5物质结构和元素周期律-2024届高三复习化学专题训练（文字版 答案）

5物质结构和元素周期律——2024届高三复习化学专题训练（文字版答案）一、选择题1．(2023·辽宁高考)下列化学用语或表述正确的是()A．BeCl2的空间结构：V形B．P4中的共价键类型：非极性键C．基态Ni原子价电子排布式：3d10D．顺­2­丁烯的结构简式：B[解析]A．BeCl2的中心原子为Be，根据VSEPR模型可以计算，BeCl2中不含有孤电子对，因此BeCl2为直线形分子，A错误；B.P4分子中相邻两P原子之间形成共价键，同种原子之间形成的共价键为非极性共价键，P4分子中的共价键类型为非极性共价键，B正确；C.Ni原子的原子序数为28，其基态原子的价电子排布为3d84s2，C错误；D.顺­2­丁烯的结构中两个甲基在双键的同一侧，其结构简式为，D错误；故答案选B。2．下列各组物质性质的比较，结论正确的是()A．物质的硬度：NaCl＜NaBr＜NaIB．物质的沸点：AsH3＞PH3＞NH3C．氢化物水溶液的酸性：HCl＞HBr＞HID．稳定性：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3D[解析]NaCl、NaBr、NaI均为离子晶体，阳离子相同，阴离子半径越小，硬度越高，所以硬度：NaCl＞NaBr＞NaI，A错误；沸点：NH3＞AsH3＞PH3，B错误；卤素原子原子核对其核外电子的吸电子能力从上到下逐渐减小，使得氢卤键从上到下越来越易断裂，氢原子变得更易于解离，酸性越来越强，所以酸性：HCl<HBr<HI，C错误；金属阳离子的半径越小，对碳酸根中氧离子的吸引力越强，其碳酸盐的热稳定性越弱，则稳定性大小：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3，D正确。3．(2022·山东高考)AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N－Al键、N－Ga键。下列说法错误的是()A．GaN的熔点高于AlNB．晶体中所有化学键均为极性键C．晶体中所有原子均采取sp3杂化D．晶体中所有原子的配位数均相同A[解析]Al和Ga均为第ⅢA元素，N属于第ⅤA元素，AlN、GaN的成键结构与金刚石相似，则其为共价晶体，且其与金刚石互为等电子体，等电子体之间的结构和性质相似。AlN、GaN晶体中，N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。A.因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于Al原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的，则N—Al的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN，A说错误；B.不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，B说法正确；C.金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4)，C原子无孤电子对，故C原子均采取sp3杂化；由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子均采取sp3杂化，C说法正确；D.金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键，即C原子的配位数是4，由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子的配位数也均为4，D说法正确。综上所述，本题选A。4．(2023·济宁检测)下列关于物质结构与性质的论述错误的是()A．Ieq\o\al(＋,3)的空间结构为V形B．斜方硫和单斜硫都易溶于CS2，是因为这两种物质的分子都属于非极性分子C．PH3和H2O分子中均含有孤电子对，且PH3提供孤电子对的能力强于H2OD．键能：O—H＞S—H＞Se—H＞Te—H，因此水的沸点在同族氢化物中最高D[解析]Ieq\o\al(＋,3)的成键数为2，孤电子对数为eq\f(1,2)×(7－1－2×1)＝2，价层电子对数是4，所以其空间结构与水相似，为V形，A正确；CS2分子属于非极性分子，根据相似相溶原理，由非极性分子构成的溶质易溶于由非极性分子构成的溶剂中，由斜方硫和单斜硫都易溶于CS2可知，这两种物质的分子都属于非极性分子，B正确；PH3和H2O分子中的中心P、O原子上均含有孤电子对，由于元素的非金属性：O＞P，所以对孤电子对的吸引能力：O＞P，因此PH3提供孤电子对的能力强于H2O，C正确；同族元素形成的氢化物的分子结构相似，物质的相对分子质量越大，分子间作用力就越大，物质的熔、沸点就越高。但由于H2O的分子之间还存在氢键，增加了分子之间的吸引作用，导致水的沸点在同族氢化物中最高，这与分子中化学键的键能无关，D错误。5．B2O3的气态分子结构如图1所示，硼酸(H3BO3)晶体结构为层状，其二维平面结构如图2所示。下列说法错误的是()A．两分子中B原子分别采用sp杂化、sp2杂化B．硼酸晶体中层与层之前存在范德华力C．1molH3BO3晶体中含有6mol氢键D．硼原子可提供空轨道，硼酸的电离方程式为H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋C[解析]B最外层有3个电子，在图1分子中每个B原子形成了2个σ键，且其没有孤电子对，故其采用sp杂化；在图2分子中每个B原子形成了3个σ键，且其没有孤电子对，故其采用sp2杂化，A正确；由题中信息可知，硼酸晶体为层状结构，类比石墨的晶体结构可知其层与层之间存在范德华力，故B正确；由图中信息可知，每个硼酸分子有3个羟基，其O原子和H原子均可与邻近的硼酸分子形成氢键，平均每个硼酸分子形成了3个氢键，因此，1molH3BO3晶体中含有3mol氢键，故C错误；硼原子的2p轨道有空轨道，水电离的OH－中有孤电子对，故两者可形成配位键并破坏了水的电离平衡使溶液显酸性，其电离方程式为H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋，故D正确。6．短周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大；A的一种核素常用来鉴定一些文物的年代；B的氢化物的水溶液呈碱性；C、D为金属元素，且D原子最外层电子数等于其K层电子数；若往E单质的水溶液中滴加少量紫色石蕊溶液，可观察到先变红后褪色。下列说法正确的是()A．A的氢化物常温下一定为气态B．简单离子半径大小顺序为E>B>C>DC．C的氧化物比D的氧化物熔点高D．