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高中化学原子结构与性质综合题
高中化学原子结构与性质综合题2019年4月4日
(考试总分:
160分考试时长:
120分钟)
一、综合题(本题共计20小题,共计160分)
1、(8分)铁及其化合物在生产生活及科研中应用广泛。
(1)聚合硫酸铁的化学式为[
]m,是常用的水处理剂。
基态铁原子的核外电子排布式为___________,聚合硫酸铁中铁元素阳离子有_________个未成对电子。
(2)Fe3+、Co3+与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_______,1mol[Fe(CN)6]3-离子中含有σ键的数目为__________。
②已知N3-与CS2为等电子体,则N3-的空间构型为_________。
(3)氟化亚铁晶胞属于四方晶系,其长方体结构如图所示,根据图中所示数据计算该晶体密度ρ=_________g·cm-3。
(列出计算式即可)(1pm=10-12m)
2、(8分)铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途,如金属铜用来制造电线电缆,五水硫酸铜可用作杀菌剂。
(1)Cu位于元素周期表第ⅠB族。
Cu2+的电子排布式为____________________。
(2)下图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图,可确定该晶胞中阴离子的个数为________。
(3)胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,其结构示意图如下:
下列说法正确的是________(填字母)。
A.在上述结构示意图中,所有氧原子都采用sp3杂化
B.在上述结构示意图中,存在配位键、共价键和离子键
C.胆矾是分子晶体,分子间存在氢键
D.胆矾中的水在不同温度下会分步失去
(4)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。
已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥型,但NF3不易与Cu2+形成配离子,其原因是_________________________。
(5)Cu2O的熔点比Cu2S的________(填“高”或“低”),请解释原因________________。
3、(8分)[化学——选修3:
物质结构与性质]我国具有悠久的历史,在西汉就有湿法炼铜(Fe+CuSO4=Cu+FeSO4),试回答下列问题。
(1)Cu2+的未成对电子数有______个,H、O、S 电负性由大到小的顺序为_______。
(2)在硫酸铜溶液中滴加过量氨水可形成[Cu(NH3)4]SO4蓝色溶液。
[Cu(NH3)4]SO4中化学键类型有___________,阴离子中心原子杂化类型为__________。
(3)铁铜合金晶体类型为_________;铁的第三(I3)和第四(I4)电离能分别为2957kJ·mol-1、5290kJ·mol-1,比较数据并分析原因__________________________________。
(4)金铜合金的一种晶体结构为立方晶型,如图所示。
已知该合金的密度为d g/cm3,阿伏加德罗常数值为NA,两个金原子间最小间隙为a pm(1pm= 10-10cm)。
则铜原子的半径为_____________cm(写出计算表达式)。
4、(8分)已知A、B、C、D、E、F、G都是周期表中前四周期的元素,它们的核电荷数依次递增。
其中A是形成化合物种类最多的元素;B原子核外有三个未成对电子;C是元素周期表中电负性最大的元素,化合物D2F为离子晶体,F原子核外的M层中只有两对成对电子;E单质的晶体类型在同周期的单质中没有相同的;G原子最外层电子数与D的相同,其余各层均充满电子。
请根据以上信息,回答下列问题(答题时,A、B、C、D、E、F、G用所对应的元素符号表示):
(1)C元素在元素周期表中的位置为____________________。
(2)D的氯化物的熔点比E的氯化物的熔点_____(填“高”或“低”),理由是_______。
(3)F的低价氧化物分子的立体构型是________,AO2的电子式为___________。
(4)A、B、D、E四种元素第一电离能最大的是_____。
(5)G2+能形成配离子[G(BH3)4]2+.写出该配离子的结构简式(标明配位键)_____。
(6)A能与氢、氧二种元素构成化合物AH2O,其中A原子的杂化方式为_____,1mol该分子中σ键的数目为_____,该物质能溶于水的主要原因是___________________。
(7)G晶体的堆积方式为__________________堆积,配位数为_________。
5、(8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。
