非选择题专项练（六） 物质结构与性质综合题 时间:45分钟
分值:90分
1.(15分)氮、磷、砷(As)是第ⅤA族的三种非金属元素。
(1)磷的基态原子核外未成对电子数为 ,As的基态原子的最外层电子排布式为 。
(2)C、N、O、F元素的第一电离能由大到小的顺序是 。
(3)沸点。
(4)H可与NH3形成N
+
与相比较,前者沸点 (填“高于”或“低于”)后者
,N中N原子采取 杂化。N中H—N—H键角比NH3中H—N—H
键角 (填“大”或“小”)。 (5)P
的立体构型为 。HNO3酸性强于H3PO4的原因是
。 (6)磷化铝的结构与金刚石相似,其晶胞结构如图所示,该晶体的密度为ρ g·cm,则P与Al之间的最短距离为 cm(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
-3
2.(15分)元素X是地壳中含量最多的元素;元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子;元素Z位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。 (1)X基态原子的电子排布式为 。
(2)X的氢化物(H2X)在乙醇中的溶解度大于H2Y,其原因是 。
(3)在Y的氢化物(H2Y)分子中,Y原子轨道的杂化类型是 。 (4)Y与X可形成Y①Y
。
的立体构型为 (用文字描述)。
②写出一种与Y互为等电子体的分子的化学式 。
(5)Y与Z所形成化合物晶体的晶胞如图所示,该化合物的化学式为 。其晶胞边长为540.0
pm,密度为 (列式并计算),a位置Y与b位置Z之间的距离为 (列式表示)。
(6)Z的氯化物与氨水反应可形成配合物[Z(NH3)4]Cl2,2 mol该配合物中含有σ键的数目为 。
3.(15分)铝、铁和铜都是日常生活中常见的金属,有着广泛的用途。请回答下列问题: (1)铝原子的价电子排布图为 。
(2)K3[Fe(CN)6]溶液可用于检验Fe,实验现象是 。CN与N2互为等电子体,则CN的电子式为 。
(3)向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水,首先形成难溶物,继续加氨水,难溶物溶解,得到深蓝色的透明溶液;若加入极性较小的溶剂(如乙醇),将析出深蓝色的晶体。与铜同一周期的副族元素的基态原子中最外层电子数与铜原子相同的元素为 (填元素符号)。实验时形成的深蓝色溶液中的阳离子的化学式为 。S轨道类型为 。
(4)某种Al-Fe合金的晶胞如图所示,该合金的化学式为 。若晶胞的边长为a nm,则合金的密度为 g·cm。
-3
-2+
-
的立体构型为 ,其中S原子的杂化
4.(15分)(1)太阳能热水器吸热涂层常使用一种以镍或镍合金制成的空心球作吸收剂,基态镍原子的外围电子排布式为 。 (2)Mn和Fe的部分电离能数据如下表:
元素 Mn Fe I1 电离能I2 /(kJ·mol) I3 2+
-1717 759 1 509 1 561 3 248 2 957 2+
根据表中数据可知,气态Mn再失去一个电子比气态Fe再失去一个电子难,其原因是
。
(3)由氧、镍和碳三种元素组成的化合物四羰基镍[Ni(CO)4]为无色挥发性剧毒液体,熔点为-25 ℃,沸点为43 ℃,不溶于水,易溶于乙醇、乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂。四羰基镍的晶体类型是 ,写出一种与其配体互为等电子体的物质的化学式 。
(4)血红素铁是血液的重要组成部分,其结构如下图。其中C原子的杂化方式为 ,N与Fe之间存在的相互作用是 。在人体内合成血红素铁的基本原料之一为甘氨
酸(),甘氨酸分子中的σ键和π键的个数比为 。
(5)Ni和Fe的半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiO FeO(填“<”或“>”)。
2+
2+
(6)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分钡钛矿的晶体结构如图所示,边长为a cm。顶点位置被Ti所占据,体心位置被Ba所占据,所有棱心位置被O所占据。 ①O元素与H元素形成的简单化合物的空间构型为 。 ②写出该晶体的化学式: 。
③若该晶体的密度为ρ g·cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则a= 。
5.(15分)有些食物中铁元素含量非常丰富,其中非血红素铁是其存在形式之一,主要是三价铁与蛋白质和羧酸结合成的配合物。
-3
4+
2+
2-
(1)Fe的电子排布式为 。
(2)配合物Fe(CO)5的配体是 ;常温下,Fe(CO)5为黄色液体,易溶于非极性溶剂,熔点为251 K,沸点为376 K,据此,可判断Fe(CO)5晶体属于 晶体(填“离子”“原子”“分子”或“金属”)。
(3)金属晶体可看成是金属原子在三维空间中堆积而成的,单质铁中铁原子采用钾型模式,原子空间利用率为68%,铁原子的配位数为 。
