2020届高考化学二轮复习物质结构与性质(选修③)作业 练习

专题限时集训(十三)　物质结构与性质(选修③)

(限时：45分钟)

(对应学生用书第153页)

1．(2019·唐山模拟)原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别依次处于第一至第四周期，自然界中存在多种A的化合物，B原子核外电子有6种不同的运动状态，B与C可形成正四面体形分子，D的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题：

(1)这四种元素中电负性最大的元素，其基态原子的价电子排布图为________________________，第一电离能最小的元素是________(填元素符号)。

(2)C所在主族的前四种元素分别与A形成的化合物，沸点由高到低的顺序是________________________(填化学式)。

(3)B元素可形成多种单质，一种晶体结构如图一所示，其原子的杂化类型为________；另一种的晶胞如图二所示，该晶胞的空间利用率为________。

图一　　　　　　图二　　　　　　图三

(4)D元素形成的单质，其晶体的堆积模型为________，D的醋酸盐晶体局部结构如图三，该晶体中含有的化学键是________(填选项序号)。

①极性键　　 ②非极性键

③配位键   ④金属键

(5)向D的硫酸盐溶液中滴加过量氨水，观察到的现象是

______________________________________________________

_____________________________________________________。

请写出上述过程的离子方程式：__________________________

______________________________________________________，

_____________________________________________________。

[解析]　原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别依次处于第一至第四周期，自然界中存在多种A的化合物，则A为氢元素；B原子核外电子有6种不同的运动状态，即核外有6个电子，则B为碳元素；D的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，D原子外围电子排布为3d104s1，则D为铜元素；结合原子序数可知，C只能处于第三周期，B与C可形成正四面体形分子，则C为氯元素。(3)图一为石墨的平面结构，在其层状结构中碳碳键键角为120°，每个碳原子都结合着3个碳原子，碳原子采取sp2杂化；图二为金刚石的晶胞，一个晶胞中含碳原子数为8×＋6×＋4＝8，令碳原子直径为a，晶胞中C原子总体积＝8×π()3，碳原子与周围的4个原子形成正四面体结构，中心碳原子与正四面体顶点原子相邻，中心碳原子到底面距离为，则正四面体的高为(a＋)＝，设正四面体的棱长为x，则斜面的高为x，底面中心到边的距离为x×，再根据勾股定理：()2＋(x×)2＝(x)2，整理得x＝，故晶胞棱长＝×＝，则晶胞体积为()3，晶胞空间利用率＝{[8×π()3]÷()3}×100%＝π≈34%。

[答案]　(1) Cu　(2)HF＞HI＞HBr＞HCl 　(3)sp2　34%　(4)面心立方最密堆积　①②③　(5) 首先形成蓝色沉淀，继续滴加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液　Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH　Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－

2．(2019·武汉模拟)磷及其化合物与人们的健康和生活密切相关。请回答下列问题：

(1)基态磷原子价电子轨道表示式为________，其第一电离能比硫的________(填“大”或“小”)。

(2)羟基磷灰石[Ca5(PO4)3OH]是牙齿中的重要矿物质，其中羟基(—OH)中氧原子的杂化方式为________，PO的立体构型为________，该化合物所含元素电负性最大的是________。

(3)P4O6的分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8电子结构，则该分子中含有的共价键数目是________。

(4)磷酸和亚磷酸(H3PO3)是磷元素的两种含氧酸。亚磷酸与NaOH反应只生成NaHPO3和NaH2PO3两种盐，则H3PO3的结构式为________，其为________元酸，原因是____________________

_____________________________________________________。

(5)磷酸分子间脱水可生成多磷酸，其某一钙盐的结构如图所示：

由图推知该多磷酸钙盐的通式为________。

(6)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，晶胞如下图所示，其密度为ρ g·cm－3，设NA是阿伏加德罗常数的值，则磷原子的配位数为________，晶胞参数为________ pm。

