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2019-2020年高考化學分類匯編 考點23 物質結構與性質(選修3) 非選擇題 1.(xx新課標全國卷Ⅰ37)[化學——選修3:物質結構與性質]早期發(fā)現的一種天然二十面體準晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成。回答下列問題: (1)準晶是一種無平移周期序,但有嚴格準周期位置序的獨特晶體,可通過 　　　　　　方法區(qū)分晶體、準晶體和非晶體。 (2)基態(tài)鐵原子有　　　　個未成對電子,Fe3+的電子排布式為　　　　　　,可用硫氰化鉀檢驗Fe3+,形成配合物的顏色為　　　　　　。 (3)新制備的Cu(OH)2可將乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身還原成Cu2O,乙醛中碳原子的雜化軌道類型為　　　　;1 mol乙醛分子中含有的σ鍵的數目為　　　　　　　　　。乙酸的沸點明顯高于乙醛,其主要原因是　 。 Cu2O為半導體材料,在其立方晶胞內部有4個氧原子,其余氧原子位于面心和頂點,則該晶胞中有　　　　　　個銅原子。 (4)鋁單質為面心立方晶體,其晶胞參數a=0.405 nm,晶胞中鋁原子的配位數為　　　　　　　　。列式表示鋁單質的密度　 gcm-3(不必計算出結果)。 【解題指南】解答本題要注意以下3點: (1)核外電子在排布時應遵循洪特規(guī)則特例; (2)分子間氫鍵能夠使物質的沸點升高; (3)取1 mol晶體計算出該晶體一個晶胞的質量,再計算出一個晶胞的體積,然后根據公式計算晶體的密度。 【解析】(1)區(qū)別晶體、準晶體與非晶體最可靠的方法是X-射線衍射。 (2)26號元素鐵的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2,由此可知基態(tài)鐵原子的3d軌道上有4個未成對電子,當鐵原子失去4s軌道上的兩個電子和3d軌道上的一個電子時形成三價鐵離子,因此三價鐵離子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5,三價鐵離子遇硫氰酸根離子變成紅色。 (3)乙醛中甲基上的碳為sp3雜化,醛基上的碳原子為sp2雜化;乙醛分子中有5個單鍵、一個雙鍵,其中五個單鍵全是σ鍵,雙鍵中一個是σ鍵,一個是π鍵;乙酸分子間存在分子間氫鍵,因此沸點較高;氧化亞銅晶胞中含有氧原子個數為4+81/8+61/2=8,根據氧化亞銅的化學式可知,晶胞中銅原子和氧原子的個數之比為2∶1,所以晶胞中銅原子個數為16個。 (4)在晶體中,與鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有34=12個,所以在晶胞中鋁原子的配位數為12,一個晶胞中含有鋁原子的個數是81/8+61/2=4,晶體的密度為ρ===gcm-3。 答案:(1)X-射線衍射　(2)4　1s22s22p63s23p63d5　紅色 (3)sp3、sp2　6NA CH3COOH存在分子間氫鍵　16　(4)12 2.(xx浙江高考自選模塊15)請回答下列問題: (1)31Ga基態(tài)原子的核外電子排布式是　　　　。某種半導體材料由Ga和As兩種元素組成,該半導體材料的化學式是　　　　,其晶體結構類型可能為　　　　。 (2)維生素B1可作為輔酶參與糖的代謝,并有保護神經系統(tǒng)的作用。該物質的結構式為: 以下關于維生素B1的說法正確的是　　　　。 A.只含σ鍵和π鍵　　　　　　B.既有共價鍵又有離子鍵 C.該物質的熔點可能高于NaCl D.該物質易溶于鹽酸 (3)維生素B1晶體溶于水的過程中要克服的微粒間作用力有　　 　。 A.離子鍵、共價鍵 B.離子鍵、氫鍵、共價鍵 C.氫鍵、范德華力 D.離子鍵、氫鍵、范德華力 【解題指南】解答本題時應注意以下三點: (1)熟悉每個主族所含的元素。 (2)單鍵含1個σ鍵,雙鍵含1個σ鍵和1個π鍵。 (3)熟練掌握晶體類型與形成晶體作用力的對應關系。 【解析】(1)Ga與Al同主族,位于第4周期ⅢA族,從而可得其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As組成的物質是半導體材料,不是離子化合物,Ga最外層有3個電子,As最外層有5個電子,兩者以共價鍵形成GaAs,屬于原子晶體。 (2)雙鍵含1個σ鍵和1個π鍵,其中還有Cl-與N+的離子鍵,A錯誤、B正確;與氯化鈉晶體相比,維生素B1中的陽離子比Na+半徑大,晶格能小,熔點低,C錯誤;維生素B1中的—NH2是堿性基團,能與鹽酸反應,D正確。 (3)維生素B1中含有離子鍵,水中含有氫鍵和分子間作用力,維生素B1溶于水時需要克服維生素B1中的離子鍵、水中的氫鍵和范德華力。 答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1　GaAs　原子晶體 (2)B、D　(3)D 3.(xx海南高考19)【選修3——物質結構與性質】Ⅰ.對于鈉的鹵化物(NaX)和硅的鹵化物(SiX4)下列敘述正確的是　(　　) A.SiX4難水解　　　　　 B.SiX4是共價化合物 C.NaX易水解 D.NaX的熔點一般高于SiX4 Ⅱ.碳元素的單質有多種形式,下圖依次是C60、石墨和金剛石的結構圖: 回答下列問題: (1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質形式,它們互為　　　　。 (2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為　　　　、　　　　。 (3)C60屬于　　　　晶體,石墨屬于　　　　晶體。 (4)石墨晶體中,層內C—C鍵的鍵長為142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm,其原因是金剛石中只存在C—C間的　　　　共價鍵,而石墨層內的C—C間不僅存在　　　　共價鍵,還有　　　　鍵。 (5)金剛石晶胞含有　　　　個碳原子。若碳原子半徑為r,金剛石晶胞的邊長為a,根據硬球接觸模型,則r=　　　　a,列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率 　　　　(不要求計算結果)。 【解題指南】解答本題時應注意以下3點: (1)原子結構決定化合物中化學鍵的類型以及晶體類型; (2)同素異形體的概念和判斷; (3)晶胞的計算和晶體結構的計算。 【解析】Ⅰ.鈉位于第ⅠA族,是活潑金屬元素,易失電子,鈉的鹵化物為離子化合物,而硅位于第ⅣA族,既不易失電子也不易得電子,因此硅的氯化物為共價化合物;硅的鹵化物易發(fā)生水解而NaX一般不水解,氫鹵酸中只有氫氟酸為弱酸,其余為強酸,所以正確的敘述為B、D。 Ⅱ.C60為分子晶體,金剛石為原子晶體,石墨為混合晶體,它們均屬于碳元素的不同單質,因此互稱同素異形體;金剛石為空間立體網狀結構,每一個碳原子與四個相鄰碳原子形成共價鍵,因此碳原子雜化方式為sp3雜化,化學鍵只有σ鍵;而石墨層內為平面正六邊形,層間為分子間作用力,所以石墨中碳原子的雜化方式為sp2雜化,即石墨層內不僅存在σ鍵還存在π鍵;金剛石晶胞中各個頂點、面上和體內的原子數目依次為8、6、4,然后依據晶胞計算確定在晶體中碳原子數目,碳原子數目為n=81/8+61/2+4=8;根據硬球接觸模型可以確定,體對角線四分之一處的原子與頂點上的原子緊貼,因此有(a)=2r,則r=a;然后可以確定原子的占有率為(8πr3)/a3=。 答案:Ⅰ.B、D Ⅱ.(1)同素異形體　(2)sp3　sp2 (3)分子　混合 (4)σ　σ　π(或大π或p-pπ) (5)8　　= 4.(xx上海高考四大題)合成氨工藝的一個重要工序是銅洗,其目的是用銅液[醋酸二氨合銅(Ⅰ)、氨水]吸收在生產過程中產生的CO和CO2等氣體,銅液吸收CO的反應是放熱反應,其反應方程式為Cu(NH3)2Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3CO]Ac 完成下列填空: (1)如果要提高上述反應的反應速率,可以采取的措施是　 。 (選填編號) a.減壓　 b.增加NH3的濃度　 c.升溫　 d.及時移走產物 (2)銅液中的氨可吸收二氧化碳,寫出該反應的化學方程式:　 。 (3)簡述銅液吸收CO及銅液再生的操作步驟(注明吸收和再生的條件)。 　。 (4)銅液的組成元素中,短周期元素原子半徑從大到小的排列順序為　 。 其中氮元素原子最外層電子排布的軌道表示式是　 。 通過比較　　　　　　　可判斷氮、磷兩種元素的非金屬性強弱。 (5)已知CS2與CO2分子結構相似,CS2的電子式是　　　　　　　　。CS2熔點高于CO2,其原因是 　。 【解析】(1)減壓使氣體的濃度減小,速率減小,a錯誤;增加NH3的濃度反應速率加快,b正確;升溫反應速率加快,c正確;及時移走產物使產物濃度減小,反應速率減小,d錯誤。 (2)過量的氨和二氧化碳反應生成(NH4)2CO3。 (3)銅液吸收CO的反應是氣體體積減小的反應,加壓平衡右移;反應是放熱反應,降溫平衡右移。再生是采取減壓、升溫使平衡左移,并將得到的氣體儲存起來。 (4)銅液的組成元素中,短周期元素有氫、碳、氮、氧,同周期從左到右元素的原子半徑逐漸減小。