高考化学二轮复习大题突破练5物质结构与性质综合题含答案

这是一份高考化学二轮复习大题突破练5物质结构与性质综合题含答案，共14页。试卷主要包含了镍钴锰三元材料，某笼形包合物，5,0等内容，欢迎下载使用。

大题突破练5　物质结构与性质综合题
　　　　　　　　　　　　　
1.(2022山东德州二模)锌及其化合物在工业、农业方面用途广泛。
(1)基态Zn原子的价电子排布式为　　　　　　　。 
(2)Zn原子能形成多种配位化合物。一种锌的配合物结构如图:

其中C、N、O、Zn元素的第一电离能大小关系是　　　　　　,结构中参与sp3杂化的原子有　　　　　个。配位键①和②相比,较稳定的是　　　　　;键角③　　　　　(填“>”“<”或“=”)键角④。 
(3)(CH3COO)2Zn和ZnC2O4中阴离子对应的酸中沸点较高的是　　　　　　　(写结构简式),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)ZnO存在多种晶体结构,其中纤锌矿型和闪锌矿型是最常见的晶体结构,如图为这两种晶体的局部结构。

①图a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为　　　　　。 
②闪锌矿型中Zn2+填入O2-所形成的“正四面体”空隙中,闪锌矿晶胞中含有　　　　　个“正四面体”空隙。 
③图b闪锌矿型晶胞密度为ρ g·cm-3,则Zn2+与O2-的距离为　　　　　　　nm。(设NA为阿伏加德罗常数的值) 


2.(2022山东济宁二模)光电材料[氟代硼铍酸钾晶体(KBe2BO3F2)等]是目前科学家特别关注的材料。其结构如图所示,其中氧原子已省略,图中的原子分别位于立方体的顶点、棱及面上,可由BeO、KBF4和B2O3在一定条件下制得,同时放出BF3气体。
(1)基态B原子中有　　　　　种能量不同的电子,存在未成对电子的能级电子云空间有　　　　　种伸展方向。 
(2)KBe2BO3F2结构图中X表示　　　　　(填元素符号),组成元素中非金属元素的电负性由强到弱的顺序为　　　　　(填元素符号);BF4-中B原子的杂化方式为　　　　　,已知苯分子中含有大π键,可记为π66(右下角“6”表示6个原子,右上角“6”表示6个共用电子),实验测得BF3分子中B-F的键长远小于二者原子半径之和,所以BF3分子中存在大π键,可表示为　　　　　。 
(3)已知卤化物的水解机理分亲核水解和亲电水解。发生亲核水解的结构条件:中心原子具有δ+和有空的价轨道;发生亲电水解的结构条件:中心原子有孤电子对,接受H2O的H+进攻,则NCl3发生水解的产物是　　　　　。 
(4)若立方体边长分别为m,m,n(单位为pm),则该晶体的密度为　　　　　g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式)。 
3.(2022山东青岛一模)铬是人体内微量元素之一,是重要的血糖调节剂。
(1)铬在元素周期表中的位置为　　　　　　　　,其基态原子核外电子占据的原子轨道数为　　　　　。 
(2)已知Cr3+半径小,正电场较强,容易与H2O、NH3、Cl-等分子或离子形成多种配合物,[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O是其中的一种。
①该配合物中提供孤电子对形成配位键的原子是　　　　　。 
②中心原子杂化方式为　　　　　(填字母)。 
a.sp2 b.sp3
c.sp3d d.d2sp3
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是  　　　　　　　。 
(3)钛铬合金是一种高温结构材料,第二电离能I2(Ti)　　　　　(填“>”或“<”)I2(Cr),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)铬的一种氮化物晶体立方晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0),则B点分数坐标为　　　　　。已知r(N3-)=a nm,r(Cr3+)=b nm,则AB间距离为　　　　　　　nm。 

4.(2022福建龙岩三模)镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的金属,在许多领域应用广泛。回答下列问题:
(1)基态Ni原子核外电子的运动状态有　　种;Ni的熔点明显高于Ca,其原因是　  　　　　　　　　。 
(2)Ni-NTA-Nangold可用于检测或定位6x组氨酸(His)或Poly-His标记的重组蛋白。
Ni(Ⅱ)-NTA的结构简式如图所示。

