1、1专题十三 物质结构与性质12018全国卷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)(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，LiAlH 4中的阴离子空间构型是_、中心原子的杂化形式为_。LiAlH 4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 BornHaber 循环计算得到。可知，Li 原
2、子的第一电离能为_kJmol 1 ，OO 键键能为_kJmol1 ，Li 2O 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)。22018南京市第三次模拟黄铜矿(主要成分是 CuFeS2)是一种重要的化工原料，通过化学工艺可获得二(氨基丙酸)合铜Cu(NH 2CH2CH2COO)2等产品。(1)Cu2 基态核外电子排布式为_。(2)Cu(NH2CH2CH2COO)2的结构简式如图 1 所示。1 molCu(NH2CH2CH2COO)2中含有 键数目
3、为_；C、N、O 三种元素的第一电离能由小到大的顺序是_。(3)黄铜矿在空气中灼烧得到废气和固体混合物。废气中 SO2经催化氧化生成 SO3，SO 2分子中 S 原子轨道的杂化类型为_。SO 3分子的空间构型为_；固体混合物中含有一种化合物 X，其晶胞如图 2 所示，化合物 X 的化学式为_。32018江西省师范大学附属中学月考W、X、Y、Z 为原子序数依次增大的前四周期元素，元素 W 是宇宙中最丰富的元素，元素 X 的原子最外层电子数是其内层的 3 倍，元素 Z 的基态原子核外电子有 24 种运动状态，Y、X、Z 不在同一周期，且 Y 原子核外 p 电子比 s 电子多 5 个。(1)Z 基态
4、原子的核外电子排布式为_。(2)Z 的氧化物是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯( )裂化2生成苯和丙烯。1 mol 丙烯分子中含有 键与 键数目之比为_。苯分子中碳原子轨道的杂化类型为_。Z 的一种氧化物 ZO5中，Z 的化合价为6，则其中过氧键的数目为_个。(3)W、X、Y 三种元素的电负性由小到大顺序为_。(请用元素符号回答)(4)ZY3熔点为 1 152，熔融状态下能够导电，据此可判断 ZY3晶体属于_(填晶体类型)。(5)ZX2晶体的晶胞结构如图，每个 Z 原子周围最近的 X 原子数目为_。若该化合物的相对分子质量为 M，晶胞边长为 a cm，阿伏加德罗常数为 NA，则该晶体的
5、密度为_g/cm3。42018宿州市教学质量检测碳、氮、氧、氯、钠、铜等元素的化合物广泛存在于自然界，回答下列问题：(1)基态氯原子的价电子排布图是_；基态铜原子核外电子占有的空间运动状态有_种。(2)碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是_ (填元素符号)，CO 中碳23原子的杂化轨道类型为_。(3)相同条件下，水的沸点高于液氨，原因是_。(4)铜与 CN 可形成络合离子Cu(CN )42 ，写出一种与 CN 互为等电子体的分子的化学式_；1 mol Cu(CN )42 中含有_ mol 键；若将Cu(CN )42 中二个 CN 换为 Cl ，只有一种结构，则Cu(CN )42 中 4 个氮
6、原子所处空间位置关系为_。(5)氯化钠的晶胞如图所示。晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列，钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中。一个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目为_个。已知：半径r(Cl ) a pm， r(Na ) b pm。摩尔质量 M(NaCl) c g mol1 则氯化钠晶体的密度为_gcm3 。52018吉林省实验中学模拟.80%左右的非金属元素在现代技术包括能源、功能材料等领域占有极为重要的地位。(1)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关，基态 N 原子中电子在 2p 轨道上的排布遵循的原则是_，N 2F2分子中 N 原子的杂化方式是_，1 mol N2F2含有_个 键。(2)高温
