人教版化学高中化学一轮复习 物质结构与性质 专题集训练习详细解析.docx
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人教版化学高中化学一轮复习物质结构与性质专题集训练习详细解析
物质结构与性质专题集训练习
1.已知A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素,A的周期数等于其主族序数,B原子的价电子排布为nsnnpn,D是地壳中含量最多的元素。
E是第四周期p区的元素且最外层只有2对成对电子,F是29号元素。
(1)B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
(2)BD
中心原子杂化轨道的类型为________杂化;CA
的空间构型为________。
(3)基态E原子的价电子排布图________________________。
(4)1molBC-中含有π键的数目为________。
(5)比较D、E元素最简单氢化物的沸点高低:
__________________(用化学式表示)。
(6)C、F两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示,顶点为C原子。
则该化合物的化学式是________________,C原子的配位数是________。
若相邻C原子和F原子间的距离为acm,阿伏加德罗常数为NA,则该晶体的密度为________g/cm3(用含a、NA的符号表示)。
答案
(1)N>O>C
(2)sp2 正四面体
(3)
(4)2NA (5)H2O>H2Se
(6)Cu3N 6 103/4a3NA
解析 根据题给信息,A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素,A的周期数等于其主族序数,B原子的价电子排布为nsnnpn,D是地壳中含量最多的元素,则A为H,B为碳,D为氧,则C为氮元素,E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子,则E为Se,F元素的原子序数为29,F为铜。
则
(1)同周期自左向右第一电离能逐渐减小,但N元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,第一电离能大于氧元素,则B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
(2)CO
中心原子碳原子的价层电子对数=3+
=3,因此其杂化轨道的类型为sp2杂化;NH
的空间构型为正四面体。
(3)Se的原子序数是34,则根据核外电子排布规律可知基态Se原子的价电子排布图为
。
(4)CN-离子中C、N间为C≡N,1molCN-中含有π键的数目为2NA。
(5)水分子间存在氢键,则氢化物沸点为H2O>H2Se。
(6)根据晶胞的结构可知黑球是Cu,其个数是12×
=3,白球是N,其个数为8×
=1,所以化合物的化学式Cu3N;顶点的N3-(1/8)对应的三条棱上有3个Cu+(1/4),故N3-∶Cu+=1/8∶3/4=1∶6,其配位数是6。
晶胞的体积是V=(2a)3cm3,质量为206/NA,故密度为103/4a3NAg/cm3。
2.W、X、Y、Z、R为前四周期元素,且原子序数依次增大。
XY2是红棕色气体;X与氢元素可形成XH3;Z基态原子的M层与K层电子数相等;W是形成有机物种类最多的元素;R2+的3d轨道中有9个电子。
请回答:
(1)Y基态原子的电子排布式是________;Y和W形成的三原子分子是________(填“极性”或“非极性”)分子。
(2)X与氢元素可形成的化合物XH3的中心原子杂化轨道类型为________杂化,XY
的立体构型是________。
(3)Z所在周期中第一电离能最大的主族元素Q名称________。
比较沸点高低:
XY2________ZY。
(4)Z与某元素形成的化合物的晶胞如左下图所示,晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。
(5)R晶胞结构如右上图所示,R晶体中每个R原子周围距离最近的R原子数目为________。
答案
(1)1s22s22p4 非极性
(2)sp3 V形
(3)氯 <(或者填“小于”“低于”)
(4)2∶1
(5)12
解析 分子式为XY2的红棕色气体为NO2,则X为N元素,Y为O元素,M层与K层电子数相等的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s2,则Z为Mg元素,+2价离子的3d轨道上有9个电子的原子的外围电子排布为3d104s1,则R为Cu元素,W是形成有机物种类最多的元素,则W为C元素。
(1)根据上述推断,Y为O元素,O元素基态原子的电子排布式为1s22s22p4;Y和W分别为O、C,O、C形成的三原子分子是CO2,CO2的结构式为O
,该分子正负电荷重心重叠,是非极性分子。
(2)X为N元素,N元素与氢元素形成化合物NH3,根据价层电子对互斥理论可知,在NH3分子中,成键电子对数为3+(5-1×3)÷2=4,所以中心原子杂化轨道类型为sp3杂化;XY
为NO
,中心原子氮原子价层电子对数为
=3,杂化轨道类型为sp2杂化,其中一个杂化轨道中容纳有1对孤对电子,所以NO
的立体构型是V形。
