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2020-2021学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 专题提升训练新人教版选择性必修第二册

2020-2021学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 专题提升训练新人教版选择性必修第二册

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- 8 -

专题提升训练(三)
《物质结构与性质》解题策略
1.(2020·荆州高二检测)核电荷数依次增大的A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素,其中A、B、C是同一周期的非金属元素。化合物DC的晶体为离子晶体,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构,AC2为非极性分子,B、C的氢化物的沸点比它们同族相邻周期元素氢化物的沸点高,E原子的一种核素的质量数为49,中子数为27。F元素是第四周期元素中未成对电子数最多的元素,FCl3能与B、C的氢化物形成六配位的配合物,且两种配体的物质的量之比为2∶1,1 mol配合物与足量的AgNO3溶液反应能立即生成3 mol AgCl。请根据以上情况,回答下列问题:(答题时需用元素符号表示)
(1)B氢化物与HCl反应生成的含有B元素粒子的空间构型是______________;F元素原子的最外层电子数为________个。 
(2)分别与AC2及由B、C组成的气态化合物互为等电子体,则B、C组成的化合物化学式为____________________________;还可以和某一价阴离子互为等电子体,该阴离子电子式为________________,这种阴离子常用于检验日常生活中的一种金属阳离子,则金属阳离子符号为________。 
(3)B元素与同周期相邻元素的第一电离能由小到大的顺序为_______________
_________________。 
(4)B的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液与D的单质反应时,B被还原到最低价,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是________________。 
(5)F3+的核外电子排布式是_____________,FCl3形成的六配位的配合物化学式为______________________。 

(6)E的一种氧化物晶胞结构(长方体)如图所示,该氧化物的化学式为________
______;若该晶胞的三个晶胞参数分别为:a pm、b pm、c pm,则该氧化物的密度为________g·cm-3。(写出表达式即可) 
【解析】A为C元素、B为N元素、C为O元素、D为Mg元素、E为Ti元素、F为Cr元素;
(1)N元素氢化物与HCl反应生成的含有N元素粒子为N,分子中N原子价层电子对数=4+=4,N原子为sp3杂化,不含孤电子对,故其空间构型是正四面体;F为Cr,原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d54s1,元素原子的最外层电子数为1个;
(2)分别与CO2及由N、O组成的气态化合物互为等电子体,则N、O组成的化合物化学式为N2O;还可以和一价阴离子互为等电子体,根据价电子总数相等,用S、C原子代替2个N原子可知该阴离子为SCN-,结构与CO2类似,阴离子电子式为
,这种阴离子常用于检验日常生活中的一种金属阳离子,金属阳离子符号为Fe3+;
(3)同周期自左而右第一电离能呈增大趋势,氮元素原子2p能级有3个电子,处于半满稳定状态,氮元素第一电离能高于同周期相邻元素的,所以第一电离能由小到大的顺序为C<O<N;
(4)B的最高价氧化物对应的水化物为HNO3,D的单质为Mg,HNO3稀溶液与Mg反应时,N元素被还原到最低价,则生成NH4NO3,Mg被氧化为Mg(NO3)2,令NH4NO3、Mg(NO3)2的化学计量数分别为x、y,则根据电子转移守恒有[5-(-3)]×x=2y,所以x∶y=1∶4,该反应的化学方程式是4Mg+10HNO34Mg(NO3)2+NH4NO3+3H2O,所以该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比是1∶4;
(5)Cr原子核外电子排布为:1s22s22p63s23p63d54s1,Cr原子失去4s能级1个电子、3d能级2个电子形成Cr3+,Cr3+的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d3,由上述分析可知,CrCl3形成的六配位的配合物化学式为[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3;
(6)由可知,
晶胞中Ti原子位于体心与顶点上,O原子位于上下两个面上及体内(有2个),故晶胞中Ti原子数目=1+8×=2、O原子数目=2+4×=4,故该化合物化学式为TiO2,晶胞质量=2× g,若晶胞中参数分别为a pm、b pm、c pm,则晶胞的体积=a×10-10 cm×b×10-10 cm×c×10-10 cm=abc×10-30 cm3,该晶体的密度== g·cm-3。
答案:(1)正四面体形　1
(2)N2O　
Fe3+　(3)C<O<N　(4)1∶4
(5)1s22s22p63s23p63d3(或[Ar]3d3)
[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3　(6)TiO2　
2.(2020·衢州高二检测)(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)______I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。 
(2)基态Fe2+的电子排布式为________。 
(3)在N、Mg、Al、Si四种元素中,有一种元素的电离能数据如下:
电离能
I1
I2
I3
I4
…
I0/kJ·mol-1
578
1 817
2 745
11 575
…
则该元素的元素符号是________。 
(4)N的空间构型________(用文字描述),S中硫原子的杂化方式为____________。 
(5)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是________、中心原子的杂化方式为________。根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是__________。 
(6)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为______________(填化学式)。 
(7)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)=__________。 

