届高考前3个月化学通用版三轮冲刺热点题型特训第37题 物质结构与性质选考.docx
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届高考前3个月化学通用版三轮冲刺热点题型特训第37题物质结构与性质选考
第37题 物质结构与性质(选考)
[命题人的忠告]
1.熟练书写常见的4种金属及其离子的核外电子排布式:
Cr、Fe、Cu、Zn。
2.掌握同周期元素第一电离能比较:
同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但ⅤA>ⅥA>ⅣA,ⅡA>ⅢA>ⅠA。
3.牢记3种分子的杂化方式和空间构型:
CH4:
sp3杂化,正四面体;NH3:
sp3杂化,三角锥形;H2O:
sp3杂化,V形。
4.学会σ键与π键的判断方法:
单键均为σ键;双键、三键中含有1个σ键,其余为π键。
5.掌握有关晶体计算的常用方法:
运用分摊法正确确定晶胞中所含原子的个数。
[典例剖析]
(10分)钒(V)、砷(As)、镍(Ni)均为第四周期元素,钒位于ⅤB族,砷位于ⅤA族,镍位于Ⅷ族。
请回答下列相关问题。
(1)基态钒原子的电子排布式为____________________,钒有+2、+3、+4、+5等几种化合价,这几种价态中,最稳定的是________价。
(2)砷与氯气反应可得到AsCl3、AsCl5两种氯化物。
其中属于非极性分子的是________,AsCl3分子的中心原子杂化类型是________,分子的空间构型是________。
(3)高纯度砷可用于生产具有半导体“贵族”之称的新型半导体材料GaAs,镓(Ga)为第四周期ⅢA族元素,Ga与As相比,第一电离能较大的是________。
(4)镍和镧形成的一种合金具有储氢功能,该合金储氢后的晶胞如下图所示:
镍和镧形成的这种合金的化学式是_____________________________________________,
1mol镧形成的该合金能储存________mol氢气。
[推理分析]
(1)基态钒原子的电子排布式为[Ar]3d34s2,当原子价层电子全部失去时,形成的离子最外层达到稳定的电子层结构,故+5价最稳定。
(2)AsCl5分子中砷的价电子均成键,故它是非极性分子;AsCl3分子中的价层电子对数为4,其中孤电子对数为1,因此砷原子为sp3杂化,分子的空间构型为三角锥形。
(4)由晶胞结构知,8个La全在晶胞顶点,故一个晶胞中La个数为8×
=1,8个Ni在晶胞面上,1个Ni在晶胞内,故一个晶胞中Ni个数为8×
+1=5,因此该合金化学式为LaNi5;8个H2在晶胞棱上,2个H2在晶胞面上,故一个晶胞中H2个数为8×
+2×
=3,因此1molLa形成的该合金能储存3mol氢气。
[答案及评分标准]
(1)[Ar]3d34s2
(或1s22s22p63s23p63d34s2)(1分) +5(1分)
(2)AsCl5(1分) sp3(1分) 三角锥形(1分)
(3)As(或砷)(1分) (4)LaNi5(2分) 3(2分)
[挑战满分](限时30分钟)
1.氮族元素包括氮、磷、砷等元素。
(1)砷的基态原子的价电子排布式是________;砷与氯可形成AsCl5,AsCl5中含有________对成键电子对。
(2)下列关于该元素的说法中正确的是________(填字母选项)。
a.氮、磷、砷的电负性依次减小
b.氮、磷、砷的气态氢化物分子的稳定性依次减弱
c.N—H、P—H、As—H键的键长依次增长,而键的极性依次降低
d.P4分子的空间构型为正四面体(如图),P—P键之间的键角为109°28′
(3)氮是化肥中的主要元素,某种盐类物质是常见的氮肥成分,其中氮元素同时显示最高化合价和最低化合价,请写出该物质的化学式:
___________________________________________。
该化合物的组成元素中基态原子的第一电离能最大的是________(填元素符号)。
(4)磷元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、________种不同能级的电子。
在形成PH3分子时,磷原子的中心原子轨道发生________杂化。
(5)如图为某种冰的一种骨架形式,以此为单位向空间延伸。
①该冰中的每个水分子有________个氢键;
②在气相中NH3易与H2O通过氢键以加合物形式存在,试写出加合物NH3·H2O的结构式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)4s24p3 5
(2)abc
(3)NH4NO3 N
(4)15 5 sp3
(5)①2 ②
解析
(1)As是元素周期表第四周期第ⅤA族元素,因此价电子排布式为4s24p3。
根据价层电子对互斥理论,AsCl5的价层电子对数n=
×(5+5)=5,则价层电子对空间构型和分子空间构型均为三角双锥形,分子中含有完全等同的5对成键电子对。
(2)同主族元素从上到下随着电子层数的增多,电负性依次减小,气态氢化物的稳定性依次减弱,a、b正确。
氮、磷、砷原子半径依次增大,则N—H、P—H、As—H键的键长依次增大;N、P、As的电负性依次减小,其电负性越来越接近H的电负性,因此N—H、P—H、As—H键的极性依次减弱。
P4分子是由4个磷原子构成的空心正四面体,键角为60°,d错误。
(3)N的最高价态为+5价,最低价态为-3价,氮元素同时显示最高化合价和最低化合价的盐为NH4NO3。
N、O为同周期相邻元素,由于氮原子最外层2p电子达到半充满状态,结构比较稳定,因此第一电离能N>O。
H为第ⅠA放元素,比较容易失去原子核外的1个电子,因此第一电离能较小,因此三种元素第一电离能最大的是N。
(4)氮元素原子的核外共有15个电子,其每一个电子的运动状态都不相同,故共有15种不同运动状态的电子。
