新高考化学二轮复习精选练习专题16 物质结构与性质综合题（含解析）

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专题16　物质结构与性质综合题

1．CrSi，Ge-GaAs、聚吡咯和碳化硅都是重要的半导体化合物。下列说法正确的是
A．碳化硅属于分子晶体，其熔、沸点均大于金刚石
B．Ge-GaAs中元素Ge、Ga、As的第一电离能从小到大的顺序为As＜Ge＜Ga
C．聚吡咯的单体为吡咯()，分子中σ键与π键的数目之比为5：2
D．基态铬与氮原子的未成对电子数之比为2：1
【答案】D【解析】A．SiC晶体与金刚石均为共价晶体，碳原子半径小于硅原子半径，碳硅键键长大于碳碳键键长，故碳碳键键能更大，SiC晶体熔、沸点均小于金刚石，A错误；B．元素Ge、Ga、As中，只有As的最外层4p轨道半充满，第一电离大于相邻元素，所以第一电离能从小到大的顺序为Ga＜Ge＜As，B错误； C．单键均为σ键，双键中含有1个σ键1个π键，由结构图可知，吡咯分子中，σ键与π键的数目之比为10:2，即5:1，C错误；D．铬为24号元素，基态Cr原子价电子排布为3d54s1，核外未成对电子数为6；氮为7号元素，基态氮原子价电子排布为2s22p6，核外未成对电子数为3；故基态铬与氮原子的未成对电子数之比为2:1，D正确；故选D。
2．下列物质中属于分子晶体，而且既含σ键又含π键的是
A．KSCN B．CO2 C．H2O2 D．Al(OH)3
【答案】B【解析】A．KSCN属于离子晶体，故A不符合题意；B．CO2属于分子晶体，结构式为O=C=O，含有σ键和π键，故B符合题意；C．H2O2属于分子晶体，结构式为H-O-O-H，只含有σ键，故C不符合题意；D．氢氧化铝的结构式为，只含有σ键，故D不符合题意；答案为B。
3．科学家合成出了一种新化合物，其中W、X、Y、Z为同一短周期元素，Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列说法正确的是

A．元素非金属性强弱的顺序为X>Y>Z
B．W、Z对应的简单离子半径：WC (2)     Mn     基态Mn原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s2，4s能级是全满结构，更稳定，失去一个电子所需能量更高 (3)sp3杂化
(4)   Mg     Mg2+半径比Ca2+小，MgO的晶格能大 (5)2
【解析】（1）Si是14号元素，基态原子核外电子推布式，最外层电子排布式为，同一周期主族元素从左向右电负性逐渐增大，同一主族元素从上到下电负性逐渐减小，C、O、Si三种元素的电负性由大到小的顺序为O>C>Si；C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次减小，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，所以其第一电离能大小顺序是N＞O＞C；（2）铬原子价电子排布式为，基态Mn原子的核外电子排布式为，4s能级是全满结构，更稳定，失去一个电子所需能量更高构，因此Mn的电离能更大；（3）SiC中Si和C原子均形成四个单键，故其为杂化；（4）XO和SiC的电子总数相等，故含有的电子数为20，则X含由12个电子，即Mg；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，半径比小，MgO晶格能大，熔点高；（5）30g二氧化硅的物质的量为，每个Si原子形成4个Si-O键，30g二氧化硅晶体中含有Si-O键的个数为0.5mol×4=2mol。
13．材料的发展水平始终是时代进步和人类文明的标志。当前含铁的磁性材料在国防、电子信息等领域中具有广泛应用。请回答下列问题：
(1)基态铁原子的价电子排布图为_______，基态铁原子核外电子的空间运动状态有_______种， 其处在最高能层的电子的电子云形状为_______。
(2)一种新研发出的铁磁性材料M的分子结构如图1所示。

①M分子中C、N、O三种元素的电负性由大到小的顺序为_______。
②M分子中的Fe2+与上下两个五元碳环通过配位键相连且Fe2+共提供了6个杂化轨道，则铁原子最可能的杂化方式为_______(填序号)。
A．sp2    B．sp3   C．dsp2     D．d2sp3
③分子中的大π键可用符号π 表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为π)， 则M分子中由碳、氧组成的五元环中的大π键应表示为_______。
(3)铁氮化合物因其特殊的组成和结构而具有优异的铁磁性能，某铁氮化合物的立方晶胞结构如图2所示。

