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专题突破练16物质结构与性质(选考)非选择题(本题包括6个小题,共100分)1.(2018山东烟台高三诊断性测试)(16分)钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用。回答下列问题:(1)写出As的基态原子的电子排布式。(2)N、P、As为同一主族元素,其电负性由大到小的顺序为,它们的氢化物沸点最高的是。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体,已知其中阴离子与SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式为。(3)Fe3+、Co3+与N3-、CN-等可形成络合离子。K3Fe(CN)6可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为。Co(N3)(NH3)5SO4中Co的配位数为,其配离子中含有的化学键类型为(填“离子键”“共价键”或“配位键”),C、N、O的第一电离能最大的为,其原因是。(4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为。已知砷化镓晶胞边长为a pm,其密度为 gcm-3,则阿伏加德罗常数的数值为(列出计算式即可)。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3(2)NPAsNH3NO43-(3)sp6共价键、配位键N氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子(4)正四面体4145a310-30解析(1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3;(2)As、P、N元素属于同一主族元素,其原子序数逐渐减小,则其电负性逐渐增大,即NPAs;它们的氢化物中NH3中存在氢键,沸点最高;原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体,且等电子体结构相似,阴离子与SO42-互为等电子体,且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构,则该离子是NO43-;(3)CN-中碳原子价层电子对数为1+12(4+1-13)=2,所以采取sp杂化;配位化合物Co(N3)(NH3)5SO4中心原子的配位数为6;其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键;C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大,同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大有增大趋势,但氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是NOC;(4)镓原子处于晶胞的顶点和面心,Ga与周围等距离且最近的As形成的空间构型为Ga在中心As在四个顶点形成的正四面体结构;一个晶胞占有4个镓原子和4个砷原子,若晶胞的边长为a pm,则晶胞体积为(a10-10)3 cm3,晶体的密度为 gcm-3,则晶胞质量为(a10-10)3 cm3 gcm-3=a310-30 g,则a310-30 gNA=4145 gmol-1,则NA=4145a310-30。2.(16分)“黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的申异经中荒经:“西北有宫,黄铜为墙,题曰地皇之宫。”“黄铜”一词专指铜锌合金,则始于明代,其记载见于明会典:“嘉靖中则例,通宝钱六百万文,合用二火黄铜四万七千二百七十二斤。”(1)某同学书写基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2,该排布式违背了。简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层含有未成对电子有关,Cu+呈无色,其主要原因可能是。(2)在10 mL 1 molL-1氯化锌溶液中滴加浓氨水至过量,先产生白色沉淀,后沉淀溶解,生成了Zn(NH3)42+,配体的空间构型是;画出该配离子的结构图:。(3)乙二胺(缩写en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合铜()的化学式为Cu(en)2SO4,在该配合物中,N原子的杂化类型是。C、N、O、Cu的第一电离能由大到小的顺序为。(4)铜晶体类型是;锌晶体中存在的化学键类型是。答案(1)洪特规则特例价层无未成对电子(2)三角锥形(3)sp3NOCCu(4)金属晶体金属键解析(1)根据洪特规则特例,基态铜原子价层电子排布式为3d104s1。Cu+的价层没有未成对电子,故Cu+在水溶液中呈无色。(2)四氨合锌()离子中配体为NH3,NH3的空间构型为三角锥形;四氨合锌()离子类似四氨合铜()离子,该配离子结构图为。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子价层上有3个成键电子对,1个孤电子对,故氮原子采取sp3杂化。N、O、C、Cu的第一电离能依次减小。(4)铜晶体是金属晶体,锌晶体也是金属晶体,金属晶体中的化学键是金属键。3.(2018广东六校高三联考)(16分)英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如下:(1)下列有关石墨烯说法正确的是。A.键长:石墨烯金刚石B.石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面C.12 g石墨烯含键数为NAD.从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一,催化剂为金、铜、钴等金属或合金,含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。铜原子在基态时,在有电子填充的能级中,能量最高的能级符号为;第四周期元素中,最外层电子数与铜相同的元素还有。乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还大的丁烷,请解释原因。下列分子属于非极性分子的是。a.甲烷b.二氯甲烷c.苯d.乙醇酞菁与酞菁铜染料分子结构如图,酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是;酞菁铜分子中心原子的配位数为。金与铜可形成的金属互化物合金(如图,该晶胞中,Au占据立方体的8个顶点):它的化学式可表示为;在Au周围最近并距离相等的Cu有个,若2个铜原子核的最小距离为d pm,该晶体的密度可以表示为 gcm-3。(阿伏加德罗常数用NA表示)答案(1)BD(2)3dK、Cr乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键a、csp22Cu3Au或AuCu3123892121030NAd34解析(1)金刚石中碳原子之间只存在键,石墨烯中碳原子之间存在键和键,因此键长:石墨烯”“”或“=”)Cl。O、N的第一电离能大小为ON,原因是。(3)TiCl4的熔点是-23 ,沸点是136 ,可溶于CCl4,该晶体是晶体。