届高三化学二轮复习专题十二选修3答案及解析.docx
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届高三化学二轮复习专题十二选修3答案及解析
2019届高三化学二轮复习专题十二选修3—物质结构与性质训练题
1.五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）和六水硫酸亚铁铵[（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O]都是重要的化工原料,用途十分广泛。
请回答下列问题:
（1）基态Fe2+的核外电子排布式为 ;基态Cu+的电子占据的最高能级符号为 。
（2）氧元素的第一电离能小于氮元素,其原因是 。
（3）S
、H2O、N
三种微粒中,空间构型为正四面体的是 ;S
中硫原子的杂化轨道类型是 。
（4）写出与S
互为等电子体的分子的化学式:
（写一种）。
（5）Cu与Au的合金可形成面心立方最密堆积的晶体,在该晶胞中Cu原子处于面心,该晶体具有储氢功能,氢原子可进入Cu原子与Au原子构成的立方体空隙中,储氢后的晶胞结构（如图所示）与金刚石晶胞结构相似,该晶体储氢后的化学式为 ,若该晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞中Cu原子与Au原子中心的最短距离d= cm（NA表示阿伏加德罗常数的值）。
解析▶
（1）铁的核电荷数为26,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6;铜的核电荷数为29,基态Cu+电子排布为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10,其最高能级为3d。
（2）氮原子的2p轨道半充满,较稳定,不容易失去电子,故第一电离能比氧元素大。
（3）S
中含有4个σ键,没有孤电子对,所以其立体构型是正四面体形,硫原子采取sp3杂化;H2O分子中O原子的价层电子对数为2+
×（6-1×2）=4,为sp3杂化,含有2个孤电子对,空间构型为V形;N
中N原子的价层电子对数为4+
×（5-1-4×1）=4,为sp3杂化,不含有孤电子对,为正四面体形。
（4）原子数、价电子总数均相等的物质互为等电子体;与S
互为等电子体的分子的化学式为SiCl4或CCl4。
（5）该晶体中,H原子有4个,Cu原子数目为6×
=3,Au原子数目为8×
=1,该晶体储氢后的化学式为H4Cu3Au;该晶体的相对分子质量为393,若该晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞的体积为
cm3,晶胞的棱长a=
cm,从结构中看出,晶胞中Cu原子与Au原子中心的最短距离d为面对角线的一半,即
a=
·
cm。
答案▶
（1）1s22s22p63s23p63d6{或[Ar]3d6} 3d
（2）氮原子的2p轨道半充满,较稳定,不容易失去电子,故第一电离能比氧元素大
（3）S
、N
sp3
（4）SiCl4（其他合理答案均可）
（5）H4Cu3Au
·
2.硼和氮的单质及一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。
回答下列问题:
（1）B原子核外有 种不同运动状态的电子。
基态N原子中,能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为 。
（2）氮的单质除了N2外,还有N4、N6、N8等,现有两种结构的N4分子A和B,A的分子结构与白磷相似,其分子构型为 ;B分子的空间构型为平面三角形,氮原子的杂化方式为 。
（3）最先制得的全氮阴离子是
写出两种与
互为等电子体的分子的化学式:
。
（4）试从物质结构与性质的角度解释全氮化合物爆炸时可释放巨大能量的主要原因:
。
（5）晶体硼有多种变体,但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体（如图）,每个顶点为一个硼原子,每个三角形均为等边三角形。
则每一个此基本结构单元由 个硼原子构成;若该结构单元中有2个原子为10B（其余为11B）,那么该结构单元有 种不同类型。
解析▶
（1）原子核外没有两个运动状态完全相同的电子,有几个电子就有几种运动状态,B原子核外有5个电子,所以有5种不同运动状态的电子;基态N原子的电子排布式为1s22s22p3,能量由低到高,由里到外排布,则能量最高的电子所占据的原子轨道为2p轨道,呈哑铃形（或纺锤形）。
