高考化学物质结构与性质(选考)

物质结构与性质(选考)

1．(2017·福建省莆田第一中学高三考前模拟)Fe 、HCN 与K 2CO 3在一定条件下发生如下反应：

Fe ＋6HCN ＋2K 2CO 3===K 4Fe(CN)6＋H 2↑＋2CO 2↑＋2H 2O ，

回答下列问题：

(1)此化学方程式中涉及的第二周期元素的电负性由小到大的顺序为________。

(2)配合物K 4Fe(CN)6的中心离子是________，该离子价电子的基态电子排布图为________。

(3)1 mol HCN 分子中含有σ键的数目为________，HCN 分子中碳原子轨道杂化类型是________，与CN －

互为等电子体的阴离子是________。

(4)K 2CO 3中阴离子的空间构型为________，其中碳原子的价层电子对数为________。

(5)冰的晶体结构模型如图，它的晶胞与金刚石相似，水分子之间以氢键相连接，在一个晶胞中有________个氢键，若氢键键长为d nm ，则晶体密度(g·cm －3)计算式为________(用N A 表示阿伏加德罗常数的值)。

答案 (1)C

(2)Fe 2＋

(3)1.204×1024 sp 杂化 C 2－2

(4)平面三角形 3

(5)16 ρ＝8×18N A ×(4d 3×10－7)3 解析 (1)此化学方程式中涉及的第二周期元素有C 、N 、O ，三种元素的非金属性越强，电

负性越大，则电负性由小到大的顺序为C

(2)配合物K 4Fe(CN)6的中心离子是 Fe 2＋

，该离子价电子的基态电子排布图为。(3)HCN 的结构式为H —C ≡N,1 mol HCN 分子中含有σ键的数目为2N A ，

HCN 分子中碳原子轨道杂化类型是sp 杂化，CN －有2个原子和10个价电子，则与CN －

互为等电子体的阴离子为C 2－2。 (4)CO 2－3中碳原子价层电子对个数＝3＋12

(4＋2－3×2)＝3，且不含孤电子对，所以C 原子采用sp 2杂化，空间构型为平面三角形。

(5)每个冰晶胞平均占有分子个数＝4＋18×8＋6×12

＝8，H 2O 的氧原子中含有2个σ键和2个孤电子对，金刚石中每个碳原子含有4个σ键且没有孤电子对，所以水中的O 和金刚石中的C 都是sp 3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子中一个氧原子可以和另外2个水分子中的氢原子形成2个氢键，2个氢原子可以和另外2个水分子中的氧原子形成氢键，所以每个水分子可与相邻的4个水分子形成4个氢键，即平均每个水分子可形成2个氢键，每个晶胞中共有2×8＝16个氢键；若氢键键长为d nm ，晶胞的对角线为4d nm ，设晶胞边长为a nm ，则a ＝

4d 3 nm ，晶胞的体积为(a nm)3，晶胞的质量为8×18 g N A ，晶体密度＝8×18 g N A ÷(a nm)3＝8×18N A ×(4d 3×10－7)3

g·cm －3。 2．(2017·广东省华南师大附中高三三模)X 、Y 、Z 、W 、U 五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为54。X 的激发态原子电子排布式为2p 1，Y 原子的基态原子有3个不同的能级，且各能级中电子数相等，Z 的基态原子中有3个未成对电子，W 的电离能如下表所示，U 原子的K 层电子数与最外层电子数之比为2∶1，其d 轨道处于全充满状态。

(1)U 原子电子排布式为________________________。

(2)X 与Z 形成的化合物Z 2X 4，Z 原子采取的杂化轨道类型为________，Y 的最高价氧化物的水化物的正盐的阴离子的空间构型为____________。

(3)W 的氯化物和Mg 的氯化物中，熔点较高的是________________________(填化学式)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)I 4O 9由一种阳离子和一种阴离子按物质的量比1∶3构成，阴离子的空间构型为三角锥形，

