2023版高考化學一輪總復習第十二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)章末檢測

PAGEPAGE2第十二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．(2022·全國Ⅱ卷)(15分)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序數(shù)依次增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價電子層中的未成對電子有3個，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族，e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子。答復以下問題：(1)b、c、d中第一電離能最大的是________(填元素符號)，e的價層電子軌道示意圖為________________。(2)a和其他元素形成的二元共價化合物中，分子呈三角錐形，該分子的中心原子的雜化方式為________；分子中既含有極性共價鍵，又含有非極性共價鍵的化合物是__________________(填化學式，寫出兩種)。(3)這些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的價層電子對數(shù)為3的酸是_____________；酸根呈三角錐結(jié)構(gòu)的酸是__________(填化學式)。(4)e和c形成的一種離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)如圖1，那么e離子的電荷為________。(5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)；陽離子呈軸向狹長的八面體結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。圖1圖2該化合物中，陰離子為________________，陽離子中存在的化學鍵類型有__________________；該化合物加熱時首先失去的組分是____________，判斷理由是_________________________________________________________________________________________。解析：a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，那么a為氫；b的價電子層中的未成對電子有3個，那么b為氮；c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，那么c為氧；d與c同主族，d為硫；e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子，其電子排布式應為1s22s22p63s23p63d104s1，為銅元素。(1)同一周期的元素第一電離能從左往右逐漸增大，但是氮元素的2p軌道因為是半滿的，因此其第一電離能反常得高，同一主族的元素從上到下第一電離能逐漸減小，因此三者電離能大小為N>O>S；銅的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，因此其價層電子軌道示意圖為(2)根據(jù)題意應該是形成氨氣，氨氣中氮原子為sp3雜化，分子中既有非極性鍵又有極性鍵的二元化合物有H2O2、N2H4、C2H6等；(3)符合題意的酸是HNO2、HNO3；酸根為三角錐形的酸是H2SO3；(4)C是氧元素，e是銅元素，根據(jù)氧元素和銅元素形成的晶胞結(jié)構(gòu)來看，1個晶胞中氧原子有1＋8×eq\f(1,8)＝2；銅原子的個數(shù)為4，因此該晶體為氧化亞銅，其中銅原子為＋1價；(5)這5種元素形成的一種1∶1型離子化合物中，陰離子呈四面體結(jié)構(gòu)，那么陰離子為硫酸根，根據(jù)陽離子的結(jié)構(gòu)圖可以知道該陽離子中含有一個銅離子，四個氨分子，兩個水分子，因此該物質(zhì)的化學式為[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4，陽離子中存在配位鍵和共價鍵，該化合物加熱時首先失去水，原因是銅離子與水所形成的配位鍵要比與氨氣所形成的配位鍵弱。答案：(1)N(2)sp3H2O2、N2H4(合理即可)(3)HNO2、HNO3H2SO3(4)＋1(5)SOeq\o\al(2－,4)共價鍵和配位鍵H2OH2O與Cu2＋的配位鍵比NH3與Cu2＋的弱2．(12分)A、B、C、D、E代表五種常見元素，它們的核電荷數(shù)依次增大。其中A的基態(tài)原子L層電子數(shù)是K層電子數(shù)的2倍，B是地殼中含量最多的元素，C是短周期中最活潑的金屬元素，D與C可形成CD型離子化合物，元素E的基態(tài)原子的3d軌道上有2個電子。請答復以下問題：(1)E的基態(tài)原子價層電子排布式為____________________。