7、陶瓷材料 Si3N4晶体中键角 NSiN_(填“” “”或“”)SiNSi，原因是_。.金属元素在现代工业中也占据极其重要的地位，钛被称为“未来的钢铁” ，具有质轻、抗腐蚀、硬度大等特点，是理想化工设备材料。3(3)基态钛原子核外共有_种运动状态不相同的电子。金属钛晶胞如图甲所示，为_堆积(填堆积方式)。(4)纳米 TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如下所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是_。化合物乙中采取 sp3杂化的原子的电负性由大到小的顺序为_。(5)钙钛矿晶体的结构如图乙所示。假设把氧离子看作硬球接触模型，钙离子和钛离子填充氧离子的空隙，氧离子形成正八面体，钛
8、离子位于正八面体中心，则一个钛离子被_个氧离子包围。62018襄阳市第五中学模拟硼的无机化学问题比周期表里任何一种元素都更复杂和变化多端。(1)基态 B 原子的价电子轨道表达式为_，第二周期第一电离能比 B 高的元素有_种。(2)B 易形成配离子，如B(OH) 4 、BH 4 等。B(OH) 4 的结构式为_ (标出配位键)，其中心原子的 VSEPR 模型名称为_，写出BH 4 的两种等电子体_。(3)图 1 表示偏硼酸根的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为_(以 n 表示硼原子的个数)，图 2 表示的是一种五硼酸根离子，其中 B 原子的杂化方式为_。图 1 图 2 图 3(4)硼酸晶体是
9、片层结构，图 3 表示的是其中一层的结构。同一层微粒间存在的作用力有_；同一片层划分出的一个二维晶胞(平行四边形)含有_个4H3BO3分子。(5)1892 年，化学家已用 Mg 还原 B2O3制得硼单质。Mg 属六方最密堆积，其晶胞结构如图 4 所示，若在晶胞中建立如图 5 所示的坐标系，以 A 为坐标原点，把晶胞的底边边长和高都视作单位 1，则 B、E、C 的坐标分别为 B(1,0,0)、E(0,1,0)、C(0,0,1)，请写出 D点的坐标：D：_。72018南昌市高三第二次模拟由 N、P、Ti 等元素组成的新型材料有着广泛的用途，请回答下列问题。(1)钛元素基态原子未成对电子数为_个，能
10、量最高的电子占据的能级符号为_。(2)磷的一种同素异形体白磷(P 4)的立体构型为_，推测其在 CS2中的溶解度_(填“大于”或“小于”)在水中的溶解度。(3)两种三角锥形气态氢化物膦(PH 3)和氨(NH 3)的键角分别为 93.6和 107，试分析PH3的键角小于 NH3的原因：_。(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将 TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至 1 0001 100 K，进行氯化处理，生成 TiCl4。写出生成 TiCl4的化学反应方程式：_。(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶体的化学式为_，已知晶体的密度为 gcm3 ，阿伏加德罗常数为 NA，则晶
11、胞边长为_cm(用含 、 NA的式子表示)。82018河北省衡水中学模拟第A 族的单质及一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。回答下列问题：(1)基态 Ga 原子价电子排布图为_。(2)经测定发现，N 2O5固体由 NO 和 NO 两种离子组成，该固体中 N 原子杂化类型为 2 3_；与 NO 互为等电子体的微粒有_(写出一种)。 2(3)铵盐大多不稳定，NH 4F、NH 4I 中，较易分解的是_，原因是_。(4)第二周期中，第一电离能介于 B 元素和 N 元素之间的元素有_种。(5)晶体另有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(见下图)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均
