資源簡介

綜合題突破1　物質結構與性質綜合題
(分值:75分)
1.(13分)(2024·河北石家莊二模)新型半導體材料如碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等在國防技術、航空航天及5G技術等領域扮演著重要的角色?；卮鹣铝袉栴}:
(1)(3分)基態Si原子中,核外電子占據的最高能層的符號為　　　　　　,占據最高能級的電子的電子云輪廓圖形狀為　　　　　　;基態Ga原子的核外電子排布為[Ar]3d104s24p1,其轉化為下列激發態時,吸收能量最少的是　　　　(填選項字母)。
(2)(2分)C與Si是同主族元素,C原子之間可以形成雙鍵、三鍵,但Si原子之間難以形成雙鍵、三鍵。從原子結構分析,其原因為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
(3)(2分)硼(B)與Ga是同主族元素,硼氫化鈉(NaBH4)是有機合成中重要的還原劑,其陰離子B的立體構型為　　　　　　　　;另一種含硼陰離子的結構如圖所示,其中B原子的雜化方式為　　　　　　。
(4)(3分)GaCl3的熔點為77.9 ℃,GaF3的熔點為1 000 ℃,試分析GaCl3熔點低于GaF3的原因　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　(2分);
氣態GaCl3常以二聚體形式存在,二聚體中各原子均滿足8e-結構,據此寫出二聚體的結構式為
　　　　　　　　　　　　　　　(1分)。
(5)(3分)B和Mg形成的化合物刷新了金屬化合物超導溫度的最高記錄。該化合物的晶體結構單元如圖所示,其中Mg原子間形成正六棱柱,6個B原子分別位于六個三棱柱體心。則該化合物的化學式可表示為　　(1分);相鄰B原子與Mg原子間的最短距離為　　　　　　　　(2分) nm (用含x、y的代數式表示)。
2.(13分)(2024·上海浦東階段練)亞硝酰氯(NOCl)常溫常壓下是一種黃色氣體,熔點-64.5 ℃,沸點-5.5 ℃,極易水解。主要用于合成洗滌劑、催化劑,也可用作有機合成中間體。
(1)(2分)關于N與O兩種元素的比較正確的是　　　　。
A.第一電離能:O>N
B.電負性:N>O
C.原子半徑:O>N
D.基態原子核外未成對電子數:N>O
(2)(2分)NOCl分子中各原子均滿足8電子穩定結構,則NOCl的電子式為　　　　　　, 該分子的空間構型為　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)(2分)NOCl水解生成兩種酸,其化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　。
NOCl在一定頻率(ν)光的照射下會發生光解,其反應機理為:
第一步:NOCl+hν→NOCl*;
第二步:NOCl+NOCl*→2NO+Cl2。
其中hν表示一個光子能量,NOCl*表示NOCl的激發態。
(4)(2分)以下均從選項中選擇:第一步的焓變ΔH　　　　0;第二步的熵變ΔS　　　　0。
A.大于　　　B.小于　　　C.等于
(5)(1分)分解1 mol NOCl需要吸收　　　　 mol光子。
(6)(1分)激光照射下NOCl分子會發生解離,將產物通過質譜,發現存在m/z=30的離子峰,該峰對應的微粒是　　　　　　(已知各產物微粒均帶1個單位正電荷)。
A.NOCl+ B.NO+ C.Cl+ D.OCl+
實驗室可用NO與Cl2在通常條件下制備NOCl(已知NO2與Cl2反應可得到NO2Cl),裝置如下圖所示:
實驗時,先通入一種氣體,待E中U形管內充滿該氣體時,再緩緩通入另一種氣體。
(7)(1分)裝置F的作用是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(8)(2分)實驗中應先通Cl2還是NO 請舉出一條理由。　　　　　　　。
3.(10分)(2024·浙江金華模擬)鐵、銅、鋅是形成許多金屬材料和有機材料的重要組成元素?；卮鹣铝袉栴}:
(1)(1分)金屬銅在元素周期表　　　　區。
(2)(2分)銅和鋅同周期且相鄰,現有幾種銅、鋅元素的相應狀態,①鋅:[Ar]3d104s2、②鋅:[Ar]3d104s1、③銅:[Ar]3d104s1、④銅:[Ar]3d10,失去1個電子需要的能量由大到小排序是　　　　　　。
(3)(4分)向CuSO4溶液中滴加氨水可以得到1∶1型離子化合物,其陽離子結構如圖所示。
①下列說法正確的是　　　　。
A.該陽離子中存在的化學鍵有極性共價鍵、配位鍵和氫鍵
B.溶液中的陰離子為正四面體結構
C.電負性大小:N>O>S>H
D.往該溶液中繼續加95%乙醇,并用玻璃棒摩擦試管壁,析出深藍色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O
②該化合物加熱時首先失去的組分是H2O,原因是
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)(3分)鐵及其化合物在生產、生活中有重要應用。
①改性Fe3O4是一種優良的磁性材料,該Fe3O4晶胞的的結構如圖所示,研究發現結構中的Fe2+只可能出現在圖中某一“▲”所示位置上,請確定Fe2+所在晶胞的位置　　　　(填a或b或c)。
②普魯士藍晶體屬立方晶系,晶胞棱長為a pm。鐵-氰骨架組成小立方體,Fe粒子在頂點,CN-在棱上,兩端均與Fe相連,立方體中心空隙可容納K+,如圖所示(CN-在圖中省略)。普魯士藍中Fe2+與Fe3+個數之比為　　　　;該晶胞的化學式為　　　　。
