02 物质结构与性质综合题型集训(2) （附答案解析）-备战高考化学大题逐空突破系列（全国通用）

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物质结构与性质综合题型集训(2)
1．硼材料及含硼化合物的用途非常广泛，如B(C6F5)3可代替Cu催化重氮化合物对杂环分子的修饰等。回答下列问题：
(1)B、C、F的电负性由小到大的顺序为__________，Be、B、C是同周期相邻元素，第一电离能：C＞Be＞B，这是因为_________________________________________________
(2)B(C6F5)3分子中所有原子________(填“能”或“不能”)处于同一平面；化合物[Ph3C][B(C6F5)4](Ph为苯基)的阳离子中与苯环相连的碳原子的杂化方式是____，阴离子中硼原子的杂化方式是________
(3)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4中含有________ mol配位键
(4)立方氮化硼硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于________晶体，其中硼原子的配位数为__________。已知：立方氮化硼密度为d g·cm－3，B原子半径为x pm，N原子半径为y pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的空间利用率为_____________(列出化简后的计算式)

2．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________
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离子，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为________

(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＋的分数坐标为________
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心处的Na＋被Li＋取代，得到的晶体的化学式为____________
3．2020年我国“奋斗者”号载人潜水器成功进行万米海试，国产新型材料“钛”牛了！该合金中含钛、铁、镍、铂等十几种元素，具有高强度、高韧性。回答下列问题：
(1)基态Ti原子的核外电子的空间运动状态有________种。TiF4的熔点(377 ℃)远高于TiCl4(－24.12 ℃)的原因是_______________________________________________________
(2)邻二氮菲()中N原子可与Fe2＋通过配位键形成橙红色邻二氮菲亚铁离子，利用该反应可测定
Fe2＋浓度，该反应的适宜pH范围为2～9，试解释选择该pH范围的原因：________________________________
(3)Ni与Cu的第二电离能：Ni________Cu(填“>”或“”或“As
(2)NH3　NH3分子间存在氢键
(3)①三角锥形　②Br－半径较大，无法形成[PBr6]－
(4)①Fe(SbO3)2　②
解析：(1)①P元素3p能级半满，更稳定，第一电离能大于相邻元素，所以第一电离能较大的是P。②As元素为33号元素，第四周期第ⅤA族，原子核外电子排布为[Ar]3d104s24p3，核外有4p轨道上3个未成对电子。③非金属性：S>P>As，所以电负性：S>P>As。(2)PH3、AsH3分子间只存在范德华力，而NH3分子间还存在氢键，所以NH3沸点最高。(3)①PCl3中心P原子价层电子对数为3＋＝4，含孤电子对，所以立体构型为三角锥形。②Br－半径较大，而Cl－半径较小，所以P周围可以容纳6个Cl－，而无法容纳6个Br－，无法形成[PBr6]－。(4)①据图可知一个晶胞中含有Sb原子的个数为8×＋2＝4，O原子的个数为4×＋10＝12个，Fe原子的个数为8×＋1＝2，所以锑酸亚铁的化学式为Fe(SbO3)2。②晶胞的质量为 g＝ g，晶体的体积为abc nm3＝abc×10－21 cm3，所以晶体的密度为＝ g·cm－3。
