高中化学性质实验方案的设计填空题

【化学、选修3--物质结构和性质】
I．如图为20个碳原子组成的空心笼状分子C₂₀，该笼状结构是由许多正五边形构成如图。

①C₂₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；
②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,
请回答：
C₂₀分子共有________个正五边形，共有________条棱边。
II．A、B、C是短周期非金属元素，核电荷数依次增大。A原子外围电子排布为ns²np²，C是地壳中含量最多的元素。D元素的核电荷数为29。
请用对应的元素符号或化学式填空：
（1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为________。
（2）分子(AB)₂中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，每个原子最外层电子数均满足八电子，其结构式为_______，1 mol该分子中含有π键的数目为______。该分子中碳原子的杂化轨道类型是_______，该分子属于________分子(填“极性”或“非极性”)。
（3）基态D原子的电子排布式为________________。

X、Y、Z、R、W均为周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大；x^2－和Y⁺有相同的核外电子排布；Z的氢化物的沸点比其上一周期同族元素氢化物的沸点低；R的基态原子在前四周期元素的基态原子中单电子数最多；W为金属元素，X与W形成的某种化合物与Z的氢化物的浓溶液加热时反应可用于实验室制取Z的气态单质。回答下列问题（相关回答均用元素符号或化学式表示）：
（1）R的基态原子的核外电子排布式是＿＿＿＿＿＿＿。
（2）Z的氢化物的沸点比其上一周期同族元素氢化物的沸点低的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿。
（3）X与Z中电负性较大的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；Z的某种含氧酸盐常用于实验室中X的单质的制取，此酸根离子的空间构型是＿＿＿＿＿，此离子中含有的化学键类型是＿＿＿＿；X一Z一X的键角＿＿＿＿＿109． 5⁰。（填“＞”、“＝”或“＜”）
（4）X与Y形成的化合物Y₂X的晶胞如图。其中X离子的配位数为_______，以相距一个X离子最近的所有Y离子为顶点构成的几何体为       。该化合物与MgO相比，熔点较高的是＿＿＿＿＿。

（5）已知该化合物的晶胞边长为a pm，则该化合物的密度为＿＿＿＿g/cm³。（列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的数值为N_A）

( 9分)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。
（1）A和B的单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料。已知A和B为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能kJ·mol^－1	I1	I2	I3	I4
A	932	1 821	15 390	21 771
B	738	1 451	7 733	10 540

①某同学根据上述信息，某同学推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了________。

②根据价层电子对互斥理论，预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为____________。A原子杂化类型是_______________。
（2）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料。
①已知金刚石中的C—C的键长为154.45 pm，C₆₀中C—C键长为145～140 pm，有同学据此认识C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确__________理由是____________________________。
②科学家把C₆₀和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C₆₀分子的个数比为____________。晶胞中每个C₆₀分子周围与之等距离且最近的C₆₀分子数是_________。

③继C₆₀后，科学家又合成了Si₆₀、N₆₀；C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是____________。Si₆₀分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si₆₀分子中π键的数目为________。
（3）1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。

①根据图示晶胞结构，推算晶体中Y、Cu、Ba和O原子个数比，其化学式________。
②已知该化合物中各元素的化合价Y为＋3价，Ba为＋2价，Cu为＋2价和Cu为＋3价，根据①所推出的化合物的组成，试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比_______________。
③Ba²⁺的配位数为___________。

VA族的氮、磷、砷(As)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含VA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途．请回答下列问题：
（1）白磷单质的中P原子采用的轨道杂化方式是     ；
（2）原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为     ；
（3）As原子序数为     ，其核外M层和N层电子的排布式为     ；
（4）NH₃的沸点比PH₃     (填“高”或“低”)，原因是     ．PO₄^3－离子的立体构型为     ；
（5）H₃PO₄的K₁、K₂、K₃分别为7.6×10^－3、6.3×10^－8、4.4×10^－13．硝酸完全电离，而亚硝酸K=5.1×10^－4，请根据结构与性质的关系解释：
①H₃PO₄的K₁远大于K₂的原因     ；
②硝酸比亚硝酸酸性强的原因     ；
（6）NiO晶体结构与NaCl晶体类似，其晶胞的棱长为a cm，则该晶体中距离最近的两个阳离子核间的距离为     cm（用含有a的代数式表示）．在一定温度下NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”（如图），可以认为氧离子作密致单层排列，镍离子填充其中，列式并计算每平方米面积上分散的该晶体的质量为     g (氧离子的半径为1.40×10^－10m)

 

