03 物质结构与性质综合题型集训(3) （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(3)
1．腐蚀、防腐以及催化等化学化工过程都涉及金属纳米团簇的研究，团簇已经成为化学和材料研究的前沿和热点。金属纳米团簇最外层需要配体来稳定，常见有硫醇配体、磷配体和炔配体。卤素作为第二配体或第三配体，其体积比硫醇配体、磷配体和炔配体更小，在形成纳米团簇的过程中空间位阻更小，而且卤素与金、银具有较好的配位能力

(1)银位于元素周期表第五周期第ⅠB族元素，其价电子排布式为________
(2)金(Au)溶于王水的原理是金与强氧化性的硝酸生成微量的Au3＋和NO，盐酸提供的Cl－与Au3＋形成[AuCl4]－配离子，写出总反应的离子方程式：___________________________________________
(3)[Au80Ag30()42Cl9]Cl结构中非金属元素的电负性由大到小的顺序是________
(4)第三周期部分主族元素的氟化物的熔点(见表)
化合物
NaF
AlF3
SiF4
SF6
熔点/℃
993
1 040
－90
－50.5
由表中数值可以判断AlF3晶体类型为________SiF4比SF6熔点低的原因______________________________；SF6分子的空间构型为正八面体，如图所示，该分子的键角分别为________，它的二氯代物SF4Cl2有_______种

(5)固态五氯化磷为离子晶体，结构单元可以写作PCl、PCl，晶胞与CsCl相同，该晶胞沿x、y或z轴的投影如上图。阳离子中的P杂化方式为：________若密度为d g/cm3，则晶胞参数a＝________ cm (已知阿伏加德罗常数的值为NA，列出计算式即可)
2．含铜材料用途非常广泛，用超临界CO2/CH3CN及水作电解质，使用碳作载体的铜基催化剂可高效将CO2还原为HCOOH。回答下列问题：
(1)基态Cu2＋核外价电子排布式为___________________
(2)铜的熔点比同周期的钾的熔点高，这是由于___________________________________________________
(3)CO2的空间结构为________形，CH3CN中碳原子的杂化方式为____________
(4)HCOOH通常以二聚体(含八元环)存在，画出该二聚体的结构：______________________
(5)一种热电材料的晶胞结构如图所示，底部边长为a pm，高为c pm，该晶体的化学式为________________，紧邻的Sb与Cu间的距离为________pm，设NA为阿伏加德罗常数的值，晶体的密度为________g·cm－3


3．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________________；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(填“大于”或“小于”，后同)，第一电离能Ga ______As
(3)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，熔点如表所示，分析其变化原因：__________________________
________________________________________________________________

GaN
GaP
GaAs
熔点
1 700℃
1 480℃
1 238℃
(4)GaN晶胞结构如图甲所示。已知六棱柱底边边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA

①晶胞中镓原子堆积方式如图甲所示，每个镓原子周围距离最近的镓原子数目为________
②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图乙。若该平行六面体的高为a pm，GaN晶体的密度为________ g/cm3(用a、NA表示)
4．硫铝酸钙化学式为Ca4Al6SO16，可写成3CaO·3Al2O3·CaSO4，是一种常用的混凝土膨胀剂，有研究者利用氯化铅(PbCl2)作为助溶剂来获得无水硫铝酸钙晶体，进而对其结构进行研究。回答下列问题：
(1)基态氧原子的价电子排布图为，而不是，因为核外电子排布应遵循________(填“泡利原理”或“洪特规则”)。基态Ca原子核外电子占据的最高能层符号是________
(2)SO的中心原子杂化方式为________，S2O可看成是SO中的一个氧原子被硫原子所替代，则S2O的VSEPR模型名称为________________
(3)Al的性质与Be的性质相似，可知熔点：BeCl2________MgCl2(填“>”或“”、“＝”或“C>H B．4个N原子均与Co形成配位键
C．分子中N的杂化轨道类型均为sp2 D．第一电离能：N冰 b．晶体的熔点：干冰>冰
c．晶体中的空间利用率：干冰>冰 d．晶体中分子间相互作用力类型相同
(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的是__________(填字母)。
a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化
b．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C键石墨
d．晶体中共价键的键角：金刚石>石墨
e．金刚石晶体中只存在共价键，石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力
f．金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体
(4)金刚石晶胞结构如图，立方BN结构与金刚石相似，在BN晶体中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为______，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为________，一个晶胞中N原子数目为_______