8．(1)4s24p5　F>O>Cl>Br
(2)V形　sp3
(3)①10　
②孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，斥力大　
③Π
(4)①　　
②
解析　(1)溴的原子序数为35，核外电子排布为2、8、18、7，价电子排布式为：4s24p5，F、Cl、Br为同主族元素从上到下电负性逐渐减弱，O和F为同周期元素，从左到右电负性逐渐增强，再结合氧化物ClO2，O为负价可知O的电负性大于Cl，可得电负性由强到弱为：F>O>Cl>Br；(2)I离子中心I原子的价层电子对数＝＝4，有一对孤电子对，空间构型为V形，中心碘原子采用sp3杂化；(3)①单键为σ键，双键中有一条是σ键，一条是π键，由结构可知，1 mol吡啶分子中含有σ键数目为10 mol，即10NA；②根据VSEPR理论，孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对对成键电子对之间的斥力，导致电子对与成键电子对之间的夹角减小；③吡啶为平面结构，N形成3个共价键，未参与成键的p轨道有一对电子，参与形成离域大π键，每个C原子留有一个p轨道，轨道上留有一个单电子形成大π键，所以吡啶环形成5中心6电子的离域大π键：Π；(4)①内部的8个F－形成小立方体结构，该小立方体的棱长等于晶胞棱长的，故图中C到左侧面距离等于晶胞棱长的，即为参数x，到前平面距离为晶胞棱长的，即为参数0，到下底面距离等于晶胞棱长，即为参数z，故C的坐标参数为(，，)；②由晶胞结构可知8个钙离子位于顶点，6个位于面心，个数为8×＋6×＝4，8个氟离子位于体内，则晶胞的质量为：g，晶胞的边长为0.546 2 nm，晶胞体积为：(0.546 2×10－7)3 cm3，晶胞的密度＝ g·cm－3。
9．(1)3　＜　
(2)①O　sp2、sp3　②bde　
(3)[Co(NH3)4Cl2]＋　变大　
(4)①面心立方堆积　②Fe4N　③
解析：(1)基态Co原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，则Co2＋基态的电子排布式可表示为1s22s22p63s23p63d7(或[Ar]3d7)，所以Co2＋中成单电子数为3。Fe2＋的最外层电子排布式为3s23p63d6，铁元素失去的第三个电子是3d6上的电子，而3d6容易失去一个电子形成比较稳定的3d5半满状态，而Co2＋的价电子排布式为3d7，失去的第三个电子是3d7上的电子，没有3d6容易，故I3(Fe)＜I3(Co)。(2)①结构中含有C、H、O、N元素，同周期主族元素，从左到右，电负性逐渐增大，故电负性最大的元素是O，其中C的杂化类型有sp2、sp3；②EDTA的化学键中，单键均为共价键中的σ键，存在羧基中的碳氧双键还含有π键，故答案为bde。(3)1 mol CoCl3·4NH3只生成1 mol AgCl，则1 mol CoCl3·4NH3中有1 mol Cl－为外界离子，钴的配位数为6，则配体为NH3和Cl－，此配合物结构的化学式为[Co(NH3)4Cl2]Cl，配离子的化学式为[Co(NH3)4Cl2]＋，氨气分子中N原子有1对孤电子对，而形成配合物后没有孤电子对，配位键N—Co的成键电子对相比NH3中的孤电子对对N—H的排斥力变小，故NH3分子与钴离子形成配合物后H—N—H键角变大。(4)①晶胞中Fe原子位于顶点和面心位置，所以晶胞中铁的堆积方式为面心立方最密堆积。②晶胞中Fe原子数为8×＋6×＝4，N原子位于体心，数目1个，所以氮化铁的化学式Fe4N。③晶胞中Fe原子数为8×＋6×＝4，N原子数目为1，氮化铁的化学式Fe4N，则晶胞质量m＝ g，若晶胞边长为a cm，则晶胞质量m＝ρV＝ρa3 g＝ g，a3＝，Fe(Ⅱ)围成的八面体相当两个正四棱锥，底面为正方形，对角线长为晶胞边长、并且两对角线相互垂直、S底＝a2 cm2，正四棱锥的高等于a cm，根据V锥＝S底h＝×a2×a cm3＝ cm3，八面体体积＝2V锥＝ cm3＝ cm3。
10．(1)①AgCu3(或Cu3Ag)　②　③×100%
(2)①1∶1　②　③
