专题突破练十三 物质结构与性质(选考)非选择题:本题共7小题,每小题15分,共105分。1.(2021湖南衡阳二模)根据元素在体内含量的不同,可将体内元素分为常量元素和微量元素。其中H、C、O、N、S、P等为常量元素,Fe、Zn等为微量元素。回答下列问题:(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar] ,有 组相同能量的电子。 (2)数据表明,S元素的第一电离能小于P元素的第一电离能,其原因可能有两种:一种是S原子失去的是已经配对的电子,配对电子相互排斥,电离能较低,另一种是 。 (3)氧与氮可形成正离子N,其立体构型为 ;碳与氢也可形成正离子C,该离子中,碳原子的杂化方式为 。 (4)原子的电子亲和能是指在0K下的气相中,原子获得电子变成负离子时所释放的能量。氧原子的第二电子亲和能(O-+e-O2-释放的能量)不能直接在气相中测定,但可通过如图的Born-Haber循环计算得到。由图可知,Mg原子的第一电离能为 kJ·mol-1;OO键键能为 kJ·mol-1;氧原子的第二电子亲和能为 kJ·mol-1。 (5)氢化镁(MgH2)与金属锌在一定条件下研磨,可制得化合物Mg2ZnH4,X射线衍射分析表明,该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被锌原子占据,所有镁原子的配位数都相等。①该晶胞中镁原子个数为 。 ②已知Mg2ZnH4晶体的晶胞参数为apm,镁原子分布在该晶胞中锌原子形成的四面体中心。该晶胞中相邻镁原子与锌原子之间距离为 pm;Mg2ZnH4晶体的密度为 g·cm-3(阿伏加德罗常数的值用NA表示)。 2.(2021湖南永州三模)氮的化合物应用广泛:(1)Reineckesalt的结构如图所示:其中配位原子为 (填元素符号);阳离子的立体结构为 ;NCS-中碳原子杂化方式为 。 (2)重铬酸铵[(NH4)2Cr2O7]为桔黄色单斜结晶,常用作有机合成催化剂,Cr2的结构如图。(NH4)2Cr2O7中N、O、Cr三种元素第一电离能由大到小的顺序是 (填元素符号),1mol该物质中含σ键的数目为 NA(NA为阿伏加德罗常数的值)。 (3)[Zn(IMI)4](ClO4)2是Zn2+的一种配合物,IMI的结构为,IMI的某种衍生物与甘氨酸
形成的离子化合物常温下为液态而非固态,原因是 。 (4)已知:多原子分子中,若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道,则p电子可在多个原子间运动,形成“离域π键”(或大π键)。大π键可用表示,其中m、n分别代表参与形成大π键的原子个数和电子数,如苯分子中大π键表示为。①下列微粒中存在“离域Π键”的是 。 A.CH2CH—CHCH2B.CCl4C.H2OD.SO2②NaN3中阴离子与CO2互为等电子体,均为直线形结构,中的大π键可表示为 。 (5)氮化铝(AlN)陶瓷是一种新型无机非金属材料,晶体结构如图所示,1个Al原子周围距离最近的Al原子数为 个;若晶体结构的高为anm,底边长为bnm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则其密度为 g·cm-3(列出计算式)。 3.(2021湖南岳阳二模)新合成的砷化镉(Cd3As2)三维材料具有超强导电性,这种材料的电气性能与石墨烯相当,可代替石墨烯使用。(1)Cd与Zn同族且相邻,若Cd基态原子将次外层1个d电子激发进入最外层的np能级,则该激发态原子的外围电子排布式为 ;Cd原子中第一电离能相对较大的是 (填“基态”或“激发态”)原子。 (2)与砷(As)同主族的N、P两种元素的氢化物水溶液的碱性:NH3 (填“>”或“<”)PH3,原因是 。 (3)As元素与Ge、Se两元素同周期且相邻,它们的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)。 (4)含砷有机化合物“对氨基苯胂酸”的结构简式如图,As原子的杂化轨道类型为 ;1mol对氨基苯胂酸中含σ键数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值),其中还含有的化学键类型有 (填序号)。 a.氢键 b.离子键 c.π键(5)砷化镉可以看作是石墨烯的3D版,其晶胞结构如图,As为面心立方堆积,Cd占据As围成的四面体空隙,空隙占有率75%,故Cd为“具有两个真空的立方晶格”,如图“①”和“②”位是“真空”。
