1、模块综合检测(选修3物质结构与性质)(时间：60分钟满分：105分)1(15分)A族的氮、磷、砷(As)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含A族元素的化合物在医药生产中有许多重要用途。请回答下列问题：(1)基态氮原子的价电子排布图是 ；基态砷原子的电子排布式为 。(2)砷与同周期第A族的溴的第一电离能相比，较大的是 。(3)AsH3是无色稍有大蒜味的气体。AsH3的沸点高于PH3，其主要原因是 。(4)Na3AsO4可作杀虫剂。AsO的立体构型为 ，与其互为等电子体的一种分子为 。(5)某砷的氧化物俗称“砒霜”，其分子结构如图所示。该化合物的分子式为 ，砷原子采取 杂化。(6)GaAs是人工
2、合成的新型半导体材料，其晶体结构与金刚石相似。GaAs晶体中，每个As与 个Ga相连。答案：(1) 1s22s22p63s23p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3)(2)溴(3)AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量，故AsH3分子间作用力大于PH3分子间作用力(4)正四面体形CCl4(或其他合理答案)(5)As4O6sp3(6)42(15分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。 (1)Fe3基态核外电子排布式为 。 (2)丙酮分子中碳原子轨道的杂化类型是 ，1 mol 丙酮分子中含有键的数目为 。(
3、3)C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为 。 (4)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为 。 (5)某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(xn)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2 所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。解析：(1)Fe为26号元素，Fe3基态核外电子排布式为Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5。(2)甲基上的碳原子为sp3杂化，羰基上的碳原子为sp2杂化。单键全为键，1个双键中含有1个键和1个键，故1 mol丙酮中含有9 mol 键。(3)非金属性：HCO，则电负性
4、：HCO。(4)乙醇中的羟基之间可以形成分子间氢键，故沸点高于丙酮。(5)能量越低越稳定，从图2知，Cu替代a位置Fe型会更稳定，其晶胞中Cu位于8个顶点，N(Cu)81，Fe位于面心，N(Fe)63，N位于体心，N(N)1，其化学式为Fe3CuN。答案：(1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39NA(3)HCO(4)乙醇分子间存在氢键(5)Fe3CuN3(15分)(2017高考全国卷)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：(1)元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为 nm(填标号)。A404.4B553.5C58
5、9.2D670.8E766.5(2)基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是 ，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是 。(3)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I离子。I离子的几何构型为 ，中心原子的杂化形式为 。(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a0.446 nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为 nm，与K紧邻的O个数为 。(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于 位置，O处
6、于 位置。解析：(1)当对金属钾或其化合物进行灼烧时，焰色反应显紫红色，可见光的波长范围为400760 nm，紫色光波长较短(钾原子中的电子吸收较多能量发生跃迁，但处于较高能量轨道的电子不稳定，跃迁到较低能量轨道时放出的能量较多，故放出的光的波长较短)。(2)基态钾原子核外有4个能层：K、L、M、N，能量依次增高，处于N层的1个电子位于s轨道，s电子云轮廓图形状为球形。金属原子半径越小、价电子数越多，金属键越强，其熔沸点越高。(3)I中I原子为中心原子，则其孤电子对数为(712)2，且其形成了2个键，中心原子采取sp3杂化，I为V形结构。(4)二者间的最短距离为晶胞面对角线长的一半，即0.44
