專題突破練16物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(選考)非選擇題(本題包括6個小題,共100分)1.(2018山東煙臺高三診斷性測試)(16分)鈷、鐵、鎵、砷的單質(zhì)及其化合物在生產(chǎn)生活中有重要的應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}:(1)寫出As的基態(tài)原子的電子排布式。(2)N、P、As為同一主族元素,其電負(fù)性由大到小的順序為,它們的氫化物沸點最高的是。將NaNO3和Na2O在一定條件下反應(yīng)得到一種白色晶體,已知其中陰離子與SO42-互為等電子體,則該陰離子的化學(xué)式為。(3)Fe3+、Co3+與N3-、CN-等可形成絡(luò)合離子。K3Fe(CN)6可用于檢驗Fe2+,配體CN-中碳原子雜化軌道類型為。Co(N3)(NH3)5SO4中Co的配位數(shù)為,其配離子中含有的化學(xué)鍵類型為(填“離子鍵”“共價鍵”或“配位鍵”),C、N、O的第一電離能最大的為,其原因是。(4)砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)如下圖。晶胞中Ga與周圍等距且最近的As形成的空間構(gòu)型為。已知砷化鎵晶胞邊長為a pm,其密度為 gcm-3,則阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值為(列出計算式即可)。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3(2)N>P>AsNH3NO43-(3)sp6共價鍵、配位鍵N氮原子2p軌道上的電子為半充滿,相對穩(wěn)定,更不易失去電子(4)正四面體4145a310-30解析(1)As的原子序數(shù)為33,由構(gòu)造原理可知電子排布為1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d104s24p3;(2)As、P、N元素屬于同一主族元素,其原子序數(shù)逐漸減小,則其電負(fù)性逐漸增大,即N>P>As;它們的氫化物中NH3中存在氫鍵,沸點最高;原子個數(shù)相等價電子數(shù)相等的微粒屬于等電子體,且等電子體結(jié)構(gòu)相似,陰離子與SO42-互為等電子體,且該陰離子中的各原子的最外層電子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則該離子是NO43-;(3)CN-中碳原子價層電子對數(shù)為1+12(4+1-13)=2,所以采取sp雜化;配位化合物Co(N3)(NH3)5SO4中心原子的配位數(shù)為6;其配離子中含有的化學(xué)鍵類型為共價鍵、配位鍵;C、N、O屬于同一周期元素且原子序數(shù)依次增大,同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大有增大趨勢,但氮原子2p軌道上的電子為半充滿,相對穩(wěn)定,更不易失去電子,所以其第一電離能大小順序是N>O>C;(4)鎵原子處于晶胞的頂點和面心,Ga與周圍等距離且最近的As形成的空間構(gòu)型為Ga在中心As在四個頂點形成的正四面體結(jié)構(gòu);一個晶胞占有4個鎵原子和4個砷原子,若晶胞的邊長為a pm,則晶胞體積為(a10-10)3 cm3,晶體的密度為 gcm-3,則晶胞質(zhì)量為(a10-10)3 cm3 gcm-3=a310-30 g,則a310-30 gNA=4145 gmol-1,則NA=4145a310-30。2.(16分)“黃銅”一詞最早見于西漢東方朔所撰的申異經(jīng)中荒經(jīng):“西北有宮,黃銅為墻,題曰地皇之宮。”“黃銅”一詞專指銅鋅合金,則始于明代,其記載見于明會典:“嘉靖中則例,通寶錢六百萬文,合用二火黃銅四萬七千二百七十二斤。”(1)某同學(xué)書寫基態(tài)銅原子的價層電子排布式為3d94s2,該排布式違背了。簡單金屬離子在水溶液中的顏色大多與價層含有未成對電子有關(guān),Cu+呈無色,其主要原因可能是。(2)在10 mL 1 molL-1氯化鋅溶液中滴加濃氨水至過量,先產(chǎn)生白色沉淀,后沉淀溶解,生成了Zn(NH3)42+,配體的空間構(gòu)型是;畫出該配離子的結(jié)構(gòu)圖:。(3)乙二胺(縮寫en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合銅()的化學(xué)式為Cu(en)2SO4,在該配合物中,N原子的雜化類型是。C、N、O、Cu的第一電離能由大到小的順序為。(4)銅晶體類型是;鋅晶體中存在的化學(xué)鍵類型是。答案(1)洪特規(guī)則特例價層無未成對電子(2)三角錐形(3)sp3N>O>C>Cu(4)金屬晶體金屬鍵解析(1)根據(jù)洪特規(guī)則特例,基態(tài)銅原子價層電子排布式為3d104s1。