高考专题21 物质结构综合题备战高考化学优秀模拟题精校解析Word版.docx
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高考专题21物质结构综合题备战高考化学优秀模拟题精校解析Word版
1.【西南大学附属中学校2018届高三第六次月(3月)考】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(白球代表铜原子)。
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”、“共价”)
③已知该晶体的密度为
g/cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,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)。
【答案】
亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态sp2、sp3NN>O>C面心立方最密堆积CuCl2共价
【解析】
【详解】
(1)基态Cu原子的外围电子排布为:
3d104s1,则基态Cu原子的价电子排布图为:
;
(2)失去一个电子后,亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态,所以导致高温下Cu2O比CuO稳定;(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子第一个有一个碳氧双键,其他为单键,形成的是sp2杂化,第二个碳与第一个碳和三个氢形成单键,形成的是sp3杂化;配体中N有一对孤对电子,提供孤对电子的原子是N;同周期元素的第一电离能随核电荷数的增加而增大,但N原子的2P轨道是半充满的稳定状态,所以N元素的第一电离能大于O,则C、N、O三元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>C;(4)铜晶体中铜原子的堆积方式如图1所示,为三层分ABA形,则晶体铜原子的堆积方式为面心立方最密堆积;(5)M原子的价电子排布式为3s23p5,
2.【漳州市2018届高三考前模拟考】常见的太阳能电池有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、GaAs太阳能电池及铜铟镓硒薄膜太阳能电池等。
(1)基态亚铜离子(Cu+)的价层电子排布式为________;高温下CuO容易转化为Cu2O,试从原子结构角度解释原因:
______________________________________________。
(2)H2O的沸点高于H2Se的沸点(-42℃),其原因是___________________________。
(3)GaCl3和AsF3的立体构型分别是____________,____________。
(4)硼酸(H3BO3)本身不能电离出H+,在水中易结合一个OH-生成[B(OH)4]-,而体现弱酸性。
①[B(OH)4]-中B原子的杂化类型为______________。
②[B(OH)4]-的结构式为________________。
(5)金刚石的晶胞如图,若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子,便得到晶体硅;若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子,且碳、硅原子交替,即得到碳化硅晶体(金刚砂)。
①金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是________________(用化学式表示);
②金刚石的晶胞参数为apm(1pm=10-12m)。
1cm3晶体的平均质量为_______________(只要求列算式,阿伏加德罗常数为NA)。
【答案】3d10Cu2O中Cu+的价层电子排布处于稳定的全充满状态水分子间存在氢键、H2Se分子间无氢键平面三角形三角锥型sp3
C>SiC>Si
【解析】
【详解】
(1)Cu原子失去1个电子生成Cu+,Cu+核外有28个电子,失去的电子数是其最外层电子数,根据构造原理知Cu+基态核外电子排布式1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10,则基态亚铜离子(Cu+)的价层电子排布式为3d10;原子轨道处于全空、半满或全满时最稳定,结构上Cu2+为3d9,而Cu+为3d10全充满更稳定,故高温下CuO容易转化为Cu2O;
(2)H2O和H2Se都是极性分子,其分子间有色散力、诱导力、取向力。
但由于H2O的分子间还有氢键存在,所以H2O沸点比H2Se沸点高;(3)GaCl3中价层电子对个数=3+
(3-3×1)=3,且没有孤电子对,所以其空间构型是平面三角形结构;AsF3中价电子对个数=3+