建立如图的原子坐标系,①号位的坐标为(),则③号位原子坐标参数为 。设晶胞参数为apm,阿伏加德罗常数的值为NA,砷化镉的摩尔质量为Mg·mol-1,则该晶胞的密度为 g·cm-3(列计算式即可)。 4.(2021湖南五市十校联考)请回答下列有关铜及其化合物的问题:(1)请写出基态Cu原子的外围电子排布式: ;焰花中的绿色是铜的焰色,基态铜原子在灼烧时外围电子发生了 而变为激发态。 (2)新型农药松脂酸铜具有低残留的特点,下图是松脂酸铜的结构简式:请分析1个松脂酸铜中π键的个数 ;加“*”碳原子的杂化方式为 。 (3)下图是某铜矿的晶胞图,请推算出此晶胞的化学式 (以X表示某元素符号);与X等距离且最近的X原子个数为 。 (4)黄铜矿在冶炼的时候会产生副产品SO2,SO2分子的立体构型为 ;比较第一电离能:S (填“>”或“<”)O。 (5)黄铜合金可以表示为Cu3Zn,为面心立方晶胞,晶体密度为8.5g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶胞的边长为 nm(只写计算式,不求结果)。 5.(2021湖南永州重点中学联考)二氧化碳的化学资源化利用已经显示出越来越重要的科技与经济价值,如用铜锌氧化物催化二氧化碳加氢生成CH3OH,合成碳酸乙烯酯(EC)等。回答下列问题:(1)基态铜原子的价电子排布式为 ;第一电离能I1(Zn)>I1(Cu)的原因是 。 (2)C的立体构型为 。 (3)EC的结构简式为,其碳原子的杂化方式为 ;每个分子中含 个σ键。 (4)CO2加氢得到CH3OH,CH3OH的沸点比CO2的高,原因是 。 (5)高温时,太阳能反应器中的CeO2失去部分氧,温度稍低时,从CO2中重新夺取氧。一种铈(Ce)的氧化物的晶胞结构如图所示:
①Ce原子的配位数为 。 ②若高温下该晶胞中1个氧原子变为空位,则 个面心上的铈由+4价变为+3价(不考虑顶点)。 ③已知CeO2的密度为7.13g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶胞边长a= pm。 6.(2021广东四校联考)三元锂电池性能优异、能量密度高,正极材料包含了Ni、Co、Mn三种过渡金属的氧化物。(1)基态Ni原子有 个未成对电子,Ni2+核外电子排布式为 。 (2)如表是Mn与Fe的部分电离能数据,解释I3(Mn)大于I3(Fe)的主要原因: 。 元素FeMn第二电离能I2/(kJ·mol-1)15611509第三电离能I3/(kJ·mol-1)29573248(3)已知[Co(CN)6]4-是强还原剂,与水反应能生成[Co(CN)6]3-,写出该反应的离子方程式: ;1molCN-含有σ键的数目为 ,该离子中C的杂化方式为 。 (4)已知H2O2难以将Co2+氧化为Co3+,若先将Co2+转化为[Co(NH3)6]2+,则H2O2能快速将其氧化为[Co(NH3)6]3+,该原因是 。 (5)Co与Ti类似,其晶体堆积方式为六方最密堆积,其晶胞结构如图所示,则该晶胞中含有的原子个数为 ,已知该晶胞的底面边长为anm,高为bnm,则晶胞密度为 g·cm-3。 7.(2021湖南长沙明德中学三模)近日,某科研团队成功合成了Ni-Fe双原子催化剂(Ni/Fe-C-N),并应用于高效催化CO2还原。回答下列问题:(1)基态铁原子的价电子排布图为 。 (2)C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)。 (3)过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与CO提供配位的电子总数之和为18,则n= ;该化合物易溶于苯及四氯化碳等有机溶剂,原因是 。