(5)C与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为________，金属铜采用面心立方最密堆积(在晶胞的顶点和面心均含有一个Cu原子)，则Cu的晶体中Cu原子的配位数为________，已知Cu单质的晶体密度为ρ g·cm－3，Cu的相对原子质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则Cu的原子半径为________

11．中国科学家合成了首例缺陷诱导的晶态无机硼酸盐单一组分白光材料Ba2 [Sn(OH) 6][B (OH)4] 2并获得了该化合物的LED器件，该研究结果有望为白光发射的设计和应用提供一个新的有效策略
(1)基态Sn原子价层电子的空间运动状态有________种，基态氧原子的价层电子排布式不能表示为2s22p2p，因为这违背了________________原理(规则)
(2)[B(OH)4]－中氧原子的杂化轨道类型为________，[B(OH)4]－的空间构型为____________(写名称)。[Sn(OH)6]2－中，Sn与O之间的化学键不可能是________
a．π键 b．σ键 c．配位键 d．极性键
(3)碳酸钡、碳酸镁分解得到的金属氧化物中，分解温度较低的是________(填化学式)，其原因是_______________
________________________________________
(4)超高热导率半导体材料——砷化硼(BAs)的晶胞结构如下图所示，则1号砷原子的坐标为________，已知阿伏加德罗常数的值为NA，若晶胞中As原子到B原子最近距离为a pm，则该晶体的密度为________ g·cm－3(列出含a、NA的计算式即可)

12．2020年8月中科大在铁基高温超导体研究中取得重要进展，BaFe2As2是一种重要的铁基高温超导体。
(1)基态Fe原子的核外电子排布式为　　　　，基态As原子中电子占据能量最高的原子轨道为　　　　
(2)Ni2＋和Fe2＋可形成如图A所示的配合物离子，该配合物离子中C原子的杂化方式为　　　　，Ni2＋的配位数为　　　　　　　　；N、S、O第一电离能由大到小的顺序为　　　　　　　　

(3)该配合物离子中Fe2＋的一个配体是茂环阴离子(C5H)。已知分子中的大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π，则C5H中的大π键可以表示为　　　　
(4)BaFe2As2的晶胞结构如图B所示，该晶体的密度是　　　　 g·cm－3(用N、表示阿伏加德罗常数的值)。图C是该晶胞的俯视图，将图补充完整　　　　
13．铜及其化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途。回答下列问题：
(1)Cu2O中阳离子的基态核外电子排布式为________；Cu和Ni在元素周期表中的位置相邻，Ni在元素周期表中的位置是________
(2)将过量的氨水加到硫酸铜溶液中，溶液最终变成深蓝色，继续加入乙醇，析出深蓝色的晶体[Cu(NH3)4]SO4·H2O
①乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为________；NH3能与H＋以配位键形成NH的立体构型是________
②[Cu(NH3)4]SO4·H2O中存在的化学键除了极性共价键外，还有________
③NH3极易溶于水的原因主要有两个，一是___________________，二是____________________
(3)CuSO4溶液中加入过量KCN溶液能生成配离子[Cu(CN)4]2－，1 mol CN－中含有的π键数目为_____，与CN－互为等电子体的离子有______(写出一种即可)
(4)Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示，若晶体密度为a g·cm－3，则Cu与F最近距离为________pm(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达式，不用化简)