（2）白磷为正四面体结构,A的分子结构与白磷相似,则其为正四面体形;分子中4个N原子在同一平面上,存在N
N和N—N,所以价层电子对数为2+1=3,N原子的杂化方式为sp2杂化。
（3）等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同的微粒,与
互为等电子体的2种分子为CO2或N2O。
（4）全氮化合物爆炸时生成N2,N2分子中有
键能大,非常稳定。
（5）顶点数为
=12个（共20个面,每个面均为正三角形,有三个顶点,而每个顶点都同时属于5个面,所以有12个原子）;当选定1个顶点后,与它最近的顶点数为5个,然后就是5个和1个,即二取代物有3种,即该结构单元有3种不同类型。
答案▶
（1）5 哑铃形（或纺锤形）
（2）正四面体形 sp2
（3）CO2、N2O（其他合理答案均可）
（4）全氮化合物爆炸时生成氮气,氮气分子中含有氮氮三键,键能很大,非常稳定
（5）12 3
3.已知A、B、C、D、E、F为元素周期表中原子序数依次增大的前20号元素,A与B,C、D与E分别位于同一周期。
A原子L层上有2对成对电子,B、C、D的核外电子排布相同,其简单离子可形成一种C3DB6型离子晶体,CE、FA为电子数相同的离子晶体。
（1）写出A元素的基态原子价电子排布式:
。
（2）试解释工业冶炼D不以DE3而是以D2A3为原料的原因:
。
（3）许多+1价铜的配合物溶液能吸收CO和烯烃（如C2H4等）,CH3CH
CH2分子中3个C原子采取的杂化方式依次为 。
（4）在硫酸铜溶液中逐滴滴加氨水至过量,先出现蓝色沉淀,最后沉淀完全溶解。
写出此蓝色沉淀溶解的离子方程式:
。
（5）B的氢化物比氨气的熔、沸点略高,请解释原因:
。
（6）1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。
C60分子是形如球状的多面体（如图）,该结构的建立基于以下考虑:
ⅰ.C60分子中每个碳原子只与相邻的3个碳原子形成化学键;
ⅱ.C60分子只含有五边形和六边形;
ⅲ.多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:
顶点数+面数-棱边数=2。
据上所述,可推知C60分子中有12个五边形和20个六边形。
请回答下列问题:
①试估计C60跟B的单质在一定条件下,能否发生加成反应生成C60B60 （填“可能”或“不可能”）,并简述其理由:
。
②C70和C60结构类似,则C70分子中含有 个五边形和 个六边形。
解析▶ A、B、C、D、E、F为元素周期表中原子序数依次增大的前20号元素,A原子L层上有2对成对电子,则A是O元素,A和B同周期,且B的原子序数大于A,B能形成离子,则B是F元素;FA是离子化合物,F应该是+2价,属于ⅡA族,且F原子序数最大,但属于前20号元素,所以F是Ca元素;C、D与E位于同一周期,且原子序数依次增大,B、C、D的核外电子排布相同的简单离子可形成一种C3DB6型离子晶体,B显-1价,C和D的化合价都为正整数,由原子个数可知,C是+1价,D是+3价,且原子序数大于10,则C是Na元素,D是Al元素,CE为离子晶体,则E是Cl元素。
（3）CH3CH
CH2分子中甲基上的C原子含有4个共价单键,属于sp3杂化,碳碳双键两端上的碳原子含有3个σ键,属于sp2杂化。
（4）氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合离子和氢氧根离子,反应的离子方程式为Cu（OH）2+4NH3·H2O
[Cu（NH3）4]2++2OH-+4H2O。
（6）①该分子中含有碳碳单键和双键,双键能发生加成反应,由欧拉定理计算键数（即棱边数）:
60+（12+20）-2=90,设单键为x个,双键为y个,则x+y=90,2x+4y=4×60,解得x=60,y=30,即该分子中含双键30个,单键60个,C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60。
②设C70分子中五边形数为x,六边形数为y,依题意可得方程组:
×（5x+6y）=
×70,70+x+y-
×70=2,解得x=12,y=25。
答案▶
（1）2s22p4
（2）氯化铝为共价化合物,熔融时不能电离出自由移动的离子
（3）sp3、sp2、sp2
（4）Cu（OH）2+4NH3·H2O
[Cu（NH3）4]2++2OH-+4H2O
（5）氟化氢所形成的分子间氢键的强度比氨分子形成的分子间氢键的强度大
