2023年高考化学二轮复习专题能力提升练十八第一篇专题通关攻略专题七物质结构与性质

PAGE2-专题能力提升练十八物质结构与性质(建议用时:20分钟)1.(2022·漳州二模)A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,C、D同主族。E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满。根据以上信息填空:(1)基态D原子中,电子占据的最高能层符号是________,该能层具有的原子轨道数为________。(2)E2+的价层电子排布图是________,F原子的核外电子排布式是________。(3)A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为________,B元素的气态氢化物的分子模型为________。(4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB-互为等电子体,它们结构相似,DAB-的电子式为________。(5)某种化合物由D、E、F三种元素组成,其晶胞如下图,那么其化学式为________,该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度:d=________g·cm-3。【解析】A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,那么A原子核外电子排布式为1s22s22p2,C原子核外电子排布式为1s22s22p4,故A为碳元素、C为氧元素;B原子序数介于C、O之间,那么B为氮元素;C、D同主族,那么D为硫元素;E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,那么E为Fe;F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满,F原子核外电子数=2+8+18+1=29,那么F为铜元素。(1)基态硫原子中电子占据的最高能层为第3能层,符号为M,该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道,共有9个原子轨道。(2)Fe2+的价层电子排布式为3d6,其价层电子排布图是,F为铜元素,原子核外有29个电子,原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1。(3)碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H2CO3,分子结构式为,中心碳原子成3个σ键、没有孤电子对,碳原子采取sp2杂化方式;B的气态氢化物为NH3,为三角锥形结构。(4)化合物CO2、N2O和阴离子SCN-互为等电子体,它们结构相似,SCN-中碳原子与硫、氮原子之间分别形成2对共用电子对,SCN-的电子式为(5)晶胞中D(S)原子位于晶胞内部,原子数目为8个,E(Fe)原子6个位于面上、4个位于棱上,E(Fe)原子数目=6×+4×=4,F(Cu)原子4个位于面上、1个位于内部、8个位于顶点上,原子数目=4×+1+8×=4,晶体中铜、铁、硫原子数目之比=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体化学式为CuFeS2;晶胞质量=×4,晶胞体积=(524×10-10cm)2×(1030×10-10)cm,该晶体的密度d=[×4]÷[(524×10-10cm)2×(1030×10-10)cm]=4.32g·cm-3。答案:(1)M9(2)1s22s22p63s23p63d104s1(3)sp2三角锥形(4)(5)CuFeS2[×4]÷[(524×10-10cm)2×(1030×10-10)cm]=4.322.(2022·潍坊一模)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关。答复以下问题:(1)基态氮原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原那么是______________。前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多的元素的价层电子排布式为____________。(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是___________________________________________________________________________________。(3)N2F2分子中氮原子的杂化方式是____________,1molN2F2含有____________molσ键。(4)NF3的键角____________NH3的键角(填“<〞“>〞或“=〞),原因是____________。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1molNH4BF4含有________mol配位键。(6)平安气囊的设计原理为6NaN3+Fe2O33Na2O+2Fe+9N2↑。①等电子体的原理是原子总数相同,价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征,具有许多相近的性质。写出两种与互为等电子体的分子或离子____________;②Na2O的晶胞结构如下图,晶胞边长为566pm,晶胞中氧离子的配位数为____________,Na2O晶体的密度为________g·cm-3(只要求列算式,不必计算出结果)。【解析】(1)2p能级3个电子分别单独优先占据一个轨道,符合洪特规那么;前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多,只能处于第4周期,由洪特规那么特例可知价层电子排布式为3d54s1。