高中化学专题13 物质结构与性质（原卷版）

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专题13    物质结构与性质1．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)2019年1月3日上午，嫦娥四号探测器翩然落月，首次实现人类飞行器在月球背面的软着陆。所搭载的“玉兔二号”月球车，通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作。回答下列问题：（1）基态As原子的价电子排布图为____________，基态Ga原子核外有________个未成对电子。（2）镓失去电子的逐级电离能(单位：kJ•mol-1)的数值依次为577、1985、2962、6192，由此可推知镓的主要化合价为____和+3，砷的电负性比镓____(填“大”或“小”)。（3）1918年美国人通过反应：HC≡CH+AsCl3CHCl=CHAsCl2制造出路易斯毒气。在HC≡CH分子中σ键与π键数目之比为________；AsCl3分子的空间构型为___________。（4）砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃制得，(CH3)3Ga中碳原子的杂化方式为_______（5）GaAs为原子晶体，密度为ρg•cm-3，其晶胞结构如图所示， Ga与As以_______键键合。Ga和As的原子半径分别为a pm和b pm，设阿伏伽德罗常数的值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______________(列出计算式，可不化简)。2．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物如砷化镓、磷化镓等都是常用的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。回答下列问题：（1）硒常用作光敏材料，基态硒原子的核外电子排布式为[Ar]__________；与硒同周期的p区元素中第一电离能大于硒的元素有__________种；SeO3的空间构型是_______________。（2）根据元素周期律，原子半径Ga______As，第一电离能Ga________As。(填“大于”或“小于”) （3）水晶的主要成分是二氧化硅，在水晶中硅原子的配位数是____________。硅与氢结合能形成一系列的二元化合物SiH4、Si2H6等，与氯、溴结合能形成SiCl4、SiBr4，上述四种物质沸点由高到低顺序为_______________，丁硅烯(Si4H8)中键与键个数之比为______________。（4）GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，熔点如下表所示，分析其变化原因______________________________。 GaNGaPGaAs熔点1700℃1480℃1238℃（5）GaN晶胞结构如图1所示。已知六棱柱底边边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA。①晶胞中Ga原子采用六方最密堆积方式，每个Ga原子周围距离最近的Ga原子数目为______；②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图2。若该平行六面体的体积为a3cm3，GaN晶体的密度为______g/cm3(用a、NA表示)。图1                        图23．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)氟代硼酸钾(KBe2BO3F2)是激光器的核心材料，我国化学家在此领域的研究走在了世界的最前列。回答下列问题：（1）氟代硼酸钾中各元素原子的第一电离能大小顺序是F＞O＞____________。基态K+电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。（2）NaBH4是有机合成中常用的还原剂，其中的阴离子空间构型是_______，中心原子的杂化形式为_______。NaBH4中存在_____(填标号)。a. 离子键      b. 氢键      c.  σ键      d.  π键（3）BeCl2中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为________，其中Be的配位数为_______。（4）第三周期元素氟化物的熔点如下表：化合物NaFMgF2AlF3SiF4PF5SF6熔点/℃99312611291-90-83-50.5解释表中氟化物熔点变化的原因：_____________________。（5）CaF2的一种晶胞如图所示。Ca2+占据F－形成的空隙，其空隙率是________。若r(F－)＝x pm，r(Ca2+)＝y pm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则CaF2的密度ρ＝_________ g·cm-3(列出计算表达式)。4．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)氧化亚铜(Cu2O)可用于陶瓷、固体整流器。可用反应制备：2(CuSO4·5H2O) Cu2O+SO2↑+SO3↑+O2↑+10H2O。回答下列问题：（1）Cu2O中基态铜的离子的价层电子排布图为_______________。在高温下CuO能分解生成Cu2O，试从原子结构角度解释其原因__________________。（2）已知H2SO4的结构式如图所示：。上述反应中：①在上述产物中，VSEPR模型与硫酸相同的是_________(填化学式，下同)，与NO3－互为等电子体的一种分子是________。②SO32－的杂化类型是________，请比较键角的大小：SO32－_____SO42－(填“>”“<”或“=”)（3）CuCl2与氨水反应可形成配合物[Cu(NH3)4]Cl2，1mol该配合物中含有σ键的数目为____________。（4）四方晶系CuFeS2晶胞结构如图所示。已知：a＝b＝0.524 nm，c＝1.032 nm，NA为阿伏加德罗常数的值，CuFeS2晶体的密度是________g•cm3(列出计算式)。5．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)碳是形成单质和化合物最多的元素，其单质及化合物有独特的性质和用途。请回答下列问题。（1）C原子的价电子轨道表达式为______________________。（2）碳可以形成多种有机化合物，下图所示是一种嘌呤和一种吡啶的结构，两种分子中所有原子都在一个平面上。①嘌呤中所有元素的电负性由大到小的顺序__________。②嘌呤中轨道之间的夹角∠1比∠2大，解释原因_____________。③吡啶结构中N 原子的杂化方式___________。