高考化学二轮复习(新高考版) 第3部分 高考题型练 非选择题规范练(二) 物质结构与性质（含解析）

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非选择题规范练(二)　物质结构与性质
1．镧系为元素周期表中第ⅢB族、原子序数为57～71的元素。
(1)镝(Dy)的基态原子电子排布式为[Xe]4f106s2，画出镝(Dy)原子外围电子排布图：______。
(2)高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3＋，基态时Cu3＋的电子排布式为________。
(3)观察下面四种镧系元素的电离能数据，判断最有可能显示＋3价的元素是________(填元素名称)。
几种镧系元素的电离能(单位：kJ·mol－1)
元素
I1
I2
I3
I4
Yb(镱)
604
1 217
4 494
5 014
Lu(镥)
532
1 390
4 111
4 987
La(镧)
538
1 067
1 850
5 419
Ce(铈)
527
1 047
1 949
3 547

(4)元素铈(Ce)可以形成配合物(NH4)2[Ce(NO3)6]。
①组成配合物的四种元素，电负性由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
②写出氨的最简单气态氢化物水溶液中存在的氢键：________(任写一种)。
③元素Al也有类似成键情况，气态氯化铝分子表示为(AlCl3)2，分子中Al原子杂化方式为________，分子中所含化学键类型有________(填字母)。
a．离子键 b．极性键
c．非极性键 d．配位键
(5)PrO2(二氧化镨)的晶体结构与CaF2相似，晶胞中镨原子位于面心和顶点，则PrO2(二氧化镨)的晶胞中有________个氧原子；已知晶胞参数为apm，密度为ρ g·cm－3，NA＝__________(用含a、ρ的代数式表示，镨的相对原子质量为141)。
答案　(1)
(2)[Ar]3d8(或1s22s22p63s23p63d8)　(3)镧
(4)①O>N>H>Ce
②N—H…O(或N—H…N或O—H…N或O—H…O)
③sp3　bd
(5)8　(或)
解析　(5)PrO2(二氧化镨)的晶体结构与CaF2相似，晶胞中镨原子位于面心和顶点，所以晶胞中镨原子的个数为6×＋8×＝4，则氧原子个数为4×2＝8；根据上述分析可知，一个二氧化镨晶胞中含有4个PrO2，则ρ＝＝，则NA＝(或)。
2．(1)火箭使用的推进剂燃料由N、H两种元素组成，且原子个数N∶H＝1∶2，其水溶液显碱性，则该物质中N原子的杂化方式为________。
(2)笑气(N2O)曾被用作麻醉剂，但过度吸食会导致身体机能紊乱。预测N2O的结构式为________________________________________________________________________。
(3)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态－1价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E)，－1价阴离子再获得一个电子的能量变化叫作第二电子亲和能，部分元素或离子的电子亲和能数据如下表所示。
元素
Cl
Br
I
O
O－
电子亲和能/ (kJ·mol－1)
349
343
295
141
－780

下列说法正确的是________。
A．电子亲和能越大，说明越难得到电子
B．一个基态的气态氧原子得到一个电子成为O－时放出141 kJ的能量
C．氧元素的第二电子亲和能是－780 kJ·mol－1
D．基态的气态氧原子得到两个电子成为O2－需要吸收能量
(4)在电解炼铝过程中加入冰晶石(用“A”代替)，可起到降低Al2O3熔点的作用。冰晶石的生产原理为：2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2A＋3CO2↑＋9H2O。根据题意完成下列填空：
①冰晶石的化学式为________________________________________________________。
②冰晶石由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，位于大立方体的顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是________(填微粒符号)。
③冰晶石溶液中不存在的微粒间作用力有________(填字母)。
A．离子键　B．共价键　C．配位键　D．金属键　E．范德华力　F．氢键
④Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示：

若已知Al的原子半径为d cm，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，则晶胞中Al原子的配位数为________；Al晶体的密度为__________g·cm－3(用字母表示)。
(5)配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点为103 ℃，可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图所示。