(5-3×1)=4,有一个孤电子对,所以其空间构型是三角锥形;(4)①在[B(OH)4]-中,硼原子最外层只有3个电子,与氧原子形成3对共用电子对,B原子与4个羟基相连,一对孤对电子对,为sp3杂化;②[B(OH)4]-离子中的配位键,氧元素提供孤对电子给硼元素O→B,可表示为
;(5)①金刚石、晶体硅、碳化硅都是原子晶体,半径越小,熔点越高,故金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是C>SiC>Si;②根据分摊原则,立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似,晶胞中共有8个原子,N和B各占4个。
1cm3晶体的平均质量为
=
。
3.【重庆市綦江中学2018届高三高考适应性考】A、B、C、D、E为原子序数依次增大的前四周期元素,A是原子半径最小的元素,B元素有两个未成对电子,D元素的最外层电子是内层电子数的三倍,E的单质是自然界中最硬的金属,常用于制作合金,且其未成对电子数在同周期中最多。
回答下列问题:
(1)利用原子发生跃迁时吸收或释放出的光用于鉴定E元素,该方法是________,其价层电子排布图为____________,根据_____________原理,该基态原子的电子排布应使其能量处于最低状态。
(2)根据电子排布,C元素处于周期表中_______区;根据元素周期律,电负性B_______C,第一电离能C________D(填“大于”、“小于”或者“等于”)。
(3)化合物A2D分子空间构型是_____________;A与C以原子个数比2:
1形成的分子中C原子的杂化方式为_________,它是_________分子(填“极性”或“非极性”),且该分子可以与很多金属离子形成配合物,其中提供孤对电子的原子是____________(填元素符号)。
(4)生活中常见的B元素的同素异形体有两种,其结构为图1、图2所示:
①图1所对应的同素异形体可以导电,试从其结构予以解释_________。
②图2所对应的同素异形体的晶胞如图3,若B原子的半径为anm,则该晶胞的空间利用率为_____________。
(
=1.732,结果保留一位小数)
【答案】光谱分析
能量最低原理P小于大于V形SP3极性N石墨的片层结构上所有的P轨道互相平行且相互重叠,使P轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
34.0%
【解析】
(1)光谱分析利用原子的特征光谱对原子进行鉴定,根据能量最低原理,3d轨道和4s轨道半充满状态最稳定,故Cr原子的电子排布较特殊;利用原子发生跃迁时吸收或释放出的光用于鉴定Cr元素,该方法是光谱分析,其价层电子排布图为
,根据能量最低原理原理,该基态原子的电子排布应使其能量处于最低状态;
(2)可以推测A为H,D可以推测为O,则B为C,而C只能是N,N处于P区,电负性同一周期从左到右增大,则C小于N,第一电离能由于N原子处于半充满状态,能量低,第一电离能大,故N大于O;(3)H2O的构型为V形,N2H4中N原子有孤对电子,有三对成键电子对,故价层电子对为4,为SP3杂化,由于N2H4的非对称结构,是极性分子;N原子可以提供孤独电子形成配位键,故其中提供孤对电子的原子是N;(4)①石墨的片层结构上所有的P轨道互相平行且相互重叠,使P轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,故能导电;②该晶胞体对角线应该是5个C原子无隙并置,则体对角线长为8a,该晶胞中含8个C原子,列式为(8×4/3πa3)/(8a/
)3=34%。
点睛:
考查光谱分析鉴定元素,原子核外电子的排布规律及能量最低原理,周期表的分区,电负性,第一电离能,分子的空间构型,杂化方式,分子的极性及配合物中的配体,石墨的结构与性质的关系,晶胞空间占有率的计算。
4.【淄博市2018届高三第二次模拟】
(1)铁离子(Fe3+)最外层电子排布式为______,其核外共有______种不同运动状态的电子。
(2)硒、砷、溴三种元素的第一电离能从大到小的顺序为___________(用元素符号表示)。
(3)两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角分别为93.6°和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因_____________________________________________________________。
(4)常温下PCl5是白色晶体,在148℃时熔化成能导电的熔体。
该熔体由A、B两种微粒构成,A、B分别与CCl4、SF6互为等电子体,则A的化学式为__________________,其中心原子杂化方式为
_______________。
(5)Cu与Au的某种合金可形成面心立方最密堆积的晶体(密度为ρg·cm-3),在该晶胞中Cu原子处于面心,用NA表示阿伏加德罗常数的值。
①与Au距离最近的Cu个数为________。
