高考化学压轴题12 结构与性质综合题（解析版）

压轴题12结构与性质综合题稳定加创新是本专题的基本特点，命题采取结合新科技，新能源等社会热点为背景，命题的形式为填空题，原子的结构与性质、分子的结构与性质和晶体的结构与性质是命题的三大要点。从大题的构成来看，给出一定的知识背景，然后设置成4—5个小题，每个小题考查一个知识要点是主要的命题模式，内容主要考查基本概念，如电子排布式，轨道式，电离能，电负性，杂化方式以及空间构型等，也可联系有机考查有机物中C原子的杂化，联系数学几何知识考查晶体的计算等，一般利用均摊法考查晶胞中的原子个数，或者考查晶体的化学式的书写、晶体类型的判断等，考查的抽象思维能力、逻辑思维能力；同时培养学生的分析和推理能力。题型一核外电子排布的表示方法题型二原子结构与元素性质题型三电离能、电负性的应用题型四 共价键的类别及判断题型五 杂化轨道及空间构型题型六 共价键的极性与分子极性的判断题型七 氢键和分子间作用力题型八 晶体类型判断题型九 晶胞粒子数与晶体化学式判断题型十 晶体密度及粒子间距的计算非选择题：本题共20小题。1．一种新型硫酸盐功能电解液由2mol·L-1Na2SO4和0.3mol·L-1MgSO4混合组成，电化学测试表明该电解液构建的Na2Ni[Fe(CN)6]、NaTi2(PO4)3/C电池可以稳定循环500次以上。请回答下列问题：(1)MgSO4中三种原子的半径由大到小的顺序是___________(用元素符号表示)，其中电负性最大的元素是___________(填名称)。(2)第一电离能N>O的原因是___________。(3)Na2Ni[Fe(CN)6]中，基态Fe2+核外电子的空间运动状态有___________种，[Fe(CN)6]4-中σ键和π键的数目之比为___________。(4)NaTi2(PO4)3中，中磷原子的杂化类型是___________。(5)N、O两种元素形成的简单氢化物的熔点：NH3___________H2O(填“>”“<”或“=”)，其原因是___________。(6)NiaMgbFec的立方晶胞结构如图所示。已知晶胞的边长为npm，设NA为阿伏加德罗常数的值。①a：b：c=___________。②该晶体密度是___________g·cm-3(用含n、NA的代数式表示)。【答案】(1)Mg>S>O氧(2)基态氮原子价电子排布式为2s22p3，2p3为半充满的稳定结构，较难失去1个电子(合理即可)(3)141：1(4)sp3(5)<平均每个H2O分子形成2个氢键，平均每个NH3分子形成1个氢键，且O-HO…键能强于N-H…N键能(合理即可)(6)1：3：4【详解】（1）电子层数越多，半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小，则Mg、S、O的半径由大到小，Mg>S>O；氧化性越强电负性越强，则O的氧化性最强故答案为：Mg>S>O；氧；（2）基态氮原子价电子排布式为2s22p3，2p3为半充满的稳定结构，较难失去1个电子，则第一电离能N>O；故答案为：基态氮原子价电子排布式为2s22p3，2p3为半充满的稳定结构，较难失去1个电子；（3）Fe2+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d6，则核外电子的空间运动状态有14种；[Fe(CN)6]4-中配位键为6，碳氮三键数为6，则σ键数为12，π键数为12，比值1：1；故答案为：14；1：1；（4）磷酸根中的孤电子对数=，则价层电子对数为4，磷原子的杂化类型是sp3；故答案为：sp3；（5）平均每个H2O分子形成2个氢键，平均每个NH3分子形成1个氢键，且O-HO…键能强于N-H…N键能，故NH3的熔沸点小于H2O；故答案为：<；平均每个H2O分子形成2个氢键，平均每个NH3分子形成1个氢键，且O-HO…键能强于N-H…N键能；（6）根据均摊法，晶体中Ni的个数为；Mg的个数为，Fe的个数为4，则a：b：c=1：3：4，NiMg3Fe4中，，，则；故答案为：1：3：4；。2．乙二胺四乙酸铁钠可用于感光材料冲洗药品及漂白剂，化学式为；工业上可用EDTA与、NaOH溶液发生反应进行制备，合成路线如下：回答下列问题：(1)基态氯原子的价层电子排布图为___________。