（6）①可能 1molC60分子中含有30mol双键,可以和30molF2发生加成反应形成C60F60
②12 25
4.太阳能电池板材料除单晶硅外,还有铜、铟、镓、硒等化学物质。
（1）基态铜原子的电子排布式为 ;已知高温下2CuO
Cu2O+
O2↑,从铜原子价层电子结构（3d和4s轨道上应填充的电子数）变化角度来看,能生成Cu2O的原因是 。
（2）硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物,则它们形成的最简单的氢化物中,分子构型分别为 ,若“Si—H”中共用电子对偏向氢原子,氢气与硒反应时单质硒是氧化剂,则硒与硅的电负性相对大小为Se （填“>”或“<”）Si。
人们把硅与氢元素形成的一类化合物叫作硅烷。
硅烷的组成、结构与相应的烷烃相似,硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图1所示,呈现这种变化的原因是 。
（3）与铟、镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性（价电子数少于价层轨道数）,其化合物可与具有孤电子对的分子或离子生成配合物,如BF3能与NH3反应生成BF3·NH3。
BF3·NH3中B原子的杂化轨道类型为 ,B与N之间形成 键。
（4）金刚砂（SiC）的硬度为9.5,其晶胞结构如图2所示,则金刚砂的晶体类型为 ,在SiC中,距每个C原子最近的C原子有 个;若SiC晶胞的边长为apm,则金刚砂的密度为 g·cm-3（用NA表示阿伏加德罗常数的值）。
解析▶
（1）铜的原子序数为29,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1;CuO中铜是+2价,价电子排布式为3d9,而Cu2O中铜是+1价,价电子排布式为3d10,后者处于稳定的全充满状态而前者不是,因此CuO能在一定条件下转化为更稳定的Cu2O。
（2）由于O与Se同族,C与Si同族,它们形成的最简单的氢化物中,H2O分子是V形结构,则H2Se也是V形结构,CH4是正四面体结构,则SiH4也是正四面体结构。
在Si—H中共用电子对偏向氢原子,即电负性:
氢>硅,氢气与硒反应时单质硒是氧化剂,则吸引电子能力:
硒>氢,所以电负性Se>Si。
由图像可知,在一系列硅烷中,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增强,所以熔、沸点升高。
（3）B元素最外层只有3个电子,但有4个轨道,所以可与具有孤电子对的分子或离子以配位键的形式形成配合物,因此在配合物BF3·NH3中B原子的杂化轨道类型为sp3杂化,在B和N之间形成配位键。
（4）金刚砂晶体是由C原子和Si原子形成的原子晶体,在该晶胞中含有的C原子数为4,Si原子数为
×8+
×6=4,即含有4个SiC,该晶胞为面心立方最密堆积,且C和Si可以互换,每两个C原子间最近的距离为面对角线的一半,所以与每个C原子距离最近的C原子有
=12个,已知晶胞的边长为apm,即a×10-10cm,其体积为a3×10-30cm3,质量为
g,则金刚砂的密度为
g·cm-3。
答案▶
（1）1s22s22p63s23p63d104s1{或[Ar]3d104s1}
CuO中铜的价层电子排布式为3d9,Cu2O中铜的价层电子排布式为3d10,后者处于稳定的全充满状态而前者不是,因而CuO能在一定条件下转化为更稳定的Cu2O
（2）V形、正四面体形 > 硅烷为分子晶体,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增强,熔、沸点升高
（3）sp3 配位
（4）原子晶体 12
5.光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。
Ti的某种晶型的氧化物M可用作光催化材料。
（1）基态Ti原子的价层电子排布图为 。
（2）在第四周期d区元素中,与Ti原子未成对电子数相同的元素名称是 。
（3）金属钛的原子堆积方式如图1所示,则金属钛晶胞的俯视图为 （填字母）。
（4）生活环境中的臭气源有氨气、甲硫醇（CH3—SH）等,M可以作为高效除臭剂。
与氨气互为等电子体的阳离子为 ;甲硫醇中硫原子采取的杂化方式为 ;与S位于同一周期,且第一电离能小于S的非金属元素的符号为 ;已知甲硫醇熔、沸点小于甲醇（CH3OH）,试解释此差异的主要原因:
。
（5）M的晶胞结构如图2所示,M的化学式为 。