Cu+的價層沒有未成對電子,故Cu+在水溶液中呈無色。(2)四氨合鋅()離子中配體為NH3,NH3的空間構(gòu)型為三角錐形;四氨合鋅()離子類似四氨合銅()離子,該配離子結(jié)構(gòu)圖為。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子價層上有3個成鍵電子對,1個孤電子對,故氮原子采取sp3雜化。N、O、C、Cu的第一電離能依次減小。(4)銅晶體是金屬晶體,鋅晶體也是金屬晶體,金屬晶體中的化學(xué)鍵是金屬鍵。3.(2018廣東六校高三聯(lián)考)(16分)英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功獲得超薄材料石墨烯而獲獎。制備石墨烯方法有石墨剝離法、化學(xué)氣相沉積法等。石墨烯的球棍模型示意圖如下:(1)下列有關(guān)石墨烯說法正確的是。A.鍵長:石墨烯>金剛石B.石墨烯分子中所有原子可以處于同一平面C.12 g石墨烯含鍵數(shù)為NAD.從石墨剝離得石墨烯需克服石墨層與層之間的分子間作用力(2)化學(xué)氣相沉積法是獲得大量石墨烯的有效方法之一,催化劑為金、銅、鈷等金屬或合金,含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一種或任意組合。銅原子在基態(tài)時,在有電子填充的能級中,能量最高的能級符號為;第四周期元素中,最外層電子數(shù)與銅相同的元素還有。乙醇的沸點要高于相對分子質(zhì)量比它還大的丁烷,請解釋原因。下列分子屬于非極性分子的是。a.甲烷b.二氯甲烷c.苯d.乙醇酞菁與酞菁銅染料分子結(jié)構(gòu)如圖,酞菁分子中碳原子采用的雜化方式是;酞菁銅分子中心原子的配位數(shù)為。金與銅可形成的金屬互化物合金(如圖,該晶胞中,Au占據(jù)立方體的8個頂點):它的化學(xué)式可表示為;在Au周圍最近并距離相等的Cu有個,若2個銅原子核的最小距離為d pm,該晶體的密度可以表示為 gcm-3。(阿伏加德羅常數(shù)用NA表示)答案(1)BD(2)3dK、Cr乙醇分子間可形成氫鍵而丁烷分子間不能形成氫鍵a、csp22Cu3Au或AuCu3123892121030NAd34解析(1)金剛石中碳原子之間只存在鍵,石墨烯中碳原子之間存在鍵和鍵,因此鍵長:石墨烯<金剛石,故A項錯誤;石墨烯是平面形分子,分子中所有原子可以處于同一平面,故B項正確;一個碳原子中含有32個單鍵,即32個鍵,所以12 g石墨烯含鍵數(shù)為32NA,故C項錯誤;石墨層內(nèi)是共價鍵,石墨層與層之間的作用力是范德華力,所以從石墨剝離得石墨烯需克服石墨層與層之間的分子間作用力,故D項正確;(2)銅原子在基態(tài)時的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,在有電子填充的能級中,能量最高的能級符號為3d;第四周期元素中,最外層電子數(shù)與銅相同的元素還有K和Cr;乙醇分子間存在氫鍵,使得其熔、沸點升高,而丁烷分子間不存在氫鍵;甲烷為正四面體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)對稱,正負(fù)電荷的中心重合,屬于非極性分子,故a正確;二氯甲烷為四面體分子,結(jié)構(gòu)不對稱,正負(fù)電荷的中心不重合,屬于極性分子,故b錯誤;苯為平面正六邊形,結(jié)構(gòu)對稱,正負(fù)電荷的中心重合,屬于非極性分子,故c正確;乙醇結(jié)構(gòu)不對稱,正負(fù)電荷的中心不重合,屬于極性分子,故d錯誤;酞菁分子中碳原子形成3個鍵和1個鍵,所以采取sp2雜化;酞菁銅分子中能提供孤電子對的氮原子才是配位原子,所以酞菁銅分子中心原子的配位數(shù)為2;該晶胞中含銅原子個數(shù)為612=3,含有金原子數(shù)為818=1,所以其化學(xué)式為Cu3Au或AuCu3,根據(jù)圖示,銅原子周圍最近并距離相等的金原子有4個。根據(jù)化學(xué)式,在Au周圍最近并距離相等的Cu有12個;若2個銅原子核的最小距離為d pm,則晶胞的棱長為2d pm=2d10-10 cm,該晶體的密度=389 gNA(2d10-10cm)3=389210304NAd3 gcm-3。4.(2018山西高三第一次模擬)(18分)鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬,其單質(zhì)及化合物在航天、軍事、航海、醫(yī)療等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。請回答下列問題:(1)基態(tài)鈦原子的價層電子排布圖為。(2)在TiO、TiN、TiS2、TiCl4等化合物中,S、Cl的電負(fù)性大小:S(填“>”“<”或“=”)Cl。