(通用版)高考化学二轮复习专题测试十物质结构与性质(含解析)

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专题测试(十)　物质结构与性质
1．短周期元素a、b、c、d的原子序数依次增大，c和d位于同主族且原子序数相差8；基态a原子核外有3个能级上容纳电子且每个能级上电子数相等，c原子s能级电子总数与p能级电子数相等，基态e原子的M层上有2个未成对电子且无空轨道。
(1)在a、b、c中，第一电离能由大到小排序为________(用元素符号表示)；基态e原子的价层电子排布式为________。
(2)配合物e(ac)4在常温下呈液态，易溶于四氯化碳、苯等有机溶剂。固态e(ac)4的晶体类型是________。已知(dab)2分子中含非极性键，分子中每个原子最外层都达到8个电子稳定结构，1 mol(dab)2分子含σ键的数目为________。
(3)写出一种与dab－互为等电子体的分子________(填化学式)。ac的中心原子杂化类型为________；dc的空间构型为________。

(4)ec晶胞结构如图所示，其晶胞参数为a pm，列式计算该晶胞的密度为________g·cm－3(不必计算出结果，阿伏加德罗常数的值为NA)，晶胞中e粒子的配位数为________。
(5)人工合成的ec晶胞存在缺陷，即阳离子有＋3、＋2价两种。某人工合成的晶体样品组成为e0.96c，则该晶体中＋3价、＋2价两种离子的个数之比为________。
答案　(1)N＞O＞C　3d84s2
(2)分子晶体　5×6.02×1023
(3)CO2(或N2O)　sp2　三角锥形
(4)　6
(5)1∶11
解析　短周期元素a、b、c、d的原子序数依次增大，基态a原子核外有3个能级上容纳电子且每个能级上电子数相等，a为C元素；c原子s能级电子总数与p能级电子数相等，c为O元素；则b为N元素；c和d位于同主族且原子序数相差8；则d为S元素；基态e原子的M层上有2个未成对电子且无空轨道，价电子排布为3d84s2，为Ni元素。
(1)N原子的2p轨道为半充满状态，较为稳定，第一电离能由大到小排序为N＞O＞C，基态e原子的价层电子排布式为3d84s2。
(2)配合物Ni(CO)4在常温下呈液态，易溶于四氯化碳、苯等有机溶剂，固态时构成分子晶体。已知(SCN)2分子中含非极性键，分子中每个原子最外层都达到8个电子稳定结构，(SCN)2的结构为N≡C—S—S—C≡N，1 mol (SCN)2分子含σ键的数目为5×6.02×1023。
(3)与SCN－互为等电子体的分子有CO2(或N2O)，CO中C的价层电子对数＝3＋(4＋2－2×3)＝3，杂化类型为sp2，SO中S的价层电子对数＝3＋(6＋2－2×3)＝4，杂化类型为sp3，空间构型为三角锥形。
(4)晶胞中O2－离子数目为1＋12×＝4，Ni2＋数目为8×＋6×＝4，故晶胞质量为4× g，晶胞体积为(a×10－10cm)3，故晶胞密度为 g·cm－3＝ g·cm－3，以顶点Ni2＋离子研究，与之最近的O2－离子位于棱中间且关于Ni2＋离子对称，故Ni2＋的配位数为6。
(5)设1 mol Ni0.96O中含Ni3＋x mol，Ni2＋为(0.96－x) mol，晶体呈电中性，可知3x＋2×(0.96－x)＝2×1，解得x＝0.08 mol，故Ni2＋为(0.96－x) mol＝0.88 mol，Ni3＋、Ni2＋的数目之比＝0.08∶0.88＝1∶11。
2．周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a 的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：
(1)b、c、d中第一电离能最大的是________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为________。
(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是______________(填化学式，写出两种)。
(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是__________；酸根呈三角锥结构的酸是________________(填化学式)。
(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。
(5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是_________________________________________________。

