1725高考选做物质结构特训.docx

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1725高考选做物质结构特训

高考物质结构特训

A组

1．碳族元素的单质及其化合物是一类重要物质，请回答下列问题。

（1）基态碳原子的价电子排布图是________。

（填字母）

a.

b.

（2）氯化铝晶体易溶于水，也溶于乙醇和乙醚，熔点190℃（2.5大气压），熔化的氯化铝不易导电。

178℃升华为二聚体Al2Cl6（结构如图1所示）。

AlCl3晶体是________晶体，在二聚体Al2Cl6中有配位键，请用箭头在图中标出。

（3）硼酸（H3BO3）是一元弱酸，与水反应生成[B（OH）4]－而产生氢离子，则[B（OH4）]－中B原子的杂化类型为______，[B（OH）4]－的空间结构为______。

（4）已知钛酸锶广泛应用于氢能领域，其晶胞结构如图2所示，则钛酸锶的化学式为____________。

答案　

（1）a　

（2）分子　

　（3）sp3　正四面体　（4）SrTiO3

解析　

（1）碳原子核外含有6个电子，基态碳原子的价电子排布式为2s22p2，价电子数为4，在2s和2p轨道各含有2个电子。

（2）分子晶体的熔、沸点较低，氯化铝的熔、沸点较低，所以为分子晶体，氯化铝中铝原子最外层只有3个电子，形成3个共价键，每个铝原子和四个氯原子形成共价键，且其中一个共用电子对是氯原子提供形成的配位键。

（3）[B（OH）4]－中B的价层电子对数为4，所以采取sp3杂化，B原子没有孤电子对，为正四面体构型。

（4）晶胞中Sr原子数目为8×

＝1，Ti原子数目为1，O原子数目为6×

＝3，故化学式为SrTiO3。

2．在元素周期表中，除稀有气体元素外几乎所有元素都能与氢形成氢化物。

（1）氨气是共价型氢化物。

工业上常用氨气和醋酸二氨合铜{[Cu（NH3）2]Ac}的混合液来吸收一氧化碳（醋酸根简写为Ac－）。

反应方程式为[Cu（NH3）2]Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3CO]Ac。

①请写出基态Cu原子的电子排布式：

____________________________________________。

②氨水溶液中各元素原子的第一电离能从大到小的排列顺序为______，理由是___________

______________________________________________________________________________。

其中NH3应为________分子（填“极性”或“非极性”）。

③醋酸分子中的两个碳原子的杂化方式分别是______。

④生成物[Cu（NH3）3CO]Ac中所含化学键类型有________（填序号）。

a．离子键b．金属键

c．共价键d．配位键

（2）某离子型氢化物化学式为XY2，晶胞结构如图所示，其中6个Y原子（）用阿拉伯数字1～6标注。

①已知1、2、3、4号Y原子在晶胞的上、下面上。

则5、6号Y原子均在晶胞________（填“侧面”或“内部”）。

②根据以上信息可以推知，XY2晶体的熔、沸点____________________________________

（填“＞”“＝”或“＜”）固态氨的沸点。

③若该晶胞的边长为anm，密度为ρg·cm－3，XY2的摩尔质量为Mg·mol－1，则阿伏加德罗常数可表示为____________________________________（用含a、ρ、M的代数式表示）。

答案　

（1）①[Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1　②N＞O＞H　同周期元素，从左至右第一电离能呈增大趋势，但第ⅤA族元素的2p能级处于半充满状态，结构稳定，第一电离能反常，大于第ⅥA族元素　极性　③sp3和sp2　④acd

（2）①内部　②＞　③

解析　

（1）①铜元素为29号元素，原子核外有29个电子，所以其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。

②氨水中含氢、氮、氧三种元素，同主族元素，从上至下第一电离能逐渐减小，同周期元素，从左至右第一电离能呈增大趋势，但第ⅤA族元素的2p能级因为是半充满状态，结构稳定，第一电离能反常，大于第ⅥA族元素的第一电离能，所以第一电离能从大到小的顺序为N＞O＞H；氨分子是三角锥型结构，是极性分子。

③甲基中碳原子形成4个σ键，杂化轨道数目为4，采用sp3杂化。

④铜离子和氨分子有配位键，氨分子中有共价键，[Cu（NH3）3CO]＋和Ac－之间形成离子键，所以选acd。

（2）①X在8个顶点和体心，晶胞中一共含有2个X，则由氢化物化学式XY2，可知该晶胞中含有4个Y，又1、2、3、4号Y原子在晶胞上、下面上，则实际为2个Y原子，则5、6号Y原子均在晶胞内部。

