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2023高考化学二轮复习课时作业13物质结构与性质含解析新人教版20230315128

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物质结构与性质1.(2020·山东等级考·17)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:(1)Sn为ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为__正四面体形__,其固体的晶体类型为__分子晶体__。(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为__NH3、AsH3、PH3__(填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为__AsH3、PH3、NH3__,键角由大到小的顺序为__NH3、PH3、AsH3__。(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有__6__mol,该螯合物中N的杂化方式有__1__种。(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。   坐标原子   xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有__4__个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn__(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)__(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有__4__个。【解析】 (1)Sn为ⅣA族元素,由于常温下SnCl4为液体,故SnCl4为分子晶体;SnCl4分子中中心原子的孤电子对数=×(4-4×1)=0,σ键电子对数为4,价层电子对数为4,故SnCl4分子的空间构型为正四面体形;(2)NH3、PH3、AsH3-8-\n的结构相似,结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,物质的沸点越高,但是NH3分子间能形成氢键,故这三种物质的沸点NH3>AsH3>PH3;N、P、As这三种元素位于元素周期表中ⅤA族,原子序数依次增大,同一主族从上到下,随着核电荷数的增加,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的还原性逐渐增强,故这三种物质的还原性由强到弱的顺序为AsH3>PH3>NH3;NH3、PH3、AsH3中心原子都是sp3杂化,都有1对孤电子对,中心原子的电负性越小,成键电子对之间的斥力越小,键角越小,所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3;(3)由该物质的结构简式和分析,根据题意“含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物”,故该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6mol,Cd—NO2不算;该螯合物中N的杂化方式都是sp2杂化,故该物质中N的杂化方式有1种;(4)由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0),可知8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面上,1个在晶胞的体心;部分Sn原子的分数坐标为(0,0,0.5),4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面上;部分As原子的分数坐标为(0.25,0.25,0.125),8个As在晶胞内;所以1个晶胞中Sn的个数为4×+6×=4;距离Cd(0,0,0)最近的Sn是(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0);由晶胞结构图可知,CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有4个。2.(2020·天津等级考·13)Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题:(1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为__第四周期第Ⅷ族__,基态Fe原子的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2__。(2)CoO的面心立方晶胞如图1所示。设阿伏加德罗常数的值为NA,则CoO晶体的密度为____g·cm-3。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为__NiO>CoO>FeO__。(3)Fe、Co、Ni能与Cl2反应,其中Co和Ni均生成二氯化物,由此推断FeCl3、CoCl3和Cl2的氧化性由强到弱的顺序为__CoCl3>Cl2>FeCl3__,Co(OH)3与盐酸反应有黄绿色气体生成,写出反应的离子方程式:__2Co(OH)3+6H++2Cl-═══2Co2++Cl2↑+6H2O__。(4)95℃时,将Ni片浸在不同质量分数的硫酸中,经4小时腐蚀后的质量损失情况如图2所示,当w(H2SO4)大于63%时,Ni被腐蚀的速率逐渐降低的可能原因为__随H2SO4质量分数增加,Ni表面逐渐形成致密氧化膜__。由于Ni与H2SO4反应很慢,而与稀硝酸反应很快,工业上选用H2SO4和HNO3的混酸与Ni反应制备NiSO4。为了提高产物的纯度,在硫酸中添加HNO3的方式为__少量多次__(填“一次过量”或“少量多次”),此法制备NiSO4的化学方程式为__-8-\n3Ni+3H2SO4+2HNO3═══3NiSO4+2NO↑+4H2O__。【解析】 (1)Fe、Co、Ni的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2,价电子数分别为8、9、10,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基态Fe原子核外有26个电子,电子排布式为[Ar]3d64s2。