①若以氮原子为晶胞顶点，则铁原子在晶胞中的位置为_______。
②该化合物的化学式为_______。
【答案】(1)          15     球形 (2)     O>N>C     D    
（3）棱心和体心   Fe4N
【解析】（1）铁元素的原子序数为26，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，原子轨道数为15，则核外电子空间运动状态有15种， 基态原子的价电子排布图为，原子中最高能层为电子云形状为球形的4s层；（2）①元素的非金属性越强，电负性越大，M分子中C、N、O三种元素的非金属性依次增强，则电负性依次增大；②M分子中的亚铁离子与上下两个五元碳环通过配位键相连且亚铁离子共提供了6个杂化轨道，则铁原子最可能的杂化方式为d2sp3，故选D；③由图可知，M分子中由碳、氧组成的五元环中五个原子参与，每个碳上提供一个电子，氧原子提供2个电子，则大π键应表示为π；（3）①由晶胞结构可知，若以位于体心的氮原子为晶胞顶点，晶胞中位于顶点的铁原子为晶胞的棱心，原子在面心的铁原子在体心；②由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的铁原子的个数为 ，位于体心的氮原子个数为1，则化合物的化学式为Fe4N。
14．我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和(指的排放总量和减少总量相当)，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。某科研小组探究转化为甲醛等其他物质的途径，其中涉及以下两步反应：
i、；
ii、。
研究发现，反应i在Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂的作用下具有高活性，另外含Mg、Fe、Cu等元素的催化剂在捕捉回收中也有很高的催化作用。
(1)Mn元素基态原子的价层电子排布式为___________，Fe元素在元素周期表中位于第四周期第___________族。
(2)Mg元素的第一电离能高于Al元素的，原因是___________。
(3)反应ii中，HCHO分子中C原子采用的杂化方式为__________；下列关于的说法错误的是______(填标号)。
A．含键B．含键C．含极性共价键D．含非极性共价键E．分子的空间结构为直线形
(4)反应i和反应ii所涉及的4种含氢化合物中，沸点从高到低的顺序为___________(填化学)，原因是___________。
(5)铜单质的晶胞结构如图所示，铜原子位于正方体的顶点和面心。已知铜原子的半径为d，铜单质的摩尔质量为M，表示阿伏加德罗常数的值。则铜原子的配位数为___________，铜晶体的密度为___________(填含M、、d的表达式)。

【答案】(1)  ；     Ⅷ； (2)Mg原子和Al原子的价层电子排布式分别为、，Mg原子最外层3s能级处于全满状态，较稳定； (3)  ；     BE； (4)  ；     HCHO分子间不存在氢键，另外3种化合物中含有的氢键数：，氢键数目越多，物质的沸点越高；(5)  12；     。
【解析】（1）Mn是25号元素，Mn元素基态原子的价层电子排布式为：，Fe是26号元素，Fe元素在元素周期表中位于第四周期第Ⅷ族。（2）Mg原子和Al原子的价层电子排布式分别为、，Mg原子最外层3s能级处于全满状态，较稳定，故Mg元素的第一电离能高于Al元素的；（3）HCHO分子中C原子形成了三个σ键，且无孤电子对，故HCHO分子中C原子采用的杂化方式为：；的结构式为：H-O-O-H，可知有σ键，无键 ，含极性共价键H-O，含非极性共价键O-O，根据分子的成键特点可知，空间结构不是直线形，故A、C、D正确B、E错误；（4）HCHO分子间不存在氢键，另外3种化合物中含有的氢键数：，氢键数目越多，物质的沸点越高；（5）顶点铜为目标，与它最近距离的铜原子在面心，三个截面，每个截面对应有四个面心，故铜原子的配位数为：34=12；铜晶体的晶胞特点可知，铜原子的半径与键参数的关系为：，铜晶体的密度为：代入可以求密度为：。
15．配合物在光电传感器、电镀、染料方面有着重要的应用价值，一氧化碳、氨气、酞菁分子是常见形成配合物的三种配位体，请回答下列问题：
(1)一氧化碳和氨气涉及的元素中电负性最大的是_______(填元素符号)。
(2)邻苯二甲酸酐()和邻苯二甲酰亚胺()都是合成酞菁的原料，熔点较高的是_______(填化学式)，原因为_______。
(3)和可形成配离子，则该配离子的空间结构为_______。
(4)能与形成配合物。
①中含有_______键；中心原子的杂化类型为_______。
②金属的原子堆积模型如图，则金属的晶胞俯视图为_______(填标号)，假设原子的半径是，该晶体的密度是，则的相对原子质量为_______(设为阿伏加德罗常数的值)。