[解析]　(2)—OH中氧原子的价层电子对数为＝4，所以氧原子按sp3方式杂化；PO中P原子价层电子对数＝4＋＝4，没有孤电子对，故PO为正四面体结构；根据元素的非金属性越强，元素的电负性越大， Ca、P、O、H四种元素中O的非金属性最强，O元素的电负性最大；(3)P原子最外层有5个电子，能够与3个O原子形成3对共用电子对，O原子最外层有6个电子，可以与2个P原子形成2对共用电子对，要使分子中每个原子都达到8电子稳定结构，其结构式为，可见分子中含有的共价键为12个；(4)亚磷酸与NaOH溶液发生酸碱中和反应只生成NaHPO3和NaH2PO3两种盐，羟基H原子能电离产生H＋，说明H3PO3分子中含有2个—OH，它属于二元酸，由于P最外层有5个电子，则结构式为POHOOHH或POHOOHH；(5)由图推知该多磷酸钙盐最小的重复单元是CaP2O6，所以该多磷酸钙盐的通式为(CaP2O6)n；(6)根据晶体结构可知每个B原子被四个距离相等且最近的P原子包围，每个P原子被四个距离相等且最近的B原子包围，所以P原子的配位数是4；在一个晶胞中含有的P原子数目：8×＋6×＝4，在一个晶胞中含有的B原子数目：4×1＝4，即1个晶胞中含有4个BP，晶胞的质量是m＝＝ g，由于晶胞密度为ρ g·cm－3，所以晶胞的体积为＝＝ cm3，所以晶胞参数为 cm＝×1010 pm。

[答案]　(1) 大 　(2) sp3　正四面体形　O(或氧元素) 　(3)12　(4) 　二　一个H3PO3分子中只有两个羟基，含氧酸羟基上的氢易电离　(5) (CaP2O6)n　(6)4　×1010

3．(2019·张家口模拟)Se是迄今为止发现的最重要的抗衰老元素，也有抗癌之王的美誉。回答下列问题：

(1)基态Se原子核外电子占据的轨道中，电子云轮廓图形状为哑铃形的有________个；第四周期的过渡金属中，基态原子核外未成对电子数与基态Se原子相同的有________种。

(2)Se及其同周期相邻元素相比，三种元素的基态原子的第一电离能由大到小的顺序为__________________________。

(3)H2Se属于________(填“极性”或“非极性”)分子；其熔点低于同条件下NaH熔点的原因为__________________________

_____________________________________________________。

(4)SeO2的立体构型为________；SeO3中Se原子的杂化形式为________。

(5)写出一种与SeO互为等电子体的分子式________。

(6)Se能与形成具有多种生物活性的配合物。1 mol 中含有σ键的数目为________。

(7)硒化锌是一种重要的半导体材料，其立方晶胞结构如图所示。若晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA晶体密度为ρ g·cm－3，则硒化锌的摩尔质量可表示为________(列出计算式即可)。

[解析]　(3)H2Se分子内为极性共价键，根据价层电子对互斥理论可知，该分子价层电子对数为4，有2对孤电子对，则其分子的立体构型为V形，极性键的极性向量和不等于零，所以该分子为极性分子，又因为NaH形成的晶体为离子晶体，而H2Se形成的晶体属于分子晶体，所以其熔沸点较NaH低。(6)根据上述分析可知，1 mol   分子中σ键数目等于共价键数，所以σ键数目总数＝2×12 mol(苯环上)＋5×1 mol(酚羟基) ＋5×1 mol(杂环)＝ 34 mol。(7)设硒化锌的摩尔质量为M g·mol－1，该晶胞中含有硒原子数为8×＋6×＝4，含有锌原子数为4，其化学式可表示为ZnSe，根据晶胞中ρ＝可得，ρ＝ ，化简整理得M＝。

[答案]　(1)9　2　(2)Br>As>Se　(3)极性　H2Se形成的晶体属于分子晶体，NaH形成的晶体为离子晶体　(4)V形　sp2　(5)CX4、SiX4(X代表卤原子)等中的一种　(6) 34NA　(7) g·mol－1

4．(2019·德州模拟)镍是有机合成的重要催化剂。

(1)基态镍原子的价电子排布式___________________________。

(2)镍和苯基硼酸共催化剂实现了丙烯醇(CH2===CH—CH2OH)的绿色高效合成。丙烯醇中碳原子的杂化类型有________________；丙醛(CH3CH2CHO)与丙烯醇(CH2===CH—CH2OH)分子量相等，但丙醛比丙烯醇的沸点低的多，其主要原因是______________________________________________________

