1、题型四 物质结构与性质(选考题) 真题 考情 全国卷全国卷 12020 全国卷化学选修 3：物质结构与性质 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_。 4 5 Na 与 Li 同族，Na 电子层数多，原子半径大，易失电子 I1(Be)I1(B)I1(Li)，原因是_。 I1/(kJ mol 1) Li 520 Be 900 B 801
2、 Na 496 Mg 738 Al 578 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)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 Li 1xFePO4，结构示意图如(b) 所示，则
3、x_，n(Fe2 n(Fe3 )_。 正四面体 4 sp3 4 3 16 13:3 解析：(1)根据构造原理可知基态 Fe2 和 Fe3的价层电子排布式分别为 3d6 和 3d5，其未成对电子数分别为 4 和 5，即未成对电子数之比为4 5。(2)Li 和 Na 均为 第A 族元素，由于 Na 电子层数多，原子半径大，故 Na 比 Li 容易失去最外层 电子，即 I1(Li)I1(Na)。Li、Be、B 均为第二周期元素，随原子序数递增，第一 电离能有增大的趋势，而 Be 的 2s 能级处于全充满状态，较难失去电子，故第一 电离能 Be 比 B 大。(3)PO3 4 的中心原子 P 的价层电子
4、对数为 4，孤电子对数为 0， 中心原子 P 为 sp3杂化，故 PO3 4 的空间构型为正四面体。(4)由题图可知，小白球 表示锂原子，由图(a)知，每个晶胞中的锂原子数为 81/841/441/24， 故一个晶胞中有 4 个 LiFePO4单元。由图(b)知，Li1xFePO4结构中，一个晶胞含 有 13/4 个锂原子，此时锂原子、铁原子的个数比为，进而推出 x3/16。 设 Li13Fe16(PO4)16中二价铁离子的个数为 a，三价铁离子的个数为 b，由 2a3b 1348，ab16，得到 a:b13:3，即 n(Fe2 ):n(Fe3)13:3。 22020 全国卷 化学选修 3：物
5、质结构与性质 钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体 电阻器等的功能材料。回答下列问题： (1)基态 Ti 原子的核外电子排布式为_。 (2)Ti 的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自 TiCl4至 TiI4熔点依次升高，原因是 _。 化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/ 377 24.12 38.3 155 1s22s22p63s23p63d24s2 TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增 大分子间作用力增大，熔点逐渐升高 (3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性
6、大小顺序是 _； 金属离子与氧离子间的作用力为_， Ca2 的配位数是_。 (4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为 Pb2 、I和有机 碱离子 CH3NH 3，其晶胞如图(b)所示。其中 Pb 2与图(a)中_的空间位 置相同，有机碱 CH3NH 3中，N 原子的杂化轨道类型是_；若晶胞参数 为 a nm， 则晶体密度为_g cm 3(列出计算式)。 OTiCa 离子键 12 Ti4 sp3 620 a3NA10 21 (5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生 单质铅和碘，降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引 入稀土铕(Eu)盐，提升了太
7、阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理如图(c) 所 示 ， 用 离 子 方 程 式 表 示 该 原 理 _ 、 _。 2Eu3 Pb=2Eu2Pb2 2Eu2 I 2=2Eu3 2I 解析：(1)Ti 是 22 号元素，所以基态 Ti 原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d24s2。 (2)氟元素非金属性强， TiF4为离子化合物， 熔点最高， TiCl4、 TiBr4、TiI4为共价化合物，熔点较低，且 TiCl4、TiBr4、TiI4结构相似，相对分子 质量越大，分子间作用力越强，熔点越高。(3)元素的非金属性越强，电负性越大， 所以 Ca、Ti、O 三种元素中，O 电
