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1、专题十五物质结构与性质高频考点考点一原子结构与性质基础 原子核外电子排布、电离能、电负性等。重难 知识点综合运用及分析问题能力。基础1.(2021辽宁,2,3分)下列化学用语使用正确的是()答案D2.(2020山东,3,2分)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2,Y、W最外层电子数相同。下列说法正确的是()A.第一电离能:WXYZ B.简单离子的还原性:YXWC.简单离子的半径:WXYZ D.氢化物水溶液的酸性:YW答案C3.(2021天津,12,3分)元素X、Y、Z、Q、R的原子序数依次增大且小于20,
2、其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列判断正确的是()A.X的电负性比Q的大B.Q的简单离子半径比R的大C.Z的简单气态氢化物的热稳定性比Q的强D.Y的最高价氧化物对应的水化物的碱性比R的强答案B4.(2022 53创新)下列叙述正确的是()A.价电子排布式为2s2和3s23p5的两原子能形成离子化合物B.元素Se位于第四周期第A族,属于p区C.P原子的一个3s电子激发到3d轨道形成激发态P原子,其价电子轨道表示式为D.基态原子4s轨道半充满的元素一定位于第A族和第B族答案C5.(2022 53创新)下列有关电离能和电负性的说法中错误的是()A.第二电离能:I2(Zn)SSeZnD.
3、与Se同周期的p区元素中第一电离能大于硒的元素有2种答案D重难6.(2017课标,35,15分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:(1)Co基态原子核外电子排布式为。元素Mn与O中,第一电离能较大的是,基态原子核外未成对电子数较多的是。(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为和。(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为,原因是。(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了键外,还存在。(5)MgO具
4、有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a=0.448 nm,则r(Mn2+)为nm。答案 (1)Ar3d74s2OMn(2)spsp3(3)H2OCH3OHCO2H2H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大(4)离子键和键(键)(5)0.1480.076考点二分子结构与性质基础 共价键、杂化类型等。重难 多考点综合运用能力及分析推理能力。基础1.(2018江苏单科,21A,12分)臭
5、氧(O3)在Fe(H2O)62+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO42-和NO3-,NOx也可在其他条件下被还原为N2。(1)SO42-中心原子轨道的杂化类型为;NO3-的空间构型为(用文字描述)。(2)Fe2+基态核外电子排布式为。(3)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为(填化学式)。(4)N2分子中键与键的数目比n()n()=。(5)Fe(H2O)62+与NO反应生成的Fe(NO)(H2O)52+中,NO以N原子与Fe2+形成配位键。请在结构示意图的相应位置补填缺少的配体。Fe(NO)(H2O)52+结构示意图答案 (1)sp3平面(正)三角形(2)Ar3d6或1s22s22
6、p63s23p63d6(3)NO2-(4)12(5)2.(2021陕西宝鸡5月联考,35)铁是一种常见的金属,在生产生活中用途广泛。(1)铁在元素周期表中的位置是,其基态原子的核外电子排布式为;铁原子核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光,可以用摄取铁元素的原子光谱。(2)Fe(CO)5与NH3在一定条件下可合成一种具有磁性的氮化铁,NH3分子的立体构型为;1 mol Fe(CO)5分子中含有键为mol。(3)把氯气通入黄血盐K4Fe(CN)6溶液中,得到赤血盐K3Fe(CN)6,该反应的化学方程式为;CN-中碳原子的杂化轨道类型为,C、N、O元素的第一电离能的大小顺序为。(4)FeCl3可与
7、KSCN溶液发生显色反应,SCN-与N2O互为等电子体,则SCN-的电子式为。答案 (1)第四周期第族1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2光谱仪(2)三角锥形10(3)2K4Fe(CN)6+Cl22K3Fe(CN)6+2KClsp杂化NOC(4)重难3.(2022全国乙,35,15分)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题:(1)氟原子激发态的电子排布式有,其中能量较高的是。(填标号)a.1s22s22p43s1b.1s22s22p43d2 c.1s22s12p5d.1s22s22p33p2(2)一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个杂化轨
