专题十三 物质结构与性质(选考)
时间:45分钟 分值:100分
非选择题(本题包括7小题,共100分)
1.(2017河南名校评估,35)(14分)有A、B、C、D、E五种常见元素,其中A、B、C为短周期主族元素,D、E为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。相关信息如下表:
A
元素原子的2p能级电子为半满状态
B
原子的内层电子数比最外层电子数大5
C
元素的最高正价与最低负价的代数和为6
D
在第四周期中与电负性最小的元素直接相邻
E
位于周期表的第十一列,其单质的使用历史悠久
请根据相关信息,回答下列问题。
(1)A元素单质的电子式为 ,B元素基态原子的核外电子排布式为 。
(2)E在周期表中的位置是 ,属于 区元素,基态原子有 种不同运动状态的电子。
(3)BC3中中心原子的杂化方式为 ,用价层电子对互斥理论推测其分子空间构型为 。
(4)E的单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞结构如图乙所示。则晶胞中E原子的配位数为 ,E的单质晶体中原子的堆积方式为四种基本堆积方式中的 。
(5)D元素氧化物的晶胞与NaCl的晶胞同为面心立方结构,已知该氧化物晶体密度为a g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则该氧化物晶胞的体积为 cm3。
2.(2017江苏单科,21A)(12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
(1)Fe3+基态核外电子排布式为 。
(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1
mol丙酮分子中含有σ键的数目为 。
(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。
(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为 。
(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
图1 FexNy晶胞结构示意图
图2 转化过程的能量变化
3.(2017贵州贵阳质量检测,35)(15分)Ⅰ.铁为过渡元素,已知Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物,请回答以下问题:
(1)与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是 。
(2)六氰合亚铁离子[Fe(CN]中的配体CN-中C原子的杂化轨道类型是 ,写出一种与CN-互为等电子体的单质分子的电子式 。
(3)三氯化铁常温下为固体,熔点282 ℃,沸点315 ℃,在300 ℃以上易升华;易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为 。
Ⅱ.A、B、C、D、E均为前20号元素,其中A元素和B元素的原子都有1个未成对电子,A+和B-具有相同的电子层结构,B原子得一个电子后2p轨道全满;C原子的p轨道中有3个未成对电子,其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大;D的最高化合价和最低化合价的代数和为4,其最高价氧化物中含D元素的质量分数为40%,且其核内质子数等于中子数;E元素原子中4s能级有2个电子。R是由A、D两元素形成的化合物。请回答:
(1)A单质、B单质、化合物R的熔点大小顺序为 (填序号)。
①A单质>B单质>化合物R
②化合物R>A单质>B单质
③A单质>化合物R>B单质
④B单质>化合物R>A单质
(2)B-的价电子排布式为 ;B单质固态时的晶体类型为 。
(3)C的氢化物的空间构型为 ,其氢化物在同族元素所形成的氢化物中沸点最高的原因是 。
(4)B、C、D三种元素的电负性大小顺序为 > > 。(填元素符号)
(5)E与B形成的晶体M的最小单元“晶胞”如图所示,则M的化学式为 ;如果M晶体的密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的E的距离为 cm。
4.(2017云南昆明适应性考试,35)(15分)X、Y、Z、Q、M、R是前四周期原子序数依次增大的六种元素,X的一种原子的质量数为11,核内有6个中子;Y元素基态原子的各能级上排布的电子数均相等;Q的一种单质可吸收紫外线;Z和M同主族;R原子外围电子排布式为3d24s2。
(1)R在周期表中的位置是 。
(2)Y、Z、Q元素的第一电离能由大到小的关系为 (用相应的元素符号表示),其最简单氢化物的沸点由高到低的顺序为 (用化学式表示)。
(3)1 mol RCl3·6H2O受热易失1 mol H2O,其水溶液中,阴、阳离子个数比为2∶1,则RCl3·6H2O的实际化学式为 。该化合物中存在的化学键类型有 ,中心原子的配位数为 。
