高考化学课时作业15.docx
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高考化学课时作业15
课时作业(十五) 物质结构与性质(选做)
1.(2018·武汉5月调研)砷(As)是ⅤA族元素,砷及其化合物被应用于农药和合金中。
回答下列问题:
(1)基态砷原子的电子排布式为________,第四周期元素中,第一电离能低于砷原子的p区元素有________(填元素符号)。
(2)氮原子间能形成氮氮叁键,而砷原子间不易形成叁键的原因是
________________________________________________________________________。
(3)AsH3分子为三角锥形,键角为91.80°,小于氨分子键角107°,AsH3分子键角较小的原因是________________________________________________________________________。
(4)亚砷酸(H3AsO3)分子中,中心原子砷的VSEPR模型是________,砷原子杂化方式为______________。
(5)砷化镍的晶胞如图。
晶胞参数a=360.2pm,c=500.9pm,γ=120°。
①镍原子配位数为________,配原子构成的几何体是________。
②该晶体密度的计算式为________g·cm-3。
答案
(1)[Ar]3d104s24p3 Ga、Ge、Se
(2)砷原子半径较大,原子间形成的σ键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠,难以形成π键
(3)砷原子电负性小于氮原子,其共用电子对离砷核距离较远,斥力较小,键角较小
(4)四面体形 sp3杂化
(5)①6 正八面体
②
解析
(1)砷原子核电荷数33,基态的电子排布式为[Ar]3d104s24p3;同一周期,从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅤA族元素p轨道为半充满状态,第一电离能大于邻近元素的第一电离能;因此第四周期元素中,第一电离能低于砷原子的p区元素有Ga、Ge、Se;
(2)由于砷原子半径较大,原子间形成的σ键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠,难以形成π键,所以氮原子间能形成氮氮叁键,而砷原子间不易形成叁键;(3)AsH3分子为三角锥形,键角为91.80°,小于氨分子键角107°;AsH3分子键角较小的原因是砷原子电负性小于氮原子,其共用电子对离砷核距离较远,斥力较小,键角较小;(4)亚砷酸(H3AsO3)分子结构式为
,砷原子的价层电子对数为4,属于sp3杂化,中心原子砷的VSEPR模型是四面体形;(5)根据砷化镍的晶胞的结构
可以看出,镍原子配位数为6,6个砷原子形成正八面体;
②根据砷化镍的晶胞可知:
含有的镍原子个数8×1/8+4×1/4=2,含有砷原子个数为2,所以该晶胞中含有2个砷化镍,该晶胞的质量为2×134/NAg,根据晶胞的俯视图
,可以求出x=
apm=
×360.2×10-10cm;该晶胞的体积为
×360.2×10-10×360.2×10-10×500.9×10-10cm3;根据ρ=m/V=
。
2.(2018·唐山二模)75号元素铼,熔点仅次于钨,是制造航空发动机的必需元素。
地壳中铼的含量极低,多伴生于钼、铜、锌、铅等矿物中。
回答下列问题:
(1)锰与铼处于同一族,锰原子价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为________,它处于周期表的________区。
(2)与铼伴生的铜能形成多种配合物。
如:
醋酸二氨合铜(Ⅰ)[Cu(NH3)2]Ac可用于吸收合成氨中对催化剂有害的CO气体:
[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO。
(Ac表示醋酸跟离子)
①与铜离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是
________________________________________________________________________。
②配位体NH3中N原子的杂化类型为________,1mol配离子[Cu(NH3)2]+中含有σ键的数目为________。
③写出与CO互为等电子体的一种离子的化学式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)金属铼的熔点高于锰,试从原子结构的角度加以解释