8、负性最大，Ca 的金属性强于 Ti，则 Ti 的电负 性强于 Ca；阴、阳离子间的作用力为离子键；距离 Ca2 最近的为 O2，共有 12 个 O2 与位于体心处的 Ca2距离相等且最近，故 Ca2的配位数为 12。 (4)距离 Pb2 最近的是处于面心的 I，Pb2的配位数为 6，图(a)中 Ti4的配位 数也为 6，其与图(b)中 Pb2 的空间位置相同；CH 3NH 3中，氮原子形成 4 个单键， 其中有 1 个是配位键，N 原子采取 sp3杂化；根据均摊法，1 个晶胞中含有 I 的 个数为 61/23，CH3NH 3的个数为 81/81，Pb2 的个数为 1，化学式为 PbCH3NH3
9、I3，摩尔质量为 620 g mol 1，一个晶胞的质量为620 NA g，体积为(a10 7)3 cm3，则晶体密度为 620 a3NA10 21 g cm3。(5)根据图(c)可知，箭头是由反应物 指向生成物，则该过程中 Pb 和 Eu3 反应生成 Pb2和 Eu2，Eu2与 I 2反应生成 Eu3 和 I。 32020 全国卷化学选修 3：物质结构与性质 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，
10、其电子对由_ 提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气： 3NH3BH36H2O=3NH 4B3O 3 6 9H2 B3O3 6 的结构为 在该反应中，B 原子的杂化轨道类型由 _变为_。 B Si(硅) 配位 N sp3 sp2 (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 NH 3BH3原子总数相等的 等电子体是_(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
11、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 _ g cm 3(列出计算式，设 N A为 阿伏加德罗常数的值)。 NHB CH3CH3 低 H 与 H的静电引力 62 NAabc10 30 解析：(1)根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小，可知 H、B、 N 中原子半径最大的是 B。元素周期表中 B 与 Si(硅)处于对角线上，二者化学性 质相似。(2)NH3BH3中 N 有孤对电子，B 有空轨道，N 和 B 形成配位键，电子对 由 N 提供。NH3BH3中 B 形成四个 键，为 sp3杂化，B3O3 6 中 B 形成 3 个
12、键， 为 sp2杂化。(3)电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与 N 原子相连的 H 呈正电性，与 B 原子相连的 H 呈负电性，故电负性 NHB。原子 数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体，与 NH3BH3互为等电子体的分 子为 CH3CH3。 带相反电荷的微粒能形成静电引力， NH3BH3分子间存在 H 与 H 的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”能改变物质的熔沸点，而 CH 3CH3 分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。(4)氨硼烷的相对分子质量为 31，一个 氨硼烷的 222 超晶胞中含有 16 个氨硼烷，该超晶胞的质量为(3116/NA) g， 体积为 2
13、a10 10 cm2b1010 cm2c1010 cm8abc1030 cm3，则氨硼烷 晶体的密度为62/(NAabc10 30)g cm3。 42019 全国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(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_，
14、 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”)。 A sp3 sp3 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)一些氧化物的熔点如下表所示： 氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2 熔点/ 1 570 2 800 23.8 75.5 解释表中氧化物之间熔点差异的原因_。 Li2O、MgO 为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。 晶格能 MgOLi2O。 分子间作用力(分子量)P4O6SO2 (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
