届人教版 物质结构与性质 单元测试 1.docx
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届人教版物质结构与性质单元测试1
物质结构与性质
1.(2018·玉林模拟)一定条件下,CO2与NH3反应可制得重要的化工产品三聚氰胺:
3NH3+3CO2―→
+3H2O。
(1)基态N原子的价层电子排布图为__________________,三聚氰胺的几种组成元素中,第一电离能最大的元素是________(填元素符号),电负性由大到小的顺序为________________(用元素符号表示)。
(2)三聚氰胺中氮原子、碳原子的杂化轨道类型分别为____________,NH3、CO2、H2O三种分子中化学键的键角由大到小的顺序为________________。
(3)上述四种分子中所有原子一定共平面的是__________,反应过程中存在多种类型化学键的断裂与形成,但这些化学键中不包括________(填字母)。
a.σ键 b.π键 c.非极性共价键 d.极性共价键
(4)三聚氰胺的熔点为250℃,则其晶体类型是________,又知硝基苯的熔点为5.7℃,导致这两种物质熔点差异的原因是____________________________________。
(5)随着科学技术的发展,科学家们已合成了由碳、氧两种元素形成的原子晶体。
其晶胞结构如图所示:
①该晶体的化学式为__________,晶体中氧原子的配位数是______。
②若晶胞参数为apm,设NA表示阿伏加德罗常数的值,则该晶胞的密度是______g·cm-3。
解析:
(1)基态N原子的价层电子排布式为2s22p3,电子排布图为
,三聚氰胺的几种组成元素C、N、O、H中,因为N原子的2p轨道是半充满稳定状态,第一电离能最大的元素是N,电负性由大到小的顺序为O>N>C>H。
(2)三聚氰胺中氮原子、碳原子都形成了一个π键,其杂化轨道类型都是sp2;CO2为直线形,键角为180°,H2O和NH3的中心原子都是sp3杂化,NH3分子中N有一对孤对电子而水分子中O有两对孤对电子,根据价层电子对互斥理论,三种分子中化学键键角由大到小的顺序为CO2>NH3>H2O。
(3)在三聚氰胺、NH3、CO2、H2O四种分子中,所有原子一定共平面的是CO2、H2O,4种分子中都没有非极性共价键,所以无非极性共价键的断裂与形成。
(4)三聚氰胺的熔点较低,其是分子晶体,硝基苯的熔点为5.7℃,导致这两种物质熔点差异的原因是三聚氰胺分子间可形成氢键,而硝基苯不能。
(5)①由碳、氧两种元素形成的原子晶体,其晶胞结构和二氧化硅晶胞相似;每个晶胞中含有8个C原子、16个O原子,化学式为CO2,晶体中每个O原子与相邻的两个C原子成键,O原子的配位数是2。
②每个晶胞中含有8个C原子、16个O原子,该晶胞的相对质量为352。
若晶胞参数为apm,则NA个晶胞的质量为352g,体积为NA×a3×10-30cm3,故晶胞的密度是
g·cm-3。
答案:
(1)
N O>N>C>H
(2)sp2、sp2 CO2>NH3>H2O (3)CO2、H2O c (4)分子晶体 三聚氰胺分子间可形成氢键,而硝基苯不能 (5)①CO2 2
②
2.(2018·济宁一模)铜及其化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途。
请回答下列问题:
(1)画出基态Cu原子的价电子排布图:
________________________________________________________________________。
(2)已知高温下Cu2O比CuO稳定,从核外电子排布角度解释高温下Cu2O更稳定的原因:
________________________________________________________________________。
(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________,配体中提供孤对电子的原子是________。
C、N、O三元素的第一电离能由大到小的顺序是____________(用元素符号表示)。
(4)铜晶体中铜原子的堆积方式如图1所示,则晶体铜原子的堆积方式为________________。
(5)M原子的价电子排布式为3s23p5,铜与M形成化合物的晶胞如图2所示(黑点代表铜原子)。
①该晶体的化学式为____________。
②已知铜和M的电负性分别为1.9和3.0,则铜与M形成的化合物属于________化合物(填“离子”或“共价”)。
③已知该晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体中Cu原子和M原子之间的最短距离为体对角线的1/4,则该晶体中Cu原子和M原子之间的最短距离为________________pm(写出计算式)。
(4)铜原子的堆积方式是密置层堆积,三层一重复,即ABC型,所以属于面心立方最密堆积。
(5)①M是Cl元素。
Cu与Cl形成的化合物晶胞中Cu的个数是4,Cl的个数是8×
+6×
=4,因此该晶体的化学式是CuCl。
②Cu和Cl的电负性差值是3.0-1.9=1.1<1.7,因此CuCl属于共价化合物。
③设Cu原子和M原子之间的最短距离为xpm,晶胞的边长为acm,则4x·10-10=
a,a=
,每个晶胞中含有4个“CuCl”,根据ρ=
=
,x=
×1010。
答案:
(1)
(2)亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态
(3)sp2、sp3 N N>O>C
(4)面心立方最密堆积
(5)①CuCl ②共价 ③
×1010