②XY2晶体为离子晶体，固态氨为分子晶体，所以XY2晶体的熔、沸点高于固态氨的熔、沸点。

③晶胞中含有2个XY2，所以有关系式：

（a×10－7cm）3ρg·cm－3NAmol－1×

＝Mg·mol－1，则NA＝

。

3．

（1）C60和金刚石都是碳的同素异形体，二者相比较熔点高的是______________。

（2）超高导热绝缘耐高温纳米氮化铝在绝缘材料中应用广泛，氮化铝晶体与金刚石类似，每个Al原子与______个氮原子相连，与同一个N原子相连的Al原子构成的空间构型为__________，氮化铝晶体属于________晶体。

（3）金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液态Ni（CO）4，呈正四面体构型。

试推测Ni（CO）4的晶体类型是________，Ni（CO）4易溶于下列______（填字母，下同）。

A．水B．四氯化碳C．苯D．硫酸镍溶液

（4）氯化铝在177.8℃时升华，蒸气或熔融状态以Al2Cl6形式存在。

下列关于氯化铝的推断错误的是________。

A．氯化铝为共价化合物B．氯化铝为离子化合物

C．氯化铝难溶于有机溶剂D．Al2Cl6中存在配位键

（5）氢键对物质性质具有一定的影响，下列现象与氢键无关的是________。

A．水在结冰时体积膨胀

B．NH3比PH3热稳定性好

C．在稀溶液中，盐酸比氢氟酸的酸性强

D．甘油、浓硫酸都呈黏稠状

答案　

（1）金刚石　

（2）4　正四面体形　原子

（3）分子晶体　BC　（4）BC　（5）BC

解析　

（1）C60是分子晶体、金刚石是原子晶体，所以金刚石的熔点远远高于C60的。

（2）由金刚石结构每个C原子均以sp3杂化与其他四个C原子相连形成四个共价键构成正四面体结构可推测。

（3）由挥发性液体可知Ni（CO）4是分子晶体，由正四面体构型可知Ni（CO）4是非极性分子。

（4）由氯化铝易升华可知氯化铝是分子晶体，Al—Cl键不属于离子键应该为共价键，Al原子最外层三个电子全部成键，形成三个Al—Clσ键，无孤电子对，是非极性分子，易溶于有机溶剂，Al有空轨道，与氯原子的孤对电子能形成配位键，A、D正确。

（5）NH3、PH3热分解断裂的是N—H键、P—H键，与氢键无关；HCl比HF容易电离是因为H—Cl键比H—F键容易断裂，与氢键无关。

4．元素周期表中第三周期包括Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、Ar8种元素。

请回答下列问题：

（1）基态磷原子核外有________种运动状态不同的电子。

（2）第三周期8种元素按单质熔点（℃）大小顺序绘制的柱形图（已知柱形“1”代表Ar）如下所示，则其中“2”原子的价电子排布式________，“8”原子的电子排布式为_________。

（3）氢化镁储氢材料的晶胞结构如图所示，已知该晶体的密度为ρg·cm－3，则该晶体的化学式为________，晶胞的体积为________cm3（用ρ、NA表示，其中NA表示阿伏加德罗常数的值）。

（4）实验证明：

KCl、MgO、CaO三种晶体的结构与NaCl晶体的结构相似，已知NaCl、KCl、CaO晶体的晶格能数据如下表：

晶体

NaCl

KCl

CaO

晶格能/kJ·mol－1

786

715

3401

则KCl、MgO、CaO三种晶体的熔点从高到低的顺序是________________。

其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最近且等距离的Mg2＋有________个。

（5）Si、C和O的成键情况如下：

化学键

C—O

C==O

Si—O

Si==O

键能/kJ·mol－1

360

803

464

640

C和O之间易形成含有双键的CO2分子晶体，而Si和O之间则易形成含有单键的SiO2原子晶体，请结合数据分析其原因：

_______________________________________________。

答案　

（1）15

（2）3s23p5　1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2（3）MgH2　

（4）MgO>CaO>KCl　12

（5）碳与氧之间形成含有双键的分子放出的能量（803kJ·mol－1×2＝1606kJ·mol－1）大于形成含单键的原子晶体放出的能量（360kJ·mol－1×4＝1440kJ·mol－1），故碳与氧之间易形成含双键的CO2分子晶体；硅与氧之间形成含有双键的分子放出的能量（640kJ·mol－1×2＝1280kJ·mol－1）小于形成含单键的原子晶体放出的能量（464kJ·mol－1×4＝1856kJ·mol－1），故硅与氧之间易形成含单键的SiO2原子晶体

