高考化学三轮复习主观题押题练：主观题35题-物质结构综合题.pdf

主观题 35 题 物质结构综合题 1选修 3：物质结构与性质（ 15 分） 中国海军航母建设正在有计划、有步骤向前推进，第一艘国产航母目前正在进行海试。建造航母 需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击，航母的甲板要耐高温，航母的外壳要耐腐蚀。 （1）镍铬钢抗腐蚀性能强，Ni 2+基态原子的核外电子排布为 _，铬元素在周期表中 _区。 （2）航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷结构如图所示，其中 C 原子杂化方式为_杂化。 （3）海洋是元素的摇篮，海水中含有大量卤族元素。 根据下表数据判断：最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是_填元素符号 根据价层电子对互斥理论，预测 ClO - 3的空间构型为_形，写出一个ClO - 3的等电子体 的化学符号 _。 （4）海底金属软泥是在洋海底覆盖着的一层红棕色沉积物，蕴藏着大量的资源，含有硅、 铁、锰、 锌等。如右图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体， 则晶体中的离子 是 否 构 成 了 面 心 立 方 最 密 堆 积 ？ _( 填 “ 是 ” 或 “ 否 ”) ； 该 立 方 体 是 不 是Fe3O4 的 晶 胞 ？ _(填“ 是” 或 “ 否”)；立方体中铁离子处于氧离子围成的_(填空间结构 )空隙；根据上图 计算 Fe3O4晶体的密度为 _g ·cm - 3。 (图中 a=0.42nm，计算结果保留两位有效数字) 1. 【答案】 （1） 1s22s22p63s23p63d8d （2）sp3 （3）I三角锥SO2-3 （4）是是正八面体5.2 【解析】 （1）Ni 2+基态原子的核外电子排布为 1s22s22p63s23p63d8，铬元素在周期表中d 区。（2） 聚硅氧烷中C 形成 4 个单键，所以 C 的杂化方式为sp3；（ 3）根据第一电离能分析，第一电离能越 小，越容易生成较稳定的单核阳离子，所以有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是：I；根据 VSEPR 理论判断ClO - 3的空间构型，价电子对数为VP=BP+LP=3+ （7-23+1） /2=4，VSEPR 模型为四面 体形，由于一对孤电子对占据四面体的一个顶点，所以其空间构型为三角锥形，等电子体是指原子 总数相同，价电子总数也相同的微粒，则与 ClO - 3互为等电子体的是SO 2- 3；（4）晶胞中，O2 的坐标 为（ 1/2，0，0），（0，1/2，0），（0，0，1/2），（1/2，1/2，1/2），将（1/2， 1/2，1/2）+(1/2，1/2，0)=（0，0，1/2），将（1/2，1/2，1/2）+（ 0，1/2，1/2）=（1/2， 0，0），将（ 1/2，1/2，1/2）+（ 1/2，0，1/2）=（0，1/2，0），刚好与前三个坐标相 同，所以 O2-做面心立方最密堆积，根据晶胞粒子的排布，该立方体是Fe3O4的晶胞， 立方体中Fe3+ 处于 O2-围成的正八面体空隙，以立方体计算，1 个立方体中含有Fe3+的个数为41/8+1/23=2 个，含 有 Fe2+的个数为1 个，含有 O2-的个数为121/4+1=4 个，不妨取 1mol 这样的立方体，即有 NA个这样 的立方体，1mol 立方体的质量为m=(563+164)g ，1 个立方体体积为V=a 3nm3=(a10- 7)3cm3， 则晶体密 度为 =m/ NAV=(563+164) /(6.0210 23)(0.4210- 7)3g· cm-3=5.2g · cm- 3。 2 【选修 3：物质结构与性质】(15 分) 氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列问 题： （1）科学家合成了一种阳离子为“N n 5” ，其结构是对称的，5 个 N 排成 “ V”形，每个 N 原子都达 到 8 电子稳定结构，且含有 2个氮氮三键；此后又合成了一种含有“N n 5” 化学式为 “N8” 的离子晶体，其 电子式为 _ ，其中的阴离子的空间构型为_。 （2）2001 年德国专家从硫酸铵中检出一种组成为N4H4(SO4)2的物质， 经测定，该物质易溶于水， 在水中以SO2 4和 N4H 4 4两种离子的形式存在。N4H4 4根系易吸收，但它遇到碱时会生成类似白磷的N4 分子，不能被植物吸收。1 个 N4H 4 4中含有 _个 键。 （3）氨 (NH3)和膦 (PH3)是两种三角锥形气态氢化物， 其键角分别为107° 和 93.6 °，试分析 PH3的键 角小于 NH3的原因 _。 （4）P4S3可用于制造火柴， 其分子结构如图1 所示。 P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为 _。 每个 P4S3分子中含孤电子对的数目为 _。 （5）某种磁性氮化铁的晶胞结构如图2 所示，该化合物的化学式为_。若晶胞 底边长为a nm，高为 c nm，则这种磁性氮化铁的晶体密度为_g · cm- 3(用含 a、c 和 NA的式子表 示) （6）高温超导材料，是具有高临界转变温度(Te)能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导 材料镧钡铜氧化物中含有Cu 3+。 基态时 Cu3+的电子排布式为Ar_ ；化合物中，稀土元素最常 见的化合价是+3，但也有少数的稀土元素可以显示+4 价，观察下面四种稀土元素的电离能数据，判 断最有可能显示+4 价的稀土元素是_(填元素符号 )。 几种稀土元素的电离能(单位： kJ· mol - 1) 元素I1 I2I3I4 Sc(钪) 633 1235 2389 7019 Y( 铱) 616 1181 1980 5963 La(镧) 538 1067 1850 4819 Ce(铈) 527 1047 1949 3547 2. 【答案】（1）直线形 （2）10 （3）N 的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子 对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而 PH3的键角小于 NH3(或氮原子电负性强于磷原子， PH3中 P 周围的电子密度小于NH3中 N 周围的电子密度，故 PH3的键角小于NH3) （4） sp310 （5）Fe3N 7283 9a2cNA× 10 21 （6）3d8Ce 【解析】（1）Nn 5结构是对称的，5 个 N 排成 V 形，5 个 N 结合后都达到8 电子结构，且含有 2 个 NN 键，满足条件的结构为 +， 故 “N n 5” 带一个单位正电荷。因此化学式为 “N8” 的离子晶体是由 N 5和 N 3形成的，电子式为。其中的阴离子和CO2互为等电子体，则其空间构型为直线形。（2） N4与白磷的结构类似为正四面体形，因此 N4H4 4的结构式为，所以 1 个 N4H4 4中含有 10 个 键。（3） 由于 N 的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之 间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而 PH3的键角小于 NH3。（4） P4S3分子中硫原子的 价层电子对数是4，含有 2 对孤对电子，杂化轨道类型为sp3。分子中每个P 含有 1 对孤对电子， 每个 S 含有 2 对孤对电子，则每个 P4S3分子中含孤电子对的数为 4× 1+3× 210。（5）根据均摊法在 氮化铁晶胞中，含有 N 原子数为2，Fe 原子数为2× 1/2+12× 1/6+3 6，所以氮化铁的化学式Fe3N； 若晶胞底边长为a nm，高为 c nm，则晶胞的体积是 33 2 a 2c nm3， 所以这种磁性氮化铁的晶体密度为 364 NA 33 2 a2c× 10 21g· cm - 3728 3 9a2cNA× 10 21 g · cm- 3。 （6） 铜的原子序数是 29， 基态时 Cu3+的电子排布式为Ar3d 8； 根据表中数据可知Ce 的第三电离能与第四电离能相差最小，所以最有可能显示+4 价的稀土元素是Ce。 3【选修3：物质结构与性质】（15 分） 现有七种元素，其中 A，B，C，D，E 为短周期主族元素，F、G 为第四周期元素，它 们的原子序数依次增大请根据下列相关信息，回答问题 A 元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素 B 元素原子的核外p 电子数比s电子数少1 C 原子的第一至第四电离能分别是： I1 =738KJ/mol I2 =1451KJ/mol I3 =7733KJ/mol I4 =10540KJ/mol D 原子核外所有P轨道全满或半满 E 元素的主族序数和周期数的差为4 F 是前四周期中电负性最小的元素 G 在周期表的第七列 （1）已知 BA5为离子化合物， 写出其电子式； （2）B 基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有个方向，原子轨道呈 _形； （3）某同学根据上述信息，推断 C 基态原子的核外电子排布为,该同学所 画的电子排布图违背了； （4）G 位于 _族_区，价电子排布式为； （5）DE3中心原子的杂化方式为 ，用价层电子对互斥理论推测其空间构型为。 3. 【答案】 （1） （2）3 纺锤 （3）泡利原理 （4） B d 3d54s2 （5）sp3 三角锥 【解析】 A，B，C，D，E 为短周期主族元素，F、G 为第四周期元素，它们的原子序数 依次增大，A 元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素，A 为 H 元素； B 元素 原子的核外p 电子数比s 电子数少1，B 有 2 个电子层，为 1s22s22p3，故 B 为 N 元素；由C 原子的 第一至第四电离能数据可知，第三电离能剧增，故 C 表现 +2 价，处于 A 族，原子序数大于N 元 素，故 C 为 Mg 元素； D 处于第三周期，D 原子核外所有p 轨道全满或半满，最外层排布为3s23p3， 故 D 为 P 元素； E 处于第三周期，E 元素的主族序数与周期数的差为4，E 处于第 A 族，故 E 为 Cl 元素； F 是前四周期中电负性最小的元素，F 为第四周期元素，故 F 为 K 元素，G 在第四周期周 期表的第7 列，G 为 Mn 元素。（1）BA5即 NH5， 电子式为：；故答案为：；（2）由于 B 元素原 子的核外p 电子数比s 电子数少1，B 有 2 个电子层，为 1s22s22p3，故 B 为 N 元素，N 基态原子 中能量最高的电子在p 轨道上，其电子云在空间有3 个方向，原子轨道呈纺锤形，故答案为： 3；纺 锤；（ 3）由表格信息可知，C 原子的第一至第四电离能数据可知，第三电离能剧增，故 C 表现 +2 价，处于 A 族，原子序数大于N 元素，故 C 为 Mg 元素，由图片可知，该同学的画的3s 轨道 违背了泡利不相容原理；（4）根据题目信息可知，G 在第四周期周期表的第7 列，G 为 Mn 元素，其 位于 B、d 区，核外电子排布式为：Ar3d 54s2；故答案为： B；d； 3d54s2；（5）DE3即 PCl3， 中心 原子 P 的价能层电子对数为4，故其为 sp3杂化，PCl3的价层电子对互拆模型为正四面体， 3 个成键 电子对占据其3 个杂化轨道，1 个孤电子对占据余下的杂化轨道，故其空间构型为三角锥，故答案为： sp3；三角锥。 4【选修3：物质结构与性质】（15 分） 据科技日报网报道南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂，首次实现丙烯醇高效、绿色合成。 丙烯醇及其化合物可合成甘油、医药、农药、香料，合成维生素E 和 KI 及天然抗癌药物紫杉醇中都含有 关键的丙烯醇结构。丙烯醇的结构简式为CH2=CHCH2OH。 请回答下列问题： （1）基态镍原子的电子排布式为_ 。 （2）1mol CH2=CHCH2OH 中 键和 键的个数比为 _，丙烯醇分子中碳原子的杂化类 型为 _。 （3）丙醛 (CH3CH2CHO ）的沸点为 49，丙烯醇 (CH2=CHCH2OH)的沸点为91，二者相对分子 质量相等，沸点相差较大的主要原因是_。 （4）羰基镍 Ni(CO) 4用于制备高纯度镍粉，它的熔点为 25，沸点为 43。羰基镍晶体类 型是 _。 （5）Ni 2+能形成多种配离子， 如Ni(NH 3)6 2+、Ni(SCN) 3 - 和Ni(CN) 2 2- 等。Ni(NH 3)62+中心原子 的配位数是 _，与 SCN-互为等电子体的分子为_。 （6）“NiO” 晶胞如图所示。 氧化镍晶胞中原子坐标参数：A(0 ，0，0)、B(1，1，0)，则 C 原子坐标参数为_。 已知：氧化镍晶胞密度为dg/cm3，NA代表阿伏加德罗常数的值， 则 Ni 2+半径为 _ _nm(用代数式表示)。 4. 【答案】 （1） Ar3d 84s2 （2）91 sp2、sp3 （3）丙烯醇分子间存在氢键 （4）分子晶体 （5）6 N2O(或 CO2、BeCl2等) （6）( 1 2， 1，1) 2- 2 4 300 d?NA 3 107 【解析】 （1）Ni 是 28 号元素，原子核外电子排布式为：1s22s22p63S23p63d84s2，价电子包括3d 与 4s 能级电子，核外电子排布式为：Ar3d 84s2；（ 2）单键为 键，双键含有1 个 键、 1 个 键， CH2=CH-CH2OH 分子含有9 个 键，1 个 键，故 1mol CH2=CHCH2OH 中 键和 键的个数比为9 1；分子中饱和碳原子采取sp3杂化，含碳碳双键的不饱和碳原子采用sp 2 杂化，故碳原子的杂化轨道 类型为sp2、sp3杂化；（ 3）丙烯醇中含有羟基，分子之间形成氢键，使的它的沸点比丙醛的高很多； （4）羰基镍的熔点、沸点都很低，说明微粒间的作用力很小，该晶体属于分子晶体；（5）Ni(NH 3)6 2+ 中心原子Ni 结合的配位体NH3的配位数是 6；SCN - 离子的一个电荷提供给碳原子，碳原子变为N，而 O、S 原子的最外层电子数相等，所以它与N2O 互为等电子体，而 N2O 与 CO2也互为等电子体；（6） 氧化镍晶胞中原子坐标参数：A(0 ，0，0)、B(1，1，0)则 C 点对于的x 轴为 1 2， Y 轴与 Z 轴都 是 1，所以 C 点的坐标为 ( 1 2， 1，1)；设晶胞参数为anm，观察氧化镍晶胞图，1 个晶胞中含有 4 个 NiO ，面对角线上的3 个 O 原子相切，d= 754 (a10-7) 3 ?NA， a= 300 d?NA 3 10 - 7nm， 设 Ni 2+半径为 xnm， 则 有 2r+2x=a，x= 2- 2 4 300 d?NA 3 107nm。 5【选修3：物质结构与性质】（15 分） 室温下，Cu(NH3)4(NO3)2与液氨混合并加入 Cu 可制得一种黑绿色晶体。 （1）基态 Cu2+核外电子排布式是_。 （2）黑绿色晶体的晶胞如图所示，写出该晶体的化学式：_。 （3）不考虑空间构型，Cu(NH3)4 2+的结构可用示意图表示为 _(用“”标出其中 的配位键 )。 （4）NO - 3中 N 原子轨道的杂化类型是_。与 NO - 3互为等电子体的种分子为 _ ( 填化学式 )。 （5）液氨可作制冷剂，气化时吸收大量热量的原因是_。 5 【答案】 （ 1）Ar3d 9(或 1s22s22p63s23p63d9) （2）Cu3N （3）或 （4）sp2杂化SO3 （5）NH3分子间存在氢键， 气化时克服氢键，需要消耗大量能量 【解析】 （1）铜的原子序数是29，则根据核外电子排布规律可知基态Cu2+的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d9或 Ar3d 9； （ 2） 黑绿色晶体的晶胞如图所示， 根据均摊法可知，一个晶胞中含有12 1 4=3 个 Cu，8 1 8=1个 N， 故该晶体的化学式为Cu3N； （3） Cu(NH3)42+配合物中， 铜原子提供空轨道，NH3 中氮原子提供孤电子对，Cu2+与 4 个 NH3形成配位键， 配位键由提供孤电子对的原子指向提供空轨道 的原子，所以其表示方法为：或；（ 4）NO - 3中 N 原子价层电子对个数是3 且 不含孤电子对，所以 N 原子采用sp2杂化； 等电子体要求原子总数相同、价原子总数相同，与 NO - 3互为 等电子体的 种分子为SO3； （ 5） 液氨可作制冷剂， 气化时吸收大量热量的原因是NH3分子间存在氢键， 气化时克服氢键，需要消耗大量能量。 