2020届高考化学考前冲刺提分训练：物质结构和性质综合题【答案+详解、课后总结】

——物质结构与性质综合题

【提分训练】

1．金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广泛。

(1)基态Ga原子中有________种能量不同的电子，其价电子排布式为________________。

(2)第四周期的主族元素中，基态原子未成对电子数与镓相同的元素有________________(填元素符号)。

(3)三甲基镓[(CH3)3Ga]是制备有机镓化合物的中间体。

①在700 ℃时，(CH3)3Ga和AsH3反应得到GaAs，化学方程式为___________________________________________________________________。

②(CH3)3Ga中Ga原子的杂化方式为________________________________；

AsH3的空间构型是______________________________________________。

(4)GaF3的熔点为1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是___________________________________________________________________。

(5)砷化镓是半导体材料，其晶胞结构如图所示。

①晶胞中与Ga原子等距离且最近的As原子形成的空间构型为____________________。

②原子坐标参数是晶胞的基本要素之一，表示晶胞内部各原子的相对位置。图中a(0,0,0)、b1，12，12，则c原子的坐标参数为__________________________。

③砷化镓的摩尔质量为M g·mol－1，Ga的原子半径为p nm，则晶体的密度为____________g·cm－3。

解析 (1)Ga元素核外电子排布式为：

1s22s22p63s23p63d104s24p1，其中不同的原子轨道能量不同，因此共有8种不同能量的电子，其价电子排布式为：4s24p1。

(2)基态Ga原子未成对电子数是1，第四周期的主族元素中，基态原子未成对电子数也是1的为K和Br。

(5)①由晶胞结构示意图可知，砷化镓的晶胞与金刚石的晶胞相似，两种原子的配位数均为4，即Ga原子周围与之等距且最近的As原子有4个，形成正四面体结构，Ga处于正四面体的中心；②晶胞中距离a球最远的黑球c与a球的连线处于晶胞体对角线上，根据几何原理二者距离等于体对角线长度的3/4，该黑色球c距离各坐标平面距离均为晶胞棱长的3/4，由坐标参数可知晶胞棱长为1，故该黑色球c到各坐标平面的距离均为3/4，故该黑色球的坐标参数为34，34，34；③晶胞中含Ga原子数为8×18＋6×12＝4，As原子数目为4，则晶胞中含有GaAs的数目为4，晶胞的质量为4MNA g；根据晶胞的结构可知，晶胞的面对角线长度应为两个砷原子直径的长度之和，即砷原子半径为晶胞面对角线的1/4，则晶胞边长a＝4p2×10－7 cm，晶胞的体积为a3＝32p32×10－21 cm3，故晶胞的密度ρ＝4MNA ga3＝4MNA32p32×10－21g·cm－3＝2M8NAp3×1021 g·cm－3。

答案 (1)8 4s24p1

(2)K、Br

(3)①(CH3)3Ga＋AsH3=====高温GaAs＋3CH4 ②sp2 三角锥形

(4)GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体

(5)①正四面体 ②34，34，34 ③2M8NAp3×1021

2．氟及其化合物用途非常广泛。回答下列问题：

(1)聚四氟乙烯商品名称为“特氟龙”，可做不粘锅涂层。它是一种准晶体，该晶体是一种无平移周期序、但有严格准周期位置序的独特晶体。可通过________________________________________________________________________方法区分晶体、准晶体和非晶体。

(2)基态锑(Sb)原子价电子排布的轨道式为________________。[H2F]＋[SbF6]－(氟酸锑)是一种超强酸，存在[H2F]＋，该离子的空间构型为________________，依次写出一种与[H2F]＋具有相同空间构型和键合形式的分子和阴离子分别是________________、________________。

(3)硼酸(H3BO3)和四氟硼酸铵(NH4BF4)都有着重要的化工用途。

①H3BO3和NH4BF4涉及的四种元素中第二周期元素的第一电离能由大到小的顺序____________(填元素符号)。

②H3BO3本身不能电离出H＋，在水中易结合一个OH－生成[B(OH)4]－，而体现弱酸性。[B(OH)4]－中B原子的杂化类型为________________。

③NH4BF4(四氟硼酸铵)可用作铝或铜焊接助熔剂、能腐蚀玻璃等。四氟硼酸铵中存在____________(填序号)。

A．离子键 B．σ键

C．π键 D．氢键

E．范德华力

(4)SF6被广泛用作高压电气设备绝缘介质。SF6是一种共价化合物，可通过类似于Born­Haber循环能量构建能量图(见图a)计算相联系的键能。则S—F的键能为____________kJ·mol－1。