(2)同周期随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,氮元素2p能级为半满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:N>O>C。(3)N2F2分子结构式为F—NN—F,分子中氮原子含有1对孤电子对,氮原子的杂化方式是sp2杂化,lmolN2F2含有3molσ键。(4)F电负性比H大,NF3中N周围电子密度小于NH3中N周围电子密度,成键电子对之间的排斥力较小,因而NF3的键角<NH3的键角。(5)NH4BF4中铵根离子中含有1个配位键,硼原子与F之间形成1个配位键,lmolNH4BF4含有2mol配位键。(6)①与互为等电子体的分子或离子为CO2、CNO-等。②晶胞中白色球数目为8×+6×=4、黑色球数目为8,钠离子与氧离子数目之比为2∶1,那么白色球为氧离子、黑色球为钠离子,黑色球配位数为4,那么白色球配位数为8,晶胞质量为4×g,那么晶胞密度为4×g÷(566×10-10cm)3=g·cm-3。答案:(1)洪特规那么3d54s1(2)N>O>C(3)sp2杂化3(4)<F电负性比H大,NF3中N周围电子密度小于NH3中N周围电子密度(5)2(6)①CO2、CNO-②8【互动探究】(1)判断在氟硼酸铵(NH4BF4)的晶体中阴阳离子中的中心原子的杂化方式。提示:均为sp3杂化。N和B中的中心原子均形成了4个σ,且均没有孤电子对,因此均为sp3杂化。(2)在氧化钠晶体中一个氧离子周围最近的氧离子有几个?提示:12个。在一个晶胞中以上面的中心上的氧离子为研究对象,那么距离这个氧离子最近的氧离子在此面的四个顶点上(图中标有数字的),还有前、后、左、右四个面的面心上(以下图中标有数字的);向上平移一个晶胞单位,那么在这个立方体中前、后、左、右四个面的面心上也各有一个氧离子,因此总共有12个。3.(2022·遵义三模)ⅤA族的某些单质及其化合物常用于制作太阳能电池、半导体材料等。(1)基态时砷原子核外的电子排布式为____________。(2)硒、溴与砷同周期,三种元素的第一电离能从大到小顺序为____________(用元素符号表示)。(3)气态SeO3分子的立体结构为____________,与SeO3互为等电子体的一种离子为____________(填化学式)。(4)硼元素具有缺电子性,因而其化合物往往具有加和性。①硼酸(H3BO3)是一元弱酸,写出硼酸在水溶液中的电离方程式____________。②硼酸(H3BO3)是一种具有片层结构的白色晶体,层内的H3BO3分子间通过氢键相连(如图1)。含1molH3BO3的晶体中有____________mol氢键,____________molσ键。H3BO3中B的原子杂化类型为____________。(5)硅的某种单质的晶胞如图2所示。假设该硅晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数值为NA,那么晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm(用代数式表示即可)【解析】(1)砷是33号元素,根据原子核外电子排布规律可以写出电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)。(2)As、Se、Br属于同一周期且原子序数逐渐增大,这三种元素依次属于第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族,第ⅤA族元素大于其相邻元素的第一电离能,所以3种元素的第一电离能从大到小顺序为Br>As>Se。(3)气态SeO3分子中中心原子的价层电子对数为=3,无孤电子对,所以分子构型为平面三角形,又因为等电子体要求原子总数相同,价电子总数相同,所以与SeO3互为等电子体的一种离子为C或N。(4)①硼酸为一元弱酸,在水溶液里电离出阴阳离子,其电离方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+;②根据1个硼酸分子能形成3个氢键,1个硼酸分子能形成6个σ键,那么1molH3BO3的晶体中氢键物质的量是3mol,σ键是6mol;根据图知,硼酸(H3BO3)中每个硼原子连接3个氧原子且不含孤电子对,据此确定硼原子杂化方式为sp2。(5)该晶胞中Si个数=8×+6×+4=8,故晶胞质量为g=g,硅晶体的密度为ρg·cm-3,那么晶胞棱长=cm,那么晶胞体对角线长度为·cm,故最近的两个硅原子之间的距离为·cm×=·cm。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3)(2)Br>As>Se(3)平面三角形C或N(4)①H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+②36sp2(5)·(建议用时:25分钟)1.硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素,可以形成多种化合物。(1)基态硒原子的价层电子排布式为____________。(2)锗、砷、硒的第一电离能大小排序为____________。H2SeO4的酸性比H2SeO3的强,其原因是____________。(3)H2SeO3的中心原子杂化类型是____________;Se的立体构型是____________。与Se互为等电子体的分子有(写一种物质的化学式即可)____________。(4)H2Se属于________(填“极性〞或“非极性〞)分子;单质硒的熔点为217℃,它属于________晶体。(5)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如下图,该晶胞中硒原子的配位数为___________;假设该晶胞密度为ρg·cm-3,硒化锌的摩尔质量为Mg·mol-1。NA代表阿伏加德罗常数,那么晶胞参数a为______________pm。【解析】(1)硒的质子数为16+18=34,基态硒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,故硒原子价层电子排布式为4s24p4。(2)砷原子的4p轨道到达半充满状态,故砷的第一电离能大于硒。