高考化学二轮复习专题十三物质结构与性质练习.docx

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高考化学二轮复习专题十三物质结构与性质练习

专题十三　物质结构与性质

1．[2018·全国卷Ⅰ]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。

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0.4665nm，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）。

2．[2018·南京市第三次模拟]黄铜矿（主要成分是CuFeS2）是一种重要的化工原料，通过化学工艺可获得二（氨基丙酸）合铜[Cu（NH2CH2CH2COO）2]等产品。

（1）Cu2＋基态核外电子排布式为____________________________。

（2）[Cu（NH2CH2CH2COO）2]的结构简式如图1所示。

1mol[Cu（NH2CH2CH2COO）2]中含有σ键数目为________；C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是________________。

（3）黄铜矿在空气中灼烧得到废气和固体混合物。

废气中SO2经催化氧化生成SO3，SO2分子中S原子轨道的杂化类型为________。

SO3分子的空间构型为________；固体混合物中含有一种化合物X，其晶胞如图2所示，化合物X的化学式为________。

3．[2018·江西省师范大学附属中学月考]W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前四周期元素，元素W是宇宙中最丰富的元素，元素X的原子最外层电子数是其内层的3倍，元素Z的基态原子核外电子有24种运动状态，Y、X、Z不在同一周期，且Y原子核外p电子比s电子多5个。

（1）Z基态原子的核外电子排布式为________。

（2）Z的氧化物是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯（

）裂化生成苯和丙烯。

①1mol丙烯分子中含有σ键与π键数目之比为________。

②苯分子中碳原子轨道的杂化类型为________。

③Z的一种氧化物ZO5中，Z的化合价为＋6，则其中过氧键的数目为________个。

（3）W、X、Y三种元素的电负性由小到大顺序为________。

（请用元素符号回答）

（4）ZY3熔点为1152℃，熔融状态下能够导电，据此可判断ZY3晶体属于________（填晶体类型）。

（5）ZX2晶体的晶胞结构如图，每个Z原子周围最近的X原子数目为________。

若该化合物的相对分子质量为M，晶胞边长为acm，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体的密度为________g/cm3。

4．[2018·宿州市教学质量检测]碳、氮、氧、氯、钠、铜等元素的化合物广泛存在于自然界，回答下列问题：

（1）基态氯原子的价电子排布图是____________________________；基态铜原子核外电子占有的空间运动状态有________种。

（2）碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是________（填元素符号），CO

中碳原子的杂化轨道类型为________。

（3）相同条件下，水的沸点高于液氨，原因是________________________________________________________________________。

（4）铜与CN－可形成络合离子[Cu（CN－）4]2－，写出一种与CN－互为等电子体的分子的化学式__________；1mol[Cu（CN－）4]2－中含有__________molσ键；若将

[Cu（CN－）4]2－中二个CN－换为Cl－，只有一种结构，则[Cu（CN－）4]2－中4个氮原子所处空间位置关系为________。

（5）氯化钠的晶胞如图所示。

晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列，钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中。

一个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目为______个。

已知：

半径r（Cl－）＝apm，r（Na＋）＝bpm。

摩尔质量M（NaCl）＝cg·mol－1则氯化钠晶体的密度为________g·cm－3。

5．[2018·吉林省实验中学模拟]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N原子的杂化方式是___________，1molN2F2含有________个σ键。

（2）高温陶瓷材料Si3N4晶体中键角N—Si—N__________（填“＞”“＜”或“＝”）Si—N—Si，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、硬度大等特点，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。

金属钛晶胞如图甲所示，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所示。

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乙所示。

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。

6．[2018·襄阳市第五中学模拟]硼的无机化学问题比周期表里任何一种元素都更复杂和变化多端。

（1）基态B原子的价电子轨道表达式为______________________，第二周期第一电离能比B高的元素有________种。

（2）B易形成配离子，如[B（OH）4]－、[BH4]－等。

[B（OH）4]－的结构式为________（标出配位键），其中心原子的VSEPR模型名称为________，写出[BH4]－的两种等电子体______________________。

（3）图1表示偏硼酸根的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为________（以n表示硼原子的个数），图2表示的是一种五硼酸根离子，其中B原子的杂化方式为________。

图1

图2

图3

（4）硼酸晶体是片层结构，图3表示的是其中一层的结构。

同一层微粒间存在的作用力有__________________；同一片层划分出的一个二维晶胞（平行四边形）含有__________个H3BO3分子。

（5）1892年，化学家已用Mg还原B2O3制得硼单质。

Mg属六方最密堆积，其晶胞结构如图4所示，若在晶胞中建立如图5所示的坐标系，以A为坐标原点，把晶胞的底边边长和高都视作单位1，则B、E、C的坐标分别为B（1,0,0）、E（0,1,0）、C（0,0,1），请写出D点的坐标：

