1、30 物质结构与性质本部分内容主要是选考知识，主要考查原子结构、核外电子排布式的书写、第一电离能和电负性的比较，化学键的类型及数目判断、原子的杂化方式，分子结构和性质，分子的空间构型、分子间的作用力、晶体的类型以及晶体化学式的确定等相关知识。1.【2018 新课标 3 卷】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 1(Zn)_ 1(Cu)（填“大于”或“小于” ） 。原因是_。（3）ZnF 2具有较高的熔点（872)，其化学键类型是_；ZnF 2不溶于有机溶剂而Z
2、nCl2、ZnBr 2、ZnI 2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（ZnCO 3）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a cm，高为 c cm，阿伏加德罗常数的值为 NA，Zn 的密度为_gcm 3 （列出计算式） 。2 【2018 新课标 2 卷】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/ -85.5 115.2-75.516.8 10
3、.3沸点/ -60.3 444.6600（分解）-10.045.0 337.0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_层。（2）根据价层电子对互斥理论，H 2S，SO 2，SO 3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）FeS 2晶体的晶胞如图
4、（c）所示，晶胞边长为 a nm，FeS 2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_gcm -3；晶胞中 Fe2+位于 S22-所形成的的正八面体的体心，该正八面体的边长为_nm。3 【2018 新课标 1 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） 。A BC D（2）Li +与 H具有相同的电子构型，r(Li +)小于 r(H)，原因是_。（3）LiAlH 4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH 4中的
5、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）Li 2O 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 原子的第一电离能为 kJmol 1，O=O 键键能为 kJmol 1，Li 2O 晶格能为 kJmol1。（5）Li 2O 具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为 0.4665 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） 。1.【2018 贵州清华中学第一次考试】X、Y、Z、U、W 是原子序数依次增大的前四周期元素。其中 Y 的原
6、子核外有 7 种运动状态不同的电子；X、Z 中未成对电子数均为 2；U 是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素；W 的内层电子全充满，最外层只有 1 个电子。请回答下列问题：（1）X、Y、Z 的第一电离能从大到小的顺序是 (用元素符号表示，下同)。（2）写出 W 的价电子排布式 ，W 同周期的元素中，与 W 最外层电子数相等的元素还有 。（3）根据等电子体原理，可知化合物 XZ 的结构式是 ，YZ 的 VSEPR 模型是 。 2（4）X、Y、Z 的最简单氢化物的键角从大到小的顺序是 (用化学式表示)，原因是 。（5）由元素 Y 与 U 组成的化合物 A，晶胞结构如图所示(黑球表示 Y 原
7、子，白球表示 U 原子)，请写出化合物 A 的化学式 ，该物质硬度大，推测该物质为 晶体。其中 Y 原子的杂化方式是 。（6）U 的晶体属于立方晶系，其晶胞边长为 405pm，密度是 2.70gcm-3，通过计算确定其晶胞的堆积模型为 (填“简单立方堆积 ”“体心立方堆积”或“面心立方最密堆积” ，已知：4053=6.64107)。2.【2018 湖南长郡中学实验班选拔考试】镓、硅、锗、硒的单质及某些化合物都是常用的半导体材料。（1）基态锗原子的电子排布式为 ，锗、砷、硒三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 ，基态硅原子最高能级的电子云形状为 。（2）在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的
