1、专题18 物质结构与性质（选修）12019新课标 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”，是制造飞机的主要村料。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)。ABCD（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 ，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+”)。 （3）一些氧化物的熔点如下表所示：氧化物Li2OMgO
2、P4O6SO2熔点/C1570280023.875.5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）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）Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O。分子间力（分子量）P4
3、O6SO2（4） 【解析】（1）A.Ne3s1属于基态的Mg+，由于Mg的第二电离能高于其第一电离能，故其再失去一个电子所需能量较高；B.Ne3s2属于基态Mg原子，其失去一个电子变为基态Mg+； C.Ne 3s13p1属于激发态Mg原子，其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子； D.Ne 3p1属于激发态Mg+，其失去一个电子所需能量低于基态Mg+，综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是Ne3s1，答案选A；（2）乙二胺中N形成3个单键，含有1对孤对电子，属于sp3杂化；C形成4个单键，不存在孤对电子，也是sp3杂化；由于乙二胺的两个N可提供孤对电子给金属离子形成配位键，因此乙二胺能与
4、Mg2、Cu2等金属离子形成稳定环状离子；由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子，因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2；（3）由于Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O，分子间力（分子量）P4O6SO2，所以熔点大小顺序是MgOLi2OP4O6SO2；（4）根据晶胞结构可知Cu原子之间最短距离为面对角线的1/4，由于边长是a pm，则面对角线是，则xpm；Mg原子之间最短距离为体对角线的1/4，由于边长是a pm，则体对角线是，则y；根据晶胞结构可知晶胞中含有镁原子的个数是81/8+61/2+48，则Cu原子个数16，晶胞的质量是。由于边
5、长是a pm，则MgCu2的密度是gcm3。22019新课标 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，Sm3+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”）。（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1 图2图中F和O2共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的
6、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_、_。【答案】（1）三角锥形 低 NH3分子间存在氢键（2）4s 4f5（3）小于（4）SmFeAsO1xFx ()、()【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，故答案为：三角锥形；低；NH3分子间存在氢键；（2）Fe为26号元素，
7、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，故答案为：4s；4f5；（3）F-和O2-的核外电子排布相同，核电荷数越大，则半径越小，故半径：F-600（分解）75.516.810.3沸点/60.3444.610.045.0337.0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）
8、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a nm、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_gcm3；晶胞中Fe2+位于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
9、（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） 【解析】分析：（1）根据铁、硫的核外电子排布式解答；（2）根据价层电子对互斥理论分析；（3）根据影响分子晶体熔沸点高低的是分子间范德华力判断；（4）根据价层电子对互斥理论分析；（5）根据晶胞结构、结合密度表达式计算。详解：（1）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（轨道表达式）为；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，则电子占据最高能级是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可知H2S、SO2、SO3的气态分
10、子中，中心原子价层电子对数分别是 ，因此不同其他分子的是H2S。（3）S8、二氧化硫形成的晶体均是分子晶体，由于S8相对分子质量大，分子间范德华力强，所以其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多；（4）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sp3。（5）根据晶胞结构可知含有铁原子的个数是121/4+14，硫原子个数是81/8+61/24，晶胞边长为
11、a nm、FeS2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；晶胞中Fe2+位于所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角线的一半，则为 nm。点睛：本题主要是考查核外电子排布、杂化轨道、空间构型、晶体熔沸点比较以及晶胞结构判断与计算等，难度中等。其中杂化形式的判断是难点，由价层电子特征判断分子立体构型时需注意：价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致；价层电子对互斥模型能预测分子的几何构型，但不能解释分子的成键情况，