①Fe(CO)5晶体类型属于________晶体。
②关于Fe(CO)5，下列说法正确的是________。
A．Fe(CO)5是非极性分子，CO是极性分子
B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键
D．反应Fe(CO)5===Fe＋5CO没有新化学键生成
答案　(1)sp3　(2)N==N==O　(3)CD　(4)①Na3AlF6　②Na＋　③AD　④12　
(5)①分子　②AC
解析　(3)结合表中数据分析，氯、溴、碘得到一个电子的能量变化，得出元素的电子亲和能越大，说明越容易得到电子，故A错误；由题中数据可知，1 mol基态的气态氧原子得到电子成为O－时放出141 kJ的能量，故B错误；基态的气态氧原子得到一个电子成为O－，O－再得到一个电子成为O2－，此时的能量变化为第二电子亲和能，故氧元素的第二电子亲和能是－780 kJ·mol－1，故C正确；根据表中数据，1 mol基态的气态氧原子得到电子成为O－放热141 kJ·mol－1,1 mol O－再得到电子成为O2－吸热780 kJ·mol－1，根据盖斯定律分析，氧原子得到两个电子时应吸收热量，故D正确。
(4)①根据质量守恒定律分析，冰晶石的化学式为Na3AlF6；②位于大立方体的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，个数为12×＋8＝11，要使两种离子的个数比为1∶3，所以大立方体体心代表的为钠离子。③冰晶石溶液中存在钠离子、AlF、水，还有水电离出的氢氧根离子和氢离子，AlF中存在共价键和配位键，水分子中存在共价键，水分子间存在范德华力和氢键，所以不存在离子键和金属键。
④在晶胞中以面心的铝原子为中心，与其距离最近的等距离的铝原子有12个，即三个维度上的12个原子，所以铝的配位数为12，该晶胞中铝原子个数为8×＋6×＝4，该晶胞的棱长为＝2d，所以晶胞的体积为(2d)3，ρ＝＝＝。
(5)①配合物Fe(CO)5的熔点为－20 ℃，沸点为103 ℃，说明其为分子晶体。②Fe(CO)5为对称结构，分子中正负电荷重心重合，属于非极性分子，一氧化氮为极性分子，故A正确；Fe(CO)5中Fe原子与一氧化碳形成配位键，铁原子提供空轨道，故B错误；铁与一氧化碳形成5个配位键，一氧化碳分子中氧原子提供1对电子与1个碳原子形成1个配位键，所以1 mol Fe(CO)5中含有10 mol配位键，故C正确；反应Fe(CO)5===Fe＋5CO，反应中得到铁单质，形成金属键，故D错误。
3．复合氢化物可作为储氢和固体电解质材料，在能源与材料领域得到了深入的研究。
如：①Mg(NH2)2；②NaNH2；③H3N—BH3；④NaAlH4；⑤Li3AlH6 。
(1)复合氢化物升温加热可逐步分解放出氢气，理论上单位质量的上述复合氢化物其储氢能力最低的是________(填序号)。
(2)在Mg(NH2)2和NaNH2中均存在NH，NH的立体构型为__________，中心原子的杂化方式为________。
(3)写出H3N—BH3与水反应生成一种盐和H2的化学方程式：______________________。
写出基态B原子的价电子排布图：______________________________________________。
(4)Li3AlH6晶体的晶胞参数为a＝b＝801.7 pm，c＝945.5 pm，α＝β＝90 °、γ＝120 °，结构如图所示：

①已知AlH的分数坐标为(0,0,0)、(0,0，)，(，，)，(，，)，(，，)和(，，)，晶胞中Li＋的个数为________。
②如图是上述Li3AlH6晶胞的某个截面，共含有10个AlH，其中6个已经画出(图中的○)，请在图中用○将剩余的AlH画出。

③此晶体的密度为________g·cm－3(列出计算式，已知阿伏加德罗常数约为6.02×1023 mol－1)。
答案　(1)②　(2)V形　sp3杂化　(3)H3N—BH3＋2H2O===NH4BO2 ＋3H2↑　

(4)①18　②或
③×107
解析　(1)理论上单位质量复合氢化物其储氢能力即为复合氢化物中氢元素的质量分数：①Mg(NH2)2中H%为、②NaNH2中H%为、③ H3N—BH3中H%为、④NaAlH4中H%为、⑤Li3AlH6中H%为，所以储氢能力最低的是②。
(3)根据电负性数值，H3N—BH3中氮原子上的氢原子带正电荷，硼原子上的氢原子带负电荷，所以H3N—BH3与水反应时，—BH3中的氢原子与水发生归中反应生成氢气，—BH3转化为B(OH)(可简写为BO)，所以反应的化学方程式为H3N—BH3＋2H2O===NH4BO2 ＋3H2↑。
(4)①根据AlH的分数坐标可以判断其在晶胞中的位置：8个在顶点、4个在侧棱棱心、4个在晶胞体内，由均摊法可得一个晶胞中含有6个AlH，所以一个晶胞中所含有Li＋的个数为18；②由截面的边长(×801.7 pm和945.5 pm)可知这是过晶胞底面长轴的横截面，题目表明了这个截面中一共含有10个AlH ，又画出4个位于顶点、2个位于棱心的AlH，所以需要画出的是4个位于晶胞体内的AlH，结合AlH的分数坐标，即可将缺失的AlH补充完整，得到下图：或
③根据晶胞密度公式：ρ＝，晶胞中M＝54 g·mol－1、Z＝6、V＝801.72×945.5×sin 60 ˚pm3，所以该晶体的密度为×107 g·cm－3。
4．目前我国研制的稀土催化剂催化转化汽车尾气示意图如图1：