8、道与Cl的3px轨道形成CCl键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大键()。一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,CCl键长的顺序是,理由:()C的杂化轨道中s成分越多,形成的CCl键越强;()。(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应,生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为。解释X的熔点比Y高的原因。(4)-AgI晶体中I-离子作体心立方堆积(如图所示),Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下,Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此,-AgI晶体在电池中可作为。已知阿伏加德罗常数为NA,则-A
9、gI晶体的摩尔体积Vm=m3mol-1(列出算式)。答案 (1)add(2)sp2C2H5ClC2H3ClC2HClCl参与形成的大键越多,形成的CCl键越短(3)CsClCsCl是离子晶体,熔化时需要克服Cs+和Cl-之间的离子键,而ICl是分子晶体,熔化时只需要克服范德华力(4)固体电解质(5.0410-10)3NA答案 (1)CBeB(2)由于立方氮化硼晶体是共价晶体(原子晶体),BN键键能大,所以质地坚硬,且共价键具有方向性,受到外力时,容易发生原子错位,所以脆(4)sp3(5)MgB212(6)1 000CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是。答案 (1)
10、HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以沸点低(2)CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量多得多,所以熔点相差较大3.(2021河南名校联盟质检,35)氮化物在工农业生产和日常生活中有着广泛应用,如TiN可用作熔盐电解的电极和电触头,NaN3应用在汽车气囊中。(1)Ti元素在元素周期表中的位置为族,基态Ti原子的未成对电子数为。(2)前10号元素中,第一电离能比N大的元素有。(填元素符号)(3)与
11、NO2-互为等电子体的分子为。(4)C3N4晶体和金刚石结构类似,金刚石的熔点C3N4的熔点(填“大于”或“小于”),原因是。(5)用B掺杂TiN后,其晶胞结构如下图所示,距离Ti最近的B有个,掺杂B后的晶体密度是TiN晶体密度的(保留小数点后两位)。已知掺杂后的晶体密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,原子与原子距离为nm。答案 (1)第四周期第B2(2)He、F、Ne(3)O3或SO2(任填一种即可)(4)小于两者均为原子晶体,金刚石中为CC键,氮化碳中为NC键,因为N原子半径小于C原子,NC键键长短,键能大,熔点高(5)40.85107重难4.(2021湖北,10,3分)某立方晶
12、系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是() 图a 图bA.该晶胞的体积为a310-36 cm3 B.K和Sb原子数之比为31C.与Sb最邻近的K原子数为4 D.K和Sb之间的最短距离为a pm答案B5.(2017课标,35,15分)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:(1)氮原子价层电子的轨道表示式(电子排布图)为。(2)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能(E1)。第二周期部分元素的E1变化趋势如
13、图(a)所示,其中除氮元素外,其他元素的E1自左而右依次增大的原因是;氮元素的E1呈现异常的原因是 。 图(a)图(b)(3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。从结构角度分析,R中两种阳离子的相同之处为,不同之处为。(填标号)A.中心原子的杂化轨道类型 B.中心原子的价层电子对数C.立体结构 D.共价键类型R中阴离子N5-中的键总数为个。分子中的大键可用符号表示,其中m代表参与形成大键的原子数,n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大键可表示为),则N5-中的大键应表示为。图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(NH4+)NHCl、。(4)R的晶体密度为d gcm-3
14、,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y个(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为。答案 (1)(2)同周期主族元素随核电荷数增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大N原子的2p轨道为半充满状态,具有额外稳定性,故不易结合一个电子(3)ABDC5(H3O+)OHN()(N)NHN()(4)(或10-21)6.(2018课标,35,15分)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中,能量最低和最高的分别为、(填标号)。A.B.