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
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)d的最简单氢化物的分子空间立体构型为_________,中心原子的杂化形式为_________;k在空气中燃烧产物的分子空间立体构型为________,中心原子的杂化形式为______,该分子是_____(填“极性”或“非极性”)分子。
(3)第三周期8种元素按单质熔点高低的顺序如下图,其中序号“8”代表______(填元素符号);其中电负性最大的是_______(填下图中的序号)。
(4)由j原子跟c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。
两者相比熔点更高的是________(填化学式),试从结构角度加以解释:
______________________________
6、(8分)M是第四周期元素,最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子。
元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。
回答下列问题:
(1)在元素周期表中M位于_____区,基态M原子的价层电子排布图为_____,第四能层s轨道上电了数目和M元素相同的元素还有_____(填元素符号)。
(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为_______,其同周期元素中,第一电离能最大的是____(写元素符号)。
元素Y的含氧酸中,酸性最强的是_____(写化学式),该酸根离子的立体构型为_______。
(3)Z与元素Y同主族,在该族中原子序数最小,Z的气态氢化物的稳定性大于Y的气态氢化物的稳定性,原因是__________,Z的气态氢化物的沸点大于Y的气态氢化物的沸点,原因是_____。
7、(8分)A、B、C、D、E五种元素的原子序数依次增大,A原子无中子,B的单质在空气中含量最多,C、D元素同主族且原子序数D为C的二倍,E元素的价电子排布式为(n-l)dn+6ns1。
回答下列问题:
(1)元素B在周期表中的位置是___________________;E元素的元素符号为_______,
(2)D元素基态原子的价电子轨道排布图为_______。
(3)A元素与C元素形成两种常见的化合物,其原子个数比分别为2:
1和1:
1,两种化合物可以任意比互溶,主要原因是_____________________;其中一种化合物可在酸性条件下将KMnO4还原为Mn2+,相关反应的离子方程式为____________________。
8、(8分)溴化钠、氯化钠和氧化镁等离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示
(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能________(填“大”或“小”),主要原因是_____。
(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大,主要原因是_________________________________。
(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中,硬度最大的是________。
工业制取单质镁时,往往电解的是氯化镁而不是氧化镁,主要原因是_______________________________________。
9、(8分)金属铁及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。
(1)Fe3+的电子排布式为___________________。
已知,Fe3+的化学性质比Fe2+稳定,请从原子结构的角度进行解释_____________________________________________________。
(2)Fe能与CO形成配合物Fe(CO)5,1molFe(CO)5中含有________molσ键
(3)与CO互为等电子体的分子和离子分别为_______和_______(各举一种即可,填化学式)
(4)已知某铁晶体的晶胞结构如图所示。
①该晶胞中含有铁原子的数目为___________。
②若晶胞的边长为acm,则晶体铁的密度为_______________________g·cm-3(用代数式表示,阿伏加德罗常数为NA)。
10、(8分)在电解炼铝过程中加入冰晶石(用“A”代替),可起到降低Al2O3熔点的作用。
冰晶石的生产原理为2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3=2A+3CO2↑+9H2O。
根据题意完成下列填空:
(1)冰晶石的化学式为____________,含有____________等化学键。
(2)生成物中含有10个电子的分子是________(写分子式),该分子的空间构型_______,中心原子的杂化方式为___________________。