【答案】(1)O；(2)     ；     两者均为分子晶体，但 能形成分子间氢键；
(3)正四面体形； (4)     8；     ；     B；     。【解析】（1）一氧化碳和氨气涉及的元素中电负性大小顺序为：O>N>C>H，故电负性最大元素为：O；（2）苯二甲酰亚胺分子间可以形成氢键，而邻苯二甲酸酐分子间不能形成氢键，故邻苯二甲酰亚胺熔点较高；（3）由配合物的结构可知，银离子形成了4个配位键，价层电子对数为4，故空间结构为：正四面体形；（4）与4个CO形成4个σ键，4个CO中，C、O之间均有一个σ键，故中含有8molσ键；的价层电子对数=4+0=4，故杂化方式为：；根据金属的原子堆积模型图可知，金属的原子堆积方式面心立方堆积，晶胞俯视图为B图，由晶胞俯视图可知，晶胞参数与原子半径的关系为：，得，则金属晶胞的密度为：，代入可以求得M为：。
16．如表是部分短周期元素的性质或原子结构特点。
元素编号
元素性质或原子结构
T
M层上有6个电子
X
最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y
常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性
Z
元素最高正价是+7价
W
其最高价氧化物对应水化物既能跟酸反应，又能跟强碱反应
请回答下列问题：
(1)基态T原子的价电子排布式为_______
(2)比较Y元素，W元素的离子半径_______(用离子符号表示)
(3)元素Z在元素周期表中的位置是_______，元素Z与元素T相比，非金属性较强的是_______(用元素符号表示)。下列表述中能证明这一事实的是_______(填序号)。
a.常温下Z的单质和T的单质状态不同
b.Z元素的简单气态氢化物比T元素的稳定
c.Z的最高价氧化物对应水化物的酸性比T的强
(4)T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物对应水化物中性质明显不同于其他三种的是_______(填化学式)
(5)W的最高价氧化物对应水化物与NaOH溶液反应的离子方程式为_______。
【答案】(1)3s23p4 (2)N3- > Al3+ (3)  第三周期第ⅦA族     Cl     bc (4)
(5)Al(OH)3 + OH- = AlO+ 2H2O
【分析】由信息可知，均为短周期元素，T的M层上有6个电子，T为S；X的最外层电子数是次外层电子数的2倍，可知X只有2个电子层、最外层电子数为4，X为C；常温下Y的单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性，可知Y为N；Z元素最高正价是+7价，Z为Cl；W的最高价氧化物对应水化物既能跟酸反应，又能跟强碱反应，可知W为Al，以此来解答。
【解析】（1）由分析可知，T为16号元素硫元素，故基态T原子的价电子排布式为3s23p4；（2）由分析可知，Y元素为N，W元素为Al，由于N3-、Al3+具有相同的电子层结构，且Al的核电荷数比N大，故其的离子半径N3-＞Al3+；（3）由分析可知，元素Z为Cl，Cl是17号元素，其基态原子的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p5，则其在元素周期表中的位置是第3周期第ⅦA族，同一周期从左往右元素的非金属依次增强，元素Z即Cl与元素T即S相比，非金属性较强的是Cl， a.元素的金属性和非金属强弱是化学性质，与其状态无关，即常温下Z的单质和T的单质状态不同不饿能说明Cl的非金属性强于S，a不合题意；b.非金属元素的简单氢化物的稳定性与其非金属性一致，故Z元素的简单气态氢化物比T元素的稳定可以说明Cl的非金属性强于S的，b符合题意；c.非金属元素的最高价氧化物对应水化物的酸性与其非金属性一致，故Z的最高价氧化物对应水化物的酸性比T的强可以说明Cl的非金属性强于S的，c符合题意；（4）由分析可知，T、X、Y、Z四种元素分别为：S、C、N、Cl，它们的最高价氧化物对应水化物分别为：H2SO4、H2CO3、HNO3和HClO4，其中H2CO3是弱酸，其余三种均为强酸，故性质明显不同于其他三种的是H2CO3；（5）由分析可知，W为Al，则W的最高价氧化物对应水化物即Al(OH)3与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O，该反应的离子方程式为：Al(OH)3 + OH- = AlO+ 2H2O。
17．黄铜矿(CuFeS2)是炼铜的最主要矿物，火法炼铜时发生反应：
(1)Fe在周期表中的位置为____；Fe、S、O原子的第一电离能由大到小的顺序是_____。
(2)Cu元素的基态原子的电子排布式为_______，有_______个未成对电子。
(3)SO2分子的立体构型为_______，SO2可氧化生成SO3，SO3冷却到289.8K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是_______。

