1、高考二轮化学总复习 专题限时训练15专题限时训练(十五)物质结构与性质(时间:90分钟分数:100分)1(14分)(2014新课标全国卷)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成,回答下列问题:(1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有_个未成对电子。Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3,形成的配合物的颜色为_。(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_,1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_,乙酸的沸点明
2、显高于乙醛,其主要原因是_ _。Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有_个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a0.405 nm,晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。答案:(1)X射线衍射(2)41s22s22p63s23p63d5血红色(3)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间氢键16(4)12解析:(1)区分晶体、准晶体和非晶体可运用X射线衍射的方法。(2)基态铁原子的3d能级上有4个未成对电子,Fe3的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,Fe(SCN)3呈血红色
3、。(3)由乙醛的结构式()知,CH3、CHO上的碳原子分别为sp3、sp2杂化。由于1个乙醛分子中含有4个CH键、1个CC键、1个CO键,共有6个键,故1 mol乙醛分子中含有6NA个键。乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键,故乙酸的沸点明显高于乙醛。根据均摊原理,一个晶胞中含有的氧原子为4688(个),再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。(4)面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为864(个),一个晶胞的质量为27 g,再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度,计算中要注意1 nm107 cm。2(12分)(2015江苏卷)下列反应曾用
4、于检测司机是否酒后驾驶:2Cr2O3CH3CH2OH16H13H2O 4Cr(H2O)633CH3COOH(1)Cr3基态核外电子排布式为_;配合物Cr(H2O)63中,与Cr3形成配位键的原子是_(填元素符号)。(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为_;1 mol CH3COOH分子含有键的数目为_。(3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式);H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶,除因为它们都是极性分子外,还因为_。答案:(1)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3O(2)sp3和sp27 mol(或76.021023)(3)H2FH2O与CH3CH2OH 之间
5、可以形成氢键解析:(1)Cr是24号元素,Cr原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,Cr原子由外向里失去3个电子后变为Cr3,故Cr3基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。在配合物Cr(H2O)63中,中心原子提供空轨道,而配位原子需提供孤对电子,H2O分子中含有孤对电子的是O原子。(2)CH3COOH中,甲基中C原子与其他原子形成4个键,故C原子采取sp3杂化;而羧基中C原子形成3个键和1个键,故C原子采取的是sp2杂化。CH3COOH的结构式为,单键均为键,双键中有1个键和1个键,故1个CH3COOH分子中含有7个键,因此1 mol CH3
6、COOH中含有76.021023个键。(3)将O原子的质子数增加1价电子数不变,即可写出与H2O互为等电子体的阳离子H2F。H2O与CH3CH2OH可形成分子间氢键,是导致H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶的主要原因。3(16分)(2015福建卷)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。(2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是_(填序号)。a固态CO2属于分子晶体bCH4分子中含有极性共价键,是极性分子c因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2dCH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp(3)在
7、Ni基催化剂作用下,CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。基态Ni原子的电子排布式为_,该元素位于元素周期表中的第_族。Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4,1 mol Ni(CO)4中含有_mol 键。(4)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。 参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/kJmol1CH40.43616.40CO20.51229.91“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼
8、状结构的空腔直径为0.586 nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据是_ _。答案:(1)H、C、O(2)a、d(3)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s28(4)氢键、范德华力CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4解析:(1)非金属性越强,则电负性越大,故H、C、O的电负性依次增大。(2)CO2是由非金属元素形成的分子晶体,a选项正确;CH4分子是正四面体结构,其为非极性分子,b选项错误;CH4和CO2都是分子晶体,分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高,故c选项错误;CH4为正四面体结构,故碳原子的杂化类型是sp3,
9、CO2为直线形分子,故碳原子的杂化类型是sp,d选项正确。(3)Ni的原子序数为28,故基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2;在元素周期表中,Ni位于第四周期、第族。1个CO分子中存在1个键,而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个键,故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol 键。(4)可燃冰中存在分子间作用力即范德华力,另外水分子间还存在氢键。CO2分子与H2O的结合能更大,且CO2分子直径小于空腔直径。4(14分)(2015山东卷)氟在自然界中常以CaF2的形式存在。(1)下列有关CaF2的表述正确的是_。aCa2与F间仅存在静电吸引作用bF的离子半径
10、小于Cl,则CaF2的熔点高于CaCl2c阴阳离子比为21的物质,均与CaF2晶体构型相同dCaF2中的化学键为离子键,因此CaF2在熔融状态下能导电(2)CaF2难溶于水,但可溶于含Al3的溶液中,原因是_(用离子方程式表示)。已知AlF36在溶液中可稳定存在。(3)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2,OF2分子构型为_,其中氧原子的杂化方式为_。(4)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物,例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)H313 kJmol1,FF键的键能为159 kJmol1,ClCl键的键能为242 kJmol1,则ClF3中ClF键的
11、平均键能为_kJmol1。ClF3的熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。答案:(1)b、d(2)3CaF2Al3=3Ca2AlF36(3)V形sp3(4)172低解析:(1)a项,Ca2与F间不仅存在静电吸引作用,同时原子核与原子核之间、电子与电子之间也存在静电排斥作用,错误。b项,因CaF2、CaCl2均为离子晶体,F的离子半径小于Cl,离子晶体的晶格能与离子所带电荷数成正比,与离子核间距成反比,故CaF2晶体的晶格能大于CaCl2。晶格能越大,离子晶体的熔点越高,故CaF2的熔点高于CaCl2,正确。c项,阴、阳离子个数比相同,晶体构型不一定相同。d项,CaF2是离子化合物,在熔融
12、状态下能电离产生自由移动的离子,故CaF2在熔融状态下能导电,正确。(2)由信息可知,CaF2(s) Ca2(aq)2F(aq),Al3与F可形成配离子AlF,从而促进了CaF2溶解平衡的正向移动,故反应的离子方程式为3CaF2Al3=3Ca2AlF。(3)OF2分子中,中心原子的价层电子对数为(612)4,成键电子对数为2,因此分子构型为V形,O原子的杂化方式为sp3杂化。(4)设ClF键的平均键能为x。根据反应的焓变反应物的键能总和生成物的键能总和可知,Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)的H242 kJmol1159 kJmol136x313 kJmol1,则x172 kJmol1
13、。ClF3和BrF3为结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,其熔、沸点越高,因ClF3的相对分子质量小于BrF3,故ClF3的熔、沸点低于BrF3。5.(14分)(2014海南卷).对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4),下列叙述正确的是()ASiX4难水解 BSiX4是共价化合物CNaX易水解 DNaX的熔点一般高于SiX4.碳元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:回答下列问题:(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体,石墨属于_晶体。(4
14、)石墨晶体中,层内CC键的键长为142 pm,而金刚石中CC键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在CC间的_共价键,而石墨层内的CC间不仅存在_共价键,还有_键。(5)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则r_a,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。答案:.BD.(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大或pp)(5)8解析:.A项,硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈,如SiCl43H2O=H2SiO34HCl,SiF43H2O=H2SiO34HF,A错误;B项,硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元
