专题升级训练14 物质结构与性质(选修3)
(时间：45分钟 满分：100分)
填空题(本题包括8小题，共100分)
1．(2012河南焦作一次质检)(13分)下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分别代表一种化学元素。【来源：全,品…中&高*考*网】
试回答下列问题：
(1)请写出元素o的基态原子电子排布式______________。
(2)c元素的一种同素异形体与熔融的n单质形成石墨间隙化合物，比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写作CxK，其平面图形见右图，则x值为________________________________________________________________________。
(3)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如右图，其中序号“8”代表________(填元素符号)；其中电负性最大的是____________(填图中的序号)(稀有气体除外)。
(4)由i原子跟d原子以1∶1相互交替结合而形成的晶体，晶型与晶体j相同。则i与d形成的晶体中一个晶胞中含有4个i原子；与同一个i原子相连的d原子构成的空间构型为________________，d原子的杂化类型为____________。
(5)i单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示，其晶胞特征如下图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如下图丙所示。
若已知i的原子半径为d cm，NA代表阿伏加德罗常数，i的相对原子质量为M，则该晶体的密度为______g·cm－3(用字母表示)。
2．(13分)氮元素可以形成多种化合物。
回答以下问题：
(1)基态氮原子的价电子排布式是____________________________________________。
(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是___________________________
_____________________________________________。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。
①NH3分子的空间构型是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是__________。
②肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是：
N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－1 038.7 kJ·mol－1
若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键有______mol。
③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内不存在______(填标号)。
a．离子键 b．共价键 c．配位键 d．范德华力
(4)图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)，分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是__________(填标号)。
a．CF4 b．CH4 c．NH d．H2O
3．(2012吉林一模)(12分)原子序数依次递增的A、B、C、D、E是周期表中前30号元素。已知A的最外层电子数是其内层电子数的2倍；A与C形成的常见化合物之一是主要的温室气体；D与A同主族，其单质在同周期元素所形成的单质中熔点最高；E原子M能层为全充满状态，且核外的未成对电子只有一个。请回答下列问题：
(1)B在周期表中的位置是______________，该主族元素的气态氢化物中，沸点最低的是__________(填化学式)。
(2)根据等电子原理分析，BC中B原子的轨道杂化类型是________________________________________________________________________。
(3)五种元素中，电负性最大与最小的两种非金属元素形成的化合物在常温下是晶体，其晶体类型是___________________________________________________________________。
(4)＋1价气态基态阳离子再失去一个电子形成＋2价气态基态阳离子所需要的能量称为第二电离能I2，依次还有I3、I4、I5…，推测D元素的电离能突增应出现在第______电离能。
(5)A的一种相对分子质量为28的氢化物，其分子中σ键与π键的个数之比为____。
(6)E的基态原子有____种形状不同的原子轨道；E2＋的价电子排布式为____。
4．(2012湖北襄阳调研)(13分)用黄铜矿(主要成分是CuFeS2)生产粗铜的反应原理如下：
(1)已知在反应①、②中均生成相同的气体分子，该气体具有漂白性。请分别写出反应①、②的化学方程式________________、__________________。
(2)基态铜原子的核外电子排布式为____________，硫、氧元素相比，第一电离能较大的是______。
(3)反应①和②生成的气体分子的中心原子的杂化类型是______，分子的空间构型是______。
(4)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述π键________________。
(5)Cu2O的晶胞结构如图所示，该晶胞的边长为a cm，则Cu2O的密度为__________g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数的数值)。
5．(2012湖北武汉调研)(13分)有U、V、W、X、Y、Z六种前四周期元素，原子序数依次增大，其相关信息如下表：
元素编号
相关信息
U
所处的周期数、族序数分别与其原子序数相等
V
基态时，电子分布在三个能级上，且各能级中电子数相等
W
基态时，2p轨道处于半充满状态
X
与W元素处于同一周期，且X的第一电离能小于W的第一电离能
Y
是第四周期元素中未成对电子数最多的元素
Z
Z是一种金属
请回答下列问题：