(4)X的三溴化物和M的三溴化物于高温下在氢气的氛围中可合成XM。下图为其结构中的最小重复单元。
①X的三溴化物中X的杂化方式为 ;M的三溴化物分子的结构为 形,是 分子(填“极性”或“非极性”)。
②XM的晶体类型为 晶体,列举该化合物的一种用途 。
③已知晶体中X与M原子的最小核间距为a pm,则该晶体的密度的表达式为 g·cm-3(不需化简,用含NA的代数式表示)。
5.(14分)(1)普鲁士蓝的化学式为Fe4[Fe(CN)6]3,该物质中存在的化学键有离子键、 和 ;含有的Fe3+的核外电子排布式为 。
(2)KCN可被H2O2氧化为KOCN。
①KOCN可作为制药原料,其晶体类型是 ;碳原子采取sp杂化,1 mol该物质中含有的π键数目为 ;含有的三种非金属元素的电负性由大到小的顺序是 。
②H2O2常温下是液体,沸点较高(150 ℃),其主要原因是 。
(3)成语“信口雌黄”中的雌黄分子式为As2S3,分子结构如图Ⅰ,As原子的杂化方式为 ;雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4,SnCl4分子的空间构型为 。
图Ⅰ 图Ⅱ
(4)某晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示,该晶体的化学式为 。该晶胞参数为:a=250.4 pm,c=666.1 pm,γ=120°;1号原子坐标为(0,0,0),2号原子坐标为(1/3,2/3,0),则3号原子坐标为 。计算上述晶体中A和B两原子间的最小核间距为 。(保留四位有效数字。已知:=1.414,=1.732)
6.(2017湖北四校第二次联考,35)(15分)最近研究表明:2 mol Sb(CH3)3、2 mol Sb(CH3)2Br和2 mol Sb(CH3)Br2三种化合物进行重组反应可生成空间位阻最小的离子化合物——[Sb2(CH3)5]2[Sb2(CH3)2Br6]。
(1)[Sb2(CH3)5]2[Sb2(CH3)2Br6]中H、C、Br的电负性由大到小的顺序为 。
(2)周期表中第ⅤA族包括7N、15P、33As、51Sb、83Bi 5种元素,则Sb的价电子排布式为 ,Sb和Bi两种金属单质熔点较高的是 ,N、P形成的简单氢化物中,前者的沸点更高,原因是 ,As的空间构型是 。
(3)[Sb2(CH3)5]+的结构式为,C、Sb原子的杂化轨道类型分别为 、 。写出一种与配体互为等电子体的阳离子 。
(4)[Sb2(CH3)2Br6]2-的结构式为,将结构中的配位键用“→”标出。
(5)许多过渡金属的砷化物都属于六方晶系,如图是某砷化镍的晶胞结构,晶胞参数如图所示,其密度为 g·cm-3。(NA表示阿伏加德罗常数的值)
7.(2017江西五校一模,35)(15分)碳及其化合物与生产、生活密切相关,回答下列问题:
(1)碳元素有12C、13C和14C等核素,同位素示踪法用到的14C原子核外有 对自旋方向相反的电子。写出13C的轨道表达式 。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3+与CN-之间的键为 ,该化学键能够形成的原因是
。
(3)有机物是 (填“极性”或“非极性”)分子;该有机物中采取sp3杂化的原子对应元素的电负性由大到小的顺序为 。
(4)乙二胺分子()中氮原子的杂化类型为 ;乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是
。
(5)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同,分解温度不同,如下表所示:
碳酸盐
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
热分解温度/℃
402
900
1 172
1 360
阳离子半径/pm
66
99
111
135
试分析随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高的原因:
。
(6)石墨的晶体结构和晶胞结构如图所示。已知石墨的密度为ρ g·cm-3,C—C键键长为r cm,阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距离为 cm。
答案精解精析
非选择题
1.答案 (1) 1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3
(2)第四周期第ⅠB族 ds 29
(3)sp3 三角锥形
(4)12 面心立方堆积
(5)
解析 由题给信息可推出,A为氮元素,B为磷元素,C为氯元素,D为钙元素,E为铜元素。(2)Cu是29号元素,其价电子排布式为3d104s1,位于第四周期第ⅠB族,属于ds区元素。因为原子中每个电子的运动状态都是不同的,所以基态铜原子有29种不同运动状态的电子。(3)PCl3是三角锥形分子,P原子采取sp3杂化。(4)铜单质晶体的晶胞是面心立方结构,其配位数为12。(5)1个氯化钠的晶胞中含有氯离子个数为8×+6×=4,钠离子个数为1+12×=4。由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,所以1个CaO晶胞中含有4个钙离子和4个氧离子。每个“CaO”的质量为 g,因此1个CaO晶胞的质量为 g,结合其密度求得其体积为 cm3= cm3。