①与Ni2+配位的原子形成的空间结构为　　　　　　　　。 
②配体N(CH2COO-)3中4种元素的I1从大到小的顺序为　　　　　(用元素符号表示)。 
③已知N……Ni存在大π键,其结构中氮原子的杂化方式为　　　　　。 
(3)镍掺杂的稀磁半导体DMS的立方晶胞结构如图所示。已知晶体密度为d g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则Ni原子与Mg原子间的距离为　　　　　cm(列出计算表达式)。 

5.(2022广东汕头二模)镍钴锰三元材料
LiNixCoyMnzO2是一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好等优点。
(1)锰元素基态原子的电子排布式为　　　　　　　　,镍钴锰三种基态原子中未成对电子数最多的是　　　　　　　　(填元素符号)。 
(2)镍可以形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等。
①上述两种配合物都存在的化学键是　　　　　　　　(填字母)。 
a.离子键 b.配位键
c.极性键 d.非极性键
②Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为　　　　　　　　(填“极性分子”或“非极性分子”)。 
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构为　　　　　　　　。 
(3)锂离子电池目前广泛采用溶有LiPF6的碳酸酯作为电解液。
①LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为　　　　　　　　。 
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中碳原子的杂化方式是　　　　　　　　。 
(4)LiCoO2的晶胞是六棱柱,其结构如图所示,镍钴锰三元材料中Ni和Mn取代了部分Co的位置:

晶胞中含Li原子数为　　　　　　　,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,则LiNixCoyMnzO2晶胞的密度为　　　　　　　　g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式)。 
6.(2022广东韶关二模)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。回答下列问题:
(1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价层电子排布图(轨道表示式)为　　　　　　　。BH4-的空间结构为　　　　　,B原子的杂化轨道类型为　　　　　。电负性大小顺序为H　　(填“>”或“<”)B。 
(2)基态铁原子核外电子运动状态有　　　种。Fe成为阳离子时首先失去　　　　　轨道电子。FeCl3的熔点为306℃、沸点315℃,FeCl3的晶体类型为　　　　　。 
(3)元素Cu的一种氯化物立方晶胞结构如图所示:

①原子坐标参数可用来表示晶胞内各原子的相对位置,图中各原子坐标参数如下:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,0,0),则D原子的坐标参数为　　　　　。 
②该晶体中,铜、氯的微粒个数之比为　　　　　。 
③若晶胞边长为a pm,铜元素微粒半径为b pm,氯元素微粒半径为c pm,则该晶胞的空间利用率(即晶胞中原子体积占晶胞体积的百分率)为　(列出计算式)。 
7.(2022四川成都三诊)某笼形包合物
Ni(CN)a(NH3)b(C6H6)c的晶胞如图所示。回答下列有关问题。

(1)基态镍原子的价层电子排布式为　　　　　;该物质中非金属元素电负性由大到小是　　　　　　　　　。 
(2)NH3中N的杂化轨道类型为　　　　　;从结构角度分析C、P原子之间不易形成π键的原因是　 　　　　　　　。 
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,配体CN-提供的配位原子有　　　　　。 
(4)推测该包合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为　　　　　,其中Ni的平均化合价为　　　　　。 
(5)若此晶胞体积为V=a3 nm3,设阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞的摩尔质量为M,则晶体密度为　　　　　g·cm-3(列出计算表达式)。 
8.(2022河南商丘三模)CIGS靶材是一种主要含铜、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)的合金,由于其良好的电学传导和光学透明性被广泛用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题:
(1)基态Ga的核外电子排布为[Ar]3d104s24p1,转化为下列激发态时所需能量最少的是　　　　(填字母)。 

(2)硫酸铜分别和氨水、EDTA
[(HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2]可形成配合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4、[Cu(EDTA)]SO4。
①EDTA中碳原子杂化方式为　　　　。 
②C、N、O、S四种元素中,第一电离能最大的是　　　　　　　　。 
③在[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4化合物中,阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图),该阳离子中存在的化学键类型为　　　　　　　　,该化合物加热时首先失去的组分是　　　　　　　　　。 