(2)AB2分子中，中心原子A采取________雜化；1個AB2分子中，含有________個π鍵和________個σ鍵。(3)AB2形成的晶體的熔點________(填“高于〞或“低于〞)CD形成的晶體的熔點，原因是_________________________________________________________________________________________。(4)D元素的基態(tài)原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為________，該能層具有的原子軌道數(shù)為________。(5)如圖為C、D形成的化合物的晶胞結(jié)構(gòu)圖，那么該晶胞中含有的陰、陽離子的個數(shù)分別是______________、______________。解析：A的基態(tài)原子L層電子數(shù)是K層電子數(shù)的2倍，那么A為C(碳)；B是地殼中含量最多的元素，那么B為O；C是短周期中最活潑的金屬元素，那么C為Na；D與C可形成CD型離子化合物，且A、B、C、D、E的核電荷數(shù)依次增大，那么D為Cl；元素E的基態(tài)原子3d軌道上有2個電子，那么E為Ti。(1)Ti的基態(tài)原子價層電子排布式為3d24s2。(2)CO2分子的中心原子C采取sp雜化，1個CO2分子中含有2個π鍵和2個σ鍵。(3)CO2形成的晶體為分子晶體，NaCl形成的晶體為離子晶體，通常情況下，離子晶體的熔點大于分子晶體的熔點。(4)Cl的基態(tài)原子中，能量最高的能層是第三電子層，符號為M，該能層有9個原子軌道。(5)由晶胞結(jié)構(gòu)可知，Na＋為黑球，Cl－為白球，該晶胞中含有的Na＋數(shù)為1＋12×eq\f(1,4)＝4；Cl－數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。答案：(1)3d24s2(2)sp22(3)低于CO2形成的晶體為分子晶體，NaCl形成的晶體為離子晶體，通常情況下，離子晶體的熔點高于分子晶體(4)M9(5)443．(2022·廣州一模)(12分)[化學——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]鐵及其化合物在生產(chǎn)生活及科研中應用廣泛。(1)聚合硫酸鐵的化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3－eq\f(n,2)]m，是常用的水處理劑。基態(tài)鐵原子的核外電子排布式為________，聚合硫酸鐵中鐵元素陽離子有________個未成對電子。(2)Fe3＋、Co3＋與Neq\o\al(－,3)、CN－等可形成絡(luò)合離子。①K3[Fe(CN)6]可用于檢驗Fe2＋，配體CN－中碳原子雜化軌道類型為________，1mol[Fe(CN)6]3－中含有σ鍵的數(shù)目為________。②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位數(shù)為__________，C、N、O的第一電離能最大的為________，其原因是___________________________________________________________________________。③Neq\o\al(－,3)與CS2為等電子體，那么Neq\o\al(－,3)的空間構(gòu)型為________。(3)化合物FeF3熔點高于1000℃，而Fe(CO)5的熔點卻低于0℃，F(xiàn)eF3熔點遠高于Fe(CO)5的可能原因是____________________。(4)氟化亞鐵晶胞屬于四方晶系，其長方體結(jié)構(gòu)如下圖，根據(jù)圖中所示數(shù)據(jù)計算該晶體密度ρ＝__________g·cm－3(列出計算式即可)。解析：(1)鐵元素位于第四周期Ⅷ族，其基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；聚合硫酸鐵中為Fe3＋，鐵原子失去3個電子，到達半滿狀態(tài)，仍有5個未成對電子。(2)①CN－中形成碳氮三鍵，為直線型，其中碳原子采取sp雜化；CN－中形成碳氮三鍵，含有1個σ鍵，2個π鍵，6個CN－與Fe3＋形成配位鍵，均為σ鍵，所以1mol的[Fe(CN)6]3－中共有12molσ鍵，即12NA的σ鍵。②Neq\o\al(－,3)與NH3均為配體基團，與Co3＋形成配位鍵，由[Co(N3)(NH3)5]SO4分子式可知Co的配位數(shù)為6；C、N、O中第一電離能最大的是N，同周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但ⅤA族元素由于核外電子為半滿狀態(tài)，不易失去電子，其第一電離能大于ⅥA族元素，所以N的第一電離能大于O。③Neq\o\al(－,3)、CS2與CO2均為3原子16電子的結(jié)構(gòu)，互為等電子體，互為等電子體的粒子空間構(gòu)型相同，所以Neq\o\al(－,3)的空間構(gòu)型為直線型。(3)FeF3是離子晶體，F(xiàn)e(CO)5是分子晶體，離子鍵的作用遠比分子間作用力強，離子晶體的熔沸點遠高于分子晶體，故FeF3的熔點遠高于Fe(CO)5。