4.(6分)(2024·浙江諸暨二模)吡啶為含N有機物。這類物質是合成醫藥農藥的重要原料。下列吡啶類化合物A與Zn(CH3CH2)2(即ZnEt2)反應生成有機化合物B,B具有優異的催化性能。
(1)(2分)吡啶類化合物A易溶于水,原因是　　　　　　　　　　　　　　,含Zn有機物B的分子結構中含　　　　(填序號)。
A.離子鍵　B.配位鍵　C.π鍵　D.σ鍵　E.氫鍵
(2)(2分)HN3分子的空間結構如圖2所示(圖中鍵長單位為10-10 m)。N—N、N==N和N≡N的共價鍵鍵長分別為1.40×10-10 m、1.20×10-10 m和1.09×10-10 m。試依據信息畫出HN3分子的結構式　　　　,分子中N原子的雜化方式為　　　　。
(3)(2分)某種新型儲氫材料的晶胞如圖3,八面體中心為M金屬離子,頂點均為NH3配體,四面體中心為硼原子,頂點均為氫原子。若其摩爾質量為188 g·mol-1,則M元素為　　　　(填元素符號)。在該化合物中,M離子的價電子排布式為　　　　。
5.(10分)(2024·山東煙臺二模)硅材料在生產、生活中占有重要地位。回答下列問題:
(1)(1分)基態Si原子的電子排布式　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)(1分)某含硅化合物(SiS2)n的長鏈狀結構(片段)截取部分如圖所示。該化合物的晶體類型是　　　　　　。
(3)(2分)下列有關硅及其化合物說法正確的是　　　　。
A.在晶體Si和晶體SiO2結構中Si均是sp3雜化
B.常溫下粗硅與鹽酸反應制取SiHCl3,再以H2高溫還原得到高純硅
C.SiCl4比CCl4易水解原因之一是Si—Cl鍵能弱于C—Cl
D.SiO2晶體的X射線圖譜顯示有明銳的衍射峰
(4)(2分)硅主要以硅酸鹽、二氧化硅等化合物的形式存在于地殼中。硅酸鹽中的陰離子結構豐富多樣,既有有限數目的硅氧四面體構成的簡單陰離子Si(圖a),也有以硅氧四面體結構單元構成的無限延長的單鏈(SiO3(圖b)、雙鏈(圖c)等更復雜的結構。
寫出圖c所示陰離子的化學式　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)(2分)碳和硅的有關化學鍵鍵能、鍵長如下所示:
化學鍵 C—C C==C C≡C C—H Si—Si Si—H
鍵能/kJ·mol-1 348 615 812 413 226 318
鍵長/pm 154 133 120 109 235 150
硅與碳同族,也有系列含氫化合物,但硅的含氫化合物在種類和數量上都遠不如碳的含氫化合物多,試從共價鍵的成鍵角度解釋原因　　　　　　　　　　　。
(6)(2分)已知SiC晶體的密度為ρ g·cm-3,其晶胞結構如圖所示。阿伏加德羅常數值為NA,則晶胞中兩個Si原子之間的距離為　　　　　　　　　　　　　　　 pm。
6.(12分)(2024·山東濱州二模)鎵的化合物種類繁多,應用廣泛。
(1)(1分)鎵位于元素周期表的　　　　區。
(2)(2分)下列鎵原子形成的微粒中,電離最外層1個電子所需能量最大的是　　　　。
A.[Ar]3d104s24p1 B.[Ar]3d104s14p2
C.[Ar]3d94s14p3 D.[Ar]3d104s2
(3)(5分)①GaAs是一種重要的半導體材料,其熔點為1 238 ℃,可由如下反應制備:(CH3)3Ga+AsH33CH4+GaAs。(電負性:Ga 1.6　As 2.0　H 2.1　C 2.5)下列說法正確的是　　　　(2分)。
A.原子半徑:GaB.GaAs為共價晶體,AsH3為分子晶體
C.沸點:CH4D.化學鍵中離子鍵成分的百分數:GaN>GaAs
②比較鍵角∠HCH:CH4中的—CH3　　　　　　(1分)(CH3)3Ga中的—CH3(填“>”“<”或“=”),請說明理由　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　(2分)。
(4)(4分)感光材料硫鎵銀晶體的晶胞如圖所示,該晶體的化學式為　　　　。
如圖所示晶胞沿著z軸的投影圖為　　　　(填選項字母)。
7.(11分)(2023·安徽肥東質檢)將酞菁—鈷酞菁—三氯化鋁復合嵌接在碳納米管上,制得一種高效催化還原二氧化碳的催化劑?；卮鹣铝袉栴}:
(1)(3分)圖1所示的幾種碳單質,它們互為　　　　,其中屬于共價晶體的是　　　　,C60間的作用力是　　　　　　　　。
(2)(3分)酞菁和鈷酞菁的分子結構如圖2所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中p軌道能提供一對電子的N原子是　　　　(填圖2酞菁中N原子的標號)。鈷酞菁分子中,鈷離子的化合價為　　　　,氮原子提供孤對電子與鈷離子形成　　　　鍵。
(3)(5分)氣態AlCl3通常以二聚體Al2Cl6的形式存在,其空間結構如圖3a所示,二聚體中Al的軌道雜化類型為　　　　(1分)。AlF3的熔點為1 090 ℃,遠高于AlCl3的192 ℃,由此可以判斷鋁氟之間的化學鍵為　　　　(1分)鍵。AlF3結構屬立方晶系,晶胞如圖3b所示,F-的配位數為　　　　(1分)。若晶胞參數為a pm,晶體密度ρ=　　　　(2分) g·cm-3(列出計算式,阿伏加德羅常數的值為NA)。
綜合題突破1　物質結構與性質綜合題
1.(1)M　啞鈴(紡錘)形　B　(2)Si原子半徑大,原子之間形成的σ鍵鍵長較長,p-p軌道肩并肩重疊程度小或幾乎不重疊,難以形成π鍵　(3)正四面體形　sp2和sp3　(4)GaCl3為分子晶體,熔化時破壞分子間作用力,GaF3為離子晶體,熔化時破壞離子鍵,離子鍵強于分子間作用力,所以GaCl3的熔點低于GaF3　　(5)MgB2　