15、素组成,属于共价化合物,B正确;C项,钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐,不发生水解,C错误;D项,钠的卤化物(NaX)是由离子键组成的,属于离子晶体,SiX4属于分子晶体,所以NaX的熔点一般高于SiX4,D正确。.(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们的组成相同,结构不同、性质不同,互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式),构成正四面体,石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以键结合,形成正六角形的平面层状结构。(3)C60中构成微粒是分子,所以属于分子晶体;石墨的层内原子间以共价键结合,层与层之
16、间以分子间作用力结合,所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在CC之间的键;石墨层内的CC之间不仅存在键,还存在键。(5)由金刚石的晶胞结构可知,晶胞内部有4个C原子,面心上有6个C原子,顶点有8个C原子,所以金刚石晶胞中C原子数目为4688;若C原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则正方体对角线长度的就是CC键的键长,即a2r,所以ra,碳原子在晶胞中的空间占有率。6(14分)(2014福建卷)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。(1)基
17、态硼原子的电子排布式为_。(2)关于这两种晶体的说法中,正确的是_(填序号)。a立方相氮化硼含有键和键,所以硬度大b六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软c两种晶体中的BN键均为共价键d两种晶体均为分子晶体(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_,其结构与石墨相似却不导电,原因是_。(4)立方相氮化硼晶体中,硼原子的杂化轨道类型为_。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实,推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是_ _。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_mo
18、l配位键。答案:(1)1s22s22p1(2)b、c(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3高温、高压(5)2解析:(2)立方相氮化硼只含有键,a错误;六方相氮化硼质地软,是由于其层间作用力为范德华力,作用力小,b正确;B、N均为非金属元素,两者形成的化学键为共价键,c正确;六方相氮化硼属于混合晶体,立方相氮化硼属于原子晶体,d错误。(3)观察六方相氮化硼的晶体结构可知,每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形。其结构虽与石墨相似,但由于B原子最外层电子均已成键,层中没有了能自由移动的电子,所以不导电。(4)立方相氮化硼晶体中,每个硼原子形成4个共价单键,所以为sp3杂化;地下
19、约300 km的环境应为高温、高压。(5)NH中,存在一个由氮原子提供的孤电子对、H提供空轨道而形成的配位键;在BF中,存在一个由F提供的孤电子对、B3提供空轨道而形成的配位键,所以1 mol氟硼酸铵中含有2 mol配位键。7(16分)(2015湖南长沙模拟).下表是元素周期表的一部分,表中所列的字母分别代表一种化学元素。试回答下列问题:(1)请写出元素D的基态原子电子排布式:_ _。(2)元素A、B形成的单质中,A对应的单质熔点更高。原因是_。(3)在苯、CH3OH、HCHO、CS2、CCl4五种有机溶剂中,碳原子采取sp2杂化的分子有_(填序号);光谱证实单质C与强碱性溶液反应有C(OH)
20、4生成,则C(OH)4中存在_(填序号)。a共价键 b非极性键c配位键 d键e键(4)元素D可以形成分子式为D(NH3)5BrSO4,配位数均为6的两种配合物。通常微粒间形成配位键的条件:一方是能够提供孤电子对的原子或离子,另一方是具有_的原子或离子。若往其中一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时,无明显现象,若加入AgNO3溶液时,产生淡黄色沉淀,则该配合物的化学式为_ _。.钇钡铜氧的晶胞结构如图。研究发现,此高温超导体中的铜元素有两种价态:2价和3价。(5)根据图示晶胞结构,推算晶体中Y、Cu、Ba和O原子个数比,确定其化学式为_ _。(6)根据(5)所推出的化合物的组成,(该化合物中各
21、元素的化合价为Y3、Ba2),计算该物质中2价和3价的Cu离子个数比为_。答案:.(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d74s2)(2)Li和Na的价电子数相同,但Li原子半径小于Na原子半径,所以Li金属键更强,熔点更高(3)acd(4)能够接受孤电子对的空轨道Co(NH3)5SO4Br.(5)YCu3Ba2O7(6)21解析:本题考查物质结构与性质,考查考生的思维能力与理解能力等。难度中等。(1)由D在周期表的位置可知其基态原子的核外电子数为27,结合能量最低原理等规律可知其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2。(3)苯、HCHO分子中碳原子的价
22、层电子对数为3,因此碳原子的杂化形式为sp2,CH3OH、CCl4中碳原子采取sp3杂化,CS2中碳原子采取sp杂化。在Al(OH)中Al与O间形成极性共价键,其中包含一个配位键,O、H间存在极性共价键,同时该极性共价键属于键。(4)说明该配合物外界为Br,而SO为配体,因此该配合物的化学式为Co(NH3)5SO4Br。(5)利用“均摊法”可知Y、Ba位于体心,个数分别为1、2,晶胞顶点的8个Cu属于该晶胞的数目为1、晶胞棱上的8个Cu属于该晶胞的数目为2,故含有Cu数目共有3个,同理可知含有氧原子7个,故该晶胞化学式为YCu3Ba2O7。(6)利用正负化合价代数和为0可得出3个Cu的价态和为273227,故可推知晶胞中2价Cu与3价Cu的数目比为21。
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