2020高考化学二轮刷题第一部分--专题11

『经典题组』1．磷酸铁锂电池是绿色环保型电池，电池的总反应为：Li1－xFePO4＋LixC6===LiFePO4＋C6。(1)LiFePO4中Fe2＋的价电子排布图(轨道表达式)为________，该电池反应物中涉及第二周期的元素的第一电离能由大到小的顺序是________(用元素符号表示)。(2)H3PO4和H2CO3中P和C原子的杂化方式________(填“相同”或“不相同”)。PO3－4的空间结构为________。(3)石墨可用作锂离子电池的负极材料，Li＋嵌入石墨的两层间，导致石墨的层堆积方式发生改变，形成化学式为LixC6的嵌入化合物。某石墨嵌入化合物的平面结构如右图所示，则x＝________；若每个六元环都对应一个Li＋，则化学式为________。(4)某金属锂的硼氢化物是优质固体电解质，并具有高储氢密度。阳离子为Li＋，阴离子是由12个硼原子和12个氢原子所构成的离子团。阴离子在晶胞中位置如图所示，其堆积方式为________，Li＋占据阴离子组成的所有正四面体中心，该化合物的化学式为________(用最简整数比表示)。假设晶胞边长为anm，则两个最近的Li＋的距离为________nm。答案(1)OCLi(2)不相同正四面体(3)1LiC2(4)面心立方堆积LiB6H6a2解析(1)铁元素是26号元素，Fe2＋核外有24个电子，Fe2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，价电子排布图为；该电池反应物中涉及第二周期的元素有Li、C、O，同周期元素从左到右，第一电离能有增大的趋势，所以第一电离能由大到小的顺序是OCLi。(2)价电子对数等于其杂化轨道数，H3PO4中P原子的杂化轨道数是4，P原子杂化方式是sp3，H2CO3中C原子的杂化轨道数是3，C原子杂化方式是sp2，杂化方式不同；PO3－4中P原子的杂化轨道数是4，无孤电子对，所以PO3－4空间结构为正四面体。(3)根据均摊原则，每个碳环实际占用2个碳原子，每个锂离子占用碳环是1＋6×13＝3，石墨嵌入化合物的Li、C原子数比为1∶6，所以LixC6中x＝1；若每个六元环都对应一个Li＋，则石墨嵌入化合物的Li、C原子数比为1∶2，所以化学式是LiC2。(4)根据阴离子在晶胞中位置图，阴离子在晶胞顶点和面心，所以堆积方式为面心立方堆积；根据“均摊法”，阴离子数8×18＋6×12＝4，Li＋占据阴离子组成的所有正四面体中心，晶胞中共8个锂离子，故该化合物的化学式为LiB6H6；根据晶胞结构，Li＋占据阴离子组成的所有正四面体中心，晶胞边长为anm，所以两个最近的Li＋的距离为相邻的两个正四面体的体心间距，是晶胞边长的一半，即a2nm。2．硼及其化合物在新材料、工农业生产等方面用途很广。请回答下列问题：(1)B元素的基态原子的核外电子排布图为________，第二周期中第一电离能比B小的元素为________。(2)三氟化硼常用作有机反应的催化剂，其分子的立体构型为________，中心原子的杂化类型为________。(3)B的一种天然矿藏化学式为Na2[B4O5(OH)4]·8H2O，其阴离子结构单元是由两个H3BO3和两个[B(OH)4]－缩合而成的双六元环，结构式如图1，该阴离子含配位键，请在图1中用“→”标出其中的配位键。该阴离子可相互结合形成链状结构，其可能的原因是____________________________。(4)科学家发现硼化镁在39K时有超导性，理想的硼化镁晶体是镁原子和硼原子分层排布，即一层镁一层硼相间排列。如图2是该晶体微观结构中取岀的部分原子沿z轴方向的投影(白球是镁，黑球是硼)。则硼化镁的化学式为________。(5)磷化硼(BP)可作为金属表面的保护薄膜，其晶胞如图3所示，在BP晶胞中P占据的是硼原子堆积的________(选填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)空隙。建立如图4所示坐标系，可得晶胞中A、C处原子的分数坐标，则M、N处的P原子分数坐标分别为________、________，若晶胞中硼原子和磷原子之间的最近核间距为apm，则晶胞边长为________cm。答案(1)Li(2)平面正三角形sp2(3)阴离子通过氢键相互结合形成链状结构(4)MgB2(5)正四面体M（14，34，34）N（34，34，14）4a3×10－10解析(1)B原子核外电子排布图为；同周期元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，同一周期的第ⅡA的Be处于2s轨道的全充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素(B、Li)，故第二周期中第一电离能比B小的元素为Li。(2)BF3分子的中心B原子孤电子对数＝3－1×32＝0，价层电子对数＝3＋0＝3，分子空间构型为平面正三角形，中心B原子的杂化轨道类型为sp2。(3)形成4个键的B原子中含有1个配位键，氢氧根离子中氧原子与B原子之间形成配位键，用“→”标出其中的配位键为：，该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。(4)根据投影可知，1个B原子为3个Mg原子共用，1个Mg原子为6个B原子共用，由此可知Mg、B原子数目之比为1∶2，故硼化镁的化学式为MgB2。(5)B原子处于晶胞的顶点与面心，P原子与距离最近的4个B原子形成正四面体构型，P处于正四面体的中心；根据图示坐标系，可知M、N两点的坐标分别为M（14，34，34）N（34，34，14）。P原子与周围的4个B原子最近且形成正四面体结构，二者连线处于体对角线上，为体对角线的14，由于硼原子和磷原子之间的最近核间距为apm，则立方体的体对角线长为4apm，假设每条边长为xpm，则3×x＝4apm，所以晶胞的边长x＝4a3pm＝4a3×10－10cm。3．常见的太阳能电池有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、GaAs太阳能电池及铜铟镓硒薄膜太阳能电池等。(1)基态亚铜离子(Cu＋)的价层电子排布式为________；高温下CuO容易转化为Cu2O，试从原子结构角度解释原因：______________________。(2)H2O的沸点高于H2Se的沸点(－42℃)，其原因是______________。