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1专题突破练16物质结构与性质(选考)非选择题(本题包括6个小题,共100分)1.(2018山东烟台高三诊断性测试)(16分)钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用。回答下列问题:(1)写出As的基态原子的电子排布式。(2)N、P、As为同一主族元素,其电负性由大到小的顺序为,它们的氢化物沸点最高的是。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体,已知其中阴离子与S互为等电子体,则该阴离子的化学式为。(3)Fe3+、Co3+与、CN-等可形成络合离子。①K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为。②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为,其配离子中含有的化学键类型为(填“离子键”“共价键”或“配位键”),C、N、O的第一电离能最大的为,其原因是。(4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为。已知砷化镓晶胞边长为apm,其密度为ρg·cm-3,则阿伏加德罗常数的数值为(列出计算式即可)。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(2)NPAsNH3N(3)①sp②6共价键、配位键N氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子(4)正四面体解析(1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3;(2)As、P、N元素属于同一主族元素,其原子序数逐渐减小,则其电负性逐渐增大,即NPAs;它们的氢化物中NH3中存在氢键,沸点最高;原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体,且等电子体结构相似,阴离子与S互为等电子体,且该阴离子中的各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构,则该离子是N;(3)①CN-中碳原子价层电子对数为1+(4+1-1×3)=2,所以采取2sp杂化;②配位化合物[Co(N3)(NH3)5]SO4中心原子的配位数为6;其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键;C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大,同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大有增大趋势,但氮原子2p轨道上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是NOC;(4)镓原子处于晶胞的顶点和面心,Ga与周围等距离且最近的As形成的空间构型为Ga在中心As在四个顶点形成的正四面体结构;一个晶胞占有4个镓原子和4个砷原子,若晶胞的边长为apm,则晶胞体积为(a×10-10)3cm3,晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞质量为(a×10-10)3cm3×ρg·cm-3=ρa3×10-30g,则ρa3×10-30g×NA=4×145g·mol-1,则NA=。2.(16分)“黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》:“西北有宫,黄铜为墙,题曰地皇之宫。”“黄铜”一词专指铜锌合金,则始于明代,其记载见于《明会典》:“嘉靖中则例,通宝钱六百万文,合用二火黄铜四万七千二百七十二斤……。”(1)某同学书写基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2,该排布式违背了。简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层含有未成对电子有关,Cu+呈无色,其主要原因可能是。(2)在10mL1mol·L-1氯化锌溶液中滴加浓氨水至过量,先产生白色沉淀,后沉淀溶解,生成了[Zn(NH3)4]2+,配体的空间构型是;画出该配离子的结构图:。(3)乙二胺(缩写en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(en)2]SO4,在该配合物中,N原子的杂化类型是。C、N、O、Cu的第一电离能由大到小的顺序为。(4)铜晶体类型是;锌晶体中存在的化学键类型是。答案(1)洪特规则特例价层无未成对电子(2)三角锥形(3)sp3NOCCu(4)金属晶体金属键解析(1)根据洪特规则特例,基态铜原子价层电子排布式为3d104s1。Cu+的价层没有未成对电子,故Cu+在水溶液中呈无色。(2)四氨合锌(Ⅱ)离子中配体为NH3,NH3的空间构型为三角锥形;四氨合锌(Ⅱ)离子类似四氨合铜(Ⅱ)离子,该配离子结构图为。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子价层上有3个成键电子对,1个孤电子对,故氮原子采取sp3杂化。N、O、C、Cu的第一电离能依次减小。(4)铜晶体是金属晶体,锌晶体也是金属晶体,金属晶体中的化学键是金属键。3.(2018广东六校高三联考)(16分)英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如下:3(1)下列有关石墨烯说法正确的是。A.键长:石墨烯金刚石B.石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面C.12g石墨烯含σ键数为NAD.从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一,催化剂为金、铜、钴等金属或合金,含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。①铜原子在基态时,在有电子填充的能级中,能量最高的能级符号为;第四周期元素中,最外层电子数与铜相同的元素还有。②乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还大的丁烷,请解释原因。③下列分子属于非极性分子的是。a.甲烷b.二氯甲烷c.苯d.乙醇④酞菁与酞菁铜染料分子结构如图,酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是;酞菁铜分子中心原子的配位数为。