专题八 物质结构与性质 元素周期律五年高考化学真题分类训练（2019-2023）Word版含解析

这是一份专题八 物质结构与性质 元素周期律五年高考化学真题分类训练（2019-2023）Word版含解析，共48页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1. [2022山东，2分]​813O 、​815O 的半衰期很短，自然界中不能稳定存在。人工合成反应如下：​816O+​23He→​813O+​baX ；​816O+​23He→​815O+​nmY 。下列说法正确的是( B )
A. X 的中子数为2
B. X 、Y 互为同位素
C. ​813O 、​815O 可用作示踪原子研究化学反应历程
D. 自然界不存在​813O2 、​815O2 分子是因其化学键不稳定
[解析]根据质子数和质量数守恒，可推断出​baX 为​26He 、​nmY 为​24He ，X 的中子数为6−2=4 ，A 项错误；​26He 、​24He 的质子数相同，中子数不同，互为同位素，B 项正确；​813O 、​815O 的半衰期很短，不能用作示踪原子研究化学反应历程，C 项错误；自然界不存在​813O2 、​815O2 分子是因为​813O 、​815O 的半衰期很短，D 项错误。
2. [2022辽宁，3分]下列类比或推理合理的是( A )
[解析]分子晶体的相对分子质量越大，沸点越高，A 项正确；元素的非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强，非金属性Cl>I ，故酸性HClO4>HIO4 ，但HCl 的酸性比HI 弱，B 项错误；由金属性Fe>Cu ，可推出氧化性Cu2+>Fe2+ ，但氧化性Fe3+>Cu2+ ，C 项错误；Ag2CrO4 和AgCl 的组成不相似，不能由KspAg2CrO4X B. YH3+ 的电子式为：
C. 最高价含氧酸的酸性：Y>X D. X 与Y 均能形成多种氢化物
[解析]由已知核反应可得Z+0=M+1 、A+1=R+1 ，MRY 可用于测定文物年代，则Y 是C ，R=14 、M=6 、A=14 、Z=7 ，X 是N 。同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，A 项正确；C 结合3个H 失去1个电子形成CH3+ ，B 项正确；HNO3 的酸性强于H2CO3 ，C 项错误；N 可以形成NH3 、N2H4 ，C 可以形成多种烃，D 项正确。
5. [2022全国甲卷，6分]Q 、X 、Y 、Z 是原子序数依次增大的短周期主族元素，其最外层电子数之和为19。Q 与X 、Y 、Z 位于不同周期，X 、Y 相邻，Y 原子最外层电子数是Q 原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是( D )
A. 非金属性:X>Q B. 单质的熔点：X>Y
C. 简单氢化物的沸点：Z>Q D. 最高价含氧酸的酸性：Z>Y
[解析]由“Q 、X 、Y 、Z 是原子序数依次增大的短周期主族元素”和“Q 与X 、Y 、Z 位于不同周期”推测Q 可能为第一或第二周期元素；结合“Y 原子最外层电子数是Q 原子内层电子数的2倍”和“X 、Y 相邻”，可知Q 为第二周期元素，则X 、Y 、Z 为第三周期元素，Y 为Si ,X 为Al ;由“最外层电子数之和为19”可知Q 、Z 最外层电子数之和为12，所以Q 、Z 为F 和P 或O 和S 或N 和Cl 。
同一周期元素从左到右非金属性依次增加，同一主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，所以非金属性XZ ，C 项错误；同一周期元素最高价含氧酸的酸性从左到右依次增大，所以Z>Y ，D 项正确。
【归纳总结】 根据元素的非金属性强弱，可判断简单气态氢化物的热稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性、单质的氧化性等；根据元素金属性的强弱，可判断最高价氧化物对应水化物的碱性、单质的还原性、对应简单阳离子的氧化性等。
6. [2021全国乙卷，6分]我国嫦娥五号探测器带回1.731kg 的月球土壤，经分析发现其构成与地球土壤类似。土壤中含有的短周期元素W 、X 、Y 、Z ，原子序数依次增大，最外层电子数之和为15。X 、Y 、Z 为同周期相邻元素，且均不与W 同族。下列结论正确的是( B )
A. 原子半径大小顺序为W>X>Y>Z B. 化合物XW 中的化学键为离子键
C. Y 单质的导电性能弱于Z 单质的D. Z 的氧化物的水化物的酸性强于碳酸
[解析]X 、Y 、Z 为同周期相邻元素，设X 的最外层电子数为a 、W 的最外层电子数为b ，则有a+a+1+a+2+b=3a+3+b=15 ，3a+b=12 ，a=4−13b ，由于a 、b 均是整数且bAl>Si>O ,A 项错误；Mg 元素的金属性较强而O 元素的非金属性很强，二者之间形成的化学键是离子键，B 项正确；铝是导体而Si 是半导体，故前者导电性能强于后者，C 项错误；硅酸的酸性弱于碳酸，D 项错误。
7. [2021北京，3分]下列性质的比较，不能用元素周期律解释的是( A )
A. 酸性：HClO4>H2SO3>H2SiO3 B. 碱性：KOH>NaOH>LiOH
C. 热稳定性：H2O>H2S>PH3 D. 非金属性：F>O>N
[解析]元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，H2SO3 中S 为+4 价，不是S 的最高价态，不能用元素周期律解释酸性强弱，A 项符合题意；由元素的金属性K>Na>Li ，可知最高价氧化物对应水化物的碱性KOH>NaOH>LiOH ，B 项不符合题意；根据非金属性O>S>P ，可知气态氢化物的热稳定性H2O>H2S>PH3 ，C 项不符合题意；根据同周期主族元素从左到右元素的非金属性逐渐增强，可知非金属性F>O>N ，D 项不符合题意。
8. （2020全国卷Ⅲ，6分）W 、X 、Y 、Z 为原子序数依次增大的短周期元素，四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z ;化合物XW3 与WZ 相遇会产生白烟。下列叙述正确的是( D )
A. 非金属性：W>X>Y>Z B. 原子半径：Z>Y>X>W
C. 元素X 的含氧酸均为强酸D. Y 的氧化物水化物为强碱
[解析]化合物XW3 与WZ 相遇会产生白烟，结合W 、X 、Y 、Z 的原子序数依次增大，四种元素的核外电子总数满足X+Y=W+Z ，可知W 、X 、Y 、Z 分别为H 、N 、Na 、Cl ，XW3 为NH3 ，WZ 为HCl 。非金属性：Cl>N>H>Na ，A 项错误。原子半径：Na>Cl>N>H ，B 项错误。N 可以形成HNO2 ，HNO2 为弱酸，C 项错误。Na 的氧化物的水化物为NaOH ，NaOH 属于强碱，D 项正确。
9. [2019北京理综，6分]2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟​49In 等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。铟与铷​37Rb 同周期。下列说法不正确的是( D )