解析　

（1）P的核外有15个电子，每个电子的运动状态均不同。

（2）第三周期元素的单质，除Ar外，只有Cl2为气体，熔点较低，单质硅为原子晶体，熔点最高。

（3）该晶体的晶胞中含有2个“MgH2”，则晶胞的体积为

÷ρ＝

cm3。

（4）晶格能越大，离子晶体的熔点越高，而晶格能与离子的电荷数和半径有关，可以判断晶格能：

MgO>CaO>KCl，则熔点：

MgO>CaO>KCl。

5．（2016·海南，19－Ⅱ）M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。

元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。

回答下列问题：

（1）单质M的晶体类型为________，晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为________。

（2）元素Y基态原子的核外电子排布式为______________，其同周期元素中，第一电离能最大的是_____________（写元素符号）。

元素Y的含氧酸中，酸性最强的是_____________（写化学式），该酸根离子的立体构型为________。

（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为_____，已知晶胞参数a＝0.542nm，此晶体的密度为_____g·cm－3。

（写出计算式，不要求计算结果。

阿伏加德罗常数为NA）

②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是_________________________________

________________________________________________________________________。

此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_________________________________________________________________________。

答案　

（1）金属晶体　金属键　12

（2）1s22s22p63s23p5　Ar　HClO4　正四面体

（3）①CuCl　

或

②Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子）　[Cu（NH3）4]2＋

B组

1．金属互化物是指固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。

回答下列问题：

（1）铜的第一电离能（I1）小于锌的第一电离能，而铜的第二电离能（I2）大于锌的第二电离能，其主要原因是______________________________________________________________。

电离能/kJ·mol－1

I1

I2

铜

746

1958

锌

906

1733

（2）金属Na、Mg、Al的熔点由高到低的顺序是________，原因是__________________。

（3）铜能与类卤素（SCN）2反应生成Cu（SCN）2，1mol（SCN）2分子中含有σ键的数目为____________；SCN－中C原子采取的杂化方式为________，SCN－的空间构型为________。

类卤素（SCN）2对应的酸有两种，理论推测硫氰酸（H—S—C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H—N==C==S）的沸点，其原因是_____________________________________________。

（4）铜与金形成的金属互化物结构如图所示，其晶胞棱长为apm，晶胞中Cu与Au原子个数比为____________，其中原子坐标参数A为（0,0,0），B为（

，

，0），则C原子的坐标参数为______________，该金属互化物的密度为______g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。

答案　

（1）Cu失去第一个电子变为Cu＋后，核外电子排布为[Ar]3d10，是能量较低的稳定结构，所以铜的第二电离能较大

（2）Al＞Mg＞Na　离子半径：

Na＋＞Mg2＋＞Al3＋，而电荷数：

Na＋＜Mg2＋＜Al3＋，金属晶体中离子半径越小，电荷数越大，金属键越强，金属晶体熔点越高

（3）5NA　sp　直线形　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键

（4）3∶1　

解析　

（1）Cu是29号元素，原子核外电子数为29，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Zn的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，Cu比Zn更容易失去一个电子，所以Cu第一电离能比Zn的小。

Cu失去第一个电子变为Cu＋后，核外电子排布式为[Ar]3d10，第二个电子在3d全满轨道上，Zn失去1个电子后，核外电子排布式为[Ar]3d104s1,3d全满比4s半满能量低，结构也更稳定，所以铜的第二电离能较大。

（2）金属晶体中金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强。

离子半径：

Na＋＞Mg2＋＞Al3＋，而电荷数：

Na＋＜Mg2＋＜Al3＋，故熔点：

Al＞Mg＞Na。

（3）（SCN）2的结构式为N≡C—S—S—C≡N，根据（SCN）2的结构可知分子中有3个单键和2个碳氮三键，单键为σ键，每个三键含有1个σ键、2个π键，1个（SCN）2分子含有5个σ键，故1mol（SCN）2分子中含有σ键的数目为5NA。

SCN－可能的结构为—S—C≡N或—N===C===S，这两种结构都是直线形的构型，C都采取sp杂化。

异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键。

（4）晶胞中Cu原子数目为6×

＝3，Au原子数目为8×

＝1，晶胞质量为

g，晶胞棱长为apm＝a×10－10cm，则晶胞体积为（a×10－10cm）3，该金属互化物的密度ρ＝

＝

g÷（a×10－10cm）3＝

g·cm－3。

2．（2016·永州模拟）钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：

回答下列问题：

（1）基态钛原子的价电子排布图为_______________________________________________，

其原子核外共有______种运动状态不相同的电子，金属钛晶胞如图1所示，为________堆积（填堆积方式）。

（2）已知TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为－37℃，沸点为136℃，可知TiCl4为________晶体。

（3）纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图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杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为_____________________。

（4）硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子，结构如图3所示。

该阳离子Ti与O的原子数之比为______，其化学式为________________。

（5）钙钛矿晶体的结构如图4所示。

钛离子位于立方晶胞的顶角，被________个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被________个氧离子包围，钙钛矿晶体的化学式为________________________________________________________________________。