6 【选修 3：物质结构与性质】(15 分) 铝和硅在地壳中含量丰富，其单质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题： （1）基态Si 原子的价电子排布式为_ 。 Si 所在周期中的非金属元素(稀有气体除外)，其第一电离能由小到大的顺序为_ _ 。 写出一种与SiCl4互为等电子体的离子的化学式 _ 。 （2）AlCl 3的相对分子质量为133.5，178开始升华，易溶于水、四氯化碳等，熔融时生成可 挥发的二聚物(Al2Cl6)， 结构如图所示： 二聚物中Al 原子的杂化轨道类型为_。 从键的形成角度分析1 键和 2 键的区别： _ 。 （3）LiAlH4是一种特殊的还原剂， 可将羧酸直接还原成醇。 CH3COOH LiAlH4 乙醚 CH2CH2OH AlH 4的 VSEPR 模型名称是 _。 CH3COOH 分子中 键和 键的数目之比为_，分子中键角 _( 填“ ”、“ ” 或 “ OC （3）正四面体sp3 （4）两种晶体都是原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔点越高。原子半 径： COC 。（3）PO3 4中 P无孤电子对， 空间构型为正四面体形，中心原子P 的杂化方式为sp3杂化。（5）加入 AgNO3溶液， 能将所有氯 沉淀，说明 Cl 为外界， 加入 NaOH 溶液并加热，无刺激性气体产生，说明 NH3在内界， 故该 配合物的结构式为Cr(NH3)6Cl3。 该配合物中Cr 与 6个 NH3之间的配位键均为 键，NH3中 NH 键 为 键，故 1mol 该配合物中含有 键的数目为24NA。 （6）该晶胞中Fe 位于顶点和面心，个数为 81 8+6 1 24， N 位于体心，个数为 1，故该晶体的化学式为Fe4N。 该晶胞质量为 56× 414 NA g 238 g NA ， 故该晶胞的体积为 238 NA g÷ g ·cm 3238 NA cm3。 9. 【答案】（1） （2） SiCSiCO2 NOC （3） sp2 平面三角形 （4） Cu2+ 4NH3= CU(NH3)4 2+ 降低 CU(NH3)4SO4晶体的溶解度 （5）（或） 【解析】（1）由上述分析知道e 是铜，Cu 原子的价层电子排布图为:本 题答案为：； （ 2）)晶体 d 是 Si 晶体、晶体 da 是 SiC 晶体、晶体 ac2是 CO2晶体， Si 和 SiC 是原子晶体，但 C 的原子半径比Si 小，所以 SiC 的熔点大于Si，而 CO2是分子晶体，故 熔点顺序是：SiCSiCO2；a 是 C， b 是 N，c 是 O，元素 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而增大，但第 A 族的大于第A 族的， 所以其第一电离能大小顺序是NOC 。本题答案为： SiCSiCO2，NOC 。 （3）由分析可知： bc-2是 NO - 2、 bc-3是 NO - 3，NO - 2中心原子的价层电子对数为（5+1）/2=3，故是 sp 2 杂化；同理NO - 3的空间 构型为平面三角形；本题答案为： sp2，平面三角形。（4）)向 CuSO4的水溶液中加入过量的氨水， 由 于氨水过量，生成铜氨络离子。可得到深蓝色透明溶液，离子方程式为： Cu2+4NH3=CU(NH3)4 2+， 乙醇的极性小于水的极性，在溶液中加入乙醇，能够减小溶剂的极性，降低 CU(NH3)4SO4 的溶解度，所以在溶液中加入乙醇析出深蓝色晶体；本题答案为：Cu2+ 4NH3= CU(NH3)4 2+， 降低 CU(NH3)4SO4晶体的溶解度。 （5）铜单质为面心立方晶体，含有铜原子数为81/861/2=4，1mol 晶胞其质量为464g，1mol 体积 NA() 3cm3， 故 e 晶体密度的计算式为:g· cm3； 本题答案为：。