D：

____________________________。

7．[2018·南昌市高三第二次模拟]由N、P、Ti等元素组成的新型材料有着广泛的用途，请回答下列问题。

（1）钛元素基态原子未成对电子数为________个，能量最高的电子占据的能级符号为________。

（2）磷的一种同素异形体—白磷（P4）的立体构型为________，推测其在CS2中的溶解度________（填“大于”或“小于”）在水中的溶解度。

（3）两种三角锥形气态氢化物膦（PH3）和氨（NH3）的键角分别为93.6°和107°，试分析PH3的键角小于NH3的原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。

先将TiO2（或天然的金红石）和足量炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，生成TiCl4。

写出生成TiCl4的化学反应方程式：

______________________。

（5）有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶体的化学式为______________，已知晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶胞边长为________cm（用含ρ、NA的式子表示）。

8．[2018·河北省衡水中学模拟]第ⅢA族的单质及一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。

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NO

和NO

两种离子组成，该固体中N原子杂化类型为________；与NO

互为等电子体的微粒有________（写出一种）。

（3）铵盐大多不稳定，NH4F、NH4I中，较易分解的是________，原因是________________________________________________________________________。

（4）第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素之间的元素有________种。

（5）晶体另有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体（见下图），每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。

若此结构单元为1个分子，则其分子式为________。

（6）冰晶石（Na3AlF6）由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，●位于大立方体的顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是________（填微粒符号）。

（7）Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示：

若已知Al的原子半径为dnm，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，则一个晶胞中Al原子的数目有______个；Al晶体的密度为________g/cm3（用字母表示）。

专题十三　物质结构与性质

1．答案：

（1）D　C　

（2）Li＋核电荷数较大　（3）正四面体　sp3

AB　（4）520　498　2908　（5）

解析：

（1）根据核外电子排布规律可知Li的基态核外电子排布式为1s22s1，则D中能量最低；选项C中有2个电子处于2p能级上，能量最高。

（2）由于锂的核电荷数较大，原子核对最外层电子的吸引力较大，因此Li＋半径小于H－。

（3）LiAlH4中的阴离子是AlH

，中心原子铝原子含有的价层电子对数是4，且不存在孤对电子，所以空间构型是正四面体，中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化；阴阳离子间存在离子键，Al与H之间还有共价单键，不存在双键和氢键，故选AB。

（4）根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040kJ/mol÷2＝520kJ/mol；0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249kJ，所以O＝O键能是249kJ/mol×2＝498kJ/mol；根据晶格能的定义结合示意图可知Li2O的晶格能是2908kJ/mol。

（5）根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是ρ＝

＝

g/cm3。

2．答案：

（1）[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9

（2）26NA　C

（3）sp2　平面三角形　Cu2S

解析：

（1）Cu是29号元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，转化为Cu2＋的时候应该失去最外层的两个电子，所以是1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。

（2）根据图1的结构图，每一个单键都是σ键，双键有一个σ键和一个π键，所以数出来一共有26个σ键，即1mol[Cu（NH2CH2CH2COO）2]中含有σ键数目为26NA。

