2023届高考化学二轮复习物质结构与性质作业含答案

专题能力提升训练(十一)对应学生用书A本练案[11](P250)

非选择题(本题共6小题)

1．(2022·临汾模拟)总订单数已经超过1 000架的国产大飞机C919预定在今年交付，其制造使用了较多含硼材料(如硼纤维、氮化硼等)，多项技术打破了外国垄断。

(1)原子的能量由核电荷数、电子数、 电子(运动)状态　三个因素共同决定；基态B原子的核外电子填充在 3　个轨道中。

(2)耐高温材料立方BN制备流程中用到NH3、BCl3和触媒剂Ca3B2N4。

①Ca、B、N三种元素电负性从大到小的顺序为 N>B>Ca　。

②BCl3中B原子的 sp2杂化　轨道与Cl原子的 3p　轨道形成σ键；形成BCl3过程中基态B原子价电子层电子先激发，再杂化，激发后B原子的价电子排布图为　。

③BCl3在四氯化碳中的溶解度远大于NH3，原因是 BCl3和四氯化碳均为非极性分子，而氨气属于极性分子，相似相溶　。

(3)硼砂是非常重要的含硼矿物。一种硼砂阴离子的结构如图1所示，则1 mol该阴离子存在的配位键物质的量为 2 mol　，n＝ 2　。

(4)制造硼合金的原料硼化钙(CaB6)晶胞结构如图2所示，硼原子全部组成B6正八面体，各个顶点通过B—B键互相连接成三维骨架。已知该晶体晶胞参数为a pm，B6八面体中B—B键的键长为d pm，M点原子的坐标参数为，则N点原子的坐标参数为。

【解析】　(1)整个原子的能量由核电荷数、电子数和电子(运动)状态三个因素共同决定；基态B原子的电子排布式为1s22s22p1，故其核外电子填充在1s，2s，2p三个轨道中；(2)①金属的电负性较小，另外，同周期元素电负性从左向右在增大，故Ca、B、N三种元素电负性从大到小的顺序为N>B>Ca；②BCl3中B原子的价层电子对数为3，其杂化方式为sp2，故BCl3中B原子的sp2杂化轨道与Cl原子的3p轨道形成σ键；基态B原子价电子层上的电子先进行激发，再进行杂化，说明B原子激发后的三个轨道能量相同，故激发时B原子的价电子排布图为：③极性相似的物质溶解度较大，BCl3和四氯化碳为非极性分子，氨气为极性分子，故原因是：BCl3和四氯化碳均为非极性分子，而氨气属于极性分子，相似相溶；(3)由图1可知，图中形成4个键的B原子含有配位键，故1 mol该阴离子存在的配位键物质的量为2 mol，在该阴离子中B显＋3价，O显－2价，H显＋1价，根据化合价的关系可知，n＝2；(4)将8个正八面体的中心连接呈晶胞的立方晶系图，由M点坐标知该原子位于晶胞的中心，且每个坐标系的单位长度都记为1，已知B6八面体中B—B键的键长为d pm，晶胞参数为a pm，则八面体中心到顶点的距离为d，则N点在棱的处，其坐标为。

2．(2022·郑州模拟)2022年以来，全球化石能源价格一路飙升，对全球经济复苏产生巨大影响。氢能源是一种不依赖化石燃料的储量丰富的清洁能源。

(1)电解水产氢是目前较为理想的制氢技术，这项技术的广泛应用一直被高价的贵金属催化剂所制约。我国科学家开发了一种负载氧化镍纳米晶粒的聚合物氮化碳二维纳米材料，大幅提高了催化效率。

①基态Ni原子的价电子排布式为 3d84s2　，该元素在元素周期表中的位置是 第四周期第Ⅷ族　。

②C、N、O的电负性的由大到小的顺序是 O>N>C　。

③为寻找更多的金属催化剂，科学家从众多金属元素中选取Co、Fe、Cu进行了相关研究，并取得了成功。选取这三种金属进行相关研究的原因可能是 这三种元素都是过渡元素，在元素周期表中位置和Ni相近，可能具有相似的性质　。