12、杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的几何构型。两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。72018新课标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：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）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
13、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a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为_gcm3（列出计算式）。【答案】（1）Ar3d104s2（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】分析：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
14、要知识点，一般来说，题目都是一个一个小题独立出现的，只要按照顺序进行判断计算就可以了。详解：（1）Zn是第30号元素，所以核外电子排布式为Ar3d104s2。（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
15、剂。（4）碳酸锌中的阴离子为CO32-，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)/2=3对，所以空间构型为正三角形，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：gcm-3。点睛：本题是比较
16、常规的结构综合习题，考查的知识点也是多数习题考查的重点知识。需要指出的是最后一步的计算，可以选择其中的晶胞，即一个平行六面体作为计算的单元，直接重复课上讲解的密度计算过程即可。本题的解析中选择了比较特殊的解题方法，选择六棱柱作为计算单元，注意六棱柱并不是该晶体的晶胞（晶胞一定是平行六面体），但是作为一个计算密度的单元还是可以的。82018江苏卷臭氧（O3）在Fe(H2O)62+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为和，NOx也可在其他条件下被还原为N2。（1）中心原子轨道的杂化类型为_；的空间构型为_（用文字描述）。（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
17、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。【答案】（1）sp3 平面（正）三角形 （2）Ar3d6或1s22s22p63s23p63d6（3）NO2 （4）12（5）【解析】分析：（1）用价层电子对互斥理论分析SO42-中S的杂化方式和NO3-的空间构型。（2）Fe原子核外有26个电子，根据构造原理写出基态Fe的核外电子排布式，进一步写出Fe2+的核外电子排布式。（3）用替代法写出O3的等电子
18、体。（4）N2的结构式为NN，三键中含1个键和2个键。（5）根据化学式，缺少的配体是NO和H2O，NO中N为配位原子，H2O中O上有孤电子对，O为配位原子。详解：（1）SO42-中中心原子S的价层电子对数为（6+2-42）+4=4，SO42-中S为sp3杂化。NO3-中中心原子N的孤电子对数为（5+1-32）=0，成键电子对数为3，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，由于N原子上没有孤电子对，NO3-的空间构型为平面（正）三角形。（2）Fe原子核外有26个电子，根据构造原理，基态Fe的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s
19、22p63s23p63d6。（3）用替代法，与O3互为等电子体的一种阴离子为NO2-。（4）N2的结构式为NN，三键中含1个键和2个键，N2分子中键与键的数目比为n（）n（）=12。（5）根据化学式，缺少的配体是NO和H2O，NO中N为配位原子，H2O中O上有孤电子对，O为配位原子，答案为：。点睛：本题以“臭氧（O3）在Fe(H2O)62+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO42-和NO3-，NOx也可在其他条件下被还原为N2”为背景素材，考查离子核外电子排布式的书写、原子杂化方式的判断、离子空间构型的判断、等电子体的书写、键和键的计算、配位键的书写。注意写配位键时由配位原子提供孤电
20、子对。92018海南卷I.下列元素或化合物的性质变化顺序正确的是_A第一电离能：ClSPSi B共价键的极性：HFHCIHBrHIC晶格能：NaFNaClNaBrNaI D热稳定性：MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3II.黄铜矿是主要的炼铜原料，CuFeS2是其中铜的主要存在形式。回答下列问题：（1）CuFeS2中存在的化学键类型是_。下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的_。（2）在较低温度下CuFeS2与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。X分子的立体构型是_，中心原子杂化类型为_，属于_（填“极性”或“非极性”）分子。X的沸点比水低的主要原因是_。（3）CuFeS2与氧气
21、反应生成SO2，SO2中心原子的价层电子对数为_，共价键的类型有_。（4）四方晶系CuFeS2晶胞结构如图所示。Cu的配位数为_，S2的配位数为_。已知：ab0.524 nm，c1.032 nm，NA为阿伏加德罗常数的值，CuFeS2晶体的密度是_gcm-3(列出计算式)。【答案】I.BC II.（1）离子键 CD （2）V形 sp3 极性 水分子间存在氢键（3）3 键和键（4）4 4 【解析】I.A当原子轨道填充为半满全满时，较稳定，P为半满结构，因此第一电离能最大，故不符合题意；B共价键的极性与原子得失电子能力有关，得失电子能力差别越大，极性越强，得电子能力，同主族元素从上到下依次减弱，故