15、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_g cm 3(列 出计算表达式)。 2 4 a 3 4 a 8241664 NAa310 30 解析：本题涉及电离能大小比较、原子轨道杂化方式、配合物稳定性判断、 晶体熔点高低比较、晶胞的有关计算，考查学生运用化学用语及文字、图表、模 型、图形分析和解决化学问题的能力，借助离子、分子晶体模型解释化学现象， 揭示现象本质和规律，体现证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的学科核 心素养。 (1)A 表示基态镁原子的第二电离能，B 表示基
16、态镁原子的第一电离能，则电 离能：AB；C 表示激发态镁原子的第一电离能，则电离能：ABC；D 表示激 发态镁原子的第二电离能，则电离能：AD。(2)乙二胺分子中，氮原子核外孤电 子对数为 1， 键数目为 3，则杂化轨道数目为 4，故氮原子采取 sp3杂化；碳原 子核外孤电子对数为 0， 键数目为 4，则杂化轨道数目为 4，故碳原子采取 sp3 杂化。乙二胺的两个 N 提供孤对电子给 Mg2 、Cu2等金属离子，以配位键结合 成稳定环状离子。 (3)一般来说，晶体熔点：原子晶体离子晶体分子晶体。Li2O、MgO 均为 离子晶体，晶格能：Li2OLi2O；P4O6、SO2均为分子晶体， 相对分子
17、质量：P4O6SO2，则分子间作用力：P4O6SO2，故熔点：P4O6SO2。(4) 由图(b)可知，x 等于立方体面对角线长度的1 4，即 4x 2a，则 x 2 4 a；根图(a)、 (b)分析可知，y 等于立方体体对角线长度的1 4，即 4y 3a，则 y 3 4 a；据图(a) 可知，该晶胞占用 Cu 原子数目为 4416，据 MgCu2可知，Mg 原子数目为 8， 一个晶胞的体积为(a10 10)3 cm3，质量为6416248 NA g，则 MgCu2的密度为 8241664 NA a310 30 g cm 3。 5 2019 全国卷近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导
18、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，Sm3 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”)。 三角锥形 低 NH3分子间存在氢键 4s 4f5 小于 (4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图 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
19、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： _g cm 3。 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(1 2， 1 2， 1 2)，则原子 2 和 3 的坐 标分别为_、_。 SmFeAsO1xFx 2281161x19x a2cNA10 30 1 2， 1 2，0 0，0，1 2 解析：本题涉及的知识点有分子结构与性质、核外电子失去顺序、离子半径 比较、晶胞结构与计算等，考查分析和解决化学问题的能力。以超导材料研究
20、为 载体，体现科学态度与社会责任的学科核心素养，以及厚植爱国主义情怀的价值 观念。 (1)AsH3中 As 原子价层电子对数为 4，其中有一对孤对电子，故 AsH3立体 结构为三角锥形。NH3分子间可以形成氢键，导致 NH3沸点高于 AsH3。(2)金属 原子变为阳离子，首先失去最外层电子。(3)F 与 O2具有相同电子层结构，F 原 子序数较大，离子半径较小。 (4)根据原子在长方体晶胞中位置可知，晶胞中 As、Fe、Sm 各有两个原子， F 和 O 的原子数之和为 2，则该化合物的化学式为 SmFeAsO1xFx。每个晶胞中有 “两个分子”，每个晶胞质量为2281161x19x NA g；
21、该晶胞为长方体，其体 积为 a2 c10 30 cm3，则 2281161x19x a2cNA10 30g cm 3。根据坐标系和原子 1 的坐标可知，底面左后方的 O 或 F 原子为坐标系原点，其坐标是(0，0,0)，则原 子 2 的坐标为 1 2， 1 2，0 ，原子 3 的坐标为 0，0，1 2 。 62019 全国卷磷酸亚铁锂(LiFePO4)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、 NH4H2PO4、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