(2)开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。氨硼烷(NH3BH3)是一种潜在的储氢材料，可由(HB===NH)3(结构为平面六元环状)通过如下反应制得：3CH4＋2(HB===NH)3＋6H2O===3CO2＋6NH3BH3。

①请解释CH4、H2O、CO2的键角大小顺序 CO2中心原子为sp杂化，键角为180度；CH4和H2O中心原子均为sp3杂化。H2O中孤对电子与成键电子对之间的斥力大于CH4中成键电子对之间的斥力，故键角：CO2>CH4>H2O　。

②(HB===NH)3中B、N原子的杂化轨道类型分别为 sp2、sp2　。

③氨硼烷(NH3BH3)中N、B都达到稳定结构，用化学键表示出(NH3BH3)分子的结构式 　。

(3)有储氢功能的铜银合金晶体具有立方堆积结构，晶胞中Cu原子位于面心，Ag原子位于顶点，氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的全部四面体空隙中。

①该晶体储氢后的化学式为 Cu3AgH8　。

②储氢材料的储氢能力＝，若晶胞参数为a pm，忽略吸氢前后晶胞的体积变化，标准状况下氢气的密度为b g·cm－3，则该储氢材料的储氢能力为 　(NA表示阿伏加德罗常数，写出表达式即可)。

【解析】　(1)基态Ni原子的价电子排布式为3d84s2；该元素在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族；C、N、O位于同周期，同周期从左往右电负性呈增大趋势，故电负性由大到小的顺序是O>N>C；寻找更多的金属催化剂，在过渡金属区域进行寻找，原因是这三种元素都是过渡元素，在元素周期表中位置和Ni相近，可能具有相似的性质；(2)CO2中心原子为sp杂化，键角为180度；CH4和H2O中心原子均为sp3杂化。H2O中孤对电子与成键电子对之间的斥力大于CH4中成键电子对之间的斥力，故键角：CO2>CH4>H2O；(HB===NH)3中B、N原子均形成双键，共有3个键，杂化轨道类型分别为sp2、sp2；氨硼烷(NH3BH3)中N、B都达到稳定结构，即最外层均为8电子结构，氮原子提供孤电子对，与硼原子之间形成配位键，NH3BH3分子的结构式：；(3)铜银合金晶体具有立方堆积结构，晶胞中Cu原子位于面心，根据均摊法铜原子个数为3，Ag原子位于顶点，银原子个数为1，氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的全部四面体空隙中，四面体空隙共8个，故晶体的化学式为Cu3AgH8；储氢后氢气的密度为ρ＝，储氢材料的储氢能力＝＝＝。

3．(2022·郑州模拟)铜是人类最早发现的金属之一，铜及其化合物在生活和生产中有着广泛的应用。根据信息回答下列问题：

(1)基态铜原子价层电子的轨道表达式为　，单质铜是由 金属　键形成的晶体。

(2)与铜同周期，N能层电子数与铜相同，熔点最低的金属是 钾(K)　。

(3)农药波尔多液的有效杀菌成分是Cu2(OH)2SO4 (碱式硫酸铜) ，Cu2(OH)2SO4中非金属元素电负性由小到大的顺序是 H<S<O　，写出与 SO互为等电子体的一种分子的化学式 CCl4(或SiF4、SiCl4、 CF4等)　。

(4)氨缩脲()分子中氮原子的杂化类型为 sp3　，σ 键与π键的数目之比为  11∶2　。氨缩脲与胆矾溶液反应得到如图所示的离子，1 mol该离子中含配位键的数目为 8NA (或4.816 ×1024)　。

(5)白铜(铜镍合金)的立方晶胞结构如图所示，其中原子A的坐标参数为(0，1，0)。 原子B的坐标参数为 　；若该晶体密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则铜镍原子间最短距离为 ×　pm。