同周期从左向右第一电离能逐渐增大，其中N是2p能级的半满稳定结构，所以反常增大，顺序为：

C

（3）根据价层电子对互斥理论，SO2的中心原子S的价电子对为：

2＋（6－2×2）/2＝3对，所以S是sp2杂化。

根据价层电子对互斥理论，SO3的中心原子S的价电子对为：

3＋（6－3×2）/2＝3对，所以SO3是平面三角形。

图2中S占据顶点和体心，所以S有8×

＋1＝2个，Cu都在晶胞内部，所以Cu有4个，所以化学式为Cu2S。

3．答案：

（1）[Ar]3d54s1　

（2）①8：

1　②sp2　③2　（3）H

解析：

W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前四周期元素，元素W是宇宙中最丰富的元素，W是H。

元素X的原子最外层电子数是其内层的3倍，X是O。

元素Z的基态原子核外电子有24种运动状态，Z是Cr。

Y、X、Z不在同一周期，Y是第三周期元素，Y原子核外p电子比s电子多5个，Y是Cl。

（1）Cr基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1。

（2）①单键都是σ键，双键中含有1个σ键、1个π键，所以1mol丙烯分子（CH2＝CHCH3）中含有σ键与π键数目之比为81。

②苯分子是平面形结构，分子中碳原子轨道的杂化类型为sp2。

③设过氧键的数目为x，则－2价氧原子的个数是5－2x，Cr的化合价为＋6，则根据正负价代数和为0可知2x＋（5－2x）×2＝6，解得x＝2。

（3）非金属性越强，电负性越大，则W、X、Y三种元素的电负性由小到大顺序为H＜Cl＜O。

（4）CrCl3熔点为1152℃，熔融状态下能够导电，据此可判断CrCl3晶体属于离子晶体。

（5）根据晶胞结构可判断每个Cr原子周围最近的O原子数目为6个。

晶胞中Cr是1＋8×1/8＝2个，则该晶体的密度为

g/cm3。

4．答案：

（1）

　15　

（2）N　sp2　（3）氧元素的电负性大于氮，氧原子的半径小于氮，水分子间氢键比氨分子间氢键强　（4）N2或CO　8　正四面体

（5）12　

×1030

解析：

（1）基态氯原子的最外层有7个电子，价电子排布在3s、3p能级上，价电子排布图是

；铜原子核外有29个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，排布在15个原子轨道上，所以有15种空间运动状态；

（2）同周期元素从左到右第一电离能增大，ⅤA族原子p轨道半充满，第一电离能大于ⅥA族元素的原子，所以碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是N；CO

中碳原子的价电子对数是

＝3，所以碳原子的杂化轨道类型为sp2；（3）氧元素的电负性大于氮，氧原子的半径小于氮，水分子间氢键比氨分子间氢键强，所以水的沸点高于液氨；（4）等电子体是原子数相同、价电子数相同的微粒，所以与CN－互为等电子体的分子的化学式是N2或CO；单键是σ键，三键中有1个是σ键，所以1mol[Cu（CN－）4]2－中含有8molσ键；若将[Cu（CN－）4]2－中二个CN－换为Cl－，只有一种结构，则[Cu（CN－）4]2－中4个氮原子所处空间位置关系为正四面体；（5）根据晶胞图，1个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目是12个；晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列，钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中，r（Cl－）＝apm，所以晶胞边长是2

apm，根据均摊原则，每个晶胞含有Cl－数是8×

＋6×

＝4，含有Na＋数是12×

＋1＝4；所以密度是

＝

×1030g·cm－3。

5．答案：

（1）洪特规则　sp2杂化　1.806×1024（或3NA）

（2）＞　Si3N4晶体中Si原子周围有四个N原子，Si为sp3杂化，键角N—Si—N为109°28′，而N原子周围连接3个Si原子，含有一对孤电子对，N原子也是sp3杂化，但由于孤电子对对成键电子对的排斥力更大，使得Si—N—Si键角小于109°28′

（3）22　六方最密　（4）化合物乙能形成分子间氢键　O＞N＞C　（5）6

解析：

（1）基态N原子的最外层电子排布式为2s22p3,2p轨道上的3个电子分别排布在3个2p轨道上，遵循洪特规则。

N2F2分子的结构式为F—N===N—F，其中每个N原子形成2个σ键和1个π键，且含有1对未成键的孤电子对，故N原子采取sp2杂化。

1个N2F2分子含有2个N—F键和1个N===N键，故1molN2F2含有σ键的个数为3×6.02×1023＝1.806×1024。

（3）基态钛原子核外有22个电子，各个电子的运动状态均不同。

由金属钛的晶胞结构可知，其堆积方式为六方最密堆积。

（4）化合物乙（

）分子中含有—NH2，易形成分子间氢键，而化合物甲（

）不能形成分子间氢键，故化合物乙的沸点明显高于化合物甲。

化合物乙中C、N、O原子均采取sp3杂化，同周期自左向右，电负性逐渐增大，故电负性：

O＞N＞C。

（5）由钙钛矿晶体的结构可知，Ti4＋位于立方晶胞的顶角，被周围6个O2－包围，形成配位八面体。

6．答案：

（1）

　6

（2）

　正四面体形　CH4、NH

（3）（BO2）

　sp3、sp2　（4）氢键、共价键、范德华力　2　（5）（2/3,1/3,1/2）

解析：

（1）B是5号元素，基态B原子的价电子为2s22p1，价电子的轨道表达式为

，第二周期第一电离能比B高的元素有Be、C、N、O、F、Ne6种。

（2）B易形成配离子，如[B（OH）4]－、[BH4]－等。

[B（OH）4]－的中心原子形成4个σ键，其中有一个是配位键，由O原子提供了孤对电子，其结构式为

，其中心原子B原子的价层电子对数为4，故其VSEPR模型为正四面体形，[BH4]－的等电子体有CH4、NH

等。

（3）由图1可知，偏硼酸根中每个B形成3个共价键、每个O形成2个共价键，所以平均每个B原子结合2个O原子，由B和O的化合价分别为＋3和－2可知，其化学式可表示为（BO2）