22、原子核外 M 层电子的自旋状态_(填“相同”或“相反”)。 (2)FeCl3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_。 Mg 相反 4 (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(184.4 ) 分别高于甲苯的熔点(95.0 )、沸点(110.6 )， 原因是_。 (4)NH4H2PO4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。 分子晶体 苯胺分子之间存在氢键 O sp3 (5)NH4H2PO4和 LiF
23、ePO4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 下图所示： 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)。 (PnO3n1)(n 2) 解析：本题涉及知识点有对角线原则、核外电子排布、配位键、分子结构与 性质等，通过能正确复述、再现、辨认相关基础知识，考查了接收、整合化学信 息的能力，体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 (1)根据对角线原则，Li 与 Mg 的化学性质最相似。基态时 Mg 原子的两个 M 层电子处于 3s 轨道上，且自旋方向相反。(2)双聚 FeCl3分子中两分子 FeCl3以配
24、位键形式结合在一起， 结构式为， Fe 的配位数为 4。 (3) 中只含有共价键，根据其熔、沸点数据可知，苯胺的晶体类型为分子晶体。苯胺 分子间存在氢键，导致其熔、沸点高于甲苯。 (4)根据 NH4H2PO4中所含元素在周期表中的位置关系和电负性规律可知，氧 元素电负性最高。NH4H2PO4中磷原子的价层电子对数为 4，故为 sp3杂化，P 的 sp3杂化轨道与 O 的 2p 轨道形成 键。(5)磷酸根离子为 PO3 4 ，焦磷酸根离子为 P2O4 7 ，三磷酸根离子为 P3O5 10。结合图示可知，每增加 1 个 P 原子，O 原子数增 加 3，离子所带负电荷数增加 1，故可推出离子通式为(
25、PnO3n1)(n 2)。 72018 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) D C (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 Li 核电荷数较大 正四面体 sp3 AB (4)Li2O是离子晶体， 其
26、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_kJ mol 1 ，OO 键键能为 _kJ mol 1，Li 2O 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 0.466 5 nm， 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)。 520 498 2 908 87416 NA0.466 510 73 解析：(1)根据能级能量 E(1s)E(2s)CoOFeO (3)Fe、Co、Ni 能与 Cl2反应，其中 Co 和 Ni 均生成二氯化物，由此推断 FeCl3
27、、CoCl3和 Cl2的氧化性由强到弱的顺序为_， Co(OH)3与盐酸反应有黄绿色气体生成，写出反应的离子方程式： _。 (4)95 时，将 Ni 片浸在不同质量分数的硫酸中，经 4 小时腐蚀后的质 量损失情况如图 2 所示，当 w(H2SO4)大于 63%时，Ni 被腐蚀的速率逐渐降 低的可能原因为_。 由于Ni与H2SO4反应很慢， 而与稀硝酸反应很快， 工业上选用H2SO4和HNO3 的混酸与 Ni 反应制备 NiSO4。为了提高产物的纯度，在硫酸中添加 HNO3的 方式为_(填“一次过量”或“少量多次”)，此法制备 NiSO4的化学 方程式为_。 CoCl3Cl2FeCl3 2Co(
28、OH)36H 2Cl=2Co2Cl 26H2O 随 H2SO4质量分数增加，Ni 表面逐渐形成致密氧化膜 少量多次 3Ni3H2SO42HNO3=3NiSO42NO4H2O 或 NiH2SO42HNO3=NiSO42NO22H2O 解析：本题考查物质结构与性质知识，考查考生接受、吸收、整合化学信息 的能力，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析。(1)在元素周期表中 Fe、Co、Ni 都是第四周期第族的元素；Fe 为 26 号元素，其基态原子的电子排 布式是 1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。 (2)根据 CoO 晶胞的结构，利用均摊法得出，1 个 CoO 晶胞
