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文档介绍
全国版2021高考化学一轮复习课时作业46物质结构与性质的综合作用含解析
课时作业(四十六) 物质结构与性质的综合作用 1.(2019·黑龙江哈尔滨统考)(1)三聚氰胺中六元环结构与苯环类似,它与硝基苯的相对分子质量之差为3,三聚氰胺的熔点为354 ℃,硝基苯的熔点是5.7 ℃。 ①三聚氰胺中,环上与环外的氮原子杂化轨道类型分别为________。 ②导致三聚氰胺与硝基苯熔点相差很大的根本原因是 ________________________________________________________________________。 (2)一定条件下,碳、氮两种元素可形成一种化合物,该化合物可作耐磨材料,其熔点________(填“高于”“低于”或“无法判断”)金刚石的熔点。 (3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示。则铁镁合金的化学式为__________,若该晶胞的参数为d nm,则该合金的密度为____________(不必化简,用NA表示阿伏加德罗常数)。 解析 (1)①三聚氰胺中环上、环外氮原子分别形成了2个σ键、3个σ键,均还有一个孤电子对,故价层电子对数分别为3、4,杂化轨道类型分别为sp2、sp3。②三聚氰胺中存在N—H键,分子间能形成氢键,导致熔点升高,硝基苯分子间不能形成氢键,故熔点较低。(2)因氮的原子半径小于碳的原子半径,故键能:C—N>C—C,因而金刚石的熔点较低。(3)依据均摊规则,晶胞中共有4个铁原子,8个镁原子,故化学式为Mg2Fe,一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,其质量为×104 g= g,1 nm=10-7 cm,体积为10-21d3 cm3,由此可求出其密度。 答案 (1)①sp2、sp3 ②三聚氰胺分子间能形成氢键,但硝基苯分子间不能形成氢键 (2)高于 (3)Mg2Fe g·cm-3(或其他合理答案) 2.(2018·河南八市二模)针对氮族元素中的N、P、As三种非金属元素回答下列相关问题。 (1)基态砷原子的价电子排布式为__________,同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是__________(填元素符号)。 (2)雄黄(As4S4 - 9 - )是很多人熟悉的一种物质,其分子结构如图所示,分子中所有原子最外层均达到8电子结构。分子中含有的σ键的数目是______,●表示的原子是______,该原子的杂化形式是__________。 (3)硝酸的沸点较低,从氢键的角度推断其可能的原因是____________________。硝酸根的空间构型是____________。 (4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积,每个分子周围紧邻的分子有______个。若白磷晶体晶胞的棱长为y pm,阿伏伽德罗常数的数值用NA表示,则白磷晶体的密度为__________g·cm-3。 解析 (1)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3,其未成对电子数是3个,同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是V、Co(它们的价电子排布分别为3d34s2和3d74s2)。 (2)由雄黄(As4S4)的分子结构示意图可知,其分子中含有的σ键的数目是10,●表示的原子与相邻的原子形成3个共价键,所以该原子是砷,每个砷原子还有1个孤电子对,所以该原子的杂化形式是sp3杂化。 (3)硝酸的沸点较低,从氢键的角度推断其可能的原因是:硝酸中存在分子内氢键。硝酸根中氮原子的杂化类型是sp2杂化,氮原子形成了3个σ键,所以其空间构型是平面三角形。 (4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积,类比金属晶体中金属原子的密堆积,可知每个分子周围紧邻的分子有12个。密堆积可能是面心立方堆积也可能是六方堆积,每个晶胞中有4个白磷分子,白磷晶体晶胞的棱长为y pm,阿伏伽德罗常数的数值用NA表示,则NA个晶胞的质量和体积分别是496 g和NA(y×10-10)3 cm3,则白磷晶体的密度为 g·cm-3。 答案 (1)4s24p3 V、Co (2)10 砷 sp3杂化 (3)硝酸中存在分子内氢键 平面三角形 (4)12 3.(2018·江西南昌二模)核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘-131和铯-137。碘-131一旦被人体吸入,可能会引发甲状腺肿大等疾病。 (1)与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表: 元素代号 X Y Z 第一电离能(kJ·mol-1) 520 496 419 基态Z原子的核外电子排布式为________。X、Y、Z三种元素形成的单质熔点由高到低的顺序为__________(用元素符号表示),其原因为 ________________________________________________________________________ - 9 - ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)F与I同主族,BeF2是由三个原子构成的共价化合物分子,分子中中心原子Be的杂化类型为__________,BeF2分子的空间构型是________。 (3)Cl与I同主族,Cl具有很强的活泼性,可以形成很多含氧化合物,其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为______________________________________。 (4)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示,该晶胞中含有______个131I2分子,该晶体属于________(填晶体类型)。 (5)KI的晶胞结构如图乙所示,每个K+的配位数为______。KI晶体的密度为________ρ g·cm-3,K和I的摩尔质量分别为Mkg·mol-1和MIg·mol-1,原子半径分别为rKcm和rIcm,阿伏加德罗常数的值为NA,则KI晶胞中的空间利用率为__________________。 解析 (1)由铯的最外层电子排布式为6s1可知X、Y、Z为第ⅠA族,而ⅠA族前四周期的元素分别为H、Li、Na、K,又由提供的X、Y的第一电离能的差值与Y、Z的第一电离能的差值相差不大可知,X、Y、Z不可能有H元素,而同主族元素随着电子层数的增加,第一电离能逐渐减小,故X、Y、Z分别为Li、Na、K,则基态K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1;由于锂、钠、钾为金属晶体,它们的价电子数相等,金属离子所带的电荷数相同,离子半径依次增大,金属键依次减弱,故熔点依次降低,即熔点为Li>Na>K;(2)BeF2分子内中心原子为Be,其价电子数为2,F提供2个电子,所以Be原子的价层电子对数为(2+2)/2=2,Be原子的杂化类型为sp杂化,BeF2分子的空间构型是直线形;(3)非羟基氧原子个数越多,含氧酸的酸性越强,则含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为HClO4>HClO3>HClO2>HClO。(4)由碘晶胞可知,131I2在晶胞的8个顶点和6个面上,故一个晶胞中含有4个131I2分子;该晶体属于分子晶体;(5)根据晶胞结构可知KI晶胞与NaCl晶胞结构相似,每个K+紧邻6个I-,每个K+的配位数为6;晶胞中K和I均是4个,原子半径分别为rKcm和rIcm,则晶胞的边长是2rKcm+2rIcm,因此KI晶体的密度为g/cm3=g/cm3,KI晶胞中的空间利用率为×100%=×100%。 答案:(1)1s22s22p63s23p64s1 - 9 - Li>Na>K 锂、钠、钾为金属晶体,由于它们的价电子数相等,金属离子所带的电荷数相同,离子半径依次增大,金属键依次减弱,故熔点依次降低 (2)sp 直线型 (3)HClO4>HClO3>HClO2>HClO (4)4 分子 (5)6 [4π(r+r)ρNA×100%]/[3(Mk+MI)]或[2π(r+r)×100%]/3(rk+rI)3 4.(2019·河北衡水检测)化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究。物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展有重要的意义。请回答下列问题: (1)基态铜原子最外层电子所占用能级的电子云轮廓图形状为________,基态硒原子的价电子排布图为________。 (2)次氯酸分子的VSEPR模型名称为________,中心原子的杂化类型为________。 (3)C、O、F三者的第一电离能由小到大的顺序为________。 (4)CaO的熔点比BaO______(填“高”或“低”),原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)H2SeO4的酸性比H2SeO3强,原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 (6)与CN-互为等电子体的离子有__________(写出一种即可)。 (7)Fe和S形成的某种晶胞如图所示:其中白球表示S,黑球表示Fe,则该物质的化学式为________。该晶胞中硫原子的配位数为________;假设该晶胞的密度为ρ g/cm3,用NA表示阿伏加德罗常数,则该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为________pm. 解析 (1)基态Cu原子核外有4个电子层,最高能层为第四层,即N层,最外层电子为4s1电子,该能层电子的电子云轮廓图形状为球形,硒为34号元素,有6个价电子,所以硒的价层电子排布式为4s24p4,价层电子排布图为。 (2)次氯酸分子中中心原子O有2对孤对电子和2个σ键,VSEPR模型为四面体,O原子采取sp3杂化; (3)同一周期中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大,所以C、O、F元素第一电离能为C<O<F; - 9 - (4)离子晶体中离子半径越小,则离子键键能越大,其晶体的晶格能越大,熔点越高,已知钙离子半径小于钡离子半径,所以CaO的熔点高于BaO; (5)H2SeO4中非羟基氧数目多,所以酸性更强,即H2SeO4的酸性比H2SeO3强; (6)将CN-中C原子及1个负电荷换成1个N原子,可得等电子体N2,将N原子及1个负电荷换成1个O原子,可得等电子体CO,同理互为等电子体的离子有O或C等; (7)黑球铁处于晶胞内部,晶胞中含有4个Fe原子,白球S处于顶点和面心,晶胞中含有S原子数目为6×+8×=4,约成最简整数比即得化学式为FeS,根据图示,每个铁原子周围有四个硫原子,即晶胞中铁原子的配位数为4,则硫原子的配位数也为4;晶胞质量为4×g,假设该晶胞的边长为a cm,则(a cm)3×ρ g/cm3=4×g,则a=,距离最近的S原子之间距离为晶胞边长的,故S原子之间距离为× cm=××1010pm。 