解析　(1)基態Si原子中,核外電子占據三層,其中最高能層的符號為M,占據最高能級為p能級,電子的電子云輪廓圖形狀為啞鈴形;基態Ga原子的核外電子排布為[Ar]3d104s24p1,其轉化為下列激發態時,吸收能量最少,則基態原子的電子進入高能級的電子最少,電子從基態進入高能級電子由多到少的順序為C>B,AD違反洪特規則,所以所需能量最少的為B。(2)Si原子半徑大,原子之間形成的σ鍵鍵長較長,p-p軌道肩并肩重疊程度小或幾乎不重疊,難以形成π鍵。(3)陰離子B的B原子價層電子對數=4+=4,且不含孤電子對,則該離子為正四面體結構,另一種含硼的陰離子[B4O5(OH)4]2-中,硼原子價層電子對數有的是3,有的硼原子價層電子對數是4,所以硼原子的雜化方式為sp2雜化和sp3雜化;(4)GaCl3的熔點為77.9 ℃,GaCl3為分子晶體,熔化時破壞分子間作用力,GaF3的熔點為1 000 ℃,為離子晶體,熔化時破壞離子鍵,離子鍵強于分子間作用力,所以GaCl3的熔點低于GaF3;氣態GaCl3常以二聚體形式存在,二聚體中各原子均滿足8e-結構,說明Ga形成一個配位鍵,二聚體的結構式為;(5)鎂原子處于晶胞頂點和面心上,頂點上鎂原子為6個晶胞共用,面心上的鎂原子為2個晶胞共用,B原子處于晶胞內部,為一個晶胞獨有,故晶胞中鎂原子個數為12×+2×=3,B原子個數為6,則該化合物的化學式可表示為MgB2;相鄰B原子與Mg原子間的最短距離為B離上下面中的鎂原子的距離,B原子在下面三角形中心的正上方,故相鄰鎂原子和硼原子間的最短距離為 nm。
2.(1)D　(2)︰︰︰︰︰　V形　(3)NOCl+H2O===HNO2+HCl　(4)A　A　(5)0.5　(6)B　(7)防止G中水蒸氣進入U形管,避免引起NOCl水解　(8)應先通Cl2,可以避免裝置內空氣與NO生成NO2,進而產生雜質NO2Cl
解析　(1)A.由于N的價層電子排布式為2s22p3,為半充滿狀態,能量較低,因此第一電離能高于O,故第一電離能:N>O,錯誤;B.非金屬性越強則電負性越大,非金屬性:NO,正確;(2)NOCl分子中各原子均滿足8電子穩定結構,則NOCl的電子式為︰︰︰︰︰,中心原子N原子的價層電子對數為2+(5-1×2-1×1)=3,VSEPR為平面三角形,含有一對孤電子對,因此為V形;(3)NOCl水解生成兩種酸,根據價態不變可知產生HNO2和HCl,其化學方程式為NOCl+H2O===HNO2+HCl;(4)第一步為基態到激發態,因此焓變ΔH大于0,第二步中反應前后氣體體積增大,為熵增的反應;(5)由反應機理可知,反應總反應方程式為2NOCl+hν—→2NO+Cl2,故分解1 mol NOCl需要吸收0.5 mol光子;(6)根據m/z=30可知,該峰對應的微粒是NO+,NO+的z=1,m=30;(7)NOCl會發生水解,因此裝置F的作用是防止G中水蒸氣進入U形管,避免引起NOCl水解;(8)本實驗是用Cl2和NO制備NOCl,但NO2與Cl2反應可得到NO2Cl,因此要先通入Cl2,避免裝置內空氣與NO生成NO2,進而產生雜質NO2Cl。
3.(1)ds　(2)④②①③　(3)①BD?、谝驗殡娯撔設>N,O相對不易給出電子,H2O與Cu2+之間形成的配位鍵比NH3與Cu2+之間形成的配位鍵弱　(4)①c?、?∶1　KFe2(CN)6
解析　(1)銅元素的原子序數為29號,價電子排布式為3d104s1,位于元素周期表的第四周期第ⅠB族,屬于ds區;(2)同周期元素,從左到右第一電離能呈增大趨勢,則①失去電子需要的能量大于③;同種元素的逐級電離能依次增大,則②失去電子需要的能量大于①;④中3d軌道為穩定的全充滿結構,較難失去電子,則失去電子需要的能量大于②,所以失去1個電子需要的能量由大到小排序為④②①③;(3)向CuSO4溶液中滴加氨水可以得到1∶1型離子化合物是[Cu(NH3)4]SO4,①A.該陽離子中含有配位鍵、N—H極性共價鍵,氫鍵不屬于化學鍵,錯誤;B.溶液中的陰離子S中心S原子價層電子對數為4+=4,無孤對電子,空間結構為正四面體結構,正確;C.同周期從左往右,得電子能力越來越強,電負性越來越大,則電負性:O>N,錯誤;D.往該溶液中繼續加極性較小的95%乙醇,并用玻璃棒摩擦試管壁,可以析出深藍色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O,正確;②因為電負性O>N,O相對不易給出電子,H2O與Cu2+之間形成的配位鍵比NH3與Cu2+之間形成的配位鍵弱,因此該化合物加熱時首先失去的組分是H2O;(4)①Fe2+所在晶胞的位置為在c位,由均攤法計算可得該結構中Fe3+的數目為2,O2-的數目為4,根據電荷守恒可得Fe2+的數目為1,所以Fe2+應該在c位;②二價鐵位于體心和棱心,則一共有1+12×=4個;三價鐵位于頂點和面心,一共有8×+6×=4個,故其比值:1∶1;晶胞中有4個鉀離子,根據電荷守恒可知,CN-有4+4×2+4×3=24,其化學式為KFe2(CN)6。
4.(1)化合物A與水分子間存在氫鍵　BCD　(2)H—N==N≡N　sp、sp2　(3)Fe　3d6
