备战2025年高考二轮复习化学（山东版） 大题突破练5 物质结构与性质综合题（Word版附解析）

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1.(2024·山东日照二模)过渡金属不但能够与非金属元素形成化合物,还能与其他金属元素形成金属互化物。回答下列问题:
(1)Mn在元素周期表中的位置为 ,属于 区的元素,基态锰原子的价电子轨道表示式为 。
(2)二茂铁化学式为Fe(C5H5)2,由Fe2+与两个C5H5-构成(如图),熔点为172 ℃。
①二茂铁熔点低于铁的原因为 。
②大π键通常用符号Πnm表示(m代表参与形成大π键的原子数,n代表大π键的电子数),则C5H5-中的大π键表示为 。
③Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构。则Fe2+与两个C5H5-形成配位键的数目为 。
(3)锰和镓形成的金属互化物立方晶胞如图所示。
①若将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点,则距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为 (填字母)。
A.面心B.体心
C.顶点D.棱心
②晶胞中,相邻Mn原子构成的正四面体空隙完全由镍原子填充,可用于制备碳基金属催化剂。1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为 ;晶胞参数为a nm,则填充镍后的晶体的密度ρ= g·cm-3(用含NA、a的代数式表示)。
答案:(1)第四周期ⅦB d
(2)①二茂铁属于分子晶体,铁属于金属晶体,铁晶体中金属键强度大于二茂铁晶体中分子间作用力 ②Π56 ③6
(3)①A ②(34,34,34) ③972(a×10-7)3NA
解析:(2)①二茂铁熔点低于铁,主要从晶体类型角度分析原因;②在C5H5-中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子,这些电子占据在与环的平面垂直的p轨道上,5个碳原子的5个p轨道肩并肩,外加得到一个电子重叠形成大π键,其大π键可表示为Π56;③Fe2+的价电子排布式是3d6,Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构,则3d、4s、4p能级均填满电子,所以C5H5-提供了12个电子,即6个电子对,所以配位键的数目为6。
(3)①将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点时,整个晶胞中原子的坐标均移动1/2个单位,距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为面的中心,即面心的位置;②1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为(34,34,34);填充镍后的晶胞中Ni的个数为8,Mn的个数为8×18+6×12=4,Ga的个数为12×14+1=4,晶体的密度ρ=n×MV×NA=4×243(a×10-7)3×NA g·cm-3=972(a×10-7)3NA g·cm-3。
2.(2024·山东潍坊二模)氮族元素可以形成多种多样的化合物,回答下列问题:
(1)基态As原子的价电子的轨道表示式是 。
(2)叠氮酸(HN3)常用于引爆剂,可用联氨(H2N—NH2)制取。比较联氨与双氧水分子中键角大小:∠H—N—N (填“>”“=”或“ ∠H—O—O。①中N—N两个氮原子均为两个p轨道的电子参与形成两个π键,剩下一个p轨道和s轨道形成sp杂化,②中右边的N,只形成1个π键,两个p轨道和一个s轨道形成sp2杂化,因此键长①0,其原因是 。
(3)雷氏盐的化学式为NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O。
①H、C、N、O四种元素的电负性由大到小的顺序为 。
②雷氏盐中所含化学键类型为 (填字母)。
A.离子键B.共价键
C.配位键D.金属键
E.氢键
③配体之一NH3分子的空间结构为 ,与配体NCS-互为等电子体的分子和离子有 (各写1种)。
(4)CrB2的晶体密度为ρ g·cm-3,晶体结构(如图)为六棱柱,底边边长为a nm,高为c nm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则a2c= (列出计算式)。
答案:(1)7 3d54s1
(2)140 O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量
(3)①O>N>C>H ②ABC ③三角锥形 CO2或CS2、CNO-(合理即可)
(4)3×7434×6×10-21ρNA
解析:(2)由电子亲和能的定义可知,氧原子的第一电子亲和能E1为140 kJ·ml-1;O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量,所以ΔH2大于0。(3)①元素的非金属性越强,电负性越大,四种元素的非金属性强弱顺序为O>N>C>H,则电负性的大小顺序为O>N>C>H;②氢键不属于化学键,是比较强的分子间作用力,由化学式可知,雷氏盐是含有离子键、共价键、配位键的离子化合物,不含金属键;③氨分子中氮原子的价电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形;CO2、CS2、CNO-与NCS-的原子个数都为3、价电子数都为16,互为等电子体。(4)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的铬原子个数为12×16+2×12=3,位于体内的硼原子个数为6,由晶胞的质量公式可得:3×74NA=34×a2×6×c×10-21×ρ,解得a2c=3×7434×6×10-21ρNA。
