高中化学性质实验方案的设计试题

[化学—选修3：物质结构与性质](15分)
Ⅰ．德国和美国科学家首先制出由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       ，1mol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           ｡

原子序数依次增大的五种元素A、B、C、D、E位于周期表的前四周期。A基态原子的2p轨道上有2个未成对电子；C的最外层电子数是次外层电子数的3倍，C与D同主族相邻；E位于周期表的ds区，最外层只有一对成对电子。请回答下列问题：
（1）A、B、C三种元素第一电离能最大的是（填元素符号）______，基态E原子的电子排布式为______。
（2）C、D的简单氢化物中沸点较高的是__________（填分子式），原因是____________。
（3）A元素可形成多种单质，其中分子晶体的分子式为______________，原子晶体的名称是          ；A的一种单质为层状结构的晶体（如图），其原子的杂化轨道类型为______________。

（4）①化合物DC₂的立体构型为______________，中心原子的价层电子对数为              。
②用KMn0₄酸性溶液吸收DC₂气体时，MnO₄^-被还原为Mn²⁺，该反应的离子方程式为______________。
（5）D与E能形成化合物X，X的一种晶体晶胞结构如图所示，X的化学式为               ，E的配位数为________________；若晶胞边长为a，则晶体E的密度计算式为ρ=                  。

钴（Co）是一种重要的战略金属，钴及其合金广泛应用于电机、机械、化工、航空和航天等领域。钴在化合物中通常以+2、+3的形式存在。
（1）写出基态Co原子的核外电子排布式                   ；
（2）Co²⁺、Co³⁺都能与CN^—形成配位数为6的配离子。CN^—中碳原子的杂化方式为     ；1mol HCN分子中σ键的数目为         。
（3）Co的一种氧化物的晶胞如图所示（其中黑球代表Co），则该氧化物的化学式为       在该晶体中与一个氧离子等距离且最近的Co离子所形成的空间构型为           。

（4）用KCN处理含Co²⁺的盐溶液，有红色的Co(CN)₂析出，将它溶于过量的KCN溶液后，可生成紫色的[Co(CN)₆]^4—，该配离子是一种相当强的还原剂，在加热时能与水反应生成[Co(CN)₆]^3—，写出该反应的离子方程式                  。

【化学——选修3：物质结构与性质】
Q、R、X、Y、Z为周期表中原子序数依次递增的前四周期元素。已知：
①Q为元素周期表中原子半径最小的元素；
②R的基态原子中电子占据三种能量不同的能级，且每种能级中的电子总数相同；
③Y的基态原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍；
④Q、R、Y三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体，Q、R两种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N的质荷比最大值为78；
⑤Z有“生物金属”之称，Z⁴⁺离子和氩原子的核外电子排布相同。
请回答下列问题（答题时，Q、R、X、Y、Z用所对应的元素符号表示）
（1）化合物M的空间构型为        ，其中心原子采取   杂化；化合物N在固态时的晶体类型为           。
（2）R、X、Y三种元素的第一电离能由小到大的顺序为                。
（3）由上述一种或多种元素组成的与RY₂互为等电子体的分子为         （写分子式）。
（4）Z原子基态时的外围电子排布式为     ；Z的一种含氧酸钡盐的晶胞结构如图所示，晶体内与每个Z原子等距离且最近的氧原子数为   。

（5）由R、X、Y三种元素组成的RXY^-离子在酸性条件下可与NaClO溶液反应，生成X₂、RY₂等物质。该反应的离子方程式为    。

已知：硫酸铜溶液中滴入氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）即可得到配合物A。其结构如图：
（1）Cu元素基态原子的外围电子排布式为_________。
（2）请在图中画出A中的配位键（用→表示）

（3）A中碳原子的轨道杂化类型为_________
（4）1mol氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）含有σ键的数目为_________
（5）氨基乙酸钠分解产物之一为二氧化碳。写出二氧化碳的一种等电子体：____________（写化学式）。
（6）已知：硫酸铜灼烧可以生成一种红色晶体，其结构如图，

则该化合物的化学式是_________。

过渡元素铁可形成多种配合物，如：[Fe(CN)₆]^4-、Fe(SCN)₃等。
（1）Fe基态核外电子排布式为                   。
（2）科学研究表明用TiO₂作光催化剂可将废水中CN^-转化为OCN^-、并最终氧化为N₂、CO₂。OCN^-中三种元素的第一电离能由大到小的顺序为                   。
（3）与OCN^-互为等电子体的一种分子为       （填化学式）
（4）铁元素还能与一些氨基酸形成配合物，羧基中碳原子的杂化类型是    ；1mol乙酸中含有σ键的数目为        。
（5）铁铝合金的一种晶体属于面心立方结构，其晶胞可看成由8个小体心立方结构堆砌而成。已知小立方体如图所示。该合金的化学式为                  。