(5)CuCl的熔点为426 ℃，熔化时几乎不导电；CuF的熔点为908 ℃，密度为7.1 g·cm－3。

①CuF比CuCl熔点高的原因是_________________________________。

②已知NA为阿伏加德罗常数。CuF的晶胞结构如上“图b”。则CuF的晶胞参数a＝________________nm (列出计算式)。

解析 (2)锑为51号元素，Sb位于第五周期VA族，则基态锑(Sb)原子价电子排布的轨道式为 ； [H2F]＋中中心原子F的价层电子对数为2＋7－1－2×12＝4，σ键电子对数为2，该离子的空间构型为V形，与[H2F]＋具有相同空间构型和键合形式的分子为H2O、阴离子为NH－2。

(3)①涉及的四种元素中第二周期元素是B、N、O、F，同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势，N的2p能级半充满较稳定，N的第一电离能大于O，则第一电离能由大到小的顺序为F＞N＞O＞B。

②[B(OH)4]－中B的价层电子对＝4＋1/2(3＋1－4×1)＝4，B采取sp3杂化。

③铵根离子中含3个σ键和1个配位键，氟硼酸根离子中含3个σ键和1个配位键，铵根离子和氟硼酸根离子以离子键相结合，则四氟硼酸铵中存在离子键、σ键、配位键。

(4)由图a可知，气态基态S(g)和6F(g)原子形成SF6(g)释放的能量为1 962 kJ，即形成6 mol S—F键释放的能量为1 962 kJ，则形成1 mol S—F键释放的能量为1 962 kJ÷6＝327 kJ，则S—F的键能为327 kJ·mol－1。

(5)①CuCl的熔点为426 ℃，熔化时几乎不导电，CuCl是分子晶体，而CuF的熔点为908 ℃，CuF为离子晶体，CuF离子晶体的晶格能大于CuCl分子间范德华力，故CuF比CuCl熔点高。

②晶胞中Cu＋数目为8×1/8＋6×1/2＝4，F－数目为4，故晶胞质量＝(4×64＋4×19)g÷NA＝(4×83)/NA g，根据4×83NA＝7.1 g/cm3×(a×10－7 cm)3，a＝34×837.1NA×107 nm。

答案 (1)X­射线衍射

(2) V形 H2O NH－2

(3)①F＞N＞O＞B ②sp3 ③AB

(4)327

(5)①由两者的熔点可知，CuCl是分子晶体，而CuF为离子晶体，CuF离子晶体的晶格能大于CuCl分子间范德华力 ② 34×837.1NA×107

3．前四周期元素A、B、C、D、E的原子序数依次增大，A元素原子的核外电子只有一种运动状态；基态B原子s能级的电子总数比p能级的多1；基态C原子和基态E原子中成对电子数均是未成对电子数的3倍；D形成简单离子的半径在同周期元素形成的简单离子中最小。回答下列问题：

(1)元素A、B、C中，电负性最大的是____________(填元素符号，下同)，元素B、C、D第一电离能由大到小的顺序为________________。

(2)与同族其他元素X形成的XA3相比，BA3易液化的原因是___________________________________________________________________；

BA3分子中键角________109°28′(填“＞”“＜”或“＝”)，原因是___________________________________________________________________。

(3)BC－3离子中B原子轨道的杂化类型为________________，BC－3离子的立体构型为____________________________________________________________。

(4)基态E原子的电子排布式为________________；C、E形成的化合物EC5(其中E的化合价为＋6)中σ键与π键数目之比为________________。

(5)化合物DB是人工合成的半导体材料，它的晶胞结构与金刚石(晶胞结构如图所示)相似。若DB的晶胞参数为a pm，则晶体的密度为____________g·cm－3(用NA表示阿伏加德罗常数)。

解析 A元素原子的核外电子只有一种运动状态，A为H元素；基态B原子s能级的电子总数比p能级的多1，核外电子排布为1s22s22p3，为N元素；基态C原子和基态E原子中成对电子数均是未成对电子数的3倍，核外电子排布为1s22s22p4、1s22s22p63s23p63d54s1，则C为O元素，E为Cr元素；D形成简单离子的半径在同周期元素形成的简单离子中最小，则D为Al元素。

(3)NO－3离子中N原子的价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋5＋1－2×32＝3，采用sp2杂化，立体构型为三角形。

(4)E为Cr元素，基态E原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)；C、E形成的化合物CrO5(其中E的化合价为＋6)，结构为，其中σ键与π键数目之比为7∶1。

(5)AlN晶胞中含有N或Al原子数为4,8×18＋6×12＝4，晶胞质量为4×(27＋14)NAg，因此晶胞的密度＝4×(27＋14)NA g(a×10－10 cm)3＝164a3NA×1030

g·cm－3。

答案 (1)O N＞O＞Al

(2)NH3分子间易形成氢键 ＜ 孤电子对对成键电子对的排斥作用强于成键电子对之间的排斥作用

(3)sp2 三角形

(4)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1) 7∶1

(5)164a3NA×1030

4．(2019·全国卷Ⅰ)在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一