(4)二茂铁的结构为,由Fe2+和(环戊二烯基负离子)构成。一个中σ键总数为 ;C原子的杂化轨道类型为 。 (5)某C、Fe合金的晶胞结构如图所示:该合金的化学式为 ;若该晶体的晶胞参数为apm、bpm、cpm,α=β=γ=90o,密度为ρg·cm-3,则NA为 (写出计算式即可)。 专题突破练十三 物质结构与性质(选考)1.答案:(1)3d64s2 7(2)磷原子的3p轨道电子排布为半充满稳定结构,第一电离能较高(3)直线形 sp2 (4)737.7 498.4 -899.7(5)①8 ②a ×1030解析:(1)Fe是第26号元素,基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,与Ar原子排布相同部分用[Ar]替代可得简化的核外电子排布式:[Ar]3d64s2,每个能级上的电子的能量相等,共有7组相同能量的电子。(2)S元素的第一电离能小于P元素的第一电离能,其原因可能有两种:一种是S原子失去的是已经配对的电子,配对电子相互排斥,电离能较低,另一种是磷原子的3p轨道电子排布为半充满稳定结构,第一电离能较高。(3)氧与氮形成的正离子N中N原子的价层电子对数=2+=2,其立体构型为直线形;碳与氢形成的正离子C中C原子的价层电子对数=3+=3,碳原子的杂化方式为sp2杂化。(4)Mg原子的第一电离能是气态的镁原子失去一个电子时吸收的能量,由题图可知,Mg原子的第一电离能为737.7kJ·mol-1;OO键的键能是断开形成2个O原子吸收的能量,由题图可知,OO键键能为249.2kJ·mol-1×2=498.4kJ·mol-1;设O-+e-O2-释放的能量为xkJ·mol-1,根据盖斯定律,有-601.2kJ·mol-1=146.4kJ·mol-1+737.7kJ·mol-1+1450.6kJ·mol-1+249.2kJ·mol-1-141.8kJ·mol-1+xkJ·mol-1-3943kJ·mol-1,解得:x=899.7,因此氧原子的第二电子亲和能为-899.7kJ·mol-1。(5)①该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被锌原子占据,锌原子的个数为6×+8×=4,根据化学式Mg2ZnH4可知,该晶胞中镁原子个数为8。②Mg2ZnH4晶体的晶胞参数为apm,镁原子分布在该晶胞中锌原子形成的四面体中心,则该晶胞中相邻镁原子与锌原子之间距离为体对角线长度的,为apm;Mg2ZnH4晶体的密度为×1030g·cm-3。2.答案:(1)N 正四面体形 sp杂化(2)N>O>Cr 16(3)阴阳离子半径大,电荷小,形成的离子晶体晶格能小,熔点低(或阴阳离子半径
大,电荷小,形成的离子键键能小,熔点低)(4)①AD ② (5)12 解析:(1)根据Reineckesalt的结构图可知,配位原子为N原子,氮原子提供孤电子对;阳离子为铵根离子,根据价层电子互斥理论,价层电子对数为4,氮原子采取sp3杂化,可知其立体结构为正四面体形;NCS-中碳原子的价层电子对数为2,属于sp杂化。(2)N原子的最外层电子结构为半充满稳定结构,其第一电离能大于O元素,N、O为非金属元素,第一电离能均大于金属,所以N、O、Cr三种元素第一电离能由大到小的顺序是N>O>Cr;1个Cr2含有8个σ键,1个铵根离子中含有4个σ键,故1mol该物质中含有σ键数目为(4×2+8)NA=16NA。(3)常温下,IMI的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物为液态而非固态,原因是形成该离子化合物的阴阳离子半径大,电荷小,形成的离子晶体晶格能小,熔点低(或阴阳离子半径大,电荷小,形成的离子键键能小,熔点低)。