广东省2020届高三化学二轮复习 化学物质结构与性质限时练习

化学物质结构与性质1 铁及其氧化物是日常生活、生产中应用广泛的材料。请回答下列问题：(1)基态铁原子的价电子轨道示意图为_。(2)铁元素常见的离子有Fe2和Fe3，稳定性Fe2_Fe3(填“大于”或“小于”)，原因是_。(3)纳米氧化铁能催化火箭推进剂NH4ClO4的分解，NH的结构式为_(标出配位键)，空间构型为_，其中氮原子的杂化方式为_；与ClO互为等电子体的分子或离子有_(任写两种)。(4)金属铁晶体原子采用_堆积。铁晶体的空间利用率为_(用含的式子表示)。 (5)某种离子型铁的氧化物晶胞如图Z161所示，它由A、B方块组成。则该氧化物中Fe2、Fe3、O2的个数比为_(填最简整数比)；已知该晶体的密度为d g/cm3，阿伏伽德罗常数的值为NA，则晶胞参数a为_nm(用含d和NA的代数式表示)。图Z1612钢铁分析中常用过硫酸盐氧化法测定钢中锰的含量，反应原理为：2Mn25S2O8H2O2MnO10SO16H(1)现代化学中，常利用_上的特征谱线来鉴定元素。(2)试从分子的立体构型和原子的电负性、中心原子上的孤电子对等角度解释为什么与水结构十分相似的OF2的极性很小？ _。(3)已知H2S2O8的结构如图Z162。图Z162H2S2O8中硫原子的轨道杂化方式为_。上述反应中被还原的元素为_。S基态原子中电子的空间运动状态有_种。上述反应每生成1 mol MnO，S2O断裂的共价键类型及其数目为_、_(阿伏伽德罗常数的值为NA)。图Z163(4)一定条件下，水分子间可通过氢键将H2O分子结合成三维骨架结构，其中的多面体孔穴中可包容气体小分子，形成笼形水合包合物晶体。如图Z163是一种由水分子构成的正十二面体骨架(“o”表示水分子)，其包含的氢键数为_。实验测得冰中氢键的作用能为18.8 kJmol1，而冰的熔化热为5.0 kJmol1，其原因可能是_。(5)底心晶胞的特征是：将晶胞的框架的顶角移至晶胞的某一对面的中心所得的新晶胞与原晶胞无差别。在晶体学上底心平移的符号是 (，0) (C底心)；或 (0，) (A底心)；或 (，0，) (B底心)。底心平移是指其中之一。图Z164则：I2是(_)(填“A”“B”或“C”)底心晶胞。(6)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图Z165(a)所示，并给出了一个石墨的六方晶胞如图(b)所示。图Z165在图中画出晶胞沿c轴的投影(用“”标出碳原子位置即可)_。假设石墨的层间距为300 pm。CC键长为150 pm。计算石墨晶体的密度为_g cm3(碳元素的相对原子质量为12，NA6.01023 mol1，计算结果保留一位小数)。3Cu、Ni、V为制造合金及合成催化剂的重要元素。请回答：(1)Cu位于元素周期表的_区，其基态原子有_种能量不同的电子。(2)Cu(NH3)4SO4是一种重要的配合物。与SO互为等电子体的分子的化学式为_(任写一种)；NH3分子的VSEPR模型为_。(3)Ni(CO)4的熔点为25 ，沸点为43 。其晶体类型为_。晶体中键和键的数目之比为_。(4)Ni可作为或与H2加成的催化剂。在相同压强下，的沸点比低，原因为_。(5)有增强胰岛素和降糖作用，其中所含非金属元素的电负性由小到大的顺序为_(用元素符号表示)；图Z166碳原子的杂化轨道类型为_。(6)已知：钇钡铜氧晶体的晶胞是一个长方体(如图Z166所示)，其晶胞参数分別为a nm、b nm，阿伏伽德罗常数的值为NA。则该晶体的密度为_g/cm3(列出计算式即可)。4硼元素在化学中有很重要的地位，硼及其化合物广泛应用于永磁材料、超导材料、富燃料材料、复合材料等高新材料领域。 (1)三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性的无色有毒腐蚀性气体，其分子的立体构型为_。 (2)磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。图Z167(a)是磷化硼晶体的晶胞示意图，则磷化硼的化学式为_，该晶体的晶体类型是_。 图Z167(3)硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子间通过氢键相连如图(b)。 硼酸溶于水生成弱电解质一水合硼酸B(OH)3H2O，它电离生成少量B(OH)4和H，则硼酸为_元酸。1 mol H3BO3的晶体中有_mol氢键。(4)H3PO4的K1、K2、K3分别为7.6103、6.3108、4.41013，硝酸完全电离，而亚硝酸K5.1104，请根据结构与性质的关系解释：H3PO4的K1远大于K2的原因： _。硝酸比亚硝酸酸性强的原因： _。(5)NiO晶体结构与NaCl晶体类似，其晶胞的棱长为a cm，则该晶体中距离最近的两个阳离子核间的距离为_(用含有a的代数式表示)。