新高考2024版高考化学一轮复习微专题小练习专练57结构与性质综合应用

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将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题：
(1)图1所示的几种碳单质，它们互为________，其中属于原子晶体的是________，C60间的作用力是________。
(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。
酞菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是________(填图2酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为________，氮原子提供孤对电子与钴离子形成________键。
(3)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中Al的轨道杂化类型为________。AlF3的熔点为1 090 ℃，远高于AlCl3的192 ℃，由此可以判断铝氟之间的化学键为________键。AlF3结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F－的配位数为________。若晶胞参数为a pm，晶体密度ρ＝________g·cm－3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。
2．[2022·湖南卷]铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用，回答下列问题：
(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药，其结构式如下：
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]________；
②该新药分子中有________种不同化学环境的C原子；
③比较键角大小：气态SeO3分子________SeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 离子(填“>”“<”或“＝”)，原因是____________________________________。
(2)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：
①富马酸分子中σ键与π键的数目比为________；
②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为________。
(3)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3－转化NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ，反应过程如图所示：
①产物中N原子的杂化轨道类型为________；
②与NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
(4)钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
①该超导材料的最简化学式为________________________________________________________________________；
②Fe原子的配位数为________；
③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为____________________________g·cm－3(列出计算式)。
3．[2022·山东卷]研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出)，每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°。回答下列问题：
(1)基态Ni原子的价电子排布式为________，在元素周期表中位置为__________________。
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键，Ni2＋与Zn2＋的配位数之比为________；x∶y∶z＝________。
(3)吡啶()替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的 eq \i\pr\in(6,6,) 大π键，则吡啶中N原子的价层孤电子对占据________(填标号)。
A．2s轨道 B．2p轨道
C．sp杂化轨道 D．sp2杂化轨道
(4)在水中的溶解度，吡啶远大于苯，主要原因是①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________。
(5)的碱性随N原子电子云密度的增大而增强，其中碱性最弱的是________。
4．[2022·河北卷]含Cu、Zn、Sn及S的四元半导体化合物(简写为CZTS)，是一种低价、无污染的绿色环保型光伏材料，可应用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题：
(1)基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为________。
(2)Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)SnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的几何构型为________，其中心离子杂化方式为________。
(4)将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，称其为顺磁性物质。下列物质中，属于顺磁性物质的是________(填标号)。
A．[Cu(NH3)2]Cl B．[Cu(NH3)4]SO4
C．[Zn(NH3)4]SO4D．Na2[Zn(OH)4]
(5)如图是硫的四种含氧酸根的结构：
根据组成和结构推断，能在酸性溶液中将Mn2＋转化为MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 的是________(填标号)，理由是________________________________________________________________________。
(6)如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。
①该物质的化学式为____________。
②以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中A原子的坐标为( eq \f(3,4) ， eq \f(1,4) ， eq \f(1,8) )，则B原子的坐标为____________。
专练57 结构与性质综合应用
1．答案：（1）同素异形体 金刚石 范德华力
（2）③ ＋2 配位
（3）sp3 离子 2 eq \f(84×1030,NA·a3)
解析：（1）同一元素形成的不同单质之间互为同素异形体。图1所示的几种碳单质，它们的组成元素均为碳元素，因此，它们互为同素异形体；其中金刚石属于原子晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，碳纳米管不属于原子晶体；C60间的作用力是范德华力；
（2）已知酞菁分子中所有原子共平面，则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp2杂化，且分子中存在大π键，其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道，其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键，标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键，因此标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出H＋；钴酞菁分子中，失去了2个H＋的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子，因此，钴离子的化合价为＋2，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。