[化学一选修3：物质结构与性质]第四周期的过渡元素在工业、农业、科学技术以及人类生活等方面有重要作用。其中Ni-Cr-Fe合金是常用的电热元件材料。请回答：
（1）基态Ni原子核外电子排布式为_______；第二周期中基态原子未成对电子数与Ni相同且电负性大的元素为________。金属镍粉在CO气流中轻微加热，生成无色挥发性液态Ni(CO)，该分子呈正四面体构型。试推测Ni(CO)的晶体类型为________，Ni(CO)易溶于下列_______（填选项字母）中。

A．水

B．四氯化碳

C．苯

D．硫酸镍溶液

（2）FeO、NiO晶体中r(Ni^2＋)和r(Fe^2＋)分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO_________FeO（填“>”或“<”），原因为_____________；黄血盐是一种配合物，其化学式为K₄[Fe(CN)₆] ·3H₂O，该配合物中配体的化学式为_________，黄血盐溶液与稀硫酸加热时发生非氧化还原反应，生成硫酸盐和一种与该配体互为等电子体的气态化合物，该反应的化学方程式为_______________。
（3）酸性高锰酸钾溶液能氧化硝基苯酚，邻硝基苯酚和对硝基苯酚在20水中的溶解度之比为0.39，其原因为_________。
（4）在铬的硅酸盐中，SiO₄^4-四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大结构型式。图(b)为一种链状结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为________，其化学式为_________。

决定物质性质的重要因素是物质的结构。请回答下列问题：
（1）已知A和B为第三周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能/kJ·mol^－1	I1	I2	I3	I4
A	578	1817	2745	11578
B	738	1451	7733	10540

 
A通常显      价，A的电负性           B的电负性(填“＞”、“＜”或“＝”)。
（2）已知：波长为300 nm的紫外光的光子，光子的能量与光的频率的关系为E＝hv，式中h＝6.63×10^－34J·s，光的波长与光的频率v的关系为，其中光速c=3×10⁸m·s^-1。根据下表有关蛋白质分子中重要化学键的信息，求波长为300 nm的紫外光的光子所具有的能量        kJ·mol^－1，说明人体长时间照射紫外光后皮肤是否会受伤害的原因：                         。（未说明原因不给分）

共价键	C—C	C—N	C—S
键能/kJ·mol^－1	347	305	259

 
（3）科学家通过X射线探明，KCl、MgO、CaO、TiN的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。下表是3种离子晶体的晶格能数据：

离子晶体	NaCl	KCl	CaO
晶格能/kJ·mol^－1	786	715	3401

 
离子键的强弱可以用离子晶体的晶格能来衡量，KCl、CaO、TiN 3种离子晶体熔点从高到低的顺序是         。MgO晶体中一个Mg^2＋周围和它最邻近且等距离的Mg^2＋有       个。
（4）研究物质磁性表明：金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大，磁记录性能越好。离子型氧化物V₂O₅和CrO₂中，适合作录音带磁粉原料的是              。
（5）某配合物的分子结构如图所示，其分子内不含有      (填字母)。

A．离子键      B．共价键    C．配位键     D．氢键

发展低成本、新型太阳能是解决未来社会能源问题的有效途径。目前，太阳能电池的发展已经进入了第三代，其常用材料除单晶硅，还有铜铟镓硒等化物质。完成下列填空：
（1）与铜同周期、基态原子最外层电子数相同的过渡元素，其基态原子的电子排布式_________。
（2）硒为第四周期元素，相邻的元素有砷和溴，则这3种元素的第一电离能从大到小顺序（用元素符号表示）           。
（3）硼元素与镓元素处于同一主族，三氟化硼分子的空间构型是___________；三溴化硼、三氯化硼分子结构与三氟化硼相似，如果把B—X键都当作单键考虑来计算键长，理论值与实测键长结果如下表。硼卤键长实测值比计算值要短得多，可能的原因是______________。

（4）金属铜能形成多种配合物，如复合物氯化羰基亚铜[Cu₂C1₂（CO）₂·2H₂O]，其结构如图。

①该配合物中Cl原子的杂化类型为____________。
②该配合物中的配位体有_____________种。
（5）金属Cu单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，反应的离子方程式为                   ；
（6）单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子，则得如图所示的金刚砂（SiC）结构。在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为_____；若SiC晶体密度为a g.cm^-3，SiC的摩尔质量为M g.mol^-1，阿伏伽德罗常数用N_A表示，则Si与C最近的距离为        pm （列式表示）。