A. In 是第五周期第ⅢA族元素B. ​49115In 的中子数与电子数的差值为17
C. 原子半径:In>Al D. 碱性:InOH3>RbOH
[解析]Rb 为碱金属，属于第五周期元素，故In 亦为第五周期元素，In 与Al 同主族，即为第ⅢA 族元素，A 项正确；​49115In 的中子数为115−49=66 ，质子数为49，质子数等于核外电子数，故中子数与电子数之差为17，B 项正确；同主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大，故原子半径：In>Al ，C 项正确；同周期主族元素从左到右，金属性逐渐减弱，故其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，即碱性InOH3Si ,故氢化物的热稳定性CH4>SiH4 ，B 正确；C 、Si 形成的化合物SiC 为共价化合物，C 错误；Mg 能溶解在浓硝酸中，Si 不与浓硝酸反应，D 错误。
二、非选择题
12. [2019海南,9分]自门捷列夫发现元素周期律以来，人类对自然的认识程度逐步加深，元素周期表中的成员数目不断增加。回答下列问题：
（1） 2016年IUPAC 确认了四种新元素，其中一种为Mc ，中文名为“镆”。元素Mc 可由反应​95243Am+​2048Ca→​288Mc+3​01n 得到。该元素的质子数为115（1分），​287Mc 与​288Mc 互为同位素（1分）。
[解析]该反应前后质子总数不变，Mc 的质子数为95+20=115 ，​287Mc 与​288Mc 是质子数相同中子数不同的同种元素的不同核素，互称为同位素。
（2） Mc 位于元素周期表中第ⅤA族，同族元素N 的一种氢化物为NH2NH2 ，写出该化合物分子的电子式（1分）。该分子内存在的共价键类型有极性共价键和非极性共价键（2分）。
[解析]联氨的电子式为；氮氮之间形成非极性共价键、氮氢之间形成极性共价键。
（3） 该族中的另一元素P 能呈现多种化合价，其中+3 价氧化物的分子式为P4O6 （2分）,+5 价简单含氧酸的分子式为H3PO4 （2分）。
[解析]P 的+3 价氧化物的分子式为P4O6 ；+5 价P 的简单含氧酸是磷酸，其分子式为H3PO4 。
题组二
1. [2023辽宁，3分]某种镁盐具有良好的电化学性能，其阴离子结构如图所示。W 、X 、Y 、Z 、Q 是核电荷数依次增大的短周期元素，W 、Y 原子序数之和等于Z ，Y 原子价电子数是Q 原子价电子数的2倍。下列说法错误的是( A )
A. W 与X 的化合物为极性分子B. 第一电离能Z>Y>X
C. Q 的氧化物是两性氧化物D. 该阴离子中含有配位键
[解析]根据化合物中原子的成键特点分析:W 的原子序数最小，且形成1个共价键，则W 为H ;X 形成4个共价键，则X 为C ;Y 形成2个共价键，则Y 为O 或S ;Z 形成1个共价键，且原子序数等于W 和Y 的原子序数之和，则Z 为F 或Cl ;Q 形成4个共价键后带一个单位的负电荷，且Y 原子价电子数是Q 原子价电子数的2倍，则Q 为Al ，结合原子序数关系可知，Y 只能为O ，Z 只能为F 。H 与C 形成的化合物为烃类，烃类物质的分子中正负电荷中心可能重合，如甲烷，其为非极性分子，A 项错误;同周期从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，故第一电离能:F>O>C ，B 项正确;Al2O3 既能与强酸反应，也能与强碱反应，属于两性氧化物，C 项正确;该阴离子中，中心Al 原子形成4个键，其中一个为配位键，D 项正确。
2. [2022河北，4分]两种化合物的结构如下，其中X 、Y 、Z 、R 、Q 是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，下列说法错误的是( A )
A. 在两种化合物中，X 、Y 、Z 、R 、Q 均满足最外层8电子稳定结构
B. X 、Y 、Z 、R 、Q 中，R 的非金属性及简单氢化物的稳定性均最强
C. 将装有YZ2 气体的透明密闭容器浸入冰水中，气体颜色变浅
D. Z 的某种同素异形体在大气中的含量与环境污染密切相关
[解析]题图中X 形成四个共价键，则X 位于第ⅣA 族，Y 形成三个共价键，位于第ⅢA 族或第ⅤA 族，Z 形成两个共价键，位于第ⅥA 族，R 形成一个共价键，为H 元素或位于第ⅦA 族，Q 形成五个共价键，位于第ⅤA 族，结合原子序数关系可知，X 为C 元素、Y 为N 元素、Z 为O 元素、R 为F 元素、Q 为P 元素。图示化合物中P 最外层有10个电子，A 项错误；五种元素中F 的非金属性最强，对应的简单氢化物HF 最稳定，B 项正确；NO2 为红棕色，N2O4 为无色，2NO2⇌N2O4 是放热反应，降温时其平衡正向移动，气体颜色变浅，C 项正确；大气中的O3 含量与环境污染密切相关，D 项正确。
3. [2022全国乙卷，6分]化合物YW4X5Z8⋅4W2Z 可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W 、X 、Y 、Z 为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。YZ2 分子的总电子数为奇数，常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示，在200℃ 以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是( D )
A. W 、X 、Y 、Z 的单质常温下均为气体
B. 最高价氧化物的水化物的酸性：Y 丁> 丙
C. 甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
D. 丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
[解析]戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸，则乙、戊不是0族，故五种元素位于第二、三周期，若戊为Cl ，则甲为N ，乙为F ，丙为P ，丁为S ；若戊为S ，则甲为C ，乙为O ，丙为Si ，丁为P 。由同周期和同主族元素原子半径变化规律可知，A 项正确；同周期元素非金属性从左到右逐渐增大，B 项正确；若甲为C ，烷烃、烯烃遇氯化氢无白烟产生，C 项错误；磷酸、硅酸均能与强碱反应，D 项正确。
5. [2022湖南，3分]科学家合成了一种新的共价化合物（结构如图所示），X 、Y 、Z 、W 为原子序数依次增大的短周期元素，W 的原子序数等于X 与Y 的原子序数之和。下列说法错误的是( C )
A. 原子半径：X>Y>Z
B. 非金属性：Y>X>W
C. Z 的单质具有较强的还原性
D. 原子序数为82的元素与W 位于同一主族
[解析]
同周期主族元素从左到右原子半径依次减小，A 项正确；同周期元素从左到右非金属性依次增强，同主族元素从上到下非金属性依次减弱，故非金属性O>C>Si ，B 项正确；F2 具有强氧化性，C 项错误；82号元素的原子结构示意图为，位于第6周期第ⅣA 族，D 项正确。
