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阶段测试11
阶段测试十一 物质结构与性质(选修)
满分:
100分 时间:
90分钟1.(8分)(2013·大纲全国)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。
回答下列问题:
(1)D2+的价层电子排布图为________。
(2)四种元素中第一电离能最小的是________,电负性最大的是________(填元素符号)。
(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为________;D的配位数为________;
②列式计算该晶体的密度________g·cm-1。
(4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有________;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为________,配位体是________。
答案
(1)
(2)K F
(3)①K2NiF4 6 ②
=3.4
(4)离子键、配位键 [FeF6]3- F-
解析 由元素C的价电子层中未成对电子数为4知,其不可能位于短周期,结合题意知,元素C位于第四周期,进一步可推出元素A为F,元素B为K,元素C为Fe,元素D为Ni。
(2)K原子易失电子,第一电离能最小,F的非金属性最强,电负性最大。
(3)根据分摊法,可以求得化合物的化学式为K2NiF4,晶体的密度可由晶胞的质量除以晶胞的体积求得。
(4)Fe3+提供空轨道,F-提供孤对电子,两种离子间形成配位键。
2.(6分)(2013·山东)卤族元素包括F、Cl、Br等。
(1)下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势,正确的是________。
(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,如图为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为________,该功能陶瓷的化学式为________。
(3)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。
第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。
(4)若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物,则该配合物中提供孤对电子的原子是________。
答案
(1)a
(2)2 BN (3)sp2 sp3 3 (4)X
解析
(1)同主族元素从上到下元素的电负性逐渐减小,a项对;氟无正价,b项错;HF分子间存在氢键,所以熔沸点在同族元素气态氢化物中最高,c项错;F2、Cl2、Br2三种物质的晶体均是分子晶体,组成相似,则相对分子质量越大分子间作用力越大,熔点越高,d项错。
(2)由晶胞结构示意图,根据均摊法,可得B原子为8×
+1=2个,N原子为4×
+1=2个,则该功能陶瓷的化学式为BN。
(3)BCl3中价层电子对数为:
(3+3)/2=3,B原子为sp2杂化;NCl3中价层电子对数为:
(5+3)/2=4,N原子为sp3杂化。
同周期元素的第一电离能从左到右逐渐增大,但是由于氮原子的2p轨道处于半充满状态,较稳定,其第一电离能比氧的大,铍原子的2s轨道处于全满状态,铍的第一电离能比硼的大,所以第一电离能介于硼和氮之间的第二周期元素有铍、碳、氧3种。
(4)B原子最外层有3个电子,与Cl形成3个单键后,仍缺少2个电子达到8电子稳定结构,所以在B原子与X形成的配位键中,X提供孤对电子。
3.(6分)(2013·四川)X、Y、Z、R为前四周期元素且原子序数依次增大。
X的单质与氢气可化合生成气体G,其水溶液pH>7;Y的单质是一种黄色晶体;R基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍。
Y、Z分别与钠元素可形成化合物Q和J,J的水溶液与AgNO3溶液反应可生成不溶于稀硝酸的白色沉淀L;Z与氢元素形成的化合物与G反应生成M。
请回答下列问题:
(1)M固体的晶体类型是________。
(2)Y基态原子的核外电子排布式是________;G分子中X原子的杂化轨道类型是________。
(3)L的悬浊液中加入Q的溶液,白色沉淀转化为黑色沉淀,其原因是________________________________________________________________________。
(4)R的一种含氧酸根RO