在一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”如图(c)，可以认为氧离子作密致单层排列，镍离子填充其中，列式并计算每平方米面积上分散的该晶体的质量为_g(氧离子的半径为b m，阿伏伽德罗常数的值用NA表示)。5已知铜的配合物A结构如图Z168。请回答下列问题：图Z168 (1)写出基态Cu的外围电子排布式：_。(2)配体氨基乙酸根(H2NCH2COO)受热分解可产生CO2和N2，N2中键和键数目之比是_；N2O与CO2互为等电子体，则N2O的电子式为_。图Z169(3)在Cu催化下，甲醇可被氧化为甲醛，甲醛分子中HCO的键角_(选填“大于”“等于”或“小于”)120；甲醛能与水形成氢键，请在如图Z169中表示出来。(4)立方氮化硼如图Z1610(a)、(b)与金刚石结构相似，是超硬材料。立方氮化硼晶体内BN键键数与硼原子数之比为_。图Z1610图Z1611(5)Cu晶体的堆积方式如图Z1611所示，设Cu原子半径为a，晶体中Cu原子的配位数为_，晶体的空间利用率为_。(已知：1.4，列式并计算出结果)6A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大，其中非金属元素A的基态原子中成对电子数是未成对电子数的两倍，C元素在地壳中含量最高，D的单质是短周期中熔点最低的金属，E的合金是我国使用最早的合金。(1)E元素的基态原子电子排布式为_。(2)A的某种氢化物A2H2分子中含有_个键和_个键。(3)A的含氧酸根离子AO空间构型是_。(4)B的最简单的氢化物的沸点比A的最简单的氢化物的沸点高得多，其原因是_。(5)E的最高价氧化物对应的水化物溶解于氨水中生成的复杂化合物的化学式是_。(6)图Z1612是D单质的晶体堆积方式，这种堆积方式的晶胞中原子的配位数为_，若该原子的半径为r pm，此晶体的密度_g/cm3(用含r的代数式表示，阿伏伽德罗常数的值用NA表示)。图Z1612 答案及解析1(1)(2)小于Fe2的价电子排布式为3d6，Fe3的价电子排布式为3d5，Fe3 的3d能级为半满状态，较稳定(3) 正四面体sp3杂化CCl4、PO(其他合理答案均可)(4)体心立方(5)124107解析 (4)金属铁晶体原子采用体心立方堆积。铁晶体的晶胞含有2个铁原子，设晶胞边长为a，金属原子半径为r，则面对角线长a，体对角线长a4r，得ra，空间利用率。 (5)A含有1.5个Fe2、4个O2，B含有0.5个Fe2、4个O2、4个Fe3，则该氧化物中Fe2、Fe3、O2的个数比为124。晶胞含有Fe2、Fe3、O2的个数分别为8、16、32，它们的相对质量之和是8232，根据mV可得8232 gd g/cm3a3NA，a107 nm。2(1)原子光谱(2)OF2与H2O的立体构型相似，同为V形，但水分子的极性很强，而OF2的极性却很小，这是因为从电负性上看，氧与氢的电负性差大于氧与氟的电负性差；OF2中氧原子上有两对孤电子对，抵消了FO键中共用电子对偏向F而产生的极性(3)sp3O9非极性键或键2.5NA(4)30液态水中仍然存在大量氢键(或冰融化时只破坏了部分氢键)(5)B(6)2.3解析 (1)现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。(2)从电负性上看，氧与氢的电负性差值大于氧与氟的电负性差值；OF2中氧原子上有两对孤电子对，抵消了FO键中共用电子对偏向F而产生的极性，从而导致H2O分子的极性很强，而OF2分子的极性却很小。(3)H2S2O8中，硫原子价层电子对数为4，所以采取sp3杂化，该反应中，Mn的化合价升高(27)，O有2价和1价，其中1价转化为2价，化合价降低，所以被还原的元素为O；S基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p4，其中3p4的4个电子占据3个轨道，电子的空间运动状态有：1s、2s、2px、2py、2pz、3s、3px、3py、3pz，共9种；由反应可知，Mn的化合价升高(27)，O的化合价降低(12)，生成10 mol SO转移10 mol电子，则每生成1 mol MnO，转移5 mol电子，S2O断裂2.5 mol(或2.5NA)OO间非极性共价键。(4)由此结构可知，此单元中含有水分子的个数为20，其中每个水分子形成的氢键属于2个五元环，故每个水分子形成氢键个数为，故总共形成氢键数为2030；冰中氢键的作用能为18.8 kJmol1，而冰熔化热为5.0 kJmol1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍有氢键。(5)底心晶胞的特征是：将晶胞的框架的顶角移至晶胞的某一对面的中心所得的新晶胞与原晶胞无差别。说明晶胞里的半数原子是另半数原子作“底心平移”的产物，即该晶胞是结构基元的2倍体。