全国通用高考化学一轮复习专练57结构与性质综合应用含答案

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专练57　结构与性质综合应用1．在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是____________(填标号)。(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是__________、__________。乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是__________________________________，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是__________(填“Mg2＋”或“Cu2＋”)。(3)一些氧化物的熔点如下表所示：解释表中氧化物之间熔点差异的原因__________________________________________。(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝__________pm，Mg原子之间最短距离y＝__________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是__________g·cm－3(列出计算表达式)。2．[2021·四川南充适应性考试]我国秦俑彩绘和汉代器物上用的颜料被称为“中国蓝”“中国紫”，直到近年来人们才研究出来其成分为BaCuSi4O10、BaCuSi2O6。(1)“中国蓝”“中国紫”中均具有Cun＋，n＝________，基态时该阳离子的价电子排布式为________________。(2)“中国蓝”的发色中心是以Cun＋为中心离子的配位化合物，其中提供孤对电子的是________元素。(3)合成“中国蓝”“中国紫”的原料有BaCO3、孔雀石[Cu2(OH)2CO3]和砂子(SiO2)。SiO2晶体中Si原子的杂化轨道是由________(填轨道的名称和数目，下同)轨道和________轨道杂化而成的。(4)现代文物分析发现，“中国蓝”中含有微量硫元素。假若硫元素来自一种阴离子是正四面体的天然钡矿中，则最可能的钡矿的化学式是________。(5)古代埃及人就已合成蓝色颜料——埃及蓝(CaCuSi2O6)，其合成原料中用CaCO3代替了BaCO3，其他和“中国蓝”一致。COeq \o\al(2－,3)中键角∠OCO为________。根据所学，从原料分解的角度判断“埃及蓝”的合成温度比“中国蓝”更________(填“高”或“低”)。(6)自然界中的SiO2硬度较大，主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。如图为SiO2晶胞中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视投影图)，其中O原子略去，Si原子旁标注的数字表示每个Si原子位于z轴的高度，则SiA与SiB的距离是________。3．[2021·湖南卷]硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题：(1)基态硅原子最外层的电子排布图为________，晶体硅和碳化硅熔点较高的是________(填化学式)；(2)硅和卤素单质反应可以得到SiX4。SiX4的熔、沸点①0℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是________(填化学式)，沸点依次升高的原因是________________________，气态SiX4分子的空间构型是________；②SiCl4与N－甲基咪唑()反应可以得到M2＋，其结构如图所示：N－甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为____________，1个M2＋中含有________个σ键；(3)下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。①己知化合物中Ge和O的原子个数比为1:4，图中Z表示________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为________________；②已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝________g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。4．近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe－Sm－As－F－O组成的化合物。回答下列问题：(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为________，其沸点比NH3的________(填“高”或“低”)，其判断理由是________。(2)Fe成为阳离子时首先失去________轨道电子，Sm价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为____________。(3)比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝________g·cm－3。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1中原子1的坐标为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))，则原子2和3的坐标分别为________、________。5．