氮原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,因此共有1s、2s、2p、3s、3p五个能级。
(5)在冰的晶体结构中,每个水分子与周围4个水分子形成氢键,因此每个水分子形成的氢键数目为2个。
2.锂—磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu4O(PO4)2,可通过下列反应制备:
2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2O===Cu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O
(1)写出基态Cu2+的核外电子排布式:
__________________________________,
上述方程式中涉及到的N、O元素第一电离能由小到大的顺序为_______________________。
(2)PO
的空间构型是_______________________________________。
(3)与NH3互为等电子体的分子、离子有___________________________________、
________________(各举一例)。
(4)氨基乙酸铜的分子结构如图1,碳原子的杂化方式为
________________________________________________________________________。
(5)在硫酸铜溶液中加入过量KCN,生成配合物[Cu(CN)4]2-,则1mol[Cu(CN)4]2-中含有的σ键的数目为________。
(6)Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如图2所示,则该化合物的化学式为________________________________________________________________________。
答案
(1)[Ar]3d9 O<N
(2)正四面体
(3)PH3或AsH3 H3O+或CH
(4)sp3、sp2
(5)8NA
(6)CuH
解析
(1)铜是29号元素,二价铜离子核外有27个电子,根据构造原理写出其核外电子排布式,铜最外层有1个电子。
(2)PO
中P原子的价层电子对=4+
×(5+3-4×2)=4,且不含孤电子对,所以其空间构型为正四面体。
(3)根据原子数和价电子数分别相等的两种微粒互为等电子体,可以写出等电子体的分子和离子分别为PH3或AsH3、H3O+或CH
。
(4)氨基乙酸铜的分子中一种碳有碳氧双键,碳的杂化方式为sp2杂化,另一种碳周围都是单键,碳的杂化方式为sp3杂化。
(5)在[Cu(CN)4]2-中,一个CN-中含有1个σ键,每个CN-和Cu间有1个σ键。
(6)铜原子个数=3+2×
+12×
=6,H原子个数=1+3+6×
=6,则其化学式为CuH。
3.钛被称为继铁、铝之后的第三金属,制备金属钛的一种流程如下:
回答下列问题:
(1)基态钛原子的价电子排布图为_______________________________________________,
其原子核外共有________种运动状态不相同的电子,金属钛晶胞如图1所示,为________________堆积(填堆积方式)。
(2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体,熔点为-37℃,沸点为136℃,可知TiCl4为________晶体。
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如图2。
化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是_____________________________________________________。
化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为______________________。
(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图3所示。
该阳离子Ti与O的原子数之比为______,其化学式为_______________________________________。
(5)钙钛矿晶体的结构如图4所示。
钛离子位于立方晶胞的顶角,被________个氧离子包围成配位八面体;钙离子位于立方晶胞的体心,被________个氧离子包围,钙钛矿晶体的化学式为________________________________________________________________________。
答案
(1)
22 六方最密
(2)分子
(3)化合物乙分子间形成氢键 N>O>C
(4)1∶1 TiO2+(或[TiO]
)
(5)6 12 CaTiO3
解析
(1)Ti原子价电子为3d、4s上的电子,3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子;原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态;该晶体为六方最密堆积。
(2)分子晶体熔、沸点较低。
(3)氢键的存在导致物质熔、沸点升高;同一周期元素,元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素。
(4)每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用,利用均摊法计算二者原子个数之比;Ti元素为+4价、O元素为-2价,据此书写其化学式。