钛和钛的合金已被广泛用于制造电讯器材、人造骨骼、化工设备、飞机等航天航空材料，被誉为“未来世界的金属”。试回答下列问题：
（1）钛有Ti和Ti两种原子，它们互称为           。Ti元素在元素周期表中的位置是第         周期，第         族；基态原子的电子排布式为                 ；按电子排布Ti元素在元素周期表分区中属于      区元素
（2）偏钛酸钡在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。偏钛酸钡晶体中晶胞的结构如图所示，它的化学式是           

（3）二氧化钛作光催化剂能将居室污染物甲醛、苯等有害气体可转化为二氧化碳和水，达到无害化。有关甲醛、苯、二氧化碳及水说法正确的是           。

A．苯与B3N3H6互为等电子体

B．甲醛、苯分子中碳原子均采用sp^2杂化

C．苯、二氧化碳是非极性分子，水和甲醛是极性分子

D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键

【选做题】本题包括A、B两小题，请选定其中一小题，并在相应的答题区域内作答。若多做，则按A小题评分。
A．[物质结构与性质]
高氯酸三碳酰肼合镍{[Ni(CHZ)₃](ClO₄)₂ }是一种新型的起爆药。
（1）Ni²⁺基态核外电子排布式为   。
（2）ClO₄^－的空间构型是   ；与ClO₄^－互为等电子体的一种分子为   （填化学式）。
（3）化学式中CHZ为碳酰肼，组成为CO(N₂H₃)₂，碳酰肼中碳原子的杂化轨道类型为        ；1molCO(N₂H₃)₂分子中含有σ键数目为   。
（4）高氯酸三碳酰肼合镍可由NiO、高氯酸及碳酰肼化合而成。NiO的晶胞结构如图所示，晶胞中含有的Ni²⁺数目为a，Ni²⁺的配位数为b，NiO晶体中每个镍离子距离最近的镍离子数目为c，则a∶b∶c＝           。

硼元素在化学中有很重要的地位，硼及其化合物广泛应用于永磁材料、超导材料、富燃料材料、复合材料等高新材料领域。
（1）三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性的无色有毒腐蚀性气体，其分子的立体构型为                   ，B原子的杂化类型为                        。
（2）磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。下图是磷化硼晶体的晶胞示意 图，则磷化硼的化学式为                         ，该晶体的晶体类型是                       。

（3）硼酸(H₃B0₃)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H₃B0₃分子间通过氢键相连(如图)。

①硼酸分子中B最外层有         个电子，1 molH₃B0₃的晶体中有      mol氢键。
②硼酸溶于水生成弱电解质一水合硼酸B(OH)₃·H₂ O，它电离生成少量[B(OH)₄]^一和H⁺，则硼酸为  元酸，[B(OH)₄]^一含有的化学键类型为           。
（4）H₃P0₄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                                              。
（5）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          (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， 1.732)。

1915年诺贝尔物理学奖授予Henry Bragg和Lawrence Bragg，以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献。

（1）科学家通过X射线探明，NaCl、KCl、MgO、CaO晶体结构相似，其中三种晶体的晶格能数据如下表：

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

四种晶体NaCl、KCl、MgO、CaO熔点由高到低的顺序是                 ，Na、Mg、Al第一电离能I₁从小到大的排列顺序是                  。
（2）科学家通过X射线推测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如下，其中配位键和氢键均采用虚线表示。

①实验证明，用蒸汽密度法测得的H₂O的相对分子质量比用化学式计算出来的相对分子质量要大，其原因是                                 。
②SO₄^2-中S原子的杂化类型是             ，与其互为等电子体的分子有             （任写一种）
③Cu²⁺还能与NH₃、Cl^－等形成配位数为4的配合物，［Cu(NH₃)₄］²⁺中存在的化学键类型有          （填序号）。
A．配位键    B．离子键    C．极性共价键   D．非极性共价键
④写出基态Cu原子的外围电子排布式                             ；
金属铜采用面心立方堆积方式，已知Cu原子的半径为r pm，相对原子质量为M，N_A表示阿伏加德罗常数，则金属铜的密度是             g/cm³（列出计算式）。

Cu₃N具有良好的电学和光学性能，在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工业等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用。
（1）N位于周期表中第     周期     族，与N^3-含有相同电子数的三原子分子的空间构型是                    。
（2）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为
（3）Cu⁺电子排布式为           ，其在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应生成Cu²⁺和Cu，但CuO在高温下会分解成Cu₂0，试从结构角度解释高温下CuO何会生成Cu₂O：                           。
（4）在Cu的催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛，乙醛分子中碳原子的杂化方式是                         ，乙醛分子中H—C—O的键角    (填“大于”“等于”或“小于”)乙醇分子中的H—C一0的键角。
（5）[Cu(H₂0)₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂0被Cl^-取代有两种不同的结构，试画出[Cu(H₂0)₂(C1)₂]具有极性的分子的结构式：                                     。
（6）Cu₃N的晶胞结构如图，N^3-的配位数为    ，Cu⁺半径为a pm，N^3- 半径为b pm，Cu₃N的密度为    g·cm^-3。(阿伏加德罗常数用N_A表示)

(12分)【选做题】本题包括A、B两小题，请选定其中一小题作答。若多做，则按A小题评分。
A．【物质结构与性质】
氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)及新型多相催化剂组成的纳米材料能利用可见光分解水，生成氢气和氧气。