(3)反应物中电负性最大的元素为________(填元素符号),写出其原子最外层的电子排布图_______________。
(4)冰晶石由两种微粒构成,冰晶石的晶胞结构如图甲所示,“●”位于大立方体的顶点和面心,“○”位于大立方体的12条棱的中点、大立方体的体心和8个小立方体的体心,那么大立方体的面心处所代表的微粒是__________(填微粒符号)。
(5)Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示,其晶胞特征如图丙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示:
若已知Al的原子半径为rpm,NA代表阿伏加德罗常数,Al的相对原子质量为M,则一个晶胞中Al原子的数目为___________个;Al晶体的密度为________g/cm3(用字母表示)。
11、(8分)短周期元素a~g在表中的位置如右表,请回答下列问题:
(1)d、e元素常见离子的半径由大到小的顺序为(用化学式表示)__________;b、c两元素非金属性较强的是(写元素符号)_________,写出能证明这一结论的一个化学方程式_____________。
(2)下列有关说法正确的是(___)
A.e在d2中燃烧,生成e2d
B.加热熔化eda时不可用Al2O3坩埚,可用瓷坩埚
C.将gd2通入溴水中,溴水褪色,体现了gd2的漂白性
D.将打磨过的f置于酒精灯上点燃,观察到f熔化但未见液滴滴落
(3)上述元素可组成盐R:
ca4f(gd4)2和盐S:
ca4agd4。
①相同条件下,0.1mol·L-1盐R中c(ca4+)_______(填“=”、“>”或“<”)0.1mol·L-1盐S中c(ca4+)。
②R常用作净水剂,其原理为(用离子方程式表示)______________。
③向盛有10mL1mol·L-1盐S溶液的烧杯中滴加1mol·L-1NaOH溶液至中性,则反应后各离子浓度由大到小的排列顺序是_____________。
④向盛有10mL1mol·L-1盐R溶液的烧杯中滴加1mol·L-1NaOH溶液32mL后,继续滴加至35mL,写出此时段(32mL~35mL)间发生的离子方程式:
_____________。
12、(8分)短周期的5种非金属元素,其中A、B、C的外围电子排布可表示为:
A:
asa,B:
bsbbpb;C:
csccp2c,A与B在不同周期,且A的原子半径是周期表中最小的;D与B同主族,E在C的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题:
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子,下列分子①BC2 ②BA4 ③A2C2 ④BE4中属于极性分子的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下一周期同族元素的氢化物沸点还要高,其原因是_________。
(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见溶剂,其分子式为_______、_______,DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高以低的顺序为_____________________(填化学式)。
(5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸,如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等,以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为_________________________________(填化学式)。
13、(8分)有A、B、C、D、E、Q六种元素,它们的核电荷数依次增大,A是元素周期表中原子半径最小的一种元素,B、C、D、E均比A多一个电子层,且B、C、D、E是连继相邻的四种元素,其中E是元素周期表中非金属性最强的一种元素,Q的核电荷数是A、B、D、E的核电荷数的总和,按要求完成下列问题:
⑴这几种元素中电负性最大的是(________)(填元素符号,下同);
⑵B、C、D、E的第一电离能由小到大的顺序是(_________),原子半径由大到小的顺序是(________________);
⑶C的氢化物的电子式是(_________),C的氢化物结构式是(__________),C的最高价氧化物对应的水化物的化学式是(______________),C的最高价氧化物对应的水化物和C的最低价氢物形成的化合物的化学式是(_________________);
⑷Q的电子排布式是(______),Q的价电子排布式是(_____),Q的价电子排布图是(_______)。
⑸说出D、Q在周期表中的分区,D在(____)区,Q在(____)区,D原子核外有(______)个成单电子.