(4)乙醛能被氧化剂氧化为乙酸,乙醛中碳原子的轨道杂化类型是 ;1 mol乙醛分子中含有的σ键的数目为 。
(5)FeO晶胞结构如图所示,其中Fe的配位数为 。若该晶胞边长为b cm,则该晶体的密度为 g·cm。
-3
2+
3+
6.(15分)硼及其化合物的研究在无机化学的发展中占有独特的地位。
(1)硼元素有B和B两种天然稳定同位素,在基态B原子的价电子中存在 对自旋方向相反的电子。第一电离能介于B与N之间的第二周期元素有 种。
(2)目前已制得二十多种硼氢化合物,如乙硼烷(B2H6)、丁硼烷(B4H10)等在能源方面前景可期。 ①NH3能通过配位键与硼元素的某种氢化物作用得到化合物M,M是一种新的储氢材料,加热M会缓
慢释放出H2,并转化为化合物N,M、N分别是乙烷、乙烯的等电子体。M的结构式为 (须标出配位键),氮原子在M、N分子中的杂化方式分别为 。 ②B2H6可作火箭燃料,将B2H6气体通入H2O中的反应为B2H6+6H2O中所涉及元素的电负性从小到大的顺序为 。
③以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),NaBH4是有机合成中的重要还原剂,可将羧基直接还原成醇。
2H3BO3+6H2↑,据此可判断反应
10
11
11
上图中乙酸分子键角1>键角2,其原因为 。
(3)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,如图
Ⅰ所示。
①图Ⅱ是磷化硼沿Z轴的投影图,请在图Ⅱ中圆球上涂“●”和画“×”分别表明B与P的相对位置。
②已知晶胞边长为a pm,则磷化硼的密度是 g/cm(只要求列算式)。
3
答案精解精析
1.答案 (1)3(1分) 4s4p(1分) (2)F>N>O>C(2分) (3)高于(1分) (4)sp(2分) 大(2分)
(5)正四面体形(2分) HNO3和H3PO4可分别表示为(HO)NO2、(HO)3PO,前者非羟基氧原子数目较多,且N的电负性大,导致N—O—H中O的电子向N偏移,在水分子的作用下容易电离出H(2分)
+
3
2
3
(6)×(2分)
2
3
解析 (1)磷的基态原子的核外电子排布式为[Ne]3s3p,其3p轨道上的3个电子是未成对电子。As元素基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d4s4p,最外层电子排布式为4s4p。(2)同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势,但N原子的2p能级有3个电子,为半充满的稳定状态,失去电子需要的能量较高,故其第一电离能高于同周期右侧相邻元素。(3)间氢键,而的沸点要高。(4)N
可形成分子
10
2
3
2
3
形成的主要是分子内氢键,分子间氢键使物质的沸点升高,所以前者比后者的中心原子的价层电子对数为(5+4-1)/2=4,故N原子采取sp杂化;N
3
3
、
NH3中N原子均采取sp杂化,NH3中N原子有1对孤电子对,N多,对成键电子对的排斥作用越大,键角越小。(5)P
中N原子无孤电子对,孤电子对越
中P原子的价层电子对数为(5+3)/2=4,
不含孤电子对,故为正四面体结构;含氧酸的通式可表示为(HO)mROn,n越大,R的电负性越大,R—O—H中O的电子越向R偏移,在水分子的作用下,也就越容易电离出H,即酸性越强。(6)
+
每个晶胞中含有8×1/8+6×1/2=4个Al原子和4个P原子,则一个晶胞的质量为 g,晶体的
密度为ρ g·cm,则晶胞的边长为
-3
cm,P与Al之间的最短距离是晶胞体对角线的,即
× cm。
2.答案 (除标注外,其余每空2分) (1)1s2s2p(1分)
(2)水分子和乙醇分子间能形成氢键(1分) (3)sp
32
2
4
(4)①三角锥形 ②NCl3或PCl3等
(5)ZnS(1分) ×
×540.0 pm=135
pm
23
≈4.1 g·cm
-3
(6)32NA或32×6.02×10
解析 由题给条件知,X、Y、Z分别是O、S、Zn。(1)O的基态原子的电子排布式为1s2s2p。(2)因为水分子和乙醇分子间能形成氢键,所以H2O在乙醇中的溶解度大于H2S在乙醇中的溶解度。(3)H2S中S采取sp杂化。(4)①S
3
2
2
4
中S原子价层电子对数为(6+2)/2=4,孤电子对数为1,其立
体构型是三角锥形。②等电子体的原子数相同,分子(或离子)中价电子总数也相同,NCl3、PCl3等都是S
的等电子体。(5)晶胞中S位于顶点和面心,共有8×+6×=4个;Zn位于晶胞内部,
共4个,则晶胞中平均含有4个“ZnS”,一个晶胞的质量为,一个晶胞的
体积为(540.0×10cm),则密度为之间的距离为体对角线的,体对角线长度为×
×540.0 pm=135
-103
≈4.1 g·cm;a位置S与b位置Zn
×540.0 pm,则a位置S与b位置Zn之间的距离为
-3
pm。(6)锌的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,计算σ键的
