高考化学热点试题热点25物质结构与性质综合题含解析答案

这是一份高考化学热点试题热点25物质结构与性质综合题含解析答案，共12页。
命题涉及的知识点主要有：能层、能级、轨道数分析，原子、离子的核外电子排布式或价电子的轨道表达式（或示意图）等，第一电离能、元素电负性大小比较，原子轨道杂化方式、化学键、氢键以及离子或分子的空间构型判断，晶胞结构的分析和有关晶胞、晶体的计算等。
1．铝离子电池能量密度高、成本低且安全性高，是有前景的下一代储能电池。铝离子电池一般采用离子液体作为电解质，几种离子液体的结构如下。
回答下列问题：
(1)基态铝原子的核外电子排布式为 。
(2)基态氮原子的价层电子排布图为___________(填编号)。
A．B．C．D．
(3)化合物I中碳原子的杂化轨道类型为 ，化合物II中阳离子的空间构型为 。
(4)化合物III中O、F、S电负性由大到小的顺序为 。
(5)传统的有机溶剂大多易挥发，而离子液体有相对难挥发的优点，原因是 。
(6)铝离子电池的其中一种正极材料为AlMn2O4，其晶胞中铝原子的骨架如图所示。
①晶体中与Al距离最近的Al的个数为 。
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，如图中原子1的坐标为(，，)，原子2的坐标为(，，)，则原子3的坐标为 。
③已知该晶体属于立方晶系，晶胞参数为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
2．中国近代化学启蒙者徐寿首次把“Nitrgen”译成中文时曾写成淡气”，意指它“冲淡”了空气中的氧气。含氮化合物种类繁多，用途广泛，根据信息回答下列问题。
(1)GaN是第三代半导体材料，基态Ga的电子排布式为 ，GaN晶体为共价键空间网状结构，熔点1700℃，晶体类型为 。
(2)硫酸四氨合铂[Pt(NH3)4]SO4在工业上用于镀铂，Pt的配位数为 ，其阴离子的空间构型为 。
(3)氨缩脲与胆矾溶液反应得到如图所示的紫色离子，离子中C的杂化类型是 。O的第二电离能比N第二电离能更大，解释其原因是 。
(4)常温下，三甲胺[N(CH3)3]气体常用作天然气的警报剂。[N(CH3)3]与其同分异构体CH3CH2CH2NH2相比较，熔点较高的是 。[N(CH3)3]易与H+形成三甲胺正离子，反应中形成的化学键属于 。
A．氢键 B．极性键 C．π键 D．配位键
(5)某铁氮化合物晶体的晶胞结构如图所示。
①若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为 。
②若晶胞中距离最近的两个铁原子距离为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为 g/cm3(列出计算式即可)。
3．某合金基体是铁碳合金，还含有一定量的Cr、Ni、Cu、C等元素。回答下列问题：
(1)基态碳原子核外电子所处的最高能层符号为 ，基态的外围电子排布图为 。
(2)六羰基铬[Cr(CO)₆]中σ键和π键的个数比为 ，与CO互为等电子体的是 。
A． B． C． D． E．HCl
(3)完成下列含碳化合物相关分析：
①A分子中采取sp²杂化的碳原子有 个。
②B的沸点低于对羟基苯甲醛()的沸点，其原因是 。
(4)是离子晶体，其晶格能可通过Brn-Haber循环计算得到。
通过图中数据 (填“能”或“不能”)计算出Cu原子的第一电离能，的晶格能为 kJ∙ml-1。
(5)的晶胞结构如图所示，A的原子坐标参数为(0，0，0)，B为(则C的原子坐标为 ；已知该晶体的密度为和的半径分别为和，NA代表阿伏加德罗常数的值，则该晶胞中离子的空间利用率为 (用代数式表示)。
4．2023年8月1日起，我国对镓(Ga)等相关物项实施出口管制。Ga与B、Al处于同一主族。请回答：
(1)基态Ga原子的价电子排布图： ；
(2)①硼的氢化物叫硼烷()。如(乙硼烷-6)、(丁硼烷-10)等。下列说法不正确的是 ；
A．B原子由需吸收能量
B．的结构式：
C．同周期相邻元素的电负性大小：
D．与反应生成，分子中键与键数目之比为：
②氮和硼形成的化合的BN，与互为等电子体，通常存在石墨型与金刚石型两种结构，可发生如下转化：。两类化合物中B原子的杂化方式分别为： ；金刚石型的BN的硬度大于金刚石，原因是 ；
③极易发生水解生成和，请写出反应的化学方程式： ；
(3)Ga与N形成的化合物是一种重要的半导体材料，晶体的部分结构如图。
①Ga的配位数为： ；
②下列所示为图1所对应晶胞的是： 。
A． B． C． D．
5．氮、硼、锂及其化合物在工农业生产、生活和科研中有着广泛的应用。回答下列问题：
(1)C、N、O的第二电离能由大到小的顺序是 。
(2)工业上曾用氰氨基法固氮，先将和纯在1100℃下反应得，然后水解得到，中含有的化学键类型为________(填标号)。
A．离子键B．极性共价键C．非极性共价键D．配位键