(3)根据上述推断,Z为Mg元素,位于第三周期,同周期元素,从左到右第一电离能逐渐增大,所以Mg所在周期中第一电离能最大的主族元素Q名称为氯;XY2为NO2,ZY为MgO,常温常压下,NO2是气体,而MgO是固体,所以沸点高低:
NO2<MgO。
(4)由晶胞结构可看出,阳离子位于顶点和体心,阳离子个数=1/8×8+1=2个,阴离子位于面上和体内,阴离子个数=1/2×4+2=4个,阴离子与阳离子个数比为2∶1。
(5)根据晶胞结构可知,处于顶点上的粒子,离它最近的粒子位于面心上,则R晶体中每个R原子周围距离最近的R原子数目为3×8÷2=12。
3.短周期元素a、b、c、d的原子序数依次增大,c和d位于同主族且原子序数相差8;基态a原子核外有3个能级上容纳电子且每个能级上电子数相等,c原子s能级电子总数与p能级电子数相等,基态e原子的M层上有2个未成对电子且无空轨道。
(1)在a、b、c中,第一电离能由大到小排序为________(用元素符号表示);基态e原子的价层电子排布式为________。
(2)配合物e(ac)4在常温下呈液态,易溶于四氯化碳、苯等有机溶剂。
固态e(ac)4的晶体类型是________。
已知(dab)2分子中含非极性键,分子中每个原子最外层都达到8个电子稳定结构,1mol(dab)2分子含σ键的数目为________。
(3)写出一种与dab-互为等电子体的分子________(填化学式)。
ac
的中心原子杂化类型为________;dc
的空间构型为________。
(4)ec晶胞结构如图所示,其晶胞参数为apm,列式计算该晶胞的密度为_______g·cm-3(不必计算出结果,阿伏加德罗常数的值为NA),晶胞中e粒子的配位数为________。
(5)人工合成的ec晶胞存在缺陷,即阳离子有+3、+2价两种。
某人工合成的晶体样品组成为e0.96c,则该晶体中+3价、+2价两种离子的个数之比为________。
答案
(1)N>O>C 3d84s2
(2)分子晶体 5×6.02×1023
(3)CO2(或N2O) sp2 三角锥形
(4)
6
(5)1∶11
解析 短周期元素a、b、c、d的原子序数依次增大,基态a原子核外有3个能级上容纳电子且每个能级上电子数相等,a为C元素;c原子s能级电子总数与p能级电子数相等,c为O元素;则b为N元素;c和d位于同主族且原子序数相差8;则d为S元素;基态e原子的M层上有2个未成对电子且无空轨道,电子排布为3d84s2,为Ni元素。
(1)N原子的2p轨道为半充满状态,较为稳定,第一电离能由大到小排序为N>O>C,基态e原子的价层电子排布式为3d84s2。
(2)配合物Ni(CO)4在常温下呈液态,易溶于四氯化碳、苯等有机溶剂,固态时构成分子晶体。
已知(SCN)2分子中含非极性键,分子中每个原子最外层都达到8个电子稳定结构,(SCN)2的结构为
1mol(SCN)2分子含σ键的数目为5×6.02×1023。
(3)与SCN-互为等电子体的分子有CO2(或N2O),CO
中C的价层电子对数=3+
(4+2-2×3)=3,杂化类型为sp2,SO
中S的价层电子对数=3+
(6+2-2×3)=4,杂化类型为sp3,空间构型为三角锥形。
(4)晶胞中O2-离子数目为1+12×
=4,Ni2+数目为8×
+6×
=4,故晶胞质量为4×
g,晶胞体积为(a×10-10cm)3,故晶胞密度为
g·cm-3=
g·cm-3,以顶点Ni2+离子研究,与之最近的O2-离子位于棱中间且关于Ni2+离子对称,故Ni2+的配位数为6。
(5)设1molNi0.96O中含Ni3+xmol,Ni2+为(0.96-x)mol,晶体呈电中性,可知3x+2×(0.96-x)=2×1,解得x=0.08mol,故Ni2+为(0.96-x)mol=0.88mol,Ni3+、Ni2+的数目之比=0.08∶0.88=1∶11。
4.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)SO
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SO
,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。
5.早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。
回答下列问题:
(1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过________区别晶体、准晶体和非晶体。
(2)基态Fe原子有________个未成对电子,Fe3+的电子排布式为________。
可用硫氰化钾检验Fe3+,现象是___________________。
(3)根据价层电子对互斥理论判断:
SO
的立体构型为________,H3O+的立体构型为________。
(4)新制的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。
乙醛中碳原子的杂化轨道为________,1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________________。
Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有______个铜原子。
