题型五 物质结构与性质(选修选考)
1.(2018·全国Ⅰ卷,35)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:
(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为 、 (填标号)。
(2)Li与H具有相同的电子构型,r(Li)小于r(H),原因是 。
+
-+
-
(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是 、中心原子的杂化形式为 。LiAlH4中,存在 (填标号)。
A.离子键 B.σ键 C.π键 D.氢键
(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的BornHaber循环计算得到。
可知,Li原子的第一电离能为 kJ·mol,键键能为
-1-1
kJ·mol,Li2O晶格能为 kJ·mol。
(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数
-3
的值为NA,则Li2O的密度为 g·cm(列出计算式)。
解析:(1)D选项表示基态,为能量最低状态,A、B、C选项均表示激发态,根据能级能量E(1s) +-(2)Li与H具有相同的电子构型,Li的核电荷数大于H的核电荷数,因此Li的原子核对电子 +-的吸引能力强,即Li半径小于H半径。 -1 (3)LiAlH4的阴离子为Al,Al中Al的杂化轨道数为=4,Al采取sp杂化,为正 3 四面体构型。LiAlH4 是离子化合物,存在离子键,H和Al间形成的是共价单键,为σ键。 + (4)由题给信息可知,2 mol Li(g)变为2 mol Li(g)吸收1 040 kJ 热量,因此Li原子的第 -1 一电离能为520 kJ·mol;0.5 mol 氧气生成1 mol氧原子吸收249 kJ热量,因此键 -1-1 的键能为498 kJ·mol;Li2O的晶格能为 2 908 kJ·mol。 (5)由题给图示可知,Li位于晶胞内部,O位于顶点和面心,因此一个晶胞有8个Li,O原子个 数=6×1/2+8×1/8=4。因此一个Li2O晶胞的质量= g,一个晶胞的体积为 (0.466 5×10) cm,即该晶体密度= -733 g·cm。 -3 答案:(1)D C (2)Li核电荷数较大 (3)正四面体 sp AB (4)520 498 2 908 3 + (5) 2.(2018·全国Ⅲ卷,35)锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题: (1)Zn原子核外电子排布式为 。 (2)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”)。原因是 。 (3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是 ;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是 。 (4)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子空间构型为 ,C原子的杂化形式为 。 (5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为 。六棱柱底 -3 边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为 g·cm(列出计算式)。 解析:(1)锌的核外有30个电子,因此其核外电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s,也可写作 102 [Ar]3d4s。 (2)锌的价层电子排布式为3d4s,为全满稳定结构,较难失去电子,铜的价层电子排布式为3d4s,较易失去一个电子,因此锌的第一电离能大于铜的第一电离能。 (3)由ZnF2的熔点为872 ℃可知,ZnF2应为离子晶体,因此化学键类型为离子键。ZnF2为离子化合物,极性较大,不溶于有机溶剂;ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小,能够溶于有机溶剂。 10 1 10 2 2 2 6 2 6 10 2 (4)C原子价层电子对数n==3,因此C原子为sp杂化,C 2 的空间构型为平面 三角形。 (5)金属Zn晶体为六方最密堆积方式(A3型)。六棱柱底边边长为a cm,则六棱柱上下面的面 积均为6×a cm,则六棱柱的体积为6× 22 ac cm,锌原子在六棱柱的顶点、上下面心和 23 晶胞内,一个晶胞含锌原子个数=12×+2×+3=6,因此一个晶胞中Zn的质量= g,由 此可知,Zn的密度=答案:(1)[Ar]3d4s 10 2 g·cm。 -3 (2)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子 (3)离子键 ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小 2 (4)平面三角形 sp (5)六方最密堆积(A3型) 3.(2017·全国Ⅱ卷,35)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。 ①从结构角度分析,R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 ②R中阴离子 中的σ键总数为 个。分子中的大π键可用符号 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(如苯分子中的大π键可表示为 ),则 中的大π键应表示为 。 )N-H…Cl、 、 。 ③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(N -3 (4)R的晶体密度为d g·cm,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)N的价电子为2s2p,所以轨道表达式(电子排布图)为 2 3 。 (2)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故得到电子时所放出的能量依次增大。而N原子的2p轨道处于半充满状态,具有额外稳定性。 (3)①R中的两种阳离子为N 、H3O,其中心原子的杂化轨道均为sp杂化,所形成的共价键 为正四面 + 3 为极性共价键,中心原子的价层电子对数N为4,O为4,所以相同之处为ABD,N体形,而H3O为三角锥形,所以不同之处为C; ② 由图知,σ键总数为5个,大π键 + + ; ③由图知还存在氢键(H3O)O—H…N((N )N—H…N( )。 -933 3 -27 ), (4)晶胞体积为V=(a×10)m=a×10 m, 3 n=y/NA ,m(晶胞)=M·n=, 由公式ρ=代入得(d×10)g/m= 63 化简得y==。 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)①ABD C ②5 (N )N—H…N( ) ③(H3O)O—H…N( + ) (4)(或×10) -21 “物质结构与性质”试题以选考题的形式出现,分值为15分。利用一个大题要考查整个知识模块的内容,只能采用“拼盘”方式来达到对知识面的覆盖。各小题的知识素材间相对独立,考查方向主要可分为原子结构与性质,分子结构与性质、晶体结构与性质。 1.在原子结构部分主要命题点有:电子排布式或排布图的书写;电离能、电负性大小的比较与应用;每年的出题形式上没有太大的变化。这一部分基本属于人人都得分的基础题型,但2017年高考全国Ⅰ卷中对紫光的波长问的比较特殊。 2.在分子结构部分主要命题点有:化学键类型的判断、分子的极性;粒子空间构型的判断;中心原子杂化方式的判断;氢键的形成及对物质性质的影响等。这一部分难度一般在中等或略偏易,对大多数考生而言属于争取得分的试题。
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