实践素养检测(二)　物质结构和性质综合题

实践素养检测()　物质结构和性质综合题

1．(2021·河北唐山市高三三模)青铜器是我国古代瑰宝。目前，在工业上用磷化铜(Cu3P2)制造磷青铜，磷青铜是含少量钪、锡、磷的铜合金，主要用作耐磨零件和弹性合金原件。

(1)基态Sc原子的核外电子排布式为__________；其价电子中未成对电子数与成对电子数之比为________。

(2)①PH4I中的P原子的杂化方式是____________。

②P与N同主族，气态氢化物的沸点：NH3________PH3(填“>”或“＜”)，说明理由：________________________________________________________________________。

(3)磷青铜中的锡、磷两种元素电负性的大小为Sn_______P(填“>”“＜”或“＝”)。

(4)某立方磷青铜晶胞结构如下图所示。

①则其化学式为____________。

②该晶体中距离Sn原子最近的Cu原子有________个，在晶胞中由Cu原子构成的八面体与由Cu和Sn原子构成的八面体的个数之比为__________。

③若晶体密度为ρ g·cm－3，最近的Cu原子核间距为________pm(用含ρ、NA的代数式表示)。

解析：(1)Sc是21号元素，基态Sc原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)；其价层电子排布式为3d14s2，故未成对电子数与成对电子数之比为1∶2。

(2)①PH4I中的P原子孤电子对数＝＝0，价层电子对数＝4＋0＝4，为sp3杂化。

②P与N同主族，但NH3分子间存在氢键，故气态氢化物的沸点：NH3>PH3。

(3)根据元素的电负性在周期表中的递变规律判断，同周期元素从左到右，元素的电负性逐渐增强，同主族元素从上到下，电负性逐渐减弱；磷青铜中的锡、磷两种元素电负性的大小顺序为Sn＜P。

(4)①晶体中P原子位于内部，含有1个P原子，立方体每个面上含有1个Cu原子，每个Cu分摊给一个晶胞的占，立方体顶角Sn分摊给每个晶胞的原子为，据此得到化学式是SnCu3P。

②该晶体中距离Sn原子最近的Cu原子有4个，根据图可知，在晶胞中由Cu原子构成的八面体为1个，由Cu和Sn原子构成的八面体可由2个面上的Cu原子与4个顶角上的Sn原子构成，共6个，但与另一个晶胞共用，占，故个数为6×＝3，故两者之比为1∶3。

③若晶体密度为ρ g·cm－3，晶胞的体积为V＝＝ cm3，最近的Cu原子核间距为边长的，故为× ＝ ×1010 pm。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)　1∶2

(2)①sp3　②>　因为NH3分子间存在氢键　(3)<

(4)①SnCu3P　②12　1∶3　③ ×1010

2．(2022·山东泰安市高三模拟)H、N、P、Mg、Al、Cu 6种元素及其化合物可以形成用于生活和工业、国防中的重要材料。

(1)上述6种元素的基态原子中，只含有1个未成对电子的有________种。

(2)肼(N2H4)可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2取代所形成的一种物质。NH3分子的空间结构是________，肼的沸点比氧气的沸点高的原因是_______________________