中心原子杂化类型为sp 3杂化，写出I 4O 9的电离方程式_______________________________ ________________________________________________________________________。

(5)Nb(黑球)和I(白球)能形成一种线性的无机高分子化合物，其结构是许多八面体通过棱边而联结起来的长链，如下图所示。则该化合物中Nb 和I 的原子个数比为________。

答案 (1)1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1 (2)sp 3 平面三角形 (3)MgCl 2 NaCl 和MgCl 2都为离子晶体，Mg 2＋半径小，电荷数大，因此MgCl 2晶体的晶格能大，熔点高 (4)I 4O 9===I 3＋＋3IO －

3 (5)1∶4

解析 X 、Y 、Z 、W 、U 五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为54。X 的激发态原子电子排布式为2p 1，X 是H ；Y 原子的基态原子有3个不同的能级，且各能级中电子数相等，Y 是C ；Z 的基态原子中有3个未成对电子，Z 是N ；W 的第二电离能远大于第一电离能，所以W 是第ⅠA 族元素，W 是Na ；U 原子的K 层电子数与最外层电子数之比为2∶1，其d 轨道处于全充满状态，所以U 是铜。

(1)铜的原子序数是29，原子电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1。(2)X 与Z 形成的化合物N 2H 4的分子中N 原子的价层电子对数是4，含有一对孤对电子，则N 原子采取的杂化轨道类型为sp 3；C 的最高价氧化物的水化物的正盐的阴离子CO 2－

3中C 原子的价层电子对数是3，不存在孤对电子，其空间构型为平面三角形。(3)由于NaCl 和MgCl 2都为离子晶体，Mg 2＋半径小，电荷数大，因此MgCl 2晶体的晶格能大，熔点高。(4)I 4O 9由一种阳离子和一种阴离子按物质的量比1∶3构成，阴离子的空间构型为三角锥形，中心原子杂化类型为sp 3杂化，所以阴离子是IO －3，则阳离子是I 3＋，因此I 4O 9的电离方程式为I 4O 9===I 3＋＋3IO －

3。(5)根据晶胞结构可知一个正八面体中含有1个Nb ，I 原子个数是2＋4×12

＝4，所以该化合物中Nb 和I 的原子个数比为1∶4。

3．(2017·桂林市第十八中学高三下学期适应性考试)硒化锌是一种透明色半导体，也可作为红外光学材料，熔点是1 520 ℃。

(1)基态锌原子的价电子排布式是____________________________________。

(2)根据元素周期律，电负性Se________S ，第一电离能Se________As(填“>”或“<”)。

(3)H 2S 分子的电子式：________________，H 2Se 分子构型是________________，其中硒原子的杂化轨道类型是________。

(4)H 2O 的沸点高于H 2Se 的沸点(－42 ℃)，其原因是___________________________ ________________________________________________________________________。

(5)晶体Zn 为六方最密堆积，其配位数是________。

(6)ZnSe 晶胞如图，假设阿伏加德罗常数的值为N A ，则144 g ZnSe 晶体中的晶胞数是________。

答案 (1)3d 104s 2 (2)< <

(3) V 形 sp 3

(4)水分子间存在氢键、H 2Se 分子间无氢键

(5)12 (6)N A 4

解析 (1)本题考查价电子和排布式，Zn 位于第四周期ⅡB 族，价电子包括最外层电子和次外层d 能级，排布式为3d 104s 2。(2)考查电负性规律和第一电离能规律，非金属性越强，电负性越强，同主族从上到下非金属性减弱，即电负性：Se第ⅢA ，第ⅤA>第ⅥA ，因此第一电离能：Se

位于内部，Se 位于顶点和面心，因此1个晶胞中含有4个ZnSe ，其质量为4N A

×144 g ，因此144 g ZnSe 含有晶胞的个数为N A 4

。 4．(2017·河北省衡水中学高三第二次模拟考试)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“N 8”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N 4H 4(SO 4)2的物质，经测定，该物质易溶于