解析　(1)吡啶類化合物A易溶于水,是由于該化合物分子中含有親水基羥基,使A分子與水分子之間形成氫鍵,增加了分子之間的吸引作用;根據含Zn有機物B的分子結構可知:該物質是由分子構成的共價化合物,其中不含有離子鍵,也不含有氫鍵,含有配位鍵、σ鍵、π鍵,故合理選項是BCD;(2)根據HN3分子的空間結構,結合N—N、N==N和N≡N的共價鍵鍵長大小,可知HN3的結構式應該是:H—N==N≡N;在該物質分子中,形成三鍵的氮原子采用sp雜化;形成雙鍵的N原子采用sp2雜化;(3)根據晶胞結構可知:該晶胞中含有黑球●的數目是8×+6×=4;含有白球○的數目是8,黑球與白球的個數比為●∶○=4∶8=1∶2,由于八面體中心為M金屬離子,頂點均為NH3配體,四面體中心為硼原子,頂點均為氫原子。若其摩爾質量為188 g·mol-1,則(M+17×6)+2×(11+4)=188,解得M=56,所以M是Fe元素;該化合物中黑球與白球個數比為1∶2,白球為[BH4]-,根據化合物中元素化合價代數和為0,可知黑球帶2個單位正電荷,表示的化學式為[Fe(NH3)6]2+,其中中心Fe2+是Fe原子失去最外層的2個4s電子形成的,因此其價層電子排布式是3d6。
5.(1)1s22s22p63s23p2　(2)分子晶體　(3)ACD　(4)(Si4O11　(5)硅烷中的Si—Si和Si—H的鍵能小于烷烴分子中C—C和C—H的鍵能,穩定性差,易斷裂,導致長鏈硅烷難以形成或Si的原子半徑大,原子之間形成的σ單鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊的程度很小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵　(6)××1010
解析　(1)Si元素為14號元素,原子核外有14個電子,則核外電子排布式為1s22s22p63s23p2;(2)根據某含硅化合物(SiS2)n的長鏈狀結構(片段)截取部分可知,(SiS2)n的空間結構不是空間網狀結構,是分子晶體;(3)A.晶體硅和SiO2晶體中的Si原子價層電子對數都是4,根據價層電子對互斥理論知,兩種晶體中Si原子雜化類型都是sp3雜化,正確;B.高純硅的制取是以初步冶煉得到的粗硅為原料,在加熱條件下與氯化氫氣體反應,制成氣態化合物SiHCl3,與雜質分離,然后在高溫條件下用氫氣還原,重新得到硅和氯化氫氣體,這樣就去掉了雜質,得到高純硅,錯誤;C.SiCl4比CCl4易水解原因之一是Si-Cl鍵能弱于C-Cl,共價鍵容易斷裂,正確;D.SiO2晶體的X射線圖譜上能看到分立的斑點或明銳的衍射峰,非晶體SiO2的X射線圖譜上能看不到分立的斑點或明銳的衍射峰;(4)根據結構類推,圈中為重復部分,有4個Si,有4個O與另一個重復部分平分,占一半,則O的個數為9+4×=11,再結合硅為+4價,O為-2價可知,圖c所示陰離子的化學式為(Si4O11;(5)硅烷中的Si—Si和Si—H的鍵能小于烷烴分子中C—C和C—H的鍵能,穩定性差,易斷裂,導致長鏈硅烷難以形成;Si的原子半徑大,原子之間形成的σ單鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊的程度很小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵,因此,硅與碳同族,也有系列含氫化合物,但硅的含氫化合物在種類和數量上都遠不如碳的含氫化合物多;(6)根據均攤法可知,一個晶胞中含有白球8×+6×=4個,黑球4個,設晶胞的參數為a,則ρ=,a=×1010 pm,晶胞中兩個Si原子之間的距離為面對角線的一半,即為××1010 pm。
6.(1)p　(2)D　(3)①BD?、?　電負性C>H>Ga,(CH3)3Ga中C—Ga的共用電子對更偏向于C原子,對—CH3中C—H的排斥力變大,使(CH3)3Ga中鍵角∠HCH變小　(4)AgGaS2　C
解析　(1)已知Ga是31號元素,根據構造理論可知,基態Ga原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p1,則鎵位于元素周期表的p區。(2)A.[Ar]3d104s24p1為基態Ga,B.[Ar]3d104s14p2為激發態Ga,C.[Ar]3d94s14p3為激發態Ga,D.[Ar]3d104s2為基態Ga+,則Ga+失去電子更困難,電離最外層1個電子所需能量最大的是D。(3)①A.Ga與As是同一周期元素,從左往右原子半徑依次減小,故原子半徑:Ga>As,錯誤;B.根據信息可知Ga比As的電負性小0.4,二者之間靠共價鍵結合,又GaAs是一種重要的半導體材料,其熔點為1 238 ℃,則GaAs為共價晶體,根據信息可知H比As的電負性大0.1,二者之間靠共價鍵結合,AsH3與氨氣為等電子體,則AsH3為分子晶體,正確;C.由于NH3存在分子間氫鍵使氨沸點升高,而AsH3、甲烷不存在,AsH3的分子的相對分子質量較大,分子間作用力較大,沸點較高,則沸點:CH4As,則化學鍵中離子鍵成分的百分數:GaN>GaAs,正確。②比較鍵角∠HCH:CH4中的—CH3>(CH3)3Ga中的—CH3,理由為:電負性C>H>Ga,(CH3)3Ga中C—Ga的共用電子對更偏向于C原子,對—CH3中C—H的排斥力變大,使(CH3)3Ga中鍵角∠HCH變小。(4)晶胞中Ag位于體心、頂點和面心,個數為1+8×+4×=4,Ga位于棱上、面心,個數為4×+6×=4,8個S位于晶胞內部,三者數目比為1∶1∶2,則該晶體的化學式為AgGaS2。沿著z軸的投影,Ag投影為正方形的頂點、四條邊的中點和中心,S投影為面對角線離頂點四分之一處,Ga投影為正方形的頂點、四條邊的中點和正方形中心,則如圖所示晶胞沿著z軸的投影圖為C。
7.(1)同素異形體　金剛石　范德華力　(2)③　+2　配位　
(3)sp3　離子　2　