2.答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 (2)sp2和sp3 9 mol (3)HS,故电负性:F>N>S。(5)晶胞中F原子个数为1,Ca原子个数为4×=,则M的化学式为CaF2。两个面对角线上的Ca距离最近,设晶胞边长为a cm,则d=,a=,两个距离最近的Ca的距离为· cm。
4.答案 (1)第四周期第ⅣB族
(2)N>O>C H2O>NH3>CH4
(3)[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O 共价键、离子键、配位键 6
(4)①sp2 三角锥 极性
②原子 做耐磨材料(合理即可)
③
解析 据题意可推知X是硼(B)元素,Y是碳(C)元素,Z是氮(N)元素,Q是氧(O)元素,M是磷(P)元素,R是钛(Ti)元素。
(4)③晶胞中B原子数是4,P原子数是8×+6×=4,已知晶体中X与M原子的最小核间距为a pm,则体对角线为4a pm,晶胞边长是pm,故该晶体的密度表达式为 g·cm-3。
5.答案 (1)共价键 配位键 [Ar]3d5
(2)①离子晶体 2NA O>N>C
②H2O2分子之间存在氢键
(3)sp3杂化 正四面体形
(4)AB (1/3,2/3,1/2) 144.6 pm
解析 (4)据晶胞结构可知A原子数为4×+2×=2,B原子数为8×+1=2,故该晶体的化学式为AB;据晶胞结构结合1号和2号原子坐标可判断3号原子坐标为(1/3,2/3,1/2);A、B两原子间的最小核间距为底面上A所在长对角线的,即×(2×a)=a=×250.4 pm≈144.6 pm。
6.答案 (1)Br>C>H
(2)5s25p3 Sb NH3分子间存在氢键 正四面体形
(3)sp3杂化 sp3杂化 H3O+
(4)
(5)
解析 (1)可根据化合物CBr4、CH4中元素化合价判断三种元素的电负性。(2)Sb是第五周期第ⅤA族元素,价电子排布式为5s25p3;Sb中金属键强于Bi中金属键,则Sb的熔点更高;通过计算知As的价层电子对数为4且中心原子上无孤电子对,则空间构型为正四面体形。(3)从[Sb2(CH3)5]+的结构式可知Sb、C的价层电子对数均为4,均采用sp3杂化;配体为C,与之互为等电子体的阳离子是H3O+。(4)Br原子最外层有7个电子,只能形成1个共价键,因此中间两个Br形成的化学键中必然有1个是配位键。(5)根据均摊法可知每个晶胞中As原子数为2、Ni原子数为4×+4×+2×+2×=2,则密度为g·cm-3= g·cm-3。
7.答案 (1)2
(2)配位键 Fe3+存在空轨道,CN-存在孤电子对
(3)极性 O>N>C
(4)sp3杂化 乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键
(5)碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合C中的氧离子,使C分解为CO2的过程,所以当阳离子所带电荷数相同时,阳离子半径越小,其结合氧离子的能力就越强,对应的碳酸盐就越容易分解
(6)
解析 (1)C原子核外电子排布式为1s22s22p2,12C、13C和14C的轨道表达式均为;在基态14C原子中,核外有2对自旋方向相反的电子。(2)Fe3+提供空轨道,CN-提供孤电子对形成配位键。(3)该化合物中采取sp3杂化的原子有C、N、O,同一周期主族元素中,元素电负性随着原子序数增加逐渐增大,所以电负性大小顺序为:O>N>C。(4)乙二胺中每个N原子形成3个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数为4,采取sp3杂化;乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺的沸点较高。(5)从表中数据可以看出阳离子所带电荷数相同时,阳离子半径越大,碳酸盐分解温度越高;碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合C中氧离子,从而释放CO2
,所以当阳离子所带电荷数相同时,阳离子半径越小,其结合氧离子的能力就越强,对应的碳酸盐就越容易分解。(6)设晶胞的底边长为a cm。底面示意图为,则a/2=r×sin 60°,a=r,则底面面积为(r)2×sin 60° cm2,根据均摊法可得晶胞中C原子数目为4,晶胞质量为g,则ρ g·cm-3=g÷[(r)2×sin 60° cm2×2d],整理可得d=cm。
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