(4)由FeF2的晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個FeF2的晶胞中含有鐵原子數(shù)為1＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)))＝2，含有的氟原子數(shù)為2＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝4，一個晶胞的體積為abc×10－30cm3，1mol該晶胞的質(zhì)量為(56×2＋19×4)g，體積為6.02×1023×abc×10－30cm3，所以其密度為eq\f(2×56＋4×19,6.02×1023×abc×10－30)g·cm－3。答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s25(2)①sp12NA②6N氮原子2p軌道上的電子為半滿，相對穩(wěn)定，更不易失去電子③直線型(3)FeF3是離子晶體，F(xiàn)e(CO)5是分子晶體，離子鍵的作用遠比分子間作用力強，故FeF3的熔點遠高于Fe(CO)5(4)eq\f(2×56＋4×19,6.02×1023×abc×10－30)4．(12分)A、B、C、D、E、F、G是前四周期元素，原子序數(shù)依次增大，根據(jù)表中提供的有關(guān)信息，答復以下問題：元素相關(guān)信息A所有單質(zhì)中密度最小B形成化合物種類最多的元素D基態(tài)原子中只有3個能級，有2個未成對電子E短周期中原子半徑最大F第三周期中電負性最大的元素G最外層只有一個電子，內(nèi)層填滿電子(1)E元素在周期表中的位置是____________________________，F(xiàn)元素原子最外層電子排布式為________，BD2的空間構(gòu)型為________。(2)由D、E、F三種元素形成的一種常見物質(zhì)的水溶液顯堿性，用離子方程式表示其顯堿性的原因：______________________________________________________。(3)氫化物穩(wěn)定性：B________D；最高價氧化物對應的水化物酸性：C________F(選填“＜〞或“＞〞)。(4)每個B2A4分子中含有______個σ鍵，(5)G和A可形成化學式為GA的一種晶體，晶胞結(jié)構(gòu)如下圖。假設(shè)該晶胞的邊長為acm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，GA的密度為__________g·cm－3(用含a和NA的式子表示)。解析：據(jù)表格信息可知：A為氫元素，B為碳元素，C為氮元素，D為氧元素，E為鈉元素，F(xiàn)為氯元素，G為銅元素。(5)CuH晶體中，1個晶體占用Cu：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，占用H：4，故1個晶胞質(zhì)量為eq\f(65×4,NA)g，晶胞密度為eq\f(65×4,a3NA)g·cm－3。答案：(1)第三周期第ⅠA族3s23p5直線形(2)ClO－＋H2OHClO＋OH－(3)＜＜(4)51(5)eq\f(260,a3NA)5．(12分)氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如下圖。(1)基態(tài)硼原子的電子排布式為______________________。(2)關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的選項是________(填序號)。a．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大b．六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟c．兩種晶體中的B—N鍵均為共價鍵d．兩種晶體均為分子晶體(3)六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為________，其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導電，原因是___________。(4)立方相氮化硼晶體中，硼原子的雜化軌道類型為________。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是______________________________________________________________。(5)NH4BF4(氟硼酸銨)是合成氮化硼納米管的原料之一。1molNH4BF4含________mol配位鍵。解析：(1)硼元素位于元素周期表第二周期第ⅢA族，所以基態(tài)硼原子的電子排布式為1s22s22p1。(2)根據(jù)六方相氮化硼和立方相氮化硼晶體的結(jié)構(gòu)示意圖和信息，結(jié)合金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)，確定六方相氮化硼晶體類似于石墨晶體；立方相氮化硼晶體類似于金剛石晶體；因此二者晶體原子之間均通過共價鍵相連，而六方相氮化硼晶體層與層之間依靠范德華力即分子間作用力相連，作用力小，質(zhì)軟。