2021届（广州）高考化学：物质的结构与性质一轮练习含答案

2021 届（广州）高考化学：物质的结构与性质一轮练习含答案 专题：物质的结构与性质 1、下列说法或有关化学用语的表达正确的是（　　） A． 在基态多电子原子中，p 轨道电子能量一定高于 s 轨道电子能量 B． 核外电子排布由 1s22s22p63s1-→1s22s22p6 的变化需要吸收能量 C． 因氧元素电负性比氮元素大，故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大 D． 根据原子核外电子排布的特点，Cu 在周期表中属于 s 区元素 【答案】B 【解析】A.同一层即同一能级中的 p 轨道电子的能量一定比 s 轨道电子能量高， 但外层 s 轨道电子能量则比内层 p 轨道电子能量高 B.原子由 1s22s22p63s1 失去一个电子转变为 1s22s22p6 的变化需要吸收能量 C.N 原子的 2p 轨道处于半满，第一电离能大于氧原子 D.Cu 的外围电子排布式为 3d104s1，位于元素周期表的 ds 区 2、NF3 气体可由氨气和氟气反应得到：4NH3+3F2═NF3+3NH4F．下列有关说法中 正确的是（　　）A． 该反应前后氮元素的化合价不变 B． 该反应中的四种物质晶体中都存在氢键 C． 该反应中 NH3、F2、NF3 的分子中所有原子均共平面 D． 该反应中 NH3、F2、NF3 三种物质的晶体均属于分子晶体 【答案】D 【解析】A．反应中 NH3→NF3 氮元素的化合价由-3 价→+3 价，则 N 元素的化合 价发生变化； B．F2、NF3、NH4F 的晶体中不含氢键，NH3 的晶体中含有氢键； C．NH3 属于 三角锥形，分子中原子不共面，F2 属于直线形分子，原子共面，NF3 的空间与氨 气相似，属于三角锥形，分子中所有原子不共面； D．由分子构成的晶体属于分 子晶体，NH3、F2、NF3 三种物质的晶体均属于分子晶体． 3、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（凡涉及的物质均用化学式表示）： （1）a 的氢化物的分子构型为，中心原子的杂化形式为；d 的最高价氧化物的分 子构型为，中心原子的杂化形式为，该分子是（填“极性”或“非极性”）分子。 （2）b、d、e 三种元素的氢化物中的沸点最高的是，原因是。 （3）将 g 的无水硫酸盐溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配 合离子，写出该配合离子的结构简式(必须将配位键表示出来)。 （4）f(NH3)5BrSO4 可形成两种配合物 ，已知 f3＋的配位数是 6，为确定 f 的配合 物的结构，现对两种配合物进行如下实验：在第一种配合物的溶液中加 BaCl2 溶 液时，产生白色沉淀，在第二种配合物溶液中加入 BaCl2 溶液时，则无明显现象， 第二种配合物的化学式为，该配合物的配体是、； （5）c 单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示，其晶胞特征如下图乙所示，原 子之间相互位置关系的平面图如下图丙所示。 c 单质晶体中原子的配位数为。若已知 c 的原子半径为 r，NA 代表阿伏加德罗常 数，c 的相对原子质量为 M。该晶体的密度为（用字母表示）。 【答案】(1）三角锥 sp3 平面三角形 sp2 非极性分子（2）HF HF 中有氢键 （3） （4）[Co（NH3）5SO4]Br NH3、SO42- （5） 12 【解析】4、氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请 根据提示回答下列问题： (1)科学家合成了一种阳离子为“Nn＋5 ”，其结构是对称的，5 个 N 排成“V”形，每 个 N 原子都达到 8 电子稳定结构，且含有 2 个氮氮三键；此后又合成了一种含有 “Nn＋5 ”化学式为“N8”的离子晶体，其电子式为 _____________________________， 其中的阴离子的空间构型为________。 (2)2001 年德国专家从硫酸铵中检出一种组成为 N4H4(SO4)2 的物质，经测定，该 物质易溶于水，在水中以 SO 2－4 和 N4H 4＋4 两种离子的形式存在。N4H 4＋4 根系易吸 收，但它遇到碱时会生成类似白磷的 N4 分子，不能被植物吸收。1 个 N4H 4＋4 中含 有________个 σ 键。 (3)氨(NH3)和膦(PH3)是两种三角锥形气态氢化物，其键角分别为 107°和 93.6°，试 分析 PH3 的键角小于 NH3 的原因________________________________。(4)P4S3 可用于制造火柴，其分子结构如图 1 所示。 ①P4S3 分子中硫原子的杂化轨道类型为________。 ②每个 P4S3 分子中含孤电子对的数目为________。 (5)某种磁性氮化铁的晶胞结构如图 2 所示，该化合物的化学式为 ________________。