（3）由Al2Cl6的空间结构结合相关元素的原子结构可知，Al原子价层电子对数是4，其与其周围的4个氯原子形成四面体结构，因此，二聚体中Al的轨道杂化类型为sp3。AlF3的熔点为1 090 ℃，远高于AlCl3的192 ℃，由于F的电负性最大，其吸引电子的能力最强，因此，可以判断铝氟之间的化学键为离子键。由AlF3的晶胞结构可知，其中含大球的个数为12× eq \f(1,4) ＝3，小球的个数为8× eq \f(1,8) ＝1，则大球为F－，距F－最近且等距的Al3＋有2个，则F－的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为（a pm）3＝a3×10－30 cm3，晶胞的质量为 eq \f(84 g,NA) ，则其晶体密度ρ＝ eq \f(84×1030,NA·a3) g·cm－3。
2．答案：（1）①3d104s24p4 ②8 ③＞ 前者中Se为sp2杂化、后者中Se为sp3杂化
（2）①11∶3 ②O＞C＞H＞Fe
（3）①sp3 ②H2O
（4）①KFe2Se2 ②4 ③ eq \f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4) ×1021
解析：（1）①Se为34号元素，根据构造原理可写出基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②该物质结构对称，具有如图所示8种不同化学环境的C原子：
。③SeO3中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为0，SeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为 eq \f(6＋2－3×2,2) ＝1，故SeO3和SeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中Se原子分别为sp2和sp3杂化，则SeO3分子中键角大于SeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中键角。（2）①由富马酸分子的结构模型可确定其结构简式为，由单键均为σ键，双键有1个σ键和1个π键，知该分子中σ键和π键的数目比为11∶3。②富马酸亚铁中含C、H、O、Fe四种元素，由电负性递变规律可知，电负性由大到小的顺序为O>C>H >Fe。（3）①产物中N原子形成4个共价键，则其采取sp3杂化。（4）①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影图可知，占据顶点和体心位置的为K原子，故K原子个数为8× eq \f(1,8) ＋1＝2，每个竖直棱上有2个Se原子，体内有2个Se原子，故Se原子个数为8× eq \f(1,4) ＋2＝4，每个竖直面上有2个Fe原子，故Fe原子个数为8× eq \f(1,2) ＝4，该物质的晶胞结构如图所示：
其最简化学式为KFe2Se2。③以1号Fe原子为研究对象，2号和3号铁原子及其对称位置的2个Fe原子距离1号Fe原子最近，故Fe的配位数为4。③该晶胞的质量为 eq \f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA) g，体积为0.4×0.4×1.4×10－21 cm3，故该晶体的密度为 eq \f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4) ×1021 g·cm－3。
3．答案：（1）3d84s2 第4周期（第）Ⅷ族
（2）2∶3 2∶1∶1 （3）D
（4）①吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ②吡啶和H2O均为极性分子相似相溶，而苯为非极性分子
（5）
解析：（1）Ni是28号元素，故基态Ni原子的价电子排布式为：3d84s2，在周期表中第四横行第10纵列即位于第4周期第Ⅷ族。
（2）由题干晶胞示意图可知，，Ni2＋周围连接四个原子团，形成的配位键数目为：4，空间结构为正方形，VSEPR模型为平面四边形，采用dsp2杂化；Zn2＋周围形成的配位键数目为：6，VSEPR模型为正八面体，采用sp3d2杂化，所以Ni2＋与Zn2＋的配位数之比为4∶6＝2∶3；含有CN－（小黑球N＋小白球C）为：8× eq \f(1,2) ＝4，含有NH3（棱上小黑球）个数为：8× eq \f(1,4) ＝2，晶胞中苯环在四个侧面且每个苯环只有一半属于该晶胞，所以苯环个数为：4× eq \f(1,2) ＝2，则该晶胞的化学式为：Ni（CN）4·Zn（NH3）2·2C6H6，即x∶y∶z＝4∶2∶2＝2∶1∶1，故答案为：2∶3；2∶1∶1。
（3）已知吡啶中含有与苯类似的 eq \i\pr\in(6,6,) 大π键，则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化，杂化轨道只用于形成σ键和存在孤电子对，则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道，答案为D。
（4）已知苯分子为非极性分子，H2O分子为极性分子，且吡啶中N原子上含有孤电子对能与H2O分子形成分子间氢键，从而导致在水中的溶解度，吡啶远大于苯。
（5）已知—CH3为推电子基团，—Cl是吸电子基团，则导致N原子电子云密度大小顺序为：，结合题干信息可知，其中碱性最弱的为：。
4．答案：（1）2∶1（或1∶2）
（2）Cu Cu的价电子排布式为3d104s1，Zn的价电子排布式为3d104s2，Zn为全充满稳定结构，Cu的第一电离能比Zn的第一电离能小，Cu失去一个电子后形成的Cu＋的价电子排布式为3d10，为全充满稳定结构，较难失去电子，Zn失去1个电子后形成的Zn＋的价电子排布式为3d104s1，较易失去一个电子达到更稳定状态，Cu的第二电离能比Zn的第二电离能大
（3）三角锥形 sp3 （4）B
（5）D D（S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ）中含有过氧键，具有强氧化性
（6）①Cu2ZnSnS4 ②（ eq \f(1,4) ， eq \f(3,4) ， eq \f(5,8) ）
解析：（1）基态S原子的价电子排布式为3s23p4，价电子的轨道表示式为，两种自旋状态的电子数之比为2∶1。（3）SnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 中Sn的孤电子对数为 eq \f(4＋1－1×3,2) ＝1、成键电子对数为3，杂化方式为sp3，因此SnCl eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 的几何构型为三角锥形。（4）主族元素形成的离子或配体中一般不含有未成对电子，因此该题只需判断配合物的中心离子是否存在未成对电子。[Cu（NH3）2]Cl中Cu＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，[Cu（NH3）4]SO4中Cu2＋的价电子排布式为3d9，含未成对电子，[Zn（NH3）4]SO4中Zn2＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，Na2[Zn（OH）4]中Zn2＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，因此属于顺磁性物质的是[Cu（NH3）4]SO4。（5）Mn2＋转化为MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ，Mn2＋被氧化，则该离子具有强氧化性，中含有过氧键，具有强氧化性，在酸性溶液中可将Mn2＋氧化为MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 。（6）①结合均摊法进行分析，晶胞中S原子数目为8，Sn原子数目为2× eq \f(1,2) ＋4× eq \f(1,4) ＝2，Zn原子数目为8× eq \f(1,8) ＋1＝2，Cu原子数目为8× eq \f(1,2) ＝4，故该物质的化学式为Cu2ZnSnS4。②结合图中A、B原子的位置及A原子的坐标可得出B原子的坐标。