氮原子核外有7個電子,最外層上有5個電子,2s和2p軌道上分別有2、3個電子。 元素的非金屬性越強,對應元素的氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定。 (5)CS2與CO2分子結構相似,CO2分子中含有兩個碳氧雙鍵,則CS2的電子式為。分子組成相似的物質,相對分子質量越大,分子間作用力越大,熔沸點越高。 答案: (1)b、c　(2)2NH3+CO2+H2O(NH4)2CO3、(NH4)2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3 (3)①低溫、加壓下吸收CO;②然后將銅洗液轉移至另一容器中;③高溫、低壓下釋放CO,然后將銅洗液循環(huán)使用 (4)C>N>O>H　　NH3和PH3的穩(wěn)定性 (5)　CS2和CO2都是分子晶體,CS2的相對分子質量大,分子間作用力大 5.(xx四川高考8)X、Y、Z、R為前四周期元素,且原子序數依次增大。XY2是紅棕色氣體;X與氫元素可形成XH3;Z基態(tài)原子的M層與K層電子數相等;R2+的3d軌道中有9個電子。請回答下列問題: (1)Y基態(tài)原子的電子排布式是　 ； Z所在周期中第一電離能最大的主族元素是　　　　 。 (2)X的立體構型是　　　　;R2+的水合離子中,提供孤電子對的原子是　　　 　。 (3)Z與某元素形成的化合物的晶胞如圖所示,晶胞中陰離子與陽離子的個數比是　　　　。 (4)將R單質的粉末加入XH3的濃溶液中,通入Y2,充分反應后溶液呈深藍色,該反應的離子方程式是　 。 【解題指南】解答本題需注意以下兩點: (1)常見的紅棕色氣體是二氧化氮; (2)利用價層電子對互斥理論可以判斷分子的空間構型。 【解析】X、Y、Z、R為前四周期元素,且原子序數依次增大,XY2是紅棕色的氣體,該氣體是NO2,則X是氮元素,Y是氧元素;X與氫元素可形成XH3,該氣體是氨氣;Z基態(tài)原子的M層與K層電子數相等,則該元素的原子序數是2+8+2=12,即為鎂元素,R2+的3d軌道上有9個電子,因此R的原子序數是18+9+2=29,即為銅元素。 (1)氧元素的原子序數是8,根據核外電子排布規(guī)律可知,氧元素的基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p4。同周期自左向右元素的第一電離能有逐漸增大的趨勢,鎂是第3周期的元素,其所在的周期中第一電離能最大的主族元素是氯元素。 (2)根據價層電子對互斥理論可知,N的立體構型是V型;銅離子含有空軌道,而水分子中的氧原子含有孤電子對,因此在Cu2+的水合離子中,提供孤電子對的原子是氧原子。 (3)根據晶胞結構可知,陽離子在8個頂點和體心位置,因此晶胞中陽離子個數為1+81/8=2,陰離子在上下面各2個,晶胞內部2個,則陰離子個數=41/2+2=4,因此晶胞中陰離子與陽離子的個數比為2∶1。 (4)將銅單質的粉末加入氨氣的濃溶液中,通入氧氣,充分反應后溶液呈深藍色,這說明在反應中銅被氧化成銅離子,與氨氣結合形成配位鍵,則該反應的離子反應方程式是2Cu+8NH3H2O+O22[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O。 答案:(1)1s22s22p4　Cl (2)V型　O (3)2∶1 (4)2Cu+8NH3H2O+O22[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O 6. (xx江蘇高考21 A)[物質結構與性質] 含有NaOH的Cu(OH)2懸濁液可用于檢驗醛基,也可用于和葡萄糖反應制備納米Cu2O。 (1)Cu+基態(tài)核外電子排布式為　 。 (2)與OH-互為等電子體的一種分子為　　　　(填化學式)。 (3)醛基中碳原子的軌道雜化類型是　　　　;1 mol乙醛分子中含有的σ鍵的數目為　　　　。 (4)含有NaOH的Cu(OH)2懸濁液與乙醛反應的化學方程式為　 。 (5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。銅晶胞結構如下圖所示,銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數目為　　　　。 【解析】(1)Cu為29號元素,核外電子排布式為[Ar]3d104s1,Cu+為Cu失去4s軌道上的一個電子,則為[Ar]3d10。 (2)等電子體必須具備原子數相等,價電子數相等,O得一個電子,即為F,所以OH-與HF互為等電子體。 (3)醛基中的C為碳氧雙鍵,屬于sp2雜化,CH3CHO中單鍵均為σ鍵,CO中有一個為σ鍵,共有6 mol。 (4)醛基在堿性條件下,可被Cu(OH)2氧化生成Cu2O沉淀。 (5)Cu為面心立方晶胞,配位數為12。 答案:(1)[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10 (2)HF (3)sp2　6NA或66.021023個 (4)2Cu(OH)2+CH3CHO+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O (5)12 7.(xx福建高考31) 【化學—物質結構與性質】 氮化硼(BN)晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相,與石墨相似,具有層狀結構,可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示。 (1)基態(tài)硼原子的電子排布式為　 。 (2)關于這兩種晶體的說法,正確的是　　　　(填序號)。 a.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵,所以硬度大 b.六方相氮化硼層間作用力小,所以質地軟 c.兩種晶體中的B—N鍵均為共價鍵 d.兩種晶體均為分子晶體 (3)六方相氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間構型為　　　　,其結構與石墨相似卻不導電,原因是　 。 (4)立方相氮化硼晶體中,硼原子的雜化軌道類型為　　　。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發(fā)現。根據這一礦物形成事實,推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是　 。 (5)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有　　　　 mol配位鍵。 【解題指南】解答本題時應注意以下3點: (1)原子結構中的電子排布式書寫規(guī)則; (2)分子結構中化學鍵的確定和雜化軌道類型判斷以及分子空間構型的判斷; (3)原子晶體的結構以及石墨和金剛石晶體的差異。 【解析】(1)硼元素位于元素周期表第2周期第ⅢA族,所以基態(tài)硼原子的電子排布式為1s22s22p1。 (2)根據六方相氮化硼和立方相氮化硼晶體的結構示意圖和信息,結合金剛石和石墨的結構,確定六方相氮化硼晶體類似于石墨晶體;立方相氮化硼晶體類似于金剛石晶體;因此二者晶體原子之間均通過共價鍵相連,而六方相氮化硼晶體層與層之間依靠范德華力即分子間作用力相連,作用力小,質軟。 (3)六方相氮化硼晶體類似于石墨晶體,其晶體層內一個硼原子與相鄰三個氮原子成鍵,空間構型為平面三角形結構;而石墨晶體中層內一個碳原子與相鄰三個碳原子成鍵,還有一個電子在層內自由移動,層內可以導電;而氮化硼形成三個共價鍵后,硼元素的原子最外層電子全部參與成鍵,沒有自由移動的電子,不導電。 (4)立方相氮化硼晶體結構中每一個硼原子與四個氮原子形成空間立體結構,其雜化方式為sp3雜化;該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300 km的古地殼中被發(fā)現,根據這一位置的溫度和壓強,進而確定由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是高溫、高壓。 (5)NH4BF4(氟硼酸銨)中含銨根離子和氟硼酸根離子,其中銨根離子含有三個σ鍵和一個配位鍵,而氟硼酸根離子中含有三個σ鍵和一個配位鍵,因此1 mol NH4BF4含有2 mol配位鍵。 答案:(1)1s22s22p1 (2)b、c (3)平面三角形　層狀結構中沒有自由移動的電子 (4)sp3　高溫、高壓 (5)2 8.(xx山東高考33)【化學—物質結構與性質】 石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面結構會發(fā)生改變,轉化為氧化石墨烯(圖乙)。 (1)圖甲中,1號C與相鄰C形成σ鍵的個數為　　　　。 (2)圖乙中,1號C的雜化方式是　　　　,該C與相鄰C形成的鍵角　　　　(填“>”“<”或“=”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。 (3)若將圖乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,則氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有　　　　(填元素符號)。 (4)石墨烯可轉化為富勒烯(C60),某金屬M與C60可制備一種低溫超導材料,晶胞如圖丙所示,M原子位于晶胞的棱上與內部。該晶胞中M原子的個數為　　　　,該材料的化學式為　　　 　。 【解題指南】解答本題時應注意以下3點: (1)熟練掌握雜化方式的判斷方法; (2)記住碳四面體的鍵角為109.5,碳平面結構的鍵角為120; (3)熟練應用均攤法進行晶胞計算。 【解析】(1)根據圖甲可知,1號C與相鄰C形成σ鍵的個數為3; (2)圖乙1號C形成了4個σ鍵,是sp3雜化方式;圖乙中1號C與相鄰C形成的鍵角為109.5,圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角為120; (3)氧化石墨烯中氧原子與H2O中的氫原子,及氧化石墨烯中的氫原子與H2O中的氧原子都可以形成氫鍵; (4)根據均攤法,晶胞含M原子的個數為12+9=12,C60位于頂點和面心,故晶胞含C60的個數為8+6=4,故化學式為M3C60。 答案:(1)3 (2)sp3　< (3)O、H (4)12　M3C60 9.(xx新課標全國卷Ⅱ37)[化學——選修3:物質結構與性質]周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序數依次增大。a的核外電子總數與其周期數相同,b的價電子層中的未成對電子有3個,c的最外層電子數為其內層電子數的3倍,d與c同族,e的最外層只有1個電子,但次外層有18個電子。回答下列問題: (1)b、c、d中第一電離能最大的是　　　　　　　　　　(填元素符號),e的價層電子軌道示意圖為　　　　　　　　。 (2)a和其他元素形成的二元共價化合物中,分子呈三角錐形,該分子的中心原子的雜化方式為　　　　　　;分子中既含有極性共價鍵,又含有非極性共價鍵的化合物是　　　　　　(填化學式,寫出兩種)。 (3)這些元素形成的含氧酸中,分子的中心原子的價層電子對數為3的酸是　　　　　　　;酸根呈三角錐結構的酸是　　　　　　　　　。(填化學式) (4)e和c形成的一種離子化合物的晶體結構如圖1,則e離子的電荷為　　　　　　　　。 (5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中,陰離子呈四面體結構;陽離子呈軸向狹長的八面體結構(如圖2所示)。 該化合物中,陰離子為　　　　　　　　,陽離子中存在的化學鍵類型有　　　　　　　　　;該化合物加熱時首先失去的組分是　　　　　　　　,判斷理由是　　　　　　　　　　　　　　　。 【解題指南】解答本題要注意以下兩點: (1)注意洪特規(guī)則特例對元素第一電離能的影響; (2)利用均攤法計算晶體中擁有微粒個數,然后求晶體的化學式,進而可以求出元素的化合價。 【解析】a的核外電子總數與其周期數相同,則a為氫;b的價電子層中的未成對電子有3個,則b為氮;c的最外層電子數為其內層電子數的3倍,則c為氧;d與c同主族,d為硫;e的最外層只有1個電子,但次外層有18個電子,其電子排布式應為1s22s22p63s23p63d104s1,為銅元素。 (1)同一周期的元素第一電離能從左往右逐漸增大,但是氮元素的2p軌道因為是半滿的,因此其第一電離能反常得高,同一主族的元素從上到下第一電離能逐漸減小,因此三者電離能大小為N>O>S;銅的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,因此其價層電子軌道示意圖為; (2)根據題意應該是形成氨氣,氨氣中氮原子為sp3雜化,分子中既有非極性鍵又有極性鍵的二元化合物有H2O2、N2H4、C2H6等; (3)符合題意的酸是HNO2、HNO3;酸根為三角錐形的酸是H2SO3; (4)晶胞中氧原子有1+8=2;銅原子的個數為4,因此該晶體為氧化亞銅,其中銅原子為+1價; (5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中,陰離子呈四面體結構,則陰離子為硫酸根,根據陽離子的結構圖可以知道該陽離子中含有一個銅離子,四個氨分子,兩個水分子,因此該物質的化學式為[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4,陽離子中存在配位鍵和共價鍵,該化合物加熱時首先失去水,原因是銅離子與水所形成的配位鍵要比與氨氣所形成的配位鍵弱。 答案:(1)N　 (2)sp3　H2O2、N2H4(合理即可) (3)HNO2、HNO3　H2SO3 (4)+1 (5)S　共價鍵和配位鍵　H2O　H2O與Cu2+的配位鍵比NH3與Cu2+的弱