2020高考化学冲刺600分题型四物质结构与性质（选修3）练习（含解析）

题型四　物质结构与性质(选修3)

(A组)

1．硼和氮的单质及其一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。回答下列问题：

(1)基态B原子核外有________种运动状态不同的电子，B和N电负性较大的是________。

(2)经测定发现，N2O5固体由NO和X两种离子组成，与X互为等电子体的微粒有________(写出一种)。

(3)第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素间的元素有________种。

(4)BF3和NF3的空间构型分别为________、________。

(5)已知NH4F、NH4Br、NH4I热稳定性逐渐增强，原因是________________________。__________________。

(6)晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图1)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则此基本结构单元由________个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有________种不同类型。

(7)硼和氮构成的一种氮化硼晶体的结构与石墨晶体结构类似，B、N原子相互交替排列(如图2)，其晶胞结构如图3所示。设每层B—N核间距为a pm，层间距为b pm，则该氮化硼晶体的密度为________g·cm－3(用含a、b、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。

答案：

(1)5　N　(2)CO或BF3(其他合理答案均可)　(3)3

(4)平面三角形　三角锥形

(5)NH4X(X为F－、Br－、I－)分解生成NH3和HX，F－、Br－、I－的离子半径依次增大，X越来越难夺取NH中的H形成HX，H—X键越来越难形成，从而NH4X越来越不容易分解，热稳定性越来越好

(6)12　3　(7)

解析：(1)B原子核外有5个电子，所以有5种不同运动状态的电子；同一周期主族元素，从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：B<N。(2)根据电荷守恒和原子守恒得出X为NO，与NO互为等电子体的微粒有CO、BF3等。(4)BF3中B原子形成3个σ键，孤电子对数为＝0，BF3中B原子采取sp2杂化，BF3立体构型为平面三角形，而NF3中N原子形成3个σ键，孤电子对数为＝1，N原子采取sp3杂化，NF3立体构型为三角锥形。(6)晶体硼的基本结构单元中所含硼原子数为12；根据定一移一的方法可知，该结构单元有3种不同类型。(7)根据图3可知一个晶胞中含有N原子数为2，B原子数为2，由图2和图3可知，晶胞底面积与图2中一个六边形面积相等，由题给数据知，一个六边形面积＝pm2＝×10－20 cm2，则晶胞的体积为×10－20 cm2×b×10－10 cm×2＝3a2b×10－30 cm3，故密度ρ＝ g·cm－3。

2．五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)和六水硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]都是重要的化工原料，用途十分广泛。请回答下列问题：

(1)基态铁原子的核外电子排布式为________________；基态铜原子的电子占据的最高能层符号为______________________________________________________。

(2)氧元素的第一电离能小于氮元素，其原因是______________________________。

(3)SO、H2O、NH三种微粒中，空间构型为正四面体的是____________；NH中氮原子的杂化轨道类型是____________。

(4)写出与SO互为等电子体的分子的化学式：________(写一种)。

(5)Cu与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体，在该晶胞中Cu原子处于面心，该晶体具有储氢功能，氢原子可进入Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中，储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构(如图)相似，该晶体储氢后的化学式为________，若该晶体的密度为ρ g·cm3，则晶胞中Cu原子与Au原子中心的最短距离d＝________ cm(NA表示阿伏加德罗常数的值)。

答案：

(1)1s22s22p63s23p63d64s2　N

(2)氮原子的2p轨道处于较稳定的半充满状态，不容易失去一个电子，故第一电离能比氧元素大

(3)SO、NH　sp3杂化

(4)SiCl4或CCl4(写一种，其他合理答案也可)

(5)H4Cu3Au　·

解析：(1)基态铁原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2；基态铜原子的电子占据的最高能层符号为N。(2)氮原子的2p轨道处于较稳定的半充满状态，不容易失去一个电子，故第一电离能比氧元素大。(3)SO和NH的空间构型为正四面体；NH中氮原子杂化轨道类型为sp3杂化。(4)与SO互为等电子体的分子是CCl4或SiCl4。(5)Cu与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体，在该晶胞中Cu原子处于面心，该晶体具有储氢功能，氢原子可进入Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中，储氢后的晶胞结构与金刚石晶胞结构相似，一个晶胞中有3个Cu原子，Au原子处于顶点，一个晶胞中有1个Au原子，有4个H原子，该晶体储氢后的化学式为H4Cu3Au；该晶体的密度为ρ g·cm3，则晶胞的边长为 cm，Cu原子与Au原子中心的最短距离为面对角线的一半，则d＝· cm。