8、铁针刺中凝固的石蜡，实验表明不同方向石蜡熔化的快慢 ，水晶中硅原子的配位数为 。硅元素能与氢元素形成一系列的二元化合物SiH4、Si 2H6等，能与氯元素、溴元素分别结合形成 SiCl4、SiBr 4。这四种物质沸点由高到低的顺序为 。丁硅烯(Si 4H8)中 键与 键个数之比为 。（3）已知：GaCl 3的熔点为 77.9，沸点为 201；GeCl 4的熔点为-49.5，沸点为 84，则 GaCl3的晶体类型为 ，GaCl 3中 Ga 的杂化轨道类型为 ，GeCl 4的空间构型为 。（4）砷化镓的晶胞结构如图所示，若该晶体密度为 gcm-3，设阿伏加德罗常数的值为 NA，则晶胞参数为(已知相
9、对原子质量 Ga 为 70，As 为 75)。3.【2018 广西五市联考】(1)Ti(BH 4)3是一种储氢材料，可由 TiCl4和 LiBH4反应制得。基态 Ti3+的未成对电子有 个。LiBH 4由 Li+和 BH 构成，BH 的空间构型是 ，B 原子的杂化轨道类型是 。4 4某储氢材料是第三周期金属元素 M 的氢化物，M 的部分电离能如表所示。I1/(kJmol-1) I2/(kJmol-1) I3/(kJmol-1) I4/(kJmol-1) I5/(kJmol-1)738 1451 7733 10540 13630M 是 (填元素符号)，判断理由为 。（2）铜晶体中铜原子的堆积方式
10、如图 1 所示，铜晶体中原子的堆积模型属于 。图 1 图 2（3）A 原子的价电子排布式为 3s23p5，铜与 A 形成化合物的晶胞如图 2 所示(黑点代表铜原子)。该晶体的化学式为 。该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是 。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为 。已知该晶体的密度为 gcm-3，阿伏加德罗常数的值为 NA，该晶体中 Cu 原子和 A 原子之间的最短距离为体对角线的 1/4，则该晶体中 Cu 原子和 A 原子之间的最短距离为 pm。4.【2018 河北三市第二次联考】在一定条件下，金属相互化合形成的化合物称为金属互化物，如Cu9Al4、Cu
11、 5Zn8等。（1）某金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于 (填“晶体”或“非晶体”)。（2）基态铜原子有 个未成对电子；Cu 2+的电子排布式为 ；在 CuSO4溶液中加入过量氨水，充分反应后加入少量乙醇，析出一种深蓝色晶体，该晶体的化学式为 ，其所含化学键有 ，乙醇分子中 C 原子的杂化轨道类型为 。（3）铜能与类卤素(SCN) 2反应生成 Cu(SCN)2，1mol (SCN)2分子中含有 键的数目为 ；(SCN) 2对应的酸有硫氰酸( )、异硫氰酸( )两种。理论上前者沸点低于后者，其原因是 。 （4）ZnS 的晶胞结构如图 1 所示，在 ZnS 晶
12、胞中，S 2-的配位数为 。图 1 图 2（5）铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图 2 所示，其晶胞边长为 a nm，该金属互化物的密度为 gcm-3。(用含 a、 NA的代数式表示)一、考点透视1.【答案】 （1）Ar3d 104s2 （2）大于；Zn 核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子 答案与解析（3）离子键；ZnF 2为离子化合物，ZnCl 2、ZnBr 2、ZnI 2的化学键以共价键为主、极性较小 （4）平面三角形；sp 2 （5）六方最密堆积（A 3型） ；【解析】本题是物质结构与性质的综合题，需要熟练掌握这一部分涉及的主要知识点，一般来说，题目都是一个一个小题独立出现的，只要
13、按照顺序进行判断计算就可以了。 （1）Zn 是第 30 号元素，所以核外电子排布式为Ar3d 104s2。 （2）Zn 的第一电离能应该高于 Cu 的第一电离能，原因是，Zn 的核外电子排布 已经达到了每个能级都是全满的稳定结构，所以失电子比较困难。同时也可以考虑到 Zn 最外层上是一对电子，而 Cu的最外层是一个电子，Zn 电离最外层一个电子还要拆开电子对，额外吸收能量。 （3）根据氟化锌的熔点可以判断其为离子化合物，所以一定存在离子键。作为离子化合物，氟化锌在有机溶剂中应该不溶，而氯化锌、溴化锌和碘化锌都是共价化合物，分子的极性较小，能够溶于乙醇等弱极性有机溶剂。 （4）碳酸锌中的阴离子为
14、 CO ，根据价层电子对互斥理论，其中心原子 C 的价电子对为 3+(4322) =3 对，所以空间构23型为正三角形，中心 C 为 sp2杂化。 （5）由图示，堆积方式为六方最紧密堆积。为了计算的方便，选取该六棱柱结构进行计算。六棱柱顶点的原子是 6 个六棱柱共用的，面心是两个六棱柱共用，所以该六棱柱中的锌原子为 12+2 +3=6 个，所以该结构的质量为 665/NA g。该六棱柱的底面为正六边形，边长为 a cm，底面的面积为 6 个边长为 acm 的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为 6 cm2，高为 c cm，所以体积为 6 cm3所以密度为： gcm3。2