(2)下列氮原子能量最高的是___________(填标号)。A． B． C． D．(3)EDTA的组成元素中C、N、O的第一电离能由大到小顺序为___________(填元素符号)。碳原子的杂化轨道类型为___________。(4)NH3中N—H键的键角小于CH4中C—H键的键角，其原因为___________。(5)某种Fe、N组成的磁性化合物的结构如图1所示，N随机排列在Fe构成的正八面体的空隙中。该磁性化合物的化学式为___________。(6)在元素周期表中，铁元素位于___________区(填“s”“p”“d”或“ds”)。铁的某种晶胞沿面对角线的位置切下之后可以得到如图2所示的截面。假设铁的原子半径为anm，则该铁晶体的密度为___________(列出计算式，设为阿伏加德罗常数的值)。【答案】(1)(2)A(3)N＞O＞Csp2、sp3(4)CH4中的C和NH3中的N均为sp3杂化，但NH3中的N有一孤电子对，孤电子对和成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力(5)Fe4N(6)d【详解】（1）已知Cl是17号元素，故基态氯原子的核外电子排布式为：[Ne]3s23p5，故其价层电子排布图为，故答案为：；（2）A项即基态氮原子上1个1s电子跃迁到2p上，1个2s电子跃迁到2p上，B项为基态原子，C项即1个1s电子跃迁到2p上，D项即1个2s电子跃迁到2p上，故A所示氮原子的能量最高，故答案为：A；（3）根据同一周期从左往右元素第一电离能呈增大趋势，ⅤA与ⅥA反常，故EDTA的组成元素中C、N、O的第一电离能由大到小顺序为N＞O＞C，由题干EDTA的结构简式可知，除羧基上的碳原子周围价层电子对数为3，其他碳原子周围价层电子数为4，故碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3，故答案为：N＞O＞C；sp2、sp3；（4）CH4中的C和NH3中的N均为sp3杂化，但NH3中的N有一孤电子对，孤电子对和成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力，所以NH3的键角小于CH4的键角，故答案为：CH4中的C和NH3中的N均为sp3杂化，但NH3中的N有一孤电子对，孤电子对和成键电子对的斥力大于成键电子对之间的斥力；（5）由题干图1所示某种Fe、N组成的磁性化合物的结构，N随机排列在Fe构成的正八面体的空隙中，1个晶胞中含有+3价铁个数为：=4，含+2价铁个数为：=12，含有N为4个，故该磁性化合物的化学式为Fe4N，故答案为：Fe4N；（6）已知Fe是26号元素，在元素周期表中第4周期第Ⅷ族，则铁元素位于d区，铁的某种晶胞沿面对角线的位置切下之后可以得到如图2所示的截面可知，该铁晶体为体心立方，在铁晶胞中，与一个铁原子最近的铁原子距离为立方体边长的，这样的原子有八个，因为铁原子的半径是anm，根据铁晶胞的结构可知，晶胞的边长为nm，在每个晶胞中含有铁原子的数目为1+8×=2个，晶胞密度ρ═＝＝=g•cm-3，故答案为：d；。3．石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图a所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成，则如图b所示，图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。回答下列问题：(1)石墨中碳原子的杂化方式为_______，基态碳原子中电子的空间运动状态有_______种，D、E原子的分数坐标分别为_______、_______(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，称作原子的分数坐标)。(2)六方石墨晶体的密度为_______(写出计算表达式，要求化简)。(3)1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为_______。