答案　(1)N　
(2)sp3　H2O2、N2H4
(3)HNO2、HNO3　H2SO3
(4)＋1
(5)SO　共价键和配位键　H2O　H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱
解析　根据题意知，周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其电子层数相同，则a为氢元素；b的价电子层中的未成对电子有3个，则b为氮元素；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，则c为氧元素；d与c同主族，则d为硫元素；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，则e为铜元素。
(1)根据上述分析，b、c、d分别为N、O、S，同周期由左向右第一电离能呈递增趋势，但当元素的原子轨道呈全满、全空、半充满状态时，较稳定；同主族由上到下第一电离能逐渐减小，氮原子2p轨道为半充满状态，较稳定，则N、O、S中第一电离能最大的是N。
(2)a为氢元素，和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子为氨分子，中心原子的杂化方式为sp3；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是H2O2、N2H4、C2H6等。
(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是HNO2、HNO3；酸根呈三角锥结构的酸是H2SO3。
(4)根据O和Cu形成的离子化合物的晶胞结构判断，该化合物的化学式为Cu2O，e离子的电荷为＋1。
(5)根据题给信息知，这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构，为硫酸根离子；阳离子呈轴向狭长的八面体结构，结合图2知，该化合物的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4。
3．现有某第四周期过渡金属元素A，其基态原子排布中有四个未成对电子，由此元素可构成固体X。
(1)区分固体X为晶体或非晶体的方法为________。若此固体结构如图甲、乙所示，则按甲虚线方向切乙得到的A～D图中正确的是________。

(2)写出A的基态原子的电子排布式：____________，A2＋的价层电子排布图是______________________。
(3)A可与CO反应生成A(CO)5，常压下熔点为－20.3 ℃，沸点为103.6 ℃，试推测，该晶体类型是________________。

(4)A可与另两种元素B、C构成某种化合物，B、C的外围电子排布分别为3d104s1、3s23p4，其晶胞如图所示，则其化学式为____________。该晶胞上下底面为正方形，侧面与底面垂直，根据如图中所示的数据列式计算该晶体的密度d＝____________g·cm－3(小数点后保留两位数字)。
答案　(1)X射线衍射　A　(2)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)　　(3)分子晶体
(4)CuFeS2　4.32
解析　(1)根据题干信息可知元素A为Fe。甲中Fe位于顶点和体心，乙由8个甲组成，按甲虚线方向切乙形成的截面是长方形，则排除B、D，由于甲的体心含有1个Fe原子，则A图符合题意。
(4)根据B、C的外围电子排布分别为3d104s1、3s23p4可判断B为Cu、C为S。该晶胞中，Fe原子有6个位于面上、4个位于棱上，个数为4×＋6×＝4，Cu原子有4个位于面上、1个位于体内、8个位于顶点，个数为8×＋4×＋1＝4，S原子数为8。晶体中N(Cu)∶N(Fe)∶N(S)＝4∶4∶8＝1∶1∶2，故该晶体的化学式为CuFeS2。晶胞质量＝，晶胞体积＝(524×10－10 cm)2×1030×10－10 cm，故该晶体的密度d＝≈4.32 g·cm－3。
4. 已知A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A的周期数等于其主族序数，B原子的价电子排布为nsnnpn，D是地壳中含量最多的元素。E是第四周期p区的元素且最外层只有2对成对电子，F是29号元素。
(1)B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
(2)BD中心原子杂化轨道的类型为________杂化；CA的空间构型为________。
(3)基态E原子的价电子排布图：______________。
(4)1 mol BC－中含有π键的数目为________。
(5)比较D、E元素最简单氢化物的沸点高低：__________________(用化学式表示)。

(6)C、F两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示，顶点为C原子。则该化合物的化学式是________________，C原子的配位数是________。若相邻C原子和F原子间的距离为a cm，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体的密度为________g/cm3(用含a、NA的符号表示)。
答案　(1)N＞O＞C　(2)sp2 　正四面体　
(3)　(4)2NA　(5)H2O＞H2Se 　
(6)Cu3N　6　
解析　根据题给信息， A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期主族元素，A的周期数等于其主族序数，B原子的价电子排布为nsnnpn，D是地壳中含量最多的元素，则A为H，B为碳，D为氧，则C为氮元素，E是第四周期的p区元素且最外层只有2对成对电子，则E为Se，F元素的原子序数为29，F为铜。则
(1)同周期自左向右第一电离能逐渐减小，但N元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于氧元素，则B、C、D三元素第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C。
(2)CO中心原子碳原子的价层电子对数＝3＋＝3，因此其杂化轨道的类型为sp2杂化；NH的空间构型为正四面体。
(3)Se的原子序数是34，则根据核外电子排布规律可知基态Se原子的价电子排布图为。
(4)CN－中C、N间为C≡N,1 mol CN－中含有π键的数目为2NA。
(5)水分子间存在氢键，则氢化物沸点为H2O＞H2Se。
(6)根据晶胞的结构可知黑球是Cu，其个数是12×＝3，白球是N，其个数为8×＝1，所以化合物的化学式Cu3N；顶点的N3－(1/8)对应的三条棱上有3个Cu＋(1/4)，故N3－∶Cu＋＝1/8∶3/4＝1∶6，其配位数是6。晶胞的体积是V＝(2a)3 cm3，质量为206/NA g，故密度为 g/cm3。
5．W、X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；W是形成有机物种类最多的元素；R2＋的3d轨道中有9个电子。请回答：
(1)Y基态原子的电子排布式是________；Y和W形成的三原子分子是________分子(填“极性”或“非极性”)。
(2)X与氢元素形成的化合物XH3的中心原子杂化轨道类型为________杂化，XY 的立体构型是________。
(3)Z所在周期中第一电离能最大的主族元素Q名称为________。比较沸点高低：XY2 ________ZY。
(4)Z与某元素形成的化合物的晶胞如左下图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。