【答案】(1)     第四周期第Ⅷ族     O＞S＞Fe (2)     1s22s22p63s23p63d104s1     1 (3)     V形     sp3
【解析】（1）已知Fe是26号元素，其核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2，则Fe在周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族，同一主族从上往下元素的第一电离能依次减小，金属元素易失去电子，第一电离能比非金属元素小，则Fe、S、O原子的第一电离能由大到小的顺序是O＞S＞Fe；（2）已知Cu为29号元素，故Cu元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，有4s上的1个为未成对电子；（3）SO2中S原子孤电子对数=1，形成2个σ键，价层电子对数=1+2=3，在VSEPR模型基础忽略孤电子对可得微粒的空间构型为V形，由题干图示信息可知，固态SO3中S原子形成4个σ键，杂化轨道数目为4，S原子的杂化轨道类型是sp3杂化。
18．第四周期的元素形成的化合物在生产生活中有着重要的用途。
(1)镍铬钢抗腐蚀性能强，基态铬原子的核外电子排布式为_______，按照电子排布式，镍元素在周期表中位于_______区。
(2)硒常用作光敏材料，基态硒原子的价电子排布式为_______。
(3)“玉兔二号”月球车是通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作的。基态砷原子的电子占据最高能级的电子云轮廓图为_______形。基态镓原子的核外有_______个未成对电子。
(4)基态Fe原子价层电子轨道表示式为_______。
(5)在BF3分子中，F-B-F的键角是_______，硼原子的杂化轨道类型为_______，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，的空间构型为_______。
(6)H2O2为_______分子(填“极性”或“非极性”)。
【答案】(1)     1s22s22p63s23p63d54s1     d (2)4s24p4 (3)     哑铃     1 (4)
（3）   120°     sp2杂化     正四面体 (6)极性
【解析】（1）铬为24号元素，基态铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，镍原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，则其在周期表中位于d区。（2）硒与氧同为第ⅥA族元素，其位于第四周期，则基态硒原子的价电子排布式为4s24p4。（3）基态砷原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，电子占据最高能级的轨道为4p，则电子云轮廓图为哑铃形。基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，则核外有1个未成对电子。（4）基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则价层电子轨道表示式为。（5）BF3分子呈平面正三角形结构，F-B-F的键角是120°，硼原子的价层电子对数为3，杂化轨道类型为sp2杂化，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，中，B原子发生sp3杂化，空间构型为正四面体。（6）H2O2分子中，O原子的价层电子对数为4，发生sp3杂化，由于受孤电子对的排斥作用，分子呈二面角结构的半开书页形，所以为极性分子。
19．锗石含有人体所需的硒、锌、镍、钴、锰、镁、铁等三十多种对人体有益的微量元素。
(1)基态铁原子的价电子排布式为_______。
(2)Ni(CO)4常温下为无色液体，沸点42.1°C，熔点−19.3°C，难溶于水，易溶于有机溶剂。推测Ni(CO)4是_______分子(“极性”或“非性极”)。
(3)Co2+可与形成配离子[Co(NO3)4]2−，该配离子中各元素的第一电离能由小到大的顺序为_______(用元素符号表示)，中N的杂化方式为_______。
(4)氨气中H−N−H键的键角为107.3°，[Zn(NH3)6]2+离子中H−N−H键的键角_______107.3°(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是：_______。
(5)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如图所示，已知晶胞边长为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶胞密度ρ为_______g·cm-3(只列出计算式，1pm=10-10cm)。