3.(2018·茂名模拟)硫和钙的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。
回答下列问题:
(1)钙元素的焰色反应呈砖红色,其中红色对应的辐射波长为________(填字母)nm。
A.435 B.500 C.580 D.605 E.700
(2)元素S和Ca中,第一电离能较大的是________(填元素符号),其基态原子核外电子排布式为________________。
(3)X射线衍射测定等发现,石膏(CaSO4·2H2O)中存在SO
,SO
的几何构型为____________,中心原子的杂化形式为________。
(4)基态Ca原子中,核外电子占据最高能层的符号是________,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________。
钙元素和锰元素属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属钙的熔点、沸点等都比金属锰低,原因是________________________________。
(5)过氧化钙晶体的晶胞结构如图所示(看作正方体),已知该晶胞的密度是ρg·cm-3,则晶胞结构中最近的两个Ca2+间的距离为________________________(列算式即可,用NA表示阿伏加德罗常数的数值)nm,与Ca2+紧邻O
的个数为________。
解析:
(1)红色对应的辐射波长为700nm。
(2)同周期从左至右,第一电离能逐渐增大,同主族元素从上至下,第一电离能逐渐减小,由此判断,元素S和Ca中,第一电离能较大的是S元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4。
(3)SO
中S原子价层电子对=4+
(6+2-4×2)=4,且不含孤电子对,采用sp3杂化,为正四面体形结构。
(4)基态Ca原子中,核外电子占据最高能层是第4层,能层符号是N,占据该能层的电子为4s电子,电子云轮廓图形状为球形。
钙元素和锰元素属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,Ca原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱,导致金属钙的熔点、沸点等都比金属锰低。
(5)在过氧化钙晶体的晶胞中,含有Ca2+的数目为8×
+6×
=4,含有O
的数目为12×
+1=4,设晶胞的边长为x,晶胞的密度是ρg·cm-3=
,解得x=
cm=
×107nm,因此晶胞结构中最近的两个Ca2+间的距离为面对角线的一半=
×
×107nm,与Ca2+紧邻O
的个数为6。
答案:
(1)E
(2)S 1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
(3)正四面体 sp3 (4)N 球形 Ca原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱 (5)
×
×107 6
4.(2018·山西名校联考)科学家首次合成“中国红灯笼分子”——硼球烯B40。
B40是继C60之后第二个从实验和理论上完全确认的无机非金属笼状团簇。
(1)基态硼原子的外围电子排布式为__________________,碳60中碳原子杂化方式为________。
(2)构成碳60晶体的作用力是____________。
(3)与硼同周期但第一电离能比硼大的元素有________种。
(4)磷化硼(BP)是由硼元素与磷元素组成的无机化合物,属于一种半导体材料。
磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。
BP晶胞中B采用面心立方堆积,P原子填入四面体空隙中,如图所示。
①写出三溴化硼和三溴化磷的空间构型:
三溴化硼:
________________;三溴化磷:
____________。
②磷化硼晶体内微粒间的作用力有________________。
③计算磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离(晶胞参数为478pm):
________________。
解析:
(1)碳60又叫足球烯,其分子中每个C原子与其他3个C原子相连,分别形成两个碳碳单键和一个碳碳双键,所以碳原子的杂化方式为sp2。
(2)碳60晶体属于分子晶体,所以微粒间作用力是范德华力。
(3)与硼同周期但第一电离能比硼大的元素有Be、C、N、O、F、Ne共6种。
(4)①BBr3中B原子的价层电子对数是3,孤电子对数是0,所以三溴化硼的空间构型是平面正三角形;PBr3中P原子的价层电子对数是4,孤电子对数是1,所以三溴化磷的空间构型是三角锥形。
②磷化硼的空间结构与金刚石类似,应属于原子晶体,B原子与P原子间通过共价键相结合,但B原子最外层只有3个电子,P原子最外层有5个电子,而磷化硼晶体中每个B原子与4个P原子相连,每个P原子也与4个B原子相连,这说明B原子和P原子间还存在一个配位键,其中P原子提供孤电子对,B原子提供空轨道。
③BP晶胞中P原子位于立方体的体对角线的
处,则硼原子和磷原子之间的最近距离=
pm=
pm≈207pm。
答案:
(1)2s22p1 sp2
(2)范德华力 (3)6 (4)①平面正三角形 三角锥形 ②共价键、配位键 ③207pm或
pm
5.已知A、B、C、D都是周期表中的短周期元素,它们的核电荷数依次增大。
A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,C、D同主族。