3．科学家成功合成了新型抗肿瘤铂(Ⅳ)类化合物Pt(HPxSC)Cl3，请回答下列问题：

(1)基态磷原子价电子排布图为________。

(2)在元素周期表中，铂元素与铁元素同族，则铂元素位于________。

A．s区　　B．p区　　C．d区　　D．ds区　　E．f区

(3)磷、硫、氯的第一电离能由小到大的顺序为________________(填元素符号)。

(4)与S同族的相邻元素氢化物沸点最高的为________(填化学式)，其原因为__________________________。

(5)Pt2＋还能与吡啶()、Cl－结合形成二氯二吡啶合铂(Ⅱ)。

①吡啶分子中，氮原子的轨道杂化方式为________。

②二氯二吡啶合铂(Ⅱ)分子中存在的微粒间作用力有________(填字母)。

a．离子键　　　　b．配位键　　　c．金属键

d．非极性键　　　e．氢键

(6)铂(Pt)单质晶体中原子的堆积方式如图所示，由图可知，晶体铂的堆积方式为________________，一个晶胞中含有________个铂原子，距离每个铂原子最近且等距离的铂原子有________个。

答案：(1) 　(2)C　(3)S<P<Cl

(4)H2O　H2O分子间形成氢键

(5)①sp2　②bd　(6)面心立方(最)密堆积　4　12

解析：

(1)磷元素为15号元素，最外层为5个电子，价电子排布图为。

(2)铁的价电子排布为3d64s2，位于d区，铂也位于d区。

(3)根据元素周期律，S、P、Cl三种元素在同一周期，但是P的最外层处于半充满状态，故按照S<P<Cl的顺序第一电离能增加。

(4)同族的相邻元素氢化物沸点最高的是H2O，因为H2O中可以形成分子间氢键，造成H2O的沸点最高。

(5)①通过结构可知吡啶中的N与两个C以σ键相连同时还有一个大π键，剩余一对孤电子对，所以N原子是sp2杂化。②二氯二吡啶合铂(Ⅱ)分子中，中心离子是铂(Ⅱ)，配体是氯和吡啶，所以有配位键和非极性键，故选bd。

(6)由图象可知，为面心立方(最)密堆积，每个面心各有一个原子，八个顶点各有一个，6×1/2＋8×1/8＝4，所以一个晶胞有4个铂原子，距离每个铂原子最近且等距离的铂原子有12个。

4．75号元素铼，熔点仅次于钨，是制造航空发动机的必需元素。地壳中铼的含量极低，多伴生于钼、铜、锌、铅等矿物中。回答下列问题：

(1)锰与铼处于同一族，锰原子价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为________________，它处于周期表的________区。

(2)与铼伴生的铜能形成多种配合物。如：醋酸二氨合铜(Ⅰ)[Cu(NH3)2]Ac可用于吸收合成氨中对催化剂有害的CO气体：[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO(Ac表示醋酸根离子)。

①与铜离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是________________。

②配位体NH3中N原子的杂化类型为________，1 mol配离子[Cu(NH3)2]＋中含有σ键的数目为________。

③写出与CO互为等电子体的一种离子的化学式：____________________。

(3)金属铼的熔点高于锰，试从原子结构的角度加以解释：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)三氧化铼为立方晶胞，晶胞参数为3.74A(1A＝10－10 m)，铼原子占据顶点，氧原子占据所有棱心。则铼原子的配位数为____________，三氧化铼的密度为____________g/cm3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，写计算式即可)。

答案：

(1)

(2)①具有孤电子对(或孤对电子)　②sp3　8NA

③CN－或C或NO＋(写一种即可)

(3)从锰到铼原子序数增大，核对外层电子引力增大，电子层数增多，核对外层电子引力减小，但前者占主导，所以铼中的金属键更强，熔点更高

(4)6　

解析：(1)锰为25号元素，位于第四周期第ⅦB族，价层电子排布式为3d54s2，价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为

处于周期表的d区。(2)①与铜离子形成配合物的分子或离子应具有孤电子对(或孤对电子)，和铜离子形成配位键；②配位体NH3中，N原子形成三个σ键，有一对孤电子，杂化类型为sp3；1个[Cu(NH3)2]＋中含有6个σ键，2个配位键，配位键也是σ键，1 mol配离子[Cu(NH3)2]＋中含有σ键的数目为8NA；③等电子体为具有相同的原子数和价电子数的分子或离子，与CO互为等电子体的一种离子的化学式为CN－或C或NO＋。(3)从猛到铼原子序数增大，核对外层电子引力增大，电子层数增多，核对外层电子引力减小，但前者占主导，所以铼中的金属键更强，熔点更高。(4)三氧化铼为立方晶胞，铼原子占据顶点，氧原子占据所有棱心，根据均摊法可知铼原子的配位数为6,1 mol晶胞中含1 mol三氧化铼，根据ρ·V·NA＝N·M，可求出密度为 g/cm3。