(1)U、V两种元素组成的一种化合物甲是重要的化工原料，常把它的产量作为衡量石油化工发展水平的标志，则甲分子中σ键和π键的个数比为______，其中心原子采取____________杂化。
(2)V与W原子结合形成的V3W4晶体，其硬度比金刚石大，则V3W4晶体中含有______键，属于____________晶体，其硬度比金刚石大的原因是________________________________
________________________________________。
(3)Y的基态原子的核外电子排布式为_________________________________________。
(4)乙和丙分别是V和X的氢化物，这两种氢化物分子中都含有18个电子。乙和丙的化学式分别是________、____________，两者沸点的关系为乙__________丙(填“＞”或“＜”)，原因是____________________________________。
(5)Z单质晶体的晶胞如右图所示，其配位数为____________。
6．(2012河南许昌四校联考)(12分)已知：X、Y、Z为短周期元素，X、Y同周期，X和Z同主族，Y原子基态时的2p轨道上未成对的电子数最多，X的低价氧化物和Y单质分子的电子数相等。W2＋的核外电子排布简式为[Ar]3d9。
(1)CH是有机反应的重要中间体，其空间构型为______________，其中X原子的杂化轨道类型为________。
(2)Z单质固态时属于__________晶体，X和Z形成的化合物的晶体熔点比Z单质的晶体熔点高，原因是_______________________________________________________________。
(3)相同条件下，X、Y的氢化物在水中溶解度较大的是______(填化学式)，理由是________________________________________________________________________。
(4)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为：_________________________________________________________________。
(5) 的沸点比高，原因是___________________
_____________________________________________________。
7．(12分)过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。
(1)应用于合成氨反应的催化剂(铁)的表面上存在氮原子，右图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中小黑色球代表氮原子，灰色球代表铁原子)。则图示铁颗粒表面上氮原子与铁原子的个数比为______。
(2)现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称PFS，化学式为：[Fe2(OH)n(SO4)3－n/2]m，n＜5，m＜10}在水体中形成絮状物，以吸附重金属离子。下列说法中不正确的是____(填序号)。
A．PFS中铁显＋3价
B．铁原子的价电子排布式是3d64s2
C．由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程
D．由下表可知气态Fe2＋再失去一个电子比气态Mn2＋再失去一个电子难
元素
Mn
Fe
I1【来源：全,品…中&高*考*网】
717【来源：全,品…中&高*考*网】
759【来源：全,品…中&高*考*网】
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
(3)铬的配合物在药物应用、设计合成新磁材料领域和聚乙烯催化剂方面都有重要应用。现有铬(Ⅲ)与甲基丙烯酸根的配合物为：[Cr2(CH2 OO)2Cl4·6H2O]·2H2O
①该化合物中存在的化学键类型有__________________________________________。
②该化合物中一个Cr的配位数为______。
③甲基丙烯酸分子中C原子的杂化方式有____________________________________。
④与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是______(填元素符号)。
8．(12分)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。
回答下列问题：
(1)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为______，1 mol Y2X2含有σ键的数目为________。
(2)化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是____________________。
(3)元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是____________。
(4)元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示，该氯化物的化学式是___________，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为_________。
参考答案
1．答案：(1)1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2)
(2)8
(3)Si 2
(4)正四面体 sp3
(5)
解析：(1)从钾开始数到8为o，所以o的基态原子电子排布式为[Ar]3d64s2；(2)三个K原子形成的一个三角形中含有4个C原子，一个K原子被6个三角形共用，所以一个三角形均摊×3＝，所以C、K原子个数比为8∶1；(3)熔点最高的是原子晶体硅单质，电负性最大的是排在最右边(除稀有气体外)的Cl，Cl2的熔点只比Ar高；(4)由信息可知AlN与晶体硅或金刚石的空间构型相同，所以为正四面体，sp3杂化；(5)此晶胞中含有的i为×8＋×6＝4个，所以1 mol晶胞的质量为M×4，一个晶胞的质量为，晶胞的边长为2d，一个晶胞的体积为16d3，质量除以体积即得密度。
2．答案：(1)2s22p3
(2)N＞O＞C
(3)①三角锥形 sp3
②3
③d
(4)c
