选修3 《物质结构与性质》综合测试.docx
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选修3《物质结构与性质》综合测试
选修3 《物质结构与性质》综合测试
满分：
100分 时间：
90分钟
（本卷包括12小题，共100分）
1．（8分）主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的原子最外层电子数是次外层电子数的3倍。
X、Y和Z分属不同的周期，它们的原子序数之和是W原子序数的5倍。
在由元素W、X、Y、Z组成的所有可能的二组分化合物中，由元素W与Y形成的化合物M的熔点最高。
请回答下列问题：
（1）W元素原子的L层电子排布式为________，W3分子的空间构型为________。
（2）X单质与水发生主要反应的化学方程式为_________________。
（3）化合物M的化学式为________，其晶体结构与NaCl相同，而熔点高于NaCl。
M熔点较高的原因是________________________。
将一定量的化合物ZX负载在M上可制得ZX/M催化剂，用于催化碳酸二甲酯与月桂醇酯交换合成碳酸二月桂酯。
在碳酸二甲酯分子中，碳原子采用的杂化方式有________，O—C—O的键角约为________。
（4）X、Y、Z可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y位于顶角，Z处于体心位置，则该晶体的组成为X：
Y：
Z＝________。
（5）含有元素Z的盐的焰色反应为________色。
许多金属盐都可以发生焰色反应，其原因是_______________________________________________。
答案
（1）2s22p4 V形
（2）2F2＋2H2O===4HF＋O2
（3）MgO 晶格能大 sp3和sp2 120°
（4）3：
1：
1
（5）紫 激发态的电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以一定波长（可见光区域）光的形式释放能量
2．（8分）碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。
（1）碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠____________________结合在一起。
（2）CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为________。
（3）用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br键的键角________（填“>”、“<”或“＝”）120°。
（4）铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：
Pb4＋处于立方晶胞顶点，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心。
该化合物化学式为________，每个Ba2＋与________个O2－配位。
解析 本题以第ⅣA族元素为载体，考查考生对选修3《物质结构与性质》知识的综合应用能力。
（1）石墨晶体是混合型晶体，同一层内碳原子之间以共价键结合成正六边形结构，层与层之间通过范德华力结合，故碳纳米管中碳原子的杂化方式为sp2杂化，层与层之间靠范德华力结合。
（2）电负性越大，非金属性越强，即吸引电子对的能力越强，故电负性的大小关系为C>H>Si。
（3）在SnBr2分子中，中心原子Sn有2对成键电子，1对孤对电子，采用sp2杂化，故键角小于120°。
（4）1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×
＝1，O2－的个数为12×
＝3，故化学式为BaPbO3。
每个Ba2＋与12个O2－配位。
答案
（1）sp2 分子间作用力（或：
范德华力）
（2）C>H>Si
（3）<
（4）BaPbO3 12
3．（8分）乙炔是有机合成工业的一种原料。
工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。
（1）CaC2中C
与O
互为等电子体，O
的电子式可表示为______________________；1molO
中含有的π键数目为________。
（2）将乙炔通入[Cu（NH3）2]Cl溶液生成CuC2红棕色沉淀。
Cu＋基态核外电子排布式为______________________。
（3）乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈（H2C===CH—C≡N）。
丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是________________________；分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。
（4）CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似（如右图所示），但CaC2晶体中哑铃形C
的存在，使晶胞沿一个方向拉长。
CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C
数目为________。
解析 本题主要考查电子式的有关知识及晶胞的有关计算，意在考查化合物结构理论的综合运用能力。
（1）等电子体结构相似，则O
的电子式与C
相似，为[∶O⋮⋮O∶]2＋；1molO
中含有2molπ键，即2NA个π键。
（2）Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。
（3）丙烯腈中碳碳双键上碳原子采用的是sp2杂化，而C≡N键上的碳原子采用sp杂化，碳碳双键是平面结构，而C≡N是直线形结构，丙烯腈的结构为
，所以在同一直线上的原子最多为3个。
（4）如果晶胞按纵向拉长，则1个Ca2＋周围距离最近的C
为同一水平面上的4个。
答案
（1）[∶O⋮⋮O∶]2＋ 2NA
（2）1s22s22p63s23p63d10
（3）sp杂化、sp2杂化 3
（4）4