；由图2可知，五硼酸根离子中有2种B原子，一种形成4个共价键，另一种形成3个共价键，故其中B原子的杂化方式为sp3、sp2。

（4）硼酸晶体是片层结构的分子晶体，由图3可知，同一层微粒间存在的作用力有氢键、共价键，范德华力3种；由均摊法可知，每个晶胞周围可形成4个晶胞、每个晶胞中包含8个硼酸分子，故平均同一片层划分出的一个二维晶胞含有2个H3BO3分子。

（5）若建立如图5所示的坐标系，x与y两轴的夹角为120°，以A为坐标原点，把晶胞的底边边长和高都视作单位1，则B、C的坐标分别为B（1,0,0）、C（0,0,1），由图可知，D点与A、B以及底面右下角等3个点构成一个正四面体，D点位于其顶点，其高度为晶胞高度的一半。

由D点向底面作垂线，垂足为中线的三等分点，则垂足的坐标为（

，

，0），所以D点的坐标为D（

，

，

）。

7．答案：

（1）2　3d　

（2）正四面体形　大于

（3）电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大

（4）TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO

（5）TiN　

解析：

（1）钛元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，因此其中未成对电子数为2个，能量最高的电子占据的能级符号为3d。

（2）白磷（P4）分子中含有6个P－P单键，其立体构型为正四面体形；白磷和CS2均为非极性分子，水是极性分子，根据相似相溶原理可推测白磷在CS2中的溶解度大于在水中的溶解度。

（3）由于电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大，因此PH3的键角小于NH3的。

（4）反应物是氯气、TiO2和足量炭粉，生成物是TiCl4，根据原子守恒且碳过量可知还有CO生成，则生成TiCl4的化学反应方程式为TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO。

（5）根据晶胞结构可知含有的N原子个数是8×1/8＋6×1/2＝4，Ti原子全部在晶胞中，共计是4个，则该晶体的化学式为TiN；设晶胞的边长是acm，则

＝ρ，解得a＝

。

8．答案：

（1）

（2）sp、sp2　SCN－、CO2、CS2、N

等中的任一种

（3）NH4F　F原子半径比I原子小，H－F键比H－I键强（或H－F更易形成易夺取NH

中的H＋）

（4）3　（5）B12　（6）Na＋　（7）4　M×1021/4

d3NA

解析：

（1）Ga原子核电荷数为31，核外电子排布1s22s22p63s23p63d104s24p1；基态Ga原子价电子排布图为

。

（2）NO

其中心N原子价电子对数＝σ键个数＋孤电子对个数＝2＋（5－1－2×2）/2＝2，所以其中的氮原子按sp方式杂化；NO

价层电子对数为3＋（5＋1－2×3）＝3，属于sp2杂化；等电子体是指原子数相等，电子总数相等的微粒，因此原子数为3，电子数为22的等电子微粒有（和NO

）：

SCN－、CO2、CS2、N

等中的任一种。

（3）由于F原子半径比I原子小，H－F键比H－I键强（或H－F更易形成易夺取NH

中的H＋），所以NH4F、NH4I中，较易分解的是NH4F。

（4）同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势，特例是ⅡA的第一电离能大于ⅢA，ⅤA的第一电离能大于ⅥA，故第一电离能介于B元素和N元素的元素有Be、C、O，共计3种。

（5）根据晶胞的结构图可以知道，每个硼原子被5个正三角形共用，每个正三角形上有三个硼原子，所以这个基本结构单元含有硼原子的个数为：

（20×3）/5＝12；若此结构单元为1个分子，则其分子式为B12。

（6）该晶胞中●个数＝8×

＋6×

＝4，○个数＝12×

＋8＝11，根据化学式知，冰晶石中阳离子和阴离子个数之比为3：

1，要使阳离子、阴离子个数之比为3：

1，则大立方体的体心处▽所代表的微粒是Na＋。

（7）根据乙图可知，Al为面心立方堆积，铝原子位于晶胞8个顶点和立方体的6个面心，一个晶胞中Al原子的数目N＝1/8×8＋1/2×6＝4。

设晶胞中立方体的边长为a，根据丙图中原子之间的位置关系有a2＋a2＝（4d）2，则a＝2

dnm，则晶胞的体积为V＝a3＝[2

d×10－7]3cm3，一个晶胞中含有4个铝原子，则晶胞的质量为m＝NM/NA，密度ρ＝m/V＝NM/NAV，代入数据计算可得晶胞密度ρ＝4×M/NAV＝M÷[4

d3×10－21×NA]＝M×1021/[4

d3NA]。