太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代就是铜铟镓硒CIGS（CIS中掺入Ga）等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。
（1）亚铜离子（Cu⁺）基态时的价电子排布式表示为                  。
（2）硒为第4周期元素，相邻的元素有砷和溴，则3种元素的第一电离能从大到小顺序为            （用元素符号表示）。
（3）与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性，其化合物往往具有加合性，因而硼酸（H₃BO₃）在水溶液中能与水反应生成[B(OH)₄]^－而体现一元弱酸的性质。
①[B(OH)₄]^－中B的原子杂化类型为                     ；
②不考虑空间构型，[B(OH)₄]^－的结构可用示意图表示为                    。
（4）单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得右图所示的金刚砂（SiC）结构；若在晶体硅所有Si—Si键中插入O原子即得SiO₂晶体。

①在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为                   ；
②判断a. SiO₂，b.干冰，c.冰3种晶体的熔点从小到大的顺序是        （填序号）。

（选做）铜是过渡金属元素，可以形成多种化合物。
（1）铜基态原子的核外电子排布式为                              。
（2）Cu⁺与NH₃形成的配合物可表示成[Cu(NH₃)_n]⁺，该配合物中，Cu⁺的4s轨道及4p通过sp杂化接受NH₃提供的电子对。
[Cu(NH₃)_n]⁺中Cu⁺与n个氮原子的空间结构呈        ，n=           。
（3）CuCl₂溶液与乙二胺(H₂N—CH₂—CH₂—NH₂)可形成配离子[Cu(en)₂]²⁺（en是乙二胺的简写）：

请回答下列问题：
①乙二胺分子中氮原子轨道的杂化类型为            。
②配合物[Cu(en)₂]Cl₂中属于第二周期且第一电离能从大到小排列的是         。
③乙二胺和三甲胺[N(CH₃)₃]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是          。
④配合物[Cu(en)₂]Cl₂中不存在的作用力类型有           （填字母）。

A．配位键

B．极性键

C．离子键

D．非极性键

E．氢键 
F．金属键
（4）向氯化铜溶液中通入足量的二氧化硫，生成白色沉淀M，M的结构单元如图所示。

写出该反应的离子方程式__________________。

第四周期过渡元素Mn、Fe、Ti可与C、H、O形成多种化合物。
（1）下列叙述正确的是       。（填字母）
A．HCHO与水分子间能形成氢键
B．HCHO和CO₂分子中的中心原子均采用sp²杂化
C．苯分子中含有6个键和1个大键，苯是非极性分子
D．CO₂晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
（2）Mn和Fe的部分电离能数据如下表：

元   素	Mn	Fe
电离能 /kJ·mol^－1	I1	717	759
I2	1509	1561
I3	3248	2957

Mn元素价电子排布式为                ，气态Mn^2＋再失去一个电子比气态Fe^2＋再失去一个电子难，其原因是                               。
（3）铁原子核外有__________种运动状态不同的电子。
（4）根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域，其中Ti属于          区。
（5）Ti的一种氧化物X，其晶胞结构如图所示，则X的化学式为             。

（6）电镀厂排放的废水中常含有剧毒的CN^－离子，可在X的催化下，先用NaClO将CN^－氧化成CNO^－，再在酸性条件下CNO^－继续被NaClO氧化成N₂和CO₂。
①H、C、N、O四种元素的电负性由小到大的顺序为                    。
②与CNO^－互为等电子体微粒的化学式为           （写出一种即可）。
③氰酸（HOCN）是一种链状分子，它与异氰酸（HNCO）互为同分异构体，其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，试写出氰酸的结构式         。

有以下六种元素：A是宇宙中最轻的元素。D原子核外有1个未成对电子，D⁺比E原子少一个电子层，E原子得一个电子填入3P轨道后，3P轨道呈全充满状态。G原子2P轨道有2个未成对电子，M的最高化合价和最低化合价的代数和为4，与G的原子序数差8.
L位于周期表第四周期、第12纵行且是六种元素中原子序数最大的。R是由M、L形成的化合物，其晶胞结构如图所示，

请回答下列问题：
（1）E元素的电负性____________（填“>”“<”或“＝”）M元素的电负性。
（2）G的第一电离能比它同周期前一族相邻元素的第一电离能____________（填“大”或“小”）。
（3）M₂E₂广泛用于橡胶工业，在该化合物分子中，所有原子最外层均满足8电子稳定结构。则在M₂E₂分子中M原子的杂化类型是__________，M₂E₂是___________（填“极性”或“非极性”）分子。
（4）L的外围电子排布式为____________，该元素位于周期表中的____________族。
（5）R的化学式为________________（用元素符号表示），属于____________晶体。
已知R晶体的密度为ρ g.cm^－3，则该晶胞的边长a____________cm。（阿常数用NA表示）

