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专题跟踪检测 物质结构与性质1(2018新余模拟)法医常用马氏试砷法检验是否砒霜(As2O3)中毒,涉及的反应如下:.6ZnAs2O312HCl=6ZnCl22AsH3(砷烷)3H2O;.2AsH3=2As(黑色砷镜)3H2。(1)写出砷的基态原子价电子排布图_。(2)砷烷的空间结构为_;砷烷中心原子杂化方式为_。(3)砷烷同族同系列物质相关性质如表所示:NH3PH3AsH3SbH3熔点/77.8133.5116.388沸点/34.587.562.418.4从PH3AsH3SbH3熔沸点依次升高的原因是_;NH3分子例外的原因是_。(4)第一电离能数据I(As)I(Se),可能的原因是_。(5)砷与铟(In)形成的化合物(X)具有优良的光电性能,广泛应用于光纤通信用激光器,其晶胞结构如图所示,则其化学式为_;晶胞边长a666.67 pm,则其密度为_ gcm3(边长a可用 近似计算,设NA6.01023 mol1)。解析:(1)砷为33号元素,位于第A族,基态原子价电子排布图为。(2)砷烷的结构与氨气类似,空间结构为三角锥形;砷烷中心原子为sp3杂化。(3)对于分子组成结构相似的物质来说 ,相对分子质量越大,物质的熔沸点越高,因此PH3AsH3SbH3熔沸点依次升高;由于NH3可以形成分子间氢键,导致NH3分子的熔沸点反常。(4)As的价电子排布为4s24p3,为半充满结构,较稳定,所以第一电离能数据比Se还大。(5)砷与铟(In)形成的化合物(X)的晶胞中含有As原子数4,含有In原子数864,化学式为InAs; 1 mol InAs中含有 mol晶胞,因此密度4.275 gcm3。答案:(1)(2)三角锥形sp3杂化(3)对于分子组成结构相似的物质来说,随相对分子质量增加,分子间作用力增大,故熔沸点升高NH3可以形成分子间氢键(4)As的价电子排布为4s24p3,为半充满结构,较稳定,所以第一电离能数据比Se还大(5)InAs4.2752(2018全国卷)硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如表所示:H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔点/85.5115.2600(分解)75.516.810.3沸点/60.3444.610.045.0337.0回答下列问题:(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_,基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_形。(2)根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是_。(3)图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为_。(4)气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为_形,其中共价键的类型有_种;固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为_。(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为_gcm3;晶胞中Fe2位于S所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为_nm。解析:(1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,因此其价层电子的电子排布图为;基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4,最高能级为3p,其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。(2)根据价层电子对互斥理论可知,H2S、SO2、SO3三种分子中S原子的价层电子对数分别为4、3、3,因此H2S中S原子价层电子对数不同于其他两种分子。(3)S8和SO2均为分子晶体,S8的相对分子质量大于SO2,因此S8的分子间作用力大,熔沸点比SO2的高。(4)SO3的中心原子为S,中心原子的孤电子对数(623)/20,中心原子结合3个氧原子,结合每个O原子有且只能有一个键,所以S形成3个键,S的价层电子对数为033,S为sp2杂化,根据sp2杂化轨道构型可知,SO3为平面形分子,符合形成大键条件,可形成4中心6电子大键,因此有两种共价键类型。如题图(b)所示的三聚分子中每个S原子与4个O原子结合,形成正四面体结构,S原子的杂化轨道类型为sp3。(5)分析晶胞结构可知,Fe2位于棱边和体心,S位于顶点和面心,因此每个晶胞中含有的Fe2个数1214,每个晶胞中含有的S个数684,即每个晶胞中含有4个FeS2。一个晶胞的质量 g,晶胞的体积(a107)3 cm3,该晶体密度 gcm31021 gcm3。正八面体的边长即为两个面心点的距离,因此正八面体的边长为 a nm。