(3)、、中N原子能通过配位键与结合而使其具有碱性，且碱性：，试从物质结构角度进行解释 。
(4)一种硼酸盐的阴离子为，其结构中只有一个六元环，B的空间化学环境相同，O有两种空间化学环境，画出的结构图(注明所带电荷数) 。
(5)的结构如图：
则B原子的配位数是 。
(6)可由与按一定比例反应合成。和的熔点如表所示：
与均属于 晶体；熔点：，原因是 。
(7)的晶胞结构如图所示，其中位于体心，则位于 (填“顶点”或“棱边”)。
在晶胞的另一种结构中，位于顶点，则位于 (填“体心”“面心”或“棱边”)。
(8)氮化镓(GaN)为六方晶胞，其晶胞结构如图所示：
下列属于从晶体中分割出的平行六面体的是________(填标号)。
A．B．C．D．
物质
熔点/℃
938
300
参考答案：
1．(1)1s22s22p63s23p1
(2)C
(3) sp3、sp2 四面体
(4)F＞O＞S
(5)离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成，形成稳定的离子键
(6) 4 (，，) ×1030
【详解】（1）Al为第13号元素，基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1；
（2）基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p3，基态氮原子的价层电子排布图为，故选C；
（3）化合物I中碳原子存在单键也存在双键，杂化轨道类型为sp3、sp2杂化；化合物II中可认为(-CH3)代替了NH中的3个H，则阳离子的空间构型为四面体构型；
（4）化合物III中O、F、S，同周期电负性从左到右逐渐增大，同周期从上到下逐渐减弱，则电负性大小为：F＞O＞S；
（5）离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成，形成稳定的离子键；
（6）①以左下角定点铝为例，最近的Al为1号铝，故晶体中与Al距离最近的Al的个数为4；
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，如图中原子1的坐标为(，，)，原子2的坐标为(，，)，则原子3的坐标为(，，)，1与3同高z坐标相同，2与3x坐标相同。
③已知该晶体属于立方晶系，晶胞参数为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，其中Al的占有数为8×，则晶胞中共有8个AlMn2O4，则晶体的密度为×1030g·cm-3
2．(1) [Ar]3d104s24p1 原子晶体(共价晶体)
(2) 4 正四面体
(3) sp2 O失去1个电子后p能级变为半充满比N失去1个电子后的结构更稳定，因此第二电离能更大
(4) CH3CH2CH2NH2 BD
(5) 棱心和体心
【详解】（1）Ga是31号元素，位于元素周期表第四周期第ⅢA族，根据构造原理，可知基态Ga原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p1，可简写为[Ar]3d104s24p1；
GaN晶体为共价键空间网状结构，熔点1700℃，晶体类型为共价晶体(或原子晶体)；
（2）在络合物硫酸四氨合铂[Pt(NH3)4]SO4中，中心Pt原子与4个配位体NH3结合，故Pt的配位数为4；
外界离子的价层电子对数是4+=4，无孤对电子，因此的空间构型是正四面体形；
（3）在该微粒中，C原子形成3个σ共价键，因此该C原子采用sp2杂化；
O的第二电离能比N第二电离能更大，这是由于O失去1个电子后p能级变为半充满的稳定状态，比N失去1个电子后的结构更稳定，因此O的第二电离能比N第二电离能更大；
（4）[N(CH3)3]与其同分异构体CH3CH2CH2NH2都属于分子晶体，[N(CH3)3]的分子之间只存在分子间作用力，而CH3CH2CH2NH2分子之间除存在分子间作用力外，还存在氢键，增加了分子之间的吸引力，导致物质的熔沸点升高，因此二者相比较，熔点较高的是CH3CH2CH2NH2；
[N(CH3)3]易与H+形成三甲胺正离子，这是由于[N(CH3)3]的N原子上存在孤电子对，H+上存在空轨道，二者形成配位键，配位键属于极性键，故合理选项是BD；
（5）①根据图示可知：若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为棱心和体心；
②根据图示可知：在晶胞中含有Fe原子为8×+6×=4；含有N原子数是1个，由于晶胞中距离最近的两个铁原子距离为a pm，则根据相对位置可知：晶胞边长为pm，晶胞密度ρ=。
3．(1) L
(2) 1:1 AD
(3) 7 有机物B易形成分子内氢键，对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，故B的沸点低
(4) 不能 5643
