

若两个最近的Fe原子间的距离为acm，则该晶体的密度是________g/cm3（设阿伏加德罗常数的值为NA）。

解析：

（1）铁元素为26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；d能级有5个原子轨道，按照洪特规则和泡利原理，因此铁元素的3d能级上未成对电子数为4；按照构造原理，能量最高能级为3d，其电子云形状为花瓣形；

（2）Fe3＋与SCN－形成配合物，其配合物的颜色为（血）红色；利用等电子体具有相似化学结构和化学键特征，SCN－与CO2互为等电子体，即SCN－的空间构型为直线形，与之相似的还有CS2等；

（3）氨分子间能形成分子间氢键，其沸点高于不含分子间氢键的PH3；N2H4的结构式为

，肼分子含有极性键和非极性键，每个氮原子都与相邻的原子形成变形的三角锥形，氮氮单键可以旋转，不一定是对称结构，因此肼为极性分子；N有三个σ键，一个孤电子对，因此杂化类型为sp3；（4）Fe失去3个电子后，Fe3＋电子排布式为[Ar]3d5，d能级处于半满，能量低，处于稳定；

（5）根据晶胞的结构，Fe位于顶点和面心，个数为8×1/8＋6×1/2＝4，N位于晶胞内部，该晶胞的化学式为Fe4N，铁和NH3在640℃可发生置换反应，反应方程式为8Fe＋2NH3

2Fe4N＋3H2，根据晶胞的结构，两个最近的Fe原子间的距离是面对角线的一半，即晶胞的边长为

acm，晶胞的质量为1×（56×4＋14）/NAg，根据密度定义，得出该晶胞的密度为

g/cm3。

答案：

（1）[Ar]3d64s2　4　花瓣形

（2）红色　CO2或CS2

（3）高于　NH3分子间存在氢键，导致沸点高于PH3　极性　sp3

（4）Fe3＋的3d能级半充满，结构稳定

（5）8Fe＋2NH3

2Fe4N＋3H2　

6．（2019·广东揭阳模拟）氮及其化合物与人类生产、生活息息相关。

（1）在现代化学中，常利用________上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

（2）基态N原子的价电子占据的能量最高的能级是________，价电子在该能级上的排布遵循的原则是________。

（3）NH4BF4（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一。

1molNH4BF4含有________mol配位键。

（4）化肥（NH4）2SO4中会含有N4H4（SO4）2，该物质在水中电离出SO

和N4H

，N4H

遇到碱性溶液会生成一种形似白磷（P4）的N4分子。

N4比P4的沸点________，原因为________________________________________________。

（5）尿素（H2NCONH2）也是一种常用的化肥，其分子中原子的杂化轨道类型有________，σ键和π键数目之比为________。

（6）Cu3N具有良好的电学和光学性能，其晶胞结构如图。

Cu的半径为apm，N的半径为bpm，Cu和N都是紧密接触的刚性小球，则N的配位数为________，Cu3N的密度为________g·cm－3。

（阿伏加德罗常数用NA表示）

解析：

（1）根据原子光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析，其优点是灵敏迅速，历史上曾通过光谱分析发现了许多新元素，如铷，铯，氦等；

（2）基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，电子占据的最高能级符号为2p；2p轨道上的电子为半充满，则价电子在该能级上的排布遵循的原则是洪特规则；

（3）NH4BF4为离子化合物，NH

离子中含有1个N→H配位键，BF

离子中含有1个F→B配位键，则1molNH4BF4含有2mol配位键；

（4）结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，N4和P4都为正四面体结构，都为非极性分子，N4的相对分子质量小于P4的，分子间作用力比P4弱，N4比P4的沸点低；

（5）H2NCONH2分子中，羰基C原子的杂化方式为sp2杂化，氨基中N原子的杂化方式为sp3杂化；σ键的数目为7，π键的数目为1，σ键和π键数目之比为7∶1；

（6）由Cu3N的晶胞结构可知，大球表示Cu原子、小球表示N原子，Cu原子个数＝12×1/4＝3，N原子个数＝8×1/8＝1，中间面上N的周围有4个Cu，上下面上各有1个Cu，则N的配位数4＋2＝6；晶胞的体积＝[（2a＋2b）×10－10cm]3，Cu3N的密度＝

＝

＝

。

答案：

（1）原子光谱　

（2）2p　洪特规则　（3）2　（4）低　N4和P4都为非极性分子，N4的相对分子质量小于P4的，分子间作用力比P4弱　（5）sp2、sp3　7∶1　（6）6