高中化学一轮复习 物质结构与性质.docx

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高中化学一轮复习物质结构与性质

2021届一轮复习训练

三十

三

物质结构与性质（选修3）

1．[2018·全国卷Ⅲ]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）ZnF2具有较高的熔点（872℃），其化学键类型是__________________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是______________________。

（4）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO3）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。

ZnCO3中，阴离子空间构型为____________________，C原子的杂化形式为________________________。

（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为______________________。

六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3（列出计算式）。

答案：

（1）[Ar]3d104s2

（2）大于　Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子

（3）离子键　ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小

（4）平面三角形　sp2

（5）六方最密堆积（A3型）　

解析：

（1）Zn原子核外有30个电子，其电子排布式为[Ar]3d104s2。

（2）Cu原子的外围电子排布式为3d104s1,4s能级处于半充满状态，而Zn原子的4s能级处于全充满状态，Zn原子更不易失去1个电子，所以Zn原子的第一电离能较大。

（3）根据ZnF2晶体的熔点较高可知，ZnF2为离子晶体，含有离子键，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小，故能够溶解在有机溶剂中。

（4）CO

中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO

的空间构型为平面三角形。

（5）题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。

六棱柱底部正六边形的面积＝6×

a2cm2，六棱柱的体积＝6×

a2ccm3，该晶胞中Zn原子个数为12×

＋2×

＋3＝6，已知Zn的相对原子质量为65，阿伏加德罗常数的值为NA，则Zn的密度ρ＝

＝

g·cm－3。

2．[2018·全国卷Ⅱ]硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

H2S

S8

FeS2

SO2

SO3

H2SO4

熔点/℃

－85.5

115.2

>600

（分解）

－75.5

16.8

10.3

沸点/℃

－60.3

444.6

－10.0

45.0

337.0

回答下列问题：

（1）基态Fe原子价层电子的电子排布图（轨道表达式）为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。

（2）根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。

（3）图（a）为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为____________________________________。

（4）气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图（b）所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。

（5）FeS2晶体的晶胞如图（c）所示。

晶胞边长为anm，FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S

所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______nm。

答案：

（1）

　哑铃（纺锤）

（2）H2S

（3）S8相对分子质量大，分子间范德华力强

（4）平面三角　2　sp3

（5）

×1021　

a

解析：

（1）基态Fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为

。

基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据最高能级为3p，p能级的电子云轮廓图为哑铃（纺锤）形。

（2）价层电子对数包括成键电子对数和孤电子对数，H2S中S的成键电子对数为2，孤电子对数为

＝2，故价层电子对数为4（或价层电子对数为

＝4），同理，SO2中S的价层电子对数为

＝3，SO3中S的价层电子对数为

＝3，H2S中S的价层电子对数不同于SO2、SO3。

（3）S8和SO2均为分子晶体，分子间存在的作用力均为范德华力，S8的相对分子质量大，分子间范德华力强，故熔点和沸点高。

（4）气态SO3为单分子，分子中S无孤电子对，其分子的立体构型为平面三角形，S和O之间形成双键，故共价键有σ键和π键两种。

固态SO3为三聚分子，分子中每个S与4个O成键，S无孤电子对，故原子的杂化轨道类型为sp3。

（5）该晶胞中Fe2＋位于棱上和体心，个数为12×

＋1＝4，S

位于顶点和面心，个数为8×

＋6×

＝4，故晶体密度为

×4g÷（a×10－7cm）3＝

×1021g·cm－3。

根据晶胞结构，S

所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的

，故该正八面体的边长为

anm。

3．[2018·全国卷Ⅰ]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，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．σ键

C．π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。

可知，Li原子的第一电离能为______kJ·mol－1，O＝O键键能为________kJ·mol－1，Li2O晶格能为________kJ·mol－1。

（5）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图（b）所示。

已知晶胞参数为0.4665nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________g·cm－3（列出计算式）。