答案 (1)球形 (2)四面体型 sp3 杂化 (3)C<O<F (4)高 Ca2+半径比Ba2+小,CaO的晶格能比BaO大 (5)H2SeO4和H2SeO3可用(HO)mSeOn, H2SeO4中的n值大,Se的正电性高导致Se-O-H中O的电子向Se偏移,在水分子的作用下更容易电离出H+,所以酸性更强(或者说H2SeO4中非羟基氧数目多,所以酸性更强也可) (6)O或C (7)FeS 4 × ×1010 5.(2019·山东日照诊断)氟及其化合物用途非常广泛。回答下列问题: (1)基态氟原子的价电子排布式为________。 (2)C2F4可用于合成聚四氟乙烯,HBF4可用于蚀刻玻璃,NO2F可用作火箭推进剂中的氧化剂,NaAlF6可用作电冶铝的助熔剂。 ①C2F4分子中所含共价键的类型有________,C2F4分子中碳原子的杂化轨道类型是________,聚四氟乙烯是一种准晶体,证明它不是晶体可用的实验方法是________________。 ②HF与BF3化合可得到HBF4,从价键形成角度分析HF与BF3能化合的原因___________________________________________________________________________。 ③与NO2F分子互为等电子体的非极性分子有_______________________________________________(写一个符合要求的化学式即可)。 (3)CaF2的晶体结构如图所示。 - 9 - ①CaF2晶胞中,Ca2+的配位数为________;F-的配位数为________。 ②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置,已知A、B两点的原子坐标参数如图所示,则C点的原子坐标参数为__________。 ③晶胞参数可描述晶胞的大小和形状,CaF2晶胞的晶胞参数A=546.2pm,则其密度为________(列出计算式即可)g/cm3。 解析 (2)①C2F4分子的结构类似于乙烯,所含共价键的类型有C-F间的σ键和C=C中的σ键和π键;C2F4分子为平面形状,碳原子的杂化轨道类型为sp2,聚四氟乙烯是一种准晶体,可以通过X射线衍射实验证明它不是晶体;②BF3中硼原子有空轨道,HF中氟原子有孤对电子,两者之间可形成配位键,因此HF与BF3化合可得到HBF4;③与NO2F分子互为等电子的非极性分子有BF3(或BCl3、SO3等)。 (3)①根据CaF2晶胞结构,每个F-周围有4个距离相等且最近的Ca2+,这4个钙离子构成正四面体结构,F-的配位数为4,在CaF2晶胞中Ca2+与F-的个数比为1∶2,则Ca2+的配位数为8;②根据CaF2的晶体结构,氟离子分布在晶胞内,A、B原子的坐标参数依次为(0,0,0)、 (1,1,1),氟离子分布在晶胞内,8个氟离子构成立方体结构,每侧的4个负离子所在平面距离最近的晶胞的侧面为晶胞边长的,因此C点的原子坐标参数为,,;③根据CaF2晶胞结构,晶胞中含有8个氟离子,则含有4个钙离子,晶胞参数A=546.2pm,则其密度为g/cm3=g/cm3=g/cm3。 答案 (1)2s22p5 (2)①σ键,π键 sp2 X射线衍射 ②BF3中硼原子有空轨道,HF中氟原子有孤对电子,两者之间可形成配位键 ③BF3(或BCl3、SO3等) (3)①8 4 ②,, ③ 6.(2019·山东济南联考)金属钛(Ti)被誉为21世纪金属,其单质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题: (1)Ti的基态原子价电子排布式为________。 (2)纳米TiO2常用作下述反应的催化剂。 - 9 - 化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有________个,化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应元素的电负性由大到小的顺序为________。 (3)某含Ti3+配合物的化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,其配合物离子中含有的化学键类型是________________________________________________________________________, 1 mol 该配合物中含有的σ键数目是________。 (4)通过X-射线探知KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似,且已知其中三种离子晶体的晶格能数据如下: 离子晶体 NaCl KCl CaO 晶格能/(kJ·mol-1) 786 715 3 401 KCl、MgO、CaO、TiN四种离子晶体熔点由高到低的顺序为________________________________________________________________________。 (5)金属钛有两种同素异形体,常温下是六方堆积,高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞,晶胞参数a=0.469 nm,c=0.295 nm,则该钛晶体的密度为______________________g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。 解析 (1)Ti是22号元素,位于第四周期第ⅣB族,基态Ti原子价电子排布式是3d24s2。 (2)化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有苯环上的6个碳原子和C=O键中的碳原子,一共有7个;化合物乙中采取sp3方式杂化的原子有C、N、O,同周期元素从左到右电负性逐渐增大,故电负性:O>N>C。 (3)[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O中的配离子是[TiCl(H2O)5]2+,含有的化学键有极性共价键和配位键;配位键属于σ键,故1 mol该配合物中含有18NA个σ键。 (4)离子带的电荷越多,离子半径越小,晶格能越大,离子晶体的熔点越高。 (5)根据均摊法,该晶胞含有的Ti原子数是12×+2×+3=6,一个晶胞的体积是×(2.95×10-8)2×4.69×10-8 cm3,所以晶体密度是g·cm-3。 - 9 - 答案 (1)3d24s2 (2)7 O>N>C (3)配位键、极性共价键 18NA (4)TiN>MgO>CaO>KCl (5) 7.(2019·四川绵阳一诊)铁、钴、镍的性质非常相似,它们的化合物应用十分广泛。回答下列问题: (1)基态铁原子的价电子排布式为__________。铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是________。 (2)CoCl2溶于氨水并通入空气,可从溶液中结晶出橙黄色的[Co(NH3)6]Cl3晶体。该配合物中配体分子的立体构型是________,其中心原子的杂化轨道类型为________。 (3)铁、镍易与CO作用形成羰基配合物Fe(CO)5、Ni(CO)4,Fe(CO)5的熔点为253 K,沸点为376 K,则Ni(CO)4固体属于________晶体,其中存在的化学键类型为 ____________________。 (4)NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:NiO________FeO(填“>”“<”或“=”),原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)Fe3O4晶体中,O2-的重复排列方式如图所示,该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半Fe3+填充在正四面体空隙中,另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中,则Fe3O4晶体中,正四面体空隙数与O2-数之比为________,有______%的正八面体空隙没有填充阳离子。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元,晶体密度为5.18 g/cm3,则该晶胞参数a=________pm。(写出计算表达式) 解析 (1)铁是26号元素,基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。钴、镍的基态原子的价电子排布式分别为3d74s2、3d84s2,三种元素原子的核外未成对电子数分别为4、3、2,核外未成对电子数最多的是铁。 (2)在[Co(NH3)6]Cl3晶体中配体分子是氨分子,氨分子中N原子的价层电子对数=3+ - 9 - ×(5-3×1)=3+1=4,含1对孤对电子,故分子构型是三角锥形,其中心N原子的杂化轨道类型为sp3。 (3)Fe(CO)5的熔点为253 K,沸点为376 K,熔沸点较低,因此推知Ni(CO)4的熔沸点也较低,Ni(CO)4固体属于分子晶体,存在的化学键有配位键、共价键。 (4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与晶格能的大小有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,晶格能越大,熔点越高。由于Ni2+、Fe2+所带电荷数相同,Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径,所以熔点:NiO>FeO。 (5)如图结构中如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙有8个,O2-数目为8×+6×=4,故正四面体空隙数与O2-数目之比为8∶4=2∶1;如图结构单元中每个棱心均为正八面体空隙中心,每个棱心被4个图示结构单元所共用,故1个图示结构单元中正八面体空隙数目为12×+1=4,1个结构单元中有4个O2-,故有2个Fe3+和1个Fe2+,由题可知1个Fe3+和1个Fe2+填充在正八面体空隙中,即还有2个正八面体空隙没有填充阳离子,有50%的正八面体空隙没有填充阳离子。晶胞中有8个图示结构单元,1 mol晶胞的质量为8×(3×56+4×16) g=8×232 g,则晶体密度==5.18 g/cm3,a=×1010。 答案 (1)3d64s2 铁(或Fe) (2)三角锥形 sp3 (3)分子 配位键、共价键 (4)> 二者均为离子晶体,离子所带电荷数相同,离子半径越小,离子晶体的晶格能越大,熔点越高 (5)2∶1 50 ×1010 - 9 -查看更多