2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)專題提升訓(xùn)練含解析新人教版選擇性必修第二冊(cè)

PAGE8-專題提升訓(xùn)練(三)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》解題策略1.(2024·荊州高二檢測(cè))核電荷數(shù)依次增大的A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素,其中A、B、C是同一周期的非金屬元素。化合物DC的晶體為離子晶體,D的二價(jià)陽離子與C的陰離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu),AC2為非極性分子,B、C的氫化物的沸點(diǎn)比它們同族相鄰周期元素氫化物的沸點(diǎn)高,E原子的一種核素的質(zhì)量數(shù)為49,中子數(shù)為27。F元素是第四周期元素中未成對(duì)電子數(shù)最多的元素,FCl3能與B、C的氫化物形成六配位的協(xié)作物,且兩種配體的物質(zhì)的量之比為2∶1,1mol協(xié)作物與足量的AgNO3溶液反應(yīng)能馬上生成3molAgCl。請(qǐng)依據(jù)以上狀況,回答下列問題:(答題時(shí)需用元素符號(hào)表示)(1)B氫化物與HCl反應(yīng)生成的含有B元素粒子的空間構(gòu)型是______________;F元素原子的最外層電子數(shù)為________個(gè)。

(2)分別與AC2及由B、C組成的氣態(tài)化合物互為等電子體,則B、C組成的化合物化學(xué)式為____________________________;還可以和某一價(jià)陰離子互為等電子體,該陰離子電子式為________________,這種陰離子常用于檢驗(yàn)日常生活中的一種金屬陽離子,則金屬陽離子符號(hào)為________。

(3)B元素與同周期相鄰元素的第一電離能由小到大的依次為________________________________。

(4)B的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的稀溶液與D的單質(zhì)反應(yīng)時(shí),B被還原到最低價(jià),該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是________________。

(5)F3+的核外電子排布式是_____________,FCl3形成的六配位的協(xié)作物化學(xué)式為______________________。

(6)E的一種氧化物晶胞結(jié)構(gòu)(長(zhǎng)方體)如圖所示,該氧化物的化學(xué)式為______________;若該晶胞的三個(gè)晶胞參數(shù)分別為:apm、bpm、cpm,則該氧化物的密度為________g·cm-3。(寫出表達(dá)式即可)

【解析】A為C元素、B為N元素、C為O元素、D為Mg元素、E為Ti元素、F為Cr元素;(1)N元素氫化物與HCl反應(yīng)生成的含有N元素粒子為N,分子中N原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+=4,N原子為sp3雜化,不含孤電子對(duì),故其空間構(gòu)型是正四面體;F為Cr,原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d54s1,元素原子的最外層電子數(shù)為1個(gè);(2)分別與CO2及由N、O組成的氣態(tài)化合物互為等電子體,則N、O組成的化合物化學(xué)式為N2O;還可以和一價(jià)陰離子互為等電子體,依據(jù)價(jià)電子總數(shù)相等,用S、C原子代替2個(gè)N原子可知該陰離子為SCN-,結(jié)構(gòu)與CO2類似,陰離子電子式為,這種陰離子常用于檢驗(yàn)日常生活中的一種金屬陽離子,金屬陽離子符號(hào)為Fe3+;(3)同周期自左而右第一電離能呈增大趨勢(shì),氮元素原子2p能級(jí)有3個(gè)電子,處于半滿穩(wěn)定狀態(tài),氮元素第一電離能高于同周期相鄰元素的,所以第一電離能由小到大的依次為C<O<N;(4)B的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為HNO3,D的單質(zhì)為Mg,HNO3稀溶液與Mg反應(yīng)時(shí),N元素被還原到最低價(jià),則生成NH4NO3,Mg被氧化為Mg(NO3)2,令NH4NO3、Mg(NO3)2的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別為x、y,則依據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有[5-(-3)]×x=2y,所以x∶y=1∶4,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是4Mg+10HNO34Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O,所以該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比是1∶4;(5)Cr原子核外電子排布為:1s22s22p63s23p63d54s1,Cr原子失去4s能級(jí)1個(gè)電子、3d能級(jí)2個(gè)電子形成Cr3+,Cr3+的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d3,由上述分析可知,CrCl3形成的六配位的協(xié)作物化學(xué)式為[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3;(6)由可知,晶胞中Ti原子位于體心與頂點(diǎn)上,O原子位于上下兩個(gè)面上及體內(nèi)(有2個(gè)),故晶胞中Ti原子數(shù)目=1+8×=2、O原子數(shù)目=2+4×=4,故該化合物化學(xué)式為TiO2,晶胞質(zhì)量=2×g,若晶胞中參數(shù)分別為apm、bpm、cpm,則晶胞的體積=a×10-10cm×b×10-10cm×c×10-10cm=abc×10-30cm3,該晶體的密度==g·cm-3。答案:(1)正四面體形1(2)N2OFe3+(3)C<O<N(4)1∶4(5)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3(6)TiO22.(2024·衢州高二檢測(cè))(1)黃銅是人類最早運(yùn)用的合金之一,主要由Zn和Cu組成。第一電離能I1(Zn)______I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。