答案:(1)哑铃(纺锤)(2)H2S(3)S8相对分子质量大,分子间范德华力强(4)平面三角2sp3(5)1021a3Mn、Fe均为第四周期过渡元素,两元素的部分电离能数据如表所示:元素MnFe电离能/(kJmol1)I1717759I21 5091 561I33 2482 957回答下列问题:(1)Mn元素价电子层的电子排布式为_,比较两元素的I2、I3可知,气态Mn2再失去一个电子比气态Fe2再失去一个电子难,对此,你的解释是_。(2)Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物。与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是_。六氰合亚铁离子Fe(CN)中的配体CN中C原子的杂化轨道类型是_,写出一种与CN互为等电子体的单质分子的结构式_。(3)三氯化铁常温下为固体,熔点282 ,沸点315 ,在300 以上易升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙醇等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为_。(4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式,晶胞分别如图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际有的Fe原子个数之比为_。解析:(1)Mn核外有25个电子,价电子排布式为3d54s2。(2)CN中C无孤电子对,杂化类型为sp。与CN互为等电子体的单质分子为N2,结构式为NN。(3)三氯化铁晶体熔沸点低,说明晶体内作用力为分子间作用力,则为分子晶体。(4)面心立方晶胞中Fe原子的个数为864,体心立方晶胞中Fe原子的个数为812,故面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际有的Fe原子个数之比为21。答案:(1)3d54s2由Mn2转化为Mn3时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2转化为Fe3时,3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)(2)具有孤对电子spNN(3)分子晶体(4)214(2018沧州模拟)铜元素可形成多种重要化合物。回答下列问题:(1)铜元素位于元素周期表中的_区,其基态原子的价电子排布图为_。(2)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可形成Cu(NH3)4SO4溶液,该溶液可用于溶解纤维素。Cu(NH3)4SO4中阴离子的立体构型是_。在Cu(NH3)4SO4中,Cu2与NH3之间形成的化学键称为_,提供孤电子对的成键原子是_。除硫元素外,Cu(NH3)4SO4中所含元素的电负性由小到大的顺序为_。NF3与NH3的空间构型相同,中心原子的轨道杂化类型均为_。但NF3不易与Cu2形成化学键,其原因是_。(3)一种HgBaCuO高温超导材料的晶胞(长方体)如图所示。该物质的化学式为_。已知该晶胞中两个Ba2的间距为c pm。则距离Ba2最近的Hg数目为_个,二者的最短距离为_pm。(列出计算式即可,下同)设该物质的摩尔质量为M gmol1,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为_gcm3。解析:(1)Cu是29号元素,原子核外电子数为29,位于元素周期表中的ds区。Cu基态原子价电子排布图为。(2)SO中S原子的孤对电子对数0,价层电子对数404,离子空间构型为正四面体。Cu2提供空轨道,NH3中N原子含有孤电子对,二者之间形成配位键。非金属性越强,电负性越大,同周期主族元素从左至右电负性增强,故电负性:HNO,Cu为金属元素,吸引电子的能力非常弱,故电负性最弱。故电负性大小顺序为CuHNO。NH3中N原子杂化轨道数为4,采取sp3杂化方式;F的电负性比N大,NF成键电子对向F偏移,导致NF3中N原子核对其孤对电子的吸引能力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2形成配离子。(3)该晶胞中Ba原子个数2;Hg原子个数81;Cu原子个数41;O原子的个数844,故化学式为HgBa2CuO4。根据晶胞结构图知,以Ba2为例,周围距离最近且等距离的分布在下底面的4个顶点上,所以距离Ba2最近的Hg数目为4个。Ba2离下底面面心的距离为 pm,设Ba2与Hg的最短距离为x,则有x222,解得x pm。该晶胞的质量g ,体积a2b pm3a2b (1010 cm)3a2b1030cm3,所以该晶体的密度 gcm3。答案:(1)ds(2)正四面体配位键NCuHN”“”或“”)。(2)基态碲(Te)原子核外电子排布式为Kr_,有_个未成对电子。(3)O、S、Se与Te元素位于同一主族。H2O、H2S、H2Se沸点由低到高顺序为_,推断的依据是_;SO2分子中S原子采取_杂化;用价层电子对互斥理论解释SO的键角大于SO的原因是_。