(B组)

5．氮、氧、硫、磷是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题：

(1)SO2分子的VSEPR模型名称是________。

(2)N、O、P三种元素第一电离能由大到小的顺序是________。

(3)气态氢化物氨(NH3)和膦(PH3)的键角较大的是(填化学式)________，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)SCN－中C原子的杂化类型为________杂化，1 mol SCN－中含π键的数目为________NA。

(5)晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞结构如图所示，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；D为(1,1,1)。则C的原子坐标参数为________。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为________cm。(用含a的代数式表示)

答案：(1)平面三角形　(2)N>O>P　(3)NH3　电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间排斥力较大　(4)sp　2　(5)①　②a

解析：(1)SO2分子中S的价层电子对数＝2＋1＝3，故其VSEPR模型为平面三角形。(2)P原子比N、O原子多一个电子层，第一电离能最小，氮元素2p能级处于半充满状态，第一电离能：N>O，故第一电离能由大到小的顺序为：N>O>P。(3)由于电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子N，成键电子对间排斥力较大，故NH3键角较大。(4)SCN－的中心原子为C，按照价层电子对互斥理论可知，C的孤电子对数为0，成键电子对数为2，即中心原子C采取sp杂化；由SCN－与CO2互为等电子体知，SCN－的电子式为[:::C:::]－，故1 mol SCN－中含2 mol π键。(5)①根据图示中A、B的原子坐标参数可确定C的原子坐标参数为。②P原子与B原子的最近距离为晶胞体对角线长的，为a cm，则晶胞体对角线长为4a cm，故磷化硼晶胞的边长为 cm＝a cm。

6．C、N、O、Si、P、Ge、As及其化合物在科研和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

(1)基态氮原子核外电子占据的原子轨道数目为________。

(2)图1表示碳、硅和磷三种元素的四级电离能变化趋势，其中表示磷的曲线是________(填标号)。

(3)NH3的沸点比PH3高，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)根据等电子原理，NO＋电子式为________。

(5)Na3AsO4中AsO的空间构型为________，As4O6的分子结构如图2所示，则在该化合物中As的杂化方式是________。

(6)锗的某种氧化物晶胞结构如图3所示，该物质的化学式为________。已知该晶体密度为7.4 g/cm3，晶胞边长为4.31×10－10 m。则锗的相对原子质量为________(保留小数点后一位)。(已知：O的相对原子质量为16,4.313＝80，NA＝6.02×1023 mol－1)

答案：

(1)5　(2)b　(3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力

(4)[:N⋮⋮O:]＋　(5)正四面体　sp3

(6)GeO　73.1

解析：(1)N为7号元素，基态氮原子核外电子排布式为1s22s22p3，占据5个原子轨道。(2)同主族自上而下第一电离能减小，P元素3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，故Si的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c为Si，P原子第四电离能为失去4s2能级中1个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大，可知b为P、a为C。(3)NH3分子间存在较强的氢键作用，而PH3分子间仅有较弱的范德华力，因此NH3的沸点比PH3高。(4)根据等电子原理，NO＋与CO互为等电子体，电子式为[:N⋮⋮O:]＋。(5)AsO中As与周围4个O原子相连，采用sp3杂化，空间构型为正四面体，根据As4O6的分子结构图，As与周围3个O原子相连，含有1个孤电子对，采用sp3杂化。(6)晶胞中Ge原子数目为4，O原子数目为8×＋6×＝4，则化学式为GeO。设锗的相对原子质量为M，则该晶胞质量为 g＝7.4 g/cm3×(4.31×10－8 cm)3，解得M＝73.1。

7．2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者均为中国科大10级少年班曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态，可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲)，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(如图乙)。

(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

(2)图乙中，1号C的杂化方式是____________________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。

(3)我国制墨工艺是将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水，在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定，其原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。

(5)金刚石与石墨都是碳的同素异形体。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为________。

(6)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图丁所示)的水合物晶体，其相关参数如表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图丁中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，结合图表从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)3　(2)sp3　<　(3)氧化石墨烯可与水形成氢键

(4)12　M3C60　(5)×100%(或34%)

(6)①氢键、范德华力　②CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与水的结合能大于CH4与水的结合能