答案：

（1）D　C

（2）Li＋核电荷数较大

（3）正四面体　sp3　AB

（4）520　498　2908

（5）

解析：

（1）根据能级能量E（1s）

（2）Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。

（3）[AlH4]－中Al采用sp3杂化，呈正四面体结构。

四氢铝锂中存在离子键、配位键和共价键，配位键也是σ键。

（4）锂原子的第一电离能是指1mol气态锂原子失去1mol电子变成1mol气态锂离子所吸收的能量，即为

＝520kJ·mol－1。

O===O键键能是指1mol氧气分子断裂生成气态氧原子所吸收的能量，即为249kJ·mol－1×2＝498kJ·mol－1。

晶格能是指气态离子结合生成1mol晶体所释放的能量或1mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2908kJ·mol－1。

（5）1个氧化锂晶胞含O的个数为8×

＋6×

＝4，含Li的个数为8，1cm＝107nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为

g·cm－3。

4．碳及其化合物广泛存在于自然界中。

回答下列问题：

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。

在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。

（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是____________________________________。

（3）CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。

（4）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。

（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

答案：

（1）电子云　2

（2）C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构

（3）σ键和π键　sp　CO2、SCN－（或COS等）

（4）分子　（5）①3　2　②12　4

解析：

本题主要考查物质结构知识，意在考查考生的抽象思维能力、空间想象能力以及知识迁移能力。

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用“电子云”形象化描述。

根据碳的基态原子核外电子排布图可知，自旋相反的电子有2对。

（2）碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得或失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。

（3）CS2中C为中心原子，采用sp杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN－等。

（4）Fe（CO）5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。

（5）①由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为

×6＝2。

②观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4＝12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。

5．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。

回答下列问题：

（1）准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区别晶体、准晶体和非晶体。

（2）基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________。

可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。

（3）新制的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键数目为________。

乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________。

Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。

（4）Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。

列式表示Al单质的密度＝________g·cm－3。

（不必计算出结果）

答案：

（1）X射线衍射法

（2）4　1s22s22p63s23p63d5　血红色

（3）sp3、sp2　6NA　乙酸存在分子间氢键　16

（4）12　

解析：

（1）区分晶体、准晶体、非晶体的科学方法是X射线衍射法。

（2）基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，失掉2个4s、1个3d电子形成Fe3＋，其电子排布为1s22s22p63s23p63d5；形成的硫氰合铁配离子为血红色。

（3）乙醛分子中甲基碳原子采取sp3杂化；醛基碳原子采取sp2杂化；CH3CHO分子中的1个碳碳键、4个碳氢键都是σ键，碳氧双键中有1个σ键，所以1mol乙醛分子中共有6molσ键；由于乙酸分子羟基极性更强，形成分子间氢键，导致沸点升高；根据分摊原则，Cu2O晶胞中有8个氧原子，则应该有16个Cu原子。

（4）面心立方最密堆积的配位数为12；面心立方最密堆积的晶胞内有4个Al原子，其质量＝4×

g，体积＝（4.05×10－7）3cm3，所以其密度＝

g·cm－3。

6．砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。

回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式________。

（2）根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。

（填“大于”或“小于”）

（3）AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。

（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是____________________。

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为______，Ga与As以________键键合。

Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________。

答案：

（1）[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3

（2）大于　小于　（3）三角锥形　sp3

（4）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高

（5）原子晶体　共价　

×100%

解析：

本题考查物质结构与性质知识，意在考查考生对相关原理的应用能力。

（1）根据构造原理可写出基态As原子的核外电子排布式。

（2）同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。

Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。

（3）AsCl3的中心原子（As原子）的价层电子对数为（5＋1×3）/2＝4，所以是sp3杂化。

AsCl3的立体构型为三角锥形。

（4）根据晶体类型比较熔点。

一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。

（5）根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。

首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：

8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。

4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×（

π×10－30×r

＋

π×10－30×r

）cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即（

＋

）g，所以1个晶胞的体积V2＝

（MAs＋MGa）cm3。

最后V1/V2即得结果。

7．[2017·全国卷Ⅰ]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．404.4　　　　B．553.5　　　　C．589.2