________________________________________________________________________。

(3)下表列出的是某元素的第一至第四电离能(单位：kJ·mol－1)的数据。

上述6种元素中元素的电离能有类似变化的是________(填元素符号)。

(4)氮和磷相结合能形成一类偶磷氮烯的化合物，其链状高聚物的结构为，则该高聚物中P的杂化方式为________。

(5)Mg­Cu合金的拉维斯结构如图所示，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。

①若1号原子的坐标为(0,0,0)，3号原子的坐标为(1,1,1)，则2号原子的坐标为________。

②该晶胞的化学式为________。

解析：(1)上述6种元素的基态原子中，只含有1个未成对电子的有H、Al、Cu，共计是3种。

(2)NH3分子中氮原子的价层电子对数是3＋＝4，含有1个孤电子对，则NH3分子的空间结构是三角锥形，由于肼分子间形成了氢键，所以肼的沸点比氧气的沸点高。

(3)根据表中数据可知第二电离能远大于第一电离能，属于第ⅠA族或第ⅠB族，由于氢原子只有1个电子，因此满足条件的是Cu。

(4)高聚物分子中P原子形成4个σ键、没有孤电子对，杂化轨道数目为4，P原子采用的杂化方式为sp3。

(5)①若1号原子的坐标为(0,0,0)，3号原子的坐标为(1,1,1)，2号原子位于面心处，其坐标为。

②晶胞中Mg原子个数为8×＋6×＋4＝8，Cu原子个数为16，该晶胞的化学式为MgCu2。

答案：(1)3　(2)三角锥形　肼分子间形成了氢键　

(3)Cu　(4)sp3　(5)①　②MgCu2

3．(2021·广东梅州市高三二模)2019年诺贝尔化学奖给了三位为锂离子电池发展做出重要贡献的科学家。锂离子电池的正极材料主要有层状结构的LiMO2，尖晶石结构的LiM2O4以及橄榄石型的LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni、Co等元素)。

(1)N、O、P的电负性由大到小的顺序为________。第三电离能I3(Mn)________I3(Fe)(填“>”或“＜”)。

(2)基态Co原子核外电子排布式为________；Co3＋的一种配离子[Co(N3)(NH3)5]2＋中，Co3＋的配位数是________，配位体N中心原子杂化类型是__________。

(3)MnO的熔点(1 650 ℃)比MnS的熔点(1 610 ℃)高，它们含有的化学键类型是__________。前者熔点较高的原因是_____________________________________________。

(4)磷元素和铝元素形成的化合物AlP因杀虫效率高、廉价易得而被广泛使用。已知AlP的熔点为2 000 ℃，其晶胞结构如图所示：

①磷化铝的晶体类型为__________。

②A、B点的原子坐标如图所示，则C点的原子坐标为__________。

③磷化铝的晶胞参数a＝546.35 pm，其密度为__________ g·cm－3(列出计算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。

解析：(1)非金属性越强，电负性越大，则N、O、P的电负性由大到小的顺序为O>N>P。锰失去2个电子后，价层电子排布式是3d5，处于半充满稳定状态，所以第三电离能I3(Mn)>I3(Fe)。

(2)Co的原子序数是27，则基态Co原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2；Co3＋的一种配离子[Co(N3)(NH3)5]2＋中含有的配体是N和NH3，Co3＋的配位数是1＋5＝6，配位体N中心原子的价层电子对数是2＋＝2，没有孤电子对，杂化类型是sp。

(3)MnO的熔点(1 650 ℃)比MnS的熔点(1 610 ℃)高，二者均是离子晶体，它们含有的化学键类型是离子键。氧离子的半径小于硫离子的半径，MnO的晶格能大，所以前者熔点较高。

(4)①AlP的熔点为2 000 ℃，熔点高，因此磷化铝的晶体类型为共价晶体。

②根据A、B点的原子坐标可判断C点的原子坐标为。

③晶胞中P原子的个数是6×＋8×＝4，Al原子的个数是4，磷化铝的晶胞参数a＝546.35 pm，则其密度为 g·cm－3。

答案：(1)O>N>P　>　(2)[Ar]3d74s2　6　sp　

(3)离子键　MnO的晶格能大　

(4)①共价晶体　②　

③

4．(2021·天津南开中学高三二模)据世界权威刊物《自然》最近报道，选择碲化锆 (ZrTe5) 为材料验证了三维量子霍尔效应，并发现了金属—绝缘体的转换。Te属于ⅥA族元素。回答下列问题：