O、N的第一電離能大小為O<N,原因是。(3)TiCl4的熔點是-23 ,沸點是136 ,可溶于CCl4,該晶體是晶體。TiCl4中加入大量水,同時加熱,可制得二氧化鈦的水合物(TiO2xH2O),再經(jīng)焙燒可得TiO2,寫出生成二氧化鈦水合物(TiO2xH2O)的化學(xué)方程式。(4)TiO2能溶于濃硫酸并析出一種離子晶體,已知其中陽離子是以鏈狀聚合物形式存在的鈦酰陽離子,其結(jié)構(gòu)如下圖所示,其化學(xué)式為。陰離子SO42-中硫原子的雜化方式為,寫出一種與SO42-互為等電子體的分子。(5)下圖是鈦晶體在空間的一種堆積方式,此堆積方式叫,鈦原子的配位數(shù)為。已知:a=0.295 nm,c=0.469 nm,則該鈦晶體的密度為 gcm-3(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,列出計算式即可)。答案(1)(2)<氮原子的2p軌道為半充滿狀態(tài),具有較高的穩(wěn)定性,故不易失去一個電子(3)分子TiCl4+(x+2)H2OTiO2xH2O+4HCl(4)(TiO)n2n+(或TiO2+)sp3CCl4(或SiCl4等)(5)六方最密堆積12486332(2.9510-8)24.6910-8NA解析(1)Ti是22號元素,價層電子排布式為3d24s2,所以價層電子排布圖為:;(2)氯元素的非金屬性比硫強(qiáng),所以Cl的電負(fù)性大于S,氮元素原子的價層電子排布式為2s22p3,是一種半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),具有較高的穩(wěn)定性,不易失去一個電子,所以第一電離能O<N;(3)由題中信息可知,TiCl4的熔點和沸點較低,可溶于有機(jī)溶劑,說明TiCl4是分子晶體,TiCl4中加入大量水的同時加熱,發(fā)生水解反應(yīng)生成TiO2xH2O,反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl4+(x+2)H2OTiO2xH2O+4HCl;(4)由題圖可知,每個鈦原子連接2個氧原子,每個氧原子連接2個鈦原子,說明Ti與O兩種原子的個數(shù)比為11,則該陽離子的化學(xué)式為(TiO)n2n+(或TiO2+),SO42-中硫原子的價層電子對數(shù)為:4+6+2-422=4+0=4,所以硫原子的雜化方式為sp3,SO42-的原子數(shù)為5、價層電子數(shù)為32,根據(jù)等電子體原理,與SO42-互為等電子體的分子有CCl4、SiCl4等;(5)由題圖可知,所給晶體的堆積方式為六方最密堆積,與鈦原子最近且等距離的鈦原子有12個,所以鈦原子的配位數(shù)為12,題中所給晶體結(jié)構(gòu)中含有的鈦原子數(shù)為6,質(zhì)量為648NA g,體積為332(2.9510-8)24.6910-8 cm3,則該鈦晶體的密度為486332(2.9510-8)24.6910-8NA gcm-3。5.(2018廣東佛山普通高中高三教學(xué)質(zhì)量檢測)(16分)硫和釩的相關(guān)化合物,在藥物化學(xué)及催化化學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}:(1)基態(tài)釩原子的外圍電子排布圖為,釩有+2、+3、+4、+5等多種化合價,其中最穩(wěn)定的化合價是,VO43-的幾何構(gòu)型為。(2)2-巰基煙酸氧釩配合物(圖1)是副作用小的有效調(diào)節(jié)血糖的新型藥物?；鶓B(tài)S原子中原子核外未成對電子數(shù)為,該藥物中硫原子的雜化方式是。所含第二周期元素第一電離能按由大到小順序的排列是。2-巰基煙酸(圖2)水溶性優(yōu)于2-巰基煙酸氧釩配合物的原因是。(3)多原子分子中各原子若在同一平面,且有相互平行的p軌道,則p電子可在多個原子間運動,形成“離域鍵”,下列物質(zhì)中存在“離域鍵”的是。A.SO2B.SO42-C.H2SD.CS2(4)某六方硫釩化合物晶體的晶胞如圖3所示,該晶胞的化學(xué)式為。圖4為該晶胞的俯視圖,該晶胞的密度為 gcm-3(列出計算式即可)。答案(1)+5正四面體(2)2sp3N>O>C2-巰基煙酸的羧基可與水分子之間形成氫鍵,使其在水中溶解度增大(3)AD(4)VS=2(32+51)a2bNA3210-21解析(1)釩為23號元素,電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2或Ar3d34s2,所以外圍電子排布圖為。其最穩(wěn)定的化合價應(yīng)該是+5價,即失去所有的價電子,形成最外層8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。根據(jù)價層電子對互斥原理,VO43-中的中心原子V的價電子為5,配位原子O不提供電子,帶有三個單位負(fù)電,所以外層電子為8個,共4對,空間構(gòu)型為正四面體。