若晶胞底边长为 a nm，高为 c nm，则这种磁性氮化铁的晶体 密度为________ g·cm－3(用含 a、c 和 NA 的式子表示) (6)高温超导材料，是具有高临界转变温度(Te)能在液氮温度条件下工作的超导材 料。高温超导材料镧钡铜氧化物中含有 Cu3＋。基态时 Cu3＋的电子排布式为 [Ar]________；化合物中，稀土元素最常见的化合价是＋3，但也有少数的稀土元 素可以显示＋4 价，观察下面四种稀土元素的电离能数据，判断最有可能显示＋4 价的稀土元素是________(填元素符号)。 几种稀土元素的电离能(单位：kJ·mol－1) 元素 I1 I2 I3 I4 Sc(钪) 633 1 235 2 389 7 019 Y(铱) 616 1 181 1 980 5 963 La(镧) 538 1 067 1 850 4 819 Ce(铈) 527 1 047 1 949 3 547 答案　(1) 　 直线形　(2)10 (3)N 的电负性强于 P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近， 成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而 PH3 的键角小于 NH3(或氮原子电负性强于磷原子，PH3 中 P 周围的电子密度小于 NH3 中 N 周围的电子密度，故 PH3 的键角小于 NH3) (4)①sp3　②10　(5)Fe3N　 728 3 9a2cNA ×1021　(6)3d8　Ce 5、硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题： (1)基态 Si 原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道 数为________，电子数为________。 (2)硅主要以硅酸盐，________等化合物的形式存在于地壳中。 (3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________相 结合，其晶胞中共有 8 个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。 (4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用 Mg2Si 和 NH4Cl 在液 氨介质中反应制得 SiH4，该反应的化学方程式为__________________。 (5)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实： ①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因 是_______________。 ②SiH4 的稳定性小于 CH4，更易生成氧化物，原因是______________________。 (6)在硅酸盐中，SiO44-四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状，链状， 层状，骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中 Si 原子的杂化形式为______________，Si 与 O 的原子数之比为______________化 学式为________________。 【答案】(1)M 9 4 (2)二氧化硅 (3)共价键 3 (4)Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2 (5)①C—C 键和 C—H 键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中 Si—Si 键和 Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 ②C—H 键的键能大于 C—O 键，C—H 键比 C—O 键稳定。而 Si—H 键的键能却 远小于 Si—O 键，所以 Si—H 键不稳定而倾向于形成稳定性更强的 Si—O 键 (6)sp31∶3 [SiO3] (或 SiO ) 【解析】(1)Si 的最外层为 M 层，能量最高，最外层有 4 个电子，排布为 3s23p2， M 层有 1 个 s 轨道，3 个 p 轨道，5 个 d 轨道，共 9 个轨道； (2)Si 在自然界中以化合态存在，主要以硅酸盐和 SiO2 的形式存在； (3)金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是； (4)反应方程式为 Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2； (5)表给出了许多键能数据，解释物质的存在，稳定性都要从表格数据中挖掘有效 信息——同类型的化学键键能的大小。 ①C—C 键和 C—H 键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中 Si—Si 键和 Si—H 键 的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成； ②C—H 键的键能大于 C—O 键，C—H 键比 C—O 键稳定。而 Si—H 键的键能却 远小于 Si—O 键，所以 Si—H 键不稳定而倾向于形成稳定性更强的 Si—O 键； (6)在多硅酸根中每个硅原子都与 4 个 O 形成 4 个 Si—O 单键，因而 Si 原子都是 sp3 杂化；观察图(b)可知，每个四面体通过两个氧原子与其它四面体连接形成链 状结构，因而每个四面体中硅原子数是 1，氧原子数＝2＋2×＝3，即 Si 与 O 的原 子个数比为 1∶3，化学式为[SiO3] 。 6、锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题： (1)Zn 原子核外电子排布式为________________。 (2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由 Zn 和 Cu 组成。第一电离能 I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是 _____________________________________________________。 (3)ZnF2 具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是________；ZnF2 不溶于有机溶 剂而 ZnCl2、ZnBr2、ZnI2 能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是 ________________________________________。 (4)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎 症或表面创伤。ZnCO3 中，阴离子空间构型为________，C 原子的杂化形式为________。 (5)金属 Zn 晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为______________。 六棱柱底边边长为 a cm，高为 c cm，阿伏加德罗常数的值为 NA，Zn 的密度为 ________g·cm－3(列出计算式)。 答案：(1)[Ar]3d104s2 (2)大于　Zn 核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子 (3)离子键　ZnF2 为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2 的化学键以共价键为主、极 性较小 (4)平面三角形　sp2 (5)六方最密堆积(A3 型)　 65 × 6 NA × 6 × 3 4 × a2c 7、周期表前四周期的元素 a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a 的核外电子总 数与其周期数相同，b 的价电子层中的未成对电子有 3 个，c 的最外层电子数为其 内层电子数的 3 倍，d 与 c 同族；e 的最外层只有 1 个电子，但次外层有 18 个电 子。回答下列问题： (1)b、c、d 中第一电离能最大的是________(填元素符号)，e 的价层电子轨道示意 图为________。 (2)a 和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子 的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合 物是______________(填化学式，写出两种)。 (3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为 3 的酸是 ____________；酸根呈三角锥结构的酸是________________(填化学式)。 (4)e 和 c 形成的一种离子化合物的晶体结构如图 1，则 e 离子的电荷为________。 (5)这 5 种元素形成的一种 1∶1 型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子 呈轴向狭长的八面体结构(如图 2 所示)。该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________， 判断理由是_______________ __________________________________________________________。 答案　(1)N　 (2)sp3　H2O2、N2H4 (3)HNO2、HNO3　H2SO3 (4)＋1 (5)SO2－4 　共价键和配位键　H2O　H2O 与 Cu2＋的配位键比 NH3 与 Cu2＋的弱 解析　根据题意知，周期表前四周期的元素 a、b、c、d、e，原子序数依次增大。 