2020届二轮复习 专题十一　物质结构与性质(选考) 作业

专题十一　物质结构与性质(选考)

非选择题

1.(2017课标Ⅰ,35,15分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:

(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为　　　　　nm(填标号)。

A.404.4　 B.553.5　 C.589.2　 D.670.8　 E.766.5

(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是　　　,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为　　　　。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在离子。离子的几何构型为　　　　,中心原子的杂化形式为　　　　。

(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为　　　nm,与K紧邻的O个数为　　　　　。

(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于　　　　位置,O处于　    位置。

答案　(1)A

(2)N　球形　K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱

(3)V形　sp3

(4)0.315　12

(5)体心　棱心

解析　(1)紫色对应的辐射波长是可见光里最短的,应选A。

(2)K原子核外有4个电子层,最高能层符号为N;价电子排布式为4s1,电子云轮廓图形状为球形;K的原子半径比Cr的原子半径大,K、Cr原子的价电子排布式分别为4s1、3d54s1,K的价电子数比Cr的价电子数少,金属键弱,熔、沸点低。

(3)可把改写为I,σ键电子对数为2,孤电子对数为×(7-1-2×1)=2,即价层电子对数为4,则的几何构型为V形,中心原子的杂化形式为sp3。

(4)K与O间的最短距离是面对角线的,即a=×0.446 nm≈0.315 nm。与K紧邻的O共有12个。

(5)以I为顶角画立方体,可以看出K处于体心位置,O处于棱心位置。

2.(2017课标Ⅱ,35,15分)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:

(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为　　　　　　　　　。

(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图(a)所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　;氮元素的E1呈现异常的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　。

(3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。

①从结构角度分析,R中两种阳离子的相同之处为　　　,不同之处为　　　　(填标号)。

A.中心原子的杂化轨道类型

B.中心原子的价层电子对数

C.立体结构

D.共价键类型

②R中阴离子中的σ键总数为　　　　个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为　　　　。

③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(N)N—H…Cl、　　　　　　　　、　　　　　　

　　。

(4)R的晶体密度为d g·cm-3,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为　　　　　　。

答案　(1)

(2)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大　N原子的2p轨道为半充满状态,具有额外稳定性,故不易结合一个电子

(3)①ABD　C　②5　　

③(H3O+)O—H…N()　(N)N—H…N()

(4)(或×10-21)

解析　(3)①H3O+中σ键数为3,中心原子孤电子对数为×(6-1-3×1)=1,价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3,立体结构为三角锥形;N中σ键数为4,中心原子孤电子对数为×(5-1-4×1)=0,价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3,立体结构为正四面体形;H3O+和N中均含极性共价键和配位键,故两种阳离子的相同之处为A、B、D,不同之处为C。②由图(b)中的结构可知中的σ键数为5;中的5个原子参与形成大π键,每个原子中参与形成大π键的电子数为1(孤电子对不参与),故参与形成大π键的电子数为5+1=6,中大π键应表示为。(4)晶体的密度为d g· cm-3,晶胞的体积为(a×10-7)3cm3,晶胞的质量为×y,则×y=d×(a×10-7)3,y==×10-21。

3.(2017课标Ⅲ,35,15分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)中,

Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:

(1)Co基态原子核外电子排布式为　　　　　　　　。元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　　,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。

(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为　　　　和　　　　。

(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　　　　　　　　

　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　。

(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在　　　　

　　　　。

(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为　　　　nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　　nm。

答案　(1)[Ar]3d74s2　O　Mn

(2)sp　sp3

(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大,范德华力较大

(4)离子键和π键(键)

(5)0.148　0.076

解析　(1)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第Ⅷ族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。根据元素第一电离能的变化规律可知,元素Mn与O中,第一电离能较大的是O。O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2,核外未成对电子数是5,因此基态原子核外未成对电子数较多的是Mn。

(2)CO2和CH3OH的中心原子的价层电子对数分别为2和4,所以CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为sp和sp3。

(3)常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体,液体的沸点高于气体;H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多,所以水的沸点高于甲醇;CO2与H2均为非极性分子,CO2的相对分子质量较大,范德华力较大,所以CO2的沸点比H2高。