解析　(1)同一元素形成的不同單質之間互為同素異形體。圖1所示的幾種碳單質,它們的組成元素均為碳元素,因此,它們互為同素異形體;其中金剛石屬于共價晶體,石墨屬于混合型晶體,C60屬于分子晶體,碳納米管不屬于共價晶體;C60分子間的作用力是范德華力;(2)已知酞菁分子中所有原子共平面,則其分子中所有的C原子和所有的N原子均為sp2雜化,且分子中存在大π鍵,其中標號為①和②的N原子均有一對電子占據了一個sp2雜化軌道,其p軌道只能提供1個電子參與形成大π鍵,標號為③的N原子的 p軌道能提供一對電子參與形成大π鍵,因此標號為③的N原子形成的N—H易斷裂從而電離出H+;鈷酞菁分子中,失去了2個H+的酞菁離子與鈷離子通過配位鍵結合成分子,因此,鈷離子的化合價為+2,氮原子提供孤對電子與鈷離子形成配位鍵;(3)由Al2Cl6的空間結構結合相關元素的原子結構可知,Al原子價層電子對數是4,其與其周圍的4個氯原子形成四面體結構,因此,二聚體中Al的軌道雜化類型為sp3。AlF3的熔點為1 090 ℃,遠高于AlCl3的192 ℃,由于F的電負性最大,其吸引電子的能力最強,因此可以判斷鋁氟之間的化學鍵為離子鍵。由AlF3的晶胞結構可知,其中含黑色球的個數為12×=3,白色球的個數為8×=1,則黑色的球為F-,距F-最近且等距的Al3+有2個,則F-的配位數為2。若晶胞參數為a pm,則晶胞的體積為a3×10-30 cm3,晶胞的質量為,則其晶體密度ρ= g·cm-3。(共45張PPT)
綜合題突破1　物質結構與性質綜合題
第三篇　專項練增分提能
綜合大題分類強化練
1.(2024·河北石家莊二模)新型半導體材料如碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等在國防技術、航空航天及5G技術等領域扮演著重要的角色。回答下列問題:
(1)基態Si原子中,核外電子占據的最高能層的符號為　　　,占據最高能級的電子的電子云輪廓圖形狀為　　　　 　　;基態Ga原子的核外電子排布為[Ar]3d104s24p1,其轉化為下列激發態時,吸收能量最少的是　　(填選項字母)。
M
啞鈴(紡錘)形
B
解析　(1)基態Si原子中,核外電子占據三層,其中最高能層的符號為M,占據最高能級為p能級,電子的電子云輪廓圖形狀為啞鈴形;基態Ga原子的核外電子排布為[Ar]3d104s24p1,其轉化為下列激發態時,吸收能量最少,則基態原子的電子進入高能級的電子最少,電子從基態進入高能級電子由多到少的順序為C>B,AD違反洪特規則,所以所需能量最少的為B。
(2)C與Si是同主族元素,C原子之間可以形成雙鍵、三鍵,但Si原子之間難以形成雙鍵、三鍵。從原子結構分析,其原因為　　　　　　　　　　　　　 　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)硼(B)與Ga是同主族元素,硼氫化鈉(NaBH4)是有機合成中重要的還原劑,其陰離子B的立體構型為　　　　 　　;另一種含硼陰離子的結構如圖所示,其中B原子的雜化方式為　　　　　　。
Si原子半徑大,原子之間形成的σ鍵鍵長較長,p-p軌道肩并肩重疊程度小或幾乎不重疊,難以形成π鍵
正四面體形
sp2和sp3
解析　(2)Si原子半徑大,原子之間形成的σ鍵鍵長較長,p-p軌道肩并肩重疊程度小或幾乎不重疊,難以形成π鍵。(3)陰離子B的B原子價層電子對數=4+=4,且不含孤電子對,則該離子為正四面體結構,另一種含硼的陰離子[B4O5(OH)4]2-中,硼原子價層電子對數有的是3,有的硼原子價層電子對數是4,所以硼原子的雜化方式為sp2雜化和sp3雜化;
(4)GaCl3的熔點為77.9 ℃,GaF3的熔點為1 000 ℃,試分析GaCl3熔點低于GaF3的原因　　 　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　;
氣態GaCl3常以二聚體形式存在,二聚體中各原子均滿足8e-
結構,據此寫出二聚體的結構式為　　　　 　　。
(5)B和Mg形成的化合物刷新了金屬化合物超導溫度的最
高記錄。該化合物的晶體結構單元如圖所示,其中Mg原子間形成正六棱柱,6個B原子分別位于六個三棱柱體心。則該化合物的化學式可表示為　　　　　　;相
鄰B原子與Mg原子間的最短距離為　　　　　　 nm(用含x、y的代數式表示)。
GaCl3為分子晶體,熔化時破壞分子間作用力,GaF3為離子晶體,熔化時破壞離子鍵,離子鍵強于分子間作用力,所以GaCl3的熔點低于GaF3
MgB2
2.(2024·上海浦東階段練)亞硝酰氯(NOCl)常溫常壓下是一種黃色氣體,熔點-64.5 ℃,沸點-5.5 ℃,極易水解。主要用于合成洗滌劑、催化劑,也可用作有機合成中間體。
(1)關于N與O兩種元素的比較正確的是　　　　　　　　　　　　　　　。
A.第一電離能:O>N
B.電負性:N>O
C.原子半徑:O>N
D.基態原子核外未成對電子數:N>O
D
解析　(1)A.由于N的價層電子排布式為2s22p3,為半充滿狀態,能量較低,因此第一電離能高于O,故第一電離能:N>O,錯誤;B.非金屬性越強則電負性越大,非金屬性:NO,正確;
(2)NOCl分子中各原子均滿足8電子穩定結構,則NOCl的電子式為　　　　　　,該分子的空間構型為　　　　　　　　　。
(3)NOCl水解生成兩種酸,其化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　。
NOCl在一定頻率(ν)光的照射下會發生光解,其反應機理為:
第一步:NOCl+hν→NOCl*;
第二步:NOCl+NOCl*→2NO+Cl2。
其中hν表示一個光子能量,NOCl*表示NOCl的激發態。
︰︰︰︰︰
V形
NOCl+H2O===HNO2+HCl
解析　(2)NOCl分子中各原子均滿足8電子穩定結構,則NOCl的電子式為