_____________________________________________________。

(3)羰基镍[Ni(CO)4]用于制备高纯度镍粉。羰基镍[Ni(CO)4]中Ni、C、O 的电负性由大到小的顺序为________。

(4)Ni2＋能形成多种配离子，如[Ni(NH3)6]2＋、[Ni(SCN)3]－ 等。NH3 的立体构型为________；与SCN－互为等电子体的分子有____________________(填分子式)。

(5)“NiO”晶胞如图：

①氧化镍晶胞中原子坐标参数A为(000)，B为(110)，则C原子坐标参数为_____________________________________________________。

②已知氧化镍晶胞密度d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则Ni2＋半径为________ nm(用代数式表示)。

[解析]　(2)丙烯醇中碳原子形成了一个碳碳双键，其余为碳氧、碳氢单键，所以C原子的杂化类型有sp2和sp3杂化，丙醛(CH3CH2CHO)与丙烯醇(CH2===CH—CH2OH)分子量相等，但丙醛比丙烯醇的沸点低的多，是因为丙烯醇分子间存在氢键。 (4)NH3分子中N原子是sp3杂化，且具有一对孤对电子，则NH3的立体构型为三角锥形，与SCN－互为等电子体的分子有N2O或CO2。 (5)①晶胞是正方体结构，且氧化镍晶胞中原子坐标参数A为(000)，B为(110)，则C原子坐标参数为(，11)；②已知氧化镍晶胞密度d g·cm－3，设Ni2＋半径为r nm，O原子半径为x nm，晶胞的参数为a nm，一个晶胞中含有4个NiO，则m(晶胞)＝ g，V(晶胞)＝a3，则可以得到(a×107)3·d＝，a＝×107 nm，又因为晶胞对角线3个O原子相切，晶胞参数a＝2x＋2r，即4x＝a，x＝a，带入计算可得到r＝－a＝××107 nm。

[答案]　(1)3d84s2　(2)sp2、sp3　丙烯醇中分子间存在氢键　(3)O>C>Ni　(4)三角锥形　N2O或CO2　

(5)　××107

5．(2019·厦门模拟)钴及其化合物在生产生活中有广泛的应用。回答下列问题：

(1)基态钴原子价电子排布式为________。

(2)Co3＋在水中易被还原成Co2＋，而在氨水中可稳定存在，其原因为______________________________________________________

_____________________________________________________。

(3)[Co(NO)4]2－中Co2＋的配位数为4，配体中N的杂化方式为________，该配离子中各元素I1由小到大的顺序为________(填元素符号)，1 mol该配离子中含σ键数目为________NA。

(4)八面体配合物CoCl3·3NH3结构有________种，其中极性分子有________种。

(5)配合物Co2(CO)8的结构如下图，该配合物中存在的作用力类型有________(填字母)。

A．金属键 B．离子键

C．共价键 D．配位键

E．氢键   F．范德华力

(6)钴蓝晶体结构如下图，该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成，其化学式为________，晶体中Al3＋占据O2－形成的________(填“四面体空隙”或“八面体空隙”)。NA为阿伏加德罗常数的值，钴蓝晶体的密度为________ g·cm－3(列出计算式，不必计算)。

[解析]　(3)配体NO中心原子N的价电子层电子为3对，为平面三角形，杂化方式为sp2；非金属性越强，第一电离能越大，由于N的电子排布是半满稳定结构，所以第一电离能大于O，所以I1由小到大的顺序为Co＜O＜N；硝酸根中σ键有3个，则一个[Co(NO)4]2－离子中含σ键数目为4＋3×4＝16，则1 mol该配离子中含σ键数目为16NA。(4)根据八面体的立体构型知，配合物CoCl3·3NH3结构有2种，因为不能形成对称结构，其中极性分子也是2种。(6)根据钴蓝晶体晶胞结构分析，一个晶胞中含有的Co、Al、O个数分别为8×＋6×＋4＝84×4＝168×4＝32，所以化学式为CoAl2O4；根据结构观察，晶体中Al3＋占据O2－形成的八面体空隙；该晶胞的体积为(2a×10－7)3 cm3，该晶胞的质量为(32×16＋16×27＋8×59)/NA＝ g，则钴蓝晶体的密度为 g·cm－3。

