2022 高考化学二轮专题练习 专题突破练十三　物质结构与性质(选考)

专题突破练十三　物质结构与性质(选考)

可能用到的相对原子质量:N 14　O 16　P 31　S 32　K 39　Ca 40　Ti 48　V 51　Co 59　Cu 64　Sn 119

非选择题:本题共6小题,共100分。

1.(16分)(2021广东四校联考)三元锂电池性能优异、能量密度高,正极材料包含了Ni、Co、Mn三种过渡金属的氧化物。

(1)基态Ni原子有　　　　个未成对电子,Ni2+核外电子排布式为　　　　　。 

(2)如表是Mn与Fe的部分电离能数据,解释I3(Mn)大于I3(Fe)的主要原因:　　　　　　　　　　　。 

(3)已知[Co(CN)6]4-是强还原剂,与水反应能生成[Co(CN)6]3-,写出该反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　;1 mol CN-含有σ键的数目为　　　　,该离子中C的杂化方式为　　　　　　　。 

(4)已知H2O2难以将Co2+氧化为Co3+,若先将Co2+转化为[Co(NH3)6]2+,则H2O2能快速将其氧化为[Co(NH3)6]3+,该原因是　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)Co与Ti类似,其晶体堆积方式为六方最密堆积,其晶胞结构如图所示,则该晶胞中含有的原子个数为　　　　　　,已知该晶胞的底面边长为a nm,高为b nm,则晶胞密度为　　　　 g·cm-3。 

2.(16分)(2021广东名校联盟联考)硫、钒化合物在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题:

(1)基态钒原子的价层电子排布图为　　　　　　,钒有+2、+3、+4、+5等多种化合价,其中最稳定的化合价是　　　　,V的空间结构为　　　　　　。 

(2)2-巯基烟酸氧钒配合物(图甲)是副作用小的有效调节血糖的新型药物:

该药物中N原子的杂化方式是　　　　;2-巯基烟酸(图乙)水溶性优于2-巯基烟酸氧钒配合物(图甲)的原因是　　　　　　　　　　　　。 

(3)某六方硫钒化合物晶体的晶胞如图丙所示,该晶胞的化学式为　　　　　　。图丁为该晶胞的俯视图,该晶胞的密度为　　　　 g·cm-3(列出计算式即可)。 

3.(16分)(2021安徽安庆一模)铜元素及其化合物在生产实际中有许多重要用途。磷化铜(Cu3P2)常用于制造磷青铜(含少量锡、磷的铜合金)。请回答下列有关问题:

(1)现代化学中,常利用　　　　　　上的特征谱线来鉴定元素。 

(2)铜晶体中铜原子的堆积方式如图所示,铜晶体中原子的堆积模型属于　　　　　。 

(3)基态磷原子中,电子占据的最高能层符号为　　　　　　　;该能层中具有的能量最高的电子所在能级有　　　　　个伸展方向,原子轨道呈　　　　　形。 

(4)磷化铜与水反应产生有毒的磷化氢(PH3)气体,PH3分子的空间构型为　　　　　;P、S的第一电离能(I1)的大小为I1(P)　　　I1(S)(填“>”“<”或“=”);PH3的沸点　　　　(填“高于”或“低于”)NH3的沸点,原因是　　　　　　　　　　　　　。 

(5)磷青铜晶体的晶胞结构如图所示,该晶体中P原子位于由铜原子形成的　　　　　　　的空隙中。若晶体密度为a g·cm-3,则P与最近的Cu原子的核间距为　　　　　　 nm(用含NA的代数式表示)。 

4.(18分)(2021安徽名校联盟质检)在自然界中,第二周期主族元素形成的化合物种类最多,回答下列问题:

(1)下图中表示基态碳原子的是　　　　　　,表示的碳原子能量最高的是　　　　。 

(2)碳、氮、氧三种元素的第一电离能由大到小的顺序为　　　　　　(填元素符号),氮气分子中σ键与π键的数目之比为　　　　　　。 

(3)碳、氮、氧的简单氢化物键角由大到小的顺序为　　　　　　(用化学式表示)。 

(4)反应3CH4+2B3N3H6+6H2O3CO2+6H3BNH3中,碳原子的杂化类型为　　　　　,H3BNH3　　　　(填“能”或“不能”)溶于水,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)氮化钾晶胞结构如图,该晶体的化学式为　　　　　,若该晶胞边长为a pm,则该晶体的密度为　　　　　 g·cm-3(用含a的代数式表示,设NA为阿伏加德罗常数的值)。 

5.(16分)(2021福建龙岩一模)C、N、F、Cu及其化合物在化工、医药、材料等方面应用十分广泛。回答下列有关问题:

(1)基态铜原子的价电子排布式为　　　　　;C、N、F、Cu四种元素第一电离能从小到大的顺序为　　　　。 

(2)化合物CH3NH2、CH3CH3常温下均为气体,沸点较高的是　　　　　;CH3NH2中氮原子的杂化方式是　　　　　　。 

(3)将无水硫酸铜溶解在一定量的水中,再加入过量氨水,溶液变为深蓝色,该深蓝色离子[Cu(NH3)4(H2O)]2+内存在的化学键有　　　　　　。 

A.氢键 B.离子键

C.共价键 D.配位键

E.金属键

(4)氮、铜形成的一种化合物,为立方晶系晶体,晶胞参数为a pm,其晶胞沿面对角线投影如图所示。已知该晶胞中原子的分数坐标为Cu:(0,0,);(0,,0);(,0,0),N:(0,0,0)。则该晶胞中,与Cu原子等距且最近的Cu原子有　　　　个。 

6.(18分)(2021福建厦门英才学校四模)卟啉化合物在生命科学、太阳能储存等众多领域具有广阔的应用前景。回答下列问题:

Ⅰ.四苯基金属锌卟啉配合物具有促进细胞组织呼吸、改善蛋白质和糖代谢等作用,其合成过程如下(ph-为苯基):

(1)基态Zn原子的价电子排布式为　　　　,C原子的杂化类型为　　　　。 

(2)合成过程所用的试剂乙醇中所含元素的电负性由大到小的顺序为　　　　　　　。 

(3)乙醇的沸点高于二氯甲烷的沸点,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.研究表明利用卟啉配合物对钙钛矿薄膜进行修饰调控,可大幅度提高钙钛矿太阳能电池器件的性能和稳定性。

(4)钙钛矿晶胞如图所示,Ti4+处于6个O2-组成的　　　　　空隙中,若Ca2+与O2-的最短距离为a nm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶体的密度为　　　　　 g·cm-3(列出计算表达式)。 

(5)在钙钛矿晶胞结构的另一种表示中,Ti4+处于各顶点位置,则O2-处于　　　　　　　位置。 

专题突破练十三　物质结构与性质(选考)

1.答案 (1)2　[Ar]3d8　(2)Mn失去两个电子后价电子排布为3d5,处于半满的稳定状态,而铁失去三个电子能形成3d5的半满稳定状态

(3)2[Co(CN)6]4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH-　NA　sp杂化　(4)Co2+与氨配位后更容易被氧化

(5)6　×1021

解析:(1)基态Ni原子核外电子排布式是[Ar]3d84s2,有2个未成对电子,Ni原子失去最外层2个电子得到Ni2+,Ni2+核外电子排布式为[Ar]3d8;

(2)Mn失去两个电子后价电子为3d5,处于半满的稳定状态,而铁失去三个电子能形成3d5的半满稳定状态,所以I3(Mn)大于I3(Fe);

(3)[Co(CN)6]4-是强还原剂,与水反应能生成[Co(CN)6]3-,根据得失电子守恒,反应同时生成氢气,该反应的离子方程式是2[Co(CN)6]4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH-;CN-的结构式是[C≡N]-,1 mol CN-含有σ键的数目为NA,该离子中C的杂化方式为sp杂化;

(4)Co2+与氨配位后更容易被氧化,所以H2O2能快速将其氧化为[Co(NH3)6]3+;

(5)根据均摊法,该晶胞中含有的原子个数为12×+2×+3=6,该晶胞的底面边长为a nm,高为b nm,晶胞的体积为a2b×10-21 cm3,则晶胞密度为×1021 g·cm-3。

2.答案 (1)　+5价　正四面体

(2)sp2　2-巯基烟酸的羧基可与水分子之间形成氢键,使其在水中溶解度增大　(3)VS　×1021

解析:(1)钒为23号元素,基态原子核外电子排布式为[Ar]3d34s2,价层电子排布图为;钒原子失去5个价电子后,形成8电子稳定结构,故其最稳定的化合价是+5价;根据价层电子对互斥原理,V中的V形成4个σ键,孤电子对数为=0,空间结构为正四面体;

(2)根据结构简式可知N原子形成2个σ键,N原子还有1对孤电子对,价层电子对数为3,所以N原子为sp2杂化;2-巯基烟酸含有羧基,可以与水分子形成氢键,所以其水溶性会更好;

(3)晶胞中V原子个数为×2+×6+×4=2,S原子个数为2个,所以化学式为VS;一个晶胞的质量为 g= g,晶胞底面积为a×a nm2,晶胞的体积为a×a×b nm3=a2b nm3,所以晶胞的密度ρ= g·nm-3= g·nm-3=×1021 g·cm-3。

3.答案 (1)原子光谱　(2)面心立方最密堆积

(3)M　3　哑铃　(4)三角锥形　>　低于　NH3分子间能形成氢键,而PH3不能

(5)正八面体　×107

解析:(1)光谱分析是利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,所以现代化学中,常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素。