碳元素在自然界中分布很广，在地壳中其丰富程度位列第14位，远低于氧、硅、铝、铁等元素。但是，碳却是存在形式最复杂的元素，如煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。请回答下列问题：
（1）基态碳原子的电子排布式为           。
（2）在CO₂分子中，碳原子采用          杂化轨道与氧原子成键。
（3）COCl₂俗称光气，分子中C原子采取sp²杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl₂分子的空间构型为            。
（4）二茂铁(₅H₅)₂Fe是Fe²⁺与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲（），它能与Fe²⁺形成红色配合物（如图1），该配离子中Fe²⁺与氮原子形成配位键共有        个。

（5）普鲁士蓝可用作染料，它的结构如图2所示。
普鲁士蓝中，n(K^＋)∶n(Fe^3＋)∶n(Fe^2＋)∶n(CN^－)=            。
（6）CaC₂晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似，但CaC₂晶体中哑铃C₂^2－的存在，使晶胞沿一个方向拉长（如图3）。CaC₂中C₂^2－与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式可表示为          。
已知CaC₂晶体密度为ag·cm^－3，N_A表示阿伏加德罗常数，则CaC₂晶胞体积为    cm³。

过渡金属的某些氧化物能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛，如铜锰氧化物（CuMn₂O₄）等。
（1）铜元素位于第4周期第ⅠB族。基态Cu⁺的核外电子排布式为________。SO₄^2-的空间构型为________。
（2）HCHO中含有的σ键和π键数目之比为_________________。
（3）火山喷出的岩浆中含有多种硫化物，冷却时ZnS比HgS先析出，原因是_______________。
（4）CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成配合物氯化羰基亚铜[Cu₂Cl₂(CO)₂·2H₂O]，其结构如图所示。

下列说法不正确的是___________

A．该配合物质只含有离子键和配位键	B．该配合物中Cl原子的杂化类型为sp^3
C．该配合物只有CO和H2O作为配体	D．CO与N2的价电子总数相同，其结构为

（5）请判断键角NF₃____ NH₃，其原因是_________________________。
（6）Cu₃N形成的晶体结构如图所示。则与同一个N^3-相连的Cu⁺有______个，Cu⁺的半径为a pm，N^3-的半径为b pm，则Cu₃N的密度为___________g/cm³。

(12分)【选做题】本题包括A、B两小题，请选定其中一小题，并作答。若多做，则按A小题评分。
A．[物质结构与性质]原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，X基态原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，Y基态原子的2p原子轨道上有3个未成对电子，Z是地壳中含量最多的元素，W的原子序数为22。
（1）W基态原子的核外电子排布式为________。元素X、Y、Z的电负性由大到小的顺序为________。
（2）与XYZ^－互为等电子体的一种分子、一种离子分别为________、________(填化学式)。
（3）二元弱酸H₂X₂Z₄中X原子轨道的杂化类型是_______，1 molH₂X₂Z₄分子中含有σ键的数目为_______。
（4）YH₃极易溶于水的主要原因是________________。元素W的氧化物WO₂可与氢氟酸发生非氧化还原反应，生成配合物H_nWF₆，该反应的化学方程式为________。
（5）Z、W与Ca形成晶体的晶胞如图所示，该晶体的化学式为________。

（1）有9种微粒：①NH₂^－；②—NH₂；③Br^－；④OH^－；⑤—NO₂；⑥—OH；⑦NO₂；⑧CH₃^＋；⑨—CH₃．属于官能团的有(填序号)___         _____ 。
（2）有下列8种晶体，用序号回答下列问题：

A．水晶

B．冰

C．白磷

D．固态氩

E．氯化铵  
F．铝 
G．金刚石
①属于原子晶体是             ，直接由原子构成的分子晶体是  _____ 。
②由极性分子构成的分子晶体是          ,含有共价键的离子晶体是  _____ 。
③在一定条件下能导电而不发生化学反应的是  _____。
分子内存在化学键，但受热熔化时，化学键不发生变化的是  _____。
（3）在NaCl晶胞中8个顶点 、6个面心处各有一个Na^＋ ，12条棱的中点、体心各有一个Cl^－ ，KCl和NaCl的晶格型式相同。已知Na^＋离子的半径是Cl^－离子的0.5倍，是K^＋离子的0.7 倍，计算：KCl晶胞和NaCl晶胞的边长之比为  _____ 。
（4）如下图：由正五边形构成的多面体有20个顶点，多面体中有_____个正五边形，共有____条棱边.