2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测（三十九）“物质结构与性质”选考题（含解析）新人教版

课时跟踪检测（三十九） “物质结构与性质”选考题1．钛及其化合物的应用越来越受到人们的关注。 (1)基态Ti原子核外电子排布的能量最高的能级符号是______。与钛同周期的元素中，基态原子的未成对电子数与钛相同的有________种。 (2)钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛硬度比铝大的原因是________________________________________________________________________。(3)催化剂M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，其结构如图所示。 ①M中，碳原子的杂化形式有________种。 ②M中，不含________(填标号)。 a．π键　　　　 b．σ键　　　　　c．配位键 d．氢键   e．离子键(4)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一，具有典型的四方晶系结构。其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示。 ①4个微粒A、B、C、D中，属于氧原子的是________。 ②若A、B、C的原子坐标分别为A(0,0,0)、B(0.69a，0.69a，c)、C(a，a，c)，则D的原子坐标为D(0.19a，________，________)；钛氧键键长d＝________(用代数式表示)。 解析：(1)基态Ti原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2，能量最高的能级符号为3d。钛的3d能级上有2个未成对电子，第四周期元素中，基态原子的未成对电子数为2的元素还有Ni(3d84s2)、Ge(4s24p2)、Se(4s24p4)，共3种。(2)钛、铝均为金属晶体，其硬度取决于金属键强弱。Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强，因此钛硬度比铝大。(3)①M的结构如图，1类碳原子的杂化类型为sp2,2类碳原子的杂化类型为sp3。②M中，C—C键、C—H键、C—O键、Ti—Cl键属于σ键，苯环中存在大π键、Ti与O间存在配位键，M中不存在氢键与离子键。(4)①金红石晶胞结构中A类原子个数：8×＝1，B类原子个数：4×＝2，D类原子个数为2、体心原子个数为1，根据TiO2知Ti、O个数比为1∶2，则1个晶胞中Ti原子的个数为2，O原子的个数为4，故属于氧原子的是B、D。②根据晶胞结构，D在底面投影为，其横坐标为0.19a，则纵坐标为a－0.19a＝0.81a，故D的原子坐标为(0.19a，0.81a,0.5c)。B、C在底面投影为，钛氧键键长(即BC段距离)为d，则有d2＝(0.31a)2＋(0.31a)2，则d＝0.31×a。 答案：(1)3d　3 (2)Ti原子的价电子数比Al多，金属键更强(或Ti的原子化热比Al大，金属键更强等其他合理答案) (3)①2　②de (4)①BD　②0.81a　0.5c　0.31×a2．氮、氧、硫、磷是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题： (1)SO2分子的VSEPR模型名称是________。 (2)N、O、P三种元素第一电离能由大到小的顺序是________。 (3)气态氢化物氨(NH3)和膦(PH3)的键角较大的是________(填化学式)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)SCN－中C原子的杂化类型为________杂化，1 mol SCN－中含π键的数目为________NA。 (5)晶胞有两个基本要素： ①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞结构如图所示，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；D为(1,1,1)。则C的原子坐标参数为________。 ②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为________ cm。(用含a的代数式表示) 解析：(1)SO2分子中S的价层电子对数＝2＋1＝3，故其VSEPR模型为平面三角形。(2)P原子比N、O原子多一个电子层，第一电离能最小，氮元素2p能级处于半充满状态，第一电离能：N>O，故第一电离能由大到小的顺序为N>O>P。(3)由于电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子N，成键电子对间排斥力较大，故NH3键角较大。(4)SCN－的中心原子为C，按照价层电子对互斥理论可知，C的孤电子对数为0，成键电子对数为2，即中心原子C采取sp杂化，由SCN－与CO2互为等电子体知，SCN－的电子式为，故1 mol SCN－中含2 mol π键。(5)①根据图示中A、B的原子坐标参数可确定C的原子坐标参数为。②P原子与B原子的最近距离为晶胞体对角线长的，为a cm，则晶胞体对角线长为4a cm，故磷化硼晶胞的边长为 cm＝a cm。 答案：(1)平面三角形　(2)N>O>P　(3)NH3　电负性N>P，NH3中成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间排斥力较大　(4)sp　2　(5)①　②a3.  