(4)①CH2CH—CHCH2、SO2分子中各原子共面,且原子之间均有相互平行的p轨道,可以形成大Π键,水分子中氢原子没有p轨道,不能形成大Π键,CCl4是正四面体构型,各原子不共面,不能形成大Π键,因此微粒中存在“离域Π键”的是AD。②与CO2互为等电子体,均为直线形结构,根据二氧化碳的结构可以判断出中σ键为2个,该离子中两边的氮原子各提供1个电子,中间的氮原子提供2个电子形成大Π键,所以形成的大π键可表示为。(5)由晶体结构示意图可知,与铝原子连接的氮原子构成的是正四面体结构,与N原子连接的Al原子构成的也是正四面体结构,则晶体中若铝原子处于立方体顶点,晶胞截图为,与顶点的铝原子距离最近的为面心上的3个铝原子,且通过该铝原子可以形成8个晶胞,每个铝原子被计算了2次,因此与1个铝原子周围距离最近的铝原子数为(3×8)×=12;在晶体结构中取出最小单元如图:,底面为菱形,处于对位的两个角分别为60°和120°,含有铝原子的个数:×4+×4+1=2,含有氮原子的个数:×2+×2+1=2,因此1个该结构单元中含有2个AlN,1个晶胞的体积V=b×b×sin60°×anm3,所以晶体的密度ρ=g·cm-3=g·cm-3。3.答案:(1)4d95s25p1 基态(2)> 原子半径:N<P,电负性:N>P,NH3更易结合水电离出的H+(3)As>Se>Ge (4)sp3 19NA c(5)(,1,) 解析:(1)Cd元素与Zn元素同族且相邻,所以Cd原子的外围电子排布应为4d105s2,基态原子将4d能级的一个电子激发进入5p能级得到激发态原子,所以该激发态原子的外围电子排布式为4d95s25p1;基态原子的能量最低最稳定,所以基态原子的第一电离能相对较大。(2)原子半径:N<P,电负性:N>P,NH3更易结合水电离出的H+,所以NH3
的水溶液的碱性更强。(3)同周期主族元素自左至右第一电离能呈增大趋势,但As原子的4p能级为半充满状态,更稳定,所以第一电离能:As>Se>Ge。(4)根据对氨基苯胂酸的结构简式可知As原子与周围原子形成4个σ键(AsO键中有一个σ键和一个π键),且不含孤电子对,所以杂化轨道类型为sp3杂化;苯环上6个碳原子之间有6个C—Cσ键,还有4个C—Hσ键,AsO键中有一个σ键和一个π键,其他As—O键、N—H键、H—O键、C—N键均为σ键,所以一个对氨基苯胂酸分子中有19个σ键,则1mol对氨基苯胂酸中含σ键数目为19NA;其含有的化学键类型有σ键、苯环中的大π键和AsO键中的π键,氢键不是化学键,该物质为共价化合物,不含离子键,所以选c。(5)①号位在底面的投影应位于底面对角线的处,根据①号位的坐标为(),可知该坐标系中晶胞的棱长为1,③号位碳原子在底面的投影位于底面棱心上,所以x、y坐标分别为、1,③号位碳原子位于右侧面的面心,所以z坐标为,则该原子的坐标为(,1,)。根据均摊法,该晶胞中As原子的个数为8×+6×=4,Cd原子的个数为6,所以晶体的化学式为Cd3As2,砷化镉的摩尔质量为Mg·mol-1,则晶胞的质量m=g,晶胞参数为apm,则晶胞的体积V=a3pm3=(a×10-10)3cm3,所以晶胞的密度ρ=g·cm-3。4.答案:(1)3d104s1 跃迁 (2)6 sp3(3)Cu2X 8 (4)V形 <(5)×107解析:(1)Cu原子的核外电子数为29,根据核外电子排布原理,外围电子排布式为3d104s1;基态铜原子在灼烧时外围电子获得能量,发生跃迁而变为激发态,焰色反应为绿色。(2)1个松脂酸铜中含有6个双键,则含有6个π键;加“*”碳原子形成4个σ键,没有孤对电子,杂化轨道数目为4,采取sp3杂化。(3)该晶胞中Cu原子的数目为4,X原子的数目为1+8×=2,故化学式为Cu2X,体心X原子与晶胞顶点的X原子距离为晶胞棱长的倍,而位于面心对角线X原子之间距离为晶胞棱长的倍,故体心X原子与晶胞顶点的X原子距离最近,X原子的配位数为8。(4)S原子孤对电子数为=1、价层电子对数为2+1=3,故其立体构型为V形;同主族自上而下第一电离能减小,则第一电离能:S<O。