⑹元素B在周期表中位于第(______)周期,第(_______)族。
14、(8分)磷的单质和化合物在科研与生产中有许多重要用途。
请回答下列问题:
(1)白磷是磷的一种单质,其分子结构如图所示,则一个分子中有____对成键电子对和____对孤电子对。
(2)N和P都有+5价,PCl5能形成离子型晶体,晶格中含有[PCl4]+和[PCl6]-,则[PCl4]+空间构型为_______。
但NCl5不存在,其原因是________________________;
(3)电负性比较:
P_____S(填“>”“=”“<”);而P的第一电离能比S大的原因是______。
(4)复杂磷酸盐有直链多磷酸盐(如图b)和环状偏磷酸盐(如图c)。
其酸根阴离子都是由磷氧四面体(图a)通过共用氧原子连接而成。
直链多磷酸盐的酸根离子(图b)中,磷原子和氧原子的原子个数比为n:
_______;含3个磷原子的环状偏磷酸盐的酸根离子(图c)的化学式为________。
(5)磷化镓(GaP)材料是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料。
GaP的晶体结构是闪锌矿型结构(如图所示),晶胞参数apm。
①与Ga紧邻的P个数为________。
②GaP晶体的密度为(列出计算式)______g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数)。
15、(8分)
(一)铁和钴是两种重要的过渡元素。
(1) 钴位于元素周期表中第___族,其基态原子中未成对电子的个数为_________。
(2)[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3的名称是三硝酸六尿素合铁(Ⅲ),是一种重要的配合物。
该化合物中Fe3+的核外电子排布式为_________,尿素分子中C、N 原子的杂化方式分别是_____ 、___,其分子中σ键与π键的数目之比为___,所含非金属元素的电负性由大到小的顺序是_______。
(二) 已知元素镓和砷的单质及其化合物在工业生产上有重要的用途。
回答下列问题:
(1)砷元素基态原子的电子排布式为_____________。
(2)砷与氢元素。
可形成化合物砷化氢,该化合物的空间构型为_____,其中 砷原子的杂化方式为__________。
(3)根据等电子原理,写出由短周期元素组成且与砷化氢互为等电子体的一种离子的化学式__________。
16、(8分)
(1)以下对核外电子运动状态的描述正确的是_____(填标号)
A.能层序数越大,s电子云的半径越大
B.在同一能级上运动的电子,其运动状态肯定相同
C.电子的运动与行星相似,围绕原子核在固定的轨道上高速旋转
D.能量低的电子只能在s轨道上运动,能量高的电子总是在f轨道上运动
(2)下面是一些原子的2p能级和3d 能级中电子排布的情况,其中正确的是____(填标号)
A.
B.
C.
D.
(3)下列说法正确的是_____(填标号)
A.所有物质中都存在化学键
B.σ键和π键都只能存在于共价分子中
C.全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键
D.乙烷分子中只存在σ键,即6个C—H键和1个C—C键都为σ键,不存在π键
17、(8分)氨是重要的无机化工产品之一,在国民经济中占有重要地位。
我国采用铁触媒(以铁为主的混合物) 做催化剂合成氨。
回答下列问题:
(1)Fe基态原子核外电子排布式为____。
氮化铁是一种重要的无机化合物,不溶于水,暴露在潮湿环境中可释放出氨气,元素Fe和N中,第一电离能较大的是_____,基态原子核外未成对电子数较多的是_______。
(2)N的氧化物有N2O等,N2O与CO2互为等电子体,N2O的空间构型为__________。
(3)N有多种氢化物,其中肼(N2H4)常用作火箭推进剂的燃料,N2H4中N 原子的杂化形式为____。
(4)N、P、As为同族元素,NH3、PH3、AsH3三种物质的沸点由高到低的顺序为_____。
原因是____。
(5)K3[Fe(CN)6]常用于检验Fe2+,K3[Fe(CN)6]中存在的化学键类型有_______。
(6)FeO晶体的晶胞与NaCl的相似,NaCl的晶胞如图所示。
由于晶体缺陷,某氧化亚铁晶体的实际组成为Fe0.9O,其中包含有Fe2+和Fe3+,晶胞边长为428pm,则该晶体的密度为____g/cm3(列出计算式即可,用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
。
18、(8分)氧是地壳中含量最多的元素。
(1)氧元素基态原子核外未成对电子数为________个。
(2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为________。
的沸点比
高,原因是__________________________。