(3)六方相氮化硼晶體類似于石墨晶體，其晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰三個氮原子成鍵，空間構(gòu)型為平面三角形結(jié)構(gòu)；而石墨晶體中層內(nèi)一個碳原子與相鄰三個碳原子成鍵，還有一個電子在層內(nèi)自由移動，層內(nèi)可以導電；而氮化硼形成三個共價鍵后，硼元素的原子最外層電子全部參與成鍵，沒有自由移動的電子，不導電。(4)立方相氮化硼晶體結(jié)構(gòu)中每一個硼原子與四個氮原子形成空間立體結(jié)構(gòu)，其雜化方式為sp3雜化；該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)，根據(jù)這一位置的溫度和壓強，進而確定由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應是高溫、高壓。(5)NH4BF4(氟硼酸銨)中含銨根離子和氟硼酸根離子，其中銨根離子含有三個σ鍵和一個配位鍵，而氟硼酸根離子中含有三個σ鍵和一個配位鍵，因此1molNH4BF4含有2mol配位鍵。答案：(1)1s22s22p1(2)bc(3)平面三角形層狀結(jié)構(gòu)中沒有自由移動的電子(4)sp3高溫、高壓(5)26．(12分)硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)均屬于硼族元素(第ⅢA族)，它們的化合物或單質(zhì)都有重要的用途。答復以下問題：(1)基態(tài)鎵原子的價層電子排布圖為______________________。圖1圖2(2)AlCl3在NaCl、KCl熔融鹽中能形成Al2Cleq\o\al(－,7)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中Al原子的雜化軌道類型為________，配位鍵數(shù)目為________。(3)晶體硼的結(jié)構(gòu)單元是正二十面體，每個單元中有12個硼原子(如圖2)，假設(shè)其中有兩個原子為10B，其余為11B，那么該結(jié)構(gòu)單元有________種不同的結(jié)構(gòu)類型。(4)氨硼烷化合物(NH3BH3)是最近密切關(guān)注的一種新型化學氫化物儲氫材料。請畫出含有配位鍵(用“→〞表示)的氨硼烷的結(jié)構(gòu)式__________________；與氨硼烷互為等電子體的有機小分子是____________(寫結(jié)構(gòu)簡式)。(5)目前市售LED晶片的材質(zhì)根本以GaAs(砷化鎵)、AlGaInP(磷化鋁鎵銦)、InGaN(氮化銦鎵)為主。砷化鎵晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，那么晶胞中所包含的砷原子(白色球)個數(shù)為________，與同一個鎵原子相連的砷原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為______________。圖3解析：(1)基態(tài)Ga的最外層有3個電子，價層電子排布圖為(2)Al2Cleq\o\al(－,7)中Al無孤電子對，形成4個鍵，雜化類型為sp3。每個Al和1個Cl形成配位鍵，配位鍵數(shù)目為2。(3)兩個10B原子有相鄰、相間、相對三種位置關(guān)系。(4)B有空的p軌道，N有孤對電子，所以氨硼烷的結(jié)構(gòu)式為。依等電子體的概念，并結(jié)合題意滿足條件的有機小分子為CH3CH3。(5)根據(jù)“均攤法〞：白色球個數(shù)為6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4。由晶胞圖可知與同一個鎵原子相連的砷原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為正四面體形。答案：(1)(2)sp32(3)3(4)CH3CH3(5)4正四面體形7．(12分)鈦鐵合金具有吸氫特性，在制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面有廣闊的應用前景。(1)基態(tài)Fe原子有________個未成對電子，F(xiàn)e3＋的電子排布式為__________________，在基態(tài)Ti2＋中，電子占據(jù)的最高能層具有的原子軌道數(shù)為________。(2)液氨是富氫物質(zhì)，是氫能的理想載體，以下說法正確的選項是________。A．NHeq\o\al(＋,4)與PHeq\o\al(＋,4)、CH4、BHeq\o\al(﹣,4)、ClOeq\o\al(﹣,4)互為等電子體B．相同條件下，NH3的沸點比：PH3的沸點高，且NH3的穩(wěn)定性強C．