(3)四方晶系CuInSe2的晶胞结构如图所示,晶胞参数为a=b=m pm,c=2m pm,晶胞棱边夹角均为90°。设阿伏加德罗常数的值为NA,CuInSe2的相对质量为M,则该晶体密度ρ=　　　　　　　g·cm-3(用含有m、M和NA的代数式表示)。该晶胞中,原子坐标分别为2号Cu原子(0,0.5,0.25),3号In原子(0,0.5,0.75),4号Se原子(0.25,0.75,0.125)。则1号Se原子的坐标为　　　　　　　　,晶体中与单个In键合的Se有　个。 




参考答案

大题突破练5　物质结构与性质综合题
1.答案(1)3d104s2
(2)N>O>C>Zn　8　①　>
(3)HOOC—COOH　草酸的相对分子质量高于醋酸,同时草酸分子中存在两个羧基结构,与其他分子形成分子间氢键的数目多于醋酸
(4)①4　②8　③3433.24×1023ρNA
解析 (1)Zn位于元素周期表中第四周期第ⅡB族,价电子排布式为3d104s2。
(2)同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,故第一电离能由大到小的顺序为N>O>C>Zn;结构中的单键碳原子和水中的氧原子都参与sp3杂化,共有8个原子。N和O相比,N的电负性弱,更容易提供孤电子对,配位键更加稳定,故更加稳定的是配位键①;键角③是双键和单键之间的排斥力,电子云密度大,排斥力较大,键角较大,键角④是单键和单键之间的排斥力,电子云密度小,排斥力较小,键角较小,故键角③>键角④。
(3)阴离子对应的酸分别为乙酸(CH3COOH)、草酸(HOOC—COOH),草酸的相对分子质量高于醋酸,同时草酸分子中存在两个羧基结构,与其他分子形成分子间氢键的数目多于醋酸,故沸点高的是HOOC—COOH。
(4)①由题图可知,a纤锌矿型ZnO晶体中O2-的配位数为4;②O2-所形成的“正四面体”空隙有8个;③根据均摊原则,闪锌矿型晶胞含有Zn原子数4×1=4,O原子数8×18+6×12=4,晶胞的边长是33.24×1023ρNAnm,则Zn2+与O2-的距离为
3433.24×1023ρNAnm。
2.答案(1)3　3　(2)Be　F>O>B　sp3　Π46
(3)NH3、HClO
(4)308m2n×10-30NA
解析 (1)基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1,1s、2s、2p能量不同,则有3种能量不同的电子;2p能级存在未成对电子,p能级电子云空间有3种伸展方向。
(2)图中的原子分别位于立方体的顶点、棱及面上,根据“均摊法”,K:8×18+2×12=2,X:8×14+4×12=4,Y:8×14+4×12=4,Z:4×14+2×12=2,结合化学式KBe2BO3F2,原子半径:Be>B>F,故图中X表示Be,Y表示F,Z表示B;B、O、F为非金属元素,三者处于第二周期,同周期从左到右元素的电负性逐渐增大,则电负性由强到弱的顺序为F>O>B。BF4-中中心原子B上的孤电子对数为12×(3+1-4×1)=0,σ键电子对数为4,价层电子对数为0+4=4,故B原子采取sp3杂化;B原子最外层有3个电子,F原子最外层有7个电子,BF3中中心原子B上的孤电子对数为12×(3-3×1)=0,σ键电子对数为3,价层电子对数为0+3=3,B原子采取sp2杂化,1个B原子与3个F原子之间形成3个σ键,B原子未参与杂化的p轨道上没有电子,1个B原子和3个F原子形成大π键,B原子不提供电子,每个F原子提供2个电子,故BF3分子中存在的大π键表示为Π46。
(3)NCl3中中心原子N上的孤电子对数为12×(5-3×1)=1,根据“中心原子有孤电子对,接受H2O的H+进攻”,则NCl3水解生成NH3和HClO。
(4)晶胞的体积为m2n×10-30cm3,1个晶胞的质量为2×154NAg=308NAg,该晶体的密度为308m2n×10-30NA g·cm-3。
3.答案(1)第四周期第ⅥB族　15
(2)①O、N　②d　③独立存在的氨气分子中氮原子含有一对孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对
(3)<　钛第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是半充满的3d5电子
(4)(1,1,12)　3(a+b)
解析 (1)铬的原子序数为24,在元素周期表中的位置为第四周期第ⅥB族;其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,s能级1个轨道,p能级3个轨道,d能级5个轨道,结合洪特规则,其占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。
(2)①该配合物中[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O,Cr3+是中心离子,内界中H2O和NH3是配位体,配位体中的O原子和N原子有孤电子对,O原子和N原子提供孤电子对与Cr3+形成配位键。