E、F都是第四周期元素,E原子核外有4个未成对电子,F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满。
根据以上信息填空:
(1)基态D原子中,电子占据的最高能层符号为________,该能层具有的原子轨道数为________。
(2)E2+的价层电子排布图是________________,F原子的电子排布式是________________。
(3)A的最高价氧化物对应的水化物分子结构式为__________,其中心原子采取的轨道杂化方式为________,B的气态氢化物的VSEPR模型为________。
(4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB-互为等电子体,它们结构相似,DAB-的电子式为________________。
(5)配合物甲的焰色反应呈紫色,其内界由中心离子E3+与配位体AB-构成,配位数为6。
甲的水溶液可以用于实验室中E2+的定性检验,检验E2+的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)某种化合物由D、E、F三种元素组成,其晶胞如图所示,则其化学式为________。
该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度:
ρ=_________g·cm-3。
解析:
根据题中信息不难推出A是C,B是N,C是O,D是S,E是Fe,F是Cu。
(3)由H2CO3的结构式可以直接看出中心原子C原子的价层电子对数是3,因此轨道杂化方式是sp2;B的气态氢化物是NH3,N原子的价层电子对数是4,所以NH3的VSEPR模型是四面体形。
(4)CO2的结构式是O===C===O,SCN-与CO2是等电子体,结构相似,其结构式应是[S===C===N]-,所以其电子式是
(6)晶胞中F(Cu)原子数目是8×
+4×
+1=4,E(Fe)原子数目是4×
+6×
=4,D(S)原子全部位于晶胞内部,数目是8,所以Cu、Fe、S原子数目之比是4∶4∶8=1∶1∶2,故其化学式为CuFeS2;一个晶胞中有4个“CuFeS2”,晶胞质量m=
g,晶胞体积V=[(524×10-10)2×1030×10-10]cm3,所以晶体的密度ρ=
=
≈4.32g·cm-3。
答案:
(1)M 9
(2)
1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1
(5)3Fe2++2[Fe(CN)6]3-===Fe3[Fe(CN)6]2↓
(6)CuFeS2 4.32
6.(2018·合肥质检)2016年诺贝尔化学奖授予在“分子机器设计和合成”领域有突出成就的三位科学家,其研究对象之一“分子开关”即与大环主体分子苯芳烃、硫或氮杂环杯芳烃等有关。
回答下列问题:
(1)对叔丁基杯[4]芳烃(如图Ⅰ所示)可用于ⅢB族元素对应的离子萃取,如La2+、Sc2+。
写出基态二价钪离子(Sc2+)核外电子排布式:
________________________。
其中电子占据的轨道数为________个。
(2)对叔丁基杯[4]芳烃由4个羟基构成杯底,其中羟基氧原子的杂化方式为____________。
羟基间的相互作用力为____________。
(3)不同大小的杯芳烃能识别某些离子,如:
N
、SCN-等。
根据等电子体原理判断N
空间构型为________;一定条件下,SCN-与MnO2反应可得到(SCN)2。
试写出(SCN)2的结构式:
________________。
(4)已知C60分子结构和C60晶胞示意图如下所示:
则一个C60分子中含有σ键个数为________,与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有________个,C60晶体的密度为________g·cm-3(计算结果保留两位小数)。
解析:
(2)羟基氧原子有2个σ键,2个孤电子对,价层电子对数是4,因此杂化方式是sp3;4个羟基之间无共价键相连,但符合形成氢键的条件,因此羟基间的相互作用力是氢键。
(3)N
与CO2互为等电子体,因此N
的空间构型为直线型;SCN-与MnO2反应可得到(SCN)2,说明SCN-的性质与Cl-类似,则(SCN)2也应具有类似Cl2的结构,结合(SCN)2中N是-3价,C是+4价,S是-1价可知(SCN)2的结构式是NCSSCN。
(4)从图Ⅱ可以看出,C60分子中每个C原子与其他3个C原子形成2个碳碳单键和1个碳碳双键,共3个σ键,根据均摊法,一个C原子实际含有的σ键个数为
,所以一个C60分子中含有的σ键个数为60×
=90;C60的晶胞是面心立方结构,所以与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个;1个C60晶胞中含有的C60分子个数是8×
+6×
=4,晶胞的质量m=
g,而晶胞的体积V=(1.42×10-7)3cm3,所以C60晶体的密度ρ=
=
≈1.67g·cm-3。
答案:
(1)1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 10
(2)sp3 氢键
(3)直线形
(4)90 12 1.67
7.(2018·兰州模拟)卤族元素单质与许多物质反应形成多种化合物。
请利用所学物质结构与性质的相关知识回答:
(1)写出基态碘原子的价电子排布式________________________________________。
(2)卤族元素的含氧酸中酸性最强的是__________(写化学式),该酸根离子的立体构型为____________。
