高考化学二轮专题限时集训20《物质结构与性质》（含详解）

专题限时集训(二十)　物质结构与性质

(对应学生用书第149页)

 (限时：40分钟)

1．(2017·四川成都一诊)已知反应3NaH＋Fe2O32Fe＋3NaOH。

【97184284】

(1)基态Fe原子核外共有________种运动状态不相同的电子；Fe3＋的价电子排布图为________。

(2)NaH的电子式为________________；1 mol  NaOH含有σ键数目为________，其中O原子的杂化类型为________；Fe3＋可以和SCN－形成配合物，该反应是典型的可逆反应，说明配位原子配位能力________(填“强”或“弱”)。

(3)上述反应中含Na的化合物晶体类型均为________晶体；NaH的熔点显著高于NaOH，主要原因是__________________________________________。

(4)某种单质铁的晶体为体心立方堆积，则铁原子的配位数为________；若r(Fe)表示Fe原子的半径，单质铁的原子空间利用率为________________[列出含r(Fe)的计算表达式]。

【解析】　(1)基态Fe原子核外有26个电子，每个电子的运动状态均不相同，故基态Fe原子核外有26种运动状态不相同的电子；基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，则Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5，其价电子排布图为

(2)NaH是离子化合物，由Na＋和H－构成，其电子式为Na＋[∶H]－。NaOH由Na＋和OH－构成，其中OH－含有极性键(O—H键)，故1 mol NaOH含有的σ键数目为NA。OH－中O原子形成1个σ键，且O原子有3对孤对电子，故O原子采取sp3杂化。Fe3＋与SCN－形成配合物的反应为典型的可逆反应，说明生成的配合物稳定性较弱，易分解生成Fe3＋、SCN－，据此推知配位原子的配位能力较弱。

(3)NaH和NaOH均由离子构成，均属于离子晶体；离子晶体的熔点与晶格能的大小有关，晶格能越大，晶体的熔点越高，而晶格能的大小与离子半径、所带电荷数有关。H－的半径小于OH－的半径，则NaH的晶格能大于NaOH，因此NaH的熔点高于NaOH的熔点。

(4)某单质铁的晶体为体心立方堆积，则Fe原子的配位数为8；每个晶胞中含有Fe原子个数为1＋8×＝2，结合球体的体积公式“V＝πr3”可知，2个Fe原子的总体积为πr3(Fe)；设晶胞的棱长为a，由[4r(Fe)]2＝3a2可得a＝，则晶胞的体积为3，故单质铁的原子空间利用率为＝

【答案】　(1)26　

(2)Na＋[H]－　NA　sp3　弱

(3)离子　H－半径小，NaH的晶格能大于NaOH的晶格能

(4)8　

2．(2017·山西名校联考)2014年7月和12月山西大学分子科学研究所翟华金教授、李思殿教授与清华大学李隽教授、美国布朗大学Lai­Sheng Wang教授及复旦大学刘智攀教授课题组合作，首次合成“中国红灯笼分子”——硼球烯B40。B40是继C60之后第二个从实验和理论上完全确认的无机非金属笼状团簇。                           【97184285】

(1)基态硼原子的外围电子排布式为________，碳60中碳原子杂化方式为________。

(2)构成碳60晶体的作用力是________。

(3)与硼同周期但第一电离能比硼大的元素有______种。

(4)磷化硼(BP)是由硼元素与磷元素组成的无机化合物，属于一种半导体材料。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。BP晶胞中B采用面心立方堆积，P原子填入四面体空隙中。