22、B符合题意；C晶格能与离子半径有关，离子半径越大，晶格能越小，离子半径，同主族元素从上到下依次增大，因此晶格能逐渐减小，故C符合题意；D热稳定性，同主族元素，越往下，越稳定，因此D不符合题意；故答案选BC。II.（1）CuFeS2中存在非金属与金属之间的化学键，为离子键；电子排布应先排满低能轨道，再排满高能轨道，因此，B不符合题意，而失去电子时，应先失去高能轨道电子，故CD符合题意。（2）臭鸡蛋气味的气体为硫化氢，分子中价层电子有4对，孤对电子为=2对，故构型是V形，中心原子杂化类型为sp3，有孤对电子，为非对称结构，因此为极性分子。由于在水分子中，氧元素吸引电子能力极强，故水分子中存在氢键，
23、沸点升高。（3）SO2中心原子的价层电子对数为 =3，以双键结合，故共价键类型为键和键。（4）Cu的配位数为6+4=4，S2占据8个体心，有两个S，因此S2的配位数为4。根据=，质量m=(464+456+832)/NA，体积V=0.5240.5241.03210-21cm-3,所以，CuFeS2晶体的密度是g/cm3。【点睛】本题要注意两个易错点：同一周期中，元素的第一电离能随原子序数的增大而增大，但价电子轨道为半满全满时，稳定，第一电离能较大；同一主族元素的氢化物沸点相对分子量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，但氢键能影响熔沸点。102017江苏铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着
24、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_。 （5）某FexNy的晶胞如题21图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(xn) CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如题21图2 所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为_。【答案】（1）Ar3d5或 1s22s22p63s23p63d5（2）sp2和s
25、p3 9 mol（3）HCO（4）乙醇分子间存在氢键（5）Fe3CuN【解析】（1）铁是26号，Fe3+基态核外电子排布式为Ar3d5或 1s22s22p63s23p63d5。（2）丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是甲基中的C形成3个CH 键，1个CC 键，为sp3 杂化，羰基中的C形成3个CC 键，一个键，故C的杂化方式为sp2；据以上分析1 mol 丙酮分子中含有键的数目为9 mol。（3）C、H、O 三种元素的电负性由小到大的顺序为HCO。（4）乙醇的沸点高于丙酮，这是因为乙醇分子间存在氢键；丙酮分子中无与电负性较大的O原子相连的H原子，不能形成氢键。（5）a位置Fe：81/8=1，b
26、位置Fe，61/2=3，N为1个，从题21图2看出：Cu替代a位置Fe型产物的能量更低，将化学式由Fe3FeN用铜替换为Fe3CuN。【名师点睛】本题考查了简单离子的基态核外电子排布式、简单分子中键的数目、C原子的原子轨道杂化类型、短周期常见元素的电负性比较、分子间氢键对物质性质的影响、晶胞中原子数的计算及晶体化学式的确定等有关物质结构的主干知识，同时还考查了物质所含能量的高低对物质稳定性的影响。要求我们要重视基础知识的掌握和应用，会用均摊法分析晶体的组成。均摊法确定晶胞中原(离)子数目及晶体化学式。对于平行六面体晶胞而言，用均摊法计算的依据是：处于顶点的微粒，同时为8个晶胞所共享，每个微粒有
27、1/8属于该晶胞；处于棱上的微粒，同时为4个晶胞所共享，每个微粒有1/4属于该晶胞；处于面上的微粒，同时为2个晶胞所共享，每个微粒有1/2属于该晶胞；处于晶胞内部的微粒，完全属于该晶胞。112017新课标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）。A404.4B553.5 C589.2D670.8E766.5（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_。（
28、3）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在离子。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，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a=0.446 nm，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的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 12（5）体心 棱心【解析】（1）紫色波长400 nm435 nm，因此选项A正确。（2）K位于第
29、四周期IA族，电子占据最高能层是第四层，即N层，最后一个电子填充在s能级上，电子云轮廓图为球形；K的原子半径大于Cr的半径，且价电子数较少，金属键较弱，因此K的熔点、沸点比Cr低。（3）与OF2互为等电子体，OF2属于V形，因此几何构型为V形，其中心原子的杂化类型为sp3。（4）根据晶胞结构，K与O间的最短距离是面对角线的一半，即为nm=0.315nm，根据晶胞的结构，距离K最近的O的个数为12个。（5）根据KIO3的化学式，以及晶胞结构，可知K处于体心，O处于棱心。【名师点睛】本题考查化学选修3物质结构与性质的相关知识，以填空或简答方式考查，常涉及如下高频考点：原子结构与元素的性质(基态微粒
30、的电子排布式、电离能及电负性的比较)、元素周期律；分子结构与性质(化学键类型、原子的杂化方式、分子空间构型的分析与判断)；晶体结构与性质(晶体类型、性质及与粒子间作用的关系、以晶胞为单位的密度、微粒间距与微粒质量的关系计算及化学式分析等)。只有掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题。122017新课标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_。（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中阴离子中的键总数为_个。分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数（如苯分子中的大键可表示为），则中的大键应表示为_。图（b）中虚线代表氢键，其表示式为()NHCl、_、_