(2)硫原子的電子排布為Ne3s23p4,所以硫原子的3p能級上有4個電子,分配在三個軌道中,有兩個單電子。從圖中得到S的配位數(shù)為2,所以此時S的外層有6+2=8個電子,電子對為4,所以S應(yīng)該的雜化方式是sp3雜化。其中含有的第二周期元素是C、N、O,同周期元素從左向右應(yīng)該是第一電離能有增大趨勢,因為N的2p能級上有3個電子,是p能級的半滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以N的第一電離能反常增大,所以第一電離能:N>O>C。2-巰基煙酸有羧基可以與水分子形成氫鍵,所以其水溶性會更好。(3)從題目表述來看,形成離域鍵的要求是:原子共平面;有相互平行的p軌道。根據(jù)價層電子對互斥理論,二氧化硫為平面三角形,硫酸根為正四面體,硫化氫為角形,二硫化碳為直線形。所以選項B一定錯誤。而硫化氫的氫原子不存在p軌道。所以選項C錯誤。由上正確的是選項A和選項D。(4)晶胞中有V:818+414=2個;有S:21=2個,所以化學(xué)式為VS。因為該晶胞中有2個VS,所以一個晶胞質(zhì)量為2(32+51)NA g。根據(jù)圖4得到晶胞底面的面積為a32a nm2,所以晶胞的體積為a32ab nm3。1 nm=10-7 cm,所以晶體密度為2(32+51)NAa32ab10-21 gcm-3=2(32+51)32a2bNA10-21 gcm-3。6.(2018湖北八校高三聯(lián)考)(18分)根據(jù)下列五種短周期元素的電離能數(shù)據(jù)(單位:kJmol-1),回答下面各題。元素代號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)在這五種元素中,最可能處于同一族的兩種元素是(填元素符號),S元素最可能是區(qū)元素。(2)基態(tài)Q元素原子的價電子排布式是。Q和T同周期?；衔颭T中T元素的化合價為;第一電離能介于Q、T之間的同周期元素有種。(3)化合物RT3中化學(xué)鍵類型為,RT3的陰離子的幾何構(gòu)型為。(4)下列元素中,化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)最像U元素的是。A.硼 B.鈹 C.鋰 D.氦 E.碳(5)R的某種氧化物X晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,晶胞參數(shù)a=0.566 nm,X的化學(xué)式為;列式并計算晶體X的密度為 gcm-3。答案(1)B和Alp(2)2s22p1-33(3)離子鍵、共價鍵直線形(4)D(5)Na2O462 gmol-1(0.56610-7)3cm36.021023mol-12.27解析Q元素的I4I3,Q元素的原子最外層有3個電子,Q處于A族;R元素的I2I1,R元素的原子最外層有1個電子,R處于A;S元素的I4I3,S元素的原子最外層有3個電子,S處于A族;T、U元素的I1I5沒有突變,T、U的最外層電子至少有5個。(1)根據(jù)上述分析,這五種元素中,最可能處于同一族的兩種元素是Q和S,Q和S都處于A族,Q的I1大于S的I1,Q為硼元素,S為鋁元素。最可能處于同一族的兩種元素是B和Al。S元素為鋁元素,基態(tài)鋁原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p1,最后一個電子填入3p能級,Al是p區(qū)元素。(2)Q為硼元素,硼原子核外有5個電子,基態(tài)硼原子核外電子排布式為1s22s22p1,基態(tài)硼原子的價電子排布式為2s22p1。Q的化合價為+3價,根據(jù)化合物中元素的正負(fù)化合價代數(shù)和為0,QT中T元素的化合價為-3價。Q屬于第二周期,Q和T同周期,T也屬于第二周期,T為氮元素,第一電離能介于B和N之間的有Be、C、O,共3種元素。(3)R為A族元素,R原子核外電子數(shù)大于5,R為鈉元素;T為氮元素,RT3為NaN3,其中含有離子鍵和共價鍵。NaN3中陰離子為N3-,N3-與CO2互為等電子體,CO2為直線形,則N3-也為直線形。(4)U的最外層電子數(shù)至少5個,U不可能是A族A族元素,U的第一電離能較大,U可能是0族元素,化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)最像U元素的是氦。(5)用“均攤法”,小黑球(Na+):8個,大白球(O2-):818+612=4,X的化學(xué)式為Na2O。晶胞的體積為(0.566 nm)3=(0.56610-7)3 cm3,1 mol晶胞的體積為(0.56610-7)3 cm3NA,1 mol晶胞的質(zhì)量為462 g,則晶體X的密度為462 gmol-1(0.56610-7)3cm36.021023mol-12.27 gcm-3。