(5)Al单质为面心立方晶体,其晶胞如图。
晶胞中铝原子的配位数为________。
答案
(1)X-射线衍射法
(2)4 1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5) 形成血红色溶液
(3)正四面体 三角锥形
(4)sp3、sp2 6NA 16
(5)12
解析
(1)从外观无法区分三者,但用X光照射会发现:
晶体对X射线发生衍射,非晶体不发生衍射,准晶体介于二者之间,因此通过有无衍射现象即可确定。
(2)26号元素Fe基态原子核外电子排布式为
1s22s22p63s23p63d64s2,可知在3d上存在4个未成对电子,失去电子变为铁离子时,先失去4s上的2个电子,后失去3d上的1个电子,因此Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,硫氰化铁为血红色。
(3)SO
中心原子S原子成4个σ键、没有孤对电子,价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=4+0=4,杂化轨道数为4,采取sp3杂化,SO
的VSEPR构型是正四面体;H3O+的中心原子O价层电子对个数=3+
(6-1-1×3)=4,采取sp3杂化,有一对孤电子对,分子构型为三角锥形。
(4)乙醛中甲基上的C形成4条σ键,无孤电子对,因此采取sp3杂化类型,醛基中的C形成3条σ键和1条π键,无孤电子对,采取sp2杂化类型;1个乙醛分子含有6个σ键和一个π键,则1mol乙醛含有6molσ键,即6NA个σ键;该晶胞中O原子数为4×1+6×
+8×
=8,由Cu2O中Cu和O的比例可知该晶胞中铜原子数为O原子数的2倍,即为16个。
(5)在Al晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上,面心占
,通过一个顶点可形成8个晶胞,因此该晶胞中铝原子的配位数为8×3×
=12。
6.X、Y、Z、W、R、Q为前30号元素,且原子序数依次增大。
X是所有元素中原子半径最小的,Y有三个能级,且每个能级上的电子数相等,Z原子的未成对电子数在同周期元素中最多,W形成的单质是空气的主要成分之一,R与Y同一主族,Q的最外层只有一个电子,其他电子层电子均处于饱和状态。
请回答下列问题:
(1)Q+核外电子排布式为______________________________;
(2)化合物YX4中Y的杂化方式为________________,ZW
离子的立体构型是________。
(3)Y、R的最高价氧化物的沸点较高的是________(填化学式),原因是__________________________________________________。
(4)Q元素可形成一种化合物[Q(NH3)4]SO4,该物质中含化学键有________________。
(5)Y有多种同素异形体,其中一种同素异形体的晶胞结构如图,该晶体一个晶胞中Y原子数为________,Y原子的配位数为________,若晶胞的边长为apm,晶体的密度为ρg/cm3,则阿伏加德罗常数的数值为________________________(用含a和ρ的代数式表示)。
答案
(1)1s22s22p63s23p63d10
(2)sp3 平面三角形
(3)SiO2 SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体
(4)配位键,极性共价键,离子键
(5)8 4
解析 X、Y、Z、W、R、Q为前30号元素,且原子序数依次增大,X是所有元素中原子半径最小的,则X为H元素;Y有三个能级,且每个能级上的电子数相等,核外电子排布为1s22s22p2,故Y为C元素;R与Y同一主族,结合原子序数可知,R为Si,而Z原子单电子数在同周期元素中最多,则外围电子排布为ns2np3,原子序数小于Si,故Z为N元素;W形成的单质是空气的主要成分之一,则W为O元素;Q的最外层只有一个电子,其他电子层电子均处于饱和状态,不可能为短周期元素,原子序数小于30,故核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1,则Q为Cu元素。
(1)Cu+核外电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d10。
(2)化合物CH4中C采取sp3杂化,NO
离子中N原子孤电子对数为
×(5+1-3×2)=0、价层电子对数为3+0=3,故其立体构型是平面三角形。
(3)Y、R的最高价氧化物分别为二氧化碳、二氧化硅,SiO2为原子晶体,CO2为分子晶体,故沸点较高的是SiO2。
(4)化合物[Cu(NH3)4]SO4中含有配位键,极性共价键,离子键。
(5)该晶体一个晶胞中Y原子数为:
4+8×
+6×
=8;每个Y与周围的4个Y原子相邻,故Y原子的配位数为4;若晶胞的边长为apm,则晶胞体积为(a×10-10)3cm3,晶体的密度为ρg/cm3,则晶胞质量为(a×10-10)3cm3×ρg/cm3=ρa3×10-30g,则8×
g=ρa3×10-30g,故NA=
。
7.硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素,可以形成多种化合物。
(1)基态硒原子的价层电子排布图为______________。