【物质结构与性质综合题型集训(3)】答案
1．(1)4d105s1
(2)Au＋4H＋＋NO＋4Cl－===[AuCl4]－＋ NO↑＋2H2O
(3)Cl＞C＞H　
(4)离子晶体　SiF4与SF6为分子晶体，分子晶体的熔沸点与相对分子质量呈正比，SiF4的相对分子质量低　
90°和180°　2
(5)sp3　
解析：(1)银位于元素周期表第五周期第ⅠB族，其价电子排布式为4d105s1；(2)金(Au)溶于王水的原理是金与强氧化性的硝酸生成微量的Au3＋和NO，①Au＋4H＋＋NO===Au3＋＋NO↑＋2H2O，盐酸提供的Cl－与Au3＋形成[AuCl4]－配离子，②Au3＋＋4Cl－===[AuCl4]－，总反应的离子方程式：Au＋4H＋＋NO＋4Cl－===[AuCl4]－＋ NO↑＋2H2O；(3)电负性是指原子得电子能力大小，电负性越强非金属性越强，该结构含有的元素有C、H、Cl，非金属性H＜C＜Cl，对应的电负性大小为：H＜C＜Cl；(4)由表中熔点数值可以判断NaF、AlF3为离子晶体，SiF4与SF6为分子晶体，分子晶体的熔沸点与相对分子质量呈正比，SiF4的相对分子质量低，所以SiF4比SF6熔点低；(5)空间构型为正八面体，键角为90°和180°两种；它的二氯代物SF4Cl2有2种；(6)P原子含有的孤对电子对数＝ ＝0，PCl则为sp3杂化，ρ＝，由俯视图可知为体心立方堆积，Z＝2，a＝＝。
2．(1)3d9　
(2)铜的原子半径比钾的小，价电子数比钾的多，金属键比钾的强　
(3)直线　sp3、sp
(4)
(5)Cu3SbS4　a　×1030
解析：(4)甲酸分子的结构简式是，分子中羰基吸引另一个甲酸分子中羟基上的H原子，从而形成分子间的氢键，则二聚分子的结构式：。(5)晶胞中有铜原子：4×＋8×＋2×＝6个；锑原子：8×＋1＝2个，硫原子：8个，n(Cu)∶n(Sb)∶n(S)＝6∶2∶8＝3∶1∶4，故化学式为Cu3SbS4。紧邻的Sb与Cu间的距离为底边对角线的一半，故二者的距离为a×pm；晶胞质量为 g，体积为(a×10－10)2×(c×10－10) cm3，则晶胞密度ρ＝＝＝×1030 g·cm－3。

