1、专题二十三 选修 3 物质结构与性质（解析版）1.【2019 新课标卷】在普通铝中加入少量 Cu 和 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（H 2NCH2CH2NH2）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+、Cu 2+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“Mg 2+”或“Cu 2+”）。（3）一些氧化物的
2、熔点如下表所示：氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2熔点/ 1570 2800 23.8 75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。（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 gcm3 （列出计算表达式）。【答案】（1） A （2）sp 3；sp 3；乙二胺的两个 N 提供孤对电子给金属离子形成配位键；Cu 2+（3）Li 2O 和 MgO 是
3、离子晶体、 P4O6 和 SO2 是分子晶体，晶格能 MgOLi 2O，分子间作用力：P4O6SO 2（4） a； a；【解析】（1）AD 微粒都是 Mg 原子失去一个电子后得到的，但是 D 微粒能量高于 A，稳定性 AD，所以失电子能量 AD；BC 都是原子，但是 B 是基态、C 是激发态，能量： CB，稳定性BC ，所以失去一个电子能量：B C ；A 微粒是 B 失去一个电子得到的，且 A 轨道中电子处于半满状态，较稳定，所以失去一个电子能力 AB，通过以上分析知，电离最外层一个电子所需能量最大的是 A，故答案为：A；（2）每个 N 原子形成的共价键有 2 个 NH 键、1 个 NC 键，
4、且还含有 1 个孤电子对；每个 C 原子形成的共价键有 2 个 CH 键、2 个 CN 键，所以 N、C 原子价层电子对个数都是 4，根据价层电子对互斥理论判断 N、C 原子杂化类型分别为 sp3、sp 3；含有孤电子对的原子和含有空轨道的原子之间易形成配位键，乙二胺的两个 N 提供孤对电子给金属离子形成配位键，所以乙二胺能与 Mg2+、Cu 2+等金属离子形成稳定环状离子；碱土金属与乙二胺形成的化合物稳定性较弱，所以与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是 Cu2+.（3）晶体熔沸点：离子晶体分子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能有关，晶格能越大熔沸点越高，晶格能与离子半径成反比，与电荷成正比，分子
5、晶体熔沸点与分子间作用力有关，分子间作用力与相对分子质量有关，相对分子质量越大其分子间作用力越大，Li 2O 和 MgO 是离子晶体、P4O6 和 SO2 是分子晶体，且晶格能 MgOLi 2O，分子间作用力： P4O6SO 2，所以熔沸点：MgOLi 2OP 4O6SO 2.（4）如图 所示，AB 之间的距离为面对角线长度 apm，AB 之间距离相当于 4 个 Cu 原子直径， x 距离 1 个 Cu 原子直径 ；体对角线长度 棱长 apm，CD 距离为 y，该长度为体对角线 BC 长度的 apm apm；该晶胞中 Mg 原子位于 8 个顶点上、6 个面心上，在晶胞内部有 4 个 Mg 原子
6、，所以 Mg 原子个数8 +6 +48 ，Cu 原子都位于晶胞内部，有 16 个；晶胞体积（a10 10 cm） 3，晶胞密度 g/cm3 g/cm3。2.【2019 新课标卷】近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为FeSmAsFO 组成的化合物。回答下列问题：（1）元素 As 与 N 同族。预测 As 的氢化物分子的立体结构为 _，其沸点比 NH3 的_（填“高”或“低”），其判断理由是_。（2）Fe 成为阳离子时首先失去_轨道电子，Sm 的价层电子排布式为 4f66s2，Sm 3+的价层电子排布式为_。（3）比较离子半径：F _O2（填“大于”等于” 或“小于” ）
7、。（4）一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图 1 所示，晶胞中 Sm 和 As 原子的投影位置如图 2 所示。图中 F和 O2共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用 x 和 1x 代表，则该化合物的化学式表示为_，通过测定密度 和晶胞参数，可以计算该物质的 x 值，完成它们关系表达式：=_ gcm3。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，称作原子分数坐标，例如图 1中原子 1 的坐标为( )，则原子 2 和 3 的坐标分别为 _、_。1,2【答案】(1). 三角锥形；低；NH 3 分子间存在氢键 (2). 4s； 4f5 (3). 小于 (4). SmFeAsO
8、1xFx 330A2816()19xacN,021,2【解析】（1）As 与 N 同族，则 AsH3 分子的立体结构类似于 NH3，为三角锥形；由于 NH3 分子间存在氢键使沸点升高，故 AsH3 的沸点较 NH3 低；（2）Fe 为 26 号元素，Fe 原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2，Fe 原子失去 1 个电子使 4s 轨道为半充满状态，能量较低，故首先失去 4s 轨道电子；Sm 的价电子排布式为 4f66s2，失去 3 个电子变成 Sm3+成为稳定状态，则应先失去能量较高的 4s 电子，所以 Sm3+的价电子排布式为为 4f5。（3）F -和 O2-的核外