（6）石墨烯是单个原子厚度的二维碳纳米材料（如图3）,其比表面积大（比表面积指单位质量物料所具有的总面积）。
石墨烯与M的结合使用,极大地提高了M的光催化效果。
在石墨烯晶体中,每个最小的六元环占有 个C原子。
已知石墨烯中C—C键的键长为apm,则单层石墨烯的比表面积为 m2·g-1（NA表示阿伏加德罗常数的数值,忽略碳原子的厚度）。
解析▶
（1）Ti的原子序数为22,根据能级图及能量构造原理可得核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,其价层电子排布式为3d24s2,电子排布图为
。
（2）Ti原子未成对电子数为2,在第四周期d区元素中,与Ti原子未成对电子数相同的元素的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,为镍元素。
（3）根据金属钛的原子堆积方式可知,该堆积方式为ABABABAB……镁型堆积,晶胞结构为
金属钛晶胞的俯视图为D项。
（4）与氨气互为等电子体的阳离子有H3O+;甲硫醇（CH3—SH）中硫原子与2个原子相连,含有2个孤电子对,采取sp3杂化;同一周期,从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素,与S位于同一周期,且第一电离能小于S的非金属元素为Si;甲醇分子间有氢键,甲硫醇不能形成氢键,因此甲硫醇熔、沸点小于甲醇。
（5）根据M的晶胞结构可知,O原子数目为2+4×
=4,Ti原子数目为1+8×
=2,则M的化学式为TiO2。
（6）根据图示可知,六元环的每个顶点被3个六元环共用,在石墨烯晶体中,每个最小的六元环占有的碳原子数为6×
=2,12g（1mol）石墨烯实际占有的六边形的个数为
NA,所以12g石墨烯的总面积为
NA×
×（
a×10-12）×（a×10-12）×6×2=
a2NA×10-24m2,则单层石墨烯的比表面积为
=
a2NA×10-24m2·g-1。
答案▶
（1）
（2）镍
（3）D
（4）H3O+ sp3 Si 甲醇分子间有氢键
（5）TiO2
（6）2
a2NA×10-24
6.有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素（原子序数均小于30）。
A的基态原子2p能级有3个单电子;C的基态原子2p能级有1个单电子;E原子最外层有1个单电子,其次外层有3个能级且均排满电子;D与E同周期,价电子数为2。
则:
（1）D的元素符号为 。
1个A的单质分子中π键的个数为 。
（2）B元素的氢化物的沸点是同族元素氢化物中最高的,原因是 。
（3）A、B、C三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 （用元素符号表示）。
（4）写出基态E原子的价电子排布式:
。
（5）A的最简单氢化物分子的空间构型为 ,其中A原子的杂化类型是 。
（6）C和D形成的化合物的晶胞结构如图所示,已知晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,求晶胞边长a= cm（用含ρ、NA的计算式表示）。
解析▶ N元素（A）的基态原子的电子排布式为1s22s22p3,F元素（C）的基态原子的电子排布式为1s22s22p5,所以B是O元素,最外层只有1个电子且次外层3个能级均排满电子的原子的序号是29,所以E是Cu元素,其基态原子的价电子排布式为3d104s1,价电子数为2的第四周期元素是20号元素Ca（D）。
（1）N2的结构式为N≡N,每个分子中含有1个σ键和2个π键。
（2）H2O分子间存在氢键使得熔、沸点较高。
（3）同周期元素第一电离能随原子序数的增大呈逐渐增大的趋势,但由于N原子的2p轨道上有3个电子,为半充满状态,较稳定,不易失去电子,所以第一电离能F>N>O。
（5）NH3分子中N原子的轨道杂化数是
=4,杂化方式是sp3,但由于有一对孤对电子未参与成键,所以是三角锥形结构。
（6）由晶胞示意图可知,黑球位于晶胞的顶点（8个）和面心（6个）,所以平均每个晶胞中含有黑球8×
+6×
=4个,白球位于晶胞的内部（8个）,所以黑球代表Ca,白球代表F,则ρ=
g·cm-3,解得a=
cm。
答案▶
（1）Ca 2
（2）H2O分子间存在氢键
（3）F>N>O
（4）3d104s1
（5）三角锥形 sp3
（6）
7.锰的单质及其化合物的用途非常广泛。
回答下列问题:
（1）基态锰原子的核外电子排布式为 ,其d轨道中未成对电子数为 。
（2）MnO的熔点（1650℃）比MnS的熔点（1610℃）高,它们都属于 晶体。