NH3與NF3都為三角錐型分子，那么N原子都為SP3雜化方式且氮元素的化合價都相同(3)氮化鈦熔點高，硬度大，具有典型的NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，其細胞結(jié)構(gòu)如下圖：①設(shè)氮化鈦晶體中Ti原子與跟它最近鄰的N原子之間的距離為r，那么與該Ti原子最近鄰的Ti的數(shù)目為__________，Ti原子與跟它次近鄰的N原子之間的距離為____________，數(shù)目為________。②在氮化鈦晶體中Ti原子的半徑為apm，N原子的半徑為bpm，它們在晶體中是緊密接觸的，那么在氮化鈦晶體中原子的空間利用率為__________________。③碳氮化鈦化合物在汽車制造和航天航空領(lǐng)域有廣泛的應用，其結(jié)構(gòu)是用碳原子代替氮化鈦晶胞頂點的氮原子，那么這種碳氮化鈦化合物的化學式____________。解析：(1)Fe基態(tài)原子電子排布式1s22s22p63s23p63d64s2，在3d軌道有4個未成對電子；Fe原子失去3個電子得電子Fe3＋，那么Fe3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5；基態(tài)Ti2＋的電子排布式為：1s22s22p63s23p63d2，最高能層為M層，M能層含有1個3s軌道、3個3p軌道和5個3d軌道，共有9個原子軌道；(2)A.等電子體為原子數(shù)相等和價電子數(shù)相等的原子團，NHeq\o\al(＋,4)與PHeq\o\al(＋,4)、CH4、BHeq\o\al(－,4)均含有5個原子，且價電子均為8，為等電子體，而ClOeq\o\al(－,4)價電子數(shù)為32，不屬于等電子體，故A錯誤；B.分子間存在氫鍵的熔、沸點高，相同壓強時，氨氣中含有氫鍵，PH3中不含氫鍵，所以NH3沸點比PH3高，元素的非金屬性越強，其氫化物越穩(wěn)定，非金屬性N比P強，所以氨氣比磷化氫穩(wěn)定，故B正確；C.NH3與NF3分子中N原子含有3個共用電子對和一個孤電子對，所以其價層電子對是4，都采用sp3雜化，NH3中N元素為－3價，NF3中N元素為＋3價，化合價不同，故C錯誤；(3)①根據(jù)氮化鈦晶體晶胞可知，Ti原子在體心和棱上，與體心Ti原子最鄰近的Ti原子在棱上，有12個，所以每個Ti原子周圍最鄰近的Ti原子有12；體心Ti原子為八個小立方體共用，與體心Ti原子處于小立方體心對角線上的N原子是與體心Ti原子次鄰近的N原子，共有8個，距離為eq\r(3)r；②氮化鈦晶胞為面心立方密堆積，晶胞中共含有4個Ti和4個N，體積為：eq\f(4,3)π(a3＋b3)×4，晶胞的邊長為a＋b，晶胞體積為(2a＋2b)3，氯化鈉晶體中離子的空間利用率為：eq\f(\f(4,3)π〔a3＋b3〕×4,〔2a＋2b〕3)＝eq\f(2π,3)×eq\f(〔a3＋b3〕,〔a＋b〕3)＝×100%；③利用均攤法可知，晶胞中含有碳原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，含有氮原子數(shù)為6×eq\f(1,2)＝3，含有鈦原子數(shù)為12×eq\f(1,3)＝4，所以碳、氮、鈦原子數(shù)之比為1∶3∶4，那么化合物的化學式為Ti4CN3。答案：(1)41s22s22p63s23p63d59(2)B(3)①12eq\r(3)r8②eq\f(2π,3)×eq\f(〔a3＋b3〕,〔a＋b〕3)×100%③Ti4CN38．(13分)太陽能的開發(fā)利用在新能源研究中占據(jù)重要地位。單晶硅太陽能電池片在加工時，一般摻雜微量的锎、硼、鎵、硒等。答復以下問題：(1)二價銅離子的電子排布式為____________。高溫下Cu2O比CuO更穩(wěn)定，試從銅原子核外電子結(jié)構(gòu)變化角度解釋________________________________________________________________。(2)銅與類鹵素(SCN)2反響生成Cu(SCN)2，1mol(SCN)2中含有π鍵的數(shù)目為________。類鹵素(SCN)2對應的酸有兩種，理論上硫氰酸(H—S—C≡N)的沸點低于異硫氰酸(H—N=C=S)的沸點。其原因是___________________________________________________________________________________________________________。(3)硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子形成配合物，如BF3能與NH3反響生成BF3·NH3。在BF3·NH3中B原子的雜化方式為________，B與N之間形成配位鍵，氮原子提供____________。(4)六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨晶體相似，層間相互作用為______________。六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)和硬度都與金剛石相似，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼的密度是_______