（1）Zn^2＋基态核外电子排布式为________。
（2）与水分子互为等电子体的一种阴离子是________(填化学式)。
（3）氮化镓(GaN)的晶体结构如图1所示，其中氮原子的杂化轨道类型是________；N、Ga原子之间存在配位键，该配位键中提供电子对的原子是________。
（4）ZnO是两性氧化物，能跟强碱溶液反应生成[Zn(OH)₄]^2－。 不考虑空间构型，[Zn(OH)₄]^2－的结构可用示意图表示为________。
（5）某种ZnO晶体的晶胞如图2所示，与O^2－距离最近的Zn^2＋有________个。

【化学——物质结构与性质】
氢能是一种洁净的可再生能源，制备和储存氢气是氢能开发的两个关键环节。
Ⅰ．氢气的制取
（1）水是制取氢气的常见原料，下列说法正确的是    （填序号）。
A．H₃O^＋的空间构型为三角锥形
B．水的沸点比硫化氢高
C．冰晶体中，1 mol水分子可形成4 mol氢键
（2）科研人员研究出以钛酸锶为电极的光化学电池，用紫外线照射钛酸锶电极，使水分解产生氢气。已知钛酸锶晶胞结构如图，则其化学式为             。

Ⅱ．氢气的存储
（3）Ti(BH₄)₂是一种储氢材料。
①Ti原子在基态时的核外电子排布式是                  。
②Ti(BH₄)₂可由TiCl₄和LiBH₄反应制得，TiCl₄熔点－25.0℃，沸点136.94℃，常温下是无色液体，则TiCl₄晶体类型为        。
（4）最近尼赫鲁先进科学研究中心借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料（C₁₆S₈）进行研究，从理论角度证明这种分子中的原子都处于同一平面上（结构如图所示），每个平面上下两侧最多可储存10个H₂分子。

①元素电负性大小关系是：C    S（填“＞”、“＝”或“＜”）。
②分子中C原子的杂化轨道类型为         。
③有关键长数据如下：

	C—S	C＝S	C16S8中碳硫键
键长/pm	181	155	176

从表中数据可以看出，C₁₆S₈中碳硫键键长介于C—S与C＝S之间，原因可能是：                 。
④C₁₆S₈与H₂微粒间的作用力是              。

(12分)〔物质结构与性质〕
我国部分城市灰霾天占全年一半，引起灰霾的PM2.5微细粒子包含（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃,有机颗粒物及扬尘等。通过测定灰霾中锌等重金属的含量，可知目前造成我国灰霾天气主要是交通污染。
（1）Zn²⁺在基态时核外电子排布式为     
（2）SO₄^2-的空间构型是     (用文字描述)。
（3）PM2.5富含大量的有毒、有害物质，易引发二次光化学烟雾污染，光化学烟雾中含有NO_X、O₃,CH₂=CH-CHO,HCOOH,CH₃COOONO₂(PAN)等二次污染物。
①下列说法正确的是     (不定项选择)。
a.N₂O结构式可表示为N=N=O
b.O₃分子呈直线形
c.CH₂=CH-CHO分子中碳原子均采用sp²杂化
d.相同压强下，HCOOH沸点比CH₃OCH₃高，说明前者是极性分子，后者是非极性分子
②1mo1PAN中含σ键数目为     。
③NO能被FeSO₄溶液吸收生成配合物[Fe(NO)(H₂O)₅]S0₄,该配合物中心离子的配位数为    (填数字).
（4）测定大气中PM2.5的浓度方法之一是β一射线吸收法，β一射线放射源可用⁸⁵Kr，已知Kr晶体的晶胞结构如图所示，设晶体中与每个Kr原子相紧邻的Kr原子有m个，晶胞中含Kr原子为n个，则m/n=     (填数字)。

(10分)HN₃称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。N₃^－也被称为类卤离子。用酸与叠氮化钠反应可制得叠氮酸。而叠氮化钠可从下列反应制得：NaNH₂+N₂O=NaN₃+H₂O。HN₃、浓盐酸混合液可溶解铜、铂、金等不活泼金属，如溶解铜生成CuCl₂^－。铜和铂的化合物在超导和医药上有重要应用，Cu的化合物A（晶胞如图，图中小黑球代表氧原子，其余大黑球为Y 、Cu 、Ba原子）即为超导氧化物之一，而化学式为Pt(NH₃)₂Cl₂的化合物有两种异构体，其中异构体B可溶水，可用于治疗癌症。试回答下列问题：

（1）基态氮原子核外电子排布的轨道表示式为                  。
（2）元素N、P、S的第一电离能（I₁）由大到小的顺序为           。
（3）HN₃属于        晶体，与N₃^－互为等电子体的分子的化学式          （写1种）NH₂^－的电子式为         ，其中心原子的杂化类型是                。
（4）CuCl₂^－中的键型为          ，1mol超导氧化物A晶胞中实际占有的氧原子的物质的量为   。
（5）治癌药物B的结构简式为                       。