(2)该晶胞中Co2+个数为12×+1=4,O2-个数为8×+6×=4,晶胞质量为g=g,晶胞体积为(a×10-7cm)3,故晶体的密度为g÷(a×10-7cm)3=g·cm-3。三种元素二价氧化物均为离子晶体,由于离子半径:Fe2+>Co2+>Ni2+,则晶格能:NiO>CoO>FeO,故熔点:NiO>CoO>FeO。(3)由2Fe+3Cl2═══2FeCl3、Co+Cl2═══CoCl2,根据氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,则氧化性:Cl2>FeCl3、Cl2>CoCl2,Co和氯气反应生成CoCl2,说明Cl2的氧化性弱于CoCl3,故氧化性:CoCl3>Cl2>FeCl3。Co(OH)3与盐酸反应有黄绿色气体生成,说明盐酸被氧化为Cl2,则Co(OH)3被还原为Co2+,配平离子方程式为2Co(OH)3+6H++2Cl-═══2Co2++Cl2↑+6H2O。(4)当w(H2SO4)大于63%时,Ni被腐蚀的速率逐渐降低,可能的原因是随H2SO4质量分数增加,Ni表面逐渐形成致密氧化膜。工业上选用H2SO4和HNO3的混酸与Ni反应制备NiSO4。为了提高产物的纯度,在硫酸中添加HNO3的方式为少量多次,此法制备NiSO4的化学方程式为3Ni+3H2SO4+2HNO3═══3NiSO4+2NO↑+4H2O。3.(2020·重庆模拟)氧元素为地壳中含量最高的元素,可形成多种重要的单质和化合物。(1)氧元素位于元素周期表中__p__区;第二周期元素中,第一电离能比氧大的有__3__种。(2)O3可用于消毒。O3的中心原子的杂化形式为__sp2杂化__;其分子的VSEPR模型为__平面三角形__,与其互为等电子体的离子为__NO__(写出一种即可)。(3)含氧有机物中,氧原子的成键方式不同会导致有机物性质不同。解释C2H5OH的沸点高于CH3OCH3的原因为__乙醇分子间可形成氢键,沸点高__;C2H5OH不能用无水CaCl2干燥是因为Ca2+和C2H5OH可形成[Ca(C2H5OH)4]2+,该离子的结构式可表示为____。(4)氧元素可分别与Fe和Cu形成低价态氧化物FeO和Cu2O。①FeO立方晶胞结构如图1所示,则Fe2+的配位数为__6__;与O2-紧邻的所有Fe2+构成的几何构型为__正八面体__。-8-\n②Cu2O立方晶胞结构如图2所示,若O2-与Cu+之间最近距离为apm,则该晶体的密度为____g·cm-3。(用含a、NA的代数式表示,NA代表阿伏加德罗常数的值)【解析】 (1)除了ds区外,区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级的符号,O原子最后通入的电子是p电子,所以O元素位于p区;第二周期元素中,第一电离能比O元素大的有N、F、Ne元素,所以有3种元素;(2)O3的中心原子的价层电子对个数=2+=3且含有1个孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断中心原子的杂化形式为sp2杂化、其分子的VSEPR模型为平面三角形,与其互为等电子体的离子中含有3个原子、价电子数是18,与其互为等电子体的阴离子有NO(合理即可);(3)形成分子间氢键的物质熔沸点较高,乙醇能形成分子间氢键、甲醚不能形成分子间氢键,所以乙醇的熔沸点比甲醚高;C2H5OH不能用无水CaCl2干燥是因为Ca2+和C2H5OH可形成[Ca(C2H5OH)4]2+,该离子中钙离子为中心离子,乙醇为配体,乙醇中O原子提供孤电子对、钙离子提供空轨道形成配位键,其结构为;(4)①Fe2+的配位数为6;与O2-紧邻的所有Fe2+构成的几何构型、与Fe2+紧邻的所有O2-构成的几何构型相同,根据知,表中有标记的这几个离子形成正八面体,同理,与O2-紧邻的所有Fe2+构成的几何构型为正八面体;②若O2-与Cu+之间最近距离为apm,该距离为晶胞体对角线的,则晶胞体对角线长度=4apm,晶胞棱长==×10-10cm,晶胞体积=3,该晶胞中白球离子个数=1+8×=2、灰球离子个数为4,根据化学式Cu2O知,灰色球表示亚铜离子、白色球表示氧离子,则该晶体的密度==g/cm3=g/cm3。4.(2020·郑州模拟)在一定条件下,金属相互化合形成的化合物称为金属互化物,如Cu9Al4、Cu5Zn8等。(1)某金属互化物具有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,该金属互化物属于__晶体__(填“晶体”或“非晶体”)。(2)基态铜原子有__1__个未成对电子;Cu2+的电子排布式为__1s22s22p63s23p63d9-8-\n__;在CuSO4溶液中加入过量氨水,充分反应后加入少量乙醇,析出一种深蓝色晶体,该晶体的化学式为__Cu(NH3)4SO4·H2O__,其所含化学键有__离子键、极性共价键和配位键__,乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为__sp3杂化、sp3杂化__。(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为__5NA__。(SCN)2对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)、异硫氰酸(H—N═══C═══S)两种。理论上前者沸点低于后者,其原因是__异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能__。(4)ZnS的晶胞结构如图所示,在ZnS晶胞中,S2-的配位数为__4__。(5)铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图所示,其晶胞边长为anm,该金属互化物的密度为____g·cm-3(用含a、NA的代数式表示)。【解析】 (1)晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列,有自范性,非晶体中原子排列相对无序,无自范性,金属互化物具有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,则金属互化物属于晶体;(2)铜元素的原子序数为29,位于周期表第四周期ⅠB族,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,含有一个未成对电子,失去2个电子形成Cu2+,故Cu2+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d9;在CuSO4溶液中加入过量氨水,CuSO4与过量氨水反应生成Cu(NH3)4SO4·H2O,加入乙醇降低Cu(NH3)4SO4·H2O的溶解度,析出深蓝色Cu(NH3)4SO4·H2O晶体,晶体中含有离子键、极性共价键和配位键;CH3—CH2—OH分子中两个C原子均为饱和碳原子,价层电子对数均为4,均为sp3杂化。