E的氧化物均可作为消毒剂，其对应水化物均为强酸B[解析]根据A的一种核素的用途，确定A为C元素；B的氢化物的水溶液呈碱性，则B为N元素；D是短周期金属元素，原子的最外层电子数等于其K层电子数，且原子序数大于7，即D为Mg元素，则C为Na元素；氯气的水溶液既显酸性又具有漂白性，可使紫色石蕊溶液先变红后褪色，所以E为Cl元素，据此解答。7．(2023·沈阳模拟)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。A是元素Y的单质。常温下，A遇甲的浓溶液发生钝化。丙、丁、戊是由这些元素组成的二元化合物，丁和戊的组成元素相同，且丙是无色气体，上述物质的转化关系如图所示。下列说法正确的是()A．简单氢化物的沸点：X>ZB．简单离子半径大小：X＜YC．丁分子和戊分子的空间结构相同D．Y的简单离子与Z的简单离子在水溶液中可大量共存A[解析]短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，A是元素Y的单质，常温下A遇甲的浓溶液钝化，可知A为Al单质，Y为Al元素；丙是无色气体，则甲为H2SO4，丙为SO2；丙、丁、戊是由这些元素组成的二元化合物，可知丁为H2O，戊为H2O2，乙为Al2(SO4)3，则W、X、Y、Z分别为H、O、Al、S，据此解答。8．(双选)常温下，W、X、Y、Z四种短周期元素的最高价氧化物对应的水化物溶液(浓度均为0.01mol·L－1)的pH和原子半径、原子序数的关系如图所示。下列说法错误的是()A．第一电离能：W>Z>Y>XB．简单离子的半径：Z>Y>W>XC．W的氢化物空间结构不一定是三角锥形D．Z的单质具有强氧化性和漂白性BD[解析]W、Z的最高价氧化物对应的水化物溶液(浓度均为0.01mol·L－1)的pH均为2，则两种元素最高价氧化物对应的水化物均为一元强酸，则应为HNO3和HClO4，Z的原子序数和原子半径均大于W，则W为N元素，Z为Cl元素；X的最高价氧化物对应的水化物溶液(浓度均为0.01mol·L－1)的pH为12，为一元强碱，且原子半径大于Cl，则X为Na元素；Y位于Na和Cl之间，且最高价氧化物对应的水化物溶液(浓度均为0.01mol·L－1)的pH＜2，应为二元强酸，则Y为S元素。9．(双选)我国科学家合成的某种离子化合物结构如下图，该物质由两种阳离子和两种阴离子构成，其中有两种10电子离子和一种18电子离子。X、Y、Z、M均为短周期元素，且均不在同一族；X是半径最小的元素，Z是空气中含量最多的元素，Y的电负性大于Z。下列说法不正确的是()A．X与Y形成的化合物沸点高于Y同族元素与X形成化合物的沸点，主要原因是X与Y形的化合物容易形成分子间氢键B．Z的最高价氧化物对应水化物的阴离子中Z的杂化方式为sp2杂化C．元素第一电离能：Y>ZD．该盐中，存在离子键、极性共价键、非极性共价键、配位键和氢键等化学键CD[解析]X、Y、Z、M均为短周期元素，且均不在同一族，X是半径最小的元素，则X为H元素；Z是空气中含量最多的元素，则Z为N元素；离子化合物由两种阳离子和两种阴离子构成，其中有两种10电子离子和一种18电子离子，由化合物的结构和Y的电负性大于Z可知，Y为O元素，M为Cl元素；化合物中的阳离子为H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)、阴离子为Cl－和Neq\o\al(－,5)。10．(2023·湖北高考)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是()选项性质差异结构因素A沸点：正戊烷(36.1℃)高于新戊烷(9.5℃)分子间作用力B熔点：AlF3(1040℃)远高于AlCl3(178℃升华)晶体类型C酸性：CF3COOH(pKa＝0.23)远强于CH3COOH(pKa＝4.76)羟基极性D溶解度(20℃)：Na2CO3(29g)大于NaHCO3(8g)阴离子电荷D[解析]A．正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体，由于新戊烷支链多，对称性好，分子间作用力小，所以沸点较低，故A正确；B.AlF3为离子化合物，形成的晶体为离子晶体，熔点较高，AlCl3为共价化合物，形成的晶体为分子晶体，熔点较低，则AlF3熔点远高于AlCl3，故B正确；C.由于电负性F>H，C­F键极性大于C­H键，使得羧基上的羟基极性增强，氢原子更容易电离，酸性增强，故C正确；D.碳酸氢钠在水中的溶解度比碳酸钠小的原因是碳酸氢钠晶体中HCOeq\o\al(－,3)间存在氢键，与晶格能大小无关，即与阴离子电荷无关，故D错误；答案选D。二、非选择题11．(2023·烟台二模)近年来，有机—无机杂化金属卤素钙钛矿作为优良的光电材料受到广泛研究和关注，回答下列问题。(1)Ca、Ti元素基态原子核外电子占据能级数之比为__________________，与Ti处于同周期单电子数与Ti相同的元素还有________种，Ca的前三级电离能数据分别为589.8kJ·mol－1、1145.4kJ·mol－1、4912.4kJ·mol－1，第三电离能增大较多的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)卤族元素可与N和P元素形成多种稳定卤化物，其中NCl3的空间结构为____________，P元素可形成稳定的PCl3和PCl5，而氮元素只存在稳定的NCl3，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)Ti的配合物有多种。Ti(CO)6、Ti(H2O)eq\o\al(2＋,6)、TiFeq\o\al(2－,6)中的配体所含原子中电负性最小的是________；Ti(NO3)4的球棍结构如图，Ti4＋的配位数是________。(4)研究表明，TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2－aNb，能使TiO2对可见光具有活性，反应如图所示。已知TiO2晶胞为长方体，设阿伏加德罗常数的值为NA，TiO2的密度为___________g·cm－3(列出计算式)。TiO2－aNb晶体中a＝________，b＝________。[答案](1)6∶73因为Ca2＋已经达到稳定结构，再失去1个电子属于内层电子，原子核吸引力更强，所以I3突然增大(2)三角锥形N元素L层最多4个轨道，所以不易生成NCl5(3)H8(4)eq\f(4×48＋16×2,NAm2n×10－30)eq\f(5,8)eq\f(3,16)[解析](4)根据TiO2的晶胞结构，Ti原子在晶胞的8个顶点、4个面心、1个体心，晶胞含有Ti原子的个数为4，O原子8个在棱上、8个在面上、2个在体内，O原子个数为8，则1mol晶胞的质量为(48＋16×2)×4g，体积为m2×n×10－30cm3，则密度为eq\f(m,V)＝eq\f(4×48＋16×2,NAm2n×10－30)g·cm－3；氮掺杂反应后，有3个氧空穴，O原子6个在棱上、6个在面上、1个在体内，O原子的个数为eq\f(11,2)，N原子1个在面上、1个在棱上，个数为eq\f(3,4)，则化学式为TiOeq\f(11,8)Neq\f(3,16)，故2－a＝eq\f(11,8)，a＝eq\f(5,8)，b＝eq\f(3,16)。