TiCl4中加入大量水,同时加热,可制得二氧化钛的水合物(TiO2xH2O),再经焙烧可得TiO2,写出生成二氧化钛水合物(TiO2xH2O)的化学方程式。(4)TiO2能溶于浓硫酸并析出一种离子晶体,已知其中阳离子是以链状聚合物形式存在的钛酰阳离子,其结构如下图所示,其化学式为。阴离子SO42-中硫原子的杂化方式为,写出一种与SO42-互为等电子体的分子。(5)下图是钛晶体在空间的一种堆积方式,此堆积方式叫,钛原子的配位数为。已知:a=0.295 nm,c=0.469 nm,则该钛晶体的密度为 gcm-3(NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。答案(1)(2)氮原子的2p轨道为半充满状态,具有较高的稳定性,故不易失去一个电子(3)分子TiCl4+(x+2)H2OTiO2xH2O+4HCl(4)(TiO)n2n+(或TiO2+)sp3CCl4(或SiCl4等)(5)六方最密堆积12486332(2.9510-8)24.6910-8NA解析(1)Ti是22号元素,价层电子排布式为3d24s2,所以价层电子排布图为:;(2)氯元素的非金属性比硫强,所以Cl的电负性大于S,氮元素原子的价层电子排布式为2s22p3,是一种半充满的稳定结构,具有较高的稳定性,不易失去一个电子,所以第一电离能OOC2-巯基烟酸的羧基可与水分子之间形成氢键,使其在水中溶解度增大(3)AD(4)VS=2(32+51)a2bNA3210-21解析(1)钒为23号元素,电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2或Ar3d34s2,所以外围电子排布图为。其最稳定的化合价应该是+5价,即失去所有的价电子,形成最外层8电子的稳定结构。根据价层电子对互斥原理,VO43-中的中心原子V的价电子为5,配位原子O不提供电子,带有三个单位负电,所以外层电子为8个,共4对,空间构型为正四面体。(2)硫原子的电子排布为Ne3s23p4,所以硫原子的3p能级上有4个电子,分配在三个轨道中,有两个单电子。从图中得到S的配位数为2,所以此时S的外层有6+2=8个电子,电子对为4,所以S应该的杂化方式是sp3杂化。其中含有的第二周期元素是C、N、O,同周期元素从左向右应该是第一电离能有增大趋势,因为N的2p能级上有3个电子,是p能级的半满稳定结构,所以N的第一电离能反常增大,所以第一电离能:NOC。2-巯基烟酸有羧基可以与水分子形成氢键,所以其水溶性会更好。(3)从题目表述来看,形成离域键的要求是:原子共平面;有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论,二氧化硫为平面三角形,硫酸根为正四面体,硫化氢为角形,二硫化碳为直线形。所以选项B一定错误。而硫化氢的氢原子不存在p轨道。所以选项C错误。由上正确的是选项A和选项D。(4)晶胞中有V:818+414=2个;有S:21=2个,所以化学式为VS。因为该晶胞中有2个VS,所以一个晶胞质量为2(32+51)NA g。根据图4得到晶胞底面的面积为a32a nm2,所以晶胞的体积为a32ab nm3。1 nm=10-7 cm,所以晶体密度为2(32+51)NAa32ab10-21 gcm-3=2(32+51)32a2bNA10-21 gcm-3。6.(2018湖北八校高三联考)(18分)根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJmol-1),回答下面各题。元素代号I1I2I3I4I5Q800.62 427.13 659.725 025.832 826.7R495.84 5626 910.39 54313 354S577.51 816.72 744.811 57714 842T1 402.32 8564 578.17 475.09 444.9U2 080.73 952.36 1229 37112 177(1)在这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是(填元素符号),S元素最可能是区元素。(2)基态Q元素原子的价电子排布式是。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为;第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有种。(3)化合物RT3中化学键类型为,RT3的阴离子的几何构型为。(4)下列元素中,化学性质和物理性质最像U元素的是。A.硼 B.铍 C.锂 D.氦 E.碳(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,X的化学式为;列式并计算晶体X的密度为 gcm-3。答案(1)B和Alp(2)2s22p1-33(3)离子键、共价键直线形(4)D(5)Na2O462 gmol-1(0.56610-7)3cm36.021023mol-12.27解析Q元素的I4I3,Q元素的原子最外层有3个电子,Q处于A族;R元素的I2I1,R元素的原子最外层有1个电子,R处于A;S元素的I4I3,S元素的原子最外层有3个电子,S处于A族;T、U元素的I1I5没有突变,T、U的最外层电子至少有5个。(1)根据上述分析,这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是Q和S,Q和S都处于A族,Q的I1大于S的I1,Q为硼元素,S为铝元素。最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为铝元素,基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,最后一个电子填入3p能级,Al是p区元素。(2)Q为硼元素,硼原子核外有5个电子,基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1,基态硼原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为+3价,根据化合物中元素的正负化合价代数和为0,QT中T元素的化合价为-3价。Q属于第二周期,Q和T同周期,T也属于第二周期,T为氮元素,第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O,共3种元素。(3)R为A族元素,R原子核外电子数大于5,R为钠元素;T为氮元素,RT3为NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为N3-,N3-与CO2互为等电子体,CO2为直线形,则N3-也为直线形。(4)U的最外层电子数至少5个,U不可能是A族A族元素,U的第一电离能较大,U可能是0族元素,化学性质和物理性质最像U元素的是氦。(5)用“均摊法”,小黑球(Na+):8个,大白球(O2-):818+612=4,X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3=(0.56610-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为(0.56610-7)3 cm3NA,1 mol晶胞的质量为462 g,则晶体X的密度为462 gmol-1(0.56610-7)3cm36.021023mol-12.27 gcm-3。
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