2020届高考化学二轮复习物质结构与性质作业 (2) 练习

1．原子结构与性质。

2．分子结构与性质。

3．晶体结构与性质。

测试时间45分钟

1．(2019·烟台诊断性测试)钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用。回答下列问题：

(1)写出As的基态原子的电子排布式__________。

(2)N、P、As为同一主族元素，其电负性由大到小的顺序为____________，它们的氢化物沸点最高的是__________。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体，已知其中阴离子与SO互为等电子体，则该阴离子的化学式为__________。

(3)Fe3＋、Co3＋与N、CN等可形成络合离子。

①K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2＋，配体CN－中碳原子杂化轨道类型为________。

②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为________，其配离子中含有的化学键类型为__________(填“离子键”“共价键”或“配位键”)，C、N、O的第一电离能最大的为_______，其原因是______________。

(4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为______。已知砷化镓晶胞边长为a pm，其密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数的数值为__________(列出计算式即可)。

解析：(1)As的原子序数为33，由构造原理可知电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。(2)As、P、N元素属于同一主族元素，其原子序数逐渐减小，则其电负性逐渐增大，即N>P>As；它们的氢化物中NH3中存在氢键，沸点最高；原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体，且等电子体结构相似，阴离子与SO互为等电子体，且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构，则该离子是NO。(3)①CN－中碳原子价层电子对数为1＋(4＋1－1×3)＝2，所以采取sp杂化；②配位化合物[Co(N3)(NH3)5]SO4中心原子的配位数为6；其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键；C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大有增大趋势，但氮原子2p轨道上的电子为半充满，相对稳定，更不易失去电子，所以其第一电离能大小顺序是N>O>C。(4)镓原子处于晶胞的顶点和面心，Ga与周围等距离且最近的As形成的空间构型为Ga在中心As在四个顶点形成的正四面体结构；一个晶胞占有4个镓原子和4个砷原子，若晶胞的边长为a pm，则晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，晶体的密度为ρ g·cm－3，则晶胞质量为(a×10－10)3 cm3×ρ g·cm－3＝ρa3×10－30 g，则ρa3×10－30 g×NA＝4×145 g·mol－1，则NA＝。

答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)

(2)N>P>As　NH3　NO

(3)①sp　②6　共价键、配位键　N　氮原子2p轨道上的电子为半充满，相对稳定，更不易失去电子

(4)正四面体　

2．(2019·广东六校联考)英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图1：

(1)下列有关石墨烯说法正确的是________(填序号)。

A．键长：石墨烯>金刚石

B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面

C．12 g石墨烯含σ键数为NA

D．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力

(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。

①铜原子在基态时，在有电子填充的能级中，能量最高的能级符号为________；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有________。

②乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还大的丁烷，请解释原因

______________________________________。

③下列分子属于非极性分子的是________(填序号)。

a．甲烷　　　　　　 b．二氯甲烷

c．苯   d．乙醇

④酞菁与酞菁铜染料分子结构如图2，酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是________；酞菁铜分子中心原子的配位数为________。

⑤金与铜可形成的金属互化物合金(如图3，该晶胞中，Au占据立方体的8个顶点)：它的化学式可表示为________；在Au周围最近并距离相等的Cu有________个，若2个铜原子核的最小距离为d pm，该晶体的密度可以表示为______________ g·cm－3。(阿伏加德罗常数用NA表示)

解析：(1)金刚石中碳原子之间只存在σ键，石墨烯中碳原子之间存在σ键和π键，因此键长：石墨烯<金刚石，故A项错误；石墨烯是平面形分子，分子中所有原子可以处于同一平面，故B项正确；一个碳原子中含有个单键，即个σ键，所以12 g石墨烯含σ键数为NA，故C项错误；石墨层内是共价键，石墨层与层之间的作用力是范德华力，所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力，故D项正确。(2)①铜原子在基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，在有电子填充的能级中，能量最高的能级符号为3d；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有K和Cr；②乙醇分子间存在氢键，使得其熔、沸点升高，而丁烷分子间不存在氢键；③甲烷为正四面体结构，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，故a正确；二氯甲烷为四面体分子，结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，故b错误；苯为平面正六边形，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，故c正确；乙醇结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，故d错误；④酞菁分子中碳原子形成3个σ键和1个π键，所以采取sp2杂化；酞菁铜分子中能提供孤电子对的氮原子才是配位原子，所以酞菁铜分子中心原子的配位数为2；⑤该晶胞中含铜原子个数为6×＝3，含有金原子数为8×＝1，所以其化学式为Cu3Au或AuCu3，根据图示，铜原子周围最近并距离相等的金原子有4个。根据化学式，在Au周围最近并距离相等的Cu有12个；若2个铜原子核的最小距离为d pm，则晶胞的棱长为d pm＝d×10－10 cm，该晶体的密度＝＝ g·cm－3。