解析：(1)①6个铜原子位于立方体面心，8个银原子位于顶角，则该晶胞含×6＝3个铜原子、8×＝1个银原子，所以该铜银合金的化学式为AgCu3或Cu3Ag。②AgCu3的摩尔质量为300 g·mol－1，根据ρ＝得ρ g·cm－3＝，所以NA＝ mol－1。③晶胞中原子空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%。(2)①ZnF2晶胞中，白色球表示的离子数目为1＋8×＝2，黑色球表示的离子数目为2＋4×＝4，故白色球表示Zn2＋、黑色球表示F－，则Zn2＋的配位数为6。KZnF3晶胞中，灰色球表示的离子数目为8×＝1， 黑色球表示的离子数目为6×＝3，白色球表示的离子数目为1，则白色球表示Zn2＋，Zn2＋的配位数为6，故ZnF2和KZnF3晶体中Zn2＋的配位数之比为1∶1。②ZnF2晶胞中相当于含有2个“ZnF2”，晶胞的质量＝ g，晶胞的体积＝a×10－7 cm×a×10－7cm×c×10－7cm＝a2c×10－21 cm3，则晶体的密度＝＝ g·cm－3。③D离子处于晶胞左侧面的面心位置，由A、B、C离子的坐标参数可知，D离子的坐标参数为。

11．(1)C>N>O　
(2) 　非极性　
(3)6
(4)FeF3是离子晶体，Fe(CO)5是分子晶体，离子键的作用力远比分子间作用力强，故FeF3熔点远高于Fe(CO)5
(5)①6　正八面体　②×1030
解析：(1)由题给方程式可知，C、N、O三种元素为第二周期元素，同周期元素，从左到右原子半径逐渐减小则原子半径由大到小的是C>N>O；(2)铵根离子的空间构型为正四面体形，甲烷是最简单的有机物，分子的空间构型为正四面体形，电子式为；甲烷分子结构对称，正负电荷中心重合，属于非极性分子；(3)氢键与共价键一样具有饱和性和方向性，氨分子中每个氢原子都形成氢键，每个N原子的孤对电子接受分属其它氨分子的3个氢原子， 一个氨气分子本身3个氢原子也和其它的氨气分子中的氮原子形成氢键，则每个氨分子与周围6个氨分子通过氢键相结合；(4)离子键的作用力远比分子间作用力强，FeF3是熔点高于1 000 ℃的离子晶体， Fe(CO)5是熔点低于0 ℃ 的分子晶体，则离子晶体FeF3熔点远高于分子晶体Fe(CO)5，故答案为：FeF3是离子晶体，Fe(CO)5是分子晶体，离子键的作用力远比分子间作用力强，故FeF3熔点远高于Fe(CO)5；(5)①由晶胞结构可知，晶胞中每个亚铁离子周围有6个氧离子，则亚铁离子的配位数为6；每个氧离子周围也有6个亚铁离子，以氧离子为中心，6个亚铁离子在空间形成正八面体结构；②由晶胞结构可知，晶胞中位于体内的亚铜离子有4个，位于顶点和体心的氧离子个数为8×＋1＝2个，则每个晶胞中含有2个氧化亚铜；晶胞中氧离子和亚铜离子之间的距离为体对角线的，则晶胞的边长为 pm，设晶胞的密度为d g·cm－3，由质量公式可得：＝d×(×10－10)3，解得d＝×1030。
12．(1)3d24s2　Ni、Ge、Se
(2)6∶1　O>C>Li
(3)金属钛中的自由电子数比锌多，金属键作用更强，导致熔沸点较高(合理即可)
(4)6　90°或180°　(或)
解析：(1)Ti是22号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，所以价电子排布式为3d24s2；基态Ti原子的未成对电子为d轨道上的2个，在第四周期中未成对电子数为2的还有Ni(3d8)、Ge(4p2)、Se(4p4)。(2)根据醋酸根离子的结构式可以得出：σ键的个数为6，π键的个数为1，所以σ键和π键的个数比为6∶1。Li、C、O都是第二周期的元素，从左到右，第一电离能呈增大趋势，所以第一电离能从大到小的顺序是O>C>Li。(3)金属晶体的熔沸点取决于金属原子的半径和自由电子的数目，金属钛中的自由电子数比锌多，金属键作用更强，导致熔沸点较高。(4)从图中可以看出，距离晶胞内的Ti原子最近的氧原子有6个，形成正八面体空隙；而正八面体空隙的特点是中心原子位于正八面体的体心，故O—Ti—O的键角应为90°或180°；由图可知，钡原子位于该晶胞的内部和侧棱，共有3个，氧原子全部位于晶胞内部，共有9个，钛原子位于晶胞的顶点和内部，共有3个，故总摩尔质量为3×137＋3×48＋9×16＝699(g·mol－1)，该晶胞为六方结构，则体积为abc cm3，进而可得出晶胞密度为 g·cm－3。
13．(1)3d84s2　
(2)非极性　
(3)①>　②sp2　
(4)6　N、Cl　
(5)