________________________________________________________________________。
(4)三氧化铼为立方晶胞,晶胞参数为3.74Å(1Å=10-10m),铼原子占据顶点,氧原子占据所有棱心。
则铼原子的配位数为________,三氧化铼的密度为________g/cm3。
(用NA表示阿伏加德罗常数的值,写计算式即可)
答案
(1)
(2)①具有孤电子对(或孤对电子) ②sp3 8NA ③CN-或C22-或NO+
(3)从锰到铼原子序数增大,核对外层电子引力增大,电子层数增多,核对外层电子引力减小,但前者占主导,所以铼中的金属键更强,熔点更高
(4)6
解析
(1)锰为25号元素,位于第四周期第VⅡB族,价层电子排布式为3d54s2,价层电子的轨道表示式(价层电子排布图)为
,处于周期表的d区;
(2)①与铜离子形成配合物的分子或离子应具有孤电子对(或孤对电子),和铜离子形成配位键;②配位体NH3中,N原子形成三个σ键,有一对孤电子,杂化类型为sp3;1个[Cu(NH3)2]+中含有6个σ键,2个配位键,配位键也是σ键,1mol配离子[Cu(NH3)2]+中含有σ键的数目为8NA;③等电子体为具有相同的原子数和价电子数的分子或离子,与CO互为等电子体的一种离子的化学式CN-或C22-或NO+;(3)从锰到铼原子序数增大,核对外层电子引力增大,电子层数增多,核对外层电子引力减小,但前者占主导,所以铼中的金属键更强,熔点更高;(4)三氧化铼为立方晶胞,铼原子占据顶点,氧原子占据所有棱心,根据均摊法可知铼原子的配位数为6,1mol晶胞中含1mol三氧化铼,根据Ρ·V·NA=N·M,可求出密度为
g/cm3。
3.(2018·保定二模)钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用,请回答下列问题:
(1)写出砷(As)的基态原子的电子排布式
________________________________________________________________________。
(2)N、P、As为同一主族元素,其电负性从大到小的顺序为________,它们的简单氢化物沸点最高的是________,将NaNO2和Na2O在一定的条件下反应得到一种白色晶体,已知其中的阴离子与SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式为________。
(3)Fe3+、Co3+、N3+、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、配位键),C、N、O的第一电离能最大的是________,其原因是________________________________________________________________________。
(4)砷化镓晶胞结构如图。
晶胞中Ga与周围等距且最近的砷形成的空间构型为________,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)[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)N>P>As NH3 NO43-
(3)①sp ②6 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,由构造原理可知基态原子的电子排布式[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3;
(2)N、P、As为同一主族元素,其原子序数逐渐增大,则其电负性逐渐减小,即N>P>As,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SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式为NO43-;(3)①CN-中碳原子价电子对个数=1+(4+1-1×3)/2=2,所以采取sp杂化;②[Co(N3)(NH3)5]SO4中N3-、NH3都是配体,相加得配位数为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,同一周期的第一电离能随原子序数增大呈增大趋势,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,所以第一电离能最大的是N;(4)晶胞中Ga原子处于晶体的顶点和面心,面心到顶点和到相邻面心的距离最小且相等,Ga原子与周围等距且最近的砷形成的空间构型为Ga在中心,As在四个顶点形成的正四面体结构;GaAs为1∶1型结构,一个晶胞含有4个Ga原子和4个As原子,若晶胞边长为apm,则其体积为(a×10-10)3cm3,晶胞密度为ρg·cm-3,则晶胞质量为(a×10-10)3cm3×ρg·cm-3=ρa3×10-30g,ρa3×10-30g×NA=4×145g/mol,则为