7、6 nm0.315 nm。与钾紧邻的氧原子有12个。(5)想象4个晶胞紧密堆积，则I处于顶角，O处于棱心，K处于体心。答案：(1)A(2)N球形K原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)体心棱心 4.(15分)(1)Na与Ne互为等电子体，电离能I2(Na) I1(Ne)(填“”)。(2)第四周期中，与Al原子未成对电子数相同的金属元素有 种。气态氯化铝的分子组成为(AlCl3)2，分子中所含的化学键类型有 ，Al原子的杂化方式为 。(3)可燃冰是天然气水合物，具有笼形结构如图A(表面的小球是水分子，内部的大球是甲烷分子)。水分子成笼的作用力是 ，图A中
8、最小的环中连接的原子总数是 。可燃冰晶体具有多种笼状结构，其中一种由1个图A所示笼分别用2个面与另外两个相同的笼共面而成，则中间笼实际占有 个水分子。(4)金属镁晶体中原子的堆积方式为六方最密堆积(如图B所示)，晶胞可用图C表示。设金属镁的原子半径为a cm，晶胞的高为b cm，则该晶体的空间利用率为 (写出计算式)；设晶胞中A点原子的坐标为(0，0，0)，C点原子的坐标为(2a，0，0)，D点原子的坐标为(0，0，b)，则B点原子的坐标为 。解析：(1)由于钠离子的正电性较强，对核外电子的吸引力比氖更强，想失去电子需要更多的能量，因此钠的第二电离能比氖的高，即电离能I2(Na)I1(Ne)；
9、(2)第四周期中，与Al原子未成对电子数相同的金属元素有4种。气态氯化铝的分子组成为(AlCl3)2，分子中所含的化学键类型有共价键、配位键，Al原子的杂化方式为sp3杂化；(3)水分子成笼的作用力是氢键，图A中最小的环中连接的原子总数是10；可燃冰晶体具有多种笼状结构，其中一种由1个图A所示笼分别用2个面与另外两个相同的笼共面而成，则中间笼有10个水分子不分摊，两个面与另外笼共面，面为正五边形，有5个水分子，则实际占有105215个水分子；(4)六方最密堆积的晶胞不再是立方结构。晶胞上、下两个底面为紧密堆积的四个原子中心连成的菱形，边长为2a，夹角分别为60、120，底面积s(2a)2sin
10、 602a2 cm2，晶胞的体积为2a2b cm3，晶胞中镁原子的总体积为2a3a3，空间利用率100%100%。答案：(1)(2)4共价键、配位键sp3(3)氢键1015(4)100%(a，)5(15分)A、B、C、D、E、F、G是前四周期元素，原子序数依次增大，根据表中提供的有关信息，回答问题：元素相关信息A所有单质中密度最小B形成化合物种类最多的元素D基态原子中只有3个能级，有2个未成对电子E短周期中原子半径最大F第三周期中电负性最大的元素G最外层只有一个电子，内层填满电子(1)E元素在周期表中的位置是 ，F元素原子最外层电子排布式为 ，BD2的立体构型为 。(2)由D、E、F三种元素形
11、成的一种常见物质的水溶液显碱性，用离子方程式表示其显碱性的原因： 。(3)氢化物稳定性：B D；最高价氧化物对应的水化物酸性：C F。(填“”或“”)(4)每个B2A4分子中含有 个键， 个键。(5)G和A可形成化学式为GA的一种晶体，晶胞结构如图所示。若该晶胞的边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，GA的密度为 gcm3(用含a和NA的式子表示)。解析：据表格信息可知：A为氢元素，B为碳元素，D为氧元素，E为钠元素，F为氯元素，G为铜元素，又A、B、C、D、E、F、G原子序数依次增大，则C为氮元素。(5)CuH晶体中，1个晶胞占用Cu：864，占用H：4，故1个晶胞质量为 g，晶胞密度为
12、 gcm3。答案：(1)第三周期第A族3s23p5直线形(2)ClOH2OHClOOH(3)(4)51(5)6(15分)钛铁合金具有吸氢特性，在制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面有广阔的应用前景。(1)基态Fe原子有 个未成对电子，在基态Ti2中，电子占据的最高能层具有的原子轨道数为 。(2)液氨是富氢物质，是氢能的理想载体。下列说法正确的是 。ANH与PH、CH4、BH、ClO互为等电子体B相同条件下，NH3的沸点比PH3的沸点高，且NH3的稳定性强C已知NH3与NF3都为三角锥形分子，则N原子都为sp3杂化方式且氮元素的化合价都相同(3)氮化钛熔点高，硬度大，具有典型的NaCl型晶体结构，