4．（8分）（2011·新课标）（10分）氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料。
以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN，如下图所示：
请回答下列问题：
（1）由B2O3制备BF3、BN的化学方程式依次是______________________、____________________。
（2）基态B原子的电子排布式为________；B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________。
（3）在BF3分子中，F—B—F的键角是________，B原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF
的立体构型为________。
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为________，层间作用力为________。
（5）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是__________________（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数为NA）g/cm3。
解析 本题主要考查新型陶瓷材料的制取、电子排布、杂化以及晶胞的有关计算，意在考查考生的推理分析能力。
（1）已知反应物和主要的生成物，根据原子守恒判断出次要生成物，写出化学方程式，配平即可。
（2）B原子核外有5个电子，其基态电子排布式为：
1s22s22p1；BN中N的电负性较大，N为－3价，那么B就为＋3价。
（3）因为BF3的空间构型为平面三角形，所以F—B—F的键角为120°。
（4）六方氮化硼晶体结构与石墨相似，故B、N以共价键相结合构成分子晶体，其层间作用力是分子间作用力。
答案
（1）B2O3＋3CaF2＋3H2SO4
2BF3↑＋3CaSO4＋3H2O
B2O3＋2NH3
2BN＋3H2O
（2）1s22s22p1 N ＋3
（3）120° sp2 正四面体
（4）共价键（极性共价键） 分子间作用力
（5）4 4
5．（8分）（2011·福建）氮元素可以形成多种化合物。
回答以下问题：
（1）基态氮原子的价电子排布式是__________________________________。
（2）C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是_________________________________。
（3）肼（N2H4）分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2（氨基）取代形成的另一种氮的氢化物。
①NH3分子的空间构型是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是________。
②肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是：
N2O4（l）＋2N2H4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）
ΔH＝－1038.7kJ/mol
若该反应中有4molN—H键断裂，则形成的π键有________mol。
③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。
N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内不存在______（填标号）。
a．离子键 b．共价键
c．配位键d．范德华力
（4）图①表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点（见图②），分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是________（填标号）。
a．CF4b．CH4
c．NH
d．H2O
解析 本题考查了原子核外电子排布、杂化轨道理论、分子结构等知识，同时考查了考生的观察能力和分析推理能力。
（3）肼分子中有4个N—H键，故有4molN—H键断裂时，有1mol肼发生反应，生成1.5molN2，则形成2×1.5mol＝3molπ键。
SO
中存在配位键、共价键，N2H
与SO
之间存在离子键，离子晶体中不存在范德华力。
（4）与4个氮原子形成4个氢键，要求被嵌入微粒能提供4个氢原子，并至少存在“N…H”、“H…O”、“H…F”三类键中的一种，对照条件知，NH
符合此要求。
答案
（1）2s22p3
（2）N>O>C
（3）①三角锥形 sp3 ②3 ③d
（4）c
6．（8分）2011年3月11日日本发生了9.0级强地震。
福岛第一核电站1号机组12日下午发生氢气爆炸。
随后在爆炸核电站周围检测到的放射性物质有碘 131和铯 137。
碘 131一旦被人体吸入，可能会引发甲状腺疾病。
日本政府计划向核电站附近居民发放防止碘－131辐射的药物碘片。
（1）Cs（铯）的最外层电子排布式为6s1，与铯同主族的前四周期（包括第四周期）的三种元素A、B、C的电离能如下表：
元素代号
A
B
C
第一电离能（kJ/mol）
520
496
419
那么三种元素A、B、C的元素符号分别为________，形成其单质晶体的化学键类型是________。
（2）F与I同主族，BeF2与氢气爆炸的生成物H2O都是由三个原子构成的共价化合物分子，二者分子中的中心原子Be和O的杂化方式分别是________、________。
（3）与碘同主族的氯具有较高的活泼性，能够形成大量的含氯化合物，如金属氯化物，非金属氯化物等。
BCl3是一种非金属氯化物，该物质分子中B—Cl键的键角为________。
（4）碘－131是碘单质，其晶胞结构如图①所示，该晶胞中含有________个I2分子；KI的晶胞结构如图②所示，每个K＋紧邻________个I－。
解析
（1）由铯的最外层电子排布式为6s1，可知A、B、C为第ⅠA族，而ⅠA族前四周期的元素分别为H、Li、Na、K，又由提供的A、B的第一电离能的差值与B、C的第一电离能的差值相差不大可知，A、B、C不可能有氢元素，而同主族元素随着电子层数的增加，第一电离能逐渐减小，故A、B、C分别为Li、Na、K。