︰︰︰︰︰,中心原子N原子的價層電子對數為2+(5-1×2-1×1)=3,VSEPR為平面三角形,含有一對孤電子對,因此為V形;(3)NOCl水解生成兩種酸,根據價態不變可知產生HNO2和HCl,其化學方程式為NOCl+H2O===HNO2+HCl;
(4)以下均從選項中選擇:第一步的焓變ΔH　　　　0;第二步的熵變ΔS　　　　0。
A.大于　　　B.小于　　　C.等于
(5)分解1 mol NOCl需要吸收　　　　　　 mol光子。
(6)激光照射下NOCl分子會發生解離,將產物通過質譜,發現存在m/z=30的離子峰,該峰對應的微粒是　　　　　　(已知各產物微粒均帶1個單位正電荷)。
A.NOCl+ B.NO+ C.Cl+ D.OCl+
A
A
0.5
B
解析　(4)第一步為基態到激發態,因此焓變ΔH大于0,第二步中反應前后氣體體積增大,為熵增的反應;(5)由反應機理可知,反應總反應方程式為2NOCl+hν—→2NO+Cl2,故分解1 mol NOCl需要吸收0.5 mol光子;(6)根據m/z=30可知,該峰對應的微粒是NO+,NO+的z=1,m=30;
實驗室可用NO與Cl2在通常條件下制備NOCl(已知NO2與Cl2反應可得到NO2Cl),裝置如下圖所示:
實驗時,先通入一種氣體,待E中U形管內充滿該氣體時,再緩緩通入另一種氣體。
(7)裝置F的作用是　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(8)實驗中應先通Cl2還是NO 請舉出一條理由。
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
防止G中水蒸氣進入U形管,避免引起NOCl水解
應先通Cl2,可以避免裝置內空氣與NO生成NO2,進而產生雜質NO2Cl
解析　(7)NOCl會發生水解,因此裝置F的作用是防止G中水蒸氣進入U形管,避免引起NOCl水解;(8)本實驗是用Cl2和NO制備NOCl,但NO2與Cl2反應可得到NO2Cl,因此要先通入Cl2,避免裝置內空氣與NO生成NO2,進而產生雜質NO2Cl。
3.(2024·浙江金華模擬)鐵、銅、鋅是形成許多金屬材料和有機材料的重要組成元素?；卮鹣铝袉栴}:
(1)金屬銅在元素周期表　　　　區。
(2)銅和鋅同周期且相鄰,現有幾種銅、鋅元素的相應狀態,①鋅:[Ar]3d104s2、②鋅:[Ar]3d104s1、③銅:[Ar]3d104s1、④銅:[Ar]3d10,失去1個電子需要的能量由大到小排序是　　　　　　。
ds
④②①③
解析　(1)銅元素的原子序數為29號,價電子排布式為3d104s1,位于元素周期表的第四周期第ⅠB族,屬于ds區;(2)同周期元素,從左到右第一電離能呈增大趨勢,則①失去電子需要的能量大于③;同種元素的逐級電離能依次增大,則②失去電子需要的能量大于①;④中3d軌道為穩定的全充滿結構,較難失去電子,則失去電子需要的能量大于②,所以失去1個電子需要的能量由大到小排序為④②①③;
(3)向CuSO4溶液中滴加氨水可以得到1∶1型離子化合物,其陽離子結構如圖所示。
①下列說法正確的是　　　　。
A.該陽離子中存在的化學鍵有極性共價鍵、配位鍵和氫鍵
B.溶液中的陰離子為正四面體結構
C.電負性大小:N>O>S>H
D.往該溶液中繼續加95%乙醇,并用玻璃棒摩擦試管壁,析出深藍色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O
②該化合物加熱時首先失去的組分是H2O,原因是__________________________
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　　。
BD
因為電負性O>N,O相對不易給出電子,H2O與Cu2+之間形成的配位鍵比NH3與Cu2+之間形成的配位鍵弱
解析　(3)向CuSO4溶液中滴加氨水可以得到1∶1型離子化合物是[Cu(NH3)4]SO4,①A.該陽離子中含有配位鍵、N—H極性共價鍵,氫鍵不屬于化學鍵,錯誤;B.溶液中的陰離子S中心S原子價層電子對數為4+=4,無孤對電子,空間結構為正四面體結構,正確;C.同周期從左往右,得電子能力越來越強,電負性越來越大,則電負性:O>N,錯誤;D.往該溶液中繼續加極性較小的95%乙醇,并用玻璃棒摩擦試管壁,可以析出深藍色晶體[Cu(NH3)4]SO4·H2O,正確;②因為電負性O>N,O相對不易給出電子,H2O與Cu2+之間形成的配位鍵比NH3與Cu2+之間形成的配位鍵弱,因此該化合物加熱時首先失去的組分是H2O;
(4)鐵及其化合物在生產、生活中有重要應用。
①改性Fe3O4是一種優良的磁性材料,該Fe3O4晶
胞的的結構如圖所示,研究發現結構中的Fe2+只
可能出現在圖中某一“▲”所示位置上,請確定Fe2+所在晶胞的位置　　　　(填a或b或c)。
②普魯士藍晶體屬立方晶系,晶胞棱長為a pm。鐵-氰骨架組成小立方體,Fe粒子在頂點,CN-在棱上,兩端均與Fe相連,立方體中心空隙可容納K+,如圖所示(CN-在圖中省略)。普魯士藍中Fe2+與Fe3+個數之比為　　　　　　;該晶胞的化學式為　　　　　　。
c
1∶1
KFe2(CN)6
解析　(4)①Fe2+所在晶胞的位置為在c位,由均攤法計算可得該結構中Fe3+的數目為2,O2-的數目為4,根據電荷守恒可得Fe2+的數目為1,所以Fe2+應該在c位;②二價鐵位于體心和棱心,則一共有1+12×=4個;三價鐵位于頂點和面心,一共有8×+6×=4個,故其比值:1∶1;晶胞中有4個鉀離子,根據電荷守恒可知,CN-有4+4×2+4×3=24,其化學式為KFe2(CN)6。