前者熔点较高的原因是 。
图1
（3）锰的一种配合物的化学式为Mn（BH4）2（THF）3,THF的结构简式如图1所示。
①在THF中与Mn2+形成配位键的原子为 （填符号）。
②B
的空间构型为 ,其中B原子的杂化轨道类型为 。
③写出两种与B
互为等电子体的分子或离子:
。
（4）一种磁性材料的单晶胞结构如图2所示。
图2
①该晶胞中碳原子的原子坐标为 。
②Mn在晶体中的堆积方式为 （填“简单立方”“体心立方”“面心立方最密”或“六方最密”）堆积。
③若该晶胞的边长为apm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则该晶体的密度为 g·cm-3（用含a、NA的代数式表示）。
答案▶
（1）1s22s22p63s23p63d54s2{或[Ar]3d54s2} 5
（2）离子 MnO的晶格能更大
（3）①O
②正四面体形 sp3
③CH4、SiH4（或N
等其他合理答案）
（4）①（
）
②面心立方最密
③
8.铬、锰、铁、钴、镍等过渡金属元素的单质及其化合物在工农业、国防、科技等领域具有广泛的应用。
（1）基态Cr原子中有 个未成对电子,最外层电子所在能级的电子云形状为 。
（2）过渡金属离子与水分子形成的配合物是否有颜色与其d轨道电子排布有关,一般地,d轨道的电子排布为d0或d10时,无颜色;d轨道的电子排布为d1~d9时,有颜色。
则[Mn（H2O）6]2+ （填“无”或“有”）颜色。
（3）不同温度下,铁单质晶胞的两种堆积方式分别如图1、图2所示:
①图1和图2中Fe原子的配位数分别为 和 。
②若图2的晶体密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中两个最近的Fe原子之间的距离为 pm（用含ρ、NA的代数式表示）。
（4）已知MgO与NiO的晶体结构（如图3）相同,其中Mg2+和Ni2+的半径分别为66pm和69pm。
则熔点:
MgO （填“>”“<”或“=”）NiO,理由是 。
若NiO晶胞中离子坐标参数A为（0,0,0）,B为（1,1,0）,则C离子坐标参数为 。
（5）一定温度下,NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”,该结构可看作O2-作密置单层排列,Ni2+填充其中（如图4）,已知O2-的半径为am,每平方米面积上分散的该晶体的质量为 g。
（用含a、NA的代数式表示）
解析▶
（1）Cr在元素周期表中位于第四周期ⅥB族,原子序数是24,原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1,其3d和4s轨道都是半充满较稳定结构,故有6个未成对电子;最外层电子所在能级的电子云形状为球形。
（2）Mn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,其d轨道上有5个电子,故[Mn（H2O）6]2+有颜色。
（3）①图1中Fe原子在顶点和面心,则配位数为4×3=12,图2中Fe原子在顶点和体心,则配位数为8。
②晶胞中,铁原子的个数为8×
+1=2,设晶胞边长为acm,则体对角线为
acm,则ρ=
g·cm-3,求得a=2×
×1010pm,则最短距离为
a=
×
×1010pm。
（4）NiO、MgO的晶体结构类型均与氯化钠相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与离子键的强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。
由于Ni2+半径大于Mg2+,所以熔点MgO>NiO。
若NiO晶胞中离子坐标参数A为（0,0,0）,B为（1,1,0）,则由图可看出C离子坐标参数为（1,
）。
（5）根据结构可知,O2-和相邻的Ni2+之间的距离为2am,距离最近的两个阳离子核间的距离是距离最近的O2-和Ni2+距离的
倍,所以其距离是2
am;根据图像可知,每个氧化镍所占的面积为2a×2a×sin60°m2,则每平方米含有的氧化镍个数为
=
每个氧化镍的质量为
g,所以每平方米含有的氧化镍质量为
×
g=
g。
答案▶
（1）6 球形
（2）有
（3）①12 8
②
×
×1010
（4）> Mg2+半径比Ni2+小,故MgO的晶格能比NiO大 （1,
）
（5）
或
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