①写出三溴化硼和三溴化磷的空间构型：

三溴化硼________；三溴化磷________。

②磷化硼晶体内微粒间的作用力有________。

③计算磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离(晶胞参数为478 pm)________。

【解析】　(1)碳60又叫足球烯，其分子中每个C原子与其他3个C原子相连，分别形成两个碳碳单键和一个碳碳双键，所以碳原子的杂化方式为sp2。

(2)碳60晶体属于分子晶体，所以微粒间作用力是范德华力。

(3)与硼同周期但第一电离能比硼大的元素有Be、C、N、O、F、Ne共6种。

(4)①BBr3中B原子的价层电子对数是3，孤电子对数是0，所以三溴化硼的空间构型是平面正三角形；PBr3中P原子的价层电子对数是4，孤电子对数是1，所以三溴化磷的空间构型是三角锥形。②磷化硼的空间结构与金刚石类似，应属于原子晶体，B原子与P原子间通过共价键相结合，但B原子最外层只有3个电子，P原子最外层有5个电子，而磷化硼晶体中每个B原子与4个P原子相连，每个P原子也与4个B原子相连，这说明B原子和P原子间还存在一个配位键，其中P原子提供孤电子对，B原子提供空轨道。③BP晶胞中P原子位于立方体的体对角线的处，则硼原子和磷原子之间的最近距离＝pm＝pm≈207 pm。

【答案】　(1)2s22p1　sp2　(2)范德华力、非极性共价键　(3)6　(4)①平面正三角形　三角锥形　②共价键、配位键　③207pm或pm

3．(2017·湖南衡阳十校冲刺模拟)核安全与放射性污染防治已引起世界各国的广泛重视。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘­131和铯­137。碘­131一旦被人体吸入，可能会引发甲状腺疾病。 【97184286】

(1)Cs(铯)的价电子排布式为6s1，与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表：

上述三种元素X、Y、Z的元素符号分别为________，基态Z原子的核外电子排布式为________，X形成的单质晶体中含有的化学键类型是________。

(2)F与I同主族，BeF2与H2O都是由三个原子构成的共价化合物分子，二者分子中的中心原子Be和O的杂化方式分别为________、________，BeF2分子的立体构型是________，H2O分子的立体构型是________。

(3)与碘同主族的氯具有很强的活泼性，能形成大量的含氯化合物。BCl3分子中B—Cl键的键角为________。

(4)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示，该晶胞中含有________个131I2分子；KI的晶胞结构如图乙所示，每个K＋紧邻________个I－。

甲　　　　　　　　乙

(5)KI晶体的密度为ρ g·cm－3，K和I的摩尔质量分别为MK g·mol－1和

MIg·mol－1，原子半径分别为rKpm和rIpm，阿伏加德罗常数的值为NA，则KI晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

【解析】　(1)由铯的最外层电子排布式为6s1，可知X、Y、Z为第ⅠA族元素，第ⅠA族前四周期的元素分别为H、Li、Na、K，由第一电离能数据可知，X、Y的第一电离能的差值与Y、Z的第一电离能的差值相差不大，所以X、Y、Z中不可能有H元素，而同主族元素电子层数越多，第一电离能越小，故X、Y、Z分别为Li、Na、K。基态K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1；锂晶体属于金属晶体，微粒间均以金属键结合。

(2)BeF2中Be的价层电子对数是2＋×(2－2)＝2，所以Be是sp杂化，分子空间构型为直线形；H2O中O的价层电子对数是2＋×(6－2)＝4，所以O是sp3杂化，分子空间构型为V形。

(3)硼原子的最外层电子数为3，Cl提供3个电子，硼原子的价层电子对数为＝3，没有孤对电子，故BCl3为平面正三角形结构，分子中B—Cl键的键角为120°。

(4)由131I2晶胞结构图可知，碘分子位于晶胞的8个顶点和6个面上，故一个晶胞中含有4个131I2分子；KI晶胞与NaCl晶胞结构相似，每个K＋紧邻6个I－，同层有4个，上下各1个。

(5)KI晶胞中K＋和I－各有4个，晶胞中原子所占的体积V1＝×10－30cm3，晶胞的体积V2＝＝4×cm3，故KI晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%。

【答案】　(1)Li、Na、K　1s22s22p63s23p64s1　金属键

(2)sp　sp3　直线形　V形　(3)120°　(4)4　6

(5)×100%

4．(2017·河北张家口期末质量监测)铁和铜都是生产、生活中应用广泛的金属，能形成很多种合金和化合物。请回答： 【97184287】

(1)基态Cu＋的价层电子排布图为________。基态Fe3＋中有________种运动状态不同的电子。

(2)铁单质能形成Fe(CO)5，其熔点为－21 ℃，沸点为102.8 ℃。则Fe(CO)5晶体的类型为________。与CO互为等电子体的离子的符号为________(任写一种)。