答案：(1)BD

(2)①3d　K、Cr　②乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键　③a、c　④sp2　2　⑤Cu3Au(或AuCu3)　12　

3．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，其单质及化合物在航天、军事、航海、医疗等领域都有着重要的应用。请回答下列问题：

(1)基态钛原子的价层电子排布图为________________。

(2)在TiO、TiN、TiS2、TiCl4等化合物中，S、Cl的电负性大小：S________Cl(填“>”“<”或“＝”)，O、N的第一电离能大小为O<N，原因是______________________。

(3)TiCl4的熔点是－23 ℃，沸点是136 ℃，可溶于CCl4，该晶体是________晶体。TiCl4中加入大量水，同时加热，可制得二氧化钛的水合物(TiO2·xH2O)，再经焙烧可得TiO2，写出生成二氧化钛水合物(TiO2·xH2O)的化学方程式_____________________________。

(4)TiO2能溶于浓硫酸并析出一种离子晶体，已知其中阳离子是以链状聚合物形式存在的钛酰阳离子，其结构如图1所示，其化学式为________。阴离子SO中硫原子的杂化方式为________________，写出一种与SO互为等电子体的分子__________。

图1

(5)如图2是钛晶体在空间的一种堆积方式，此堆积方式叫________，钛原子的配位数为________。已知：a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为__________ g·cm－3(NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。

解析：(1)Ti是22号元素，价层电子排布式为3d24s2，所以价层电子排布图为：。(2)氯元素的非金属性比硫强，所以Cl的电负性大于S，氮元素原子的价层电子排布式为2s22p3，是一种半充满的稳定结构，具有较高的稳定性，不易失去一个电子，所以第一电离能O<N。(3)由题中信息可知，TiCl4的熔点和沸点较低，可溶于有机溶剂，说明TiCl4是分子晶体，TiCl4中加入大量水的同时加热，发生水解反应生成TiO2·xH2O，反应的化学方程式为TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O↓＋4HCl。(4)由题图可知，每个钛原子连接2个氧原子，每个氧原子连接2个钛原子，说明Ti与O两种原子的个数比为1∶1，则该阳离子的化学式为(TiO) (或TiO2＋)，SO中硫原子的价层电子对数为：4＋＝4＋0＝4，所以硫原子的杂化方式为sp3, SO的原子数为5、价层电子数为32，根据等电子体原理，与SO互为等电子体的分子有CCl4、SiCl4等。(5)由题图可知，所给晶体的堆积方式为六方最密堆积，与钛原子最近且等距离的钛原子有12个，所以钛原子的配位数为12，题中所给晶体结构中含有的钛原子数为6，质量为 g，体积为×(2.95×10－8)2×4.69×10－8 cm3，则该钛晶体的密度为

 g·cm－3。

答案：(1)

(2)<　氮原子的2p轨道为半充满状态，具有较高的稳定性，故不易失去一个电子

(3)分子　TiCl4＋(x＋2)H2OTiO2·xH2O↓＋4HCl

(4) (TiO) (或TiO2＋)　sp3　CCl4(或SiCl4等)

(5)六方最密堆积　12

4．(2018·佛山质检)硫和钒的相关化合物，在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)基态钒原子的外围电子排布图为________，钒有＋2、＋3、＋4、＋5等多种化合价，其中最稳定的化合价是________，VO的几何构型为________。

(2)2­巯基烟酸氧钒配合物(图1)是副作用小的有效调节血糖的新型药物。

①基态S原子中原子核外未成对电子数为________，该药物中硫原子的杂化方式是________。所含第二周期元素第一电离能按由大到小顺序的排列是____________________________________。

②2­巯基烟酸(图2)水溶性优于2­巯基烟酸氧钒配合物的原因是____________________。

(3)多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”，下列物质中存在“离域π键”的是____________(填序号)。

A．SO2   B．SO

C．H2S   D．CS2

(4)某六方硫钒化合物晶体的晶胞如图3所示，该晶胞的化学式为________。图4为该晶胞的俯视图，该晶胞的密度为________ g·cm－3(列出计算式即可)。