(3)(SCN)2的结构式为N≡C—S—S—C≡N,分子中有3个单键和2个碳氮三键,单键为σ键,三键含有1个σ键、2个π键,(SCN)2分子含有5个σ键,故1mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为5NA;能形成分子间氢键的物质熔沸点较高,异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能形成分子间氢键,所以异硫氰酸熔沸点高于硫氰酸;(4)ZnS的晶胞结构可知,距离Zn2+最近的硫离子有4个,由硫化锌的化学式可知,距离每个硫离子最近的锌离子也有4个,即S2-的配位数为4,故答案为4;(5)由晶胞结构可知,Cu原子位于晶胞面心,数目为6×=3,Au原子为晶胞顶点,数目为8×=1,铜与金形成的金属互化物的化学式为Cu3Au,晶胞体积V=(a×10-7)3cm3,则密度ρ==-8-\n=。5.(2020·南昌模拟)含氮、磷化合物在生活和生产中有许多重要用途,如:(CH3)3N、磷化硼(BP)、磷青铜(Cu3SnP)等。回答下列问题:(1)锡(Sn)是第五周期ⅣA元素。基态锡原子的价电子排布式为__5s25p2__,据此推测,锡的最高正价是__+4__。(2)与P同周期的主族元素中,电负性比P小的元素有__4__种,第一电离能比P大有__1__种。(3)PH3分子的空间构型为__三角锥形__。PH3的键角小于NH3的原因是__电负性N>P,成键电子对离中心原子越近,成键电子对之间的排斥力越大,键角越大__。(4)化合物(CH3)3N能溶于水,试解析其原因__(CH3)3N为极性分子且可与水形成分子间氢键__。(5)磷化硼是一种耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。磷化硼晶体晶胞如图所示:①在一个晶胞中磷原子空间堆积方式为__面心立方最密堆积__,磷原子的配位数为__4__。②已知晶胞边长apm,阿伏加德罗常数为NA。则磷化硼晶体的密度为____g/cm3。③磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图,请将表示B原子的圆圈涂黑____。【解析】 (1)锡(Sn)是第五周期ⅣA元素,第ⅣA元素价电子排布为5s25p2,最多失去4个电子,所以锡的最高正价是+4价;(2)同周期元素,随着原子序数增大,元素的电负性逐渐增大,与P同周期的主族元素有Na、Mg、Al、Si、S、Cl,比P电负性小的有Na、Mg、Al、Si,共有4个;随着原子序数增大,元素的第一电离能呈增大趋势,但第一电离能P>S,故第一电离能比P大的只有Cl元素一种;(3)根据VSEPR理论,对于PH3,价电子对数为3+=4,VSEPR模型为正四面体,由于一对孤电子对占据四面体的一个顶点,所以PH3-8-\n的空间构型为三角锥形;由于电负性N>P,键合电子对偏向N,成键电子对间斥力增大,键角增大,所以PH3的键角小于NH3;(4)化合物(CH3)3N能溶于水,是因为N与水中H形成分子间氢键,增大了溶解度,(CH3)3N本身也为极性分子,极性分子构成的物质容易溶于由极性分子构成的物质中;(5)①实心球为磷原子,根据晶胞结构分析,P原子作面心立方最密堆积,从上底面面心的P原子分析,周围等距且最近的B原子有4个;②1个晶胞中,含有P原子数目为8×+6×=4个,含有B原子数目为4个,假设取NA个这样的晶胞,1mol晶胞的质量为m=42×4g,所以晶体密度为ρ==g/cm3;③根据晶胞结构分析,立方磷化硼晶胞沿着体对角线方向可以观察到六边形,中心B与P重合,六边形中形成两个倒立关系的正三角形,分别由3个B原子或者3个P原子形成,所以画图为:或。6.(2020·西安模拟)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,Ni2+基态原子的核外电子排布为__1s22s22p63s23p63d8__,铬元素在周期表中__d__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__sp3__杂化。(3)海洋是元素的摇篮,海水中含有大量卤族元素。①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__Ⅰ__填元素符号氟氯溴碘第一电离能(kJ/mol)1681125111401008②根据价层电子对互斥理论,预测ClO的空间构型为__三角锥__形,写出一个ClO的等电子体的化学符号__SO__。(4)海底金属软泥是在海洋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。如下图是从铁氧体离子晶体Fe3O4-8-\n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?__是__(填“是”或“否”);该立方体是不是Fe3O4的晶胞?__是__(填“是”或“否”);立方体中铁离子处于氧离子围成的__正八面体__(填空间结构)空隙;根据下图计算Fe3O4晶体的密度为__5.2__g/cm3。(图中a=0.42nm,计算结果保留两位有效数字)【解析】 (1)Ni处于周期表中第四周期第ⅤⅢ族,Ni2+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)①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原子;②根据VSEPR理论判断ClO的空间构型,价电子对数为VP=BP+LP=3+=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互为等电子体的是SO;(4)晶胞中,O2-的坐标为,,,,将+=,将+=,将+=,刚好与前三个坐标相同,所以O2-作面心立方最密堆积,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4×+×3=2个,含有Fe2+的个数为1个,含有O2-的个数为12×+1=4个,假设取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=(56×3+16×4)g,1个立方体体积为V=a3nm3=(a×10-7)3cm3,则晶体密度为ρ==g/cm3=5.2g/cm3。-8-

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文章作者:U-336598

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