水，在水中以SO 2－4和N 4H 4＋4两种离子的形式存在。N 4H 4＋

4根系易吸收，但它遇到碱时会生成类似白磷的N 4分子，不能被植物吸收。1个N 4H 4＋

4中含有________个σ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。

①P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为____________。

②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N A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Cu3＋。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)

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)①sp3

②10 (5)Fe 3N 72839a 2cN A ×1021 (6)3d 8 Ce 解析 (1)N n ＋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N ≡N 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“N 8”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CO 2互为等电子体，

则其空间构型为直线形。(2)N 4

与白磷的结构类似为三角锥形，因此N 4H 4＋

4的结构式为，所以1个N 4H 4＋

4中含有10个σ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PH 3的键角小于NH 3。(4)①P 4S 3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sp 3。②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P 4S 3分子中含孤电子对的数为4×1＋3×2＝10。(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Fe 3N ；若晶胞底边长为a nm ，高为c nm ，则晶胞的体积是332

a 2c nm 3，所以这种磁性氮化铁的晶体密度为364N A

332

a 2 c ×10－21

g·cm －3＝72839a 2 cN A ×1021g·cm －3。(6)铜的原子序数是29，基态时Cu 3＋的电子排布式为[Ar] 3d 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 。

5．(2017·河北省衡水中学高三高考押题卷)铁元素和碳元素形成的单质及化合物在生产、生活中有广泛的用途，请回答下列问题：

(1)基态Fe 原子的价层电子的电子排布图为______________________；其最外层电子的电子云形状为_______________________________________________________。

(2)(NH 4)2Fe(SO 4)2· 6H 2O 俗称摩尔盐。其阴离子的VSEPR 模型名称为______________。写出一种与NH ＋

4互为等电子体的分子的电子式：_________________________________。

(3)Fe(CO)5可用作催化剂、汽油抗爆剂等。其分子中σ键和π键的数目之比为________。CO 的沸点高于N 2的原因是________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)碳元素可形成多种单质。

①石墨烯是从石墨中剥离出来的由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料。其中碳原子的杂化方式为____________________________________________。

②金刚石的晶胞如图所示。若晶胞参数为a pm ，阿伏加德罗常数的值为N A ，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________；1 cm 3晶体的平均质量为________________(列出计算式即可)。

答案 (1) 球形 (2)正四面体形 (或)

(3)1∶1 二者相对分子质量相同，CO 为极性分子，N 2为非极性分子，CO 的分子间作用力

大于N 2的 (4)①sp 2

②34% 9.6×1031

a 3N A 解析 (1)基态Fe 原子的价层电子排布式为3d 64s 2，可得其价层电子的电子排布图。 其最外层电子为 4s 电子，故电子云形状为球形。 (2)SO 2－

4 的价层电子对数目为4，其 VSEPR 模型名称为正四面体形。 根据等电子体的含义：原子总数相同且价电子数相等，与 NH ＋4 互为等电子体的分子为CH 4或SiH 4，可写出其电子式。(3)Fe(CO)5分子中 Fe 原子与5个 CO 形成5个σ键，每个CO 分子中含有1个σ键和2个π键，故二者的数目之比为1∶1。 二者相对分子质量相同，组成和结构相似，极性越强，分子间作用力越大，沸点越高。(4)①石墨中碳原子与其他三个碳原子之间形成三个σ键，其空间构型为平面三角形，故杂化方式为sp 2。

②空间利用率等于晶胞中原子实际占用体积除以晶胞体积，可得其空间利用率为34%。每个金刚石的晶胞实际占用8个碳原子，其质量为(12×8)/ N A g ；晶胞的体积为(a ×10－10)3cm 3,1 cm 3 晶体中平均含有晶胞的数目为1/(a ×10

－10)3，则 1 cm 3 晶体的平均质量为1(a ×10－10)3×12×8N A g ＝9.6×1031

a 3N A g 。