解析：(1)基态氮原子价电子排布为：2s22p3，注意是价电子，不要答成所有电子的排布式。
(2)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为：N＞O＞C，注意N的第一电离能要比O的大。
(3)①NH3分子空间构型为三角锥形，氮原子为sp3杂化，根据题干中给出的信息可知N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型也是sp3。
②反应中有4 mol N—H键断裂，即有1 mol N2H4反应，根据反应方程式可知，1 mol N2H4参加反应有1.5 mol N2生成，而每摩尔N2中有2 mol π键。则答案为3 mol。
③该题为信息题，知道(NH4)2SO4分子中存在的化学键(离子键、共价键、配位键)即可解答，所以答案选d，范德华力只存在于分子晶体中。
(4)四个选项中能形成氢键的是NH3、H2O、HF，但只有NH空间构型为正四面体，4个H原子位于四个顶点，恰好对应该有机化合物的4个N原子，形成4个氢键。故选c。
3．答案：(1)第二周期第ⅤA族 PH3
(2)sp
(3)原子晶体
(4)五(或I5)
(5)5∶1
(6)3 3d9
解析：A为碳、C为氧、B只能为氮、D与A同主族，且是前30号元素，所以D只能是硅；E原子M能层为全充满状态，1s22s22p63s23p63d10，最外层只有一个未成对电子，前30号元素，只能为1s22s22p63s23p63d104s1，为29号元素铜；(1)因为NH3分子间会形成氢键，所以同主族元素的氢化物中NH3的沸点较高，其他气态氢化物会随着相对分子质量的增大而逐渐增大，所以沸点最低的是PH3；(2)NO中氮原子中的孤对电子对数＝＝0，σ键个数＝2，所以氮原子为sp杂化；(3)SiO2是原子晶体；(4)Si原子最外层电子数为4，所以失去4个后，达到8电子稳定结构，再失去就比较难了；(5)C2H4的结构简式为CH2===CH2；(6)Cu的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，有s、p、d三种形状的原子轨道。
4．答案：(1)2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2 2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
(2)1s22s22p63s23d104s1或[Ar]3d104s1 O
(3)sp2 V形
(4)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p—p轨道“肩并肩”重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键
(5)
解析：(2)从钾开始数数到11为铜，所以铜的价电子数为11，核外电子排布式为[Ar]3d104s1；同一主族第一电离能从上往下逐渐减小，所以第一电离能O大于S；(3)SO2中硫原子的孤对电子对数＝＝1，σ键个数＝2，所以硫原子为sp2杂化，分子空间构型为V形；(4)抓住题中信息(从原子半径大小的角度分析)进行解题；(5)此晶胞中含有粒子分别为4个和×8＋1＝2个，依据化学式Cu2O可知，一个晶胞中含有4个Cu,2个O，所以1 mol晶胞的质量为288 g，一个晶胞的质量为 g，除以体积a3即得密度。
5．答案：(1)5∶1 sp2
(2)共价 原子 N原子半径小于C，所以C3N4晶体中C—N键长比金刚石中的C—N键键长短，所以键键能大，硬度大
(3)1s22s22p63s23d54s1或[Ar]3d54s1
(4)C2H6 H2O2 ＜ H2O2分子间存在氢键，而C2H6分子间不存在氢键
(5)12
解析：U为H；V的核外电子分层排布为1s22s22p2为C；W的核外电子分层排布为1s22s22p3为N；X与N同周期，且原子序数大于N，比N的第一电离能小，X只能为O；Y的未成对电子数最多，应该3d、4s为半充满状态即核外电子排布式为[Ar]3d54s1，为Cr；(1)甲为乙烯(CH2===CH2)，中心原子为sp2杂化；(5)选择顶点上的微粒作为中心，与此顶点最近的是三个面心上的微粒，所以在此晶胞中有个，有8个晶胞共用此顶点，配位数为×8。
6．答案：(1)平面三角形 sp2
(2)原子 Si—C键的键长小于Si—Si键的键长，Si—C键的键能大于Si—Si键的键能
(3)NH3 NH3和水分子可以形成分子间氢键
(4)C＞H＞Si
(5) 形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大
解析：Y的核外电子分层排布为1s22s22p3为N；由X的低价氧化物和N2的电子数相等，可知X为C，CO的电子数为14，Z为Si；(1)CH中C原子的孤对电子对数＝＝0，σ键个数＝3，C原子为sp2杂化。
7．答案：(1)1∶2 (2)D (3)①配位键、共价键、离子键 ②6 ③sp3和sp2 ④K、Cu
解析：(1)一个铁原子周围有2个氮原子，一个氮原子周围有4个铁原子，所以氮原子与铁原子的个数比为1∶2；(2)铁的化合价＝＝＋3，所以A、C正确；Mn的第三电离能大于Fe的，所以Mn2＋失去一个电子比Fe2＋难，D错误；(3)②两个Cr与两个甲基丙烯酸根、四个Cl－、六个H2O配合，所以一个Cr与六个配体结合；③四个碳原子中有一个sp3杂化，另外三个sp2杂化。
8．答案：(1)sp杂化 3 mol或3×6.02×1023个
(2)NH3分子间存在氢键
(3)N2O
(4)CuCl CuCl＋2HCl===H2CuCl3(或CuCl＋2HCl===H2[CuCl3])
解析：A：X是形成化合物种类最多的元素——C元素或H元素；Y原子基态最外层是内层电子总数2倍，则Y是C元素，其原子结构示意图为，则X一定为H元素。Z原子电子排布式为1s22s22p3，则Z为N元素；W的原子序数为29，则为Cu元素。
(1)Y2X2(C2H2)，结构式为H—C≡C—H，C原子杂化类型为sp杂化。每个C2H2分子中σ键为3个，则1 mol C2H2分子中含σ键为3 mol或3NA个。
(2)NH3分子间存在氢键，而CH4分子间只有范德华力，所以NH3分子沸点高于CH4。
(3)CO2与N2O互为等电子体。
(4)该氯化物中，小黑球数为1×4＝4个；小白球数为×8＋×6＝4个，故其化学式为CuCl。CuCl与浓盐酸反应的化学方程式为CuCl＋2HCl===H2CuCl3(或将产物写为H2[CuCl3])。
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