29、中有 4 个 Co2 和 4个 O2 ， 故CoO晶体的密度为 m晶胞 V晶胞 NA 45916 a10 73 N A g cm 3310 23 a3 NA g cm 3。因为 Fe、Co、Ni 的二价氧化物是离子化合物，Fe2、Co2、Ni2半径依次减 小，晶体的晶格能依次增大，熔点依次升高，故熔点顺序是 NiO CoO FeO。(3) Fe、Co、Ni 与 Cl2反应时分别生成 FeCl3、CoCl2、NiCl2，故氧化性强弱顺序是 Co3 (或 Ni3) Cl 2Fe3 ； Co3可以氧化 Cl生成 Cl 2， 故有 2Co(OH)3 6H 2Cl =2Co2 6H 2OCl2。 (4)
30、当 w(H2SO4)大于 63%时， Ni 被腐蚀的速率随 H2SO4浓度增大而逐渐降低， 说明 Ni 表面生成了致密的氧化膜， 阻止了内部的 Ni 被进一步氧化(是一种钝化现 象)；Ni 与硫酸反应较慢，加入稀硝酸可以使 Ni 的氧化速率加快(生成 NiO 后被 稀硫酸溶解生成 NiSO4)，但硝酸过量会使产物中存在 Ni(NO3)2而导致纯度降低， 为此， 加入稀硝酸应采用少量多次的操作方法， 反应的化学方程式是 3Ni3H2SO4 2HNO3=3NiSO42NO4H2O 或 NiH2SO42HNO3=NiSO42NO2 2H2O。 32019 江苏卷，(节选)Cu2O 广泛应用于太阳能电
31、池领域。以 CuSO4、 NaOH 和抗坏血酸为原料，可制备 Cu2O。 (1)Cu2 基态核外电子排布式为_。 (2)SO2 4 的空间构型为_(用文字描述)；Cu2 与 OH反应能生成 Cu(OH)42 ，Cu(OH) 4 2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“难溶于水”或“易 溶于水”)。 (4)一个 Cu2O 晶胞(如图 2)中，Cu 原子的数目为_。 Ar3d9或 1s22s22p63s23p63d9 正四面体 O sp3、sp2 易溶于水 4 解析：本题涉及的考点有粒子的核外
32、电子排布，离子立体构型与原子杂化轨 道类型的判断、晶胞结构的分析及计算，以 Cu2O 和抗坏血酸为载体，考查了学 生正确运用化学术语及文字、模型、图形分析和解决化学问题的能力，体现了以 宏观辨识与微观探析为主的学科核心素养和结构决定性质的学科思想。 (1)铜为 29 号元素， Cu2 基态核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d9； (2)SO2 4 的 中心原子为 S， 键数为 4，孤电子对数1 2(6224)0，价层电子对数为 4 04，依据 VSEPR 理论知，SO2 4 的空间构型为正四面体形；在Cu(OH)42 中， OH 为配体，配位原子为 O；(3)观察抗坏血酸分子结
33、构简式知，抗坏血酸分子中 碳原子的杂化类型为 sp3和 sp2杂化；1 个抗坏血酸分子中含有多个羟基，羟基是 亲水基团，故抗坏血酸易溶于水；(4)观察 Cu2O 晶胞结构图，依据均摊法知，1 个晶胞中“”的数目为 81 812，“ ”的数目为 4，结合 Cu2O 的化学式 知，“”为 Cu 原子，则 1 个 Cu2O 晶胞中，Cu 原子数目为 4。 42018 江苏卷臭氧(O3)在Fe(H2O)62 催化下能将烟气中的 SO 2、NOx 分别氧化为 SO2 4 和 NO 3，NOx也可在其他条件下被还原为 N2。 (1)SO2 4 中心原子轨道的杂化类型为_； NO 3的空间构型为_(用文字描
34、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Fe(NO)(H2O)52 结构示意图的相应位置补 填缺少的配体。 sp3 平面(正)三角形 Ar3d6 NO 2 1:2 解析：(1)SO2 4 中 S 原子的价层电子对数为 4，所以采取 sp3杂化。NO 3中氮 原子上无孤对电子，成键电子对数为 3，即 N 采取 sp2杂化，NO 3的空间
35、构型为 平面正三角形。(2)Fe 的原子序数是 26，Fe2 核外有 24 个电子，其基态核外电子 排布式为 1s22s22p63s23p63d6。(3)等电子体是指价电子总数和原子数均相同的分 子、离子或原子团，O3与 NO 2均为 3 原子 18 价电子的粒子，故二者互为等电子 体。(4)N2分子中含有 1 个 键和 2 个 键。(5)注意Fe(NO)(H2O)52 中 N 原子与 Fe2 形成配位键即可。 考情分析 考向 考点 核外电子排布表示式 电离能及应用 考情 1 原子结构与元素的性质 电负性及应用 离子键、离子化合物 键和 键、配位键判断 杂化轨道类型判断 考情 2 化学键与分子
36、结构 分子及微粒的空间结构 晶格能对离子晶体性质的影响 分子晶体结构与性质的关系 氢键对物质性质的影响 原子晶体的结构与性质的关系 考情 3 晶体结构与性质 根据晶胞进行相关计算 题型 详解 题型角度1 给定物质的结构与性质分析 【例1】 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