。
4.(2018·重庆三诊)磷存在于人体所有细胞中,是维持骨骼和牙齿的必要物质,几乎参与所有生理上的化学反应。
磷的化合物在药物生产和农药制造等方面用途非常广泛。
请回答下列有关问题:
(1)画出基态P原子的核外电子排布图
________________________________________________________________________。
(2)NH3比PH3易液化的原因是
________________________________________________________________________。
(3)P4S3可用于制造火柴,其结构如图1所示。
①P4S3中硫原子的杂化轨道类型为________。
②电负性:
磷________硫(填“>”或“<”);第一电离能磷大于硫的原因是
________________________________________________________________________。
(4)NH4BF4是合成氮化硼纳米管的原料之一,1molNH4BF4中含有________mol配位键。
(5)NF3的键角小于NH3的键角,其原因是
________________________________________________________________________。
(6)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,其晶胞结构如图2所示。
原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置,图中a点和c点的原子坐标参数依次为(0,0,0)、(1,
,
),则b点的原子坐标参数为________;已知该晶胞中距离最近的两个磷原子的核间距离为Lpm,则该晶体密度为________g·cm-3(阿伏加德罗常数用NA表示,列出计算式即可)。
答案
(1)
(2)NH3分子间存在氢键
(3)①sp3 ②< 磷原子3p轨道处于半满状态,不容易失去电子
(4)2
(5)F的电负性大于H,故NF3中N的周围的电子密度小于NH3中N周围电子密度
(6)(
,
,
)
解析
(1)P原子核电荷数为15,电子排布为1s22s22p63s23p3,核外电子排布图
;
(2)NH3分子间存在氢键,PH3分子间无氢键,因此NH3比PH3易液化;(3)①P4S3中硫原子形成2个共价键,孤电子对数为1/2×(6-2×1)=2,则有4个价层电子对,其杂化的轨道类型为sp3;②同一周期,从左到右,电负性增大,因此电负性:
磷<硫;同一周期,第一电离能呈现增大的趋势,由于磷原子3p轨道处于半满状态,不容易失去电子,第一电离能磷大于硫;(4)一个NH4BF4中N原子和其中一个H原子之间存在配位键、B原子和其中一个F原子之间存在一个配位键,所以含有2个配位键,则1molNH4BF4含有2mol配位键;(5)F的电负性大于H,故NF3中N的周围的电子密度小于NH3中N周围电子密度,因此NF3的键角小于NH3的键角;(6)图中a点坐标参数为(0、0、0)、c点坐标参数为(1,
,
),说明晶胞边长为1,a、c点距离为晶胞对角线的
,则c点的原子坐标参数为(
,
,
);根据晶胞结构可知:
硼原子个数为4,磷原子个数为8×1/8+6×1/2=4,即该晶胞中含有4个磷化硼,质量为4×42/NAg,设该晶胞的棱长为xcm,该晶胞中距离最近的两个磷原子的核间距离为面对角线上的一半,所以x=
L×10-10cm,晶胞的体积为x3=(
L)3×10-30cm3;设晶胞的密度为ρg·cm-3,则ρ=[4×42/NA]÷[(
L)3×10-30]=
g·cm-3。
5.(2018·大连一模)碳是地球上组成生命的最基本的元素之一。
根据要求回答下列问题:
(1)碳原子的价电子排布图为________,核外有________种不同运动状态的电子。
(2)碳可以形成多种有机化合物,下图所示是一种嘌呤和一种吡啶的结构,两种分子中所有原子都在一个平面上。
①嘌呤中所有元素的电负性由大到小的顺序为________。
②嘌呤中轨道之间的夹角∠1比∠2大,解释原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③吡啶结构中N原子的杂化方式为________。
④分子中的大π键可用符号πmn表示,m代表形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数。
则吡啶结构中的大π键表示为________。