硒酸分子中有2个非羟基氧,亚硒酸分子中有1个非羟基氧,非羟基氧越多,硒元素的价态越高,导致氢氧键上电子向氧原子偏移程度增大,电离氢离子能力增强,故硒酸的酸性比亚硒酸的强。(3)H2SeO3中硒原子价层电子对数为=4,中心原子的杂化类型为sp3杂化。Se的硒原子价层电子对数为4,其中,一个孤电子对、三个成键电子对,立体构型为三角锥形;Se的等电子体有CCl4、SiCl4、SiF4、CBr4等。(4)硒化氢类似水分子,V形结构,它是极性分子。根据硒单质的熔点可判断其为分子晶体。(5)观察图示知,该晶胞中含4个锌离子,4个硒离子,故硒化锌的化学式为ZnSe。硒或锌的配位数为4,由密度公式知,ρ=,单位换算:1m=100cm=109nm=1012pm。答案:(1)4s24p4(2)As>Se>GeH2SeO4分子中非羟基氧数大于H2SeO3(3)sp3三角锥形CCl4(或SiF4)(4)极性分子(5)4×10102.A、B、C、D、E五种元素是元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。其中A、B、C为同周期的非金属元素,且B、C原子中均有两个未成对电子。D、E为同周期元素且分别位于s区和d区。五种元素所有的s能级电子均为全充满。E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和。答复以下问题:(1)五种元素中,电负性最大的是____________(填元素符号)。(2)E常有+2、+3两种价态,画出E2+的价电子排布图____________。(3)自然界中,含A的钠盐是一种天然矿藏,其化学式写作Na2A4O7·10H2O,实际上它的结构单元是由两个H3AO3和两个[A(OH)4]-缩合而成的双六元环,应该写成Na2[A4O5(OH)4]·8H2O,其结构如图1,它的阴离子可形成链状结构。①A原子的杂化轨道类型为____________。②该阴离子由极性键和配位键构成,请在图1中用“→〞标出其中的配位键。该阴离子通过____________相互结合形成链状结构。③H3AO3为一元弱酸,根据上述信息,用离子方程式解释分析H3AO3为一元酸的原因(用元素符号表示)____________。(4)E2+在水溶液中以[E(H2O)6]2+形式存在,向含E2+的溶液中参加氨水,可生成更稳定的[E(NH3)6]2+,其原因是__________。[E(NH3)6]2+的立体构型为____________。(5)由元素B、D组成的某离子化合物的晶胞结构如图2,写出该物质的电子式____________,假设晶胞的长、宽、高分别为520pm、520pm和690pm,该晶体密度为____________g·cm-3(保存到小数点后两位)。【解析】A、B、C、D、E五种元素是元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。其中A、B、C为同周期的非金属元素,三元素处于短周期,且B、C原子中均有两个未成对电子,二者外围电子排布分别为ns2np2、ns2np4,结合A为非金属元素,可知A为硼元素、B为碳元素、C为氧元素;D、E为同周期元素且分别位于s区和d区,那么二者处于第4周期,五种元素所有的s能级电子均为全充满,那么D为Ca;E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和,那么E的d能级电子数为1+2+4=7,即E的外围电子排布为3d74s2,故E为Co。(1)非金属性越强电负性越大,同周期自左而右电负性增大,五种元素中,氧元素电负性最大。(2)E为Co,Co2+的价电子排布图为。(3)①A为硼原子,结构中硼原子形成3个单键、4个单键(含有1个配位键),硼原子核外最外层的3个电子全部参与成键,杂化轨道类型为sp2、sp3。②形成4个键的硼原子中含有1个配位键,氢氧根离子中氧原子与硼原子之间形成配位键,图1中用“→〞标出其中的配位键为,该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。③H3AO3为一元弱酸,与OH-形成配位键,电离出[A(OH)4]-与氢离子,用离子方程式表示为H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+。(4)Co2+在水溶液中以[Co(H2O)6]2+形式存在,向含Co2+的溶液中参加氨水,可生成更稳定的[Co(NH3)6]2+。其原因是氮元素电负性更小,更易给出孤电子对形成配位键,[Co(NH3)6]2+的立体构型为正八面体。(5)由元素C、Ca组成的某离子化合物为CaC2,该物质的电子式为晶胞中钙离子、数目相等,数目为8×+6×=4,那么晶胞质量为4×g,假设晶胞的长、宽、高分别为520pm、520pm和690pm,该晶体密度为4×g÷(520×10-10cm×520×10-10cm×690×10-10cm)=2.28g·cm-3。答案:(1)O(2)(3)①sp2、sp3③H3BO3+H2O[B(OH)4]-+H+(4)氮元素电负性更小,更易给出孤电子对形成配位键正八面体3.2022年10月中国药学家屠呦呦因发现青蒿素(一种用于治疗疟疾的药物)而获得诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素(C15H22O5)的结构如图1所示。请答复以下问题:(1)组成青蒿素的三种元素电负性由大到小排序是___________,在基态氧原子中,核外存在____________对自旋相反的电子。(2)以下关于青蒿素的说法正确的选项是____________(填序号)。a.青蒿素中既存在极性键又存在非极性键b.在青蒿素分子中,所有碳原子均处于同一平面c.图中数字标识的五个碳原子均只以σ键与其他原子成键(3)在确定青蒿素结构的过程中,可采用NaBH4作为复原剂,其制备方法为4NaH+B(OCH3)3→NaBH4+3CH3ONa①NaH为____________晶体,如图2是NaH晶胞结构,那么NaH晶体的配位数是____________,假设晶胞棱长为a,那么钠原子间最小核间距为____________。②B(OCH3)3中B采用的杂化类型是___________