(4)向氯化锌溶液中加入过量的氨水,得到Zn(NH3)4Cl2,此配位化合物中含有的化学键有共价键、_、_。(5)碲化锌晶体有两种结构,其中一种晶胞结构如图所示。晶胞中含有_个Te原子;与Te原子距离最近的Te原子有_个;若两个距离最近的Te原子间距为a pm,则晶体密度为_gcm3。解析:(1)一般来说,非金属元素电负性大于1.8,金属元素小于等于1.8,所以电负性:ZnTe。(2)碲(Te)原子核外电子比Kr多16个,排布在4d、5s、5p能级,基态碲(Te)原子核外电子排布式为Kr4d105s25p4;5p能级上有2个未成对电子。(3)相对分子质量:H2SH2Se,分子间作用力:H2SH2Se,因此沸点:H2SH2Se,水分子之间能形成氢键,因此沸点最高,所以H2O、H2S、H2Se沸点由低到高顺序为H2SH2SeH2O;SO2分子中S原子的价电子对数是3,S原子采取sp2杂化;SO、SO中S原子的价电子对数是4,两种离子的中心硫原子均为sp3杂化,SO中没有孤对电子,SO有一对孤对电子,孤电子对对成键电子有排斥作用,因此键角更小。(4)Zn(NH3)4Cl2中Zn(NH3)42、Cl之间是离子键、Zn2与NH3之间是配位键、NH3中N原子与H原子之间是共价键,此配位化合物中含有的化学键有共价键、离子键、配位键。(5)根据均摊原则,晶胞中Te原子个数为864;根据晶胞结构,与Te原子距离最近的Te原子同层有4个、上下两层各4个,共12个;若两个距离最近的Te原子间距为a pm,则晶胞边长是a1010cm,根据均摊原则晶胞中含有Zn原子数4,含有4个Te原子,晶胞的化学式是Zn4Te4,所以晶胞的摩尔质量是772 gmol1;晶胞的密度 gcm31030 gcm3。答案:(1)(2)4d105s25p42(3)H2SH2SeH2O水分子之间能形成氢键,因此沸点最高,相对分子质量:H2SH2Se,分子间作用力:H2SH2Se,因此沸点:H2SH2SeCH,电负性:OCH。(3)H2O2分子中O原子与2个原子相连,含有2个孤电子对,价层电子对数目224,采用sp3杂化。根据三氟甲磺酸的结构,三氟甲磺酸苯酯的结构为,1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有的键有:3个CF键、1个CS键、2个SO键、1个SO键、1个CO键,苯环上含有5个CH和6个CC键,键数目为19个。(4)根据硫化锌的晶胞结构图,该晶胞中S2和Zn2配位数相等,晶体中与Zn2距离最近且相等的S2有4个,配位数为4。(5)根据晶胞结构图,储氢前晶胞中含有镧原子数81,镍原子数815,合金的化学式为LaNi5。晶胞中H2数目为823,储氢后合金的化学式为LaNi5H6,储氢后1 mol晶胞的体积为(a1010cm)3NAa31030NA cm3,1 mol晶胞中含有的氢气质量为6 g,则该镧镍合金储氢后氢的密度为 gcm3。答案:(1)3d34s25(2)OCH(3)sp319(4)4(5)LaNi57铵明矾NH4Al(SO4)212H2O是一种食品添加剂,钾能形成多种氧化物。(1)基态铝原子的核外电子排布式为_,钾元素的紫色火焰属于_(填“吸收”或“发射”)光谱,氧元素的第一电离能小于氮元素、氟元素,原因是_。(2)NH、H2O、SO三种微粒中,空间构型为正四面体的是_,NH中氮原子的杂化轨道类型是_。(3)氮的同主族元素磷能形成PF5,其分子的空间结构如图1所示,则它是_(填“极性”或“非极性”)分子。前四周期的氧族元素中的两种元素的氢化物分别为H2X、H2Y,其沸点的高低为H2XH2Y,则X是_(写元素符号),稳定性H2XH2Y的原因是_。(4)氯化铝的熔点为190 ,而氟化铝的熔点为1 290 ,导致这种差异的原因是_。(5)氧化钾的晶胞结构如图2所示,以距一个O2最近的所有K为顶点构成的几何体为_。已知该晶体的密度为 gcm3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞边长a_cm(用含、NA的计算式表示)。解析:(1)氮原子2p轨道上的电子处于半充满状态,故第一电离能:NO,氧原子的核电荷数比氟原子的小,原子半径比氟原子的大,故其原子核对电子的吸引能力弱于氟原子,第一电离能:FO。(2)三种微粒的中心原子杂化轨道类型均为sp3,其中NH、SO的空间构型为正四面体。(3)由题图1知,PF5的几何构型为三角双锥形,故它是非极性分子。前四周期的氧族元素形成的简单氢化物分别为H2O、H2S、H2Se,它们的稳定性依次减弱,H2O因能形成分子间氢键而导致沸点最高,H2S的相对分子质量比H2Se的小,其沸点最低,故X是S。(4)AlCl3是分子晶体,熔化时只需要克服微弱的范德华力,而AlF3是离子晶体,熔化时需要克服较强的离子键,故后者的熔点远高于前者。(5)观察晶胞图2知,白色小球代表K,黑色小球代表O2,O2的配位数是8,以距离一个O2最近的8个K为顶点可构成一个立方体。该晶胞中含有4个“K2O”,其物质的量为 mol,晶胞的质量为 g,晶胞体积V cm3a3,由此可求出a cm。