37、而右依次增大的原因是_； 氮元素的 E1呈现异常的原因是_。 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 p 能级处于半充满状态，具有稳定性，故不易结合一个电子 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 N 5中的 键总数为_个。 分子中的大 键可用符号 n m表示，其中 m 代表参与形成大 键的原子数，n 代表参与形成
38、大 键的电 子数(如苯分子中的大键可表示为6 6)， 则N 5中的大键应表示为_。 图(b)中虚线代表氢键， 其表示式为(NH 4)NHCl、_、_。 ABD C 5 6 5 (H3O )OHN(N 5) (NH 4)NHN(N 5) (4)R 的晶体密度为 d g cm 3，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_。 da10 73N A M 解析：(1)N 原子位于第二周期第A 族，价电子是最外层电子，即电子排布 图是； (2)根据图(a)，电子亲和能增大(除 N 外)，同周期从左向右非金
39、属性增强，得 电子能力增强，因此同周期自左而右电子亲和能增大；氮元素的 p 能级达到半满 状态，原子相对稳定，不易得到 1 个电子； (3)根据图(b)，阳离子是 NH 4和 H3O ，NH 4中心原子 N 含有 4 个 键，孤 电子对数为(5141)/20，价层电子对数为 4，杂化类型为 sp3，空间构型为 正四面体形，H3O 中心原子是 O，含有 3 个 键，孤电子对数为(613)/21， 价层电子对数为 4， 杂化类型为 sp3， 空间构型为三角锥型， 因此相同之处为 ABD， 不同之处为 C，由题给图示可知，N 与 N 之间形成 5 个 NN 键，因此有 5 个 键。N5 中有 5 个
40、氮原子参与形成大 键，每个 N 原子与其他 2 个 N 原子形 成共价键，每个 N 原子还可以提供 1 个电子参与大 键的形成，加上得到的 1 个 电子，共有 6 个电子参与形成大 键，因此 N5 中的大 键可表示为 65， 根据图(b)还有的氢键是：(H3O )OHN(N 5) (NH 4)NHN(N 5)； (4)根据密度的定义有：d y NAM a10 73g/cm3，解得 yda10 73N A M 。 练 1 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
41、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，这是因为_。 Ar3d5或 1s22s22p63s23p63d5 sp2和 sp3 9NA HCClP，则电负性 OClP，Na 是金属元素，其电负性 最小；P 的电子数是 15，根据构造原理可写出其核外电子排布式。 (2)氧元素有O2和O3两种同素异形体， 相对分子质量O3O2， 范德华力O3O2， 则沸点 O3O2。A 和 B 的氢化物分别是 H2O 和 NaH，所属晶体类型分别为分子 晶体和离子晶体。 (3) PCl3分子中 P 含有一对孤电子
42、对，其价层电子对数为 4，因此其立体构型 为三角锥形，中心原子 P 的杂化轨道类型为 sp3杂化。 (4) Cl2O 分子中心原子 O 原子含有 2 对孤电子对，其价层电子对数为 4，因 此其立体构型为 V 形；根据电子守恒和质量守恒可写出 Cl2与湿润的 Na2CO3反 应的化学方程式。 (5)根据化合物 F 的晶胞结构， 利用均摊法可计算出氧原子个数：N(O)81 8 61 24，钠原子全部在晶胞内，N(Na)8，因此 F 的化学式为 Na2O；以顶角 氧原子为中心，与氧原子距离最近且等距离的钠原子有 8 个，即晶胞中 A 原子的 配位数为 8；晶胞参数即晶胞的棱长 a0.566 nm，晶
43、体 F 的密度 m V 462 g mol 1 6.021023mol 1 0.56610 7cm32.27 g cm 3。 练2 M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道 均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下 列问题： (1)单质M的晶体类型为_，晶体中原子间通过_作用形成 面心立方密堆积，其中M原子的配位数为_。 金属晶体 金属键 12 (2)元素 Y 基态原子的核外电子排布式为_，其同周期 元素中，第一电离能最大的是_(写元素符号)。元素 Y 的含氧酸中， 酸性最强的是_(写化学式)，该酸根离子的立体构型为_。 (3)M 与 Y 形成的一种化合物的立方晶胞如图 所示。 该化合物的化学式为_， 已知晶胞参数 a0.542 nm，此晶体的密度为 _ g cm 3。(写出计算式，不要求计算 结果。阿伏加德罗常数为 NA) 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_。 1s22s22p63s23p5 Ar HClO4 正四面体 CuCl 4