(2)基態(tài)Fe2+的電子排布式為________。

(3)在N、Mg、Al、Si四種元素中,有一種元素的電離能數(shù)據(jù)如下:電離能I1I2I3I4…I0/kJ·mol-15781817274511575…則該元素的元素符號(hào)是________。

(4)N的空間構(gòu)型________(用文字描述),S中硫原子的雜化方式為____________。

(5)LiAlH4是有機(jī)合成中常用的還原劑,LiAlH4中的陰離子空間構(gòu)型是________、中心原子的雜化方式為________。依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)不同于其他分子的是__________。

(6)與O3分子互為等電子體的一種陰離子為______________(填化學(xué)式)。

(7)N2分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目比n(σ)∶n(π)=__________。

(8)Cu、N兩元素形成的某化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,則該化合物的化學(xué)式是________(用元素符號(hào)表示);若晶胞的棱長(zhǎng)anm,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該晶體的密度為________g·cm-3(用含a、NA的式子表示)。

【解析】(1)Zn的第一電離能應(yīng)當(dāng)高于Cu的第一電離能,緣由是Zn的核外電子排布已經(jīng)達(dá)到了每個(gè)能級(jí)都是全滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以失電子比較困難。同時(shí)也可以考慮到Zn最外層上是一對(duì)電子,而Cu的最外層是一個(gè)電子,Zn電離最外層一個(gè)電子還要拆開電子對(duì),額外汲取能量;(2)鐵是26號(hào)元素,鐵原子核外有26個(gè)電子,鐵原子失去2個(gè)電子變成亞鐵離子,Fe2+在基態(tài)時(shí),核外電子排布式為:1s22s22p63s23p63d6;(3)從表中原子的第一至第四電離能可以看出,元素的第一、其次、第三電離能都較小,可失去3個(gè)電子,最高化合價(jià)為+3價(jià),即最外層應(yīng)有3個(gè)電子,應(yīng)為Al元素;(4)依據(jù)N的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為=3,所以氮原子雜化方式為sp2雜化,離子中沒有孤電子對(duì),所以其空間構(gòu)型為平面三角形,S中硫原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為=4,所以硫原子的雜化方式為sp3雜化;(5)LiAlH4中的陰離子是Al,中心原子鋁原子含有的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是4,且不存在孤電子對(duì),所以空間構(gòu)型是正四面體,中心原子的雜化軌道類型是sp3雜化;依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是2+=4、2+=3、3+=3,因此不同于其他分子的是H2S;(6)用替代法,與O3互為等電子體的一種陰離子為N;(7)N2的結(jié)構(gòu)式為N≡N,每個(gè)三鍵中含1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,N2分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目比n(σ)∶n(π)=1∶2;(8)該晶胞中N原子個(gè)數(shù)=8×=1,Cu原子個(gè)數(shù)=12×=3,所以其化學(xué)式為Cu3N;若晶胞的棱長(zhǎng)為anm,其體積為a3nm3,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該晶體的密度為=g·cm-3。答案:(1)大于(2)1s22s22p63s23p63d6(3)Al(4)平面三角形sp3雜化(5)正四面體sp3H2S(6)N(7)1∶2(8)Cu3N3.(2024·合肥高二檢測(cè))微量元素硼對(duì)植物生長(zhǎng)及人體健康有著非常重要的作用,也廣泛應(yīng)用于新型材料的制備。(1)基態(tài)硼原子最外層的電子排布圖是________。與硼處于同周期且相鄰的兩種元素和硼的第一電離能由大到小的依次為________。

(2)晶體硼單質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元為正二十面體,其能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形,這種性質(zhì)稱為晶體的________。