12、为等边三角形。若此结构单元为 1 个分子，则其分子式为_。(6)冰晶石(Na 3AlF6)由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，位于大立方5体的顶点和面心，位于大立方体的 12 条棱的中点和 8 个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是_ (填微粒符号)。(7)Al 单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示：若已知 Al 的原子半径为 d nm， NA代表阿伏加德罗常数，Al 的相对原子质量为 M，则一个晶胞中 Al 原子的数目有_个；Al 晶体的密度为_g/cm 3(用字母表示)。6专题十三 物质结构与性质1答案：(
13、1)D C (2)Li 核电荷数较大 (3)正四面体 sp 3AB (4)520 498 2 908 (5)87 416NA 0.466 510 7 3解析：(1)根据核外电子排布规律可知 Li 的基态核外电子排布式为 1s22s1，则 D 中能量最低；选项 C 中有 2 个电子处于 2p 能级上，能量最高。(2)由于锂的核电荷数较大，原子核对最外层电子的吸引力较大，因此 Li 半径小于 H 。(3)LiAlH 4中的阴离子是AlH ，中心原子铝原子含有的价层电子对数是 4，且不存在孤对电子，所以空间构型是正 4四面体，中心原子的杂化轨道类型是 sp3杂化；阴阳离子间存在离子键，Al 与 H
14、之间还有共价单键，不存在双键和氢键，故选 AB。(4)根据示意图可知 Li 原子的第一电离能是 1040 kJ/mol2520 kJ/mol；0.5 mol 氧气转化为氧原子时吸热是 249 kJ，所以 OO 键能是249 kJ/mol2498 kJ/mol；根据晶格能的定义结合示意图可知 Li2O 的晶格能是 2908 kJ/mol。(5)根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是 8 个，根据化学式可知氧原子个数是 4 个，则 Li2O 的密度是 g/cm3。mV 87 416NA 0.466 510 7 32答案：(1)Ar3d 9或 1s22s22p63s23p63d9(2)26NA CO
15、N(3)sp2 平面三角形 Cu 2S解析：(1)Cu 是 29 号元素，其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1，转化为 Cu2 的时候应该失去最外层的两个电子，所以是 1s22s22p63s23p63d9或Ar3d 9。(2)根据图 1 的结构图，每一个单键都是 键，双键有一个 键和一个 键，所以数出来一共有 26 个 键，即 1 molCu(NH2CH2CH2COO)2中含有 键数目为 26NA。同周期从左向右第一电离能逐渐增大，其中 N 是 2p 能级的半满稳定结构，所以反常增大，顺序为：CON。(3)根据价层电子对互斥理论，SO 2的中心原子 S 的价电子对为：2
16、(622)/23 对，所以 S 是 sp2杂化。根据价层电子对互斥理论，SO 3的中心原子 S 的价电子对为：3(632)/23 对，所以SO3是平面三角形。图 2 中 S 占据顶点和体心，所以 S 有 8 12 个，Cu 都在晶胞内部，18所以 Cu 有 4 个，所以化学式为 Cu2S。3答案：(1)Ar3d 54s1 (2)8 ：1 sp 2 2 (3)HClO (4)离子晶体 (5)6 2MNaa3解析：W、X、Y、Z 为原子序数依次增大的前四周期元素，元素 W 是宇宙中最丰富的元素，W 是 H。元素 X 的原子最外层电子数是其内层的 3 倍，X 是 O。元素 Z 的基态原子核外电子有
17、24 种运动状态，Z 是 Cr。Y、X、Z 不在同一周期，Y 是第三周期元素，Y 原子核外p 电子比 s 电子多 5 个，Y 是 Cl。(1)Cr 基态原子的核外电子排布式为Ar3d 54s1。(2)单键都是 键，双键中含有 1个 键、1 个 键，所以 1 mol 丙烯分子(CH 2CHCH 3)中含有 键与 键数目之比为81 。苯分子是平面形结构，分子中碳原子轨道的杂化类型为 sp2。设过氧键的数目为 x，则2 价氧原子的个数是 52 x，Cr 的化合价为6，则根据正负价代数和为 0 可知2x(52 x)26，解得 x2。(3)非金属性越强，电负性越大，则 W、X、Y 三种元素的电负性由小到
18、大顺序为 HClO。(4)CrCl 3熔点为 1 152，熔融状态下能够导电，据此可判断 CrCl3晶体属于离子晶体。(5)根据晶胞结构可判断每个 Cr 原子周围最近的 O 原子数目为 6 个。晶胞中 Cr 是 181/82 个，则该晶体的密度为 g/cm3。2Ma3NA4答案：(1) 15 (2)N sp 2 (3)氧元素的电负性大于氮，氧原子的半径小于氮，水分子间氢键比氨分子间氢键强 (4)N 2或 CO 8 正四面体7(5)12 10302c8a3NA解析：(1) 基态氯原子的最外层有 7 个电子，价电子排布在 3s、3p 能级上，价电子排布图是 ；铜原子核外有 29 个电子，核外电子排