数目时既要考虑配体中的σ键,也要考虑配体与中心原子之间的配位键,因此2 mol该配合物中含有σ键的数目为32NA或32×6.02×10。
23
3.答案 (1) (2分)
-
(2)产生蓝色沉淀(1分) [∶C⋮⋮N∶](2分)
(3)Cr(1分) [Cu(NH3)4](2分) 正四面体形(1分) sp杂化(2分)
2+
3
(4)Fe2Al(或AlFe2,2分) (2分)
解析 (1)铝的核电荷数是13,则价电子排布图为
--
。(2)含Fe的溶液与K3[Fe(CN)6]
10
1
2+
溶液反应生成蓝色沉淀;CN的电子式为[∶C⋮⋮N∶]。(3)铜的外围电子排布式为3d4s,铬的外围
电子排布式为3d4s,它们的最外层电子数相同。S子对数为(6+2-4×2)÷2=0,所以S
3
51
中S原子的价层电子对数为=4,孤电
的立体构型是正四面体形,其中S原子的杂化轨道类型是
sp杂化。(4)晶胞中含有Fe原子数为×8+×12+×6+1=8,含有Al原子数为4,因此化学式为
Fe2Al(或AlFe2)。设该晶胞的密度为ρ,则有ρ×(a×10cm)=
-73
×(56×2+27)g,则
ρ= g·cm。
8
2
2+
3+
5
-3
4.答案 (1)3d4s(1分) (2)Mn转化为Mn时,3d能级由较稳定的3d半充满状态转变为不稳定的3d状态,而Fe转化为Fe时,3d能级由不稳定的3d状态转变为较稳定的3d半充满状态(2分) (3)分子晶体(1分) N2(1分) (4)sp、sp杂化(2分) 极性共价键、配位键(2分) 9∶1(1
2
3
4
2+
3+
6
5
分) (5)>(1分) (6)①V形(1分) ②BaTiO3(1分) ③(2分)
8
2
解析 (1)Ni是28号元素,基态镍原子的外围电子排布式为3d4s。(3)四羰基镍[Ni(CO)4]的熔、沸点较低,所以四羰基镍的晶体类型是分子晶体;该物质的配体是CO,与CO互为等电子体的分子是N2。(4)血红素铁中C原子的杂化方式为sp、sp杂化。N与Fe之间存在的相互作用力是极性共价键、配位键。甘氨酸分子中的共价单键是σ键,一个双键中有一个σ键和一个π键,故σ键与π键的个数比为9∶1。(5)NiO与FeO形成的晶体都是离子晶体,构成离子晶体的离子半径越小,电荷数越多,晶格能越大,熔点就越高,Ni的半径小于Fe的半径,所以NiO的熔点大于FeO的熔点。(6)①O元素与H元素形成的简单化合物H2O的空间构型为V形。②根据晶胞结构图可知:一个晶胞中Ba个数为1,Ti个数为8×1/8=1,O个数为12×1/4=3,所以该晶体的化学式为BaTiO3。③由于晶胞为立方体,边长为a cm,一个晶胞中含有一个“BaTiO3”,若该晶体的密度为ρ
2+
4+
2-2+
2+
2
3
g·cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度ρ==5.答案 (1)1s2s2p3s3p3d或[Ar]3d(2分) (2)CO(1分) 分子(1分) (3)8(2分)
(4)sp、sp(2分) 6×6.02×10或6NA(2分)
2
3
23
2
2
6
2
6
5
5
-3
=,可得a=。
(5)6(2分) (3分)
2
2
6
2
6
6
2
6
2
3+
解析 (1)Fe的原子序数为26,核外电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s或[Ar]3d4s,故Fe的电子排布式为1s2s2p3s3p3d或[Ar]3d。(2)Fe(CO)5的配体为CO。Fe(CO)5的熔、沸点低,故其为分子晶体。(3)钾型堆积为体心立方堆积,故铁原子的配位数为8。(4)CH3CHO中甲基碳原子为sp
3
2
2
6
2
6
5
5
杂化,而醛基碳原子为sp杂化。CH3CHO的结构式为
2
,单键为σ键,1个双键中含1个
2+
2-
σ键、1个π键,故1 mol CH3CHO中含有6 mol σ键。(5)该晶胞中Fe周围最近且等距离的O
2+
2+
2-
有6个,故Fe的配位数为6。该晶胞中含有4个Fe、4个O,则晶体密度为
=
g·cm。
-3
6.答案 (除标注外,每空2分,共15分) (1)1(1分) 3
(2)①②B 32 ③碳氧双键比碳氧单键成键电子对多,排斥力强,故键角1较大 (3)① ② 2 1 解析 (1)基态硼原子的价电子排布式为2s2p,根据泡利不相容原理可知,价电子中存在1对自旋方向相反的电子。第一电离能介于B与N之间的第二周期元素有Be、C、O。 (2)①根据等电子体的概念,可判断M为NBH6,等电子体的结构相似,因此M的结构式为 3 , 配位键的箭头应指向硼原子,其中氮原子的杂化方式为sp。结合题意可知N的结构式为 ,其中氮原子的杂化方式为sp。 ②根据方程式可判断,在B2H6中氢元素显负价,则电负性H大于B;在H2O中氢元素显正价,则电负性O大于H。 2 (3)②1 pm=10cm,一个晶胞的质量为 -10 g,则磷化硼的密度为 = g/cm。 3 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容