(3)B的簡(jiǎn)潔氫化物BH3不能游離存在,常傾向于形成較穩(wěn)定的B2H6或與其他分子結(jié)合。①B2H6分子結(jié)構(gòu)如圖,則B原子的雜化方式為__________。

②氨硼烷(NH3BH3)被認(rèn)為是最具潛力的新型儲(chǔ)氫材料之一,分子中存在配位鍵,供應(yīng)孤電子對(duì)的成鍵原子是______________,寫出一種與氨硼烷互為等電子體的分子______________(填化學(xué)式)。

(4)以硼酸(H3BO3)為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機(jī)合成中的重要還原劑。B的立體構(gòu)型為__________________。

(5)磷化硼(BP)是受高度關(guān)注的耐磨材料,可作為金屬表面的愛護(hù)層,其結(jié)構(gòu)與金剛石類似,晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。磷化硼晶胞沿z軸在平面的投影圖中,B原子構(gòu)成的幾何形態(tài)是________。

【解析】(1)基態(tài)硼原子最外層的電子排布圖是。與硼處于同周期且相鄰的兩種元素為Be和C,由于Be的2s軌道全充溢,所以第一電離能大于B的第一電離能,但比C的第一電離能小,所以第一電離能由大到小的依次為C>Be>B。(2)晶體硼單質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元為正二十面體,其能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形,這種性質(zhì)稱為晶體的自范性。(3)①B2H6分子結(jié)構(gòu)中,B原子的雜化方式為sp3雜化。②氨硼烷(NH3BH3)被認(rèn)為是最具潛力的新型儲(chǔ)氫材料之一,分子中存在配位鍵,供應(yīng)孤電子對(duì)的成鍵原子是N。B、N的價(jià)電子數(shù)之和剛好是C價(jià)電子數(shù)的2倍,所以與氨硼烷互為等電子體的分子C2H6。(4)B的立體構(gòu)型為正四面體。(5)磷化硼晶體中4個(gè)B原子分布在以正方體中心為中心的正四面體位置,其沿z軸在平面的投影圖中,B原子構(gòu)成的幾何形態(tài)是正方形。答案:(1)C>Be>B(2)自范性(3)①sp3雜化②NC2H6(4)正四面體(5)正方形4.(2024·全國(guó)Ⅲ卷)氨硼烷(NH3BH3)含氫量高、熱穩(wěn)定性好，是一種具有潛力的固體儲(chǔ)氫材料。回答下列問題：(1)H、B、N中，原子半徑最大的是_______。依據(jù)對(duì)角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與元素_______的相像。(2)NH3BH3分子中，N—B化學(xué)鍵稱為_______鍵，其電子對(duì)由_______供應(yīng)。氨硼烷在催化劑作用下水說明放氫氣：3NH3BH3+6H2O====3++9H2，的結(jié)構(gòu)為。在該反應(yīng)中，B原子的雜化軌道類型由_______變?yōu)開______。(3)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性（Hδ+），與B原子相連的H呈負(fù)電性（Hδ-），電負(fù)性大小依次是_______。與NH3BH3原子總數(shù)相等的等電子體是_______（寫分子式），其熔點(diǎn)比NH3BH3_______（填“高”或“低”），緣由是在NH3BH3分子之間，存在_______，也稱“雙氫鍵”。(4)探討發(fā)覺，氨硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)分別為apm、bpm、cpm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ=_______g·cm-3（列出計(jì)算式，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值）?！窘馕觥浚?）H、B、N中，H的電子層數(shù)最少，原子半徑最小(H是全部元素中原子半徑最小的元素)；而B、N同周期，電子層數(shù)相同，但是N的核電荷數(shù)大，所以原子半徑小，所以三種元素中原子半徑最大的是B。由于周期表中B的對(duì)角線元素為Si，所以依據(jù)對(duì)角線規(guī)則，B的一些化學(xué)性質(zhì)與元素Si的相像。(2)NH3BH3分子是由NH3與BH3結(jié)合而成的，其中NH3分子中N原子具有孤電子對(duì)，而BH3分子中B原子具有空軌道，所以二者通過N與B原子之間形成配位鍵而結(jié)合生成NH3BH3。NH3BH3中B原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，發(fā)生sp3雜化，而中B的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，發(fā)生sp2雜化。(3)NH3BH3分子中，與N原子相連的H呈正電性（Hδ+），故電負(fù)性N>H，而與B原子相連的H呈負(fù)電性（Hδ-），故電負(fù)性H>B，所以電負(fù)性大小依次是