2020年高考化学之考前抓大题10-物质结构与性质(二)(解析版)

大题10物质结构与性质（二）1．锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：（1）Zn原子核外电子排布式为________。（2）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是______________________。（3）ZnF2具有较高的熔点(872℃)，其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂__。（4）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为______。（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。【答案】（1）[Ar]3d104s2(或1s22s22p63s23p63d104s2)（2）大于Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子（3）离子键ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小（4）平面三角形sp2（5）六方最密堆积(A3型)2A6563N6ac4【解析】（1）Zn原子核外有30个电子，分别分布在1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s能级上，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2，故答案为：1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2；（2）轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定，失去电子需要的能量较大，Zn原子轨道中电子处于全满状态，Cu失去一个电子内层电子达到全充满稳定状态，所以Cu较Zn易失电子，则第一电离能Cu＜Zn，故答案为：大于；Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子；（3）离子晶体熔沸点较高，熔沸点较高ZnF2，为离子晶体，离子晶体中含有离子键；根据相似相溶原理知，极性分子的溶质易溶于极性分子的溶剂，ZnF2属于离子化合物而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为共价化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2分子极性较小，乙醇、乙醚等有机溶剂属于分子晶体极性较小，所以互溶，故答案为：离子键；ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小；（4）ZnCO3中，阴离子CO32-中C原子价层电子对个数=3+4+2-322=3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断碳酸根离子空间构型及C原子的杂化形式分别为平面正三角形、sp2杂化，故答案为：平面正三角形；sp2；（5）金属锌的这种堆积方式称为六方最密堆积，该晶胞中Zn原子个数=12×16+2×12+3=6，六棱柱底边边长为acm，高为ccm，六棱柱体积=[(6×234a)×3×c]cm3，晶胞密度=2A6563NamV6c=4，故答案为：六方最密堆积(A3型)；2A6563N6ac4。【点睛】本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、微粒空间构型判断、原子杂化方式判断、原子核外电子排布等知识点，侧重考查学生分析、判断、计算及空间想像能力，熟练掌握均摊分在晶胞计算中的正确运用、价层电子对个数的计算方法，注意：该晶胞中顶点上的原子被6个晶胞共用而不是8个，为易错点。2．2018年4月23日，中国人民海军成立69周年。提到海军就不得不提航空母舰，我国正在建造第三艘航空母舰。镍铬钢抗腐蚀性能强，可用于建造航母。（1）航母甲板镍铬钢表面涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷（结构如图甲所示）。基态Cr原子的价电子排布式为_____________，基态Si原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_____________形，元素C、O、F的电负性由大到小的顺序为_____________。（2）海洋是元素的摇篮，海水中含有大量F、Cl、Br、I元素。①OF2的空间构型为_____________，其中O原子杂化方式为_____________杂化。②KCl晶体中存在的化学键类型有_____________；CaCl2熔点要比KCl的熔点高很多，主要原因为____________________________________________________________________。（3）海底金属软泥是在海洋底覆盖着的一层红棕色沉积物，蕴藏着大量的资源，含有硅、氧化铁、锰、锌等。Zn2+与S2-形成的一种晶胞结构如图乙所示（黑球表示Zn2+，白球表示S2-），Zn2+的配位数为_____________。晶胞边长为anm、ZnS相对分子质量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为_____________g·cm-3。【答案】（1）3d54s1哑铃F＞O＞C（2）①V形sp3②离子键Ca2+半径比K+小，Ca2+所带电荷数比K+多，CaCl2的晶格能更高（3）4213A4M10aN【解析】【分析】（1）依据原子核外电子排布规则写出基态Cr原子的价电子排布式；依据Si的核外电子排布式可知其最高能级为3p能级，3p能级电子云轮廓图为哑铃形；根据C、O、F的非金属性推断其电负性；（2）①OF2分子的中心原子为O原子，其中含有的孤电子对数为2，σ键数为2，价层电子对数为4，所以OF2的空间构型为V形，其中O原子的杂化方式为sp3杂化；②氯化钾为离子晶体，存在的化学键为离子键；钙离子的半径比钾离子小，钙离子所带电荷数比钾离子多，氯化钙的晶格能更高，所以氯化钙的熔点更高。