1、专题 17 物质结构与性质(选修) 1（2021 全国甲卷） 我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。 该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题： （1）太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si 的价电子层的电子排式为_；单晶硅的晶体类型 为_。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中 Si 采取的杂化类型为_。SiCl4可发生水解反应，机 理如下： 含 s、p、d 轨道的杂化类型有：dsp2、sp3d、sp3d2，中间体 SiCl4(H2O)中 Si 采取的杂化类型为_ （填标号） 。 （2）CO2分子中存在
2、_个键和_个键。 （3）甲醇的沸点（64.7）介于水（100）和甲硫醇（CH3SH，7.6）之间，其原因是_。 （4） 我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂， 其组成为 ZnO/ZrO2固溶体。 四方 ZrO2 晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数是_，晶胞参数为 a pm、a pm、c pm，该晶体密度为 _g cm-3（写出表达式） 。在 ZrO2中掺杂少量 ZrO 后形成的催化剂，化学式可表示为 ZnxZr1-xOy，则 y=_（用 x 表达） 。 2（2021 全国乙卷） 过渡金属元素铬 Cr是不锈钢的重要成分， 在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。 回答下列
3、问题： （1）对于基态 Cr 原子，下列叙述正确的是_(填标号)。 A轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为 51 Ar3d 4s B4s 电子能量较高，总是在比 3s 电子离核更远的地方运动 C电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大 （2）三价铬离子能形成多种配位化合物。 2 32 32 Cr NHH OCl 中提供电子对形成配位键的原子是 _，中心离子的配位数为_。 （3） 2 32 32 Cr NHH OCl 中配体分子 3 NH、 2 H O以及分子 3 PH的空间结构和相应的键角如图所示。 3 PH中P的杂化类型是_。 3 NH的沸点比 3 PH的_， 原因是_， 2 H
4、 O的键角小于 3 NH的， 分析原因_。 （4）在金属材料中添加 2 AlCr颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。 2 AlCr具有体心四方结 构，如图所示，处于顶角位置的是_原子。设 Cr 和 Al 原子半径分别为 Cr r和 Al r，则金属原子空间占 有率为_%(列出计算表达式)。 3 （2021 广东卷）很多含巯基（-SH）的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物 I 可与 氧化汞生成化合物。 （1）基态硫原子价电子排布式为_。 （2）H2S、CH4、H2O 的沸点由高到低顺序为_。 （3）汞的原子序数为 80，位于元素周期表第_周期第B 族。 （4）化合物也
5、是一种汞解毒剂。化合物是一种强酸。下列说法正确的有_。 A在 I 中 S 原子采取 sp3杂化 B在中 S 元素的电负性最大 C在中 C-C-C 键角是 180 D在中存在离子键与共价键 E. 在中硫氧键的键能均相等 （5）汞解毒剂的水溶性好，有利于体内 重金属元素汞的解毒。化合物 I 与化合物相比，水溶性较好的是 _。 （6）理论计算预测，由汞（Hg） 、锗（Ge） 、锑（Sb）形成的一种新物质 X 为潜在的拓扑绝缘体材料。X 的晶体可视为 Ge 晶体（晶胞如图 9a 所示）中部分 Ge 原子被 Hg 和 Sb 取代后形成。 图 9b 为 Ge 晶胞中部分 Ge 原子被 Hg 和 Sb 取代
6、后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是 _。 图 9c 为 X 的晶胞，X 的晶体中与 Hg 距离最近的 Sb 的数目为_；该晶胞中粒子个数比 Hg： Ge：Sb = _。 设 X 的最简式的式量为 Mr，则 X 晶体的密度为_g/cm3（列出算式） 。 4 （2021 河北卷）KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大 KH2PO4晶体已应 用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题： （1）在 KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是_(填离子符号)。 （2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+
7、1 2 表示，与之相反的用- 1 2 表示，称为 电子的自旋磁量子数.对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为_。 （3）已知有关氨、磷的单键和三键的键能(kJmol-1)如表： NN NN PP PP 193 946 197 489 从能量角度看，氮以 N2、而白磷以 P4(结构式可表示为)形式存在的原因是_。 （4）已知 KH2PO4是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为_，其中 P 采取_杂化方式。 （5）与 PO 3 4 电子总数相同的等电子体的分子式为_。 （6）磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如： 如果有 n 个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为_。 （7）
8、分别用、表示 H2PO4 和 K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是 H 2PO 4 、K+在晶胞 xz 面、yz 面上的位置： 若晶胞底边的边长均为 apm、高为 cpm，阿伏加德罗常数的值为 NA，晶体的密度_gcm-3(写出表达式)。 晶胞在 x 轴方向的投影图为_(填标号)。 5 （2021 湖南卷）硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题： （1）基态硅原子最外层的电子排布图为_，晶体硅和碳化硅熔点较高的是_(填化学式)； （2）硅和卤素单质反应可以得到 4 SiX， 4 SiX的熔沸点如下表： 4 SiF 4 SiCl 4
9、 SiBr 4 SiI 熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7 沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7 0时， 4 SiF、 4 SiCl、 4 SiBr、 4 SiI呈液态的是_(填化学式)，沸点依次升高的原因是_， 气态 4 SiX 分子的空间构型是_； 4 SiCl与 N-甲基咪唑反应可以得到 2 M ，其结构如图所示： N-甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为_， H、 C、 N 的电负性由大到小的顺序为_， 1 个 2 M 中含有_个键； （3）下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。 已知化合物中Ge和O的原子个数比为 1：4，图
10、中 Z 表示_原子(填元素符号)，该化合物的化学式 为_； 已知该晶胞的晶胞参数分别为 anm、bnm、cnm，90，则该晶体的密度_ 3 g cm (设阿伏加德罗常数的值为 A N，用含 a、b、c、 A N的代数式表示)。 6 （2021 山东卷）非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题： （1）基态 F原子核外电子的运动状态有_种。 （2）O、F、Cl电负性由大到小的顺序为_；OF2分子的空间构型为_；OF2的熔、沸点_(填“高于”或“低 于”)Cl2O，原因是_。 （3） Xe是第五周期的稀有气体元素， 与 F形成的 XeF2室温下易升华。 XeF2中心原子的价层电子对数