具有强氧化性,在其钠盐溶液中加入稀硫酸,溶液变为黄色,并有无色气体产生,该反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
答案
(1)离子晶体
(2)1s22s22p63s23p4 sp3杂化
(3)Ag2S的溶解度小于AgCl的溶解度
(4)4FeO
+20H+===4Fe3++3O2↑+10H2O
解析 X的单质与氢气可化合生成气体G,其水溶液pH>7,可知X为N(氮);Y的单质是一种黄色晶体,可知Y为S(硫);R基态原子3d轨道的电子数是4s轨道电子数的3倍,则其核外电子排布式为[Ar]3d34s1或者[Ar]3d64s2,结合电子排布规律可知只能是后者,即R为26号元素Fe;由Z与钠元素形成的化合物与AgNO3溶液反应生成不溶于稀硝酸的白色沉淀,可知Z为Cl(氯)。
(1)M为NH4Cl,属于离子晶体。
(2)S元素为16号元素,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p4;NH3分子中N原子的成键电子对数为3,孤电子对数为1,为sp3杂化。
(3)AgCl悬浊液中加入Na2S溶液,白色沉淀转化成黑色沉淀,是由于Ksp(Ag2S) (4)反应后得到黄色溶液,则Fe元素被还原为Fe3+,所以得到的气体只能是氧化产物O2,结合氧化还原反应规律即可写出反应的离子方程式。 4.(8分)(2013·江苏)元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。 元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。 元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。 (1)X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。 ①在1个晶胞中,X离子的数目为________。 ②该化合物的化学式为________。 (2)在Y的氢化物(H2Y)分子中,Y原子轨道的杂化类型是________。 (3)Z的氢化物(H2Z)在乙醇中的溶解度大于H2Y,其原因是________。 (4)Y与Z可形成YZ 。 ①YZ 的空间构型为________(用文字描述)。 ②写出一种与YZ 互为等电子体的分子的化学式: ________。 (5)X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2,1mol该配合物中含有σ键的数目为________。 答案 (1)① 4 ②ZnS (2)sp3 (3)水分子与乙醇分子之间形成氢键 (4)①正四面体 ②CCl4或SiCl4等 (5)16NA或16×6.02×1023个 解析 X的核外电子排布式为ls22s22p63s23p63d104s2,X为Zn;Y的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,Y为S;根据Z的信息可知Z为O。 (1)①由晶胞结构可知,X分别位于晶胞的顶点和面心,根据晶胞中原子的“分摊法”可计算一个晶胞中的X原子数为: 8×1/8+6×1/2=4。 ②Y原子全部在晶胞中,故一个品胞中含有4个Y原子。 故该化合物的化学式为ZnS。 (2)H2S分子中S原子有两对成键电子和两对孤对电子,所以H2S分子中S原子的轨道杂化类型为sp3杂化。 (3)H2O与乙醇可以形成分子间氢键,使得水与乙醇互溶;而H2S与乙醇不能形成分子间氢键,故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。 (4)①SO 的中心原子S周围有4对成键电子,形成以S为中心,O为顶点的正四面体结构;②SO 中S、O最外层均为6个电子,故SO 中原子最外层共有32个电子;CCl4、SiCl4中原子的最外层电子总数均为4+7×4=32,故SO 、CCl4、SiCl4为等电子体。 (5)[Zn(NH3)4]Cl2中[Zn(NH3)4]2+与Cl-形成离子键,而[Zn(NH3)4]2+中含有4个Zn—N键(配位键)和12个N—H键,共16个共价单键,故1mol该配合物中含有16molσ键。 5.(8分)(2013·开封二模)已知A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大,其中A原子所处的周期数、族序数都与其原子序数相等;B原子核外电子有6种不同的运动状态,s轨道电子数是p轨道电子数的两倍;D原子L电子层上有2对成对电子;E的+1价阳离子的核外有3层电子且各层均处于全满状态。 (1)E元素基态原子的核外电子排布式为________。 (2)B、C、D三种元素的第一电离能由小到大的顺序为________(填元素符号),其原因是________。 (3)B2A4是石油炼制的重要产物之一。 