（3）通过硫化锌的晶胞结构分析锌离子的周围与之等距离的硫离子，即可知锌离子的配位数；通过硫化锌的晶胞结构可知锌离子的数目为41=4，含有硫离子的数目为116+8=428，一个晶胞的体积为(a×10-7)3cm3，由密度公式计算晶体的密度。【详解】（1）Cr为24号元素，核电荷数为24，故基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1；Si元素为14号元素，核电荷数为14，核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，最高能级为3p能级，3p能级电子云轮廓图为哑铃形；非金属性：F＞O＞C，则C、O、F的电负性由大到小的顺序为F＞O＞C。（2）①OF2分子的中心原子为O原子，其中含有的孤电子对数为2，σ键数为2，价层电子对数为4，所以OF2的空间构型为V形，其中O原子的杂化方式为sp3杂化；②氯化钾为离子晶体，存在的化学键为离子键；钙离子的半径比钾离子小，钙离子所带电荷数比钾离子多，氯化钙的品格能更高，所以氯化钙的熔点更高。（3）由硫化锌的晶胞结构可知，每个锌离子的周围与之等距离的硫离子有4个，所以锌离子的配位数为4；一个晶胞中含有锌离子的数目为4，含有硫离子的数目为4，一个晶胞的体积为(a×10-7)3cm3，则晶体的密度为213A4M10aN。【点睛】计算晶胞密度时，利用晶胞结构计算一个晶胞中含有的离子数，再根据m=nM计算质量，根据V=a3计算体积，由此计算晶体的密度。3．祖母绿被称为绿宝石之王，是国际珠宝世界公认的四大名贵宝石之一，其化学式为Be3Al2Si6O18。回答下列问题：（1）基态Be原子的电子排布图为____________，基态Al原子核外电子占据________个轨道，其中能量最高能级的原子轨道的形状为__________。（2）Al、Si、O的第一电离能由大到小的排序为____________________。（3）SO3分子中硫原子的杂化类型是_____，SO3分子的空间构型是________。（4）工业上，电解制取金属铝，不能用熔融的AlCl3，AlCl3的晶体类型是__________，将Be3Al2Si6O18写为氧化物的式子是_____________________。（5）LiAlH4在有机合成中可将羧基还原成羟基。甲酸和乙醇的熔、沸点如图所示：1mol甲酸分子中σ键与π键的比值为________________，甲酸和乙醇的熔点相差较大的主要原因是____________________________________________。（6）碳化硅的晶体类型类似金刚石，晶胞结构如图所示。已知：碳化硅的晶体密度为ag/cm3，NA代表阿伏伽德罗常数的数值。该晶胞边长为_____________pm。【答案】（1）7哑铃（或纺锤）形（2）O＞Si＞Al（3）sp2平面正三角形（4）分子晶体Al2O3•3BeO•6SiO2（或3BeO•Al2O3•6SiO2）（5）4:1甲酸分子间氢键比乙醇分子间氢键强（6）103A16010Na【解析】【分析】（1）Be为4号元素，Al为13号元素，结合电子排布式分析解答；（2）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。同族元素，从上至下第一电离能逐渐减小，据此排序；（3）根据价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=σ键个数+12(a-xb)计算判断SO3分子中硫原子的杂化类型和空间构型；（4）AlCl3为共价化合物，熔点较低；结合硅酸盐改为氧化物的方法改写；（5）根据共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键、一个是π键计算甲酸分子中σ键与π键数目之比；分子间形成氢键会导致物质熔沸点升高，甲酸中羧基上的两个O原子均可形成氢键，比乙醇分子间氢键强；（6）根据均摊法计算碳化硅晶胞中Si原子和C原子个数，求出晶胞的质量，在根据晶体密度计算晶胞边长。【详解】（1）Be为4号元素，基态Be原子的电子排布图为，Al为13号元素，基态Al原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，占据7个轨道，其中能量最高能级的原子轨道为3p，形状为哑铃(或纺锤)形，故答案为：；7；哑铃(或纺锤)形；（2）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。同族元素，从上至下第一电离能逐渐减小，Al、Si、O的第一电离能由大到小的排序为O＞Si＞Al，故答案为：O＞Si＞Al；（3）SO3分子中硫原子的价层电子对数=3+6-232=3，杂化类型为sp2杂化，SO3分子的空间构型是平面正三角形，故答案为：sp2；平面正三角形；（4）工业上，电解制取金属铝，不能用熔融的AlCl3，是因为AlCl3为共价化合物，熔融状态不能导电，AlCl3的熔点较低，属于分子晶体；将Be3Al2Si6O18写为氧化物的式子为Al2O3•3BeO•6SiO2(或3BeO•Al2O3•6SiO2)，故答案为：分子晶体；Al2O3•3BeO•6SiO2(或3BeO•Al2O3•6SiO2)；（5）甲酸的结构简式为HCOOH，分子中共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键、一个是π键，所以甲酸分子中σ键与π键数目之比=4∶1；分子间形成氢键会导致物质熔沸点升高，甲酸中羧基上的两个O原子均可形成氢键，比乙醇分子间氢键强，所以甲酸熔沸点高于乙醇，故答案为：4∶1；甲酸分子间氢键比乙醇分子间氢键强；（6）碳化硅晶胞中Si原子个数=8×18+6×12=4，C原子个数为4，晶胞的质量为A4(12N28)g，晶体密度为ag/cm3，则晶胞边长=A33N4(1228)gag/cm=3A160Nacm=103A16010Napm，故答案为：103A16010Na。【点睛】本题的易错点为（5），要注意HCOOH的结构式的书写，同时注意共价双键中一个是σ键、一个是π键，本题的难点为（6），要注意均摊法在晶胞的计算中的应用。4．磷化硼是一种典型的超硬无机材料，常以BCl3、PH3为原料制备。回答下列问题：（1）基态P原子与B原子中未成对电子数之比为___。（2）与BC13分子互为等电子体的一种离子为___（填化学式）。（3）PH3分子的立体结构为___；PH3的沸点___（填“高于”或“低于”）NH3，理由是___。（4）BCl3、PCl3和PF3三种分子中键