高考化学二轮复习第一篇题型五物质结构与性质选修鸭题型限时训练

题型五物质结构与性质(选修选考)
题型限时训练
1.(2018·山西太原模拟)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差2。

回答下列问题:
(1)D2+的价层电子排布图为。

(2)四种元素中第一电离能最小的是,电负性最大的是(填元素符号)。

(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为;D的配位数为;
②列式计算该晶体的密度 g·cm-3。

(4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是。

解析:(1)本题考查电子排布图的书写,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,A和B位于第ⅠA族,或第ⅢA族元素或ⅦA族元素,A-和B+的电子数相差8,推出A为F,B为K,与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2,则
C为Fe,D为Ni,D2+为Ni2+,其价层电子排布图为。

(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是K;电负性最大,说明非金属性最强,即F的电负性最强。

(3)考查晶胞、配位键等,①根据晶胞的结构,F位于棱上、晶胞内部和面上,因此
F的个数为16×+4×+2=8,K位于棱上和内部,个数为8×+2=4,Ni位于顶点和内部,个数
为8×+1=2,因此化学式为K2NiF4;由图可知Ni的配位数为6;②晶胞的质量为1×(39×4+59×2+19×8)÷N A g,晶胞的体积为400×400×1 308×10-30cm3,因此晶胞的密度
为 g·cm-3≈3.4 g·cm-3。

(4)组成的化合物为K3FeF6,此化合物属于配合物,K+和Fe之间是离子键,Fe和F之间为配位键;该化合物中的复杂离
子是[FeF6]3-,配体为F-。

答案:(1)(2)K F
(3)①K2NiF4 6
② g·cm-3≈3.4
(4)离子键、配位键[FeF6]3-F-
2.(2018·河南信阳模拟)金属钛(22Ti)号称航空材料。

回答下列问题:
(1)钛元素基态原子未成对电子数为个,能量最高的电子占据的能级符号为,该能级所在能层具有的原子轨道数为。

(2)[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键有。

a.σ键
b.π键
c.离子键
d.配位键
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如图所示。

甲乙
化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为。

(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。

先将TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至 1 000～1 100 K 进行氯化处理,生成TiCl4。

写出生成TiCl4的化学反应方程式: 。

(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为。

已知晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数为N A,则晶胞边长为cm(用含ρ、N A的式子表示)。

解析:(1)钛元素价电子排布式为3d24s2,基态原子价电子排布图为,可见钛
元素基态原子未成对电子数为2,能量最高的电子占据的能级符号为3d,该能级所在能层为M 能层,有3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为1、3、5,具有的原子轨道数为9。

(2)OH-和H2O中H和O都是以σ键结合在一起,Ti4+提供空轨道,H2O和OH-提供孤电子对,形成配位键,即[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键只有σ键和配位键。

(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,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趋势,但第ⅤA族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是C<O<N。

(4)TiO2和足量炭粉混合加热至 1 000～1 100 K,生成TiCl4的化学反应方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。

(5)观察晶胞N位于立方体的顶点和面心位置,N原子数=8×+6×=4;Ti位于晶胞内,有4个,化学式可写为TiN;由晶胞图可知与Ti相连的N有4个,组成正四面体;晶胞质量为
4× g,晶体的密度为ρ g·cm-3,则晶胞边长为= cm。

答案:(1)2 3d 9
(2)ad (3)7 C<O<N
(4)TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO
(5)TiN 4
3.B、C、N、Si是常见的几种重要非金属元素,其形成的各种化合物在自然界中广泛存在。

(1)基态硅原子的核外电子排布式为。

B、C、N元素原子的第一电离能由大到小的顺序为。

(2)BF3与一定量的水可形成如图甲所示晶体R。

①晶体R中各种微粒间的作用力涉及(填序号)。

a.离子键
b.共价键
c.配位键
d.金属键
e.范德华力
②晶体R中阴离子的立体构型为。

(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)与CuCl2溶液可形成配离子(结构如图乙所示),乙二胺分子中氮原子的杂化类型为。

乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,其原因是。

(4)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。

六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。

它的晶体结构如图丙所示。

六方相氮化硼
(填“含”或“不含”)π键,其质地软的原因是。

(5)SiC是原子晶体,其晶胞结构类似于金刚石,假设正方体的边长为a cm,估算SiC晶体的密度为 g·cm-3
(用含N A、a的代数式表示)。

解析:(1)同周期元素的第一电离能从左往右呈增大趋势,且第ⅡA、ⅤA族元素因原子结构稳定导致其第一电离能大于其同周期相邻元素,故第一电离能:N>C>B。

(2)①根据结构可知,该晶体为离子晶体,含有离子键、共价键、配位键(HO→B)。

②晶体R 中阴离子的中心原子B形成3个σ键(B—F键)和1个配位键(HO→B),配位键也属于σ键,其立体构型为四面体形。

(3)根据配离子的结构图可知,N原子形成3个σ键和 1个配位键,采取sp3杂化;乙二胺含有氨基,分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺比三甲胺的沸点高得多。

(4)B原子最外层有3个电子,由图丙所示晶体结构中每个B原子形成3个单键可知,六方相氮化硼不含π键;已知六方相氮化硼与石墨相似,具有层状结构,层间作用力弱,可作高温润滑剂。

(5)碳化硅晶体和金刚石一样,是原子晶体,具有空间网状结构,一个C与四个Si形成正四面体结构,一个晶胞内有4个碳原子和4个Si原子,故一个SiC晶胞含4个SiC,晶体的密度ρ
== g·cm-3= g·cm-3。

答案:(1)1s22s22p63s23p2N>C>B
(2)①abc ②四面体形
(3)sp3乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键
(4)不含层间作用力弱
(5)
4.(2018·广东广州测试)C、N和Si能形成多种高硬度材料,如Si3N4、C3N4、SiC。

(1)Si3N4和C3N4中硬度较高的是 ,理由是。

(2)C和N能形成一种类石墨结构材料,其合成过程如图所示。

该类石墨结构材料化合物的化学式为,其合成过程中有三聚氰胺形成,三聚氰胺中N原子的杂化方式有。

(3)C和N还能形成一种五元环状有机物咪唑(im),其结构为。

化合物[Co(im)6]SiF6的结构示意图如下:
①Co原子的价层电子轨道表达式(价层电子排布图)为。

N与Co之间的化学键类型是,判断的理由是。

②阴离子Si中心原子Si的价层电子对数为。

阳离子[Co(im)6]2+和Si之间
除了阴、阳离子间的静电作用力,还存在氢键作用,画出该氢键的表示式。

例如水中氢键的表示式为:
(4)SiC为立方晶系晶体,晶胞参数为a,已知Si原子半径为r si,C原子半径为r c,该晶胞中原子的分数坐标为
C:(0,0,0);(,,0);(,0,);(0,,);……
Si:(,,);(,,);(,,);(,,)。

则SiC立方晶胞中含有个Si原子、个C原子;该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为(列出计算式即可)。

解析:(1)相同类型的晶体中,原子半径越小,键能越大,其硬度就越大,所以Si3N4和C3N4中硬度较高的是C3N4,原因是两者同属原子晶体,C的原子半径小于Si,与Si—N相比,C—N的键长短、键能大。

(2)由结构可判断出化学式为C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n。

环中N原子形成2个σ键含有1对孤电子对,杂化轨道数目为3,采取sp2杂化,氨基中N原子形成3个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为4,采取sp3杂化。

(3)①Co原子的价层电子为最外层和次外层电子,其电子轨道表达式为。

因N有孤对电子,Co2+有空轨道,所以N与Co之间可形成配位键。

②
价层电子对数=成键数+孤电子对数,孤电子对数=(a-xb),Si孤电子对数
=(4+2-6×1)=0,由此可算出中心原子Si的价层电子对数为6。

氢键发生在非金属
强的原子和氢原子之间,在该物质中氢键可表示为。

(4)从该晶胞中原子的分数坐标可看出,每个C原子周围有4个Si原子,每个Si原子周围有4个C原子,形成正四面体结构,如图,所以SiC立方晶胞中含有4个Si原子、4个C原子。

