专题05 物质结构高考冲刺化学大题百题精练解析版Word文件下载.docx
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(3)(SCN)2结构式为N≡C-S-S-C≡N,据此判断π键数;
(4)硼元素具有缺电子性,NH3中的N上含有孤电子对;
在BF3•NH3中B原子价层电子对个数是4,根据价层电子对互斥理论确定B原子的杂化方式;
(5)CoO2的重复结构单元示意图中Co、O原子数目之比应为1:
2,结合均摊法计算判断;
(6)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似,石墨晶体层间为分子间作用力(或范德华力),层内为共价键,立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似,二者结构相似,根据晶胞结构计算。
【详解】
(1)Cu是29号元素,其原子核外有29个电子,Cu原子失去一个4s电子、一个3d电子生成二价铜离子,根据构造原理,二价铜离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9;
原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定,二价铜离子价电子排布式为3d9、亚铜离子价电子排布式为3d10,亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态,所以较稳定,故答案为:
1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9;
亚铜离子价电子排布式为3d10,亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态;
(2)根据均摊法可知,晶胞中氧离子的数目为8×
+2×
+4×
+1=4,故答案为:
4;
(3)铜与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,(SCN)2分子中硫原子形成两个共用电子对、C原子形成四个共用电子对、N原子形成三个共用电子对,(SCN)2结构式为N≡C-S-S-C≡N,每个分子中含有4个π键,则1mol(SCN)2中含有π键的数目为4NA;
能形成分子间氢键的物质熔沸点较高,异硫氰酸(H-N=C=S)分子间可形成氢键,而硫氰酸(H-S-C≡N)不能形成分子间氢键,所以异硫氰酸熔沸点高于硫氰酸,故答案为:
4NA;
异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能,所以异硫氰酸熔沸点较高;
(4)硼元素具有缺电子性,其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物,如BF3能与NH3反应生成BF3•NH3.在BF3•NH3中B原子价层电子对个数是4,根据价层电子对互斥理论,B原子的杂化方式为sp3,B与N之间形成配位键,N原子含有孤电子对,所以氮原子提供孤电子对,故答案为:
孤电子对;
sp3;
(5)CoO2的重复结构单元示意图中Co、O原子数目之比应为1∶2,由图像可知:
A中Co、O原子数目之比为1∶4×
=1∶2,符合;
B中Co、O原子数目之比为(1+4×
)∶4=1∶2,符合;
C中Co、O原子数目之比为4×
∶4×
D中Co、O原子数目之比为1∶4×
=1∶1,不符合;
故答案为:
D;
(6)六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似,石墨晶体层间为分子间作用力(或范德华力),层内为共价键;
立方氮化硼的结构和硬度都与金刚石相似,二者结构相似,根据晶胞结构,1个晶胞中含有4个N,8×
+6×
=4个B,不妨取1mol这样的晶胞,即有NA个这样的晶胞,1个晶胞的体积为V=a3cm3=(361.5×
10-10)3cm3,则立方氮化硼的密度是ρ=
=
g/cm3,故答案为:
分子间作用力(或范德华力);
。
2.含第VA族的磷、砷(As)等元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。
(1)基态P原子的核外电子排布式为____,有____个未成对电子。
(2)常温下PCl5是一种白色晶体,其立方晶系晶体结构模型如图甲所示,由A、B两种微粒构成。
将其加热至148℃熔化,形成一种能导电的熔体。
已知A、B两种微粒分别与CC14、SF6互为等电子体,则A为____,其中心原子杂化轨道类型为____,B为____。
(3)PO43-的空间构型为____,其等电子体有____(请写出一种)。
(4)砷化镓属于第三代半导体,它能直接将电能转变为光能,砷化镓灯泡寿命是普通灯泡的100倍,而耗能只有其10%。
推广砷化镓等发光二极管(LED)照明,是节能减排的有效举措。
已知砷化镓的晶胞结构如图乙,品胞参数a=565pm。
①砷化镓的化学式为____,镓原子的配位数为____。