15、C.D.(2)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是 。(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是、中心原子的杂化形式为。LiAlH4中,存在(填标号)。A.离子键B.键 C.键D.氢键(4)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。图(a)可知,Li原子的第一电离能为kJmol-1,OO键键能为kJmol-1,Li2O晶格能为kJmol-1。(5)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为gcm-3(列出计算式)。
16、图(b)答案 (1)DC(2)Li+核电荷数较大(3)正四面体sp3AB(4)5204982 908(5)7.(2017课标,35节选)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为nm(填标号)。A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是。(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的
17、几何构型为,中心原子的杂化形式为。答案 (1)A(2)N球形K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱(3)V形sp38.(2022全国甲,35,15分)2008年北京奥运会的“水立方”,在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”,实现了奥运场馆的再利用,其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2 CH2)与四氟乙烯(CF2 CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题:(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为。(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是(填标号),判断的根据是;第三电离能的变化图是(填标号)。(3)固态氟化氢中存在(H
18、F)n形式,画出(HF)3的链状结构。(4)CF2 CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为和;聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯,从化学键的角度解释原因。(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是;若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为pm。答案 (1)(2)a同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,N原子的价电子排布式为2s22p3,2p轨道是半充满稳定结构,第一电离能比O原子大b(3)HFHFHF(4)sp2sp3F的电负性比H大,CF键的键能比CH键的大(5)Ca2+a综合9.(2019课标,35,15分)在普通铝中加入少量Cu和
19、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)。(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/1 5702 80023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。
20、(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gcm-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。分子间力(分子量)P4O6SO2 (4)aa10.(2021广东,20,14分)很多含巯基(SH)的有机化合物是重金属元素汞
21、的解毒剂。例如,解毒剂化合物可与氧化汞生成化合物。 (1)基态硫原子价电子排布式为。(2)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为。(3)汞的原子序数为80,位于元素周期表第周期第B族。(4)化合物也是一种汞解毒剂。化合物是一种强酸。下列说法正确的有。A.在中S原子采取sp3杂化B.在中S元素的电负性最大C.在中CCC键角是180D.在中存在离子键与共价键E.在中硫氧键的键能均相等(5)汞解毒剂的水溶性好,有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物与化合物相比,水溶性较好的是。(6)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(
22、晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是。图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为;该晶胞中粒子个数比HgGeSb=。设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为g/cm3(列出算式)。答案 (1)3s23p4 (2)H2OH2SCH4(3)六 (4)AD (5)化合物(6)不能无隙并置成晶体,不是最小重复单元 411211.(2022 53创新)钛(Ti)被称为“未来金属”,广泛应用于国防、航空航天、生物材料等领域。钛的氯化物有如下转变关系:2TiCl3TiCl4+TiCl2。回
23、答下列问题:(1)钛的氯化物的部分物理性质如表:氯化物熔点/沸点/溶解性TiCl4-24136可溶于非极性的甲苯和氯代烃TiCl21 0351 500不溶于氯仿、乙醚TiCl4与TiCl2的晶体类型分别是、。(2)某钛配合物可用于催化环烯烃聚合,其结构如图所示:钛的配位数为,碳原子的杂化类型。该配合物中存在的化学键有(填字母标号)。a.离子键b.配位键c.金属键d.共价键e.氢键(3)已知TiO2与浓硫酸反应生成硫酸氧钛,硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图所示,该阳离子化学式为,阴离子的空间结构为。(4)在浓TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚,并通入HCl至饱和,可得到配位数为6、