19、布为1s22s22p63s23p63d104s1，排布在 15 个原子轨道上，所以有 15 种空间运动状态；(2)同周期元素从左到右第一电离能增大，A 族原子 p 轨道半充满，第一电离能大于A 族元素的原子，所以碳、氮、氧三种元素中第一电离能最大的是 N；CO 中碳原子的价电子对数是233，所以碳原子的杂化轨道类型为 sp2 ；(3)氧元素的电负性大于氮，氧原子的半径4 22小于氮，水分子间氢键比氨分子间氢键强，所以水的沸点高于液氨；(4)等电子体是原子数相同、价电子数相同的微粒，所以与 CN 互为等电子体的分子的化学式是 N2或 CO；单键是 键，三键中有 1 个是 键，所以 1 mol C
20、u(CN )42 中含有 8 mol 键；若将 Cu(CN )42 中二个 CN 换为 Cl ，只有一种结构，则 Cu(CN )42 中 4 个氮原子所处空间位置关系为正四面体；(5)根据晶胞图，1 个氯离子周围离氯离子最近的氯离子数目是 12个；晶体中氯离子以面心立方最密堆积排列，钠离子嵌入在氯离子之间的空隙中， r(Cl ) a pm，所以晶胞边长是 2 apm，根据均摊原则，每个晶胞含有 Cl 数是28 6 4，含有 Na 数是 12 14；所以密度是 18 12 14 4c 22a10 10 3NA1030 gcm3 。2c8a3NA5答案：(1)洪特规则 sp 2杂化 1.80610
21、 24(或 3NA)(2) Si 3N4晶体中 Si 原子周围有四个 N 原子，Si 为 sp3杂化，键角 NSiN 为10928，而 N 原子周围连接 3 个 Si 原子，含有一对孤电子对，N 原子也是 sp3杂化，但由于孤电子对对成键电子对的排斥力更大，使得 SiNSi 键角小于 10928(3)22 六方最密 (4)化合物乙能形成分子间氢键 ONC (5)6解析：(1)基态 N 原子的最外层电子排布式为 2s22p3,2p 轨道上的 3 个电子分别排布在3 个 2p 轨道上，遵循洪特规则。N 2F2分子的结构式为 FN=NF，其中每个 N 原子形成2 个 键和 1 个 键，且含有 1 对
22、未成键的孤电子对，故 N 原子采取 sp2杂化。1 个 N2F2分子含有 2 个 NF 键和 1 个 N=N 键，故 1 mol N2F2含有 键的个数为36.0210231.80610 24。(3)基态钛原子核外有 22 个电子，各个电子的运动状态均不同。由金属钛的晶胞结构可知，其堆积方式为六方最密堆积。(4)化合物乙()分子中含有NH 2，易形成分子间氢键，而化合物甲()不能形成分子间氢键，故化合物乙的沸点明显高于化合物甲。化合物乙中 C、N、O 原子均采取 sp3杂化，同周期自左向右，电负性逐渐增大，故电负性：ONC。(5)由钙钛矿晶体的结构可知，Ti 4 位于立方晶胞的顶角，被周围 6
23、 个O2 包围，形成配位八面体。6答案：(1) 6(2) 正四面体形 CH 4、NH 4(3)(BO2) sp 3、sp 2 (4)氢键、共价键、范德华力 2 (5)(2/3,1/3,1/2)nn8解析：(1)B 是 5 号元素，基态 B 原子的价电子为 2s22p1，价电子的轨道表达式为，第二周期第一电离能比 B 高的元素有 Be、C、N、O、F、Ne 6 种。(2)B 易形成配离子，如B(OH) 4 、BH 4 等。B(OH) 4 的中心原子形成 4 个 键，其中有一个是配位键，由 O 原子提供了孤对电子，其结构式为 ，其中心原子 B 原子的价层电子对数为 4，故其 VSEPR 模型为正四
24、面体形，BH 4 的等电子体有 CH4、NH 等。(3)由图 1 可知，偏硼酸根中每个 B 形成 3 个共价键、每个 O 形成 2 个 4共价键，所以平均每个 B 原子结合 2 个 O 原子，由 B 和 O 的化合价分别为3 和2 可知，其化学式可表示为(BO 2) ；由图 2 可知，五硼酸根离子中有 2 种 B 原子，一种形成 4 个nn共价键，另一种形成 3 个共价键，故其中 B 原子的杂化方式为 sp3、sp 2。(4)硼酸晶体是片层结构的分子晶体，由图 3 可知，同一层微粒间存在的作用力有氢键、共价键，范德华力3 种；由均摊法可知，每个晶胞周围可形成 4 个晶胞、每个晶胞中包含 8 个