②砷化镓的晶胞密度=____g/cm3(列式并计算,精确到小数点后两位),m位置Ga原子与n位置As原子之间的距离为____pm(列式表示)。
【答案】1s22s22p63s23p33
sp3
正四面体SO42-GaAs4
(1)根据构造原理,按照电子排布顺序(1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f……)进行电子排布,再画出电子排布图分析未成对电子;
(2)PCl5晶体中含有两种微粒,熔融能导电,说明这两种微粒是阴阳离子,再根据A、B两种微粒分别与CC14、SF6互为等电子体,分析作答;
(3)PO43-的孤电子对为(5-8+3)/2=0,成键电子对为4,据此分析构型;
原子数为5,价电子数为32,据此找等电子体;
(4)①利用均摊法计算:
黑球4个全部在晶胞内,白球位于晶胞顶点和面心,配位数通过观察晶胞分析;
②砷化镓的晶胞含4个CaAs,先计算4个CaAs的质量(70+75)×
4g/NA,再晶胞的体积为α3=(565×
10-10)3cm3,最后通过
求算。
(1)根据构造原理,基态P原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,电子排布图为:
,有3个未成对电子。
答案:
1s22s22p63s23p3;
3;
(2)常温下PCl5是一种白色晶体,由A、B两种微粒构成。
将其加热至148℃熔化,形成一种能导电的熔体,这说明形成的是分子晶体。
已知A、B两种微粒分别与CCl4、SF6互为等电子体,由于原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,则A为PCl4+,P原子的价层电子对数是4,且不存在孤对电子,因此其中心原子杂化轨道类型为sp3,B为PCl6-。
PCl
;
sp3;
(3)PO43-的中心原子P的价层电子对数是4,由于孤对电子对数为0,该离子的空间构型为正四面体形,其等电子体有SO42-、CCl4。
正四面体;
SO42-;
(4)①晶胞中黑球位于晶胞内,数目为4,白球位于晶胞顶点和面心,数目为8×
1/8+6×
1/2=4,原子数目为1:
1,则砷化镓的化学式为CaAs;
镓原子位于顶点,被8个晶胞共有,而4个As原子平均分布在晶胞体心,即镓原子距离最近的As原子数目为4,即配位数为4;
②砷化镓的晶胞含4个CaAs,则1mol晶胞的质量为(70+75)×
4g,晶胞的体积为α3=(565×
10-10)3cm3,1mol晶胞的体积为6.02×
1023×
(565×
10-10)3cm3,则晶胞的密度为(70+75)×
4g/[6.02×
10-10)3cm3=5.34g/cm3;
m位置As原子与n位置Ga原子之间的距离为晶体对角线的1/4,则距离为1/4×
×
565pm=
pm。
【点睛】
确定晶胞中原(离)子数目及晶体化学式,对于平行六面体晶胞而言,用均摊法计算的依据是:
①处于顶点的微粒,同时为8个晶胞所共享,每个微粒有1/8属于该晶胞;
②处于棱上的微粒,同时为4个晶胞所共享,每个微粒有1/4属于该晶胞;
③处于面上的微粒,同时为2个晶胞所共享,每个微粒有1/2属于该晶胞;
④处于晶胞内部的微粒,完全属于该晶胞。
对于六方晶胞而言,用均摊法计算的依据是:
①处于顶点的微粒,同时为6个晶胞所共享,每个微粒有1/6属于该晶胞;
②处于竖直棱上的微粒,同时为3个晶胞所共享,每个微粒有1/3属于该晶胞;
处于底面棱上的微粒,则同时为4个晶胞所共享,每个微粒有1/4属于该晶胞;
3.铁触媒是重要的催化剂,铁触媒在500℃左右时的活性最大,这也是合成氨反应一般选择在500℃左右进行的重要原因之一。
CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性:
Fe+5CO===Fe(CO)5;
在溶液中除去CO的化学方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3+CO+NH3=[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。
请回答下列问题:
(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]________;
C、N、O的电负性由大到小的顺序为________。
(2)Cu2+在水中呈现蓝色是因为形成了四水合铜(Ⅱ)离子,其化学式为________;
配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中,铜显___价,碳原子的杂化轨道类型是________,NH3价电子对互斥理论模型是________。
(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3溶液除去CO的反应中,肯定有________(填字母)形成。
A.离子键 B.配位键 C.非极性键 D.σ键