（2）BeF2分子内中心原子为Be，其价电子数为2，F提供2个电子，所以Be原子的价层电子对数为（2＋2）/2＝2，Be原子的杂化类型为sp杂化；H2O分子的中心原子为O，其价电子数为6，H提供2个电子，所以O原子的价层电子对数为（6＋2）/2＝4，O原子杂化类型为sp3。
（3）硼原子价电子数为3，Cl提供3个电子，硼原子的价层电子对数为
＝3，因价层电子对中没有孤对电子，故BCl3为平面正三角形结构，分子中B—Cl键的键角为120°。
（4）由碘晶胞可知，I2在晶胞的8个顶点和6个面上，故一个晶胞中含有4个I2分子；KI晶胞与NaCl晶胞结构相似，每个K＋紧邻6个I－。
答案
（1）Li、Na、K 金属键
（2）sp sp3
（3）120°
（4）4 6
7．（8分）Mn、Fe均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离能数据列于下表：
元素
Mn
Fe
电离能/kJ/mol
I1
717
759
I2
1509
1561
I3
3248
2957
回答下列问题：
（1）Mn元素基态原子的价电子排布式为________，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2＋再失去一个电子比气态Fe2＋再失去一个电子难。
对此，你的解释是___________________________________________________。
（2）Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物。
①与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是________________________________________________________。
②六氰合亚铁离子[Fe（CN）6]4－中的配体CN－中C原子的杂化轨道类型是________，写出一种与CN－互为等电子体的单质分子的路易斯结构式________。
（3）金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如下图所示。
面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为________。
解析
（1）原子轨道处于全充满或半充满时能量较低，较稳定，故Mn的价电子排布式为：
3d54s2；Fe2＋转化为Fe3＋时，3d能级由3d6转变为较稳定的半充满状态3d5，而Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级却由较稳定的半充满状态3d5转变为3d4，所以气态Mn2＋再失一个电子比Fe2＋难。
（2）①形成配合物的中心原子要能提供空轨道，而配体中的分子或离子应能够提供孤对电子；②配体CN－中碳氮以碳氮三键相连，为直线形结构，碳原子的杂化轨道类型为sp；CN－为14电子的离子，故与CO、N2等互为等电子体，但符合题意的是N2（因题中限定为单质分子）。
（3）利用“均摊法”计算，面心立方晶胞中实际含有Fe原子的个数为8×1/8＋6×1/2＝4，体心立方晶胞中实际含有Fe原子的个数为8×1/8＋1＝2，故二者原子个数之比为2：
1。
答案
（1）3d54s2 由Mn2＋转化为Mn3＋时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需要的能量较多；而Fe2＋转化为Fe3＋时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态需要的能量相对要少
（2）①具有孤对电子 ②sp :
N≡N:
（3）2:
1
8．（8分）（2011·山东）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______________________。
（4）CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构，已知CaO晶体密度为ag/cm3，NA表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为________cm3。
解析 本题考查物质结构与性质，意在考查考生对原子核外电子排布、化学键、晶体等知识的理解和应用能力。
（1）氧原子基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4,2p轨道上有2个电子未成对。
（2）氢键属于分子间作用力，比化学键弱，但比范德华力强。
（3）H3O＋中O原子为sp3杂化。
（4）以1个晶胞为研究对象，1个晶胞中含有4个Ca2＋、4个O2－，根据m＝ρ·V，则
×4＝aV，V＝
。
答案
（1）2
（2）O—H键、氢键、范德华力
形成分子内氢键，而
形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大
（3）sp3 H2O中O原子有2对孤对电子，H3O＋中O原子只有1对孤对电子，排斥力较小
（4）
9．（10分）元素周期表中第二周期某些非金属元素的单质或化合物与能源、环保等社会热点问题密切相关，备受关注。
请回答下列问题：
（1）CO2是导致温室效应的主要气体，CO2分子的结构式为________。
CO2在高温高压下所形成的晶胞如右图所示。
该晶体属于________（填“分子”、“原子”、“离子”或“金属”）晶体，该晶体中碳原子的杂化形式为________。
（2）据最新报道，液氨有望成为汽车用清洁燃料。
氨分子的空间构型为________，氨易液化的主要原因是__________________________________。
（3）乙烯的年产量可用于衡量一个国家石油化学工业水平。
在乙烯分子中，σ键和π键的个数为________，乙烯分子是________（填“极性”或“非极性”）分子。
（4）含碳物质不完全燃烧会产生CO。
血红蛋白中含有Fe2＋，CO易与血红蛋白结合成稳定的配合物而使人中毒。
亚铁离子的基态电子排布式为__________________；CO有多种等电子体，其中常见的两种为________。
解析 干冰晶体是分子晶体，本题中给出的晶体是CO2在高温高压下所形成的，该晶体与二氧化硅晶体的结构相似，是原子晶体。