解析：(1)钒为23号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2，所以外围电子排布图为。其最稳定的化合价应该是＋5价，即失去所有的价电子，形成最外层8电子的稳定结构。根据价层电子对互斥原理，VO中的中心原子V的价电子为5，配位原子O不提供电子，带有三个单位负电，所以外层电子为8个，共4对，空间构型为正四面体。(2)①硫原子的电子排布为[Ne]3s23p4，所以硫原子的3p能级上有4个电子，分配在三个轨道中，有两个单电子。从图中得到S的配位数为2，所以此时S的外层有6＋2＝8个电子，电子对为4，所以S应该的杂化方式是sp3杂化。其中含有的第二周期元素是C、N、O，同周期元素从左向右应该是第一电离能有增大趋势，因为N的2p能级上有3个电子，是p能级的半满稳定结构，所以N的第一电离能反常增大，所以第一电离能：N>O>C。②2­巯基烟酸有羧基可以与水分子形成氢键，所以其水溶性会更好。(3)从题目表述来看，形成离域π键的要求是：①原子共平面；②有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论，二氧化硫为平面三角形，硫酸根为正四面体，硫化氢为角形，二硫化碳为直线形。所以选项B一定错误。而硫化氢的氢原子不存在p轨道。所以选项C错误。由上所述正确的是选项A和选项D。(4)晶胞中有V：8×＋4×＝2个；有S：2×1＝2个，所以化学式为VS。因为该晶胞中有2个VS，所以一个晶胞质量为 g。根据图4得到晶胞底面的面积为a×a nm2，所以晶胞的体积为a×a×b nm3。1 nm＝10－7 cm，所以晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3。

答案：(1) 　＋5　正四面体

(2)①2　sp3　N>O>C　②2­巯基烟酸的羧基可与水分子之间形成氢键，使其在水中溶解度增大

(3)AD

(4)VS　

5．(2019·湖北联考)根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下面各题。

(1)在这五种元素中，最可能处于同一族的两种元素是__________(填元素符号)，S元素最可能是________区元素。

(2)基态Q元素原子的价电子排布式是________。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为________；第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有________种。

(3)化合物RT3中化学键类型为________，RT3的阴离子的几何构型为________________。

(4)下列元素中，化学性质和物理性质最像U元素的是________(填序号)。

A．硼　　　 B．铍　　　C．锂　　　D．氦　　　E．碳

(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，X的化学式为____________；列式并计算晶体X的密度为__________ g·cm－3。

解析： Q元素的I4≫I3，Q元素的原子最外层有3个电子，Q处于ⅢA族；R元素的I2≫I1，R元素的原子最外层有1个电子，R处于ⅠA；S元素的I4≫I3，S元素的原子最外层有3个电子，S处于ⅢA族；T、U元素的I1～I5没有突变，T、U的最外层电子至少有5个。(1)根据上述分析，这五种元素中，最可能处于同一族的两种元素是Q和S，Q和S都处于ⅢA族，Q的I1大于S的I1，Q为硼元素，S为铝元素。最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为铝元素，基态铝原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，最后一个电子填入3p能级，Al是p区元素。(2)Q为硼元素，硼原子核外有5个电子，基态硼原子核外电子排布式为1s22s22p1，基态硼原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为＋3价，根据化合物中元素的正负化合价代数和为0，QT中T元素的化合价为－3价。Q属于第二周期，Q和T同周期，T也属于第二周期，T为氮元素，第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O，共3种元素。(3)R为ⅠA族元素，R原子核外电子数大于5，R为钠元素；T为氮元素，RT3为NaN3，其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为N ，N与CO2互为等电子体，CO2为直线形，则N也为直线形。(4)U的最外层电子数至少5个，U不可能是ⅠA族～ⅣA族元素，U的第一电离能较大，U可能是0族元素，化学性质和物理性质最像U元素的是氦。(5)用“均摊法”，小黑球(Na＋)：8个，大灰球(O2－)：8×＋6×＝4，X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3＝(0.566×10－7)3 cm3，1 mol晶胞的体积为(0.566×10－7)3 cm3×NA，1 mol晶胞的质量为4×62 g，则晶体X的密度为≈2.27 g·cm－3。

答案：(1)B和Al　p

(2)2s22p1　－3　3

(3)离子键、共价键　直线形

(4)D

(5)Na2O　≈2.27