(4)Fe(CO)5又名羰基铁,常温下为黄色油状液体,则Fe(CO)5的晶体类型是________。
(5)单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式,晶胞分别如图所示,面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为________,面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为________(写出已化简的比例式即可)。
(两种堆积中最邻近的铁原子的核间距相等)
【答案】3d64s2O>
N>
C[Cu(H2O)4]2++1sp2、sp3杂化四面体BD分子晶体2∶14
∶3
(1)铁是26号元素,根据能量最低原理书写基态Fe原子的核外电子排布式;
同周期元素从左到右电负性逐渐增大;
(2)Cu2+在水中与4个H2O分子通过配位键形成配离子;
根据化合价代数和等于0计算[Cu(NH3)2]OOCCH3中铜的化合价,[Cu(NH3)2]OOCCH3中有1个单键碳、1个双键碳;
NH3中N原子的价电子对数是
;
(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中,肯定有配位键和σ键生成;
(4)Fe(CO)5常温下为黄色油状液体,说明熔点低;
(5)根据均摊原则计算面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数比,根据
计算面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度比;
(1)铁是26号元素,基态Fe原子的核外电子排布式是[Ar]3d64s2;
同周期元素从左到右电负性逐渐增大,C、N、O的电负性由大到小的顺序为O>
C;
(2)Cu2+在水中与4个H2O分子通过配位键形成配离子,其化学式为[Cu(H2O)4]2+;
配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中醋酸根离子(CH3COO-)显-1价,NH3分子整体为0价,根据化合价代数和等于0,可知铜显+1价,[Cu(NH3)2]OOCCH3中有1个单键碳、1个双键碳,碳原子的杂化轨道类型是sp2、sp3,NH3中N原子的价电子对数是
,NH3价电子对互斥理论模型是四面体。
(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中,肯定有Cu原子和N、C原子之间的配位键且也是σ键生成,故选BD;
(4)Fe(CO)5常温下为黄色油状液体,说明熔点低,Fe(CO)5属于分子晶体;
(5)根据均摊原则,面心立方晶胞中铁原子数是
、体心立方晶胞中实际含有的铁原子数是
,个数比是2:
1,设铁原子半径是rcm,面心立方晶胞的边长是
、体心立方晶胞的边长是
,根据
,面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度比是
=4
本题考查晶胞计算,侧重考查学生分析计算及空间想象能力,涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、元素周期律等知识点,难点是晶胞计算,注意Fe晶胞面心立方和体心立方区别,关键会正确计算两种晶胞体积。
4.铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。
某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
(1)Fe2+基态核外电子占据最高能级的符号是________,Fe2+比Mn2+还原性强的原因是__________。
(2)丙酮(
)分子中碳原子轨道的杂化类型是______。
乙醇的沸点高于丙酮,这是因为_______。
(3)C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为_______________。
(4)写出两种阴离子与N2互为等电子体的常见物质的化学式______________。
(5)某FexNy的晶胞如图所示,若该晶体的密度是ρg·
cm-3,则两个最近的Fe原子间的距离为_________cm。
(阿伏加德罗常数用NA表示)
(6)Cu可以完全替代图晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。
则Cu替代a位置Fe型产物的化学式为______。
【答案】3d基态Fe2+3d能级有6个电子,易失去一个电子形成3d5半充满的相对稳定结构,而基态Mn2+价电子为3d5,相对难以失去电子,故Mn2+还原性弱于Fe2+sp2和sp3乙醇分子间存在氢键C<
O<
NCaC2NaCN
Fe3CuN
根据核外电子排布规律分析微粒的稳定性及第一电离能大小;
根据化学键类型分析轨道杂化类型;
根据等电子体原理分析解答;
根据晶胞结构进行相关计算。