(5)
【详解】（1）基态碳原子核外电子排布在 K、L 层，所以最高能层为 L；
（2）基态 Cr3+的外围电子排布式为 3d3，所以外围电子排布图为；CO中含有1σ个键和2个π键，CO和Cr形成6个配位键，故 Cr(CO)6中σ键和π键的个数比为(6+6):12=1:1，与 CO互为等电子体的是 、CN-，故选AD；
（3）①苯环和基碳原子均为 sp2杂化，故为7；
②有机物 B中羟基与醛基位于苯环的邻位碳原子上，故易形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛处于对位，易形成分子间氢键，故B的沸点低；
（4）第一电离能是指基态的气态原子失去最外层的一个电子变为气态离子所需能量，图中表示的是固态Cu原子，故不能确定Cu原子的第一电离能；
晶格能是指气态基态离子形成lml离子化合物所释放的能量，故 Cu3N的晶格能为3285 kJ·ml-1-822 kJ·ml-1+3180kJ·ml-1 =5643 kJ·ml-1；
（5）根据A的原子坐标参数为(0，0，0)，B为(则C点坐标为；
利用均摊法，位于顶点与面心，位于体心与棱上，则1个晶胞中含有4个和4个，故离子体积为，1个晶胞的体积为，则该晶胞中离子的体积占晶胞体积大百分率为。
4．(1)
(2) AB 、 金刚石型BN为共价晶体，的键能大于金刚石中键能，所有硬度更大 或
(3) 4 A
【详解】（1）
基态Ga原子的价电子排布图：；
（2）①
A．B原子由，与能量相同，不需吸收能量，故A错误
B．的结构式：，故B错误；
C．同周期元素电负性从左到右逐渐增强，所以同周期相邻元素的电负性大小：，故C正确；
D．与反应生成，分子中含4个共价单键和1个三键，则键与键数目之比为：，故D正确；
答案选AB；
②氮和硼形成的化合的BN，与互为等电子体，通常存在石墨型与金刚石型两种结构，可发生如下转化：。类比混合型晶体石墨，石墨中每个中心原子直接与其它3个原子相连，属于sp2杂化；类比共价晶体金刚石，每个C原子直接与其余4个C相连，属于sp3杂化；金刚石型的BN的硬度大于金刚石，原因：金刚石型BN为共价晶体，的键能大于金刚石中键能，所有硬度更大；
③极易发生水解生成和，反应的化学方程式：或；
（3）①根据晶体结构图可知，直接与Ga相连的N有4个，则Ga的配位数为4；
②晶胞是晶体结构的基本单元，根据晶胞与晶体间关系可知，为图1所对应晶胞的是，答案选A。
5．(1)N>O>C
(2)AB
(3)、、中N原子能通过配位键与结合而使其具有碱性，越容易形成配位键，其碱性越强，中只有1个氮含有一对孤电子对，空间位阻最小，最容易和氢离子结合，碱性最强；中存在电负性更大的氧，导致N给出电子能力较弱，不容易与氢离子形成配位键且存在位阻，碱性最弱；中存在2个电负性较大的N且位阻较大，导致与氢离子形成配位键较弱，碱性较弱；故碱性：
(4)或
(5)3、4
(6) 离子 两者均为离子晶体，离子半径大于S2-，且所带电荷数小于S2-，晶格能大于
(7) 棱边 体心
(8)AC
【详解】（1）同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，C、N、O的第二电离能由大到小的顺序是N>O>C；
（2）是由钙离子和构成的，中含有碳氮极性键，故含有的化学键类型为AB；
（3）、、中N原子能通过配位键与结合而使其具有碱性，越容易形成配位键，其碱性越强，中只有1个氮含有一对孤电子对，空间位阻最小，最容易和氢离子结合，碱性最强；中存在电负性更大的氧，导致N给出电子能力较弱，不容易与氢离子形成配位键且存在位阻，碱性最弱；中存在2个电负性较大的N且位阻较大，导致与氢离子形成配位键较弱，碱性较弱；故碱性：；
（4）B为+3价，O为-2价，可知中n=3，结构中只有一个六元环，B的空间化学环境相同，O有两种空间化学环境，因六元环中有3个B原子、3个O原子，B、O原子依次间隔连接，且每个B原子还连接1个不在六元环上的O原子，则结构式为：或 ；
（5）由图所知，离子中B原子所连接的原子数分别为3个和4个，则B原子的配位数是3、4；
（6）离子晶体的熔沸点较高，根据熔沸点，都为离子晶体，离子晶体的熔沸点高低取决于离子半径大小和离子所带电荷数，离子半径大于S2-，且所带电荷数小于S2-，晶格能大于，所以的熔点大于的熔点，故答案为：离子晶体；两者均为离子晶体，离子半径大于S2-，且所带电荷数小于S2-，晶格能大于；
（7）如图所示的晶胞结构，根据均摊法，含有1个且位于体心；根据化学式可知，含有3个Li+，则Li+位于棱边；在晶胞的另一种结构中，位于顶点，把晶胞的向右上移至顶点，则向右上移至于体心，故答案为：棱边；体心；
（8）由图可知，从晶体中分割出的平行六面体，若镓原子在8个顶点，则四条竖棱上存在4个氮原子且位于棱心的中上部，体内存在1个氮原子、1个镓原子；若氮原子在8个顶点，则四条竖棱上存在4个镓原子且位于棱心的中下部，体内存在1个氮原子、1个镓原子；故选AC。