[2021·全国乙卷]过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar] 3d54s1B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________，中心离子的配位数为________。(3) [Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是________，NH3的沸点比PH3的________，原因是____________________________________________________________________________________。H2O的键角小于NH3的，分析原因________________________________。(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________%(列出计算表达式)。专练57　结构与性质综合应用1．(1)A　(2)sp3　sp3　乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键　Cu2＋(3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O。分子间力(分子量)P4O6>SO2(4)eq \f(\r(2),4)a　eq \f(\r(3),4)a　eq \f(8×24＋16×64,NAa3×10－30)解析：本题涉及电离能大小比较、原子轨道杂化方式、配合物稳定性判断、晶体熔点高低比较、晶胞的有关计算，考查学生运用化学用语及文字、图表、模型、图形分析和解决化学问题的能力，借助离子、分子晶体模型解释化学现象，揭示现象本质和规律，体现证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的学科核心素养。(1)A表示基态镁原子的第二电离能，B表示基态镁原子的第一电离能，则电离能：A>B；C表示激发态镁原子的第一电离能，则电离能：A>B>C；D表示激发态镁原子的第二电离能，则电离能：A>D。(2)乙二胺分子中，氮原子核外孤电子对数为1，σ键数目为3，则杂化轨道数目为4，故氮原子采取sp3杂化；碳原子核外孤电子对数为0，σ键数目为4，则杂化轨道数目为4，故碳原子采取sp3杂化。乙二胺的两个N提供孤对电子给Mg2＋、Cu2＋等金属离子，以配位键结合成稳定环状离子。(3)一般来说，晶体熔点：原子晶体>离子晶体>分子晶体。Li2O、MgO均为离子晶体，晶格能：Li2OLi2O；P4O6、SO2均为分子晶体，相对分子质量：P4O6>SO2，则分子间作用力：P4O6>SO2，故熔点：P4O6>SO2。(4)由图(b)可知，x等于立方体面对角线长度的eq \f(1,4)，即4x＝eq \r(2)a，则x＝eq \f(\r(2),4)a；根图(a)、(b)分析可知，y等于立方体体对角线长度的eq \f(1,4)，即4y＝eq \r(3)a，则y＝eq \f(\r(3),4)a；据图(a)可知，该晶胞占用Cu原子数目为4×4＝16，据MgCu2可知，Mg原子数目为8，一个晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，质量为eq \f(64×16＋24×8,NA)g，则MgCu2的密度为eq \f(8×24＋16×64,NA·a3×10－30)g·cm－3。2．(1)2　3d9　(2)O或氧　(3)1个3s　3个3p　(4)BaSO4　(5)120°　低(6) SiO2是一种空间网状的共价晶体，共价键结合较为牢固　eq \f(\r(2),2)d解析：(1)“中国蓝”和“中国紫”的成分中，O的化合价为－2，Si的化合价为＋4，Ba的化合价为＋2，由化合物中各元素化合价的代数和为0可知Cu的化合价为＋2。Cu的价电子排布式是3d104s1，Cu2＋核外少2个电子，故其价电子排布式是3d9。(2) BaCuSi4O10中Si形成4个共价键，无孤对电子，则为Cu2＋提供孤对电子的是O元素。(3)SiO2晶体中，每个Si与4个O形成四面体结构，Si最外层的1个3s轨道与3个3p轨道杂化为4个sp3杂化轨道。(4)SOeq \o\al(2－,4)中S为sp3杂化，无孤对电子，与4个O原子成键，形成正四面体结构(S位于正四面体体心)，则该钡矿的化学式是BaSO4。(5)COeq \o\al(2－,3)中碳原子为sp2杂化，COeq \o\al(2－,3)的空间构型是正三角形，则∠OCO为120°。同主族从上到下，碳酸盐的稳定性逐渐增强，则使用CaCO3合成“埃及蓝”的温度比使用BaCO3合成“中国蓝”的温度低。(6)SiO2具有类似金刚石的空间网状结构，属于硬度比较大的原子(共价)晶体，形成的Si—O共价键牢固。A、B在z轴方向上的距离为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)－\f(1,4)))d＝eq \f(d,2)，由图示Si原子的位置关系可知A、B在y轴方向上的距离为eq \f(d,2)，则SiA到SiB的距离为eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2)＝eq \f(\r(2),2)d。3．(1)(2)①SiCl4　SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4都是分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大　正四面体②sp2、sp3　N>C>H　54(3)①O　Mg2GeO4　②eq \f(740×1021,abcNA)解析：(1)硅原子核外有14个电子，有1s、2s、2p、3s、3p五个能级，每个能级的电子数分别是2、2、6、2、2，则基态硅原子最外层的电子排布图为晶体硅和碳化硅均为原子晶体，碳原子半径比硅原子半径小，则C—Si键键长比Si—Si键键长短，故碳化硅的熔点较高。