1、专题限时训练(十五)物质结构与性质(时间：90分钟分数：100分)1(14分)(2014新课标全国卷)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成，回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区分晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有_个未成对电子。Fe3的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验Fe3，形成的配合物的颜色为_。(3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_ _。Cu
2、2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。答案：(1)X射线衍射(2)41s22s22p63s23p63d5血红色(3)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间氢键16(4)12解析：(1)区分晶体、准晶体和非晶体可运用X射线衍射的方法。(2)基态铁原子的3d能级上有4个未成对电子，Fe3的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，Fe(SCN)3呈血红色。(3)由乙醛的结构式()知，CH3
3、、CHO上的碳原子分别为sp3、sp2杂化。由于1个乙醛分子中含有4个CH键、1个CC键、1个CO键，共有6个键，故1 mol乙醛分子中含有6NA个键。乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子为4688(个)，再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。(4)面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为864(个)，一个晶胞的质量为27 g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1 nm107 cm。2(12分)(2015江苏卷)下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶：2Cr2O3
4、CH3CH2OH16H13H2O 4Cr(H2O)633CH3COOH(1)Cr3基态核外电子排布式为_；配合物Cr(H2O)63中，与Cr3形成配位键的原子是_(填元素符号)。(2)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为_；1 mol CH3COOH分子含有键的数目为_。(3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式)；H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为_。答案：(1)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3O(2)sp3和sp27 mol(或76.021023)(3)H2FH2O与CH3CH2OH 之间可以形成氢键解析：(1)Cr是24号
5、元素，Cr原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，Cr原子由外向里失去3个电子后变为Cr3，故Cr3基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d3。在配合物Cr(H2O)63中，中心原子提供空轨道，而配位原子需提供孤对电子，H2O分子中含有孤对电子的是O原子。(2)CH3COOH中，甲基中C原子与其他原子形成4个键，故C原子采取sp3杂化；而羧基中C原子形成3个键和1个键，故C原子采取的是sp2杂化。CH3COOH的结构式为，单键均为键，双键中有1个键和1个键，故1个CH3COOH分子中含有7个键，因此1 mol CH3COOH中含有76.021023个键
6、。(3)将O原子的质子数增加1价电子数不变，即可写出与H2O互为等电子体的阳离子H2F。H2O与CH3CH2OH可形成分子间氢键，是导致H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶的主要原因。3(16分)(2015福建卷)科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_。(2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是_(填序号)。a固态CO2属于分子晶体bCH4分子中含有极性共价键，是极性分子c因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2dCH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp(3)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反
7、应可获得化工原料CO和H2。基态Ni原子的电子排布式为_，该元素位于元素周期表中的第_族。Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有_mol 键。(4)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。 参数分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/kJmol1CH40.43616.40CO20.51229.91“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_。为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，
8、根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_ _。答案：(1)H、C、O(2)a、d(3)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s28(4)氢键、范德华力CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4解析：(1)非金属性越强，则电负性越大，故H、C、O的电负性依次增大。(2)CO2是由非金属元素形成的分子晶体，a选项正确；CH4分子是正四面体结构，其为非极性分子，b选项错误；CH4和CO2都是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高，故c选项错误；CH4为正四面体结构，故碳原子的杂化类型是sp3，CO2为直线形分子，故碳原子的杂化类
9、型是sp，d选项正确。(3)Ni的原子序数为28，故基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2；在元素周期表中，Ni位于第四周期、第族。1个CO分子中存在1个键，而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个键，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol 键。(4)可燃冰中存在分子间作用力即范德华力，另外水分子间还存在氢键。CO2分子与H2O的结合能更大，且CO2分子直径小于空腔直径。4(14分)(2015山东卷)氟在自然界中常以CaF2的形式存在。(1)下列有关CaF2的表述正确的是_。aCa2与F间仅存在静电吸引作用bF的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点高于CaC
10、l2c阴阳离子比为21的物质，均与CaF2晶体构型相同dCaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中，原因是_(用离子方程式表示)。已知AlF36在溶液中可稳定存在。(3)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为_，其中氧原子的杂化方式为_。(4)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)H313 kJmol1，FF键的键能为159 kJmol1，ClCl键的键能为242 kJmol1，则ClF3中ClF键的平均键能为_kJmol1。ClF3的
