选修3第二章分子结构与性质

1选修3第二章分子结构与性质(计时：45分钟满分：100分)1．(15分)(2014·课标全国Ⅱ)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族，e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：(1)b、c、d中第一电离能最大的是__________(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为_____________。(2)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是__________________(填化学式，写出两种)。(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是______________；酸根呈三角锥结构的酸是________(填化学式)。(4)c和e形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e的化合价为________。(5)这5种元素形成的一种11型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。该化合物中，阴离子为______________，阳离子中存在的化学键类型有__________________，该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是____________________。解析根据“a的核外电子总数与其周期数相同”可知a为H元素；根据“c的最外层电子数为其内层电子数的3倍”可知c为O元素；根据“b的价电子层中的未成对电子有3个”且原子序数：bc，可知b为N元素；根据“d与c同族”可知d为S元素；根据“e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子”可知e为Cu元素。(1)由于O的非金属性比S强，故第一电离能OS；由于N的2p轨道处于半充满的较稳定状态，故其第一电离能大于O，故N、O、S三种元素中，第一电离能最大的是N元素；Cu的价层电子轨道示意图为。(2)H元素可以和N元素形成三角锥形分子NH3，在NH3中，中心原子N原子的杂化方式为sp3杂化；H元素与N元素形成的N2H4，H元素与O元素形成的H2O2，都是既含有极性键又含有非极性键的化合物。(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子价层电子对数为3的是HNO2、HNO3；酸根呈三角锥结构的是H2SO3。(4)由图1可知该晶体结构中Cu的个数为4，O的个数为8×18＋1＝2，化学式为Cu2O即Cu的化合价为＋1价。(5)根据阴离子呈四面体结构可知阴离子是SO2－4；阳离子中存在的化学键有共价键和配位键；该化合物加热时首先失去的组分是H2O；因为H2O与Cu2＋形成的配位键比NH3与Cu2＋形成的配位键弱。答案(1)N(2)sp3H2O2、N2H4(3)HNO2、HNO3H2SO32(4)＋1(5)SO2－4共价键和配位键H2OH2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱2．(15分)(2014·山东理综)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“”“”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。解析(1)两个成键原子间有且只有一个σ键，1号C与周围3个碳原子形成3个σ键。(2)图乙中，1号C形成了4个σ键，杂化方式为sp3，形成四面体结构，1号C与相邻C形成的键角为109.5°；而甲中1号C形成平面三角形结构，1号C与相邻C形成的键角为120°，因此图乙中的键角小。(3)氧化石墨烯中的氧原子与H2O中的氢原子，氧化石墨烯中的氢原子与H2O中的氧原子都可以形成氢键。(4)棱上有12个M原子，内部有9个，晶胞中M原子的个数为12×14＋9＝12，C60位于晶胞的顶点和面心上，其个数为8×18＋6×12＝4，化学式为M3C60。答案(1)3(2)sp3(3)O、H(4)12M3C603．(15分)(2014·福建理综)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。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。3(1)基态硼原子的电子排布式为________。(2)关于这两种晶体的说法，正确的是________(填序号)。a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c．两种晶体中的B—N键均为共价键d．两种晶体均为分子晶体(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为____________，其结构与石墨相似却不导电，原因是______。(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为__________。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是_____________。(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。解析(1)硼原子核外有5个电子，电子排布式为1s22s22p1。(2)六方相氮化硼与石墨相似，层间是分子间作用力；立方相氮化硼中都是单键，无π键，二者均不是分子晶体，b、c正确。(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与3个氮原子形成平面三角形结构，最外层电子全部成键，没有自由移动的电子存在，故不能导电。(4)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，因此为sp3杂化，根据其存在的环境可知反应条件为高温高压。(5)在1molNH4BF4中含有1molN→H和1molB←F键。