【解析】　(1)铜元素的原子序数为29，基态原子的价电子排布式为3d104s1，价层电子的轨道表达式为单质铜是由金属键形成的金属晶体；(2)与铜元素同周期，N能层电子数与铜原子相同的原子为钾原子和铬原子，三种金属晶体中钾原子的原子半径最大，价电子数最少，金属键最弱，所以晶体的熔点最低；(3)元素的非金属性越强，电负性越大，碱式硫酸铜中非金属元素的非金属性由弱到强的顺序为H<S<O，则非金属元素的电负性由小到大的顺序为H<S<O；四氯化碳、四氟化碳、四氯化硅、四氟化硅等分子与硫酸根的原子个数都为5、价电子数都为32，互为等电子体；(4)由氨缩脲的结构简式可知，分子中每个氮原子形成三个共价键，含有一对孤对电子，所以原子的杂化类型为sp3杂化；氨缩脲分子中的单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，则分子中共含有11个σ键和2个π键，σ键与π键的数目之比为11∶2；由氨缩脲与胆矾溶液反应得到的配离子结构可知，具有空轨道的铜离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键，1 mol配离子中含有配位键的数目为1 mol×4×2×NA mol－1＝8NA＝4.816 ×1024；(5)由位于顶点的原子A的坐标参数为(0，1，0)可知，晶胞的边长为1，则位于晶胞底面的面心上的原子B的坐标参数为；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的镍原子的个数为8×＝1，位于面心的铜原子的个数为6×＝3，则晶胞的化学式为NiCu3，设晶胞的参数为a pm，由晶胞的质量公式可得：＝10－30a3d，解得a＝×1010，晶胞中铜镍原子之间最近距离为面对角线的，则铜镍原子间最短距离为× pm。

4．(2022·开封模拟)Ⅰ.TiO2和MnO2均可以催化降解甲醛、苯等有害物质，具有去除效率高，且无二次污染等优点，广泛应用于家居装潢等领域，其中一种催化机理如图所示。

回答下列问题：

(1)基态Ti和Mn原子中未成对电子数之比为 2∶5　。

(2)CO2和·CHO中碳原子的杂化形式分别为 sp　、 sp2　。

(3)HCHO的空间构型为 平面三角形　。

(4)金属钛和锰可导电、导热，有金属光泽和延展性，这些性质都可以用理论解释。已知金属锰有多种晶型，y型锰的面心立方晶胞俯视图符合下列 c　(填编号)。

Ⅱ.2019年诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰其对研究开发锂离子电池作出的卓越贡献。LiFePO4、聚乙二醇、LiPF6、LiAsF6和LiCl等可作锂离子聚合物电池的材料。

回答下列问题：

(5)Fe的基态原子的价电子排布式为 3d64s2　。

(6)乙二醇(HOCH2CH2OH)的相对分子质量与丙醇(CH3CH2CH2OH)相近，但沸点高出100℃，原因是 乙二醇分子中羟基比丙醇的多，分子间的氢键比丙醇多，分子间作用力较大　。

Ⅲ.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。LiCl·3H2O属正交晶系(长方体形)。晶胞参数为0.72 nm、1.0 nm、0.56 nm。如图为沿x轴投影的晶胞中所有Cl原子的分布图和原子分数坐标。LiCl·3H2O的摩尔质量为M g·mol－1，设NA为阿伏加德罗常数的值。