答案
（1）O===C===O 原子 sp3
（2）三角锥形 氨分子之间能形成氢键
（3）5:
1 非极性
（4）1s22s22p63s23p63d6 N2、CN－
10．（8分）水是生命之源，它与我们的生活密切相关。
在化学实验和科学研究中，水也是一种常用的试剂。
（1）氧原子在基态时，核外电子的轨道表示式为_____________________。
（2）写出与H2O分子互为等电子体的两种微粒______________________。
（3）水分子在特定条件下容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋）。
下列对上述过程的描述不合理的是________。
a．氧原子的杂化类型发生了改变
b．微粒的形状发生了改变
c．微粒的化学性质发生了改变
d．微粒中的键角发生了改变
（4）下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图（未按顺序排列）。
与冰的晶体类型相同的是________（请用相应的编号填写）。
（5）在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键（如图所示）。
已知冰的升华热是51kJ/mol，除氢键外，水分子间还存在范德华力（11kJ/mol），则冰晶体中氢键的“键能”是________kJ/mol。
（6）将白色的无水CuSO4溶解于水中，溶液呈蓝色，是因为生成了一种呈蓝色的配合离子。
生成此配合离子的离子方程式为_________________________。
解析 水形成水合氢离子（H3O＋）后，氧原子的杂化类型没有变（sp3），但微粒的形状由折线形变成了三角锥形。
（4）中所给图A、B、C、D、E分别是氧化钠、干冰、碘、金刚石和钠的晶胞图，冰、干冰、碘均为分子晶体。
平均每摩尔水形成2mol氢键，冰晶体中氢键的“键能”为
＝20kJ/mol。
答案
（1）
（2）H2S或NH
（3）a
（4）BC
（5）20
（6）Cu2＋＋4H2O===[Cu（H2O）4]2＋
11．（8分）（2011·江苏）原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。
回答下列问题：
（1）Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为________，1molY2X2含有σ键的数目为________。
（2）化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是______________________________________________________。
（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是__________________________________。
（4）元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是____________，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为______________________________________。
解析 本题考查杂化类型、化学键的判断，根据晶胞写化学式及物质沸点高低比较等知识，意在考查考生综合运用物质结构原理的能力。
X是形成化合物种类最多的元素，则为氢元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，则Y为碳元素；由Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子，推出Z为氮元素，W的原子序数为29，则为铜元素。
（1）C2H2中C原子轨道的杂化类型是sp杂化；1molC2H2中含有3molσ键，2molπ键。
（2）NH3的沸点比CH4高的原因是NH3分子间存在氢键，而氢键的作用力比普通的分子间作用力强。
（4）根据晶胞示意图，Cu为4个，Cl为8×
＋6×
＝4（个），则化学式为CuCl，其与浓盐酸发生非氧化还原反应生成HnCuCl3，由于Cu显＋1价，推出n＝2，则反应的化学方程式为：
2HCl＋CuCl===H2CuCl3。
答案
（1）sp杂化 3mol或3×6.02×1023个
（2）NH3分子间存在氢键
（3）N2O
（4）CuCl CuCl＋2HCl===H2CuCl3（或CuCl＋2HCl===H2[CuCl3]）
12．（10分）目前，全世界镍（Ni）的消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位，镍行业的发展蕴藏着巨大的潜力。
（1）基态Ni原子的核外电子排布式为_____________________________。
（2）已知配合物Ni（CO）4常温下为液态，易溶于CCl4、苯等有机溶剂，则固态Ni（CO）4属于________晶体。
（3）某配合物结构如下图所示，其分子内含有的作用力有________（填编号）。
A．氢键 B．离子键 C．共价键
D．金属键 E．配位键
（4）很多不饱和有机物在Ni催化下可与H2发生加成反应，CH2===CH2就是其中的一种。
CH2===CH2中含有________个π键，其中C原子的杂化方式为________。
（5）氢气是新型清洁能源，镧（La）和镍的合金可作储氢材料。
该合金的晶胞如右图所示，晶胞中心有一镍原子，其他镍原子都在晶胞面上。
该晶体的化学式是________。
解析
（1）Ni为28号元素，所以基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3e84s2。
（2）根据Ni（CO）4的物理性质可以判断固态Ni（CO）4为分子晶体。
（4）CH2===CH2中含有1个π键、5个σ键，分子结构为平面结构，中心原子为sp2杂化。
（5）根据均摊法计算即可。
答案
（1）1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
（2）分子
（3）ACE
（4）1 sp2杂化
（5）LaNi5或Ni5La
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