LED灯是一种环保的光源，在相同照明效果下比传统光源节能80%以上。目前市售LED晶片材质基本以砷化镓、磷化铝镓铟(AlGaInP)、氮化铟镓( InGaN)为主，砷化镓的晶胞结构如图。回答下列问题： (1)砷的基态原子的电子排布式是___________。 (2)磷和砷是同一族的元素，第一电离能：磷___________砷(填“>”“<”或“＝”，下同)，它们形成的氢化物的沸点：PH3___________AsH3，原因是___________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)AsH3是无色、稍有大蒜味的气体。AsH3中砷原子的杂化轨道方式为___________，AsH3的空间结构为___________。 (4)砷元素的常见化合价有＋3和＋5，它们对应的含氧酸有H3AsO3和H3AsO4两种，其中H3AsO4的酸性比H3AsO3的酸性强，从物质结构与性质的关系来看，H3AsO4的酸性比H3AsO3的酸性强的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)此晶胞中所含的砷原子的个数为___________，砷化镓的化学式为___________。 解析：(1)As位于第四周期ⅤA族，基态砷原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。 (2)同主族从上到下，第一电离能减小，即第一电离能：磷>砷；AsH3和PH3都属于分子晶体，两者结构相似，AsH3的相对分子质量比PH3大，范德华力强，AsH3的沸点高于PH3。 (3)AsH3中心原子为As，As有3个σ键，孤电子对数为＝1，价层电子对数为4，因此As原子杂化类型为sp3；其空间构型为三角锥形。 (4)H3AsO4和H3AsO3可表示为(HO)3AsO和(HO)3As，＋5价的砷正电性更高，导致As—O—H中的O的电子向As偏移，在水分子作用下，更容易电离出H＋，酸性强。 (5)根据晶胞的结构，As为晶胞的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4；Ga位于晶胞内部，个数为4，因此砷化镓的化学式为GaAs。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 (2)>　<　AsH3和PH3都属于分子晶体，两者结构相似，AsH3的相对分子质量比PH3大，范德华力强，AsH3的沸点高于PH3　(3)sp3　三角锥形 (4)H3AsO4和H3AsO3可表示为(HO)3AsO和(HO)3As，＋5价的砷正电性更高，导致As—O—H中的O的电子向As偏移，在水分子作用下，更容易电离出H＋，酸性强　 (5)4　GaAs4．《日华子本草》中已有关于雄黄的记载：“雄黄，通赤亮者为上，验之可以虫死者为真。”雄黄(As4S4)和雌黄(As2S3)是提取砷的主要矿物原料，二者在自然界中共生。 回答下列问题： (1)基态砷原子的价电子轨道排布图为________，核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图形状为________。 (2)S、P和N三种元素第一电离能由大到小的顺序是________。 (3)雄黄(As4S4)的结构如图1所示，S原子的杂化形式为________。 (4)SO2分子中的σ键数为________个，分子的空间构型为________。分子中的大π键可用符号表示Π，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)，则SO2中的大π键应表示为________。SO2分子中S—O键的键角________NO中N—O键的键角(填“> ”“<”或“＝”)。 (5)砷化镓是优良的半导体材料，密度为(ρ g·cm－3)，其晶胞结构如图2所示。Ga和As原子半径分别为r1 pm和r2 pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则砷化镓晶体的空间利用率为________。 解析：(1)砷为33号元素，As位于第四周期第ⅤA族，其价电子即最外层电子。基态砷原子的价电子轨道排布图为，核外电子占据的最高能级是4p，该能级的电子云轮廓图为哑铃形。 (2)主族元素第一电离能的变化规律为同主族由上而下依次减小，同周期从左至右呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族元素“反常”。S、P和N三种元素第一电离能由大到小的顺序是N>P>S。 (3)S、As原子的最外层分别有6个、5个电子，达到8电子稳定结构需分别形成2对、3对共用电子对，故雄黄(As4S4)分子结构中，黑球、白球分别表示硫、砷原子。每个硫原子都有4对价层电子对(2对σ键电子对、2对孤电子对)，S原子都是sp3杂化。 (4) SO2分子中，S原子结合2个O原子，有2个σ键。中心原子S的孤电子对数为×(6－2×2)＝1，σ键电子对数为2，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，由于含1对孤电子对，故SO2分子为V形。氧原子的价电子排布为2s22p4，有2个未成对电子，两个氧原子各用1个未成对电子(p轨道)与硫形成共用电子对(σ键)，各用1个未成对电子(p轨道)与硫原子未杂化的p轨道形成大π键，表示为Π。SO2分子中，孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，故两个S—O键的键角小于120°；而NO中中心原子N上的孤电子对数为×(5＋1－3×2)＝0，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，由于不含孤电子对，NO为平面三角形，NO中N—O键的键角等于120°。 (5)1个砷化镓晶胞中，有Ga、As原子各4个，8个原子总体积为V原子＝π(r1×10－10cm)3×4＋π(r2×10－10cm)3×4；1个晶胞的体积V晶胞＝＝； 砷化镓晶体的空间利用率为 ×100%＝×100%。 答案：(1) 　哑铃形　(2)N>P>S　(3)sp3　(4)2　V形　Π　< (5)×100%5．呋喃()和吡咯()是较常见的杂环化合物，呋喃通过下列反应可转化为吡咯： 回答下列问题： (1)呋喃和吡咯所含元素中：电负性最大的是________(填元素符号)，第一电离能最大的元素的基态原子电子排布图是______________________。 (2)呋喃分子中，碳原子的杂化方式是___________，1 mol吡咯分子中含________mol σ键。 (3)NH3与H2O可与Zn2＋形成配合物[Zn(NH3)3(H2O)]2＋。与Zn2＋形成配位键的原子是________(填元素符号)；H2O的空间构型为________；写出一种与NH3互为等电子体的阳离子：____________________________________________________ (填化学式)。 (4)NH3的相对分子质量比N2O的小，但其沸点却比N2O的高，其主要原因是________________________________________________________________________。(5)ZnO晶体随着环境条件的改变能形成不同结构的晶体，其中一种的晶胞结构如图所示，已知该ZnO晶体密度为a g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数。则该晶体中与Zn2＋等距离且最近的Zn2＋共有___________个，该ZnO晶胞中相邻两个O2－之间的距离为________nm。 解析：(1)同周期元素自左向右电负性增大，同主族元素自上而下电负性逐渐降低，非金属性越强电负性越强；同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素，同主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，呋喃和吡咯所含元素中有C、H、O、N四种元素，其中电负性最大的元素是O，第一电离能最大的元素是N，N的基态原子电子排布图是。 (2)呋喃()分子中，C形成2个双键，则碳原子的杂化方式是sp2；单键均为σ键，双键中有1个σ键，则1 mol 吡咯()分子中含10 mol σ键。 (3)与Zn2＋形成配位键的原子应该有孤对电子，O、N上有孤对电子；因为水是sp3杂化，所以是正四面体结构，但由于O原子有两对孤对电子，所以结构为V形；NH3含4个原子、8个价电子，与NH3互为等电子体的阳离子是H3O＋。 (4)氨气分子间存在氢键，氢键使物质的熔沸点升高，N2O分子间只有范德华力，氢键的作用力大于范德华力。 (5)由题给图示可知，正六面体的体心和每个棱的中间各有一个Zn2＋。若选体心的Zn2＋为研究对象，则与体心的Zn2＋等距离且最近的Zn2＋为棱的中间的Zn2＋，共有12个；利用“均摊法”，可知一个晶胞含有Zn2＋和O2－均为4。一个晶胞的质量：m(晶胞)＝×4 g，一个晶胞的体积：V(晶胞)＝＝＝ cm3。则晶胞棱长＝ cm，晶胞中相邻两个O2－之间的距离为面对角线的一半，即×  cm＝× ×107nm。 答案：(1)O  　(2)sp2　10　(3)N、O　V形　H3O＋　(4)NH3分子间存在氢键 (5)12　× ×1076．磷化铟和砷化铟纳米晶体具备独特的光学和电学特性，广泛应用于生物医学、通信、太阳能电池等领域。回答下列问题： (1)基态磷原子核外电子排布式为__________________；基态As原子中未成对电子数为________。 (2)PH3分子的空间构型为________；AsO中As原子的杂化方式为________。 (3)AsH3与NH3在水中的溶解度较大的是________，其原因是________________________________。 (4)酞菁铟是有机分子酞菁与金属铟形成的复杂分子，结构简式如图1所示，该分子中存在的化学键为________(填字母)。 a．σ键　　　　　　　　 b．π键 c．离子键  d．配位键 (5)砷化铟的晶胞结构如图2所示，砷化铟晶体的化学式为________；该晶胞的棱长为a cm，则砷化铟晶体的密度为________(用含a、NA的代数式表示)。 解析：(1)基态磷原子核外有15个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3,4p能级有3个轨道，按照洪特规则，3个电子填充在不同的轨道且自旋方向相同，故3个电子均为未成对电子。(2)PH3分子中P的孤电子对数为＝1，因此PH3分子空间构型为三角锥形。AsO中As的孤电子对数为＝1，杂化轨道数为3＋1＝4，故As的杂化类型为sp3。(3)NH3与水分子之间易形成氢键，而AsH3与水分子之间不能形成氢键，因此NH3在水中的溶解度大于AsH3在水中的溶解度。(4)In与Cl、2个带标号N原子之间形成的都是共价键，In与2个不带标号N原子之间形成配位键，苯环中含有σ键、π键，C===N键中含有σ键、π键。(5)图2晶胞中，As位于晶胞体内，个数为4，In位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，砷化铟晶体化学式为InAs，密度为 g÷(a cm)3＝ g·cm－3。 答案：(1)1s22s22p63s23p3　3　(2)三角锥形　sp3 (3)NH3　NH3与水分子之间易形成氢键 (4)abd　(5)InAs　 g·cm－3