(4)硝酸锰是离子化合物,硝酸根离子和锰离子之间形成离子键,硝酸根中N原子与3个氧原子形成3个σ键,一个硝酸根离子中有一个氮氧双键,所以还存在π键。

(5)O2-采用面心立方最密堆积方式,则面对角线是O2-半径的4倍,即4r(O2-)=a,解得r(O2-)=

×0.420 nm≈0.148 nm;MnO也属于NaCl型结构,根据晶胞的结构可知,晶胞参数=2r(O2-)+

2r(Mn2+),则r(Mn2+)=(0.448 nm-2×0.148 nm)/2=0.076 nm。

4.(2019河南开封一模)决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题:

(1)已知元素M是组成物质Ca5(PO4)3F的一种元素。元素M的气态原子逐个失去第1个至第5个电子所需能量(即电离能,用符号I1至I5表示)如下表所示:

元素M化合态常见化合价是　　　　价,其基态原子核外电子排布式为　　　　　　　　　

　　。

(2)Ca5(PO4)3F中非金属元素电负性由大到小的顺序为　　　　。

(3)P的中心原子的杂化方式为　　　　,该离子的空间构型为　　　　,键角为　　　

　,其等电子体有　　　　　　　　(请写出两种)。

(4)CaF2晶胞结构如图所示,则CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离的Ca2+数目为　　　　;已知Ca2+和F-半径分别为a cm、b cm,设阿伏加德罗常数的值为NA,M为CaF2的摩尔质量,则晶体密度为　　　　　　　g·cm-3(不必化简)。

答案　(1)+2　1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2

(2)F>O>P

(3)sp3　正四面体　109°28'　S、CCl4等 (合理答案均可)

(4)12　

解析　(1)分析题表中数据,I1、I2相差不大,而I2、I3相差较多,说明M原子最外层有2个电子。在Ca5(PO4)3F中只有Ca元素原子最外层有2个电子,容易失去最外层的2个电子,常见化合价为+2价;根据原子核外电子排布规律可知,Ca基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2。(2)Ca5(PO4)3F中非金属元素有P、O、F三种,元素的非金属性:F>O>P,元素的非金属性越强,其电负性就越大,所以按电负性由大到小的顺序排列为F>O>P。(3)P的中心原子P的价层电子对数是4,故P原子采取sp3杂化;由于孤电子对数为0,故该离子的空间构型为正四面体,键角为109°28',其等电子体有S、CCl4、SiF4、B等。(4)根据CaF2晶胞结构可知,与Ca2+距离最近且等距离的Ca2+有12个,晶胞的体对角线为4(a+b) cm,晶胞的边长为 cm,ρ== g·cm-3。

5.(2019江西南昌一模)中国海军航母建设正在有计划、有步骤地向前推进,建造航母需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击,航母的甲板要耐高温,航母的外壳要耐腐蚀。

(1)镍铬钢抗腐蚀性能强,基态铬原子的价电子排布式为　　　　,同一周期中与基态Ni原子有相同的未成对电子数目的原子有　　　　种。

(2)航母甲板涂有一层耐高温的材料,结构如图所示。其中O原子的杂化方式为　　　　杂化,元素C、O、F、Si的电负性由大到小的顺序为　　　　　　　。

(3)海洋是元素的摇篮,海水中含有大量卤族元素。

①根据下表数据判断:最有可能形成较稳定的单核阳离子的卤素原子是　　　　(填元素符号)。

②根据价层电子对互斥理论,预测Cl的空间构型为　　　　形。

(4)海底金属软泥是在海洋底覆盖着的一层红棕色沉积物,蕴藏着大量的资源,含有硅、氧化铁、锰、锌等。Zn2+与S2-形成的一种晶体的晶胞结构如图所示(灰球表示Zn2+,白球表示S2-)。则该晶胞中六个面心上的离子围成的立体图形为　　　　　　　。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶胞中Zn2+和S2-之间的最短距离为体对角线长度的1/4,则该晶胞中S2-和Zn2+之间的最短距离为　　　　　　　　　　nm(填代数式)。