(5)黄铜合金可以表示为Cu3Zn,为面心立方晶胞,根据化学式可知,Zn位于顶点上,Cu位于面心上,该晶胞中含有1个Zn原子,3个Cu原子,晶胞体积为cm3,所以晶胞的边长为cm=×107nm。5.答案:(1)3d104s1 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子(2)平面三角形 (3)sp2和sp3 10(4)CH3OH分子间可以形成氢键(5)①8 ②4 ③×1010解析:(1)铜为29号元素,基态铜原子的价电子排布式为3d104s1;基态Zn原子的价电子排布式为3d104s2,为全充满稳定结构,较难失电子,所以I1(Zn)>I1(Cu)。(2)C中碳原子的价层电子对数=3+=3,立体构型为平面三角形。(3)中含有两种碳原子,杂化方式分别为sp2和sp3;中1
个碳氧双键含1个σ键,共含10个σ键。(4)CH3OH分子间可以形成氢键,使沸点升高。(5)①根据晶胞的结构可知,Ce原子的周围有8个O原子,故Ce原子的配位数为8。②每个晶胞中含4个Ce原子,8个O原子。光照时,晶胞中1个氧原子变为空位,失去电子数为2,则有2个Ce原子变为+3价,故4个面心上的Ce原子被还原。③晶胞质量为g,密度为7.13g·cm-3,则晶胞边长a=×1010pm。6.答案:(1)2 [Ar]3d8 (2)Mn失去两个电子后价电子排布为3d5,处于半满的稳定状态,而铁失去三个电子能形成3d5的半满稳定状态(3)2[Co(CN)6]4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH- NA sp杂化 (4)Co2+与氨配位后更容易被氧化(5)6 ×1021解析:(1)基态Ni原子核外电子排布式是[Ar]3d84s2,有2个未成对电子,Ni原子失去最外层2个电子得到Ni2+,Ni2+核外电子排布式为[Ar]3d8;(2)Mn失去两个电子后价电子为3d5,处于半满的稳定状态,而铁失去三个电子能形成3d5的半满稳定状态,所以I3(Mn)大于I3(Fe);(3)[Co(CN)6]4-是强还原剂,与水反应能生成[Co(CN)6]3-,根据得失电子守恒,反应同时生成氢气,该反应的离子方程式是2[Co(CN)6]4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH-;CN-的结构式是[C≡N]-,1molCN-含有σ键的数目为NA,该离子中C的杂化方式为sp杂化;(4)Co2+与氨配位后更容易被氧化,所以H2O2能快速将其氧化为[Co(NH3)6]3+;(5)根据均摊法,该晶胞中含有的原子个数为12×+2×+3=6,该晶胞的底面边长为anm,高为bnm,晶胞的体积为a2b×10-21cm3,则晶胞密度为×1021g·cm-3。7.答案:(1) (2)N>O>C(3)4 Ni(CO)4属于非极性分子,易溶于非极性溶剂中(4)10 sp2 (5)Fe3C mol-1解析:(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,则价电子轨道排布图为。(2)C、N、O是同周期主族元素,随核电荷数的增大,第一电离能呈增大趋势,但N原子的2p3轨道是半充满结构,相对稳定,则三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。(3)Ni的价电子数为10,每个配体提供一个电子对,则10+2n=18,n=4;Ni(CO)4属于非极性分子,苯和四氯化碳均为非极性溶剂,根据“相似相溶”原理,该化合物易溶于苯及四氯化碳等有机溶剂。(4)单键均为σ键,则一个环戊二烯基负离子中σ键总数为10;结构中碳原子的价层电子对数均为3,则C原子的杂化轨道类型为sp2杂化。(5)该合金的晶胞中Fe原子数为4×+10×=6,C原子数为8×+1=2,则合金的化学式为Fe3C;该晶胞的质量为g,晶胞的体积为abc×10-30cm3,根据ρ=g·cm-3可知,NA=mol-1。