答案　

（1）

　22　六方最密

（2）分子（3）化合物乙分子间形成氢键　N＞O＞C

（4）1∶1　TiO2＋（或[TiO]

）（5）6　12　CaTiO3

解析　

（1）Ti原子价电子为3d、4s上的电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态；该晶体为六方最密堆积。

（2）分子晶体熔、沸点较低。

（3）氢键的存在导致物质熔、沸点升高；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ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素。

（4）每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用，利用均摊法计算二者原子个数之比；Ti元素为＋4价、O元素为－2价，据此书写其化学式。

（5）钛离子位于立方晶胞的顶角，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则计算各原子个数，从而确定化学式。

3．元素周期表第四周期中共有18种元素，请回答下列有关问题。

（1）金属钒（V）在材料科学上有重要作用，被称为“合金的维生素”，基态钒原子的价电子排布式为________________________________________________________________________，

第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。

但Ga的第一电离能却明显低于Zn的，原因是______________________。

（2）已知四溴化锗是电子工业中的一种常用试剂，其熔点为26.1℃，沸点为186℃，则GeBr4晶体的类型为________，中心原子的杂化类型为________。

（3）第四周期ⅤA～ⅦA族的元素中，电负性由大到小的顺序为___________________（用元素符号表示）。

（4）如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是________（填“a”或“b”）。

图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为apm，金属铜的密度为ρg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________mol－1（用含a、ρ的代数式表示）。

答案　

（1）3d34s2　Zn的价电子层处于全充满状态，较稳定

（2）分子晶体　sp3　（3）Br>Se>As　（4）b　

×1030

解析　

（1）Ga的基态原子价电子排布式为4s24p1，锌的为3d104s2，前者的4p1为不稳定结构，而后者的4s2为稳定结构，故前者的第一电离能较小。

（2）由GeBr4的熔、沸点知其晶体类型为分子晶体，GeBr4中锗形成四个单键，故其为sp3杂化。

（3）同周期主族元素的电负性随原子序数的增大而增大。

（4）a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”，1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”，则“花球”与“白球”的个数比为1∶2；同理可分析b图，其中“花球”与“白球”的个数比为1∶3，则b图所表示的物质的化学式为AX3。

根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子，所以1mol该晶胞含4mol铜原子，1mol该晶胞的体积是NA（a×10－10）3cm3，则有10－30ρNAa3＝4mol×64g·mol－1。

4．氮、氧、磷、铁是与生命活动密切相关的元素。

回答下列问题：

（1）P的基态原子核外电子具有的原子轨道数为______，Fe3＋比Fe2＋稳定的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）N、O、P三种元素第一电离能最大的是________，电负性最大的是________。

（3）含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3＋的常用试剂，SCN－中C原子的杂化类型为______________________________________________________________________________，

1mol的SCN－中含π键的数目为________NA。

（4）某直链多磷酸钠的阴离子呈如图1所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶点的氧原子相连，则该多磷酸钠的化学式为______________________________________。

图1

（5）FeO、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同，其中Fe2＋与Ni2＋的离子半径分别为7.8×10－2nm、6.9×10－2nm，则熔点FeO________（填“＜”“＞”或“＝”）NiO，原因是__________________________________________________________________________。

（6）磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。

P原子与B原子的最近距离为acm，则磷化硼晶胞的边长为________cm（用含a的代数式表示）。

图2

答案　

（1）9　Fe3＋的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，结构稳定

（2）N　O

（3）sp　2

（4）NaPO3

（5）＜　FeO和NiO相比，阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以FeO晶格能小，熔点低

（6）

解析　

（1）P的基态原子核外电子具有的原子轨道为1个1s、1个2s、3个2p、1个3s、3个3p；轨道中电子处于半满、全满、全空时该微粒最稳定。

（2）同一周期元素，元素的电负性随着原子序数增大而增大，其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素，同一主族元素第一电离能、电负性随着原子序数增大而减小。

（3）含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3＋的常用试剂，SCN－中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子的杂化类型，1个SCN－中π键个数为2。

（4）由链状结构可知每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为＋5价，以此判断形成的化合物的化学式。

（5）离子晶体熔、沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比。

（6）P原子与B原子的最近距离为acm，为晶胞体对角线长的

，晶胞体对角线长等于棱长的

倍，则晶胞棱长a÷

÷

cm＝

cm。

5．太阳能电池板材料除单晶硅外，还有铜、铟、镓、硒、硅等化学物质。

（1）基态铜原子的电子排布式为________________________________________________；已知高温下CuO―→Cu2O＋O2，从铜原子价层