(5)钛离子位于立方晶胞的顶角,被6个氧离子包围成配位八面体;钙离子位于立方晶胞的体心,被12个氧离子包围;每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个,晶胞的12个边长上各有一个氧原子,根据均摊原则计算各原子个数,从而确定化学式。
4.元素周期表第四周期中共有18种元素,请回答下列有关问题。
(1)金属钒(V)在材料科学上有重要作用,被称为“合金的维生素”,基态钒原子的价电子排布式为________________________________________________________________________,
第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大,总趋势是逐渐增大的。
但Ga的第一电离能却明显低于Zn的,原因是______________________。
(2)已知四溴化锗是电子工业中的一种常用试剂,其熔点为26.1℃,沸点为186℃,则GeBr4晶体的类型为________,中心原子的杂化类型为________。
(3)第四周期ⅤA~ⅦA族的元素中,电负性由大到小的顺序为___________(用元素符号表示)。
(4)如图甲所示为二维平面晶体示意图,所表示的物质化学式为AX3的是________(填“a”或“b”)。
图乙为金属铜的晶胞,此晶胞立方体的边长为apm,金属铜的密度为ρg·cm-3,则阿伏加德罗常数可表示为________mol-1(用含a、ρ的代数式表示)。
答案
(1)3d34s2 Zn的价电子层处于全充满状态,较稳定
(2)分子晶体 sp3 (3)Br>Se>As
(4)b
×1030
解析
(1)Ga的基态原子价电子排布式为4s24p1,锌的为3d104s2,前者的4p1为不稳定结构,而后者的4s2为稳定结构,故前者的第一电离能较小。
(2)由GeBr4的熔、沸点知其晶体类型为分子晶体,GeBr4中锗形成四个单键,故其为sp3杂化。
(3)同周期主族元素的电负性随原子序数的增大而增大。
(4)a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”,1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”,则“花球”与“白球”的个数比为1∶2;同理可分析b图,其中“花球”与“白球”的个数比为1∶3,则b图所表示的物质的化学式为AX3。
根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子,所以1mol该晶胞含4mol铜原子,1mol该晶胞的体积是NA(a×10-10)3cm3,则有10-30ρNAa3=4mol×64g·mol-1。
5.氮、氧、磷、铁是与生命活动密切相关的元素。
回答下列问题:
(1)P的基态原子核外电子具有的原子轨道数为______,Fe3+比Fe2+稳定的原因是_________。
(2)N、O、P三种元素第一电离能最大的是________,电负性最大的是________。
(3)含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3+的常用试剂,SCN-中C原子的杂化类型为________________________________________________________________________,
1mol的SCN-中含π键的数目为________NA。
(4)某直链多磷酸钠的阴离子呈如图1所示的无限单链状结构,其中磷氧四面体通过共用顶点的氧原子相连,则该多磷酸钠的化学式为___________________________。
图1
图2
(5)FeO、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同,其中Fe2+与Ni2+的离子半径分别为7.8×10-2nm、6.9×10-2nm,则熔点FeO________(填“<”、“>”或“=”)NiO,原因是________________________________________________________________________。
(6)磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料,其晶胞如图2所示。
P原子与B原子的最近距离为acm,则磷化硼晶胞的边长为________cm(用含a的代数式表示)。
答案
(1)9 Fe3+的价电子排布式为3d5,处于半充满状态,结构稳定
(2)N O
(3)sp 2
(4)NaPO3
(5)< FeO和NiO相比,阴离子相同,阳离子所带电荷相同,但亚铁离子半径大于镍离子,所以FeO晶格能小,熔点低
(6)
解析
(1)P的基态原子核外电子具有的原子轨道为1个1s、1个2s、3个2p、1个3s、3个3p;轨道中电子处于半满、全满、全空时该微粒最稳定。
(2)同一周期元素,元素的电负性随着原子序数增大而增大,其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族第一电离能大于其相邻元素,同一主族元素第一电离能、电负性随着原子序数增大而减小。
(3)含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3+的常用试剂,SCN-中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断C原子的杂化类型,1个SCN-中π键个数为2。
(4)由链状结构可知每个P与3个O形成阴离子,且P的化合价为+5价,以此判断形成的化合物的化学式。
(5)离子晶体熔、沸点与晶格能成正比,晶格能与离子比较成反比、与电荷成正比。
(6)P原子与B原子的最近距离为acm,为晶胞体对角线长的
,晶胞体对角线长等于棱长的
倍,则晶胞棱长
cm=
cm。
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