④分子中的大π键可以用符号π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π)。该嘌呤和吡啶中都含有大π键，请问该吡啶中的大π键表示为__________。 （3）石墨烯中部分碳原子被氧化后，转化为氧化石墨烯(如图2所示)①石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C与相邻C原子间键能的变化是___(填“变大”、“变小”“不变”)。②石墨烯具有很大的比表面积，可用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为am，12g单层石墨烯的单面理论面积约为_______m3(列出计算式即可)。 （4）石墨烯可转化为富勒烯(C60)，C60和K能形成新型化合物，其晶胞如图所示，晶胞参数为a nm该化合物中K原子和C60分子的个数比为______，该晶体的密度ρ=______g/cm3(列出计算式)。6．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)铁、铜及其化合物在日常生产、生活中有着广泛的应用。请回答下列问题：（1）铁在元素周期表中的位置是____，基态铁原子的核外电子排布式为_________。（2）配合物Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于________(填晶体类型)。（3） CN－也能与铁、铜等形成配合物， CN－中碳原子杂化轨道类型为________。 N、O元素的第一电离能的大小 N______O(填“>”或“<”，下同)，N、O元素的电负性的大小 N______O。（4）铜晶体中铜原子的堆积方式如图所示。其中铜原子的配位数为________。（5）CuCl2和CuCl是铜的两种常见的氯化物。①如图表示的是________(填“CuCl2”或“CuCl”)的晶胞。②原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。上图中各原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(0，1，1)；C为(1，1，0)；则D原子的坐标参数为______________。③图示晶胞中C、D两原子核间距为298pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体密度为____g·cm－3。(列出计算式即可)（6）Cu2+等过渡元素水合离子是否有颜色与原子结构有关，且存在一定的规律。试推断Ni2+的水合离子为______(填“有”或“无”)色离子，依据是___________。离子Sc3+Ti3+Fe2+Cu2+Zn2+颜色无色紫红色浅绿色蓝色无色7．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)铁及其化合物在生产生活及科学研究方面应用非常广泛。（1） Fe2+基态核外电子排布式为　　　　　　　　。（2） Fe(CO)5与NH3在一定条件下可合成一种具有磁性的氮化铁。①NH3分子中氮原子杂化轨道类型为　　　　；1molFe(CO)5分子中含有σ键的数目为　　　　　　　。②该磁性氮化铁晶胞结构如右图所示，该化合物的化学式为　　　　　。（3） FeCl3可与KSCN、苯酚溶液发生显色反应。①SCN-与N2O互为等电子体，则SCN-的电子式为　　　　　　　　　。②写出FeCl3与苯酚反应生成 [Fe(OC6H5)6]3-的化学方程式：　                     。（4）Fe3O4晶体中，O2-的重复排列方式如图所示，该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2-数之比为______，有_____%的正八面体空隙没有填充阳离子。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元，晶体密度为5.18g/cm3，则该晶胞参数a=_____pm。(写出计算表达式)8．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)FeSe、MgB2、Nb3Al等超导材料具有广泛应用前景。（1）Fe2+基态价电子的轨道表示式(价电子排布图)________________，Se、Mg、B三种元素的电负性大小顺序是_______________________。（2）蒸气状态下以二聚分子存在的A1Cl3的结构式是___，其中A1原子的杂化方式是__________，分子中八个原子__________(选填“是”或“不是”)在同一平面上，该分子是___________(选填“极性“或“非极性“)分子。（3）制备FeSe基超导材料Li0.6(NH2)0.2(NH3)0.8Fe2Se2过程中需将金属锂溶于液氨，从而制得具有很高反应活性的金属电子溶液，反应为：Li+(m+n)NH3—X+e-(NH3)n。①X的化学式为__________________；②NH3的价层电子对互斥模型是 ___________。（4）MgB2晶体结构中的B原子层具有类似石墨的层状结构，且被六方密排的Mg原子层隔开，B原子位于Mg原子组成的三棱柱的中心。已知：平面中Mg原子间的最近核间距为acm，平面间Mg原子间的最近核间距为bcm，阿伏加德罗常数为NA。①B原子层六元环中处于对位的B原子核间距为___________cm。②MgB2晶体的密度是___________g·cm-3。9．[化学——选修3：物质结构与性质](15分)铁被称为“第一金属”，铁及其化合物在生产、生活中有广泛用途。 （1）铁原子外围电子轨道表示式为____________________，铁原子核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用_________摄取铁元素的原子光谱。 （2）FeCoOx是一种新型光电催化剂。第四电离能大小关系是I4(Co)____I4(Fe)(填“>”或“<” ) ，原因是_____________。（3）二茂铁[(C5H5)2Fe]可用作火箭燃料添加剂、汽油抗爆剂。二茂铁熔点172℃，沸点249 ℃，易升华，难溶于水，易溶于有机溶剂，它属于_____________晶体。 （4）环戊二烯(C5H6)结构如图(a)，可用于制二茂铁。环戊二烯中碳原子的杂化方式为________。分子中的大π键可用符号表示，其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，环戊二烯负离子(C5H5―)结构如图(b)，其中的大π键可以表示为_________________。（5）某普鲁士蓝类配合物可作为新型钠离子电池电极材料。它由Na+、Ni2+、Fe3+和CN―构成，其晶胞结构如图(c)。该物质中，不存在________(填标号)。A．离子键     B． σ键      C． π键     D． 氢键     E． 金属键（6）该晶胞中Fe3+采用的堆积方式与_______(选填Po、Na、Mg、Cu)相同，单个晶胞的配位空隙中共容纳_____个 Na+。