D．670.8　　　　E．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I

离子。

I

离子的几何构型为____________________，中心原子的杂化形式为________________________________________________________________________。

（4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、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：

（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　sp3　（4）0.315或

×0.446　12

（5）体心　棱心

解析：

（1）紫色光对应的辐射波长范围是400～430nm（此数据来源于物理教材人教版选修34）。

（2）基态K原子占据K、L、M、N四个能层，其中能量最高的是N能层。

N能层上为4s电子，电子云轮廓图形状为球形。

Cr的原子半径小于K且其价电子数较多，则Cr的金属键强于K，故Cr的熔、沸点较高。

（3）I

的价层电子对数为

＝4，中心原子杂化轨道类型为sp3，成键电子对数为2，孤电子对数为2，故空间构型为V形。

（4）K与O间的最短距离为

a＝

×0.446nm≈0.315nm；由于K、O分别位于晶胞的顶角和面心，所以与K紧邻的O原子为12个。

（5）根据KIO3的化学式及晶胞结构可画出KIO3的另一种晶胞结构，如下图，可看出K处于体心，O处于棱心。

8．[2017·全国卷Ⅱ]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达式（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。

①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

②R中阴离子N

中的σ键总数为________个。

分子中的大π键可用符号Π

表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π

），则N

中的大π键应表示为________。

③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为（NH

）N—H…Cl、________、________。

（4）R的晶体密度为dg·cm－3，其立方晶胞参数为anm，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）同周期元素随核电荷数依次增大，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）①ABD　C　②5　Π

③（H3O＋）O—H…N（N

）　（NH

）N—H…N（N

）

（4）

×10－21（或

）

解析：

（1）氮为7号元素，基态N原子的价电子排布式为2s22p3，故氮原子价电子排布图为

。

（2）由题意可知，元素的基态气态原子越容易得到一个电子，所放出的能量越大，即第一电子亲和能（El）越大，同周期元素随核电荷数的增大，原子的电负性逐渐增大，得电子的能力增强，故结合一个电子释放的能量逐渐增大；基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则N原子的2p轨道为半充满状态，相对稳定，不易得电子。

（3）①R中的两种阳离子为NH

和H3O＋，NH

的中心原子是N，中心N原子形成4个σ键，没有孤对电子，价层电子对数为4，故其杂化类型为sp3，NH

的空间构型为正四面体形；H3O＋的中心原子是O，中心O原子形成3个σ键，有1对孤对电子，价层电子对数为4，故其杂化类型为sp3，H3O＋的空间构型为三角锥形；NH

和H3O＋中共价键类型都是极性共价键，故R中两种阳离子的相同之处为A、B、D项，不同之处为C项。

②由图（b）可知，R中阴离子N

中有5个N—N键，所以N

中的σ键总数为5个；由图（b）可知，N

中的大π键中含有5个N原子，所以参与形成大π键的原子数为5，每个N原子形成2个σ键，还有1对孤对电子，每个N原子提供1个电子形成大π键，从外界得到的1个电子也参与形成大π键，故参与形成大π键的电子数为6，则N

中的大π键应表示为Π

。

③由图（b）可知，H3O＋中的1个H原子与N

中的1个N原子形成氢键，NH

中的1个H原子与N

中的1个N原子形成氢键，则还含有（NH

）N—H…N（N

）和（H3O＋）O—H…N（N

）。

（4）晶胞的质量为

g，晶胞的体积为（a×10－7cm）3，R的晶体密度为dg·cm－3，则d＝

，解得y＝

×10－21，将NA＝6.02×1023代入

×10－21可得y＝

。

9．[2017·全国卷Ⅲ]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σ键外，还存在________________。

（5）MgO具有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＝0.420nm，则r（O2－）为________nm。

MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r（Mn2＋）为________nm。

答案：

（1）[Ar]3d74s2　O　Mn

（2）sp　sp3

（3）H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O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π键（Π

4键）

（5）0.148　0.076

解析：

（1）Co是27号元素，其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2。

元素Mn与