B2A4分子中B原子轨道的杂化类型为________;1molB2A4分子中含________molσ键。 (4)已知D、E能形成晶胞结构如图所示的两种化合物,则化学式: 甲为________,乙为________;高温时,甲易转化为乙的原因为________。 答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 (2)C (3)sp2 5 (4)CuO Cu2O Cu2O中Cu的各轨道均为全充满状态,较稳定 解析 原子序数与周期数、族序数都相等的元素只有氢元素,即A为氢元素;B原子核外电子有6种不同的运动状态,因原子核外电子运动状态互不相同,故B为碳元素;L层有两对成对电子,则该层电子排布为2s22p4,即D为氧元素,则C为氮元素;E的+1价阳离子的核外有3层电子且各层均处于全满状态,则E元素应为第ⅠB族的铜元素。 (2)同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,但由于氯元素的2p轨道处于半满状态,较稳定,故其第一电离能大于相邻的碳元素和氧元素,故第一电离能的大小顺序为N>O>C。 (3)C2H4分子中碳原子的成键电子对数为(4+2)/2=3,故碳原子的轨道杂化类型为sp2杂化。 (4)甲晶胞中白色球有8个处于顶点、4个处于棱上、2个处于面心、1个处于体心: 8× +4× +2× +1=4,4个黑色球均处于晶胞体内,故甲晶胞的化学式为CuO。 乙晶胞中白色球代表的元素8个处于顶点、1个处于体心: 8× +1=2,黑色球4个均处于晶胞体内,故乙晶胞的化学式为Cu2O。 CuO和Cu2O中铜的化合价分别为+2、+1,故CuO和Cu2O中的铜原子的电子排布式分别为1s22s22p63s23p63d9、1s22s22p63s23p63d10,Cu2O中铜的各轨道均处于全满状态,性质稳定。 6.(10分)(2013·唐山模拟)已知: A、B、C、D、E、F六种元素,原子序数依次增大。 A原子核外有两种形状的电子云,两种形状的电子云轨道上电子数相等;B是短周期中原子半径最大的元素;C元素3p能级半充满;E是所在周期电负性最大的元素;F是第四周期未成对电子最多的元素。 试回答下列有关的问题: (1)写出F元素的电子排布式: ________。 (2)已知A元素的一种氢化物分子中含四个原子,则在该化合物的分子中A原子的杂化轨道类型为________。 (3)已知C、E两种元素形成的化合物通常有CE3、CE5两种。 这两种化合物中一种为非极性分子,一种为极性分子,属于极性分子的化合物的分子空间构型是________。 (4)B、C、D、E的第一电离能由大到小的顺序是________(写元素符号)。 四种元素最高价氧化物的水化物形成的溶液,物质的量浓度相同时,pH由大到小的顺序是________(写化学式)。 (5)由B、E两元素形成的化合物组成的晶体中,阴、阳离子都具有球型对称结构,它们都可以看做刚性圆球,并彼此“相切”。 如下图所示为B、E形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的剖面图: 晶胞中距离一个B+最近的B+有________个。 若晶体密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则E-的离子半径为________cm(用含NA与ρ的式子表达)。 答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1 (2)sp3 (3)三角锥形 (4)Cl>P>S>Na NaOH>H3PO4>HClO4>H2SO4 (5)12 解析 A、B、C、D、E、F六种元素,原子序数依次增大,由“A原子核外有两种形状的电子云,两种形状的电子云轨道上电子云相等”推出A为O,由“B是短周期中原子半径最大的元素”推出B为Na,由“C元素3p能级半充满”推出C为P,由“F是第四周期未成对电子最多的元素”推出F为Cr,由“E是所在周期电负性最大的元素”及原子序数大小关系推出E为Cl,则D为S。 (2)含四个原子的A的氢化物为H2O2,其氧原子的杂化轨道类型为sp3。 (3)CE3和CE5为PCl3和PCl5,PCl3是极性分子,空间结构为三角锥形,PCl5为非极性分子。 (4)同周期主族元素第一电离能从左到右有增大的趋势,但第ⅤA族反常,第一电离能由大到小的顺序是Cl>P>S>Na。 四种元素最高价氧化物对应的水化物分别是NaOH、H3PO4、H2SO4、HClO4,NaOH是碱,H3PO4是中强酸,H2SO4、HClO4都是强酸,物质的量浓度相同时,pH由大到小顺序为NaOH>H3PO4>HClO4>H2SO4。 (5)与Na+最近的Na+共有12个。 设正方形(晶胞截面图)的边长为acm、Cl-的半径为rcm,ρa3= ×58.5,得a= ,r= a= 。 7.(8分)(2013·临沂质检)碳是形成化合物种类最多的元素。 (1)CH2===CH—C≡N是制备腈纶的原料,其分子中σ和π键的个数之比为________(填最简整数比),写出该分子中所有碳原子的杂化方式: ________________________________________________________________________。 (2)乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)的分子式均为C2H6O,但CH3CH2OH的沸点高于CH3OCH3的沸点,其原因是________________________________________________________________________。 (3)某元素位于第四周期Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为________。 (4)碳化硅的结构与金刚石类似,其硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能。 如图所示为碳化硅的晶胞(其中●为碳原子,○为硅原子)。 每个碳原子周围与其距离是近的硅原子有______个。 设晶胞边长为acm,密度为bg/cm3,则阿伏加德罗常数可表示为______(含a、b的式子表示)。 答案 (1)2∶1 sp2 sp (2)乙醇分子之间形成氢键 (3)3d84s2 (4)4 解析 (1)凡单键均为σ键,双键中有1个σ键和1个π键,叁键中有1个σ键和2个π键,故CH2===CH—C≡N中含有6个σ键,3个π键,故σ键和π键的个数之比为2∶1,分子中所有碳原子的价电子均参与形成了共价键,第一个和第二个碳原子有3个σ键,采取sp2杂化,而第三个碳原子只有2个σ键,采取sp杂化。 (2)乙醇分子之间可形成氢键,故其沸点较高。 (3)基态碳原子的未成对电子数为2个,故第四周期第Ⅷ族元素的基态原子有2个未成对电子,其基态价层电子排布式为3d84s2。 (4)由题意碳化硅的结构与金刚石类似,则每个碳原子周围与其距离最近的硅原子应为4个。 每个晶胞含有碳原子和硅原子各4个,故每个晶胞的质量为 g,每个晶胞的体积为a3cm3,则 =bg/cm3,可得NA= 。 8.(10分)(2013·渭南质检)决定物质性质的重要因素是物质结构。 请回答下列问题。 (1)已知A和B为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示: 电离能/kJ·mol-1 I1 I2 I3 I4 A 578 1817 2745 11578 B 738 1451 7733 10540 A通常显________价,A的电负性________B的电负性(填“>”“<”或“=”)。 (2)紫外光的光子所具有的能量约为399kJ·mol-1。 根据下列有关蛋白质分子中重要化学键的信息,说明人体长时间照射紫外光后皮肤易受伤害的原因: ________________________________________________________________________。 共价键 C—C C—N C—S 键能/kJ·mol-1 347 305 259 组成蛋白质的最简单的氨基酸中的碳原子杂化类型是________。 (3)实验证明: KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图所示),已知3种离子晶体的晶格能数据如下表: 离子晶体 NaCl KCl CaO 晶格能/kJ·mol-1 786 715 3401 则该4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________。 其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有________个。 (4)金属阳离子含未成对电子越多,则磁性越大,磁记录性能越好。 离子型氧化物V2O5和CrO2中,适合作录音带磁粉原料的是________。 (5)某配合物的分子结构如图所示,其分子内不含有________(填选项字母)。 A.离子键 B.极性键 C.金属键D.配位键 E.氢键F.非极性键 答案 (1)+3 > (2)紫外光具有的能量比蛋白质分子中主要化学键C—C、C—N和C—S的键能大,紫外光的能量足以使这些化学键断裂,从而破坏蛋白质分子 sp2和sp3 (3)TiN>MgO>CaO>KCl 12 (4)CrO2 (5)AC 9.(8分)(2013·厦门质检)Ⅰ.双氰胺的结构简式如图所示。 (1)双氰胺的晶体类型为________。 (2)双氰胺所含元素中,________(填元素名称)元素基态原子核上未成对电子数最多。 (3)双氰胺分子中σ键和π键数目之比为________。 Ⅱ.