4.(2024·山东德州二模)钴及其化合物在材料、医药等领域具有广泛应用。回答下列问题:
(1)基态钴原子的价层电子排布式为 ;电解熔融的CCl2或CO都能制备金属钴,CCl2熔点低于CO熔点的原因是 。
(2)某含钴配离子结构如图(NH2CH2CH2NH2为电中性配体),已知配合物的磁矩μB=n(n+2)BM(n表示中心原子或离子的未成对电子数),则该配离子的磁矩μB= BM;下列对钴离子的杂化方式推断合理的是 (填字母)。
A.sp3B.dsp2
C.d2sp3D.sp3d
(3)钴酸锂(LiCO2)是常见的锂离子电池正极材料,其晶体属六方晶系(晶胞参数a=b≠c,α=β=90°,γ=120°),晶胞结构示意图如图。晶体中O围绕C形成八面体,八面体共棱形成带负电的层状空间结构,与Li+层交替排列。在充、放电过程中,Li+在层间脱出或嵌入。
①晶胞中C的个数为 ;Li+在充电过程中会从八面体层间脱出导致晶胞高度c变大,原因是 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体密度为 g·cm-3(用代数式表示)。
答案:(1)3d74s2 CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高
(2)24 C
(3)①3 Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大
②294NA×(a×b×c)×10-30
解析:(1)钴原子序数27,基态钴原子的价层电子排布式:3d74s2;CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高。
(2)中心离子C3+价层电子排布为3d6,未成对电子数为4,磁矩μB=24BM;C3+形成6个配位键,即形成6个共价键,需6个杂化轨道,则杂化方式应为d2sp3。
(3)①晶胞中C位于棱上和体内,个数为4×14+2=3;充电过程中,正极材料失去电子发生氧化反应,Li+从八面体层间脱出,Li+减少,使Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大;
②晶胞中C个数为3,根据化学式LiCO2可知,Li个数为3,O个数为6,晶体密度:ρ=nMNAV=3×(7+59+16×2)NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3=294NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3。
5.(2024·山东泰安二模)开发高效储氢材料是重要的研究方向。回答下列问题:
(1)最新研究发现,在镍的表面覆盖石墨烯,可大大增加储氢材料释放氢气的速率。石墨烯是单层碳原子组成的平面结构,具有良好的导电、导热性。
①基态Ni原子的电子排布式为 。
②石墨烯中碳碳键键长 (填“>”“”“ ③2H+ H,在NF3中,共用电子对偏向F,偏离N原子,使得氮原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键
(4)6NA (14,14,14) 4×(9+16)NA×(433a)3×10-30
解析:(1)As是33号元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,根据构造原理,可知基态As原子核外价层电子排布式是4s24p3,轨道表示式为;一般情况下,同一周期元素,原子序数越大,其第一电离能就越大,但由于As处于第ⅤA族,价电子排布式为4s24p3,4p能级上的3个电子排布在3个不同轨道上,这种电子排布为半充满结构,能量更低,更稳定,失去电子需消耗的能量比相邻的元素高,故I1(As)>I1(Se)。
(2)As的最外层有3个成单电子,S原子最外层有2个成单电子,As4S4的分子结构中均为单键,且每个原子最外层均满足8e-稳定结构,其分子结构可表示为,说明结构中每个S原子形成2个S—As键,每个As原子形成2个As—S键和1个As—As键,每个As—As键都被重复数了2次,则4个As原子间形成2个As—As键,故该分子中所含共价键数目为2×4+2×1=10;每个S原子形成2个S—As键,并有2个孤电子对,价层电子对数为4,所以S为sp3杂化。
(3)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。NF3与NH3的空间结构都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子,这是由于元素的电负性:F>N>H,在NF3中,共用电子对偏向电负性大的F,而偏离N原子,使得N原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子。
(4)Be和Al的性质相似,在500~600 ℃气相中,氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在,Be2Cl4的结构为,可知1个分子中含有6个共价键,则1 ml Be2Cl4中含有的共价键数目为6NA;由晶胞结构可知,每个Be周围有四个O与其相连,由BeO的晶胞结构以及A、B的坐标可知,C的坐标为(14,14,14);一个晶胞中含Be的个数为4;含O的个数为8×18+6×12=4,O与Be的最近距离为晶胞体对角线的14,故晶胞边长为433a pm,故该晶体的密度为ρ=4×(9+16)NA×(433a)3×10-30 g·cm-3。