(2)由图可知,铜晶体中原子的堆积模型属于面心立方最密堆积。

(3)基态磷原子核外有三层电子,故最高能层符号为M,能量最高的电子在3p能级,在空间有3个伸展方向,原子轨道为哑铃形。

(4)PH3分子中P原子价层电子对数为4,有1对孤电子对,则PH3为三角锥形;第一电离能在同周期中随原子序数的递增,有增大的趋势,但核外电子排布满足全充满或半充满状态时,第一电离能大于其相邻元素的第一电离能,故I1(P)>I1(S);氢键为分子间作用力,对物质的熔、沸点影响较大,氨分子间存在氢键,磷化氢中无氢键,则磷化氢的沸点低于氨。

(5)观察磷青铜晶体的晶胞结构,Cu原子位于正方体的六个面的中心位置,形成正八面体的结构;P原子与最近的Cu原子之间的距离为棱长,Sn原子个数:8×=1,Cu原子个数:6×=3,P为1,化学式为SnCu3P,摩尔质量为342 g·mol-1,1 mol时的体积为,一个晶胞的体积为 cm3,棱长= cm,P与最近的Cu原子的核间距为×107 nm。

4.答案 (1)A　D　(2)N>O>C　1∶2

(3)CH4>NH3>H2O

(4)sp3、sp　能　H3BNH3能与水分子间形成氢键

(5)K3N　×1030

解析:(1)碳是6号元素,基态原子核外的电子排布式为1s22s22p2,根据泡利原理和洪特规则,基态碳原子的电子排布图为,处于激发态的电子越多,能量越高,碳原子能量最高的是D。

(2)同一周期,从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素。故第一电离能:N>O>C,氮气分子的电子式为N︙︙,其中σ键与π键的数目之比为1∶2。

(3)碳、氮、氧的简单氢化物分别为甲烷、氨气和水,立体构型分别是正四面体形、三角锥形、V形,其键角依次减小,即键角由大到小顺序是CH4>NH3>H2O。

(4)反应3CH4+2B3N3H6+6H2O3CO2+6H3BNH3中,CH4是正四面体结构,碳原子的杂化类型为sp3杂化,CO2是直线结构,碳原子的杂化类型为sp杂化,H3BNH3能和水分子间形成氢键,所以能溶于水。

(5)根据晶胞结构图,N原子数=8×=1,钾原子数=6×=3,氮化钾晶体的化学式为K3N,一个晶胞的质量为 g,晶胞边长为a pm,则晶体的密度为×1030 g·cm-3。

5.答案 (1)3d104s1　Cu<C<N<F

(2)CH3NH2　sp3　(3)CD　(4)8

解析:(1)Cu为29号元素,基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价电子排布式为3d104s1;Cu为金属元素,第一电离能最小,同周期自左至右第一电离能呈增大的趋势,所以四种元素第一电离能从小到大的顺序为Cu<C<N<F。

(2)CH3NH2分子中存在N—H键,所以分子间存在氢键,沸点较高;CH3NH2分子中N原子与C原子形成一个σ键,与两个H原子分别形成一个σ键,还有1对孤电子对,所以价层电子对数为4,为sp3杂化。

(3)Cu2+提供空轨道,NH3分子和H2O分子提供孤电子对形成配位键,NH3分子和H2O分子内部都存在共价键,不存在离子键、金属键,氢键不是化学键,所以选CD。

(4)结合投影以及部分Cu、N原子的坐标可知N原子位于立方体的顶点,Cu原子位于棱心,距离Cu原子相等且最近的Cu原子位于相邻的棱上,所以个数为8。

6.答案 (1)3d104s2　sp2　(2)O>C>H

(3)乙醇和二氯甲烷都是分子晶体,乙醇存在分子间氢键　(4)正八面体　　(5)棱心

解析:(1)Zn为30号元素,基态锌原子的核外电子排布为[Ar]3d104s2,价电子排布式为3d104s2,根据配合物的结构简式可知C原子均形成双键,所以为sp2杂化;

(2)非金属性越强,元素的电负性越强,非金属性O>C>H,则电负性O>C>H;

(3)乙醇和二氯甲烷均为分子晶体,但由于乙醇分子中含有羟基,可以形成分子间氢键,所以乙醇的沸点较高;

(4)根据晶胞结构示意图可知Ti4+周围6个O2-围成一个正八面体;据图可知Ca2+与O2-的最短距离为该晶胞面对角线的一半,所以该晶胞的边长为a nm,则1个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,根据均摊法,晶胞中含有O2-的个数为6×=3,Ti4+的个数为1,Ca2+的个数为8×=1,所以1个晶胞的质量为 g,则晶体的密度为 g·cm-3;

(5)原晶胞中Ti4+与O2-的距离为边长的一半,根据晶胞平移时微粒间的距离不变,可知当Ti4+处于顶点时,O2-处于棱心。