15、.【答案】 （1） ；哑铃（纺锤） （2）H 2S （3）S 8相对分子质量大，分子间范德华力强 （4）平面三角；2；sp 3 （5） 1021； a4MNAa3【解析】 （1）根据铁、硫的核外电子排布式解答；基态 Fe 原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其价层电子的电子排布图（轨道表式）为 ；基态 S 原子的核外电子排布为 1s22s22p63s23p4，则电子占据最高能是 3p，其电子云轮廓图为哑铃（纺锤）形；（2）根据价层电子对互斥理论分析；根据价层电子对互斥理论可知 H2S、SO 2、SO 3的气态分子中，中心原子价层电子对数分别是 2+4、2+ 3、
16、3+ 3，因此不同其他分子的是 H2S；（3）根据影响分子晶6-122 6-222 6-232体熔沸点高低的是分子间范德华力判断；S 3、二氧化硫形成的晶体均是分子晶体，由于 S3相对分子质量大，分子间范德华力强，所以其熔点沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多；（4）根据价层电子对互斥理论分析；气态三氧化硫以单分子形式存在，根据（2）中分析可知中心原子含有的价层电子对数是 3，且不存在孤对电子，所以其分子的立体构型为平面三角形。分子中存在氧硫双键，因此其中共价键的类型有 2 种，即 键、 键；固体三氧化硫中存在如图（b）所示的三聚分子，该分子中 S 原子形成 4 个共价键，因此其杂化轨道类型为
17、sp3。 （5）根据晶胞结构、结合密度表达式计算。根据晶胞结构可知含有铁原子的个数是 12 +14，硫原子个数是148 +6 4，晶胞边18 12长为 a nm、FeS 2相对式量为 M，阿伏加德罗常数的值为 NA，则其晶体密度的计算表达式为 mV4MNA(a10-7)3gcm3 1021gcm3；晶胞中 Fe2+位于 S 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角4MNAa3 22线的一半，则为 a nm。3.【答案】 （1）D；C （2）Li +核电荷数较大 （3）正四面体；sp 3；AB （4）520；498；2908 （5）87+416NA(0.466510 7)3【解析】 （1
18、）根据处于基态时能量低，处于激发态时能量高判断；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）根据原子核对最外层电子的吸引力判断；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）根据价层电子对互斥理论分析；根据物质的组成微粒判断化学键；LiAlH 4中的阴离子是AlH4 ，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 之间还有共价单键，不存在
19、双键和氢键，答案选 AB；（4）第一电离能是气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，据此计算；根据氧气转化为氧原子时的能量变化计算键能；晶格能是气态离子形成 1 摩尔离子晶体释放的能量，据此解答；根据示意图可知 Li 原子的第一电离能是 1040kJmol12520kJmol 1；0.5mol 氧气转化为氧原子时吸热是 249 kJ，所以 OO 键能是 249 kJ/mol2498kJmol 1；根据晶格能的定义结合示意图可知Li2O 的晶格能是 2908 kJmol1；（5）根据晶胞中含有的离子个数，结合密度的定义计算。根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是 8
20、个，根据化学式可知氧原子个数是 4 个，则 Li2O 的密度是 mVgcm387+416NA(0.466510 7)3二、考点突破1.【答案】 （1）NOC （2）3d 104s1 K、Cr （3）O C 平面三角形 （4）CH 4NH3H2O CH 4、NH 3、H 2O 的中心原子价层电子对数均为 4，VSEPR 模型均为四面体形，但中心原子的孤电子对数依次增加，导致键角变小 （5）AlN 原子 sp 3 (6)面心立方最密堆积【解析】根据 Y 的原子核外有 7 种运动状态不同的电子，知 Y 为 N；U 是第三周期元素形成的简单离子中半径最小的元素，则 U 为 Al；X、Z 中未成对电子数
21、均为 2，X 的原子序数小于 N，而 Z 的原子序数介于 N、Al之间，则 X 为 C，Z 为 O；W 的内层电子全充满，最外层只有 1 个电子，且原子序数大于 Al，则 W 为 Cu。 （1）C、N、O 同周期，同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但由于 N 的 2p 轨道半充满，为稳定结构，第一电离能：NO，故第一电离能：NOC。 （5）由题图可知，该晶胞中含有 Al 原子的个数为81/8+61/2=4，含有 N 原子的个数为 4，故化合物 A 的化学式为 AlN。该物质硬度大，推测该物质为原子晶体。由题图可知，1 个 N 原子周围连有 4 个 Al 原子，故 N 原子的杂化方式为