11、熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。答案：(1)b、d(2)3CaF2Al3=3Ca2AlF36(3)V形sp3(4)172低解析：(1)a项，Ca2与F间不仅存在静电吸引作用，同时原子核与原子核之间、电子与电子之间也存在静电排斥作用，错误。b项，因CaF2、CaCl2均为离子晶体，F的离子半径小于Cl，离子晶体的晶格能与离子所带电荷数成正比，与离子核间距成反比，故CaF2晶体的晶格能大于CaCl2。晶格能越大，离子晶体的熔点越高，故CaF2的熔点高于CaCl2，正确。c项，阴、阳离子个数比相同，晶体构型不一定相同。d项，CaF2是离子化合物，在熔融状态下能电离产生自由移动的离子，故C
12、aF2在熔融状态下能导电，正确。(2)由信息可知，CaF2(s)Ca2(aq)2F(aq)，Al3与F可形成配离子AlF，从而促进了CaF2溶解平衡的正向移动，故反应的离子方程式为3CaF2Al3=3Ca2AlF。(3)OF2分子中，中心原子的价层电子对数为(612)4，成键电子对数为2，因此分子构型为V形，O原子的杂化方式为sp3杂化。(4)设ClF键的平均键能为x。根据反应的焓变反应物的键能总和生成物的键能总和可知，Cl2(g)3F2(g)=2ClF3(g)的H242 kJmol1159 kJmol136x313 kJmol1，则x172 kJmol1。ClF3和BrF3为结构相似的分子晶
13、体，相对分子质量越大，其熔、沸点越高，因ClF3的相对分子质量小于BrF3，故ClF3的熔、沸点低于BrF3。5.(14分)(2014海南卷).对于钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)，下列叙述正确的是()ASiX4难水解 BSiX4是共价化合物CNaX易水解 DNaX的熔点一般高于SiX4.碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内CC键的键长为142
14、 pm，而金刚石中CC键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在CC间的_共价键，而石墨层内的CC间不仅存在_共价键，还有_键。(5)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。答案：.BD.(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大或pp)(5)8解析：.A项，硅的卤化物(SiX4)的水解比较强烈，如SiCl43H2O=H2SiO34HCl，SiF43H2O=H2SiO34HF，A错误；B项，硅的卤化物(SiX4)全部由非金属元素组成，属于共价化合物，B正确；C项，
15、钠的卤化物(NaX)属于强酸强碱盐，不发生水解，C错误；D项，钠的卤化物(NaX)是由离子键组成的，属于离子晶体，SiX4属于分子晶体，所以NaX的熔点一般高于SiX4，D正确。.(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互称为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体，石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以键结合，形成正六角形的平面层状结构。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合
16、晶体。(4)在金刚石中只存在CC之间的键；石墨层内的CC之间不仅存在键，还存在键。(5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个C原子，面心上有6个C原子，顶点有8个C原子，所以金刚石晶胞中C原子数目为4688；若C原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体对角线长度的就是CC键的键长，即a2r，所以ra，碳原子在晶胞中的空间占有率。6(14分)(2014福建卷)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。(1)基态硼原子的电子排布式为_。(2)关于这
17、两种晶体的说法中，正确的是_(填序号)。a立方相氮化硼含有键和键，所以硬度大b六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c两种晶体中的BN键均为共价键d两种晶体均为分子晶体(3)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_，其结构与石墨相似却不导电，原因是_。(4)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为_。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是_ _。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_mol配位键。答案：(1)1s22s22p
18、1(2)b、c(3)平面三角形层状结构中没有自由移动的电子(4)sp3高温、高压(5)2解析：(2)立方相氮化硼只含有键，a错误；六方相氮化硼质地软，是由于其层间作用力为范德华力，作用力小，b正确；B、N均为非金属元素，两者形成的化学键为共价键，c正确；六方相氮化硼属于混合晶体，立方相氮化硼属于原子晶体，d错误。(3)观察六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形。其结构虽与石墨相似，但由于B原子最外层电子均已成键，层中没有了能自由移动的电子，所以不导电。(4)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子形成4个共价单键，所以为sp3杂化；地下约300 km的环境应为高温、高压。(
19、5)NH中，存在一个由氮原子提供的孤电子对、H提供空轨道而形成的配位键；在BF中，存在一个由F提供的孤电子对、B3提供空轨道而形成的配位键，所以1 mol氟硼酸铵中含有2 mol配位键。7(16分)(2015湖南长沙模拟).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。试回答下列问题：(1)请写出元素D的基态原子电子排布式：_ _。(2)元素A、B形成的单质中，A对应的单质熔点更高。原因是_。(3)在苯、CH3OH、HCHO、CS2、CCl4五种有机溶剂中，碳原子采取sp2杂化的分子有_(填序号)；光谱证实单质C与强碱性溶液反应有C(OH)4生成，则C(OH)4中存在_(填序号
20、)。a共价键 b非极性键c配位键 d键e键(4)元素D可以形成分子式为D(NH3)5BrSO4，配位数均为6的两种配合物。通常微粒间形成配位键的条件：一方是能够提供孤电子对的原子或离子，另一方是具有_的原子或离子。若往其中一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时，无明显现象，若加入AgNO3溶液时，产生淡黄色沉淀，则该配合物的化学式为_ _。.钇钡铜氧的晶胞结构如图。研究发现，此高温超导体中的铜元素有两种价态：2价和3价。(5)根据图示晶胞结构，推算晶体中Y、Cu、Ba和O原子个数比，确定其化学式为_ _。(6)根据(5)所推出的化合物的组成，(该化合物中各元素的化合价为Y3、Ba2)，计算该物
21、质中2价和3价的Cu离子个数比为_。答案：.(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或Ar3d74s2)(2)Li和Na的价电子数相同，但Li原子半径小于Na原子半径，所以Li金属键更强，熔点更高(3)acd(4)能够接受孤电子对的空轨道Co(NH3)5SO4Br.(5)YCu3Ba2O7(6)21解析：本题考查物质结构与性质，考查考生的思维能力与理解能力等。难度中等。(1)由D在周期表的位置可知其基态原子的核外电子数为27，结合能量最低原理等规律可知其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2。(3)苯、HCHO分子中碳原子的价层电子对数为3，因此碳原子的杂化形式为
22、sp2，CH3OH、CCl4中碳原子采取sp3杂化，CS2中碳原子采取sp杂化。在Al(OH)中Al与O间形成极性共价键，其中包含一个配位键，O、H间存在极性共价键，同时该极性共价键属于键。(4)说明该配合物外界为Br，而SO为配体，因此该配合物的化学式为Co(NH3)5SO4Br。(5)利用“均摊法”可知Y、Ba位于体心，个数分别为1、2，晶胞顶点的8个Cu属于该晶胞的数目为1、晶胞棱上的8个Cu属于该晶胞的数目为2，故含有Cu数目共有3个，同理可知含有氧原子7个，故该晶胞化学式为YCu3Ba2O7。(6)利用正负化合价代数和为0可得出3个Cu的价态和为273227，故可推知晶胞中2价Cu与3价Cu的数目比为21。