(5)R晶胞结构如右上图所示，R晶体中每个R原子周围距离最近的R原子数目为________。
答案　(1)1s22s22p4　非极性
(2)sp3　V形
(3)氯　N>O
(2)15NA　低于　(CH3)2C===CHCH2OH分子间能形成氢键
(3)①AD　②平面三角形　NO或CO　sp3
(4)Cr　1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)
(5)金属　1030M/(8r3NA)
解析　(3)①A项中心原子的价层电子对数目相等，均是3对，A正确；B项SO2是极性分子，三氧化硫是平面三角形，结构对称，为非极性分子，B错误；C项中心原子的孤对电子数目不相等，SO2含有一对，SO3不存在，C错误；D项都含有极性键，D正确，答案选A、D。
②SO3分子的空间构型为平面三角形，价电子数和原子数分别都相等的是等电子体，则与其互为等电子体的阴离子为NO或CO。固态SO3中S原子形成4个共价键，则其杂化轨道类型是sp3。
(4)元素X与硒同周期，X元素原子核外未成对电子数最多，X为24号元素Cr，Cr的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。
(5)单质钋是由金属键形成的晶体，属于简单立方堆积，一个晶胞中含有1个原子。如果原子半径为r pm，则晶胞的边长是2r pm，则钋晶体的密度的表达式为 g/cm3＝ g/cm3。
11．微量元素硼和镁对植物的叶的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用。
(1)写出基态B原子的轨道表达式：______________。
(2)三价B易形成配离子，如[B(OH)4]－、[BH4]－等。[B(OH)4]－的结构式为______________(标出配位键)，其中心原子的杂化方式为________，写出[BH4]－的两种等电子体：________。
(3)图甲表示多硼酸根的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为________(以n表示硼原子的个数)。

(4)硼酸晶体是片层结构，图乙表示的是其中一层的结构。层间存在的作用力有________；硼酸晶体在冷水中溶解度很小，但在热水中较大，原因是__________________________________________________________。
(5)三氯化硼的熔点比氯化镁的熔点低，原因是______________。
(6)镁属六方最密堆积(图丙)，其晶胞结构如图丁所示，若镁原子半径为a pm，则镁晶体的密度为______________(用含a的代数式表示)g/cm3。

答案　(1)
(2) 　sp3　CH4、NH(其他合理答案也可)
(3)(BO2)
(4)氢键、范德华力　晶体中硼酸分子间以氢键缔合在一起，难以溶解；加热时，晶体中部分氢键被破坏，溶解度增大
(5)三氯化硼为分子晶体，而氯化镁为离子晶体，范德华力比离子键弱
(6)
解析　(1)B的原子序数是5，基态B原子核外电子排布式为1s22s2 2p1，所以轨道表达式为。
(2)B为缺电子原子，有空轨道，因此三价B易形成配离子，在[B(OH)4]－中氧原子提供孤对电子，则[B(OH)4]－的结构式为。B的价层电子对数是4，则其中心原子的杂化方式为sp3。原子数和价电子数分别都相等的是等电子体，书写等电子体可采用同周期左右代换，同主族上下替换的方法，则[BH4]－的两种等电子体可以是CH4、NH。
(3)从图甲可看出，每个单元都有一个B，有一个O完全属于这个单元，剩余的2个O分别为2个单元共用，所以原子个数为B∶O＝1∶＝1∶2，结合B为＋3价，可得化学式为(BO2)。
(4)观察图乙，层状结构中化学键有氧氢键、氧硼键，氧原子能与周围其他单元结构中氧氢键的氢元素形成氢键，而分子晶体内一定存在分子间作用力，因此层间存在的作用力有氢键、范德华力。
(6)镁属六方最密堆积，观察晶胞结构可知，每个晶胞涉及9个原子，分3层，平行六面体的每个顶角有一个，晶胞内部还有一个。所以每个晶胞内镁原子个数为4×＋4×＋1＝2，观察图丁，可知该晶胞的高为虚线形成的正四面体高的两倍，若镁原子半径为a pm，则正四面体的棱长为2a pm，则其高为a pm，则晶胞的高为a pm，平行六面体的底是平行四边形，底面积是2a×2asin60° pm2＝2a2 pm2，则晶胞体积是8a3×10－30 cm3，则镁晶体的密度为
g/cm3＝ g/cm3。
12．砷的一些化合物常用作半导体、除草剂、杀鼠药等。回答下列问题：
(1)基态As原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
(2)镓氮砷合金材料的太阳能电池效率达40%。Ga、N、As电负性由大至小的顺序是______________。
(3)As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为____，1 mol As4O6含有σ键的物质的量为________mol 。
(4)As与N是同主族元素，AsH3的沸点(－62.5 ℃)比NH3 的沸点(－33.5 ℃)低，原因是________________________________________________________。
(5)H3AsO4 和H3AsO3是砷的两种含氧酸，根据结构与性质的关系，H3AsO4的酸性比H3AsO3强的原因是______________________________________。
(6)LiZnAs基稀磁半导体的晶胞如图所示，