22、 sp3。 （6）设 Al 的晶胞中含有Al 原子的个数为 N，则一个晶胞的质量为 g=2.70gcm-3(40510-10cm)3，解得 N=4，故铝的晶胞类型为面心立方最密堆积。2.【答案】 （1）Ar3d 104s24p2(或 1s22s22p63s23p63d104s24p2) AsSeGe 哑铃形 （2）不同 4 SiBr 4SiCl4Si2H6SiH4 111 （3）分子晶体 sp 2 正四面体形 （4） cm【解析】 （1）锗为 32 号元素，则基态 Ge 原子的电子排布式为Ar3d 104s24p2(或1s22s22p63s23p63d104s24p2)。Ge、As、Se 同周
23、期，同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但由于As 的 2p 轨道半充满，为稳定结构，故第一电离能：AsSeGe。基态硅原子的最高能级为 3p 能级，3p 能级的电子云呈哑铃形。 （2）由于水晶导热性的各向异性，实验中不同方向石蜡熔化的快慢不同；水晶中 Si 原子的配位数为 4。该四种物质均为共价化合物，根据其相对分子质量大小关系可确定其沸点：SiBr4SiCl4Si2H6SiH4。丁硅烯的结构类似于丁烯，1 个 Si4H8分子中含有 1 个 Si=Si 键(含 1 个 键和 1个 键)、2 个 SiSi 键和 8 个 SiH 键，故该分子中 键与 键个数之比为 111。 （3）由 G
24、aCl3的熔点和沸点相对较低，可知 GaCl3为分子晶体，GaCl 3中 Ga 采取 sp2杂化，GeCl 4中 Ge 采取 sp3杂化，GeCl 4的空间构型为正四面体形。(4)利用均摊法可知该晶胞中含有 4 个 As 和 4 个 Ga，设晶胞参数为 a cm，则4/NA145=a 3，解得 a= 。3.【答案】 （1）1 正四面体形 sp 3 Mg 第三电离能比第二电离能大很多，说明最外层有 2 个电子 （2）面心立方最密堆积 （3）CuCl Cu +可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) Cu(NH 3)42+ 1010【解析】 （1）基态 Ti3+的电子排布式为 1s22s22p6
25、3s23p64s1，未成对电子数为 1。BH 中 B 无孤电子4对，空间构型为正四面体形，B 原子的杂化轨道类型为 sp3。 （3）根据 A 原子的价电子排布式，可知 A 为Cl。该晶胞中 Cu 原子的个数为 4，Cl 原子的个数为 81/8+61/2=4，故该晶体的化学式为 CuCl。设晶胞边长为 a pm，则 Cu 原子和 Cl 原子之间的最短距离为 /4a pm。以该晶胞为研究对象，存在：34 g= gcm-3(a10-10 cm)3，解得 a= 1010，则该晶体中 Cu 原子和 Cl 原子之间的最短距离为 1010 pm。4.【答案】(1)晶体 （2）1 Ar3d 9(或 1s22s
26、22p63s23p63d9) Cu(NH 3)4SO4 离子键、共价键、配位键 sp 3 （3）5 NA(或 56.021023) 异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能 （4）4 （5）3.8910 /a3NA23【解析】 （1）晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性，而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，题述金属互化物属于晶体。 （2）基态铜原子的电子排布式为Ar3d 104s1，有 1 个未成对电子；Cu 2+的电子排布式为Ar3d 9(或 1s22s22p63s23p63d9)；得到的深蓝色晶体为 Cu(NH3)4SO4，Cu(NH 3)4SO4中含有离子键、共价键、配位键。乙醇分子中
27、C 原子的杂化轨道类型为 sp3。 （3）类卤素(SCN) 2的结构式为 ，1 mol(SCN)2中含 键的数目为 5NA或 56.021023。异硫氰酸( )分子中 N 原子上连接有H 原子，分子间能形成氢键，故沸点高。 （4）根据题图 1 知，距离 Zn2+最近的 S2-有 4 个，即 Zn2+的配位数为4，而 ZnS 中 Zn2+与 S2-个数比为 11，故 S2-的配位数也为 4。 （5）根据均摊法，铜与金形成的金属互化物晶胞中Cu 的个数为 61/2=3，Au 的个数为 81/8=1，该金属互化物的化学式为 Cu3Au，该金属互化物的密度为 （364+1197）/N A(a10 )3gcm-3=3.8910 /a3NA（gcm -3） 。-7 23