6. [2021广东，4分]一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中，X 的原子核只有1个质子；元素Y 、Z 、W 原子序数依次增大，且均位于X 的下一周期；元素E 的原子比W 原子多8个电子。下列说法不正确的是( C )
A. XEZ4 是一种强酸B. 非金属性：W>Z>Y
C. 原子半径：Y>W>E D. ZW2 中，Z 的化合价为+2 价
[解析]根据X 的原子核只有1个质子，可知X 为H 元素；根据题意知Y 、Z 、W 均为第二周期元素，结合题图中Y 形成4个共价键、Z 形成2个共价键、W 形成1个共价键和原子序数关系可确定Y 为C 元素、Z 为O 元素、W 为F 元素；再结合E 的原子比W 原子多8个电子，可知E 为Cl 元素。XEZ4 即HClO4 是自然界中酸性最强的含氧酸，A 项正确；同周期主族元素，从左到右，非金属性逐渐增强，则非金属性F>O>C ，即W>Z>Y ，B 项正确；原子半径Cl>C>F ，即E>Y>W ，C 项错误；ZW2 即OF2 ，F 元素为−1 价，根据化合价代数和为0，可知O 元素为+2 价，D 项正确。
7. [2021福建，4分]某种食品膨松剂由原子序数依次增大的R 、W 、X 、Y 、Z 五种主族元素组成。五种元素分处三个短周期，X 、Z 同主族，R 、W 、X 的原子序数之和与Z 的原子序数相等，Y 原子的最外层电子数是Z 原子的一半。下列说法正确的是( B )
A. 简单氢化物的稳定性：W>X>Z B. Y 的氧化物是两性氧化物
C. R 、W 、X 只能组成共价化合物D. 最高正价:YNH3 ，A 项错误；Al2O3 为两性氧化物，B 项正确；H 、N 、O 可以组成离子化合物，如NH4NO3 ，C 项错误；Al 、N 的最高正价分别为+3 、+5 ，O 无最高正价，D 项错误。
8. [2021全国甲卷，6分]W 、X 、Y 、Z 为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z 的最外层电子数是W 和X 的最外层电子数之和，也是Y 的最外层电子数的2倍。W 和X 的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是( D )
A. 原子半径：Z>Y>X>W
B. W 与X 只能形成一种化合物
C. Y 的氧化物为碱性氧化物，不与强碱反应
D. W 、X 和Z 可形成既含有离子键又含有共价键的化合物
[解析]四种短周期主族元素中W 、X 的原子序数较小，其单质常温下均为气体，两原子最外层电子数之和应为偶数且小于8，可推出W 为H 元素、X 为N 元素；H 和N 原子最外层电子数之和为6，结合四种元素中Z 的原子序数最大且Z 的最外层电子数是W 和X 的最外层电子数之和，则Z 为第三周期的S 元素；再结合Z 的最外层电子数是Y 的最外层电子数的2倍，可知Y 的最外层电子数为3，且原子序数介于N 和S 之间，则Y 为Al 元素。原子半径：Al>S>N>H ，A 项错误；H 和N 可形成NH3 和N2H4 等化合物，B 项错误；Al2O3 是典型的两性氧化物，与强酸和强碱均能反应生成盐和水，C 项错误；H 、N 、S 三种元素形成的NH42S 为离子化合物，既含离子键又含共价键，D 项正确。
9. [2021湖南，2分]W 、X 、Y 、Z 为原子序数依次增大的短周期主族元素，Y 的原子序数等于W 与X 的原子序数之和,Z 的最外层电子数为K 层的一半,W 与X 可形成原子个数比为2:1 的18e− 分子。下列说法正确的是( B )
A. 简单离子半径：Z>X>Y
B. W 与Y 能形成含有非极性键的化合物
C. X 和Y 的最简单氢化物的沸点：X>Y
D. 由W 、X 、Y 三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
[解析]W 、X 、Y 、Z 为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z 的最外层电子数为K 层的一半，则Z 为Na ；W 与X 可形成原子个数比为2:1 的18e− 分子，该分子为N2H4 ，W 的原子序数小于X 的，则W 为H 、X 为N ，Y 的原子序数等于W 与X 的原子序数之和，则Y 为O 。A 项，简单离子半径Na+W
C. YX 的水合物具有两性D. W 单质只有4种同素异形体
[解析]由W 、X 、Y 均为短周期元素，简单离子X2− 与Y2+ 具有相同的电子结构，可知X 为O 元素，Y 为Mg 元素；结合原子序数WC>O ，B 错误；MgO 的水合物MgOH2 不具有两性，C 错误；碳元素可形成金刚石、石墨、石墨烯、C60 、碳纳米管等多种同素异形体，D 错误。
2. [2023全国甲卷，6分]W 、X 、Y 、Z 为短周期主族元素，原子序数依次增大,最外层电子数之和为19。Y 的最外层电子数与其K 层电子数相等,WX2 是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是( C )
A. 原子半径:X>W B. 简单氢化物的沸点:XBe 或B ，A 项正确；N 的最高正价为+5 ，但O 无最高正价，B 项错误；Na 和O 形成的Na2O2 中O 和O 之间为非极性共价键，C 项正确；非金属性N>C ，故酸性：HNO3>H2CO3 ，D 项正确。
4. [2022海南，4分]短周期主族元素X 、Y 、Z 、W 的原子序数依次增大，X 、Y 同周期并相邻，Y 是组成水的元素之一，Z 在同周期主族元素中金属性最强，W 原子在同周期主族元素中原子半径最小。下列判断正确的是( C )
A. XW3 是非极性分子
B. 简单氢化物沸点：X>Y
C. Y 与Z 形成的化合物是离子化合物
D. X 、Y 、Z 三种元素组成的化合物水溶液呈酸性
[解析]X 、Y 、Z 、W 的原子序数依次增大，X 、Y 同周期并相邻，Y 是组成水的元素之一，则Y 为O 元素，X 为N 元素；Z 在同周期主族元素中金属性最强，则Z 为Na 元素；W 原子在同周期主族元素中原子半径最小，则W 为Cl 元素。NCl3 中N 的孤电子对数为5−1×32=1 ，NCl3 为三角锥形分子，正负电荷中心不重合，为极性分子，A 项错误；常温下NH3 为气体，H2O 为液体，故沸点：NH3Al ，D 项正确。
【技巧点拨】 电离能大小的判断方法
同周期从左到右主族元素的第一电离能整体呈逐渐增大的趋势，但第ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能分别大于第ⅢA、ⅥA 族元素的。同主族从上到下，元素的第一电离能逐渐减小。
7. [2022辽宁，3分]理论化学模拟得到一种N13+ 离子,结构如图。下列关于该离子的说法错误的是( B )
A. 所有原子均满足8电子结构B. N 原子的杂化方式有2种
C. 空间结构为四面体形D. 常温下不稳定
[解析]由题图可知，N13+ 中所有的N 原子都满足8电子结构，A 项正确；中心N 原子为sp3 杂化，与中心N 原子直接相连的四个N 原子为sp2 杂化，形成2个双键的N 原子为sp 杂化，B 项错误；中心N 原子为sp3 杂化，不含孤对电子，故N13+ 的空间构型为四面体形，C 项正确；N13+ 中含有N=N=N− 结构，类比叠氮物质可知其常温下不稳定，D 项正确。