(1)锆(Zr)原子序数为40，价电子排布式为________。图1中属于非极性的气体分子是____________。
(2)①氟化硼(BF3)是石油化工的重要催化剂。BF3中B—F比BF中B—F的键长短，原因是________________________________________________________________________。
②乙硼烷(B2H6)是用作火箭和导弹的高能燃料，氨硼烷(H3NBH3)是最具潜力的储氢材料之一。

B2H6的分子结构如图2所示，其中B原子的杂化方式为________。
③H3NBH3的相对分子质量与B2H6相差不大，但是H3NBH3的沸点却比B2H6高得多，原因是___________________________________________________________________________。
④硼酸盐是重要的防火材料。图3是硼酸钠晶体中阴离子(含B、O、H三种元素)的结构，该晶体中含有的化学键有____________。
A．离子键　B．极性键　C．非极性键　D．配位键　E．金属键
(3)CO与Ni可生成羰基镍[Ni(CO)4]，已知其中镍的化合价为0，[Ni(CO)4]的配体中配位原子是________。
(4)为了节省贵金属并降低成本，也常用钙钛矿型复合氧化物作为催化剂。一种复合氧化物结构如图4所示，则与每个Sr2＋紧邻的O2－有________个。

(5)与Zr相邻的41号元素铌(Nb)金属的晶格类型如图5所示，原子半径为apm，相对原子质量为b，阿伏加德罗常数为NA，试计算晶体铌的密度为__________g·cm－3(用a、b、NA表示计算结果)。
答案　(1)4d25s2　O2、N2、CO2　(2)①BF3中B采用sp2杂化，BF中B采用sp3杂化，s轨道成分越多，电子云重叠程度越大，键长越短(或BF3中除了σ键，还有Π大π键)　②sp3　③H3NBH3分子间存在氢键，分子间作用力更大　④ABD　(3)C　(4)12　(5)
解析　(1)Zr原子序数为40，原子核外有40个电子，根据核外电子排布规律可得其基态原子的核外电子排布式为[Kr]4d25s2，价电子排布式为4d25s2；O2、N2均为双原子分子构成的气体，属于非极性分子，CO2分子为直线形，正负电荷中心重合，属于非极性分子。
(2)④硼酸钠晶体中有硼酸根和钠离子之间的离子键，阴离子中O原子和B原子、O原子和H原子之间存在极性键；B的最外层电子数为3，据图3可知部分B原子形成4个共价键，所以其中有配位键，综上所述存在离子键、极性键、配位键，所以选ABD。
(3)[Ni(CO)4]的配体为CO，C原子和O原子均含有孤电子对，但C的电负性较小，更容易给出电子，所以配位原子为C。
(4)Sr2＋在晶胞的体心，与之紧邻的O2－在晶胞的棱上，所以每个Sr2＋紧邻的O2－有12个。
(5)位于体对角线上的3个Nb原子相切，设晶胞的棱长为r，则有r＝4a，解得r＝a pm，则晶胞的体积V＝(a)3pm3；根据均摊法晶胞中Nb原子个数为1＋8×＝2，所以晶胞的质量为g，所以晶胞密度为ρ＝＝pm3＝g·cm－3。
5．铁氧体是一种磁性材料，具有广泛的应用。
(1)铁元素位于元素周期表的________区，其基态原子有________种能量不同的电子。
(2)工业制备铁氧体常使用水解法，制备时常加入尿素[CO(NH)2]2、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到小的顺序是____________，醋酸钠中碳原子的杂化类型是________。
(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)，铵盐大多不稳定，NH4F、NH4I中，较易分解的是____________。
(4)晶体Fe3O4的晶胞如图所示，该晶体是一种磁性材料，能导电。

①晶胞中亚铁离子处于氧离子围成的__________(填空间结构)空隙。
②解释Fe3O4晶体能导电的原因：_______________________________________________；
若晶胞的体对角线长为a nm，则Fe3O4晶体的密度为____________g·cm－3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
答案　(1)d　7　(2)O＞N＞C＞H　sp3杂化、sp2杂化　(3)　NH4F　(4)①正四面体　②电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移　
解析　(3)NH中N原子形成3个N—H键，N原子提供1对电子给氢离子形成1个配位键，其结构式为，其立体构型为正四面体形；F原子半径比I原子小，H—F键比H—I键强，H—F更易形成，易夺取NH中的H＋，所以NH4F、NH4I中，较易分解的是NH4F。(4)①根据图示，晶胞中亚铁离子处于氧离子围成的正四面体空隙。②含有自由移动电子的物质能导电，该晶体中含有亚铁离子和铁离子，电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移，所以Fe3O4晶体能导电；该晶胞中氧离子个数为1＋12×＝4，Fe元素的微粒个数为1＋4×＋3×＝3，晶胞的质量为 g；晶胞的体对角线长度为a nm，则晶胞棱长为nm＝nm，晶胞体积为(×10－7cm)3，则Fe3O4晶体的密度为＝g·cm－3。