解析：(1)题图甲中，1号C与相邻3个碳原子成键，σ键的个数为3。(2)题图乙中，1号C与3个C、1个—OH成键，无孤电子对，杂化轨道数为4，杂化方式为sp3。题图乙中1号C与相邻C形成的键角约为109°28′，而题图甲中1号C为sp2杂化，1号C与相邻C形成的键角为120°，故题图乙中1号C与相邻C形成的键角<题图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)氧化石墨烯中含有羟基、羧基，能与水形成氢键，因此氧化石墨烯溶于水得到的分散系更稳定。(4)该晶胞中，12个M在晶胞的棱心，9个M在晶胞内部，M的个数为12×＋9＝12，而6个C60在晶胞面心，8个C60在晶胞的顶点，C60的个数为6×＋8×＝4，M和C60的个数比为12:4＝3:1，故该材料的化学式为M3C60。(5)金刚石的晶胞结构中碳原子位于立方体的顶点(8个)、面心(6个)及内部(4个)，将立方体切割成8个小立方体，在其中4个互不相邻的小立方体体心各有1个碳原子。根据硬球接触模型，立方体体对角线长度的就是C—C键的键长，晶胞立方体体对角线长度为a，所以×a＝2r，所以r＝a。碳原子数为8×＋6×＋4＝8，晶胞的体积为a3，碳原子的体积为8×πr3，空间占有率为×100%＝×100%＝34%。(6)①可燃冰为甲烷的水合物，甲烷和甲烷间、甲烷和水分子间为范德华力，水分子间为氢键。②根据题表中提供的数据可知，CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且CO2与H2O的结合能大于CH4与H2O的结合能，因此科学家提出用CO2置换CH4的设想。

8．钛及其化合物的应用正越来越受到人们的关注。

(1)基态Ti原子核外电子排布的最高能级的符号是________。与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。

(2)钛比钢轻、比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是________________________________。

(3)TiCl4是氯化法制取钛的中间产物。TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，分子结构相同。采用蒸馏的方法分离SiCl4和TiCl4的混合物，先获得的馏分是________(填化学式)。

(4)半夹心结构催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，其结构如图所示。

①组成该物质的元素中，电负性最大的是________(填元素名称)。

②M中，碳原子的杂化形式有________种。

③M中，不含________(填标号)。

a．π键　　　　　　b．σ键　　　　　　c．配位键

d．氢键　　　　　　e．离子键

(5)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一，具有四方晶系结构。其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示。

①4个微粒A、B、C、D中，属于氧原子的是________。

②若A、B、C的原子坐标分别为A(0,0,0)，B(0.69a,0.69a，c)、C(a，a，c)，则D的原子坐标为D(0.19a，______，______)；钛氧键的键长d＝________(用代数式表示)。

答案：(1)3d　3

(2)Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(或Ti的原子化热比Al大，金属键更强等其他合理答案)

(3)SiCl4　(4)①氧　②2　③de　(5)①BD　②0.81a　0.5c　0.31×a

解析：(1)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，且未成对电子数为2，其核外电子排布的最高能级的符号是3d；第4周期元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有Ni(3d84s2)、Ge(4s24p2)、Se(4s24p4)3种。(2)钛与铝同为金属晶体，金属晶体的硬度主要由金属键决定，钛硬度比铝大的原因是Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(或Ti的原子化热比Al大，金属键更强等其他合理答案)。(3)由TiCl4和SiCl4在常温下都是液体，可知，两者均属于分子晶体且分子结构相同，分子间作用力是影响晶体物理性质的主要因素，相对分子质量越大分子间作用力越大，所以TiCl4比SiCl4沸点高，采用蒸馏的方法分离SiCl4和TiCl4的混合物，先获得的馏分是SiCl4。(4)半夹心结构催化剂M中含有C、H、O、Ti、Cl五种元素，电负性大小顺序为O>Cl>C>H>Ti，①组成该物质的元素中，电负性最大的是氧；②M中，碳原子的杂化形式有2种；③在半夹心分子结构中，C—C、C—H、C—O为σ键，环中存在大π键、Ti与O间存在配位键，不存在氢键与离子键。(5)①晶体结构有7大晶系，每个晶胞含有6个晶胞参数(棱长a、b、c；夹角α、β、γ)，金红石(TiO2)是典型的四方晶系，结构中A类原子8×1/8＝1、B类原子4×1/2＝2、D类原子2×1＝2、体心原子1×1＝1，原子B、D为O原子；原子A与体心原子为Ti(TiO＝12)；②结合晶系与晶胞参数可得原子坐标为A(0,0,0)、B(0.69a,0.69a，c)、C(a，a，c)、D(0.19a,0.81a,0.5c)、体心(0.5a,0.5a,0.5c)；钛氧键键长：d2＝(0.31a)2＋(0.31a)2，则d＝0.31×a。