(1)锆(Zr)的简化电子排布式为[Kr]4d25s2，锆原子中d轨道上的电子数是__________，Zr2＋的价层电子轨道表示式是__________。

(2)Zr、 Te、Cl的电负性由大到小的顺序是__________，H2O、H2Se、H2Te的沸点由高到低的顺序是__________酸性强弱比较： H2SO4________ H2TeO4 (填“>”或“＜”)。

(3)H2Te和CO2均为三原子分子，但它们的键角差别较大，试用杂化轨道理论解释，理由是______________________________________。

(4)[Zr(C2H5O)2]2＋是 Zr4＋形成的一种配离子，其中的配位原子是________(填原子符号)，1个[Zr(C2H5O)2]2＋离子中含共价键的数目是__________。

(5)立方氧化锆是一种人工合成的氧化物，其硬度极高，可用于陶瓷和耐火材料，其晶胞结构如图所示。Zr原子的配位数是________。 若晶胞中距离最近的两个氧原子间的距离为a nm，则立方氧化锆的密度为________g·cm－3 (写出计算表达式)。

解析：(1)锆(Zr)的原子序数为40，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2，锆原子中3d轨道上的电子数是10,4d轨道上的电子数是2，d轨道上的电子数一共12个，Zr2＋是Zr原子失去最外层两个电子，其价层电子排布式为4d2，它的价层电子轨道表示式是

(2)根据元素非金属性越强，电负性越大的规律，Zr为金属元素，Te和Cl为非金属元素，且非金属性：Cl>Te，则Zr、 Te、Cl的电负性由大到小的顺序是Cl>Te>Zr；H2O受氢键影响，所以沸点最高，H2Se、H2Te的沸点主要受范德华力影响，相对分子质量越大，沸点越高，即H2O、H2Se、H2Te的沸点由高到低的顺序是H2O>H2Te>H2Se；S和Te元素属于同主族元素，从上而下，元素的非金属性减弱，原子序数：Te>S，则非金属性：S>Te，非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，酸性：H2SO4>H2TeO4。

(3)H2Te中Te原子价层电子对数＝2＋＝2＋2＝4，采用sp3杂化，由于有两个孤电子对，分子为V形结构，CO2中C原子价层电子对数＝2＋＝2＋0＝2，采用sp杂化，分子为直线形，H2Te和CO2均为三原子分子，但它们的键角差别较大，理由是H2Te中Te原子为sp3杂化，由于两个孤电子对的排斥作用使其键角小于109°28′，CO2中C原子为sp杂化，键角为180°。

(4) [Zr(C2H5O)2]2＋是Zr4＋形成的一种配离子，配体中O原子含有孤电子对，所以配原子为O原子；1个[Zr(C2H5O)2]2＋离子中同种非金属元素之间形成非极性键、不同种非金属元素之间形成极性键，共价单键为σ键，该离子中含共价键的数目是16。

(5)由图示结构可知，该晶胞中Zr原子位于8个顶角和面上，个数＝8×＋6×＝4，O原子位于晶胞内部，个数为8，Zr、O原子个数之比＝4∶8＝1∶2，锆原子的配位数是8，若晶胞中距离最近的两个氧原子间的距离为a nm，这两个氧原子之间的距离为晶胞棱长的一半，则晶胞棱长为2a nm，晶胞体积V＝(2a×10－7cm)3，则立方氧化锆的密度ρ＝＝ g·cm－3。

答案：(1)12　　(2)Cl>Te>Zr　H2O>H2Te>H2Se　>　(3)H2Te 中Te原子为sp3杂化，由于两个孤电子对的排斥作用使其键角小于109°28′， CO2中C原子为sp杂化，键角为180°　(4)O　16　

(5)8　

5．(2021·山东济宁市高三二模)硼及其化合物在材料制造、有机合成等方面用途非常广泛。回答下列问题：

(1)氨硼烷(H3NBH3)是目前最具潜力的储氢材料之一。

①氨硼烷能溶于水，其原因是______________________________________________。

②氨硼烷分子中与N相连的H呈正电性，与B原子相连的H呈负电性，它们之间存在静电相互吸引作用，称为双氢键，用“N—H…H—B”表示。以下物质之间可能形成双氢键的是________(填字母)。