②该晶体具有储氢功能,氢原子可进入到Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中,储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构(如图)相似,该晶体储氢后的化学式为__________,则晶胞中Cu原子与Au原子中心的最短距离d=________cm。
若忽略吸氢前后晶胞的体积变化,则该储氢材料的储氢能力为__________(
)。
【答案】3s23p63d523BrAsSeN电负性强于P,且原子半径小于P,NH3中成键电子对离中心原子更近,成键电子对间距离更小,致使其成键电子对间斥力大,键角更大PCl4+sp312Cu3AuH4
44800ρ/389(或115.2ρ)
(4)常温下PCl5是白色晶体,在148℃时熔化成能导电的熔体,说明生成自由移动的离子,一种为PCl4+,另外一种为PCl6-;反应为2PCl5=PCl4++PCl6-。
(5)立方晶胞中,顶点粒子占1/8,面心粒子占1/2,内部粒子为整个晶胞所有,根据晶体的密度ρ=m/V做相关计算。
详解:
(1)铁原子的核电荷数为26,1s22S22p63s23p63d64s2,铁离子(Fe3+)失去3个电子,最外层电子排布式为3s23p63d5;其核外共有23种不同运动状态的电子;正确答案:
3s23p63d5;23。
(2)同周期主族元素的第一电离通常随核电荷数增大,呈增大趋势,但As的p轨道为半充满结构,相对稳定,第一电离能较大,所以第一电离能从大到小的顺序为BrAsSe;正确答案:
BrAsSe。
(3)N电负性强于P,且原子半径小于P,NH3中成键电子对离中心原子更近,成键电子对间距离更小,致使其成键电子对间斥力大,键角更大,所以两种三角锥形气态氢化物PH3和NH3的键角相比较,NH3分子的键角较大;正确答案:
N电负性强于P,且原子半径小于P,NH3中成键电子对离中心原子更近,成键电子对间距离更小,致使其成键电子对间斥力大,键角更大。
(4)CCl4的原子数为5,价电子总数为32,SF6的原子数为7,价电子总数为48,因为A与CCl4互为等电子体,B与SF6互为等电子体,则A为PCl4+,B为PCl6-;PCl4+的中心P原子的成键电子对数为
,其中心原子杂化轨道类型为sp3;正确答案:
PCl4+;sp3。
点睛:
本题考查物质结构和性质,涉及电子的排布图,杂化方式的判断,电离方式和微粒结构,晶胞计算等,侧重于基础知识的综合应用的考察,题目难度中等。
5.【宿州市2018届高三第三次教学质量检测】碳、氮、氧、氯、钠、铜等元素的化合物广泛存在于自然界,回答下列问题:
(1)基态氯原子的价电子排布图是________________________;基态铜原子核外电子占有的空间运动状态有____________种
(2)碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是____________(填元素符号)CO32-中碳原子的杂化轨道类型为____________。
(3)相同条件下,水的沸点高于液氨,原因是________________________。
(4)铜与CNˉ可形成络合离子[Cu(CNˉ)4]2-,写出一种与CNˉ互为等电子体的分子的化学式
____________;1mol[Cu(CNˉ)4]2-中含有____________molσ键;若将[Cu(CNˉ)4]2-中二个CNˉ换为Clˉ,只有一种结构,则[Cu(CNˉ)4]2-中4个氮原子所处空间位置关系为_________。
(5)氯化钠的晶胞如图所示。
晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列,钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中。
一个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目为__________个。
已知:
半径r(Clˉ)=apm,r(Na+)=bpm。
摩尔质量M(NaCI)=cg·mol-1则氯化钠晶体的密度为_________g·cm-3
【答案】
15Nsp2氧元素的电负性大于氮,氧原子的半径小于氮,水分子间氢键比氨分子间氢键强N2或CO8正四面体12
×1030
解析:
(1)基态氯原子的价电子排布在3s、3p能级上,价电子排布图是
;铜原子核外有29个电子,核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1,排布在15个原子轨道上,所以有15种空间运动状态;
(2)同周期元素从左到右第一电离能增大,ⅤA族原子p轨道半充满,第一电离能大于ⅥA族元素的原子,所以碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是N;CO32-中碳原子的价电子对数是