答案(1)1s22s22p1(2)bc(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3高温高压(5)24．(12分)(2014·四川理综)X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2＋离子的3d轨道中有9个电子。请回答下列问题：(1)Y基态原子的电子排布式是________；Z所在周期中第一电离能最大的主族元素是________。(2)XY－2离子的立体构型是________；R2＋的水合离子中，提供孤电子对的原子是________。(3)Z与某元素形成的化合物的晶胞如图所示，晶胞中阴离子与阳离子的个数比是________。4(4)将R单质的粉末加入XH3的浓溶液中，通入Y2，充分反应后溶液呈深蓝色，该反应的离子方程式是_____________________。解析(1)XY2是红棕色气体，应为NO2，则X为氮元素，Y为氧元素；Z基态原子的M层与K层电子数相等，K层有2个电子，则M层也有2个电子，是镁元素，第3周期中第一电离能最大的主族元素是氯元素。(2)NO－2中氮原子是sp2杂化，与氧原子形成2个σ键，立体构型是V形；R2＋离子的3d轨道有9个电子，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d9，共27个电子，因此R为29号元素铜元素，Cu2＋有空轨道，能接受孤对电子形成配位键，在H2O中氧原子能提供孤对电子。(3)在晶胞中阴离子位于面和内部，共有4×12＋2＝4个，阳离子位于顶点和体心，共有8×18＋1＝2个，二者个数比为21。(4)铜与浓氨水、氧气反应后溶液呈深蓝色，生成氢氧化四氨合铜，从而可写出方程式并配平。答案(1)①1s22s22p4②Cl(2)①V形②O(3)21(4)2Cu＋8NH3·H2O＋O2===2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O5．(9分)(2014·江苏理综)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液可用于检验醛基，也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu2O。(1)Cu＋基态核外电子排布式为__________。(2)与OH－互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。(3)醛基中碳原子的轨道杂化类型是____________；1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为__________。(4)含有NaOH的Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应的化学方程式为__________________________________________________________。(5)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如下图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为________。解析(1)依据原子序数从K开始数到Cu为11，所以Cu原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1，所以Cu＋的核外电子排布式为[Ar]3d10。5(2)符合条件的分子中除一个氢原子外，另一元素的原子最外层电子数应比O最外层多一个电子，HF、HCl均符合。(3)由结构式，可知碳原子形成3个σ键，4个电子全部成键无孤对电子，为sp2杂化，由可知形成6molσ键。(4)乙醛被弱氧化剂氧化生成乙酸钠和Cu2O。(5)选择一个顶点作中心原子，此晶胞中与此顶点最近的Cu原子为3个面心上的Cu原子，此顶点周围共有8个晶胞，每个面心上的原子被两个晶胞共用，所以Cu原子数为3×12×8＝12。答案(1)[Ar]3d10或1s22s22p63s23p63d10(2)HF(3)sp26NA或6×6.02×1023个(4)2Cu(OH)2＋CH3CHO＋NaOH――→△CH3COONa＋Cu2O↓＋3H2O(5)126．(10分)(2015·湖南检测)元素X是地壳中含量最多的元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子；元素Z位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。(1)X基态原子的电子排布式为________。(2)X的氢化物(H2X)在乙醇中的溶解度大于H2Y，其原因是_________________________________________________________。(3)在Y的氢化物(H2Y)分子中，Y原子轨道的杂化类型是________。(4)Y与X可形成YX2－3。①YX2－3的空间构型为________(用文字描述)。②写出一种与YX2－3互为等电子体的分子的化学式______。(5)Y与Z所形成化合物晶体的晶胞如图所示，该化合物的化学式为________。其晶胞边长为540.0pm，密度为__________g·cm－3(列式并计算)，a位置Y与b位置Z之间的距离为__________pm(列式表示)。(6)Z的氯化物与氨水反应可形成配合物[Z(NH3)4]Cl2，2mol该配合物中含有σ键的数目为________。解析由题给条件知，X、Y、Z分别是O、S、Zn。(1)O的基态原子的电子排布式为：1s22s22p4。(2)因为水分子和乙醇分子间能形成氢键，所以H2O在乙醇中的溶解度大于H2S在乙醇中的溶解度。(3)H2S中S采用sp3杂化。(4)①SO2－3中S原子价层电子对＝(6＋2)/2＝4，其空间构型是三角锥形。②等电子体原理是指两个或两个以上的分子(或离子)，它们的原子数相同，分子(或离子)中价电子数也相同，NCl3、PCl3等都是SO2－3的等电子体。(5)晶胞中S离子位于顶点和面心，共有8×(1/8)＋6×(1/2)＝4个，Zn离子位于6体心，共4个，则晶胞中平均含有4个ZnS，质量为4×65＋32g·mol－16.02×1023mol－1，晶胞的体积为(540.0×10－10cm)3，则密度为4×65＋32g