【答案】(1)3d64s2 (2)非极性 (3)     Co＜O＜N     sp2 (4)     大于     氨气分子中含有孤电子对而[Zn(NH3)6]2+离子中N原子上的孤电子对与锌离子形成配位键(或[Zn(NH3)6]2+离子中N原子上没有孤电子对，孤对电子与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力(5)
【解析】（1）Fe是26号元素，根据构造原理，可知基态Fe原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，则基态Fe原子价电子排布式为3d64s2；（2）Ni(CO)4常温下为无色液体，沸点42.1°C，熔点−19.3°C，难溶于水，易溶于有机溶剂，物质的熔沸点比较低，该物质易溶于由非极性分子构成的溶剂中，根据相似相溶原理，可推测Ni(CO)4是分子晶体，物质属于非极性分子；（3）在配离子[Co(NO3)4]2-，则配离子[Co(NO3)4]2-中的元素有Co、N、O，一般情况下金属元素的电离能小于非金属元素；在同一周期元素，原子序数越大，其第一电离能就越大，但由于N原子核外电子排布处于半充满的稳定状态，故N的第一电离能比O大，因此元素的第一电离能由小到大的顺序为Co＜O＜N；在中的中心N原子价层电子对数是3+=3，N原子上无孤对电子，因此中N原子杂化类型是sp2杂化；（4）氨气中H−N−H键的键角为107.3°，由于配位体NH3分子中N原子上含有孤电子对，而[Zn(NH3)6]2+离子中N原子上的孤电子对，配位体NH3的N原子的孤对电子与锌离子形成配位键(或[Zn(NH3)6]2+离子中N原子上没有孤电子对，孤对电子与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以[Zn(NH3)6]2+离子中H−N−H键的键角大于107.3°；（5）在ZnSe晶体中，含有的Zn2+数目是4个，含有的Se2-数目是：8×+6×=4，因此在1个晶胞中含有4个ZnSe，由于晶胞边长为a pm，故该晶胞密度ρ==g/cm3。
20．回答下列问题
(1)选择题(题目给出的四个选项中，有两个选项是符合题目要求的)下列关于晶体的说法中，不正确的是_____
A．MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者粒子所带的电荷多，粒子半径小
B．第一电离能：Cl>S>P>Si
C．金属原子在二维平面里放置得到非密置层和密置层两种方式，配位数分别为4和6
D．共价键可决定分子晶体的熔、沸点
(2)黄铜矿(CuFeS2)是炼铜的最主要矿物，火法炼铜时发生反应：2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2。
①Fe在周期表中的位置为_______；Fe、S、O原子的第一电离能由大到小的顺序是_______。
②Cu元素的基态原子的电子排布式为_______，有_______个未成对电子。
③SO2分子的立体构型为_______，SO2可氧化生成SO3，SO3冷却到289.8K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是_______。

④已知FeO、FeS熔点分别为1369℃、1193℃，解释熔点FeO高于FeS的原因_______。

⑤Cu的晶胞如图所示，晶体密度为ρ g·cm-3，晶胞中等距最近的Cu原子有_______个，晶胞的边长为_______(用含ρ和NA的式子表示)。
【答案】(1)BD (2)     第四周期第Ⅷ族     O>S>Fe     或     1     V形          和均为离子晶体，离子晶体的离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔、沸点越高，因为离子半径>，所以熔点FeO高于FeS     12    
【解析】（1）A． MgO中含有和，NaCl中含有和，离子半径>；>，且MgO中粒子带电荷多，晶格能大，故A正确；B．Si、P、S、Cl处于同一周期，同一周期从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，因P的3p能级为半满状态，导致其第一电离能较大，故第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si，故B错误；．金属晶体中的原子在二维空间密置层，配位数为6，非密置层，配位数为4，故C正确；分子晶体的熔、沸点与分子间作用力、氢键有关，与共价键无关，故D错误；故填BD。（2）①Fe在周期表中的原子序数为26，位于第四周期第Ⅷ族；原子的第一电离能是指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，同主族元素从上到下元素的第一电离能逐渐减小，则有O>S，总体上金属元素第一电离能较小，非金属元素第一电离能较大，则有S>Fe，所以Fe、S、O原子的第一电离能由大到小的顺序是：O>S>Fe；②Cu元素原子序数29，核外电子数29，Cu元素的基态原子的电子排布式为或，除4s轨道外，其他轨道均填满，成对，只有1个未成对电子；③根据VSEPR模型，中心原子价层电子对为3，中心S原子为杂化，有孤电子对，空间为V形；根据如图所示，固态的结构中S原子均以单键连接，则中心原子S为杂化；④和均为离子晶体，离子晶体的离子半径越小，带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的熔、沸点越高，因为离子半径>，所以熔点FeO高于FeS；⑤如图，设晶胞边长为a，则晶胞中等距最近的Cu原子有12个，为；晶胞中顶点占，面心占，Cu原子个数为，根据，可得，解得。

1. （2022·广东卷）硒()是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国科学家发现聚集诱导发光()效应以来，在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。一种含的新型分子的合成路线如下：

（1）与S同族，基态硒原子价电子排布式为_______。
（2）的沸点低于，其原因是_______。
（3）关于I~III三种反应物，下列说法正确的有_______。
A．I中仅有σ键
B．I中的键为非极性共价键
C．II易溶于水
D．II中原子的杂化轨道类型只有与
E．I~III含有的元素中，O电负性最大
（4）IV中具有孤对电子的原子有_______。
（5）硒的两种含氧酸的酸性强弱为_______(填“>”或“”“