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是独立存在的氨气分子中氮原子含有一个孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大。
(3)钛原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2,第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是3d5电子,3d5处于半充满状态,较为稳定,需要较大能量才能失去,故第二电离能I2(Ti) (4)从该晶胞图示可知,A点分数坐标为(0,0,0),结合B点在x、y、z三个坐标轴上的投影,则B点分数坐标为(1,1,12);已知r(N3-)=a nm,r(Cr3+)=b nm,晶胞参数为2(a+b) nm,则面对角线为22(a+b) nm,B点到底面的长度为(a+b) nm,则AB间距离为[22(a+b)]2+(a+b)2 nm=3(a+b) nm。
4.答案(1)28　Ni与Ca同周期,Ni的原子半径比较小且价电子数多,形成的金属键比较强,熔点比较高
(2)①八面体形　②N>O>H>C　③sp2
(3)223355NAd
解析 (1)镍元素的原子序数为28,核外电子数为28,由泡利不相容原理可知,同种原子的核外没有运动状态完全相同的电子,则基态原子核外电子的运动状态有28种;金属晶体的金属键越强,熔点越高,镍和钙都是金属晶体,镍元素与钙元素同周期,镍原子半径比钙小且价电子数比钙多,形成的金属键比钙强,熔点比钙高。
(2)①由配合物的结构可知,镍离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键,配位数为6,空间结构为八面体形。③由N……Ni存在大π键可知,结构中氮原子的杂化方式为sp2杂化。
(3)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的镍原子个数为8×18=1,位于面心镁原子个数为6×12=3,位于体内的铁原子个数为4,晶胞的化学式为NiMg3Fe4,设晶胞的边长为a cm,由晶胞的质量公式可得:355NA=a3d,解得a=3355NAd,由晶胞结构可知,晶胞中镍原子与镁原子间的距离为面对角线的12,则镍原子与镁原子间的距离为223355NAd cm。
5.答案(1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)　Mn
(2)①bc　②非极性分子　③正四面体形
(3)①F>P>Li　②sp2、sp3
(4)9　9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21
解析 (1)锰是25号元素,则锰元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或者[Ar]3d54s2,镍、钴、锰三种基态原子的价层电子排布式分别为3d84s2、3d74s2、3d54s2,故它们基态原子中的未成对电子数分别为2、3、5,则未成对电子数最多的是Mn。
(2)①Ni(CO)4中不存在离子键,a错误;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都存在配位键,b正确;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,[Ni(NH3)6]SO4中有N-H、S-O之间的极性键,c正确;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都不存在非极性键,d错误。
②H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为非极性分子。
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子即SO42-,SO42-中中心原子S的价层电子对数为4,根据价层电子对互斥理论可知,其空间结构为正四面体形。
(3)①根据第一电离能的变化规律:同一周期主族元素从左往右呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅤA族反常,同一主族从上往下依次减小,故LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为F>P>Li。
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中形成碳氧双键的C原子周围形成了3个σ键,则该原子采用sp2杂化,其余碳原子周围形成了4个σ键,采用sp3杂化。
(4)由题干晶胞图示可知,晶胞中含Li原子数为9,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,根据晶胞可知,x+y+z=9,得x=y=z=3,即一个晶胞中含有9个Li、3个Ni、3个Co、3个Mn和18个O,则一个晶胞的质量为m=9×7+3×59+3×59+3×55+18×16NA g,一个晶胞的体积为V=332a2c×10-21 cm3,故其密度为ρ=mV=