(1)Fe的原子序数为26,Fe2+基态核外电子数为24,核外电子占据最高能级的符号是3d,基态Fe2+3d能级有6个电子,易失去一个电子形成3d5半充满的相对稳定结构,而基态Mn2+价电子为3d5,相对难以失去电子,故Mn2+还原性弱于Fe2+;
)分子中碳原子,全部形成单键的轨道的杂化类型是sp3,含有碳氧双键的碳原子轨道杂化类型为sp2;
乙醇中含有羟基,乙醇分子间可以形成氢键,所以乙醇的沸点高于丙酮;
(3)原子半径越大,越容易失电子,第一电离能越小,又因为N原子的外围电子排布为2s22p3,p轨道为半满更稳定结构,所以C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序C<
N;
(4)根据等电子体概念分析得:
CaC2,NaCN;
(5)如图所示晶胞中铁原子数目为8×
1/2=4,氮原子数目为1,则晶胞的质量为:
,则晶胞的棱长为
,根据晶胞结构知最近的Fe原子间的距离为对角线的一半,则距离为
(6)由图可知,Cu替代a位置的Fe时,则Cu位于顶点,N(Cu)=8×
1/8=1,Fe位于面心,N(Fe)=6×
1/2=3,N位于体心,则只有1个N,其化学式为Fe3CuN,故答案为:
Fe3CuN。
把握电子排布规律、第一电离能比较、杂化类型及化学键的关系、均摊法计算晶胞结构为解答的关键。
5.铜及其化合物在人们的日常生活中有着广泛的用途。
⑴铜或铜盐的焰色反应为绿色,该光谱是________(填“吸收光谱”或“发射光谱”)。
⑵基态Cu原子中,核外电子占据的最低能层符号是________,其价电子层的电子排布式为___________,Cu与Ag均属于IB族,熔点:
Cu________Ag(填“>
”或“<
”)。
⑶[Cu(NH3)4]SO4中阴离子的立体构型是_______;
中心原子的轨道杂化类型为_____,[Cu(NH3)4]SO4中Cu2+与NH3之间形成的化学键称为_______________。
⑷用Cu作催化剂可以氧化乙醇生成乙醛,乙醛再被氧化成乙酸,等物质的量的乙醛与乙酸中σ键的数目比为_____________。
⑸氯、铜两种元素的电负性如表:
元素
Cl
Cu
电负性
3.2
1.9
CuCl属于________(填“共价”或“离子”)化合物。
⑹Cu与Cl形成某种化合物的晶胞如图所示,该晶体的密度为ρg·
cm-3,晶胞边长为acm,则阿伏加德罗常数为_____(用含ρ、a的代数式表示,相对原子质量:
Cu-64,Cl-35.5)。
【答案】发射光谱K3d104s1>
正四面体sp3配位键6∶7共价398/(ρa3)mol-1
(1)基态原子的电子吸收能量,跃迁到较高能级,电子又从高能级跃迁到低能级,以光的形式释放能量;
(2)基态Cu原子的核外电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d104s1,Cu的离子半径比Ag的小,Cu的金属键更强;
(3)根据价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数计算解答;
(4)根据乙醛和乙酸的结构式结合单键为σ键,双键含有1个σ键、1个π键分析解答;
(5)电负性差值大于1.7的两种元素化合时,形成离子键;
电负性差值小于1.7的两种元素的原子之间形成共价键;
(6)根据均摊法计算晶胞中黑色球、白色球数目,确定物质的组成,用阿伏加德罗常数表示出晶胞质量,而晶胞质量也等于晶胞体积与密度乘积,据此计算。
(1)基态原子的电子吸收能量,跃迁到较高能级,电子又从高能级跃迁到低能级,以光的形式释放能量,焰色反应的光谱属于发射光谱,故答案为:
发射光谱;
1s22s22p63s23p63d104s1,核外电子占据的最低能层是第一能层,能层符号是K;
价电子层的电子排布式为3d104s1;
Cu与Ag均属于IB族,Cu的离子半径比Ag的小,Cu的金属键更强,熔点Cu>Ag,故答案为:
K;
3d104s1;
>;
(3)SO42-中S原子孤电子对数=
=0,价层电子对数=4+0=4,SO42-的空间构型为正四面体,S原子杂化方式为sp3,Cu2+离子含有空轨道,NH3中N原子有孤电子对,Cu2+与NH3之间形成配位键,故答案为:
配位键;
(4)1个乙醛分子中有4个C-H键、1个C-C键、1个C=O双键,单键为σ键,双键含有1个σ键、1个π键,乙醛分子中有6个σ键;
1个乙酸分子中有3个C-H键、1个C-C键、1个C=O双键,1个C-O键,1个O-H键,单键为σ键,双键含有1个σ键、1个π键,乙酸分子中有7个σ键,因此等物质的量的乙醛与乙酸中σ键的数目比为6∶7,故答案为:
6∶7;
(5)Cl与Cu的电负性之差为3.2-1.9=1.3,电负性差值小于1.7,故CuCl属于共价化合物,故答案为:
共价;
(6)晶胞中黑色球数目=4、白色球数目=8×
=4,该化合物为CuCl,晶胞质量=4×
=ρg•cm-3×
(acm)3,整理可得NA=
mol-1,故答案为:
mol-1。
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