(3)比较下列锗的卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因________________________________________________________________________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
-49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
(4)已知高碘酸有两种形式,化学式分别为H5IO6(
)和HIO4,前者为五元酸,后者为一元酸,二者酸性强弱顺序为H5IO6____________HIO4(填“>”“<”或“=”)。
H5IO6中σ键与π键的个数比为____________。
(5)已知氯元素与第四周期最外层只有1个电子、次外层的所有原子轨道均充满电子的元素M形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
该化合物的化学式为__________,已知晶胞参数a=0.542nm,此晶体的密度为____________g·cm-3。
(写出计算式,不要求计算结果,阿伏加德罗常数为NA)
解析:
(1)碘位于第五周期第ⅦA族,其价电子排布式5s25p5。
(2)含氯的酸中高氯酸酸性最强,化学式为HClO4,高氯酸酸根离子中氯原子为sp3杂化,没有孤对电子,立体构型为正四面体。
(3)锗的卤化物形成的晶体都是分子晶体,分子间通过范德华力结合,对于组成与结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强,熔、沸点越高,由于相对分子质量:
GeCl4<GeBr4<GeI4,故熔、沸点:
GeCl4<GeBr4<GeI4。
(4)H5IO6(
)中含有5个羟基,为五元酸,含非羟基氧原子1个,HIO4为一元酸,含有1个羟基,含非羟基氧原子3个,所以酸性:
H5IO6<HIO4,H5IO6中σ键数11,π键数为1,两者的个数比为11∶1。
(5)由题意知M为铜元素,依据晶胞结构,利用均摊法分析,每个晶胞中含有铜原子个数为8×
+6×
=4,氯原子个数为4,则化学式为CuCl;1mol晶胞中含有4molCuCl,1mol晶胞的质量为M(CuCl)×4,晶胞参数a=0.542nm,则晶体密度为
=
g·cm-3。
答案:
(1)5s25p5
(2)HClO4 正四面体 (3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。
原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间范德华力逐渐增强 (4)< 11∶1 (5)CuCl
或
8.(2018·佛山模拟)铁、钴、镍等单质及化合物的应用广泛。
(1)LiFePO4是锂离子电池电极材料,画出Fe2+的价层电子排布图:
__________,其中PO
的立体构型是_______。
(2)化合物“钴酞菁”能显著提升二次电池的充放电效率,如图是改性“氨基钴酞菁”分子的结构图。
①写出氨基钴酞菁中N原子的杂化轨道类型________。
②写出一种与氨基阴离子NH
互为等电子体的中性分子________________。
③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,能使其水溶性得到有效改善,请简述其原因:
________________________________________________。
(3)1mol[Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是________。
K3[Co(NO2)6]中四种元素的第一电离能由大到小的顺序是____________。
如图所示为NiO晶体的晶胞结构示意图:
①该晶胞中占有阴阳离子总数是________。
②已知在NiO晶体中Ni2+的半径为apm,O2-的半径为bpm,它们在晶体中是紧密接触的,则在NiO晶体中原子的空间利用率为________________。
(用含字母a、b的计算式表达)
解析:
(1)Fe原子的价电子排布式为3d64s2,Fe2+的价层电子排布式为3d6,其价层电子排布图为
;PO
中P的价层电子对数=4,且不存在孤对电子,其立体构型是正四面体。
(2)①“氨基钴酞菁”中N原子成键情况分为两类,一类形成一个双键,另一类全部形成单键,则杂化轨道类型为sp2、sp3。
②与氨基阴离子NH
互为等电子体的中性分子为H2O或H2S等。
③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,由于引入氨基上的H原子可与水分子形成氢键,所以能使其水溶性得到有效改善。
(3)单键都是σ键,双键中含有1个σ键,则1mol[Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是18NA。
K3[Co(NO2)6]中的四种元素是K、Co、N、O,其第一电离能由大到小的顺序是N>O>Co>K。
(4)①该晶胞中氧离子个数=8×1/8+6×1/2=4,镍离子个数=12×1/4+1=4,晶胞占有阴阳离子总数是8。
②晶胞中含有4个Ni2+和4个O2-,体积为
π(a3+b3)×4,晶胞的边长为2a+2b,晶胞体积为(2a+2b)3,NiO晶体中原子的空间利用率为
=
×
×100%。
答案:
(1)
正四面体
(2)①sp2、sp3 ②H2O或H2S等 ③引入的氨基上的H原子可与水分子形成氢键
(3)18NA N>O>Co>K ①8 ②
×
×100%
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