已知LiZnAs 单晶中，a＝594 pm ，NA表示阿伏加德罗常数的数值，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。
答案　(1)3d104s24p3　3
(2)N＞As＞Ga
(3)sp3　12
(4)NH3分子间能形成氢键
(5)H3AsO4和H3AsO3可分别表示为(HO)3AsO和(HO)3As，H3AsO3中的As为＋3价，而H3AsO4中的As为＋5价，正电性更高，导致As－O－H中O的电子向As偏移，更易电离出H＋离子
(6)
解析　(1)As的原子序数是33，则根据核外电子排布规律可知基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3，有3个未成对电子。
(2)非金属性越强电负性越大，则Ga、N、As电负性由大至小的顺序是N＞As＞Ga。
(3)根据 As4O6的分子结构示意图可知As原子的价层电子对数＝4，所以As的杂化方式为sp3，单键都是σ键，则1 mol As4O6含有σ键的物质的量为12 mol。
(4)由于As的原子半径比N的大，电负性比N的小，AsH3分子间不能形成氢键，而NH3分子间能形成氢键，所以AsH3的沸点(－62.5 ℃)比NH3 的沸点(－33.5 ℃)低。
(6)该晶胞中Li原子的个数＝12×＋1＝4，所以根据化学式可知该晶胞的密度＝＝ g·cm－3。
13．重铬酸钾(K2Cr2O7)是一种重要的氧化剂，可以检验司机是否酒后驾驶。
2Cr2O＋3C2H5OH＋16H＋＋13H2O===4[Cr(H2O)6]3＋＋3CH3COOH
(1)铬原子核外有________个未成对电子。1 mol [Cr(H2O)6]3＋中含有σ键的数目是________。
(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为________。
(3)CH3CH2OH与H2O可以任意比互溶，是因为
________________________________________________________________。
(4)C、O位于周期表中第二周期，请比较两者第一电离能大小：C________O(填“＞”或“＜”)。

(5)Cr和Ca可以形成一种具有特殊导电性的复合氧化物，晶胞如图所示。该晶体的化学式为________。
答案　(1)6　18×6.02×1023 　
(2)sp2、sp3
(3)CH3CH2OH与H2O都是极性分子、CH3CH2OH与H2O之间可以形成氢键
(4)＜　
(5)CaCrO3
解析　(1)Cr位于第四周期ⅥB族，价电子排布式为：3d54s1，因此核外有6个未成对电子，两个成键原子只能形成1个σ键，1个水分子内有2个σ键，6个水分子有12个σ键，1个Cr和1个水分子形成1个配位键，即一个σ键，和6个水分子形成6个配位键， 即6个σ键，共有18个σ键，因此1 mol该离子中含有18×6.02×1023个σ键。
(2)杂化轨道数等于价层电子对数，甲基上的碳原子价层电子对数为4，因此甲基上的碳原子的杂化类型为sp3，羰基上的碳原子价层电子对数为3，则杂化类型为sp2。
(5)根据晶胞的均摊法，Ca位于顶点，个数为8×1/8＝1，O位于面心，个数为6×1/2＝3，Cr位于体心，全部属于晶胞，因此化学式为CaCrO3。