,所以碳原子的杂化轨道类型为sp2;(3)氧元素的电负性大于氮,氧原子的半径小于氮,水分子间氢键比氨分子间氢键强,所以水的沸点高于液氨;(4)等电子体是原子数相同、价电子数相同的微粒,所以与CNˉ互为等电子体的分子的化学式是N2或CO;单键是σ键,三键中有1个是σ键,所以1mol[Cu(CNˉ)4]2-中含有8molσ键;若将[Cu(CNˉ)4]2-中二个CNˉ换为Clˉ,只有一种结构,则[Cu(CNˉ)4]2-中4个氮原子所处空间位置关系为正四面体;(5)根据晶胞图,1个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目是12个;晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列,钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中,r(Clˉ)=apm,所以晶胞边长是
pm,根据均摊原则,每个晶胞含有Clˉ数是
,含有Na+数是
;所以密度是
×1030g·cm-3。
点睛:
根据均摊原则,立方晶胞顶点的原子被一个晶胞占用
、晶胞楞上的原子被一个晶胞占用
、晶胞面心的原子被一个晶胞占用
。
6.【鄂州市2018届高三下学期第三次模拟】已知A、B、C、D、E、F为元素周期表中原子序数依次增大的前20号元素,A与B;C、D与E分别位于同一周期。
A原子L层上有2对成对电子,B、C、D的核外电子排布相同的简单离子可形成一种C3DB6型离子晶体,CE、FA为电子数相同的离子晶体。
(1)写出A元素的基态原子价电子排布式____________。
(2)试解释工业冶炼D不以DE3而是以D2A3为原料的原因:
___________。
(3)许多+l价铜的配合物溶液能吸收CO和烯烃(如C2H4等),CH3CH=CH2分子中3个C原子采取的杂化方式依次为___________。
(4)在硫酸铜溶液中逐滴滴加氨水至过量,先出现蓝色沉淀,最后沉淀完全溶解。
写出此蓝色沉淀溶解的离子方程式:
_____________;
(5)B的氢化物比氨气的熔沸点略高,请解释原因:
_____________;
(6)1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。
C60分子是形如球状的多面体(如图),该结构的建立基于以下考虑:
①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;
②C60分子只含有五边形和六边形;
③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:
顶点数+面数-棱边数=2。
据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形。
请回答下列问题:
1)试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”)__________,并简述其理由:
_______________。
2)C70和C60结构类似,则分子中含有______个六边形和______个五边形。
【答案】2s22p4氯化铝为共价化合物,熔融时候不能电离出自由移动的离子sp3、sp2、sp2Cu(OH)2+4NH3·H2O=Cu(NH3)42++2OH-+4H2O氟化氢所形成的分子间氢键的强度比氨分子形成的分子间氢键大可能1molC60分子中含有30mol双键,可以和30molF2发成加成反应形成C60F601225
(2)根据氯化铝是共价化合物分析解答;
(3)根据价层电子对互斥理论确定杂化方式;
(4)氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合离子和氢氧根离子,根据价层电子对互斥理论确定其空间构型;
(5)根据氟化氢和氨分子形成的分子间氢键强弱分析解答;
(6)1)由欧拉定理计算碳碳单键和双键键数,再进行判断;2)根据欧拉定理及棱边数计算。
详解:
由上述分析可知,A为O、B为F、C为Na、D为Al、E为Cl、F为Ca。
(1)A元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,故答案为:
2s22p4;
(2)工业冶炼铝不以氯化铝而是以氧化铝为原料的原因为氯化铝为共价化合物,不导电,而氧化铝为离子化合物,电解可制备Al,故答案为:
氯化铝为共价化合物,不导电,而氧化铝为离子化合物;
(3)CH3CH=CH2分子中甲基上的C原子含有4个共价单键,属于sp3杂化,碳碳双键两端上的碳原子含有3个σ键,属于sp2杂化,故答案为:
sp3、sp2、sp2;
2)设C70分子中五边形数为x,六边形数为y,依题意可得方程组:
(5x+6y)=
(3×70),
70+(x+y)−
(3×70)=2,得x=12,y=25,故答案为:
12;25。
点睛:
本题考查了物质结构与性质,涉及晶胞的计算,氢键的判断等。
本题的易错点和难点为(6),要明确每条边被几个多边形共用,每个原子被几个多边形共用,只有明确此点才能正确解答问题。
7.【南昌市2018届高三第二次模拟】由N、P、Ti等元素组成的新型材料有着广泛的用途,请回答下列问题。
(1)钛元素基态原子未成对电子数为____个,能量最高的电子占据的能级符号为__。
(2)磷的一种同素异形体—白磷(P4)的立体构型为____,推测其在CS2中的溶解度____(填“大于”或“小于”)在水中的溶解度。