8. [2021天津，3分]元素X 、Y 、Z 、Q 、R 的原子序数依次增大且小于20,其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列判断正确的是( B )
A. X 的电负性比Q 的大
B. Q 的简单离子半径比R 的大
C. Z 的简单气态氢化物的热稳定性比Q 的强
D. Y 的最高价氧化物对应的水化物的碱性比R 的强
[解析]由原子半径和最外层电子数（在周期表中的族序数）的关系以及原子序数关系可知，R 是K 、Y 是Na 、X 是C 、Z 是S 、Q 是Cl 。C 的非金属性比Cl 弱，电负性小，A 项错误；K+ 与Cl− 的核外电子排布相同，K+ 的核电荷数大，半径小，B 项正确；S 比Cl 的非金属性弱，H2S 的热稳定性比HCl 的弱，C 项错误；Na 的金属性比K 弱，NaOH 的碱性比KOH 的弱，D 项错误。
9. [2021浙江1月选考，2分]现有4种短周期主族元素X 、Y 、Z 和Q ，原子序数依次增大,其中Z 、Q 在同一周期。相关信息如下表:
下列说法正确的是( B )
A. 常温时,X 单质能与水发生剧烈反应
B. Y 与Q 元素组成的YQ4 分子，空间构型为正四面体
C. Y 、Z 、Q 最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱
D. 第5周期且与Q 同主族元素的单质在常温常压下呈液态
[解析]根据题意可推出X 为Be ，Y 为C ，Z 为S ，Q 为Cl 。A 项，元素金属性越强，对应的金属单质与水反应越剧烈，Mg 的金属性大于Be 的，室温下，镁与水反应缓慢，所以常温时，金属Be 与水反应不剧烈，不正确；B 项，CCl4 分子的空间构型为正四面体，正确；C 项，酸性H2CO3Y>Z B. 简单离子的还原性：Y>X>W
C. 简单离子的半径：W>X>Y>Z D. 氢化物水溶液的酸性：Y>W
[解析]根据Z 与X 可形成淡黄色化合物Z2X2 ，即该化合物为Na2O2 ，结合原子序数关系可知，X 为O 元素，Z 为Na 元素；基态O 原子核外有8个电子，是最高能级2p 上排布的电子数的2倍；由原子序数关系可知Y 为F 元素，则与其同主族的W 为Cl 元素。同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，同族元素从上到下第一电离能变小，可知其相对大小顺序为F>O>Cl>Na ，A 项错误；根据非金属性F>O>Cl ，可知简单离子的还原性Cl−>O2−>F− ，B 项错误；简单离子半径Cl−>O2−>F−>Na+ ，C 项正确；氢化物水溶液的酸性HFHCl ，是因为非金属性F>Cl ，H—F 比H—Cl 的键能大，C 项正确；SiO2 为共价晶体，不存在分子间作用力，干冰为分子晶体，晶体熔点：原子晶体> 分子晶体，D 项错误。
题组五
1. [2023全国乙卷，15分]中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物MgxFe2−xSiO4 。回答下列问题：
（1） 基态Fe 原子的价电子排布式为3d64s2 。橄榄石中，各元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg ，铁的化合价为+2 。
[解析]Fe 是26号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2 ，价电子排布式为3d64s2 。一般来说，元素的非金属性越强，电负性越大，金属性越强，电负性越小，故橄榄石中元素电负性大小顺序为O>Si>Fe>Mg ；根据化合物中各元素化合价代数和为零，可知Fe 的化合价为+2 。
（2） 已知一些物质的熔点数据如下表：
Na 与Si 均为第三周期元素，NaCl 熔点明显高于SiCl4 ,原因是NaCl 是离子晶体，SiCl4 是分子晶体，NaCl 中离子键强度远大于SiCl4 分子间作用力。分析同族元素的氯化物SiCl4 、GeCl4 、SnCl4 熔点变化趋势及其原因SiCl4 、GeCl4 、SnCl4 的熔点依次升高，因为三者均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强。SiCl4 的空间结构为正四面体形，其中Si 的轨道杂化形式为sp3 。
[解析]由题表中数据可知，NaCl 是离子晶体（熔化时离子键被破坏），SiCl4 是分子晶体（熔化时分子间作用力被破坏），离子键强度远大于分子间作用力，故NaCl 熔点明显高于SiCl4 。分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔点越高。SiCl4 分子结构中，1个Si 与周围的4个Cl 形成正四面体结构，中心原子Si 采用sp3 杂化。
（3） 一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c 轴的投影图如下所示，晶胞中含有1个Mg 。该物质化学式为MgB2 ，B—B 最近距离为33a 。
[解析]结合投影图可知，晶体结构图中实线部分为1个晶胞，Mg 位于晶胞顶点，数目为4×16+4×112=1 ；有2个B 位于晶胞体内，B 原子数目为2，故该物质的化学式为MgB2 ；如图，B 位于边长为a 的正三角形的中心，故B—B 的最近距离为32a×13×2=33a 。
2. [2022全国乙卷，15分]卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题:
（1） 氟原子激发态的电子排布式有ad , 其中能量较高的是d 。（填标号）
a.1s22s22p43s1 b.1s22s22p43d2
c.1s22s12p5 d.1s22s22p33p2
[解析]因为基态氟原子的电子排布式是1s22s22p5 ，其中b 、c 不是9个电子，不能表示氟原子的核外电子排布，应选ad ；从2p 能级激发1个电子到3s 能级比从2p 能级激发2个电子到3p 能级需要的能量低，故a 和d 相比，d 能量较高。
（2）① 一氯乙烯C2H3Cl 分子中，C的一个sp2 杂化轨道与Cl 的3px 轨道形成C—Cl σ 键, 并且Cl 的3pz 轨道与C的2pz 轨道形成3中心4电子的大π 键Π34 。
[解析]一氯乙烯中C 采取sp2 杂化，因此C 的一个sp2 杂化轨道与Cl 的3px 轨道形成σ 键。
② 一氯乙烷C2H5Cl 、一氯乙烯C2H3Cl 、一氯乙炔C2HCl 分子中，C—Cl 键长的顺序是一氯乙烷C2H5Cl> 一氯乙烯C2H3Cl> 一氯乙炔C2HCl ，理由：iC 的杂化轨道中s 成分越多，形成的C—Cl 键越强；ii Cl 参与形成的大π 键越多，形成的C—Cl 键越强。