(7)该晶胞中Cl原子的数目为 4　，LiCl·3H2O晶体的密度为 　g·cm－3(列出计算表达式)。

【解析】　(1)Ti为22号元素，钛有2个未成对电子，Mn为25号元素，锰有5个未成对电子，所以基态Ti和Mn原子中未成对电子数之比为2∶5；(2)二氧化碳为直线型，结构式为O===C===O，没有孤电子对，碳原子采取sp杂化，—CHO中碳原子形成3个σ键，没有孤电子对，杂化轨道数目为3，碳原子采取sp2杂化；(3)HCHO中碳原子含有3个σ键，碳原子采取sp2杂化，不含孤电子对，所以其空间构型是平面三角形；(4)面心立方晶胞中原子位于顶点和面心，俯视时上下底面的面心原子位于俯视图正方形中心，顶点原子位于正方形顶点，其他侧面的原子位于正方形四边中点，故俯视图为c；(5)铁是26号元素，其原子核外有26个电子，Fe原子的3d、4s电子为其价电子，其价电子排布为3d64s2；(6)乙二醇分之中羟基比丙醇分子中的羟基多，分子间的氢键比丙醇的多，分子间的作用力较大，故其沸点较高；(7)晶胞中Cl原子数目为1＋4×＋4×＝4，则晶胞的质量m＝nM＝ g，晶胞体积V＝abc×10－21 cm3＝0.72×1.0×0.56×10－21 cm3，晶体密度ρ＝＝ g·cm－3。

5．(2022·昆明模拟)中子衍射实验证实：trans－[Co(NH2CH2CH2NH2)2Cl2]Cl·HCl·2H2O晶体中仅存在3种离子：X＋和含钴的Y＋和Cl－，不存在分子。Y＋的结构如图所示。

回答下列问题：

(1)Co3＋的价层电子排布式是 3d6　，已知磁矩μB＝(n表示未成对电子数)，则Co3＋的磁矩μB＝ 2　。

(2)Y＋中的配体，提供孤电子对的原子是 N、Cl　(填元素符号)，Co3＋的配位数是 6　，X＋是 H5O　(填离子符号)。

(3)Y＋中N原子的杂化方式是 sp3　，乙二胺(NH2CH2CH2NH2)与正丁烷的相对分子质量相近，比较两者的沸点高低并解释原因 因为乙二胺分子间存在氢键，所以乙二胺的沸点高于正丁烷　。

(4)NO、NO、NO的键角由大到小的顺序是 NO、NO、NO　。

(5)钴酸锂(LiCoO2)的一种晶胞如图所示(仅标出Li，Co与O未标出)。则晶胞中含有O2－的个数为 16　，晶胞边长为a pm，Li＋的离子半径为r pm，Li＋占有晶胞总体积的百分率＝ ×100%　。

【解析】　(1)钴元素的原子序数为27，失去3个电子形成钴离子，离子的价电子排布式为3d6，离子中有4个未成对电子，则离子的磁矩μB＝＝＝2；(2)由Y＋的结构可知，Y＋中的配体，提供孤电子对的原子是氮原子和氯原子，配位数为6；晶体中仅存在3种离子，由原子个数和电荷守恒可知，X＋是H5O；(3)Y＋中形成单键的氮原子的杂化方式为sp3杂化；乙二胺分子中含有的氨基能形成分子间氢键，而正丁烷不能形成分子间氢键，分子间作用力小于乙二胺，沸点低于乙二胺；(4)NO中氮原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，离子的空间构型为直线形；NO中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为0，离子的空间构型为平面三角形，NO中氮原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为1，离子的空间构型为V形，则三种离子的键角由大到小的顺序是NO、NO、NO；(5)由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心和体内的锂离子的个数为8×＋6×＋4＝8，由碳酸锂的化学式可知，晶胞中含有氧离子的个数为8×2＝16；晶胞中锂离子的体积为 pm3×8＝ pm3，则锂离子占有晶胞总体积的百分率×100%＝×100%。