(2)①0℃≈273K，由题表中的数据可知，只有SiCl4的熔点低于273K，沸点高于273K，则SiCl4在0℃时为液态。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，则分子间作用力依次增大，沸点逐渐升高。SiX4的中心原子Si周围的σ键电子对数＝4＋eq \f(1,2)×(4－1×4)＝4，无孤电子对，由VSEPR理论可知，其VSEPR模型与分子空间构型均为正四面体。②中甲基碳原子为饱和碳原子，是sp3杂化，碳碳双键中的碳原子为sp2杂化。短周期同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，且H的电负性比C小，故电负性由大到小的顺序是N>C>H。中1个基团有1个N—Si、4个N—C、1个N===C、1个C===C、6个C—H，共有13个σ键，4个基团，则含13×4＝52(个)σ键，另外还有2个Si—Cl键，故1个中含有σ键的数目为54个。(3)①由晶胞结构图可知，1个晶胞中，对于X原子，8个位于顶点、4个位于棱上、6个位于面上、3个位于晶胞内，故1个晶胞中含有X的数目为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,4)＋6×eq \f(1,2)＋3＝8(个)；对于Y原子，4个Y原子均位于晶胞内；对于Z原子，16个Z原子均位于晶胞内。其中Ge和O的原子个数比为1:4，则X为Mg，Y为Ge，Z为O。由上述分析可知，该化合物的化学式为Mg2GeO4。②1个晶胞的质量＝eq \f(24×8＋73×4＋16×16,NA)g＝eq \f(740,NA)g,1个晶胞的体积＝abc×10－21cm3，则晶体的密度ρ＝eq \f(\f(740,NA) g,abc×10－21cm3)＝eq \f(740×1021,abcNA)g·cm－3。4．(1)三角锥形　低　NH3分子间存在氢键　(2)4s　4f6　(3)小于(4)SmFeAsO1－xFx　eq \f(2[281＋161－x＋19x],a2cNA×10－30)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))　eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))解析：本题涉及的知识点有分子结构与性质、核外电子失去顺序、离子半径比较、晶胞结构与计算等，考查分析和解决化学问题的能力。以超导材料研究为载体，体现科学态度与社会责任的学科核心素养，以及厚植爱国主义情怀的价值观念。(1)AsH3中As原子价层电子对数为4，其中有一对孤对电子，故AsH3立体结构为三角锥形。NH3分子间可以形成氢键，导致NH3沸点高于AsH3。(2)金属原子变为阳离子，首先失去最外层电子。(3)F－与O2－具有相同电子层结构，F原子序数较大，离子半径较小。(4)根据原子在长方体晶胞中位置可知，晶胞中As、Fe、Sm各有两个原子，F和O的原子数之和为2，则该化合物的化学式为SmFeAsO1－xFx。每个晶胞中有“两个分子”，每个晶胞质量为eq \f(2[281＋161－x＋19x],NA)g；该晶胞为长方体，其体积为a2·c×10－30cm3，则ρ＝eq \f(2[281＋161－x＋19x],a2cNA×10－30)g·cm－3。根据坐标系和原子1的坐标可知，底面左后方的O或F原子为坐标系原点，其坐标是(0,0,0)，则原子2的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))，原子3的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2))).5．(1)AC(2)N、O、Cl　6(3)sp3　高　NH3存在分子间氢键　NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子。H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大(4)Al　eq \f(8π2r\o\al(3,Cr)＋r\o\al(3,Al),3a2c)×100解析：(1)Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1,3d和4s轨道均处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。(2)形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3、H2O、Cl－中提供孤电子对形成配位键的原子是N、O、Cl，[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中中心离子的配位数为3＋2＋1＝6。(3)PH3中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3杂化；NH3的沸点比PH3高，是因为NH3分子间存在氢键，PH3分子间只有范德华力；由于NH3中N原子含有1个孤电子对，而H2O中O原子含有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O中的键角小于NH3中的键角。(4)由结构图可知，根据均摊法，该晶胞含有4个白球和2个黑球，则黑球代表Al原子，白球代表Cr原子，金属原子的总体积是eq \f(4,3)π(4req \o\al(3,Cr)＋2req \o\al(3,Al))，晶胞体积是a2c，故原子空间利用率是eq \f(8π2r\o\al(3,Cr)＋r\o\al(3,Al),3a2c)×100%。氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8－75.5SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.7