[解析]因为一氯乙烷C2H5Cl 、一氯乙烯C2H3Cl 、一氯乙炔C2HCl 分子中的碳原子的杂化方式分别是sp3 、sp2 、sp ，由“iC 的杂化轨道中s 成分越多，形成的C—Cl 键越强”，可知一氯乙烷C2H5Cl 、一氯乙烯C2H3Cl 、一氯乙炔C2HCl 分子中，C—Cl 键长依次变短；一氯乙烯中Cl 的3pz 轨道与C 的2pz 轨道形成3中心4电子的大π 键，分析可知一氯乙炔中Cl 的2个3p 轨道分别与C 的2个2p 轨道形成2个3中心4电子的大π 键，一氯乙烷中不含大π 键，因此可推知Cl 参与形成的大π 键越多，形成的C—Cl 键越强，对应的C—Cl 键越短。
（3） 卤化物CsICl2 受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X 和红棕色液体Y 。X 为CsCl 。 解释X 的熔点比Y 高的原因CsCl 是离子晶体，ICl 是分子晶体。
[解析]卤化物CsICl2 受热发生非氧化还原反应，则反应前后Cs 、I 均为+1 价，Cl 为−1 价，因此生成的无色晶体X 是CsCl ，红棕色液体Y 是ICl 。CsCl 是离子晶体，而ICl 是分子晶体，故CsCl 的熔点比ICl 的高。
（4） α−AgI 晶体中I− 离子作体心立方堆积（如图所示）,Ag+ 主要分布在由I− 构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag+ 不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α−AgI 晶体在电池中可作为导电电解质。
已知阿伏加德罗常数为NA ,则α−AgI 晶体的摩尔体积Vm= 12×5043×10−36NA m3⋅ml−1 （列出算式）。
[解析]因为1个α−AgI 晶胞含有I− 的个数为8×18+1=2 ，即2个AgI ，其体积V晶胞=5043×10−36m3 ，故α−AgI 晶体的摩尔体积Vm=12×V晶胞⋅NA=12×5043×10−36NAm3⋅ml−1 。
【技巧点拨】 利用均摊法可确定晶胞中含有的粒子数目，立方晶胞中，位于顶点的粒子有18 属于该晶胞，位于棱上的粒子有14 属于该晶胞，位于面上的粒子有12 属于该晶胞，位于体内的粒子全部属于该晶胞。根据晶胞中各粒子的数目可确定晶体的化学式。
3. [2021全国乙卷，15分]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。回答下列问题：
（1） 对于基态Cr 原子，下列叙述正确的是AC（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[Ar]3d54s1
B. 4s 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
[解析]Cr 是24号元素，基态Cr 原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1 ，3d 和4s 轨道均处于半充满状态，此时体系总能量低，A项正确；4s 电子能量较高，但其并不总是在比3s 电子离核更远的地方运动，B 项错误；因为Cr 原子半径小于K ，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C 项正确。
（2） 三价铬离子能形成多种配位化合物。[CrNH33H2O2Cl]2+ 中提供电子对形成配位键的原子是N 、O 、Cl ,中心离子的配位数为6。
[解析]形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3 、H2O 、Cl− 中提供孤电子对形成配位键的原子是N 、O 、Cl ，[CrNH33H2O2Cl]2+ 中中心离子的配位数为3+2+1=6 。
（3） [CrNH33H2O2Cl]2+ 中配体分子NH3 、H2O 以及分子PH3 的空间结构和相应的键角如下图所示。
PH3 中P 的杂化类型是sp3 。NH3 的沸点比PH3 的高，原因是NH3 存在分子间氢键。H2O 的键角小于NH3 的，分析原因NH3 含有一对孤对电子，而H2O 含有两对孤对电子。H2O 中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大。
[解析]PH3 中P 原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3 杂化；NH3 的沸点比PH3 高，是因为NH3 分子间存在氢键，PH3 分子间只有范德华力；由于NH3 中N 原子含有1个孤电子对，而H2O 中O 原子含有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O 中的键角小于NH3 中的键角。
（4） 在金属材料中添加AlCr2 颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2 具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是Al 原子。设Cr 和Al 原子半径分别为rCr 和rAl ，则金属原子空间占有率为8π2rCr3+rAl33a2c×100 % （列出计算表达式）。
[解析]由结构图可知，根据均摊法，该晶胞含有4个白球和2个黑球，则黑球代表Al 原子，白球代表Cr 原子，金属原子的总体积是43π4rCr3+2rAl3 ，晶胞体积是a2c ，故原子空间利用率是8π2rCr3+rAl33a2c×100% 。
4. [2021河北,15分]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K+ 、P3− （填离子符号）。
[解析]该物质中的四种元素形成的简单离子分别为K+ 、H+ 、P3− 、O2− ，分别有3、0、3、2个电子层，因此核外电子排布相同的是K+ 、P3− 。
（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+12 表示，与之相反的用−12 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+32 （或−32 ）。
[解析]基态磷原子的价电子的电子排布图为，3p 能级的3个轨道上的电子自旋方向相同，故基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为+32 或−32 。
（3） 已知有关氮、磷的单键和三键的键能kJ⋅ml−1 如下表：
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1个N≡N 键的键能大于3个N—N 键的键能之和，而6个P—P 键的键能之和大于2个P≡P 键的键能之和。
[解析]根据题给键能数据知，1个N≡N 键的键能大于3个N—N 键的键能之和，因此氮以N2 的形式存在，而6个P—P 键的键能之和大于2个P≡P 键的键能之和，因此白磷以P4 形式存在。
（4） 已知KH2PO2 是次磷酸的正盐，H3PO2 的结构式为（或），其中P 采取sp3 杂化方式。
[解析]KH2PO2 是次磷酸的正盐，则H3PO2 为一元酸，H3PO2 中含有1个羟基，其结构式为，P 形成4个σ 键，无孤电子对，故杂化类型为sp3 。
（5） 与PO43− 电子总数相同的等电子体的分子式为SiF4 （或POF3 ）。