4.(2024·浙江諸暨二模)吡啶為含N有機物。這類物質是合成醫藥農藥的重要原料。下列吡啶類化合物A與Zn(CH3CH2)2(即ZnEt2)反應生成有機化合物B,B具有優異的催化性能。
(1)吡啶類化合物A易溶于水,原因是　　　　　　　　　　　　　　,含Zn有機物B的分子結構中含　　　　(填序號)。
A.離子鍵　B.配位鍵　C.π鍵　D.σ鍵　E.氫鍵
化合物A與水分子間存在氫鍵
BCD
解析　(1)吡啶類化合物A易溶于水,是由于該化合物分子中含有親水基羥基,使A分子與水分子之間形成氫鍵,增加了分子之間的吸引作用;根據含Zn有機物B的分子結構可知:該物質是由分子構成的共價化合物,其中不含有離子鍵,也不含有氫鍵,含有配位鍵、σ鍵、π鍵,故合理選項是BCD;
(2)HN3分子的空間結構如圖2所示(圖中鍵長單位為10-10 m)。N—N、N==N和N≡N的共價鍵鍵長分別為1.40×10-10 m、1.20×10-10 m和1.09×10-10 m。試依據信息畫出HN3分子的結構式　　　 　,分子中N原子的雜化方式為　　　　。
(3)某種新型儲氫材料的晶胞如圖3,
八面體中心為M金屬離子,頂點均為
NH3配體,四面體中心為硼原子,頂點
均為氫原子。若其摩爾質量為
188 g·mol-1,則M元素為　　　　(填元素符號)。在該化合物中,M離子的價電子排布式為　　　　。
H—N==N≡N
sp、sp2
Fe
3d6
解析　(2)根據HN3分子的空間結構,結合N—N、N==N和N≡N的共價鍵鍵長大小,可知HN3的結構式應該是:H—N==N≡N;在該物質分子中,形成三鍵的氮原子采用sp雜化;形成雙鍵的N原子采用sp2雜化;(3)根據晶胞結構可知:該晶胞中含有黑球●的數目是8×+6×=4;含有白球○的數目是8,黑球與白球的個數比為●∶○=4∶8=1∶2,由于八面體中心為M金屬離子,頂點均為NH3配體,四面體中心為硼原子,頂點均為氫原子。若其摩爾質量為188 g·mol-1,則(M+17×6)+2×(11+4)=188,解得M=56,所以M是Fe元素;該化合物中黑球與白球個數比為1∶2,白球為[BH4]-,根據化合物中元素化合價代數和為0,可知黑球帶2個單位正電荷,表示的化學式為[Fe(NH3)6]2+,其中中心Fe2+是Fe原子失去最外層的2個4s電子形成的,因此其價層電子排布式是3d6。
5.(2024·山東煙臺二模)硅材料在生產、生活中占有重要地位?；卮鹣铝袉栴}:
(1)基態Si原子的電子排布式　　　　 　。
(2)某含硅化合物(SiS2)n的長鏈狀結構(片段)截取部分如圖所示。該化合物的晶體類型是　　　　　　　　　　　　　　　。
1s22s22p63s23p2
分子晶體
解析　(1)Si元素為14號元素,原子核外有14個電子,
則核外電子排布式為1s22s22p63s23p2;(2)根據某含硅
化合物(SiS2)n的長鏈狀結構(片段)截取部分可知,(SiS2)n的空間結構不是空間網狀結構,是分子晶體;
(3)下列有關硅及其化合物說法正確的是　　　　。
A.在晶體Si和晶體SiO2結構中Si均是sp3雜化
B.常溫下粗硅與鹽酸反應制取SiHCl3,再以H2高溫還原得到高純硅
C.SiCl4比CCl4易水解原因之一是Si—Cl鍵能弱于C—Cl
D.SiO2晶體的X射線圖譜顯示有明銳的衍射峰
ACD
解析　(3)A.晶體硅和SiO2晶體中的Si原子價層電子對數都是4,根據價層電子對互斥理論知,兩種晶體中Si原子雜化類型都是sp3雜化,正確;B.高純硅的制取是以初步冶煉得到的粗硅為原料,在加熱條件下與氯化氫氣體反應,制成氣態化合物SiHCl3,與雜質分離,然后在高溫條件下用氫氣還原,重新得到硅和氯化氫氣體,這樣就去掉了雜質,得到高純硅,錯誤;C.SiCl4比CCl4易水解原因之一是Si-Cl鍵能弱于C-Cl,共價鍵容易斷裂,正確;D.SiO2晶體的X射線圖譜上能看到分立的斑點或明銳的衍射峰,非晶體SiO2的X射線圖譜上能看不到分立的斑點或明銳的衍射峰;
(4)硅主要以硅酸鹽、二氧化硅等化合物的形式存在于地殼中。硅酸鹽中的陰離子結構豐富多樣,既有有限數目的硅氧四面體構成的簡單陰離子Si(圖a),也有以硅氧四面體結構單元構成的無限延長的單鏈(SiO3(圖b)、雙鏈(圖c)等更復雜的結構。
寫出圖c所示陰離子的化學式　　　　　。
(Si4O11
(5)碳和硅的有關化學鍵鍵能、鍵長如下所示:
化學鍵 C—C C==C C≡C C—H Si—Si Si—H
鍵能/kJ·mol-1 348 615 812 413 226 318
鍵長/pm 154 133 120 109 235 150
硅與碳同族,也有系列含氫化合物,但硅的含氫化合物在種類和數量上都遠不如碳的含氫化合物多,試從共價鍵的成鍵角度解釋原因
　 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
硅烷中的Si—Si和Si—H的鍵能小于烷烴分子中C—C和C—H的鍵能,穩定性差,易斷裂,導致長鏈硅烷難以形成或Si的原子半徑大,原子之間形成的σ單鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊的程度很小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵
(6)已知SiC晶體的密度為ρ g·cm-3,其晶胞結構如圖所示。阿伏加德羅常數值為NA,
則晶胞中兩個Si原子之間的距離為　　 　　　 pm。
××1010
解析　(6)根據均攤法可知,一個晶胞中含有白球8×+6×=4個,
黑球4個,設晶胞的參數為a,則ρ=,a=×1010 pm,晶胞中兩個Si原子之間的距離為面對角線的一半,即為××1010 pm。