其总体积为×4+×4=,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率
为×100%。

答案:(1)C3N4两者同属原子晶体,C的原子半径小于Si,与Si—N相比,C—N的键长短、键能大
(2)C6N8sp2、sp3
(3)①
配位键N有孤对电子,Co2+有空轨道
②6
(4)4 4 ×100%
5.(2018·内蒙古包头一模)镍(Ni)是一种重要的金属,在材料科学等领域有广泛应用。

(1)Ni在元素周期表中的位置是,其价电子层中有个未成对电子。

(2)镍易形成配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]2+等。

①Ni(CO)4熔点为-19.3 ℃,沸点43 ℃,则其熔、沸点较低的原因是。

②Ni(CO)4分子中σ键与π键数目之比为。

③写出一种与配体CO互为等电子体的阴离子符号: 。

④[Ni(NH3)6]2+中配体NH3中N原子的杂化类型为,若[Ni(NH3)6]2+为正八面体构型,则[Ni(CO)2(NH3)4]2+的结构有种。

(3)金属Ni与富勒烯(C60)可制备一种低温超导材料,晶胞如图所示,Ni原子位于晶胞的棱上与内部,该超导材料的化学式为。

(4)NiO的晶体结构与氯化钠的晶体结构相同。

将NiO晶体在氧气中加热,部分Ni2+被氧化为
Ni3+,晶体结构产生镍离子缺位的缺陷,其组成为Ni0.97O,但晶体仍保持电中性,则晶体中Ni2+与Ni3+离子的数目之比为;若阿伏加德罗常数的值为N A,晶体密度为d g·cm-3,则该晶胞中最近的O2-之间的距离为pm。

解析:(1)Ni的原子序数为28,位于周期表第四周期第Ⅷ族,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,3d能级有2个未成对的电子。

(2)①Ni(CO)4属于分子晶体,分子间以范德华力结合,较弱,容易被破坏,故其熔、沸点较低;②Ni(CO)4分子中含有4+4=8(个)σ键和2×4=8(个)π键;所以σ键和π键数目之比为1∶1;③CO为2原子分子,电子数为14,对应的
等电子体为CN-或;④NH3中N原子形成3个σ键,孤电子对数为=1,则为sp3杂化;两个CO可以位于同一条棱上或体对角线上,所以[Ni(CO)2(NH3)4]2+有2种结构。

(3)该晶胞中
Ni原子的个数为12×+8+1=12;在该晶胞中含有的C60的个数是8×+6×=4,n(Ni)∶
n(C60)=12∶4=3∶1,所以该材料的化学式为Ni3C60。

(4)设 1 mol Ni0.97 O中含Ni2+ x mol,Ni3+(0.97-x)mol,根据晶体仍呈中性,可知2x+3(0.97-x)=2×1,x=0.91 mol,(0.97-x)mol=0.06 mol,即晶体中Ni2+与Ni3+离子的数目之比为0.91 mol∶0.06 mol=91∶6;每个晶胞中氧原子个数为4,镍原子个数为4,若阿伏加德罗常数的值为N A,晶体
密度为d g·cm-3,则晶胞的体积为V== cm3= cm3,晶胞的边长
为 cm=×1010 pm,该晶胞中最近的O2-之间的距离为边长的倍,故为
××1010 pm。

答案:(1)第四周期第Ⅷ族 2
(2)①Ni(CO)4属于分子晶体,分子间以范德华力结合,较弱,容易被破坏
②1∶1
③CN-(或)(其他合理答案皆可)
④sp3 2
(3)Ni3C60(或C60Ni3也可)
(4)91∶6 ××1010或××1010。