(2)锗、砷、硒的第一电离能大小排序为____________(用元素符号表示)。
(3)SeO
的中心原子杂化类型是________;SeO
的立体构型是________;与SeO
互为等电子体的分子有________(写一种物质的化学式即可)。
(4)H2Se属于________(填:
极性或非极性)分子;比较H2O、H2Se的沸点高低:
H2O________H2Se(填“>”“<”或“=”),其原因是______________________________________________________。
单质硒的熔点为217℃,它属于________晶体。
(5)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶胞中硒原子的配位数为________;若该晶胞密度为ρg·cm-3,硒化锌的摩尔质量为Mg·mol-1。
NA代表阿伏加德罗常数,则晶胞参数a为________pm。
答案
(1)
(2)As>Se>Ge
(3)sp3 三角锥形 CCl4(或SiF4)
(4)极性 > 水分子之间有氢键 分子
(5)4
×1010
解析
(1)硒为34号元素,有6个价电子,所以硒的价层电子排布式为4s24p4,价层电子排布图为
。
(2)同一周期中,元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第VA族元素第一电离能大于相邻元素,所以Ge、As、Se三种元素的第一电离能的大小顺序是:
As>Se>Ge。
(3)SeO
的中心原子的价层电子对数为3+
×(6+2-2×3)=4,所以Se杂化方式为sp3杂化,SeO
的中心原子Se的孤电子对数为
×(6+2-2×3)=1,所以SeO
的立体构型是三角锥形,等电子体是指价电子和原子数都相等的微粒,与SeO
互为等电子体的分子有CCl4(或SiF4)。
(4)H2Se分子中有孤电子对,所以H2Se属于极性分子;水分子间存在氢键,所以水的沸点高于H2Se的沸点;单质硒的熔点为217℃,因此它属于分子晶体。
(5)根据硒化锌晶胞结构图可知,每个锌原子周围有4个硒原子,每个硒原子周围也有4个锌原子,所以硒原子的配位数为4,该晶胞中含有硒原子数为8×
+6×
=4,含有锌原子数为4,根据ρ=
=
,所以V=
,则晶胞的边长为
cm=
×1010pm。
8.钛呈银白色,因它坚硬、强度大、耐热、密度小,被称为高技术金属。
目前生产钛采用氯化法,即将金红石或钛铁矿与焦炭混合,通入氯气并加热制得TiCl4:
2FeTiO3+7Cl2+6C
2TiCl4+2FeCl3+6CO; TiO2+2Cl2+2C
TiCl4+2CO
将TiCl4蒸馏并提纯,在氩气保护下与镁共热得到钛:
TiCl4+2Mg
Ti+2MgCl2
MgCl2和过量Mg用稀盐酸溶解后得海绵状钛,再在真空熔化铸成钛锭。
请回答下列问题:
(1)基态钛原子的价电子排布式为
__________________________________________________________。
(2)与CO互为等电子体的离子为__________________(填化学式)。
(3)在CH2Cl2、C6H6、CO2、C2H4中,碳原子采取sp杂化的分子有________。
(4)TiCl4在常温下是无色液体,在水或潮湿空气中易水解而冒白烟。
则TiCl4属于________(填“原子”“分子”或“离子”)晶体。
(5)与钛同周期的另一种元素钴(Co)可形成分子式均为Co(NH3)5BrSO4的两种配合物,其中一种化学式为[Co(NH3)5Br]SO4,往其溶液中加BaCl2溶液时,现象是________;往另一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时,无明显现象,若加入AgNO3溶液时,产生淡黄色沉淀,则第二种配合物的化学式为______________。
(6)在自然界中TiO2有金红石、板钛矿、锐钛矿三种晶型,其中金红石的晶胞如下图所示,则其中Ti4+的配位数为________________。
答案
(1)3d24s2
(2)CN-(或NO+、C
) (3)CO2
(4)分子 (5)产生白色沉淀 [Co(NH3)5SO4]Br (6)6
解析
(1)钛为22号元素,基态电子排布式为:
[Ar]3d24s2,则基态钛原子的价电子排布式为3d24s2。
(2)CO为双原子分子,价电子总数为10,则CO的等电子体为离子的为:
CN-(或NO+、C
)。
(3)在CH2Cl2、C6H6、CO2、C2H4中,分子构型分别为四面体形、平面正六边形、直线形、平面形,所以碳原子的杂化方式分别为sp3、sp2、sp、sp2杂化,采取sp杂化的分子有CO2。
(4)因TiCl4在常温下是无色液体,说明熔点低,在水或潮湿空气中易水解而冒白烟,说明钛离子为弱碱阳离子,由此可判断TiCl4是由共价键结合的分子,晶体类型属于分子晶体。
(5)由[Co(NH3)5Br]SO4可知,硫酸根离子为配合物的外界,在水溶液中以离子形式存在,所以会与钡离子结合成白色沉淀,加入BaCl2溶液时,无明显现象,说明硫酸根离子在内界,若加入AgNO3溶液时,产生淡黄色沉淀,说明溴离子在外界,因此另一配合物的化学式为[Co(NH3)5SO4]Br。
(6)观察晶胞结构,可知每个钛周围距离最近的
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