25、硼酸分子，故平均同一片层划分出的一个二维晶胞含有 2 个 H3BO3分子。(5)若建立如图 5 所示的坐标系，x 与 y 两轴的夹角为 120，以 A 为坐标原点，把晶胞的底边边长和高都视作单位 1，则B、C 的坐标分别为 B(1,0,0)、C(0,0,1)，由图可知，D 点与 A、B 以及底面右下角等 3 个点构成一个正四面体，D 点位于其顶点，其高度为晶胞高度的一半。由 D 点向底面作垂线，垂足为中线的三等分点，则垂足的坐标为( ，0)，所以 D 点的坐标为 D( ， )。2313 2313 127答案：(1)2 3d (2)正四面体形 大于(3)电负性 N 强于 P，中心原子的电负性越大
26、，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大(4)TiO22C2Cl 2 TiCl42CO= = = = = = = = = = =1 000 1 100 K (5)TiN 3248 NA解析：(1)钛元素基态原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2，因此其中未成对电子数为 2 个，能量最高的电子占据的能级符号为 3d。(2)白磷(P 4)分子中含有 6 个PP 单键，其立体构型为正四面体形；白磷和 CS2均为非极性分子，水是极性分子，根据相似相溶原理可推测白磷在 CS2中的溶解度大于在水中的溶解度。(3)由于电负性 N 强
27、于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大，因此 PH3的键角小于 NH3的。(4)反应物是氯气、TiO2和足量炭粉，生成物是 TiCl4，根据原子守恒且碳过量可知还有 CO 生成，则生成TiCl4的化学反应方程式为 TiO22C2Cl 2 TiCl42CO。(5)根据晶胞结构= = = = =1 000 1 100 K 可知含有的 N 原子个数是 81/861/24，Ti 原子全部在晶胞中，共计是 4 个，则该晶体的化学式为 TiN；设晶胞的边长是 a cm，则 ，解得 a 。462a3NA 3248 NA8答案：(1)
28、 (2)sp、sp 2 SCN 、CO 2、CS 2、N 等中的任一 3种(3)NH4F F 原子半径比 I 原子小，HF 键比 HI 键强(或 HF 更易形成易夺取 NH中的 H ) 4(4)3 (5)B 12 (6)Na (7)4 M10 21/4 d3NA2解析：(1)Ga 原子核电荷数为 31，核外电子排布 1s22s22p63s23p63d104s24p1；基态 Ga原子价电子排布图为 。(2)NO 其中心 N 原子价电子对数 键个数 29孤电子对个数2(5122)/22，所以其中的氮原子按 sp 方式杂化；NO 价层 3电子对数为 3(5123)3，属于 sp2杂化；等电子体是指原
29、子数相等，电子总数相等的微粒，因此原子数为 3，电子数为 22 的等电子微粒有(和 NO )：SCN 、CO 2、CS 2、N 2等中的任一种。(3)由于 F 原子半径比 I 原子小，HF 键比 HI 键强(或 HF 更易形成 3易夺取 NH 中的 H )，所以 NH4F、NH 4I 中，较易分解的是 NH4F。(4)同周期元素第一电离 4能从左到右有增大的趋势，特例是A 的第一电离能大于A，A 的第一电离能大于A，故第一电离能介于 B 元素和 N 元素的元素有 Be、C、O，共计 3 种。(5) 根据晶胞的结构图可以知道，每个硼原子被 5 个正三角形共用，每个正三角形上有三个硼原子，所以这个
30、基本结构单元含有硼原子的个数为：(203)/512；若此结构单元为 1 个分子，则其分子式为 B12。(6)该晶胞中个数8 6 4，个数12 811，根据化学式知，冰18 12 14晶石中阳离子和阴离子个数之比为 3 ：1，要使阳离子、阴离子个数之比为 3 ：1，则大立方体的体心处所代表的微粒是 Na 。(7)根据乙图可知，Al 为面心立方堆积，铝原子位于晶胞 8 个顶点和立方体的 6 个面心，一个晶胞中 Al 原子的数目N1/881/264。设晶胞中立方体的边长为 a，根据丙图中原子之间的位置关系有a2 a2(4 d)2，则 a2 dnm，则晶胞的体积为 V a32 d107 3cm3，一个晶胞中含2 2有 4 个铝原子，则晶胞的质量为 mNM/ NA ，密度 m/V NM/NAV，代入数据计算可得晶胞密度 4M/ NAVM4 d31021 NAM10 21/4 d3NA。2 2