(3)两种三角锥形气态氢化物膦(PH3)和氨(NH3)的键角分别为93.6°和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因:
________。
(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。
先将TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至1000~1100K,进行氯化处理,生成TiCl4。
写出生成TiCl4的化学反应方程式:
______。
(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为____,已知晶体的密度为pg·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长为____cm(用含p、NA的式子表示)。
【答案】23d正四面体形大于电负性N强于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间距离越小,成键电子对之间的排斥力增大,键角变大
TiO2+2C+2C12
TiCl4+2COTiN
(3)由于电负性N强于P,中心原子的电负性越大,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间距
离越小,成键电子对之间的排斥力增大,键角变大,因此PH3的键角小于NH3的。
(4)反应物是氯气、TiO2和足量炭粉,生成物是TiCl4,根据原子守恒且碳过量可知还有CO生成,则生成TiCl4的化学反应方程式为TiO2+2C+2C12
TiCl4+2CO。
(5)根据晶胞结构可知含有的N原子个数是8×1/8+6×1/2=4,Ti原子全部在晶胞中,共计是4个,则该晶体的化学式为TiN;设晶胞的边长是acm,则
,解得a=
。
8.【临沂市2018届高三第三次高考模拟】钛及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。
(1)基态钛原子的价电子排布式为_____________,与钛同周期的元素中,基态原子的未成对电子数与钛相同的有____________种。
(2)钛比钢轻、比铝硬,是一种新兴的结构材料,钛的硬度比铝大的原因是_________。
(3)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚,并通入HCl至饱和,可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体,该晶体中两种配体的物质的量之比为1:
5,则该配合离子的化学式为___________。
(4)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合,其结构如下图所示。
①组成M的元素中,电负性最大的是_________(填名称)。
②M中碳原子的杂化方式为____________。
③M中不含________(填代号)。
a.π键b.σ键c.离子键d.配位键
(5)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一。
其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示。
①A、B、C、D4种微粒,其中氧原子是________(填代号)。
②若A、B、C的原子坐标分别为A(0,0,0)、B(0.69a,0.69a,c)、C(a,a,c),则D的原子坐标为D(0.19a,____,___);钛氧键的键长d=______(用代数式表示)。
【答案】3d24s23Ti原子的价电子数比Al多,金属键更强[TiCl(H2O)5]2+氧sp2sp3cBD0.81a0.5c
【解析】
试题分析:
(1)钛原子核外有22个电子,根据核外电子排布规律写基态钛原子的价电子排布式;基态原子的未成对电子数为2;第四周期中未成对电子数为2的元素有Ge、Se、Ni,有3种;
(2)Ti原子的价电子数是4、铝原子的价电子数是3;(3).配位数为6,两种配体的物质的量之比为1:
5,所以配体中有1个氯原子、5个水分子;(4)①组成M的元素有Ti、C、H、O、Cl,非金属性越强电负性越大;②M中有双键碳和单键碳原子两种;③单键为σ键、双键中1个是σ键、1个是π键,根据M的结构图,还有配位键;(5)①根据均摊原则,晶胞中共有原子
,晶胞中相同位置的原子相同,根据钛氧原子比是1:
2分析;②根据晶胞结构分析D原子坐标;根据图示,
点睛:
根据均摊原则,立方晶胞顶点的原子被一个晶胞占用
、晶胞楞上的原子被一个晶胞占用
、晶胞面心的原子被一个晶胞占用
。
9.【衡水中学2018届高三第二十次模拟】第ⅢA族的单质及一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。
回答下列问题:
(1)基态Ga原子价电子排
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