[解析]PO43− 含有5个原子，价电子数为5+6×4+3=32 ，与其电子总数相同的等电子体的分子式为SiF4 或POF3 。
（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PO3nn− 。
[解析]n 个磷酸分子间脱去n 个水分子，形成环状的多磷酸，该多磷酸为HPO3n ，相应的酸根为PO3nn− 。
（7） 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H2PO4− 、K+ 在晶胞xz 面、yz 面上的位置：
① 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 ,晶体的密度为544×1030NAa2c g⋅cm−3 （写岀表达式）。
[解析]根据图（a）、b 、c ，晶胞中K+ 个数为4×14+6×12=4 ，H2PO4− 个数为8×18+4×12+1=4 ，晶胞的质量为39+97NA×4g=544NAg ，晶胞体积为a×10−10cm×a×10−10cm×c×10−10cm=a2c×10−30cm3 ，故晶体的密度为544NAg÷a2c×10−30cm3=544×1030NAa2cg⋅cm−3 。
② 晶胞在x 轴方向的投影图为B（填标号）。
A. B.
C. D.
[解析]根据题图可知晶胞在x 轴方向的投影图为B 。
【技巧点拨】 晶体密度计算的思维模型
题组六
1. [2023全国甲卷，15分]将酞菁-钴酞菁-三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题：
（1） 图1所示的几种碳单质，它们互为同素异形体，其中属于原子晶体的是金刚石，C60 间的作用力是范德华力。
图1
[解析]题图1所示物质为碳元素形成的不同单质，互为同素异形体。金刚石是碳原子间通过共价键形成的立体网状结构，为原子晶体；石墨属于混合型晶体，C60 为典型的分子晶体；碳纳米管是纳米级石墨晶体，C60 间的作用力是范德华力。
（2） 酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。
图2
酞菁分子中所有原子共平面，其中p 轨道能提供一对电子的N 原子是③（（填图2酞菁中N 原子的标号）。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为+2 ，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。
[解析]酞菁分子中所有原子共平面，由酞菁的结构可知，酞菁分子中间有一个空腔，由8个碳原子和8个氮原子围成，这个空腔存在一个18电子的大π 键，其中两个—NH— 基团各提供两个p 电子，其他的氮和碳各提供一个p 电子，故p 轨道能提供一对电子的N 原子是③号N 原子，钴酞菁分子中钴离子的化合价为+2 ，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。
（3） 气态AlCl3 通常以二聚体Al2Cl6 的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中Al 的轨道杂化类型为sp3 。AlF3 的熔点为1090℃ ，远高于AlCl3 的192℃ ，由此可以判断铝氟之间的化学键为离子键。AlF3 结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F− 的配位数为2 。若晶胞参数为apm ,晶体密度ρ= 84NAa×10−103 g⋅cm−3 （列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA ）。
[解析]根据AlCl3 形成的二聚体结构，可知每个Al 和4个Cl 成键，杂化轨道类型为sp3 杂化。AlF3 的熔点远高于AlCl3 ，则AlF3 为离子晶体，铝氟之间形成的是离子键。由AlF3 中的原子个数比，可知该晶胞中顶点为Al3+ ，棱心为F− ，则与F− 距离最近的Al3+ 有2个，即F− 的配位数为2。该晶胞中Al3+ 数目为8×18=1 ，F− 数目为12×14=3 ，即1个晶胞中含1个AlF3 ，根据晶胞的参数可知，晶体密度ρ=84NAa×10−103g⋅cm−3 。
2. [2022全国甲卷，15分]2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯CH2CH2 与四氟乙烯CF2CF2 的共聚物ETFE 制成。回答下列问题:
（1） 基态F 原子的价电子排布图（轨道表示式）为。
[解析]F 的原子序数为9，价电子数为7，根据泡利原理和洪特规则，即可画出其价电子排布图。
（2） 图a、b 、c 分别表示C、N 、O 和F 的逐级电离能I 变化趋势（纵坐标的标度不同）。第一电离能的变化图是a （填标号），判断的根据是同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势，但N 的2p 轨道上的电子排布是半充满的，相对较稳定，其第一电离能高于邻位C 、O 的第一电离能；第三电离能的变化图是b （填序号）。
[解析]同周期元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势，但N 的2p 轨道上的电子排布是半满的，比较稳定，其第一电离能高于邻位C 、O 的第一电离能，故图a符合C 、N 、O 、F 第一电离能的大小顺序；C 、N 、O 、F 的价电子排布式分别为2s22p2 、2s22p3 、2s22p4 、2s22p5 ，失去两个电子后，价电子排布式分别为2s2 、2s22p1 、2s22p2 、2s22p3 ，此时F 的2p 轨道上的电子排布处于半充满状态，比较稳定，其第三电离能最大，O 的半径小于N 的半径，O 的第三电离能大于N 的，C 失去的第三个电子为2s 上的电子，导致其第三电离能大于N 的，故图b符合C 、N 、O 、F 第三电离能的大小顺序。
（3） 固态氟化氢中存在HFn 形式，画出HF3 的链状结构。
[解析]F 电负性较大，HF 分子之间可以形成氢键，进而形成HF2 、HF3 等缔合分子，由此可画出HF3 的链状结构。
（4） CF2CF2 和ETFE 分子中C的杂化轨道类型分别为sp2 和sp3 ；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因氟的电负性较强，C—F 键的键能比C—H 键的键能大，使得聚四氟乙烯的化学稳定性比聚乙烯的强。
[解析]CF2CF2 分子中存在碳碳双键，故CF2CF2 分子中C 的杂化轨道类型为sp2 ；ETFE 为共聚物，分子中的化学键全部为单键，故ETFE 分子中C 的杂化轨道类型为sp3 ；氟的电负性较强，C—F 键的键能比C—H 键的键能大，使得聚四氟乙烯的化学稳定性比聚乙烯的强。
（5） 萤石CaF2 是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X 代表的离子是Ca2+ ;若该立方晶胞参数为apm ,正负离子的核间距最小为34a pm 。