(3)碳元素能形成CO、CO2、H2CO3等多种无机化合物。
①二氧化碳的晶体叫作干冰,每个二氧化碳分子周围通常有________个紧邻的分子。
②在CO转化成CO2的反应过程中,下列说法正确的是________。
A.分子中孤电子对数不变 B.分子的极性发生变化
C.原子间成键方式发生改变D.分子晶体的熔沸点升高
③H2CO3与H3PO4均有1个非羟基氧,H3PO4为中强酸,H2CO3为弱酸的原因________________________________________________________________________。
(4)2017年,中外科学家团队共同合成了碳的一种新型同素异形体:
T—碳。
T—碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代形成碳的一种新型三维立方晶体结构,如下图。
已知T碳晶胞参数为apm,阿伏加德罗常数为NA,则T碳的密度的表达式为________g/cm3。
(写出表达式即可)
图中的○表示碳形成的正四面体结构
答案
(1)
(2)①N>C>H(或NCH) ②孤电子对与键合电子对之间的斥力大于键合电子对之间的斥力,斥力大,键角大 ③sp3 ④Π56
(3)①12 ②BCD ③由于溶于水的二氧化碳分子只有约几百分之一与水结合成碳酸,与按二氧化碳全部转化为碳酸分子来估算酸的强度相比,自然就小了近百倍了,而溶于水的五氧化二磷几乎能够完全反应生成磷酸
(4)
解析
(1)碳为6号元素,碳原子的价电子排布图为
,核外有6种不同运动状态的电子;
(2)①元素的非金属性越强,电负性数值越大,嘌呤中所有元素的电负性由大到小的顺序为N>C>H;②孤电子对与键合电子对之间的斥力大于键合电子对之间的斥力,斥力越大,键角越大,因此嘌呤中轨道之间的夹角∠1比∠2大;③吡啶结构中N原子连接有3个原子,含有1个孤对电子,采用sp3杂化;④分子中的大π键可以用符号πmn表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数。
根据吡啶的结构,其中的大π键由5个原子6个电子形成的,表示为Π56;(3)①二氧化碳的晶体为面心立方,每个二氧化碳分子周围有12个紧邻的分子;②CO分子中碳和氧上各有1个孤对电子,CO2分子中两个氧上各有两个孤对电子,A项错误;CO为极性分子,二氧化碳为非极性分子,B项正确;CO中存在碳氧三键,CO2中存在碳氧双键,分子间成键方式改变,C项正确;反应物中的一氧化碳和氧气的相对分子质量小于生成物二氧化碳,分子的熔沸点变大,D项正确;故选BCD;③由于溶于水的二氧化碳分子只有约几百分之一与水结合成碳酸,与按二氧化碳全部转化为碳酸分子来估算酸的强度相比,自然就小了近百倍了,而溶于水的五氧化二磷几乎能够完全反应生成磷酸;(4)根据晶胞结构图,晶胞中含有的正四面体结构的数目=8×
+6×
+4=8,每个正四面体结构含有4个碳原子,晶胞的质量=4×8×12g/mol/NA,晶胞参数为apm,则晶胞的密度=
g/cm3。
6.(2018·青岛二模)电化学还原技术是一种处置CO2的绿色环保、有发展潜力的方法。
铜、铂、铟(In)等金属都是该反应的催化剂。
(1)In元素基态原子的价电子排布式为________。
与Cu元素同周期,且基态原子有2个未成对电子的过渡元素是________(填元素符号)。
(2)第一电子亲和能(E1)是元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量。
第二周期部分元素的E1变化趋势如图所示。
试分析碳元素的E1较大的原因________________________________________________________________________。
(3)[PtCl4(NH3)2]中N原子的杂化方式为________,所含化学键类型包括________(填字母)。
a.离子键 b.共价键 c.金属键 d.配位键 e.氢键
[PtCl4(NH3)2]中H—N—H键之间夹角________(填“>”“<”或“=”)NH3分子中H—N—H键之间夹角,原因是_________________________________________________________。
(4)C60晶体可采取非最密堆积,然后在空隙中插入金属离子获得超导体,如图为K3C60的面心立方晶胞。
则K+占据的是C60围成的正四面体空隙和________空隙,若C60分子的原子坐标参数分别为A(0,0,0),B(
,0,
),C(1,1,1)等,则距离A位置C60分子最近的K+的原子坐标参数为________。
判断晶体熔沸点高低:
C60________K3C60(填“>”“<”或“=”)。
答案
(1)5s25p1 Ti、Ni