6．(2022·马鞍山模拟)人类对第二周期的元素及化合物认识最早。

(1)第二周期的元素中，I1(第一电离能)从大到小排前三位的是 Ne>F>N　。

(2)人类合成的第一个稀有气体化合物是XeF＋PtF，PtF中的键角有90°和180°两种。下列关于该化合物的说法中正确的是 BC　。

A．熔化状态下不能导电

B．XeF＋中所有原子都满足8电子稳定结构

C．用两个Cl替换F后，所得PtF4Cl有两种结构

D．含有离子键、极性键、非极性键和配位键

(3)XeF＋PtF溶于水可生成Xe和HPtF6，写出反应的化学方程式 2XeF＋PtF＋2H2O===2Xe↑＋O2↑＋2HF＋2HPtF6　。

(4)解释HNO3和HNO2酸性强弱不同的原因 HNO3中的非羟基氧多，吸引羟基氧原子的能力强，能有效降低氧原子上的电子密度，使O—H键极性增强，易发生电离　。

(5)SCN－中C原子的杂化类型为 sp　，其中含有两个相同的大π键，其形式为 π　。(用π表示，n为原子数，m为电子数)，检验Fe3＋时，SCN－以S原子配位不以N原子配位的原因是 S元素的电负性小，离子中S原子易给出孤对电子　。

(6)如图，在NaCl的晶体中，Na＋和Cl－互相占据对方的正八面体空隙，CaF2晶体中，F－占据由Ca2＋构成的所有正四面体空隙。钛镍合金具有形状记忆功能。某钛、镍原子个数比为2∶1的合金的晶体结构为：镍原子呈面心立方排列，钛原子填充在由镍原子围成的所有八面体空隙和一半的四面体空隙中，若最近的钛原子和镍原子紧密接触，镍原子周围距离最近的钛原子数为 4　；钛原子和镍原子的半径分别为r1和r2，该晶体的空间利用率为 ×100%　(用含r的代数式表示，不必化简，空间利用率＝晶胞中原子的总体积/晶胞的体积)。

【解析】　(1)第二周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，稀有气体氖原子的2p轨道为稳定的全充满结构，第一电离能最大，氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构，元素第一电离能大于相邻元素，则第一电离能从大到小排前三位的是氖、氟、氮，故答案为：Ne>F>N；(2)A.由化学式可知，稀有气体化合物是离子化合物，熔化状态下能电离出自由移动的离子，能导电，故错误；B.XeF＋离子中氟原子和氙原子都满足8电子稳定结构，故正确；C.由PtF中的键角有90°和180°两种可知，离子的空间构型为正八面体形，铂原子位于八面体的体心，氟原子位于八面体的顶点，则用两个氯替换氟后，所得PtF4Cl有两种结构，故正确；D.由化学式可知，稀有气体化合物是离子化合物，化合物中含有离子键、极性键、和配位键，不含有非极性键，故错误；(3)由题意可知，XeF＋PtF与水反应生成氙、氧气、氢氟酸和六氟合铂酸，反应的化学方程式为2XeF＋PtF＋2H2O===2Xe↑＋O2↑＋2HF＋2HPtF6；(4)硝酸是强酸，亚硝酸是弱酸，原因是硝酸中的非羟基氧多于亚硝酸，非羟基氧吸引羟基氧原子的能力强于亚硝酸，能有效降低氧原子上的电子密度，使氢氧键极性增强，易发生电离，故答案为：HNO3中的非羟基氧多，吸引羟基氧原子的能力强，能有效降低氧原子上的电子密度，使O—H键极性增强，易发生电离；(5)硫氰酸根离子与二氧化碳的原子个数都为3、价电子数目都为16，互为等电子体，等电子体具有相同的空间构型，则硫氰酸根离子与二氧化碳的空间构型相同，都为直线形，所以碳原子的杂化方式为sp杂化；离子中碳原子未参与杂化的2个p电子与硫原子和氮原子的p电子形成大π键，其形式为π；硫氰酸根离子中硫元素的电负性小于氮元素，相对于氮原子，硫原子易给出孤对电子，所以检验铁离子时，离子以硫原子配位不以氮原子配位；(6)由题意可知，镍钛合金形成的晶胞中，位于体内的钛原子个数为8，位于顶点和面心的镍原子个数为8×＋6×＝4，体对角线的长度为4(r1＋r2)，则晶胞中钛原子和镍原子的体积为πr×8＋πr×4＝π(8r＋4r)，晶胞的边长为，体积为，则晶体的空间利用率为×100%＝×100%。