a 的核外电子总数与其电子层数相同，则 a 为氢元素；b 的价电子层中的未成对电 子有 3 个，则 b 为氮元素；c 的最外层电子数为其内层电子数的 3 倍，则 c 为氧 元素；d 与 c 同主族，则 d 为硫元素；e 的最外层只有 1 个电子，但次外层有 18 个电子，则 e 为铜元素。 (1)根据上述分析，b、c、d 分别为 N、O、S，同周期由左向右第一电离能呈递增 趋势，但当元素的原子轨道呈全满、全空、半充满状态时，较稳定；同主族由上 到下第一电离能逐渐减小，氮原子 2p 轨道为半充满状态，较稳定，则 N、O、S 中第一电离能最大的是 N；e 为铜元素，价层电子轨道示意图为 。 (2)a 为氢元素，和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子 为氨分子，中心原子的杂化方式为 sp3；分子中既含有极性共价键，又含有非极性 共价键的化合物是 H2O2、N2H4、C2H6 等。(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为 3 的酸是 HNO2、 HNO3；酸根呈三角锥结构的酸是 H2SO3。 (4)根据 O 和 Cu 形成的离子化合物的晶胞结构判断，该化合物的化学式为 Cu2O， e 离子的电荷为＋1。 (5)根据题给信息知，这 5 种元素形成的一种 1∶1 型离子化合物中，阴离子呈四 面体结构，为硫酸根离子；阳离子呈轴向狭长的八面体结构，结合图 2 知，则该 化合物的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4。该化合物中阴离子为 SO2－4 ，阳离子中存 在的化学键类型有共价键和配位键；该化合物加热时首先失去的组分是 H2O，判 断理由是 H2O 与 Cu2＋的配位键比 NH3 与 Cu2＋的弱。 8、将过量的氨水加到硫酸铜溶液中，溶液最终变成深蓝色，继续加入乙醇，析出 深蓝色的晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2O。 (1)Cu2+价电子排布式为___________________；[Cu(NH3)4]SO4·H2O 中， 1mol[Cu(NH3)4]2+含有 σ 键的数目为___________。 (2)SO42－中 S 原子轨道杂化类型为___________，H3O+几何构型为 _______________。 (3)NH3 极易溶于 H2O 中，可能的原因为 ___________________________________________。 (4)N、O、S 第一电离能由大到小的顺序为___________________。 (5)Cu 与 F 形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为 ag·cm－3，则 Cu 与 F 最近距离为_______________pm(用 NA 表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达 式，不用化简)。 【答案】 (1). 3d9 (2). 16NA (3). sp3 (4). 三角锥形 (5). NH3 和 H2O 都是极性 分子，“相似相溶”，NH3 与 H2O 之间易形成氢键，NH3 和 H2O 可发生化学反应 (6). N>O>S (7). 分析】根据核外电子排布规律书写电子排布式；根据价层电子对互斥理论和等 电子体理论判断分子的空间构型；根据晶胞的结构和密度进行相关计算。 【详解】(1)根据核外电子排布规律知 Cu2+价电子排布式为 3d9；配体氨气分子中 有 3 个 σ 键，每个[Cu(NH3)4]2+含 4 个配位键，所以 1mol[Cu(NH3)4]2+含有 σ 键的 数目为 3×4+4=16mol，即 16NA， 故答案为： 16NA； (2)SO42－空间构型为四面体，所以 S 原子轨道杂化类型为 sp3；H3O+与氨气互为 等电子体，故几何构型为三角锥形， 故答案为： sp3；三角锥形； (3)从 NH3 与 H2O 中的化学键类型分析知，可能的原因为 NH3 和 H2O 都是极性分 子，“相似相溶”，NH3 与 H2O 之间易形成氢键，NH3 和 H2O 可发生化学反应， 故答案为：NH3 和 H2O 都是极性分子，“相似相溶”，NH3 与 H2O 之间易形成氢键， NH3 和 H2O 可发生化学反应； (4)非金属性越强第一电离能越大，又应 N 核外电子排布的半满结构，导致 N 第 一电离能大于 O，所以第一电离能由大到小的顺序为 N>O>S ， 故答案 ：N>O>S ； (5)晶胞中含有 Cu 原子数为：8×1/8+6×1/2=4，含有 F 原子数为 4，晶胞的质量为 g，晶胞体积为 cm3，则晶胞棱长 l= ×1010pm，F 原子与 周围的 4 个 Cu 原子形成正四面体结构，F 原子与正四面体顶点 Cu 的距离最近， F 原子与 Cu 原子连线处于晶胞体对角线上，且体对角线长度的 1/4 等于晶胞棱长 的 ，故 Cu 与 F 最近距离为 pm， 故答案为： 。 【 为