答案:(1)1s22s22p63s23p1或Ne3s23p1发射氮原子的2p轨道处于较稳定的半充满状态,氧原子的原子核对电子的吸引能力弱于氟原子(2)NH、SOsp3(3)非极性SSH键的键能比SeH键的键能大(4)AlCl3是分子晶体,而AlF3是离子晶体(5)立方体8科学家发现了一种农药的结构简式为,回答下列问题:(1)Se的原子序数为_,其核外M层电子的排布式为_。(2)该农药组成元素中,第一电离能较大的前三种元素是(按由大到小顺序排列)_(用元素符号回答),该结构简式中编号为的碳原子和与其成键的另外几个原子构成的空间结构为_。(3)H2SeO3的中心原子杂化类型是_;SeO的空间构型是_。(4)H2Se属于_(填“极性”或“非极性”)分子;单质Se的熔点为217 ,它属于_晶体。(5)CSe2与CO2结构相似,CSe2分子内键与键个数之比为_。CSe2首次是由H2Se与CCl4反应制取的,CSe2分子中两个CSe键间的夹角_(填“大于”“等于”或“小于”)H2Se分子中两个HSe键间的夹角。(6)石墨是碳的一种同素异形体,它的一种晶胞结构如图所示:原子坐标参数描述的是晶胞内原子间的相对位置。石墨晶胞中碳原子A、B的坐标参数分别为A(0,0,0)、B。则C原子的坐标参数为_。晶胞参数用以描述晶胞的大小和形状。已知石墨晶胞底边长为a cm,层间距为d cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨的密度为_gcm3(写出表达式即可)。解析:(1)Se位于元素周期表第四周期第A族,原子序数为34,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,故其核外M层电子的排布式为3s23p63d10。(2)该农药组成元素中,第一电离能较大的前三种元素是F、N、O,其第一电离能的大小顺序:FNO。该分子中编号为的碳原子是单键碳原子,其价层电子对数是4,故该碳原子与其成键的另外几个原子构成的空间结构为四面体。(3)H2SeO3的中心原子Se的价层电子对数为4,所以Se的杂化方式为sp3杂化,SeO的空间构型是三角锥形。(4)H2Se分子中有孤电子对,所以H2Se属于极性分子,单质硒的熔点为217 ,比较低,所以它属于分子晶体。(5)二氧化碳分子中含有2个碳氧双键,1个双键中含1个键与1个键,所以CO2分子内键与键个数之比为11。CSe2与CO2结构相似,所以CSe2分子内键与键个数之比也是11。二氧化碳是直线形分子,H2Se分子与H2O分子的空间构型相似,均为V形,所以CSe2分子内两个CSe键间的夹角大于H2Se分子中两个SeH键间的夹角。(6)由晶胞结构可知,C原子的坐标参数为。已知石墨晶胞底边长为a cm,则底面积为a cma cm cm2,晶胞的体积为 cm22d cmda2 cm3,该晶胞中含有碳原子的个数为84124,故石墨的密度为 gcm3。答案:(1)343s23p63d10(2)FNO四面体(3)sp3三角锥形(4)极性分子(5)11大于(6) 9碳元素和氮元素及其化合物与人类的生产生活密切相关。回答下列问题:(1)羟胺(NH2OH)中N原子的杂化方式是_,组成该物质的各元素的第一电离能由小到大的顺序为_。与氨气类似,羟胺(NH2OH)溶于水得到的溶液显碱性,原因是_(用离子方程式表示)。NF3不具有类似的性质的原因是_。(2)Co(CN)中配体是_,1 mol Co(CN)中含_mol 键,Co3的最外层电子轨道表达式为_。(3)石墨具有平面层状结构,同一层中的原子构成许许多多的正六边形,假设石墨邻层碳原子上下对准,如图是石墨和钾形成的插层化合物(每隔一层碳原子插入一层钾原子)的晶体俯视图。钾原子周围有_个最近且等距的配位碳原子。该晶体的化学式为_。已知该结构中石墨层和钾层的层间距为a pm,碳碳键键长为b pm,则该晶体的密度为_ gcm3(列出表达式即可)。解析:(1)NH2OH中N原子的价层电子对数为4,所以N原子的杂化方式为sp3。N、H、O三种元素第一电离能由小到大的顺序为HON。由于羟胺分子中的N原子有孤对电子,与氨气中的N原子一样,都可与水电离出的H形成配位键:NH2OHH2ONH3OHOH,从而使溶液显碱性。NF3分子中N虽有孤对电子,但由于F的电负性很大,N与F成键后电子对偏向F,所以N的正电性较强,导致NF3中N原子核对其孤电子对的引力增强,所以很难和水中的H配位成键。(2)在Co(CN)中,CN与Co3之间有6个配位键,在每个CN中有1个键,所以1 mol Co(CN)中含有12 mol 键。钴是27号元素,其原子核外有27个电子,根据构造原理知,Co3的最外层电子轨道表达式为。(3)K 原子周围有12个最近且等距的碳原子,即配位数为12。根据题图可知该晶体的晶胞为六棱柱(可以是两层碳原子夹一层K原子,也可以是两层K原子夹一层碳原子),该晶胞结构中有2个K原子、24个C原子,故该晶体的化学式为KC12。由题图知,晶胞的边长为2b1010 cm,高为2a1010 cm,根据,可得 gcm3。答案:(1)sp3HONNH2OHH2ONH3OHOHNF3分子中N虽有孤对电子,但由于F的电负性很大,使孤电子对离F较近,所以很难和水中的H形成配位键(2)CN12(3)12KC12103010(20

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