6.(2024·山東濱州二模)鎵的化合物種類繁多,應用廣泛。
(1)鎵位于元素周期表的　　　　區。
(2)下列鎵原子形成的微粒中,電離最外層1個電子所需能量最大的是　　　　。
A.[Ar]3d104s24p1 B.[Ar]3d104s14p2 C.[Ar]3d94s14p3 D.[Ar]3d104s2
p
D
解析　(1)已知Ga是31號元素,根據構造理論可知,基態Ga原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p1,則鎵位于元素周期表的p區。(2)A.[Ar]3d104s24p1為基態Ga,B.[Ar]3d104s14p2為激發態Ga,C.[Ar]3d94s14p3為激發態Ga,D.[Ar]3d104s2為基態Ga+,則Ga+失去電子更困難,電離最外層1個電子所需能量最大的是D。
A.原子半徑:GaC.沸點:CH4GaAs
②比較鍵角∠HCH:CH4中的—CH3　　　　(CH3)3Ga中的—CH3(填“>”“<”或“=”),請說明理由　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　 　。
BD
>
電負性C>H>Ga,(CH3)3Ga中C—Ga的共用電子對更偏向于C原子,對—CH3中C—H的排斥力變大,使(CH3)3Ga中鍵角∠HCH變小
解析　(3)①A.Ga與As是同一周期元素,從左往右原子半徑依次減小,故原子半徑:Ga>As,錯誤;B.根據信息可知Ga比As的電負性小0.4,二者之間靠共價鍵結合,又GaAs是一種重要的半導體材料,其熔點為1 238 ℃,則GaAs為共價晶體,根據信息可知H比As的電負性大0.1,二者之間靠共價鍵結合,AsH3與氨氣為等電子體,則AsH3為分子晶體,正確;C.由于NH3存在分子間氫鍵使氨沸點升高,而AsH3、甲烷不存在,AsH3的分子的相對分子質量較大,分子間作用力較大,沸點較高,則沸點:CH4As,則化學鍵中離子鍵成分的百分數:GaN>GaAs,正確。②比較鍵角∠HCH:CH4中的—CH3>(CH3)3Ga中的—CH3,理由為:電負性C>H>Ga,(CH3)3Ga中C—Ga的共用電子對更偏向于C原子,對—CH3中C—H的排斥力變大,使(CH3)3Ga中鍵角∠HCH變小。
(4)感光材料硫鎵銀晶體的晶胞如圖所示,該晶體的化學式為　　　　。
如圖所示晶胞沿著z軸的投影圖為　　　　(填選項字母)。
AgGaS2
C
解析　(4)晶胞中Ag位于體心、頂點和面心,個數為1+8×+4×=4,Ga位于棱上、面心,個數為4×+6×=4,8個S位于晶胞內部,三者數目比為1∶1∶2,則該晶體的化學式為AgGaS2。沿著z軸的投影,Ag投影為正方形的頂點、四條邊的中點和中心,S投影為面對角線離頂點四分之一處,Ga投影為正方形的頂點、四條邊的中點和正方形中心,則如圖所示晶胞沿著z軸的投影圖為C。
7.(2023·安徽肥東質檢)將酞菁—鈷酞菁—三氯化鋁復合嵌接在碳納米管上,制得一種高效催化還原二氧化碳的催化劑?；卮鹣铝袉栴}:
(1)圖1所示的幾種碳單質,它們互為　　 　　,其中屬于共價晶體的是　　　　,C60間的作用力是　　　　　　　　。
同素異形體
金剛石
范德華力
解析　(1)同一元素形成的不同單質之間互為同素異形體。圖1所示的幾種碳單質,它們的組成元素均為碳元素,因此,它們互為同素異形體;其中金剛石屬于共價晶體,石墨屬于混合型晶體,C60屬于分子晶體,碳納米管不屬于共價晶體;C60分子間的作用力是范德華力;
(2)酞菁和鈷酞菁的分子結構如圖2所示。
酞菁分子中所有原子共平面,其中p軌道能提供一對電子的N原子是　　　　　(填圖2酞菁中N原子的標號)。鈷酞菁分子中,鈷離子的化合價為　　　　,氮原子提供孤對電子與鈷離子形成　　　　鍵。
③
+2
配位
解析　(2)已知酞菁分子中所有原子共平面,則其分子中所有的C原子和所有的N原子均為sp2雜化,且分子中存在大π鍵,其中標號為①和②的N原子均有一對電子占據了一個sp2雜化軌道,其p軌道只能提供1個電子參與形成大π鍵,標號為③的N原子的 p軌道能提供一對電子參與形成大π鍵,因此標號為③的N原子形成的N—H易斷裂從而電離出H+;鈷酞菁分子中,失去了2個H+的酞菁離子與鈷離子通過配位鍵結合成分子,因此,鈷離子的化合價為+2,氮原子提供孤對電子與鈷離子形成配位鍵;
(3)氣態AlCl3通常以二聚體Al2Cl6的形式存在,其空間結構如圖3a所示,二聚體中Al的軌道雜化類型為　　　　。AlF3的熔點為1 090 ℃,遠高于AlCl3的192 ℃,由此可以判斷鋁氟之間的化學鍵為　　　　鍵。AlF3結構屬立方晶系,晶胞如圖3b所
示,F-的配位數為　　　　。若晶胞參數為a pm,晶體密度ρ=　　　　 g·cm-3(列出計算式,阿伏加德羅常數的值為NA)。
sp3
離子
2
解析　(3)由Al2Cl6的空間結構結合相關元素的原子結構可知,Al原子價層電子對數是4,其與其周圍的4個氯原子形成四面體結構,因此,二聚體中Al的軌道雜化類型為sp3。AlF3的熔點為1 090 ℃,遠高于AlCl3的192 ℃,由于F的電負性最大,其吸引電子的能力最強,因此可以判斷鋁氟之間的化學鍵為離子鍵。由AlF3的晶胞結構可知,其中含黑色球的個數為12×=3,白色球的個數為8×=1,則黑色的球為F-,距F-最近且等距的Al3+有2個,則F-的配位數為2。若晶胞參數為a pm,則晶胞的體積為a3×10-30 cm3,晶胞的質量為,則其晶體密度ρ= g·cm-3。

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