11、为_， 下列对 XeF2中心原子杂化方式推断合理的是_(填标号)。 Asp Bsp2 Csp3 Dsp3d （4）XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为 90 ，该晶胞中有_个 XeF2分子。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，称为原子的分数坐标，如 A点原子的分数 坐标为( 1 2 ， 1 2 ， 1 2 )。 已知 XeF键长为 rpm， 则 B点原子的分数坐标为_； 晶胞中 A、 B间距离 d=_pm。 1(2020 年山东新高考)下列关于 C、Si 及其化合物结构与性质的论述错误的是 A键能CCSiSi 、CHSiH ，因此 C2H6稳定性
12、大于 Si2H6 B立方型 SiC 是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度 CSiH4中 Si 的化合价为+4，CH4中 C 的化合价为-4，因此 SiH4还原性小于 CH4 DSi 原子间难形成双键而 C 原子间可以，是因为 Si 的原子半径大于 C，难形成p p 键 2(2020 年山东新高考)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大 键。下列关于 B3N3H6的说法错误的是 A其熔点主要取决于所含化学键的键能 2020 年高考真题年高考真题 B形成大 键的电子全部由 N 提供 C分子中 B 和 N 的杂化方式相同 D分子中所有原子共平面 3(2020 年新课标)Go
13、odenough 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_。 I1(Be) I1(B) I1(Li)， 原因是_。 (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
14、有 LiFePO4的单元数有_个。 电池充电时，LiFeO4脱出部分 Li+，形成 Li1xFePO4，结构示意图如(b)所示，则 x=_，n(Fe2+ ) n(Fe3+)=_。 4(2020 年新课标)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 (3)CaTiO3的
15、晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是_；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 + 33 CH NH，其晶胞如图(b) 所示。其中 Pb2+与图(a)中_的空间位置相同，有机碱 + 33 CH NH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)。 (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，提升了太阳能电池的效率和使用寿命，其作
16、用原理 如图(c)所示，用离子方程式表示该原理_、_。 5(2020 年新课标)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， 其电子对由_提供。 氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气： 3NH3BH3+6H2O=3NH3+ 3 36 B O +9H2， 3 36 B O 的结构如图所示：；在该反应中，B 原子的 杂化轨道类型由_变为_。 (3)NH3BH3分子中，与 N 原子相连的 H 呈正电性(H+)，与
17、B 原子相连的 H 呈负电性(H-)，电负性大小顺序 是_。与 NH3BH3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，氦硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为 a pm、b pm、c pm，=90 。 氨硼烷的 2 2 2 超晶胞结构如图所示。 氨硼烷晶体的密度 =_g cm3(列出计算式，设 NA为阿伏加德罗常数的值)。 6(2020 年 7 月浙江选考)(1)气态氢化物热稳定性HF大于HCl的主要原因是_。 (2) 2 CaCN是离子化合物，各原子均满足 8
18、电子稳定结构， 2 CaCN的电子式是_。 (3)常温下，在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷，原因是_。 7(2020 年江苏卷)以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵(NH4)3Fe(C6H5O7)2)。 (1)Fe 基态核外电子排布式为_； 2 2 6 Fe H O 中与 Fe2+配位的原子是_(填元素符号)。 (2)NH3分子中氮原子的轨道杂化类型是_；C、N、O 元素的第一电离能由大到小的顺序为 _。 (3)与 NH + 4互为等电子体的一种分子为_(填化学式)。 (4)柠檬酸的结构简式见图。1 mol 柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的 键的数目为_mol。 8(2020
19、年天津卷)Fe、Co、Ni 是三种重要的金属元素。回答下列问题: (1)Fe、Co、Ni 在周期表中的位置为_，基态 Fe 原子的电子排布式为_。 (2)CoO 的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为 NA，则 CoO 晶体的密度为_gcm-3：三 种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为_。 (3)Fe、Co、Ni 能与 C12反应，其中 Co 和为 Ni 均生产二氯化物，由此推断 FeCl3、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
20、 小时腐蚀后的质量损失情况如图所示，当 24 H SO 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_。 9(2020 年山东新高考)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题： (1)Sn 为A 族元素，单质 Sn 与干燥 Cl2反应生成 SnCl4。常温常压下 SnCl4为无色液体，SnCl4空间构型为 _，
21、其固体的晶体类型为_。 (2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为_(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为 _，键角由大到小的顺序为_。 (3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。 一种 Cd2+ 配合物的结构如图所示，1mol 该配合物中通过螯合作用形成的配位键有_mol，该螯合物中 N 的杂 化方式有_种。 (4)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，称作原子的分数坐标。四方晶系 CdSnAs2的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为 90 ，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。 坐标原子 x y z Cd 0 0 0 Sn 0 0 0.5 As 0.25 0.25 0.125 一个晶胞中有_个 Sn，找出距离 Cd(0，0，0)最近的 Sn_(用分数坐标表示)。CdSnAs2 晶体中与单个 Sn 键合的 As 有_个。