硼的最简单氢化物——乙硼烷的球棍模型如图所示,由它制取氢化锂的反应为: 2LiH+B2H6===2LiBH4。 (4)乙硼烷分子中硼原子的杂化轨道类型为________。 (5)BH 为正四面体结构,LiBH4中硼原子和氢原子之间的化学键有________(填选项字母)。 A.离子键 B.金属键 C.氢键D.配位键 E.极性键 F.非极性键 (6)根据以上反应判断,反应中涉及的元素的电负性从小到大的顺序为________(用元素符号表示)。 (7)碳的最简单氢化物是CH4,而硼的最简单氢化物不是BH3,其原因为________________________________________________________________________。 答案 (1)分子晶体 (2)氮 (3)3∶1 (4)sp3 (5)DE (6)Li (7)CH4中碳原子形成8电子稳定结构,而BH3中硼原子核外只有6个电子,不能达到稳定状态 10.(8分)(2013·东北模拟)原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第一至第四周期,自然界中存在多种A的化合物,B原子核外电子有6种不同的运动状态,B与C可形成正四面体形分子,D的基态原子的最外能层只有一个电子,其他能层均已充满电子。 请回答下列问题: (1)这四种元素中电负性最大的元素,其基态原子的价电子排布图为________,第一电离能最小的元素是________(填元素符号)。 (2)C所在主族的前四种元素分别与A形成的化合物,沸点由高到低的顺序是________(填化学式),呈现如此递变规律的原因是________________________________________________________________________。 (3)B元素可形成多种单质,一种晶体结构如图一所示,其原子的杂化类型为________。 另一种的晶胞如图二所示,该晶胞的空间利用率为________,若此晶胞中的棱长为356.6pm,则此晶胞的密度为________g·cm-3(保留两位有效数字)。 ( =1.732) (4)D元素形成的单质,其晶体的堆积模型为________,D的醋酸盐晶体局部结构如图三,该晶体中含有的化学键是________(填序号)。 ①极性键 ②非极性键 ③配位键 ④金属键 (5)向D的硫酸盐溶液中滴加过量氨水,观察到的现象 ________________________________________________________________________。 请写出上述过程的离子方程式: ________________________________________________________________________。 答案 (2)HF>HI>HBr>HCl HF分子之间形成氢键使其熔沸点较高,HI、HBr、HCl分子之间只有范德华力,结构相似相对分子量越大,范德华力越大 (3)sp2 34% (解法1: 将金刚石的晶胞大立方体切成8个体积相等的小立方体,将会出现两种小立方体。 一种体心有碳原子,一种体心没有碳原子。 将体心没有碳原子的小立方体的顶点上的碳原子移动到体心有碳原子的立方体的相应的顶点上,就会形成两种新的小立方体。 一种为体心立方堆积,另一种为全空。 所以,金刚石的空间利用率为体心立方的一半。 解法2: 金刚石中的最小的正四面体的顶点到该正四面体体心的距离恰好为碳原子半径的2倍,也恰好是其所在小立方体体对角线的一半,因此金刚石晶胞的体对角线恰好为碳原子半径的8倍,而体对角线的长度恰好是晶胞棱长的 倍,而该晶胞含有8个碳原子,据此可进行计算) 3.5 (4)面心立方最密堆积 ①②③ (5)首先形成蓝色沉淀,继续滴加氨水,沉淀溶解,得到深蓝色的透明溶液 Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH 、 Cu(OH)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O 解析 根据四种元素分别处于第一至第四周期,结合题中信息可确定A、B、C、D四种元素分别为H、C、Cl和Cu。 (1)四种元素中电负性最大的是Cl,其基态原子的价电子数为7,价电子排布图为 ;结合第一电离能的变化规律,可知Cu的第一电离能最小。 (2)卤化氢随着相对分子质量递增,其沸点升高,但HF分子间存在氢键,沸点最高,即沸点由高到低的顺序是HF>HI>HBr>HCl。 (3)图一为平面分子,该物质碳原子采取sp2杂化;图二晶胞空间利用率计算详见答案;一个晶胞中含碳原子数为8× +6× +4=8,该晶胞密度为: g·cm-3=3.5g·cm-3。 (4)晶体Cu为面心立方最密堆积,结合图三醋酸铜晶体的局部结构可确定其晶体中含有极性键、非极性键和配位键。
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