13、其晶胞结构如图所示。设氮化钛晶体中Ti原子与跟它最邻近的N原子之间的距离为r，则与该Ti原子最邻近的Ti的数目为 ，Ti原子与跟它次邻近的N原子之间的距离为 ，数目为 。已知在氮化钛晶体中Ti原子的半径为a pm，N原子的半径为b pm，它们在晶体中是紧密接触的，则在氮化钛晶体中原子的空间利用率为 。碳氮化钛化合物在汽车制造和航天航空领域有广泛的应用，其结构是用碳原子代替氮化钛晶胞顶点的氮原子，则这种碳氮化钛化合物的化学式为 。解析：(1)Fe基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，在3d轨道有4个未成对电子；基态Ti2的电子排布式为1s22s22p63s23p63d2
14、，最高能层为M层，M能层含有1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道，共有9个原子轨道。(2)A.等电子体为原子数相等和价电子数相等的分子或离子，NH与PH、CH4、BH均含有5个原子，且价电子数均为8，为等电子体，而ClO价电子数为32，不属于等电子体，故A错误；B.分子间存在氢键时物质的熔、沸点高，氨气中含有氢键，PH3中不含氢键，所以NH3的沸点比PH3的高，元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性N比P强，所以氨气比磷化氢稳定，故B正确；C.NH3与NF3分子中N原子含有3个共用电子对和一对孤电子对，所以其价层电子对数是4，都采用sp3杂化，NH3中N元素为3价，NF3中N元素为3
15、 价，化合价不同，故C错误。(3)根据氮化钛晶体可知，在三维坐标中，与Ti原子最邻近的Ti：每一个形成的面上有4个Ti原子，则一共有12个Ti原子；若Ti原子位于顶点，被8个晶胞共有，即Ti元素与跟它次邻近的N原子个数为8；Ti原子与跟它次邻近的N原子之间的距离为晶胞体对角线的一半，距离为r；氮化钛晶胞为面心立方最密堆积，晶胞中共含有4个Ti和4个N，体积为(a3b3)4，晶胞的边长为2a2b，晶胞体积为(2a2b)3，氮化钛晶体中原子的空间利用率为100%100%；利用均摊法可知，晶胞中含有碳原子数为81，含有氮原子数为63，含有钛原子数为1214，所以碳、氮、钛原子数之比为134，则化合物
16、的化学式为Ti4CN3。答案：(1)49(2)B(3)12r8100%Ti4CN37(15分)(2017高考全国卷)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题：(1)氮原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为 。(2)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称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如图(a)所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是 ；氮元素的E1呈现异常的原因是 。 (3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图(b)所示。从结构角度分析，R
17、中两种阳离子的相同之处为 ，不同之处为 。(填标号)A中心原子的杂化轨道类型B中心原子的价层电子对数C立体结构D共价键类型R中阴离子N中的键总数为 个。分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大键可表示为)，则N中的大键应表示为 。图(b)中虚线代表氢键，其表示式为(NH)NHCl、 、 。(4)R的晶体密度为d gcm3，其立方晶胞参数为a nm，晶胞中含有y个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为 。解析：(1)根据构造原理可知氮原子价电子排布式为2s22p3，根据洪特规则和泡利原理可写
18、出其价电子的轨道表达式。(2)从图(a)可以看出：除N外，同周期元素随核电荷数依次增大，E1逐渐增大，这是因为随原子半径逐渐减小，结合一个电子需要释放出更多的能量；N原子的2p轨道处于半充满状态，不易再结合一个电子，故E1呈现异常。(3)结合图(b)可知：晶体R中两种阳离子为NH和H3O，两种阳离子的中心原子均采取sp3杂化；NH中成键电子对数为4，H3O中含1个孤电子对和3个成键电子对，即中心原子的价层电子对数均为4；两种阳离子中均存在极性键，不存在非极性键。NH和H3O分别为正四面体结构和三角锥形结构，即立体结构不同。从图(b)可以看出：阴离子N呈五元环状结构，其含有的键总数为5个；N中参与形成大键的电子数为6，故可将其中的大键表示为。(4)该晶胞的体积为(a107 cm)3，根据M(a107)3d，可求出y(或1021)。答案：(1)(2)同周期元素随核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态，具有额外稳定性，故不易结合一个电子(3)ABDC5(H3O)OHN(N)(NH)NHN(N)(4)(或1021)