9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21 g·cm-3。
6.答案(1)　正四面体形　sp3　>　(2)26　4s　分子晶体
(3)①(34,14,14)　②1∶1　③16π(b3+c3)3a3×100%
解析 (1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,轨道表示式为;BH4-的中心原子B的价层电子对数为4+12×(3+1-4×1)=4,其空间结构为正四面体形,B采取sp3杂化;电负性是原子对键合电子的吸引力,H的电负性大于B。
(2)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;铁的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子,FeCl3的熔沸点比较低,故FeCl3是分子晶体。
(3)①D位于晶胞内部,若把晶胞分为8个相等的小立方体,则D位于包含C的小立方体的体心。根据A、B、C的原子坐标参数可知,D的原子坐标参数为(34,14,14)。
②该晶体中,铜位于内部,共4个,氯位于顶点和面心,共8×18+6×12=4个,所以铜、氯微粒个数比为1∶1。
③晶胞中有4个铜原子、4个氯原子,占有的体积为4×43π(b3+c3) pm3,晶胞边长为a pm,则晶胞体积为a3 pm3,该晶胞的空间利用率为16π(b3+c3)3a3×100%。
7.答案(1)3d84s2　N>C>H
(2)sp3　C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键　(3)C
(4)1∶1　+2价　(5)MNA·a3×1021
解析 (1)Ni是28号元素,故基态镍原子的价层电子排布式为3d84s2;该物质中非金属元素即C、N、H,根据电负性同一周期从左往右依次增大,同一主族从上往下依次减小可知,电负性由大到小是N>C>H。
(2)NH3中中心原子N原子周围的价层电子对数为4,则N的杂化轨道类型为sp3,C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键。
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,CN-中C和N上均有孤电子对,但由于C的电负性小,更容易给出孤电子对,则配体CN-提供的配位原子有C。
(4)由题给图示晶胞可知,1个晶胞中含有的NH3个数为2个,苯分子个数为2个,故该络合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为2∶2=1∶1,一个晶胞中含CN-个数为4,Ni的个数为2,其中Ni的平均化合价为+42=+2价。
(5)晶体密度为ρ=mV=MNA·a3×10-21cm3=MNA·a3×1021 g·cm-3。
8.答案(1)B
(2)①sp2、sp3　②N　③共价键和配位键　H2O
(3)2×1030Mm3NA　(0.25,0.75,0.625)　4
解析 (1)根据核外电子排布规律可知,B激发态的能量最低,故基态Ga原子转化为激发态B时所需能量最少。
(2)①EDTA中,饱和碳原子的杂化方式为sp3杂化,连有碳氧双键的碳原子的杂化方式为sp2杂化,故EDTA中碳原子杂化方式为sp3和sp2;
②同一周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势,但是第ⅡA族和第ⅤA族的元素的第一电离能均高于其相邻的元素,则第一电离能:N>O>C;同一主族,从上到下,元素的第一电离能逐渐减弱,则第一电离能:O>S;故C、N、O、S四种元素中,第一电离能最大的是N;
③该配合物的阳离子中,Cu2+和配体之间形成配位键,配体分子内存在极性键,故该阳离子中存在配位键和极性键;Cu2+与H2O形成的配位键比与NH3所形成的配位键弱,故该化合物加热时首先失去的组分是H2O。
(3)Cu原子有4个位于棱上,6个位于面上,故Cu原子的个数为6×12+4×14=4,In原子有8个位于顶点上,4个位于面上,1个位于体心,故In原子的个数为8×18+4×12+1=4,Se原子有8个,全部在晶胞内部,故Se原子的个数为8,则晶胞质量为4MNAg,晶胞体积为(m×10-10cm)·(m×10-10cm)·(2m×10-10cm)=2m3×10-30cm3,故晶体密度ρ=4MNAg2m3×10-30cm3=2×1030Mm3NAg·cm-3;该晶胞中,原子坐标分别为2号Cu原子(0,0.5,0.25),3号In原子(0,0.5,0.75),4号Se原子(0.25,0.75,0.125)。则1号Se原子的坐标为(0.25,0.75,0.625);晶体中与单个In键合的Se有4个。