[解析]X 代表的离子位于顶点和面心，该晶胞中含X 的个数为8×18+6×12=4 ，Y 代表的离子位于晶胞体内，共8个，根据萤石的化学式为CaF2 ，可知X 代表Ca2+ ；F− 分别位于8个“小正方体”的体心，Ca2+ 与F− 最近的核间距为晶胞体对角线长度的14 ，由于晶胞参数为apm ，故Ca2+ 与F− 最近的核间距为34apm 。
3. [2021湖南，15分]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碳化硅（填化学式）;
[解析]硅原子核外有14个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2 ，其最外层的电子排布图为；晶体硅、碳化硅均属于共价晶体，原子半径Si>C ，故键长C—SiSi—Si ，则熔点碳化硅> 晶体硅。
（2） 硅和卤素单质反应可以得到SiX4 。
SiX4 的熔沸点
① 0℃ 时,SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4 呈液态的是SiCl4 （填化学式），沸点依次升高的原因是SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4 均为分子晶体，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高,气态SiX4 分子的空间构型是正四面体;
[解析]0℃ 对应273K ，由表中数据可分析出0℃ 时，SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4 中呈液态的为SiCl4 。SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4 均为分子晶体且结构相似，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，因此SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4 熔沸点依次升高；SiX4 分子的中心原子的价层电子对数=4+4−4×12=4 ，根据价层电子对互斥理论判断该分子空间构型为正四面体。
② SiCl4 与N− 甲基咪唑（）反应可以得到M2+ ，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sp2 、sp3 ，H 、C、N 的电负性由大到小的顺序为N>C>H ，1个M2+ 中含有54个σ 键;
[解析]N− 甲基咪唑分子中甲基碳原子形成4个σ 键，为sp3 杂化,环上碳原子形成3个σ 键，为sp2 杂化；元素的非金属性越强，其电负性越强，由于非金属性HH ；单键为σ 键，双键中一个为σ 键，一个为π 键，故1个M2+ 中含有54个σ 键。
（3） 如图是Mg 、Ge 、O 三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
① 已知化合物中Ge 和O 的原子个数比为1:4 ,图中Z 表示O 原子（填元素符号），该化合物的化学式为Mg2GeO4 ;
[解析]根据均摊法，晶胞中X 个数为8×18+6×12+3+4×14=8 ；Y 个数为4；Z 个数为16，由于Ge 与O 的原子个数比为1:4 ，故图中Z 表示O 原子；该化合物的化学式为Mg2GeO4 。
② 已知该晶胞的晶胞参数分别为anm 、bnm 、cnm ，α=β=γ=90∘ ，则该晶体的密度ρ= 7.4×1023NAabc g⋅cm−3 （设阿伏加德罗常数的值为NA ，用含a 、b 、c 、NA 的代数式表示）。
[解析]该晶胞质量为4×24×2+73+16×4NAg ，体积为a×b×c×10−73cm3 ，所以晶体密度为4×24×2+73+16×4NA⋅a⋅b⋅c×10−21g⋅cm−3=7.4×1023NAabcg⋅cm−3 。
【技巧点拨】 溶沸点比较思维模型
分析晶体类型共价晶体→共价键键能→原子半径离子晶体→晶格能→离子半径及所带电荷数分子晶体→范德华力和氢键→相对分子质量,与H相连的原子是否有N、O、F
4. [2020全国卷Ⅲ，15分]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B 。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素Si （硅）的相似。
[解析]根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小及氢原子半径是所有主族元素原子半径中最小的，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 分子中，N—B 化学键称为配位键，其电子对由N 提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：
3NH3BH3+6H2O3NH4++B3O63−+9H2
B3O63− 的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由sp3 变为sp2 。
[解析]NH3BH3 中N 有孤电子对，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4个σ 键,为sp3 杂化，B3O63− 中B 形成3个σ 键，为sp2 杂化。
（3） NH3BH3 分子中，与N 原子相连的H 呈正电性Hδ+ ，与B原子相连的H 呈负电性Hδ− ，电负性大小顺序是N>H>B 。与NH3BH3 原子总数相等的等电子体是CH3CH3 （写分子式），其熔点比NH3BH3 低（填“高”或“低”），原因是在NH3BH3 分子之间，存在Hδ+ 与Hδ− 的静电引力，也称“双氢键”。
[解析]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N>H>B 。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Hδ+ 与Hδ− 的静电引力，也称为“双氢键”，“双氢键”使物质的熔沸点较高，而CH3CH3 分子间不存在“双氢键”，熔沸点较低。
（4） 研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm 、bpm 、cpm ，α=β=γ=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ρ= 62NAabc×10−30 g⋅cm−3 （列出计算式，设NA 为阿伏加德罗常数的值）。
[解析]氨硼烷的相对分子质量为31，一个氨硼烷的2×2×2 超晶胞中含有16个氨硼烷，该超晶胞的质量为31×16NAg ，体积为2a×10−10cm×2b×10−10cm×2c×10−10cm=8abc×10−30cm3 ，则氨硼烷晶体的密度为62NAabc×10−30g⋅cm−3 。
题组七
1. [2023山东，12分]卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题:
（1） −40℃ 时,F2 与冰反应生成HOF 和HF 。常温常压下,HOF 为无色气体,固态HOF 的晶体类型为分子晶体,HOF 水解反应的产物为HF 、H2O2 （填化学式）。