3．(1)[Ar]3d104s24p4　3　平面正三角形
(2)大于　小于
(3)三者均为共价晶体，原子半径：NC>K　sp　直线形　2
(3)①原子晶体　AlN属于原子晶体，氧化铝属于离子晶体，所以AlN的熔点比氧化铝高　②4　
解析：（1）Ti是22号元素，处于周期表中第四周期第ⅣB族，基态钛原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d24s2；基态铁原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，基态铁原子核外电子占据的最高能级是4s；（2）非金属元素的电负性大于金属元素的，同周期自左而右电负性增大，电负性从大到小的顺序是：N>C>K，SCN－中心原子碳原子孤电子对数＝＝0，价层电子对数＝2＋0，碳原子采取sp杂化，SCN－的空间构型是直线形，三种原子成键方式为[S—C≡N]－，SCN－中含有2个σ键；（3）①氮化铝熔点很高，氮化铝属类金刚石氮化物，可知AlN属于原子晶体，氧化铝属于离子晶体，所以AlN的熔点比氧化铝高，故答案为：原子晶体；AlN属于原子晶体，氧化铝属于离子晶体，所以AlN的熔点比氧化铝高；②晶胞中有4个N原子、4个Al原子，N原子与Al原子的配位数相同，由图可知N原子配位数为4，故Al原子配位数也是4；晶胞质量为4× g，Al与N原子最近的距离为a cm，Al与N原子最近的距离是晶胞体对角线长度的，而晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，则晶胞棱长为 cm，晶体密度＝＝ g/cm3。
9．(1)3d54s1　
(2)S2－>O2－>Na＋　
(3)sp3
(4)ABE　
(5)V形　SO3　
SO2和SO3中心原子均为sp2杂化，SO2含有一对孤电子对，对硫氧键排斥作用更大　
(6)MgH2　
解析：(5)SO2的价层电子对数为2＋(6－2×2)＝3，有一对孤电子对，SO2的空间构型为V形。(6)晶胞中含Mg：8×＋1＝2；H：2＋4×＝4，故化学式为MgH2，根据ρ＝＝ g·cm－3，故V＝ cm3。
10．(1)C60F60　 g
(2)ac
(3)ae
(4)正四面体　3∶1　4
(5)　12　× cm
解析：(1)C60中每个碳原子的连接方式为，所以一个C60中共有双键0.5×60＝30个，则与F2加成的产物应为C60F60；C60为面心立方最密堆积，则m·NA＝4×12×60 g·mol－1，m＝ g。
(2)在冰中存在氢键，空间利用率较低，密度较小，a、c正确。
(3)石墨中C—C键键长小于金刚石中C—C键键长，所以熔点：石墨>金刚石，金刚石的碳原子呈sp3杂化，而石墨中的碳原子呈sp2杂化，所以共价键的键角：石墨大于金刚石，石墨属于混合晶体，则a、e正确。
(4)在BN中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为正四面体形，在四个共价键中，其中有一个配位键，其个数之比为3∶1，在晶胞中，含N：8×＋6×＝4个，含B 4个。
(5)根据铜的堆积方式，Cu原子的配位数应为12，设晶胞边长为a cm，则a3·ρ·NA＝4M，a＝，面对角线为× cm，其为Cu原子半径，即r＝× cm。
11．(1)3　洪特　
(2)sp3　正四面体　a
(3)MgCO3　镁离子半径较小，氧化镁键能较大，镁离子更容易结合碳酸根中氧离子
(4)(，，)　
解析：(1)基态Sn原子价层电子排布式5s25p2，有5s轨道，5p轨道共有3个，只占了2个，所以共有3种空间运动状态，基态氧原子的价层电子排布式不能表示为2s22p2p，该原子没有排pz轨道，因为这违背了洪特规则；(2)[B(OH)4]－中氧原子形成2个σ键，且含有2对孤电子对，其杂化轨道类型为sp3，[B(OH)4]－中B原子形成4个σ键，无孤电子对，依据价层电子对互斥理论可知，其空间构型为正四面体结构，[Sn(OH)6]2－中，Sn有空轨道，O有孤电子对，两者形成配位键，该配位键属于σ键，是不同种原子共用电子对形成极性键，不可能是π键；(3)碳酸钡、碳酸镁分解得到的金属氧化物中，分解温度较低的是MgCO3，其原因是镁离子半径较小，氧化镁键能较大，镁离子更容易结合碳酸根中氧离子；(4) 1号砷原子与周围4个B原子形成正四面体结构，1号砷原子与原点B原子在体对角线上，且1号砷原子与原点B原子距离为对角线的 ，可知1号砷原子的坐标为(，，)，若晶胞中As原子到B原子最近距离为a pm，设边长为x pm，则x＝a pm，则1 mol晶胞的体积为：NA××a3×10－30 cm3 ，1个晶胞含有B个数为8×＋×6 ＝4，含As个数为4，则1 mol晶胞质量为：4×M(BAs)＝4×86 g，则晶胞密度ρ＝＝ g/cm3 ＝ g·cm－3。
12．(1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2　4p
(2)sp、sp2、sp3　4　N>O>S
(3)
(4)　
解析：（1） Fe为26号元素，根据构造原理，原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2；As为33号元素，气态As原子的核外电子排布式：[Ar]3d104s24p3，故占据能量最高的原子轨道为4p；
（2）图A所示的配合物离子中，环上的C为sp2杂化，—C≡O中的碳原子为sp杂化，其余为sp3杂化，故填：sp、sp2、sp3；Ni2＋形成4个配位键，故配位数为4; N的电子排布为半充满，N的第一电离能比O大，S的第一电离能比O小；电离能比较为：N>O>S；
（3）茂环阴离子中，每一个碳原子均为sp2杂化，有3个价电子形成3个σ键，每个碳原子有一个未成键的p电子，加上得到的一个电子，形成5原子6电子大π键，故答案为：；
（4）计算原子个数：Ba：8顶点一体心，8×1/8＋1＝ 2；Fe：8个面心，8×1/2＝4；As：8个棱边，2个体心，8×1/4＋2＝4；故晶胞的质量为： g＝ g；晶胞的体积为：V＝a2b×10－21 cm3；故晶胞密度为： g/cm3；图C是该晶胞的俯视图，需要补充三处，体心的Ba，棱边的As，面心的Fe，如图。
13．(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)　第四周期Ⅷ族
(2)①sp3　正四面体形　
②配位键、离子键　
③氨分子和水分子间能形成氢键　氨分子和水分子都是极性分子，相似相溶
(3)2NA　C
(4)××1010