答案　(1)3d54s1　3　

(2)sp3　F>O>C>Si　

(3)①I　②正四面体

(4)正八面体　××107

解析　(1)基态Cr原子核外有24个电子,核外电子排布式为[Ar]3d54s1,故价电子排布式为3d54s1。基态Ni原子核外有28个电子,电子排布式为[Ar]3d84s2,3d轨道上有2个未成对电子,同一周期中与基态Ni原子有相同的未成对电子数目的原子的核外电子排布式分别为[Ar]3d24s2、[Ar]3d104s24p2、[Ar]3d104s24p4,共3种。(2)题给结构中O原子成键电子对数为2,孤电子对数为2,故价层电子对数为4,杂化类型为sp3。根据电负性的递变规律,可知电负性:F>O>C>Si。(3)①由题表数据可知,I的第一电离能最小,最有可能失去1个电子形成较稳定的单核阳离子。②Cl中Cl无孤对电子,成键电子对数为4,故空间构型为正四面体形。(4)前、后、左、右四个面心上的离子处于同一平面,上、下两个面心上的离子与前、后、左、右四个面心上的离子之间的距离均相等,故该晶胞中六个面心上的离子围成的立体图形为正八面体。一个该晶胞中含有Zn2+个数为4,S2-个数为8×+6×=4,即该晶胞中有4个ZnS;设晶胞的棱长为a cm,则ρ g·cm-3×(a cm)3= g,解得a=,该晶胞体对角线长度为×cm,该晶胞中Zn2+和S2-之间的最短距离为体对角线长度的1/4,则该晶胞中S2-和Zn2+之间的最短距离为× cm=××107 nm。

6.(2019福建漳州二模)铂钴合金是以铂为基含钴二元合金,在高温下,铂与钴可无限互溶,其固溶体为面心立方晶格。铂钴合金磁性极强,磁稳定性较高,耐化学腐蚀性很好,主要用于航天航空仪表、电子钟表、磁控管等。

(1)基态钴原子的价电子排布图为　　　　　　　　。

(2)二氯二吡啶合铂是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物,有顺式和反式两种同分异构体(如图1)。科学研究表明,顺式分子具有抗癌活性。

①吡啶分子是大体积平面配体,其结构简式如图2所示,每个吡啶分子中含有的σ键数目为　　　　。二氯二吡啶合铂分子中所含的C、N、Cl三种元素的第一电离能由大到小的顺序是　　　　。

②二氯二吡啶合铂中存在的微粒间作用力有　　　(填字母)。

a.范德华力　　b.氢键　　c.金属键　　d.非极性键

③反式二氯二吡啶合铂分子是　　　　　　(填“极性分子”或“非极性分子”)。

(3)某研究小组将平面型的铂配合物分子进行层状堆砌,使每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行,构成能导电的“分子金属”,其结构如图3所示。

①“分子金属”可以导电,是因为　　　　能沿着其中的金属原子链流动。

②“分子金属”中,铂原子是否以sp3的方式杂化?　　　　(填“是”或“否”),其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(4)筑波材料科学国家实验室一个科研小组发现了在5K下呈现超导性的晶体CoO2,该晶体具有层状结构(如图4所示,小球表示Co原子,大球表示O原子),图4中用粗线画出的重复结构单元示意图不能描述CoO2的化学组成的是　　　　(填字母)。

图4

答案　(1)

(2)①11　N>Cl>C　②ad　③非极性分子

(3)①电子　②否　若铂原子轨道为sp3杂化,则该分子结构为四面体,非平面结构

(4)B

解析　(1)Co处于第四周期第Ⅷ族,价电子排布式为3d74s2,价电子排布图为             。(2)①吡啶分子的环上有6个σ键,还有5个C—H键,每个吡啶分子中含有的σ键数目为11。同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势,原子半径:N小于Cl,且N原子2p轨道为半充满稳定结构,第一电离能:N大于Cl,Cl与C相比,失电子能力:C大于Cl,故第一电离能:N>Cl>C。

②二氯二吡啶合铂是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物,属于分子晶体,分子之间存在范德华力,Pt2+与Cl-、吡啶形成配位键,没有离子键,吡啶中碳原子之间形成非极性键,不同原子之间形成极性键,C—H键中氢原子不能形成氢键,也没有金属键。

③反式二氯二吡啶合铂分子中Cl-、吡啶均关于Pt2+呈对称结构,分子中正负电荷重心重合,属于非极性分子。

(3)①“分子金属”可以导电,是因为电子能沿着其中的金属原子链流动。

②若铂原子轨道为sp3杂化,则该分子结构为四面体,非平面结构,故铂原子轨道不是sp3杂化。

(4)CoO2的重复结构单元示意图中Co、O原子数目之比应为1∶2,由图像可知:

A项,Co、O原子数目之比为1∶(4×)=1∶2;

B项,Co、O原子数目之比为1∶(4×)=1∶1;

C项,Co、O原子数目之比为(1+4×)∶4=1∶2;

D项,Co、O原子数目之比为(4×)∶(4×)=1∶2。