[解析]常温常压下HOF 为无色气体，说明其沸点较低，为分子晶体。比较元素的电负性大小可知，HOF 中F 为−1 价，则其水解反应为HOF+H2OHF+H2O2 ，水解产物为HF 、H2O2 。
（2） ClO2 中心原子为Cl ,Cl2O 中心原子为O ,二者均为V 形结构,但ClO2 中存在大π 键П35 。ClO2 中Cl 原子的轨道杂化方式为sp2 ;O—Cl—O 键角> Cl—O—Cl 键角（填“> ”“< ”或“= ”）。比较ClO2 与Cl2O 中Cl—O 键的键长并说明原因键长：ClO2 H2SeO3 （填“> ”或“< ”）。研究发现，给小鼠喂食适量硒酸钠Na2SeO4 可减轻重金属铊引起的中毒。SeO42− 的立体构型为正四面体。
[解析]H2SeO4 和H2SeO3 可分别表示为HO2SeO2 和HO2SeO ，H2SeO3 中Se 为+4 价，而H2SeO4 中Se 为+6 价，H2SeO4 中Se 的正电性高，导致Se—O—H 中O 的电子向Se 偏移，更易电离出H+ ，所以硒的两种含氧酸的酸性强弱为H2SeO4>H2SeO3 。SeO42− 的中心原子的价层电子对数为4+6+2−2×42=4 ，所以Se 原子的杂化方式为sp3 ，故SeO42− 的立体构型是正四面体。
（6） 我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X 是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1，沿x 、y 、z 轴方向的投影均为图2。
图1
图2
① X 的化学式为K2SeBr6 。
[解析]由晶胞结构可知，的个数为6×12+8×18=4 ，K 位于晶胞内，K 的个数为8，所以X 的化学式为K2SeBr6 。
② 设X 的最简式的式量为Mr ，晶体密度为ρg⋅cm−3 ，则X 中相邻K 之间的最短距离为12×34×Mrρ×NA×107 nm （列出计算式，NA 为阿伏加德罗常数的值）。
[解析]根据晶胞结构沿x 、y 、z 轴方向的投影可得相邻K 之间的最短距离为边长的12 ，设边长为anm ,则ρ=4×Mra×10−73×NA ，所以a=34×Mrρ×NA×107 ，所以X 中相邻K 之间的最短距离为12×34×Mrρ×NA×107nm 。
【技巧点拨】 饱和碳原子采取sp3 杂化，双键和苯环上的碳原子采取sp2 杂化，三键上的碳原子采取sp 杂化，并不局限于碳碳键。
3. [2021山东，12分]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9种。
[解析]基态F 原子核外有9个电子，每个电子的运动状态各不相同，故基态F 原子核外电子的运动状态有9种。
（2） O 、F 、Cl 电负性由大到小的顺序为F>O>Cl ;OF2 分子的空间构型为V 形；OF2 的熔、沸点低于（填“高于”或“低于”）Cl2O ，原因是OF2 相对分子质量小，分子间作用力小。
[解析]根据ClO2 中O 显负价，Cl 显正价，知O 的电负性大于Cl 的电负性，又同一周期主族元素从左到右电负性依次增大，故O 、F 、Cl 电负性由大到小的顺序为F>O>Cl 。OF2 分子中O 的成键电子对数为2、孤电子对数为6−1×22=2 ，故OF2 的空间构型为V 形；OF2 、Cl2O 均为分子晶体，分子间以范德华力结合，OF2 的相对分子质量小，范德华力小，故OF2 的熔、沸点低于Cl2O 。
（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为5,下列对XeF2 中心原子杂化方式推断合理的是D （填标号）。
A. sp B. sp2 C. sp3 D. sp3d
[解析]XeF2 中心原子Xe 的价层电子对数为2+8−1×22=5 ，其杂化轨道数为5，推测Xe 的杂化方式为sp3d 。
（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2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12,12,12 。已知Xe—F 键长为rpm ,则B点原子的分数坐标为0,0,rc ；晶胞中A、B间距离d= 122a2+c−2r2 pm 。
[解析]由题图知，晶胞中大球个数为8×18+1=2 ，小球个数为8×14+2=4 ，故大球为Xe ，小球为F ，该晶胞中含有2个XeF2 。以晶胞参数为单位长度建立坐标系时，由B 点在棱上rc 处,知B 点原子的分数坐标为0,0,rc 。如图所示从点A 向底面作垂线到点D ，则ED=22apm ,AB=CE=d ，CD=12c−rpm ，根据CD2+ED2=CE2 ，代入数据可得d2=0.5a2pm2+0.5c−r2pm2 ，d=0.5a2+0.5c−r2pm 。
【易错警示】 原子轨道就是电子在原子核外的空间运动状态，故核外电子的空间运动状态数= 电子所占据的轨道数；而核外电子的运动状态还要考虑电子的自旋方向，故一般原子核外有多少个电子就有多少种不同的运动状态。
4. [2020全国卷Ⅰ，15分]Gdenugh 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45 。
[解析]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45 。
（2） Li 及其周期表中相邻元素的第一电离能I1 如表所示。I1Li>I1Na ，原因是Na 与Li 同族，Na 电子层数多，原子半径大，易失电子。I1Be>I1B>I1Li ,原因是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。
[解析]Li 和Na 均为第ⅠA 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I1Li>I1Na 。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） 磷酸根离子的空间构型为正四面体,其中P 的价层电子对数为4（1分）、杂化轨道类型为sp3 。
[解析]PO43− 的中心原子P 的价层电子对数为4，孤电子对数为0，中心原子P 为sp3 杂化，故PO43− 的空间构型为正四面体。
（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4个。
电池充电时，LiFePO4 脱出部分Li+ ,形成Li1−xFePO4 ,结构示意图如b 所示，则x= 316 ,nFe2+:nFe3+= 13:3 。
[解析]由题图可知，小白球表示锂原子，由题图（a）知，每个晶胞中的锂原子数为8×18+4×14+4×12=4 ，故一个晶胞中有4个LiFePO4 单元。由题图（b）知，Li1−xFePO4 结构中，一个晶胞含有134 个锂原子，此时锂原子、铁原子的个数比为13:16 ，进而推出x=316 。设Li13Fe16PO416 中二价铁离子的个数为a ，三价铁离子的个数为b ，由2a+3b+13=48 ，a+b=16 ，得到a:b=13:3 ，即nFe2+:nFe3+=13:3 。已知
方法
结论
A
沸点:Cl2