2022年高考化学二轮复习培优训练13 (含解析)

培优训练13：物质结构与性质

1.钛的很多化合物受到广泛关注，请回答下列问题：

(1)Cr掺杂能够显著提高TiO2薄膜的光催化活性。基态Cr原子中，占据最高能层的核外电子的电子云轮廓图形状为________，其价层电子的轨道表达式(电子排布图)为______________________________________________________________。

(2)四乙醇钛能增加橡胶在金属表面的粘附性。其制备原理如下：

TiCl4＋4CH3CH2OH＋4NH3===Ti(OCH2CH3)4＋4NH4Cl

①TiCl4的熔点为－25 ℃，沸点为136.45 ℃，常温下是无色液体，则TiCl4的晶体类型为________。

②N和O位于同一周期，且O的核电荷数比N的多，但N的第一电离能比O高，原因是______________________________________________________________。

③NH3的立体构型为________，CH3CH2OH分子中C原子的杂化轨道类型为________。

(3)钛酸锶(SrTiO3)可用作电子陶瓷材料和人造宝石。其一种晶胞结构如图所示，Ti处于体心位置，则Sr处于________位置，O处于________位置。已知晶胞参数a＝0.390 5 nm，其密度为________ g·cm－3(列出计算式即可)。

解析　(1)24号元素Cr核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，可见基态Cr原子的核外电子占据的最高能层为N，处于N能层的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形，价层电子的轨道表达式(电子排布图)为。(2)①通常低熔点、易溶于有机溶剂的晶体属于分子晶体，所以TiCl4属于分子晶体。②依据洪特规则，原子轨道处于全空、半充满、全充满状态时较稳定。N的2p轨道处于半充满稳定状态，而O的2p轨道上有4个电子，失去一个电子后处于半充满状态，因此N的第一电离能较大。③NH3的中心原子N的σ键电子对数为3，孤电子对数为1，则NH3的中心原子N的杂化轨道类型为sp3，NH3的立体构型为三角锥形。乙醇分子中两个C原子形成的σ键数均为4，因此两个碳原子均采用sp3杂化。(3)已知钛酸锶的化学式为SrTiO3，Sr、Ti、O三种粒子的个数比为1∶1∶3，既然Ti处于体心位置，根据均摊法，晶胞中Ti的数目为1，处于面心位置的属于一个晶胞的粒子数为3，所以，处于面心位置的为O，那么，处于顶角位置的就是Sr。因为该晶胞是立方晶系，且在一个晶胞中含有1个SrTiO3，则ρ＝＝ g·cm－3。

答案　(1)球形　

(2)①分子晶体　②N的2p轨道处于半充满稳定状态，而O的2p轨道有4个电子，失去一个电子后处于半充满状态，因此N的第一电离能较大　③三角锥形　sp3

(3)顶角　面心　

2.2017年4月26日，中国首艘国产航母在大连正式下水，标志着我国自主设计建造航空母舰取得重大阶段性成果。请回答下列问题：

(1)航母用钢可由低硅生铁冶炼而成。

①硅原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为________。

②Fe3＋比Fe2＋稳定的原因是______________________________________________

____________________________________________________________________。

③FeO、NiO的晶体结构与NaCl的晶体结构相同。其中Fe2＋与Ni2＋的离子半径分别为7.8×10－2 nm、6.9×10－2 nm。则熔点FeO________(填“<”“>”或“＝”)NiO，原因是_____________________________________________________________

__________________________________________________________________。

(2)航母螺旋桨主要用铜合金制造。含铜废液可以利用铜萃取剂M，通过如下反应实现铜离子的富集，进行回收。

①M所含元素的电负性由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。

②上述反应中断裂和生成的化学键有________(填序号)。

A.共价键   B.配位键

C.金属键   D.范德华力

(3)航母舰艇底部涂有含Cu2O的防腐蚀涂料。已知Cu2O的晶胞结构如图所示。

①该晶胞结构中铜原子的配位数是________。

②已知该晶体的密度为d g·cm－3，阿加德罗常数的值为NA，则该立方晶胞的参数是________ pm。

解析　(1)①硅原子最外层有4个电子，价层电子数为3s23p2，其价层电子的轨道表示式为。②Fe3＋的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，而Fe2＋的价电子排布式为3d6，故Fe3＋比Fe2＋稳定。③两离子晶体的阴离子均为O2－，阳离子所带电荷相同，但离子半径r(Fe2＋)>r(Ni2＋)，故FeO的晶格能较小，熔点较低。(2)①M中含有C、H、O、N四种元素，元素的非金属性越强，对应的电负性越大，即电负性：O>N>C>H。②反应过程中断裂和生成的化学键有共价键和配位键。(3)①由题图可知，该晶胞中黑球为Cu，白球为O，晶胞中与Cu等距离且最近的O有2个，即该晶胞中Cu原子的配位数为2。②由均摊法可知该晶胞内含4个Cu原子，O原子数目为1＋8×1/8＝2，即晶胞内含Cu2O数目为2，设该立方晶胞的参数为x，则x3·d g·cm－3＝×144 g，解得x＝ cm＝×1010 pm。