A、B、C编序与底心符号是一致的(参考图中的坐标系)，但只有将晶胞框架的顶角移至ac面的面心，所得新晶胞才与原晶胞无差别，若移至bc面心或ab面心，得到的新晶胞中的原子坐标不同于原晶胞，因此不能作A或C平移，故碘是B底心。(6)根据图(b)可知，沿c轴的投影，可以看到四边形的四个顶点上各有1个碳原子，结合图(a)，视图为，下面一层有一个碳原子位于黑点所示原子的对称位置，因此沿c轴的投影为；在石墨晶体中每个碳原子与三个正六边形相连，而每个正六边形有六个碳原子，所以每个碳原子实际占有的六边形的数目为0.5个，12 g碳含有1 mol 碳原子，所以含有0.5 mol六边形，在石墨晶体中，每个六方晶胞含有84214个碳原子，而六方晶胞的体积为150230021030 cm3，根据可以计算出密度为 g/cm32.3 g/cm3。3(1)ds7 (2)CCl4、SiCl4、CBr4、SiF4等四面体形 (3)分子晶体11(4) 形成分子内氢键，而形成分子间氢键(5)HCNOsp2 (6)解析 (1)Cu位于ds区，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，因此有7种能量不同的电子。(2)原子数和价电子数分别都相等的微粒互称等电子体，与SO互为等电子体的分子有CCl4、SiCl4、CBr4、SiF4等。NH3分子中氮原子的价层电子对数为4，所以VSEPR模型为四面体形。(3)Ni(CO)4的熔点为25 ，沸点为43 ，这说明晶体类型为分子晶体。单键都是键，双键中含有1个键和1个键，三键中含有1个键和2个键，晶体中键和键的数目之比为8811。(4) 形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键使物质的沸点升高，因此在相同压强下，的沸点比低。(5) 非金属性越强，电负性越大，则其中所含非金属元素的电负性由小到大的顺序为HCNO；碳原子的价层电子对数是3，杂化轨道类型为sp2。(6)Y位于体心，数目为1，Ba位于体心，数目为2，Cu位于顶点和棱心，数目为883，O位于棱心和面心，数目为1287，化学式为YBa2Cu3O7，则该晶体的密度为1021 g/cm3。4(1)平面三角形(2)BP原子晶体(3)一3(4)第一步电离出的氢离子抑制第二步的电离硝酸中N呈5价或存在的非羟基氧原子更多，NOH中O的电子更向N偏移，容易电离出氢离子(5)a cm解析 (1)BF3分子中，B原子形成了3个键，不含孤电子对，故杂化轨道数为3，杂化方式为sp2杂化，BF3分子立体构型为平面三角形。(2)一个晶胞中含有B原子的个数为864个，P原子个数为4个，故化学式为BP；磷化硼晶体中只含共价键且耐磨，为原子晶体。(3)1 mol B(OH)3H2O可电离出1 mol H，故硼酸为一元酸。由图可知，B原子形成了三个共价单键，最外层电子数为6；1 mol H3BO3的晶体中含有3 mol H原子，每个H原子都与相邻的O原子形成氢键，故氢键为3 mol。(4)磷酸能分步电离，第一步电离出的氢离子抑制了第二步电离，所以H3PO4的K1远大于K2。硝酸中N呈5价，NOH中O的电子更向N偏移，导致其越易电离出氢离子，则酸性较大。(5)根据氯化钠的结构知，氧离子和相邻的镍离子之间的距离为a cm，距离最近的两个阳离子核间的距离是距离最近的氧离子和镍离子距离的倍，所以其距离是a cm。由图知Ni2的配位数是3，故O2的配位数也是3，以一个Ni2为中心的3个O2构成了一个边长为2b m的等边三角形，该三角形的面积为2b m(2b msin 60)b2 m2。每个O2为6个三角形共用，故一个三角形中含有0.5个O2，因此一个“NiO”占据的面积为2b2 m2。则每平方米含有“NiO”的数目为，每个“NiO”的质量为 g，故每平方米含有NiO的质量为 g。5(1)3d104s1(2)12 (3)大于(O、H、O三原子的相对位置不作要求)(4)41(5)12 100%74.76%解析 (1)Cu原子核外有29个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为Ar3d104s1，外围电子排布式为3d104s1。(2)N2和键和键数目之比为12，等电子体结构相似，根据二氧化碳电子式书写N2O的电子式为。(3)甲醛中C是sp2杂化，CH与CH键夹角理论上是120，但由于有羰基氧的孤对电子的排斥，实际键角应该略小于120，所以甲醛分子中HCO的键角大于120，甲醛分子中的O原子和水分子中的H原子能形成氢键，其氢键表示为。(4)该晶胞中N原子个数是4，B原子个数864，则BN键个数为16，则BN键与B原子个数之比为16441。(5)Cu晶体的堆积方式是面心立方最密堆积，所以配位数是12；Cu原子半径为a，由图可知，立方体的面对角线长是4a，所以立方体的棱长b2a，1个C