(2)碳原子结合一个电子后的2p3轨道为半充满状态,稳定性较强
(3)sp3 bd > [PtCl4(NH3)2]形成过程中,NH3中的N原子的孤对电子与Pt4+形成了配位键,转化为成键电子对,对其他成键电子对的斥力降低,所以键角增大
(4)正八面体 (
,
,
) <
解析
(1)In位于元素周期表中第五周期第ⅢA族,基态In原子的价电子排布式为5s25p1。
Cu处于第四周期,与Cu同周期且基态原子有2个未成对电子的过渡元素是Ti、Ni;
(2)基态碳原子的价电子排布式为2s22p2,碳原子得到一个电子后的2p3轨道为半充满状态、稳定性较强,放出的能量较大,所以碳元素的E1较大;(3)[PtCl4(NH3)2]中每个N原子形成3个氮氢σ键,与Pt4+形成1个配位键,配位键也属于σ键,N原子上没有孤电子对,N原子的杂化方式为sp3杂化;[PtCl4(NH3)2]中N与H之间形成共价键,Pt4+与Cl-、NH3分子间形成配位键,[PtCl4(NH3)2]所含化学键类型:
共价键和配位键,答案选bd。
[PtCl4(NH3)2]、NH3分子中N原子都采用sp3杂化,[PtCl4(NH3)2]形成过程中,NH3中的N原子上的孤电子对与Pt4+形成了配位键,转化为成键电子对,对其他成键电子对的斥力降低,所以键角增大,[PtCl4(NH3)2]中H—N—H键之间夹角>NH3分子中H—N—H键之间夹角;(4)根据图示C60位于晶胞的8个顶点和6个面心,用“均摊法”,1个晶胞中含C60:
8×
+6×
=4,根据化学式K3C60,1个晶胞中含12个K+,其中8个K+占据C60围成的正四面体空隙,4个K+占据C60围成的正八面体空隙(八面体空隙的中心分别在体心和棱心上)。
距离A位置C60分子最近的K+位于图
中ABDE围成的正四面体空隙,若C60分子的原子坐标参数分别为A(0,0,0),B(
,0,
),C(1,1,1)等,则原子坐标参数D(
,
,0),E(0,
,
),距离A位置C60分子最近的K+的原子坐标参数为(
,
,
);C60属于分子晶体,K3C60属于离子晶体,分子间作用力小于离子键,晶体熔沸点高低:
C60 7.(2018·郑州三模)元素及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用,回答下列问题: (1)参照下图B、F元素的位置,依据第二周期元素第一电离能的变化规律,用小黑点标出C、N、O三种元素的相对位置。 (2)碳的一种单质的结构如图(a)所示,则碳原子的杂化轨道类型为________。 (3)二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示,可推断: 依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化学键的离子性________(填“增强”“不变”或“减弱”,下同),共价性________。 (4)NH3和F2在Cu催化下可发生反应4NH3+3F2 NF3+3NH4F,化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有________(填序号)。 写出基态铜原子的价电子排布式________。 a.离子晶体 b.分子晶体 c.原子晶体 d.金属晶体 (5)BF3与一定量水形成(H2O)2·BF3晶体Q,Q在一定条件下可转化为R: 晶体R中含有的化学键包括________。 (6)水杨酸第一级电离形成离子 ,相同温度下,水杨酸的Ka2________苯酚( )的Ka(填“>”“=”或“<”),其原因是 ________________________________________________________________________。 (7)碳的另一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图(c)所示,K位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为________;其晶胞参数为1.4nm,阿伏加德罗常数用NA表示,则晶体的密度为________g·cm-3。 (只需列出式子) 答案 (1) (2)sp2 (3)减弱 增强 (4)abd 3d104s1 (5)离子键、共价键、配位键 (6)< 中形成分子内氢键,使其更难电离出H+ (7)K3C60 解析 (1)根据同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,N的价电子排布式为2s22p3,处于半满较稳定,第一电离能: B ; (2)该单质为石墨,石墨属于混合型晶体,根据图a,每
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