⑤金与铜可形成的金属互化物合金(如图,该晶胞中,Au占据立方体的8个顶点):它的化学式可表示为;在Au周围最近并距离相等的Cu有个,若2个铜原子核的最小距离为dpm,该晶体的密度可以表示为g·cm-3。(阿伏加德罗常数用NA表示)答案(1)BD(2)①3dK、Cr②乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键③a、c④sp22⑤Cu3Au或AuCu3124解析(1)金刚石中碳原子之间只存在σ键,石墨烯中碳原子之间存在σ键和π键,因此键长:石墨烯金刚石,故A项错误;石墨烯是平面形分子,分子中所有原子可以处于同一平面,故B项正确;一个碳原子中含有个单键,即个σ键,所以12g石墨烯含σ键数为NA,故C项错误;石墨层内是共价键,石墨层与层之间的作用力是范德华力,所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力,故D项正确;(2)①铜原子在基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,在有电子填充的能级中,能量最高的能级符号为3d;第四周期元素中,最外层电子数与铜相同的元素还有K和Cr;②乙醇分子间存在氢键,使得其熔、沸点升高,而丁烷分子间不存在氢键;③甲烷为正四面体结构,结构对称,正负电荷的中心重合,属于非极性分子,故a正确;二氯甲烷为四面体分子,结构不对称,正负电荷的中心不重合,属于极性分子,故b错误;苯为平面正六边形,结构对称,正负电荷的中心重合,属于非极性分子,故c正确;乙醇结构不对称,正负电荷的中心不重合,属于极性分子,故d错误;④酞菁分子中碳原子形成3个σ键和1个π键,所以采取sp2杂化;酞菁铜分子中能提供孤电子对的氮原子才是配位原子,所以酞菁铜分子中心原子的配位数为2;⑤该晶胞中含铜原子个数为6×=3,含有金原子数为8×=1,所以其化学式为Cu3Au或AuCu3,根据图示,铜原子周围最近并距离相等的金原子有4个。根据化学式,在Au周围最近并距离相等的Cu有12个;若2个铜原子核的最小距离为dpm,则晶胞的棱长为dpm=d×10-10cm,该晶体的密度=g·cm-3。4.(2018山西高三第一次模拟)(18分)钛被称为继铁、铝之后的第三金属,其单质及化合物在航天、军事、航海、医疗等领域都有着重要的应用。请回答下列问题:(1)基态钛原子的价层电子排布图为。(2)在TiO、TiN、TiS2、TiCl4等化合物中,S、Cl的电负性大小:S(填“”“”或“=”)Cl。O、N的第一电离能大小为ON,原因是。(3)TiCl4的熔点是-23℃,沸点是136℃,可溶于CCl4,该晶体是晶体。TiCl4中加入大量水,同时加热,可制得二氧化钛的水合物(TiO2·xH2O),再经焙烧可得TiO2,写出生成二氧化钛水合物(TiO2·xH2O)的化学方程式。(4)TiO2能溶于浓硫酸并析出一种离子晶体,已知其中阳离子是以链状聚合物形式存在的钛酰阳离子,其结构如下图所示,其化学式为。阴离子S中硫原子的杂化方式为,写出一种与S互为等电子体的分子。5(5)下图是钛晶体在空间的一种堆积方式,此堆积方式叫,钛原子的配位数为。已知:a=0.295nm,c=0.469nm,则该钛晶体的密度为g·cm-3(NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。答案(1)(2)氮原子的2p轨道为半充满状态,具有较高的稳定性,故不易失去一个电子(3)分子TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4HCl(4)(TiO(或TiO2+)sp3CCl4(或SiCl4等)(5)六方最密堆积12解析(1)Ti是22号元素,价层电子排布式为3d24s2,所以价层电子排布图为:;(2)氯元素的非金属性比硫强,所以Cl的电负性大于S,氮元素原子的价层电子排布式为2s22p3,是一种半充满的稳定结构,具有较高的稳定性,不易失去一个电子,所以第一电离能ON;(3)由题中信息可知,TiCl4的熔点和沸点较低,可溶于有机溶剂,说明TiCl4是分子晶体,TiCl4中加入大量水的同时加热,发生水解反应生成TiO2·xH2O,反应的化学方程式为TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4HCl;(4)由题图可知,每个钛原子连接2个氧原子,每个氧原子连接2个钛原子,说明Ti与O两种原子的个数比为1∶1,则该阳离子的化学式为(TiO(或TiO2+),S中硫原子的价层电子对数为:4+=4+0=4,所以硫原子的杂化方式为sp3,S的原子数为5、价层电子数为32,根据等电子体原理,与S互为等电子体的分子有CCl4、SiCl4等;(5)由题图可知,所给晶体的堆积方式为六方最密堆积,与钛原子最近且等距离的钛原子有12个,所以钛原子的配位数为12,题中所给晶体结6构中含有的钛原子数为6,质量为g,体积为×(2.95×10-8)2×4.69×10-8cm3,则该钛晶体的密度为g·cm-3。5.(2018广东佛山普通高中高三教学质量检测)(16分)硫和钒的相关化合物,在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题:(1)基态钒原子的外围电子排布图为,钒有+2、+3、+4、+5等多种化合价,其中最稳定的化合价是,V的几何构型为。(2)2-巯基烟酸氧钒配合物(图1)是副作用小的有效调节血糖的新型药物。①基态S原子中原子核外未成对电子数为,该药物中硫原子的杂化方式是。所含第二周期元素第一电离能按由大到小顺序的排列是。②2-巯基烟酸(图2)水溶性优于2-巯基烟酸氧钒配合物的原因是。(3)多原子分子中各原子若在同一平面,且有相互平行的p轨道,则p电子可在多个原子间运动,形成“离域Π键”,下列物质中存在“离域Π键”的是。A.SO2B.SC.H2SD.CS2(4)某六方硫钒化合物晶体的晶胞如图3所示,该晶胞的化学式为。图4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)。答案(1)+5正四面体(2)①2sp3NOC②2-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)AD(4)VSρ=7解析(1)钒为23号元素,电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2,所以外围电子排布图为。其最稳定的化合价应该是+5价,即失去所有的价电子,形成最外层8电子的稳定结构。根据价层电子对互斥原理,V中的中心原子V的价电子为5,配位原子O不提供电子,带有三个单位负电,所以外层电子为8个,共4对,空间构型为正四面体。(2)①硫原子的电子排布为[Ne]3s23p4,所以硫原子的3p能级上有4个电子,分配在三个