9、电子排布相同，核电荷数越大，则半径越小，故半径：F -O2-。（4）由图 1 可知，每个晶胞中含 Sm 原子：4 =2，含 Fe 原子：4 +1=2，含 As 原子：1214 =2，含 O 原子：（8 +2 ）（1-x）=2（1-x），含 F 原子：（8 +2 ）x=2x，所21 12以该化合物的化学式为 SmFeAsO1-xFx；根据该化合物的化学式为 SmFeAsO1-xFx，一个晶胞的质量为 ，一个晶216x19AN胞的体积为 a2c 10-30cm3，则密度 = g/cm3。230816x9AacN根据原子 1 的坐标（ ， ， ），可知原子 2 和 3 的坐标分别为（ ， ，0），1
10、 12（0，0， ），23.【2019 新课标卷】磷酸亚铁锂（LiFePO 4）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用 FeCl3、NH 4H2PO4、LiCl 和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：（1）在周期表中，与 Li 的化学性质最相似的邻族元素是 ，该元素基态原子核外 M 层电子的自旋状态 （填“相同”或“相反”）。（2）FeCl 3 中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的 FeCl3 的结构式为 ，其中 Fe 的配位数为 。（3）苯胺（ ）的晶体类型是 。苯胺与甲苯（ ）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（5.9）、沸点（
11、184.4）分别高于甲苯的熔点（95.0）、沸点（110.6），原因是 。（4）NH 4H2PO4 中，电负性最高的元素是 ；P 的 杂化轨道与 O 的2p 轨道形成 键。（5）NH 4H2PO4 和 LiFePO4 属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 （用 n 代表 P 原子数）。【答案】（1）Mg；相反；（2） ；4；（3）分子晶体；苯胺分子之间存在氢键；（4）O；sp 3；（5）（P nO3n+1） （n+2）【解析】（1）在周期表中，与 Li 的化学性质最相似的邻族元素是
12、 Mg，该元素基态原子核外 M 层电子 2 个电子的自旋状态相反。（2）FeCl 3 中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的 FeCl3 的结构式为，Fe 原子周围有 4 个 eCl，则其中 Fe 的配位数为 4。（3）苯胺 ）的晶体类型是分子晶体，构成微粒为分子，苯胺与甲苯（ ）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（5.9）、沸点（184.4）分别高于甲苯的熔点（95.0）、沸点（110.6），原因是苯胺分子之间存在氢键。（4）NH 4H2PO4 中，电负性最高的元素是 O；磷酸根离子中 P 形成 4 个 键，则 P 的 sp3 杂化轨道与O 的 2p 轨道形成 键。（5）由图可
13、知，2 个 P 原子时存在 7 个 O，3 个 P 原子时存在 11 个 O，存在 n 个 P 时存在（3n+1）个 O，则这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为（P nO3n+1） （n+2） 。4【2019江苏卷21】Cu 2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO 4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备CuO。（1）Cu 2+基态核外电子排布式为 。（2） 的空间构型为 （用文字描述）；24SCu2+与OH 反应能生成Cu(OH) 42，Cu(OH) 42中的配位原子为 （填元素符号）。（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为 ；推测抗坏血酸在水中的溶解性： （填“难溶
14、于水”或“易溶于水”）。（4）一个 Cu2O 晶胞（见图 2）中，Cu 原子的数目为 。【答案】（1）Ar3d 9 或 1s22s22p63s23p63d9 （2）正四面体 O（3）sp 3、sp 2 易溶于水 （4）4【解析】（1）Cu 原子失去 4s 能级上 1 个电子、3d 能级上 1 个电子生成铜离子，该基态离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9 或Ar3d 9；（2）SO 42 中 S 原子价层电子对个数4+ 4 且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该微粒空间构型为正四面体形；该配离子中 Cu2+提供空轨道、O 原子提供孤电子对形成配位键，所以配原子为 O；（
15、3） 中 1、2、3 号 C 原子价层电子对个数是 4，4、5、6 号碳原子价层电子对个数是 3，根据价层电子对互斥理论判断该分子中 C 原子轨道杂化类型，1、2、3 号 C 原子采用sp3 杂化，4、5、6 号 C 原子采用 sp2 杂化；抗坏血酸中羟基属于亲水基，增大其水解性，所以抗坏血酸易溶于水；（4）该晶胞中白色球个数8 +12、黑色球个数为 4，则白色球和黑色球个数之比2：41：2，根据其化学式知，白色球表示 O 原子、黑色球表示 Cu 原子，则该晶胞中 Cu 原子数目为 4。5.【2019 上海 等级考 】Li3Fe2(PO4)3 作为锂离子电池的正极材料时有良好的放电平台，通过提高材料的电导率可以有效的改善材料的性能。35.CO2 的电子式为 ，P 原子的核外电子有 种不同能量的电子。【答案】【解析】