[答案]　(1)3d74s2　(2)Co3＋可与NH3形成较稳定的配合物　(3)sp2　Co<O<N　16　(4)2　2　(5)ACDF　(6)CoAl2O4　八面体空隙　

6．(2019·延边模拟)我国考古人员在秦陵挖掘的宝剑，到现在仍然锋利无比，原因是剑锋上覆盖了一层铬。铬能形成多种化合物，主要化合价有＋2价、＋3价、＋6价。

请回答下列问题：

(1)基态铬原子的外围电子排布式为________；与铬同周期的所有元素中，基态原子最高能层电子数与铬原子未成对电子数相同的元素是________。

(2)铬原子的各级电离能(I/kJ·mol－1)数据如下表所示，铬原子逐级电离能增大的原因是_____________________________________

_____________________________________________________。

(3)CrCl3·6H2O实际上是配合物，配位数为6，其固体有三种颜色，其中一种暗绿色固体与足量硝酸银反应时，1 mol 固体可生成1 mol氯化银沉淀。则这种暗绿色固体的化学式为________，其中铬的配体水分子的VSEPR模型为________，该配合物中存在的作用力有________(填标号)。

A．离子键 B．配位键

C．共价键 D．金属键

(4)CrO3能将乙醇氧化为乙醛，二者的相对分子质量相近，但乙醇的沸点比乙醛高，原因是_________________________________

_____________________________________________________。

(5)某镧(La)铬(Cr)型复合氧化物具有巨磁电阻效应，晶胞结构如图所示：

①该晶体的化学式为________。

②该晶体中距离镧原子最近的铬原子有________个；若两个距离最近的氧原子核间距为a pm，组成物质的摩尔质量为b g·mol－1，阿伏加德罗常数值为NA，则晶体密度的表达式为________ g·cm－3。

[解析]　(3)1 mol固体可生成1 mol氯化银沉淀，说明该配合物分子的外界有1个氯离子，又因为该配合物的配位数是6，根据氯原子守恒知，则该配合物内界中含有2个氯原子和4个水分子，其余水分子以结晶水形式存在，其化学式为[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O或[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O；根据价层电子对互斥理论可知，水分子的中心原子为O，其孤电子对数为2，σ键电子对数为2，故中心原子的价电子数为2＋2＝4，其VSEPR模型为四面体形；该配合物外界存在氯离子，与配位体形成离子键，而配合物内界的中心离子铬离子与氯离子、水分子之间均存在配位键，其中水分子内部H与O原子之间存在共价键，故ABC正确，而金属键是金属离子与自由电子之间的一种化学键，主要存在于金属晶体之间，故D项错误。(5)①晶胞中La原子位于立方体的顶点上，其原子数目＝8×＝1，Cr原子为立方体的中心，其原子数目＝1、O原子位于立方体的面心上，其原子数目＝6×＝3，该晶体的化学式为LaCrO3；②结合该晶体的结构可看出，一个镧原子为八个晶胞共用，一个铬原子为一个晶胞所用，则距离镧原子最近的铬原子有8个；两个距离最近的氧原子核间距与正方体的边长构成等腰直角三角形，设则正方体的边长为x pm，根据几何关系式可知，()2＋()2＝a2，则x＝a pm 因此该晶胞体积为(a×10－10 cm)3，又知一个晶胞的质量为＝ g，故其密度＝＝ g·cm－3。

[答案]　(1)3d54s1　Se(或硒)　(2)随着电子的逐个失去，阳离子所带正电荷数越来越大，再失一个电子需要克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多  

(3)[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O{或[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O}　四面体形　ABC

(4)乙醇能形成分子间氢键　

(5)LaCrO3　8　

7．(2016·全国卷Ⅰ，节选)锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]__________，有________个未成对电子。

(2)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是__________________

_____________________________________________________。

(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因______________________________________________________

_____________________________________________________。

(4)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。

(5)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是___________________。

(6)晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。

[解析]　(1)锗元素在周期表的第四周期、第ⅣA族，因此核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，p轨道上的2个电子是未成对电子。

(5)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。

(6)每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8(个)，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为(565.76×10－10cm)3，所以晶胞的密度为。

[答案]　(1)3d104s24p2　2

(2)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p­p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强

(4)O>Ge>Zn

(5)sp3　共价键

(6)×107