(3)GaCl3和AsF3的立体构型分别是________，________。(4)硼酸(H3BO3)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。①[B(OH)4]－中B原子的杂化类型为________。②[B(OH)4]－的结构式为______________________________。答案(1)3d10Cu2O中Cu＋的价层电子排布处于稳定的全充满状态(2)水分子间存在氢键，H2Se分子间无氢键(3)平面三角形三角锥形(4)①sp3②解析(1)Cu原子失去1个电子生成Cu＋，Cu＋核外有28个电子，失去的电子是其最外层电子，根据构造原理知Cu＋基态核外电子排布式1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10，则基态亚铜离子(Cu＋)的价层电子排布式为3d10；原子轨道处于全空、半满或全满时最稳定，Cu2＋的价电子排布式为3d9，而Cu＋的价电子排布式为3d10全充满状态，故高温下CuO容易转化为Cu2O。(3)GaCl3中价层电子对个数＝3＋12×(3－3×1)＝3，且没有孤电子对，所以其空间构型是平面三角形；AsF3中价电子对个数＝3＋12×(5－3×1)＝4，有一个孤电子对，所以其空间构型是三角锥形。『高考题组』1．(2019·全国卷Ⅰ)在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒，其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要材料。回答下列问题：(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是________(填标号)。A．[Ne]B．[Ne]C．[Ne]D．[Ne](2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________、________。乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是_______________，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2＋”或“Cu2＋”)。(3)一些氧化物的熔点如下表所示：氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/℃1570280023.8－75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_______________________________________________。(4)图a是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图b是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x＝________pm，Mg原子之间最短距离y＝________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是________g·cm－3(列出计算表达式)。答案(1)A(2)sp3sp3乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键Cu2＋(3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O，分子间作用力(相对分子质量)P4O6SO2(4)24a34a8×24＋16×64NAa3×10－30解析(1)根据影响电离能大小的因素(有效核电荷数、微粒半径和电子层结构)可知，A中电离最外层一个电子所需能量最大。(2)乙二胺中N、C原子价层电子对数均为4，均采用sp3方式杂化。乙二胺中氮原子有孤对电子，Mg2＋、Cu2＋存在空轨道，两者易形成配位键。由于半径Cu2＋＞Mg2＋，Cu2＋的配位数比Mg2＋大，故乙二胺与Cu2＋形成的配合物更稳定。(3)晶体的熔点高低与晶体类型以及晶体微粒间的作用力有关。Li2O、MgO是离子晶体，离子晶体的晶格能大小影响了晶体熔点的高低，晶格能越大，晶体熔点越高；P4O6、SO2为分子晶体，分子晶体的熔点高低取决于分子间作用力的大小，分子间作用力越大，晶体熔点越高。(4)由图b可知，立方格子面对角线长为2apm，即为4个Cu原子直径之和，则Cu原子之间最短距离为24apm。由图b可知，若将每个晶胞分为8个小立方体，则Mg原子之间最短距离y为晶胞内位于小立方体体对角线中点的Mg原子与顶点Mg原子之间的距离(如右上图所示)，即小立方体体对角线长的一半，则y＝a2pm×3×12＝34apm。由图a可知，每个晶胞含Mg原子8×18＋6×12＋4＝8个，含Cu原子16个，则MgCu2的密度ρ＝8×24＋16×64a×10－103NAg·cm－3。2．(2019·全国卷Ⅱ)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe­Sm­As­F­O组成的化合物。回答下列问题：(1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为________，其沸点比NH3的________(填“高”或“低”)，其判断理由是____________。(2)Fe成为阳离子时首先失去____________轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3＋价层电子排布式为____________。(3)比较离子半径：F－________O2－(填“大于”“等于”或“小于”)。(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们的关系表达式：ρ＝________g·cm－3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为12，12，12，则原子2和3的坐标分别为________、________。答案(1)三角锥形低NH3分子间存在氢键(2)4s4f5(3)小于(4)SmFeAsO1－xFx2[281＋161－x＋19x]a2cNA×10－30