(3)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用________杂化。
H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为_____________________________________。
19、(8分)已知X、Y、Z、Q、R、E六种元素中,原子序数X<Y<Z<Q<R<E,其结构或性质信息如下表。
元素
结构或性质信息
X
原子的L层上s电子数等于p电子数。
Y
原子核外的L层有3个未成对电子。
Z
在元素周期表的各元素中电负性仅小于氟。
Q
单质常温、常压下是气体,原子的M层上有1个未成对的p电子。
R
核电荷数是Y与Q的核电荷数之和
E
原子序数比R大3
请根据信息回答有关问题:
(1)元素Y的原子核外共有_____种不同运动状态的电子,有______种不同能级的电子。
(2)X、Y、Z三种元素的电负性由高到低的排列次序依次为(写元素符号)_______。
(3)R的最高化合价为_____________。
R的一种配合物的化学式为RCl3·6H2O。
已知0.01molRCl3·6H2O在水溶液中用过量硝酸银溶液处理,产生0.02molAgCl沉淀。
此配合物最可能是___________。
A.[R(H2O)6]Cl3B.[R(H2O)5Cl]Cl2·H2O
C.[R(H2O)4Cl2]Cl·2H2OD.[R(H2O)3Cl3]·3H2O
(4)元素E能形成八面体构型的配合物离子[E(YH3)xQ2]+,则中心离子为(写化学式)_______,配位体为(写化学式)_______________________,x的值为______。
20、(8分)第四周期的元素镓(Ga)、锗(Ge).、砷(As)、硒(Se)都在高科技尖端科学特别是信息领域有着广泛的用途。
试回答下列问题:
(1)基态锗原子的价电子排布式为______________________。
(2)沸点:
NH3_______AsH3(填“>”、“<”或“=”),原因是_____________________。
(3)某砷的氧化物俗称“砒霜”,其分子结构如图甲所示,该化合物的分子式为___________________,As原子采取_____________杂化。
(4)H2SeO4和H2SeO3是硒的两种含氧酸,请根据结构与性质的关系,解释H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因________________________________________。
(5)砷化镓可由(CH3)2Ga和AsH3在700℃下反应制得,反应的方程式为__________________________;砷化镓的晶胞结构如图乙所示,其晶胞边长为apm,则每立方厘米该晶体中所含砷元素的质量为_____g(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
一、综合题(本题共计20小题,共计160分)
1、(8分)【答案】
1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s25sp12NA直线型
【解析】
(1)铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2;根据聚合硫酸铁的化学式知,聚合硫酸铁中铁元素的化合价为+3价,聚合硫酸铁中铁元素阳离子有5个未成对电子;
(2)①CN-中C原子价层电子对个数=1+
(4+1-1×3)=2,所以采取sp杂化;中含有6
个σ键,1mol[Fe(CN)6]3-离子中含有σ键的数目为12NA;②N3-与CO2是等电子体,具有相同的价电子数,它们具有相似的化学结构,二氧化碳是直线型分子,所以N3-的空间构型是直线型;(4)由题图知,该晶胞中黑球个数为8×
+1=2,白球个数为4×
+2=4,则黑球代表Fe原子,白球代表F原子,故该晶体的密度ρ=
=
g·cm-3。
2、(8分)【答案】
1s22s22p63s23p63d94BD因为NF3的分子比NH3要大,导致空间位阻过大不易形成配合物高Cu2O和Cu2S都属离子晶体,因半径r(O2-) 【解析】 (1)Cu(电子排布式为: [Ar]3d104s1)Cu2+的过程中,参与反应的电子是最外层的4s及3d上各一个电子,故Cu2+离子的电子排布式是为: [Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9,故答案为: [Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9; (2)从图中可以看出阴离子在晶胞有四类: 顶点(8个)、棱上(4个)、面上(2个)、体心(1个),根据立方体的分摊法,可知该晶胞中阴离子数目为: 8× +4× +2× +1=4;(3)A.硫酸根离
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