(4)石墨可用作锂离子电池的负极材料，充电时可由形成计按如图所示均匀分布的锂碳化合物，该物质中存在的化学键有_______，充电时该电极的电极反应式为_______。(5)锂离子电池的正极材料为层状结构的。锂离子完全脱嵌时的层状结构会变得不稳定，用铝取代部分镍形成。可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用，其原因是_______。【答案】(1)sp24(2)(3)6(4)离子键、共价键、金属键(5)脱嵌过程中Al不会变价，Li+不能完全脱嵌【详解】（1）石墨中，每个碳原子形成3个σ键，无孤电子对，碳原子的杂化方式为sp2，基态碳原子核外电子排布式为1s22s22p2，电子占用4个原子轨道，电子的空间运动状态有4种，D在三方晶系底面上，原子的分数坐标为，E在六方晶系的内部，根据图示E原子的分数坐标为。（2）根据均摊原则，1个晶胞中含有4个C原子，C-C键长为0.142nm，则底面积为，六方石墨晶胞的体积为，六方石墨晶体的密度为。（3）根据均摊原则，1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为（4）Li+嵌入石墨的A、B层间，导致石墨的堆积结构发生改变，形成化学式为LiC6的嵌入化合物，可见该物质中存在的化学键有，Li+与相邻石墨环形成的离子键、碳与碳形成的共价键、石墨中层中还有金属键；充电时由形成，充电时的电极反应式为（5）Ni的氧化数有+2、+3、+4，而Al的氧化数只有+3，如果Ni被氧化到+4价态，Li+可以完全脱嵌，形成NiO2，但有Al3+存在，必须有Li+形成电中性物质，所以用铝取代部分镍形成可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用。4．2022年诺贝尔化学奖授予美国科学家卡罗琳·贝尔托齐、卡尔·巴里·沙普利斯和丹麦科学家莫滕·梅尔达尔，以表彰他们在发展点击化学和生物正交化学方面的贡献。点击化学的代表反应为Cu催化的叠氮一炔基Husigen环加成反应，NaN₃、SO₂F₂、FSO₂N₂等均是点击化学中常用的无机试剂。回答下列问题：(1)氮原子激发态的电子排布式有___________，其中能量最高的是___________(填标号)。a．1s²2s²2p²3p¹     b．1s²2s²2p4c．1s²2s²2p²3s¹      d．1s²2s²2p³(2)N、O、F的第一电离能最小的是___________，SO₂F₂分子结构如图1所示，已知键角α为124°，β为96°，则α>β的原因主要是___________。(3)叠氮化物能与Fe³⁺、Cu²⁺及Co³⁺等形成配合物，如：[Co(N₃)(NH₃)₅]SO₄，该配合物中Co³⁺的配位数为___________。HN3分子的空间结构如图2所示(图中键长单位为10⁻10m)。已知：①典型N-N、N=N和N≡N的键长分别为1.40×10⁻10m、1.20×10⁻10m和1.09×10⁻10m；②甲酸根的两个碳氧键键长相同，处于典型碳氧单键键长和碳氧双键键长之间，其结构可以用两个极端电子式()的平均杂化体来表示。试画出HN3分子的两个极端电子式___________；“”中N原子的杂化方式为___________。(4)图3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。距离Mg原子最近的Mg原子有___________个。(5)图4是沿立方格子对角面取得的截面，Mg原子的半径为___________pm，该晶胞的空间利用率为___________。【答案】(1)aca(2)O双键成键电子对之间的排斥作用大于单键成键电子对之间的排斥作用(3)6sp(4)4(5)【详解】（1）激发态是基态原子吸收能量，较低能级的电子跃迁到更高能级而来，跃迁的能级越高、数量越多，能量越高；基态N原子的电子排布式为1s²2s²2p³，1s²2s²2p²3p¹是2p能级电子跃迁到3p能级，1s²2s²2p²3s¹是2p能级电子跃迁到3s能级，因此处于激发态的是ac，由于3p能级的能量高于3s能级，因此a中激发态能量更高。（2）同周期主族元素第一电离能从左到右增大，但是由于ⅡA、ⅤA族元素核外电子最高能级分别处于全满和半满