(8)Cu、N两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示,则该化合物的化学式是________(用元素符号表示);若晶胞的棱长a nm,阿伏加德罗常数为NA,则该晶体的密度为________g·cm-3(用含a、NA的式子表示)。 
【解析】(1)Zn的第一电离能应该高于Cu的第一电离能,原因是Zn的核外电子排布已经达到了每个能级都是全满的稳定结构,所以失电子比较困难。同时也可以考虑到Zn最外层上是一对电子,而Cu的最外层是一个电子,Zn电离最外层一个电子还要拆开电子对,额外吸收能量;(2)铁是26号元素,铁原子核外有26个电子,铁原子失去2个电子变成亚铁离子,Fe2+在基态时,核外电子排布式为:1s22s22p63s23p63d6;(3)从表中原子的第一至第四电离能可以看出,元素的第一、第二、第三电离能都较小,可失去3个电子,最高化合价为+3价,即最外层应有3个电子,应为Al元素;(4)根据N的中心原子的价层电子对数为=3, 所以氮原子杂化方式为sp2杂化,离子中没有孤电子对,所以其空间构型为平面三角形,S中硫原子的价层电子对数为=4,所以硫原子的杂化方式为sp3杂化;(5)LiAlH4中的阴离子是Al,中心原子铝原子含有的价层电子对数是4,且不存在孤电子对,所以空间构型是正四面体,中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化;根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数分别是2+=4、2+=3、3+=3,因此不同于其他分子的是H2S;
(6)用替代法,与O3互为等电子体的一种阴离子为N;(7)N2的结构式为N≡N,每个三键中含1个σ键和2个π键,N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)
=1∶2;(8)该晶胞中N原子个数=8×=1,Cu原子个数=12×=3,所以其化学式为Cu3N;若晶胞的棱长为a nm,其体积为a3 nm3,阿伏加德罗常数为NA,则该晶体的密度为= g·cm-3。
答案:(1)大于　(2)1s22s22p63s23p63d6　(3)Al
(4)平面三角形　sp3杂化
(5)正四面体　sp3　H2S　(6)N　 (7)1∶2
(8)Cu3N　
3.(2020·合肥高二检测)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛应用于新型材料的制备。
(1)基态硼原子最外层的电子排布图是________。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为________。 
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的________。 
(3)B的简单氢化物BH3不能游离存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。

①B2H6分子结构如图,则B原子的杂化方式为__________。 
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是______________,写出一种与氨硼烷互为等电子体的分子______________(填化学式)。 
(4)以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂。B的立体构型为__________________。 
(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如图所示。

磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是________。 
【解析】(1)基态硼原子最外层的电子排布图是。
与硼处于同周期且相邻的两种元素为Be和C,由于Be的2s轨道全充满,所以第一电离能大于B的第一电离能,但比C的第一电离能小,所以第一电离能由大到小的顺序为C>Be>B。
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的自范性。
(3)①B2H6分子结构中,B原子的杂化方式为sp3杂化。
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是N。B、N的价电子数之和刚好是C价电子数的2倍,所以与氨硼烷互为等电子体的分子C2H6。
(4)B的立体构型为正四面体。
(5)磷化硼晶体中4个B原子分布在以正方体中心为中心的正四面体位置,其沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是正方形。
答案:(1)
C>Be>B　(2)自范性　(3)①sp3杂化　②N　C2H6
(4)正四面体　(5)正方形
4.(2020·全国Ⅲ卷)氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题：
(1)H、B、N中，原子半径最大的是_______。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素_______的相似。
(2)NH3BH3分子中，N—B化学键称为_______键，其电子对由_______提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH3+6H2O====3+ +9H2，的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由_______变为_______。
(3)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性（Hδ+），与B原子相连的H呈负电性（Hδ-），电负性大小顺序是_______。与NH3BH3原子总数相等的等电子体是_______（写分子式），其熔点比NH3BH3_______（填“高”或“低”），原因是在NH3BH3分子之间，存在_______，也称“双氢键”。
(4)研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，α=β=γ=90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。

氨硼烷晶体的密度ρ=_______g·cm-3（列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值）。
【解析】（1）H、B、N中，H的电子层数最少，原子半径最小(H是所有元素中原子半径最小的元素)；而B、N同周期，电子层数相同，但是N的核电荷数大，所以原子半径小，所以三种元素中原子半径最大的是B。由于周期表中B的对角线元素为Si，所以根据对角线规则，B的一些化学性质与元素Si的相似。
(2)NH3BH3分子是由NH3与BH3结合而成的，其中NH3分子中N原子具有孤电子对，而BH3分子中B原子具有空轨道，所以二者通过N与B原子之间形成配位键而结合生成NH3BH3。NH3BH3中B原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，而中B的价层电子对数为3，发生sp2杂化。
(3)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性（Hδ+），故电负性N>H，而与B原子相连的H呈负电性（Hδ-），故电负性H>B，所以电负性大小顺序是N>H>B；与NH3BH3原子总数相等的等电子体是CH3—CH3，由于NH3BH3分子中，存在Hδ+与Hδ-，二者之间存在静电作用力，而CH3—CH3只存在Hδ+，不存在Hδ-，所以熔点NH3BH3>CH3—CH3。
（4）由图可知晶胞体积为2a×2b×2c=8abc（pm3）=8abc×10-30（cm3）；而每个晶胞中氨硼烷质量为g，所以晶体的密度ρ= g·cm-3。
答案：（1）B 硅（或Si） （2）配位 N sp3 sp2
（3）N>H>B CH3—CH3 低 Hδ+与Hδ-的静电引力
（4）