A．苯和三氯甲烷  B．LiH和HCN

C．C2H4和C2H2  D．B2H6和NH3

③氨硼烷电池放电时的总反应为H3NBH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。写出负极电极反应：________________________________。

(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状、骨架状等多种结构形式，图(a)为一种无限长单链状结构的多硼酸根，其化学式为________；图(b)为硼砂晶体中的阴离子，其中硼原子采取的杂化类型________。

(3)硼氢化钠是一种常用的还原剂。其晶胞结构如图所示：

①该晶体中Na＋的配位数为________。标注为“1”的Na＋分数坐标为________。

②H3BO3分子中的O—B—O的键角________(填“大于”“等于”或“小于”)BH中的H—B—H的键角。

③已知硼氢化钠晶体的密度为ρ g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则a＝__________(用含ρ、NA的代数式表示)。

④若硼氢化钠晶胞上下底面上的Na＋被Li＋取代，得到的晶体的化学式为________________________________________________________________________。

解析：(1)①氨硼烷能溶于水，是由于氨硼烷分子与水分子之间可以形成氢键，增加了分子之间的相互吸引作用。

②在苯和三氯甲烷分子中H原子都是呈正电性，因此不存在双氢键，A不符合题意；在LiH中H显负电性，而在HCN中H显正电性，因此二者之间存在双氢键，B符合题意；在C2H4和C2H2中H原子都是呈正电性，因此不存在双氢键，C不符合题意；在B2H6中H显负电性，在NH3中H原子都是呈正电性，因此二者之间存在双氢键，D符合题意。

③氨硼烷电池放电时的总反应为H3NBH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。该反应中H3NBH3失去电子，发生氧化反应，所以负极的电极反应式为H3NBH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋。

(2)图(a)是一种链状结构的多硼酸根，从图可看出，每个BO单元，都有一个B，有一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别为2个BO单元共用，所以B∶O＝1∶1＋2×＝1∶2，所以化学式为[BO2]或BO；从图(b)硼砂晶体中阴离子的环状结构可看出：[B4O5(OH)4]2－一半B原子采用sp3杂化形成两个四配位BO4四面体；另一半B原子采用的是sp2杂化形成两个三配位BO3平面三角形结构，故其中B原子杂化类型为sp2杂化、sp3杂化。

(3)①以上底面面上的Na＋研究，与其配位的BH处于晶胞的顶角、晶胞上半部的面上，还有处于上面晶胞下半部左右侧面面上，即该晶体中Na ＋的配位数为8；根据坐标原点及标注为“1”的Na＋的位置，可知该Na＋的分数坐标为。

②H3BO3分子为平面分子，B原子采用sp2杂化，而BH中B原子采用sp3杂化，sp2杂化形成的键角120°，sp3杂化形成的键角是109°18′，所以sp2杂化形成的键角大于sp3杂化形成的键角，则H3BO3分子中的O—B—O的键角大于BH中的H—B—H的键角。

③在一个晶胞中含有Na＋的数目为6×＋4×＝4，含有BH的数目为1＋8×＋4×＝4，则根据晶胞密度公式可知ρ＝＝ g·cm－3，所以该晶胞中a＝ ×107。

④根据Na＋在晶胞中的位置可知：若硼氢化钠晶胞上下底面上的Na＋被Li＋取代，则其中含有的Na＋数目为4×＋4×＝3，含有的Li＋数目为2×＝1；含有的BH的数目为1＋8×＋4×＝4，因此该晶体化学式为Na3Li(BH4)4。

答案：(1)①氨硼烷和水之间可以形成氢键　②BD　

③H3NBH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋　

(2)[BO2]或BO　sp2、sp3　(3)① 8　　②大于　③ ×107　④Na3Li(BH4)4