12．(2022·全国乙卷)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)氟原子激发态的电子排布式有____________，其中能量较高的是__________。(填标号)a．1s22s22p43s1b．1s22s22p43d2c．1s22s12p5d．1s22s22p33p2(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个________杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))。②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的顺序是________________，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强：(ⅱ)__________。(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为____________。解释X的熔点比Y高的原因____________。(4)α­AgI晶体中I－离子作体心立方堆积(如图所示)，Ag＋主要分布在由I－构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α­AgI晶体在电池中可作为________________。已知阿伏加德罗常数为NA，则α­AgI晶体的摩尔体积Vm＝________m3·mol－1(列出算式)。[答案](1)add(2)①sp2σ②一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔③Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键的键长越短(3)CsClCsCl为离子晶体，ICl为分子晶体(4)电解质eq\f(NA×504×10－123,2)[解析](1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，a.1s22s22p43s1，基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；b.1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；c.1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；d.1s22s22p33p2，基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确；答案选ad；而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量最高的是1s22s22p33p2，答案选d。(2)①一氯乙烯的结构式为，碳为双键碳，采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Clσ键。②C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强，C—Cl键的键长越短，一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时p成分少，sp3杂化时p成分多，因此三种物质中C—Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键的键长越短，一氯乙烯中Cl的3px轨道与C的2px轨道形成3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，一氯乙炔中Cl的3px轨道与C的2px轨道形成2套3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，因此三种物质中C－Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。(3)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而CsCl为离子晶体，熔化时，克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时，克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl高。(4)由题意可知，在电场作用下，Ag＋不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α­AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2个，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n＝eq\f(N,NA)mol＝eq\f(2,NA)mol，晶胞体积V＝a3pm3＝(504×10－12)3m3，则α­AgI晶体的摩尔体积Vm＝eq\f(V,n)＝eq\f(504×10－123m3,\f(2,NA)mol)＝eq\f(NA×504×10－123,2)m3/mol。13．(2023·全国甲卷)将酞菁—钴钛—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题：(1)图1所示的几种碳单质，它们互为___________，其中属于原子晶体的是_______，C60间的作用力是___________________。(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。酞菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是_______(填图2酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为_______，氮原子提供孤对电子与钴离子形成___________键。(3)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中Al的轨道杂化类型为___________。AlF3的熔点为1090℃，远高于AlCl3的192℃，由