(3)铜元素的焰色反应呈绿色，很多金属元素能发生焰色反应的微观原因为________。

(4)[Cu(NH3)4]SO4中，N、S、O三种非金属元素的第一电离能由小到大的顺序为________，阴离子的空间构型为________，其中心原子的杂化轨道类型为________。

(5)铁单质的一种晶体的堆积模型为体心立方堆积，晶胞参数为a pm；铜单质的一种晶体的堆积模型为面心立方最密堆积，晶胞参数为b pm。则两种晶体中，铁原子和铜原子的配位数之比为________，晶体的密度之比为________(用代数式表示)。

【解析】　(1)铜元素的原子序数为29，则基态Cu＋的价层电子排布式为3d10,3d轨道有5对成对电子。铁元素的原子序数为26，基态Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则其含有23种运动状态不同的电子。

(2)Fe(CO)5的熔、沸点相对较低，故为分子晶体。根据等电子体的含义，可写出与CO互为等电子体的离子。

(3)某些金属元素的焰色反应的微观原因是电子跃迁释放的光能，使灼烧时的火焰呈特殊颜色。

(4)根据其基态原子的非金属性和各能级轨道的电子排布特点可比较其第一电离能的大小。SO中S原子的价层电子对数为4，则其轨道杂化类型为sp3，SO的空间构型为正四面体形。

(5)体心立方堆积的晶胞中，铁原子的配位数为8，面心立方最密堆积的晶胞中，铜原子的配位数为12，故二者配位数之比为2∶3，铁单质的晶体的密度为g·cm－3，铜单质的晶体密度为g·cm－3，二者密度之比为。

【答案】　(1)23

(2)分子晶体　CN－(或C等)

(3)电子由较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，会以光的形式释放能量，形成焰色反应

(4)S<O<N　正四面体形　sp3　(5)2∶3　

5．(2017·湖北黄冈质量检测)铁氧体是一种磁性材料，具有广泛的应用。

【97184288】

(1)基态铁原子的核外电子排布式为_________________________________。

(2)工业制备铁氧体常使用水解法，制备时常加入尿素、醋酸钠等碱性物质。尿素分子中四种不同元素的电负性由大至小的顺序是________；醋酸钠中碳原子的杂化类型是________。

(3)工业制备铁氧体也可使用沉淀法，制备时常加入氨(NH3)、联氨(N2H4)等弱碱。比较下表中氨(NH3)、联氨(N2H4)的熔、沸点，解释其高低的主要原因：__________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(4)如图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体，则晶体中的氧离子是否构成了面心立方最密堆积________(填“是”或“否”)，该立方体是不是Fe3O4的晶胞________(填“是”或“否”)，立方体中三价铁离子处于氧离子围成的________(填空间结构)空隙。

(5)解释该Fe3O4晶体能导电的原因：______________________；根据上图计算Fe3O4晶体的密度为________g·cm－3(图中a＝0.42 nm，计算结果保留两位有效数字)。

【解析】　(1)铁原子核外电子总数为26，则基态铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2。

(2)尿素[CO(NH2)2]分子中所含四种元素为N、H、C、O，元素的非金属性越强，电负性越大，则四种元素的电负性由大至小的顺序为O>N>C>H；CH3COONa中甲基中的C原子采取sp3杂化，羧基中的C原子采取sp2杂化。

(3)氨和联氨分子间均存在氢键，但联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键数目，故联氨的沸点明显高于氨。

   (4)由图示可知，晶体中的氧离子构成面心立方最密堆积，该立方体中氧离子数目为12×＋1＝4，Fe3＋的数目为4×＋3×＝2，Fe2＋的数目为1，则Fe和O的原子数目比为3∶4，是Fe3O4的晶胞；立方体中三价铁离子周围有6个氧离子，故Fe3＋处于O2－围成的正八面体空隙。

(5)晶体中电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移，则Fe3O4晶体能导电；晶胞的体积为a3＝(0.42×10－7cm)3，每摩尔晶胞的质量为(56×3＋16×4)g＝232 g，则Fe3O4晶体的密度为≈5.2 g·cm－3。