24、组成为TiCl36H2O的晶体,该晶体中两种配体的物质的量之比为24,则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为。(5)TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2-aNb,具体如下图所示,则TiO2-aNb晶体中a=,b=。(6)钙钛矿(CaTiO3)是自然界中的一种常见矿物,其晶胞结构如图。设NA为阿伏加德罗常数的值,计算一个晶胞的质量为g。假设O2-采用面心立方最密堆积,Ti4+与O2-相切,则=。答案 (1)分子晶体离子晶体(2)6sp3、sp2bd(3)TiO2+正四面体(4)TiCl2(H2O)4Cl2H2O(5) (6)-1(或0.414)易混易错1.微粒结构的表示形式(2021天津,5,3
25、分)下列化学用语表达正确的是()A.F- 的离子结构示意图: B.基态碳原子的轨道表示式:C.丙炔的键线式: D.H2O分子的球棍模型: 答案D2.电子的空间运动状态与运动状态(2022 53创新)近年来,有机无机杂化金属卤素钙钛矿作为优良的光电材料受到广泛研究和关注。下列有关说法错误的是()A.Ca、Ti元素基态原子核外电子占据能级数之比为67B.与Ti处于同周期且单电子数与Ti相同的元素还有3种C.Ca的前三级电离能中第三电离能增大较多D.基态Fe原子的核外电子有26种空间运动状态答案D3.极性分子与非极性分子(2021海南,5,3分)SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,分子呈正八面体结构
26、,如图所示。有关SF6的说法正确的是()A.是非极性分子 B.键角FSF都等于90C.S与F之间共用电子对偏向S D.S原子满足8电子稳定结构答案A4.配位数、分数坐标(2022 53创新)氮、磷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用。ZnGeP2晶胞结构如图所示。回答下列问题:Ge的配位数为。原子的分数坐标,即将晶胞参数a、b、c均看作“1”所得出的三维空间坐标,则晶胞图中2号P原子的分数坐标为。答案 4(,)5.原子间距离的求算2017课标,35(4)(5),4分(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于
27、顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为nm,与K紧邻的O个数为。(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于位置,O处于位置。答案 (4)0.31512(5)体心棱心题型模板模型一数形结合思想模型模型认知计算晶胞的化学式1.原则:晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞分摊到该粒子的。2.平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算。1.(2020课标,35,15分)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题:(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之
28、比为。(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)I1(Na),原因是。I1(Be)I1(B)I1(Li),原因是。I1/(kJmol-1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578(3)磷酸根离子的空间构型为,其中P的价层电子对数为、杂化轨道类型为。(4)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有个。电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=,n(Fe2+)n(Fe3+)=
29、。答案 (1)(2)Na与Li同族,Na电子层数多,原子半径大,易失电子Li、Be、B同周期,核电荷数依次增加。Be为1s22s2全满稳定结构,第一电离能最大。与Li相比,B核电荷数大,原子半径小,较难失去电子,第一电离能较大(3)正四面体4sp3(4)41332.(2017江苏单科,21A,12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。(1)Fe3+基态核外电子排布式为。(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是,1 mol丙酮分子中含有键的数目为。(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为。(4)乙醇的沸点高于丙酮,
30、这是因为。(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为。 图1FexNy晶胞结构示意图 图2转化过程的能量变化答案 (1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39 mol(3)HCCH54(3)OMg2GeO4模型应用特殊晶胞的计算1.在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。2.要注意单位间的换算,若
31、晶胞边长单位是pm、nm、m等,要换算成cm。5.(2020课标,35,15分)氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好,是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题:(1)H、B、N中,原子半径最大的是。根据对角线规则,B的一些化学性质与元素的相似。(2)NH3BH3分子中,NB化学键称为键,其电子对由提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:3NH3BH3+6H2O 3N+B3+9H2B3O63-的结构为。在该反应中,B原子的杂化轨道类型由变为。(3)NH3BH3分子中,与N原子相连的H呈正电性(H+),与B原子相连的H呈负电性(H-),电负性大小顺序是。与NH3BH3原子总数相等的等电子体
32、是(写分子式),其熔点比NH3BH3(填“高”或“低”),原因是在NH3BH3分子之间,存在,也称“双氢键”。(4)研究发现,氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构,晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm,=90。氨硼烷的222超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度=gcm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。答案 (1)BSi(硅) (2)配位Nsp3sp2(3)NHBCH3CH3低H+与H-的静电引力 (4)6.(2018课标,35,15分)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)ZnF