答案　(1)①  ②Fe3＋的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，结构稳定　③<　FeO和NiO的阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但r(Fe2＋)>r(Ni2＋)，所以FeO的晶格能较小，熔点较低

(2)①O>N>C>H　②AB　(3)①2

②×1010

3.[2018·陕西省高三教学质检(一)，35]钛(22Ti)铝合金在航空领域应用广泛。回答下列问题：

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]________，其中s轨道上总共有________个电子。

(2)六氟合钛酸钾(K2TiF6)中存在[TiF6]2－配离子，则钛元素的化合价是________，配体是________。

(3)TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂，例如，丙烯用三乙基铝和三氯化钛作催化剂时，可以发生下列聚合反应：

nCH3CH===CH2CH(CH3)—CH2，该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有________；反应涉及的元素中电负性最大的是________。三乙基铝是一种易燃物质，在氧气中三乙基铝完全燃烧所得产物中分子的立体构型是直线形的是________。

(4)钛与卤素形成的化合物熔沸点如表所示：

分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定规律的原因是_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

(5)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞结构，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为________ g·cm－1(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。

解析　(1)Ti为22号元素，基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2，其中s轨道上共有8个电子。(2)由化合物中正、负化合价的代数和为0，知钛元素的化合价为＋4，配体是F－。(3)该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有sp3杂化、sp2杂化。同一周期主族元素，从左到右元素的电负性递增，同一主族元素，自上而下元素的电负性递减，故涉及的元素中电负性最大的是Cl。三乙基铝在O2中燃烧生成Al2O3、CO2和H2O，其中分子的立体构型是直线形的是CO2。(4)三者都是分子晶体，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。(5)该晶胞的底面正六边形的面积S＝a2，则该晶胞的体积为a2c＝×(2.95×10－8)2×(4.69×10－8)cm3，又该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为 g，故该钛晶体的密度为 g·cm－3。

答案　(1)3d24s2　8　(2)＋4　F－　(3)sp2、sp3　Cl　CO2　(4)TiCl4、TiBr4、TiI4都是分子晶体，而且组成和结构相似，其相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增大，因而三者的熔点和沸点依次升高

(5)

4.2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。这种模型可以用量子化学计算小区间内(如生物固氮时固氮酶中)的化学反应。

(1)固氮酶有铁蛋白和钼铁蛋白两种，它们不仅能够催化N2还原成NH3，还能将环境底物乙炔(HC≡CH)催化还原成乙烯。

①乙炔是________(填“非极性”或“极性”)分子。

②碳负离子CH的立体构型为________。

③根据等电子原理，NO＋的电子式为________。

(2)钒可用于合成电池电极，也可用于人工合成二价的钒固氮酶(结构如图a)。

①V2＋基态时核外电子排布式为________________________________________。

②钒固氮酶中钒的配位原子有________(填元素符号)。

(3)烟酰胺(结构如图b)可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有________，1 mol该分子中含σ键的数目为________。

(4)12 g石墨烯(结构如图c)中含有的正六边形数目约为________；请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构，并说明理由：_______________________________

_____________________________________________________________________。

解析　(1)①乙炔的结构简式为CH≡CH，为四原子直线对称结构，为非极性分子。

②CH的价层电子对数为3＋×(4＋1－3×1)＝4，故CH的立体构型为三角锥形。

③NO＋与N2为等电子体，故电子式为[∶N⋮⋮O∶]＋。

(2)②根据图a可知V的配位原子为N和S。

(3)根据图b可知—N===为sp2杂化，为sp3杂化。

(4)石墨烯中形成大π键成正六边形结构，而Si的原子半径较大，较难成π键，故不易形成类似石墨烯的结构。

答案　(1)①非极性　②三角锥形　③[∶N⋮⋮O∶]＋

(2)①1s22s22p63s23p63d3　(或[Ar]3d3)　②S、N

(3)sp2、sp3　15NA

(4)0.5NA　不容易，硅原子半径大，3p轨道不易形成π键