【答案】　(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2　(2)O>N>C>H　sp3杂化、sp2杂化

(3)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键数目

(4)是　是　正八面体

(5)电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移　5.2

6．(2017·吉林大学附中模拟七)周期表中前四周期的元素A、B、C、D，原子序数依次增大，且A、B、C同周期。A共有两个原子轨道上有电子，且电子数目相同。B、C相邻，且C中的未成对电子数为3个，D是人类最早使用的元素，并以这种元素命名了一个时代。请回答下面的问题：

(1)A、B、C第一电离能从小到大的顺序为：________(填元素符号)，D的价层电子排布图为：________。

(2)在不同的温度下，A以ACl2和二聚体 A2Cl4两种形式存在，二聚体的结构式如下图所示：

①ACl2中A的杂化方式为________。

②1 mol  A2Cl4中含配位键的数目为________。

(3)B元素能形成多种同素异形体，其中一种同素异形体X的晶体结构和晶胞结构如图所示。已知X的密度是a g/cm3，B－B键的键长为r cm，阿伏加德罗常数的值为NA。

X的晶体结构　 　　　X的晶体晶胞

①X中含有的化学键为________。

②X晶体的层间距离为________。

(4)C元素可以形成两种含氧酸HCO2和HCO3，酸性是HCO3________HCO2(填“强于”或者“弱于”)，原因为________。

(5)将二维密置层在三维空间内堆积，可以得到两种金属晶体的最密堆积方式。一种是按照XYXYXYXY……方式堆积，我们称这种堆积方式为“甲”方式。另外一种是按照XYZXYZXYZXYZ……方式堆积，我们称这种堆积方式为“乙”方式。则金属D的堆积方式为________(填“甲”或“乙”)。

【解析】　根据题意，A共有两个原子轨道上有电子，且电子数目相同，则A的电子排布式为1s22s2，A为4号铍元素，根据“B、C相邻，且C中未成对电子数为3个”，推出C为7号N元素，则B是6号C元素，D是29号元素Cu。

(1)A、B、C第一电离能从小到大的顺序为：Be<C<N，D的价层电子排布图为：

(2)①BeCl2中心原子Be形成2个σ键且没有孤电子对，价层电子对数为2对，所以Be的杂化方式为sp杂化。

②1个氯化铍二聚体分子中有2个配位键，所以1 mol Be2Cl4中含配位键的数目为1.204×1024或2NA。

(3)①由X的晶体及晶胞结构特点可知，X为石墨。石墨是混合晶体，碳原子采用sp2杂化与周围3个碳原子形成共价键，每个碳原子还有一个电子在2p轨道上，同一片层所有碳原子的未参与形成σ键的2p轨道相互平行并形成了大π键，这些2p轨道中的电子可以在整个层内自由运动，所以石墨具有导电性，因此石墨中含有的化学键为共价键、金属键。

②每个晶胞中占有的C原子数＝8×＋4×＋2×＋1＝4，则NA个该晶胞的质量为48 g，该晶胞是四棱柱，底面是边长为r cm 的菱形，高为2d，所以该晶胞的体积V＝r2×2d，NA个该晶胞的体积为r2×2d×NA，由上面两个数据可以表示出晶胞的密度为ρ＝＝＝a g/cm3，解之得d＝(单位是cm)，即X晶体的层间距离为cm。

(4)N元素可以形成两种含氧酸HNO2和HNO3，酸性是HNO3强于HNO2，原因为HNO3中含有更多的非羟基氧，N的正电性高，导致N—O—H中的电子向N偏移，因而在水分子的作用下就越容易电离出H＋，即酸性越强。

(5)根据信息，甲方式的晶胞是六方最密堆积，乙方式的晶胞是面心最密堆积。因为金属铜的晶胞是面心立方，所以金属Cu的堆积方式为乙。

【答案】　(1)Be<C<N　

(2)①sp杂化　②1.204×1024或2NA

(3)①共价键、金属键

②cm

(4)强于　HNO3中含有更多的非羟基氧，N的正电性高，导致N—O—H中的电子向N偏移，因而在水分子的作用下就越容易电离出H＋，即酸性越强

(5)乙