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2021届+高三+化学+高考二轮复习+专题五 物质结构与性质 元素周期律
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这是一份2021届+高三+化学+高考二轮复习+专题五 物质结构与性质 元素周期律，共14页。试卷主要包含了物质结构与性质，g·cm－3，a＝等内容，欢迎下载使用。
专题五 物质结构与性质 元素周期律
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．下列分子中，中心原子杂化轨道类型相同，分子的空间构型也相同的是
A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2 C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O
解析：选A。根据价层电子对互斥理论可知，水中O原子含有的孤对电子对数＝（6－2×1）÷2＝2，采取sp3杂化方式，水是V型结构。
A．氯化铍中Be原子是sp杂化，是直线型结构。CO2是直线型结构，碳原子是sp杂化，故A正确；
B．SO2中S原子含有的孤对电子对数＝（6－2×2）÷1，采取sp2杂化方式，SO2是V形结构，故B错误；
C．SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化方式，是正四面体结构；
D．NF3中N原子采取sp3杂化方式，是三角锥结构，CH2O中C原子采取sp2杂化方式，是平面三角形结构，故D错误。
答案选A。
2．运用元素周期表和元素周期律的知识推断，下列说法不合理的是( )
A．PH3、H2S、HCl的热稳定性和还原性依次增强
B．若X＋和Y2－的核外电子层结构相同，则原子序数：X＞Y
C．硅、锗都位于元素周期表中金属元素与非金属元素的分界处，都可以做半导体材料
D．Cs和Ba分别位于第六周期ⅠA和ⅡA族，则碱性：CsOH＞Ba(OH)2
解析：选A。根据元素周期律，同周期元素从左到右简单氢化物的热稳定性逐渐增强，离子的还原性逐渐减弱，所以PH3、H2S、HCl的热稳定性依次增强，还原性依次减弱，A项不合理；具有相同电子层结构的离子，阳离子在阴离子的下一周期，则原子序数：X＞Y，B项合理；硅、锗均处于金属元素与非金属元素的分界处，因此这两种元素既表现一定的金属性又表现一定的非金属性，都可以做半导体材料，C项合理；Cs、Ba同周期，自左到右元素金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，故碱性：CsOH＞Ba(OH)2，D项合理。
3．(2020·天水高三模拟)现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p5。下列有关比较中正确的是( )
A．最高正化合价：③>②>①
B．原子半径：③>②>①
C．电负性：③>②>①
D．第一电离能：③>②>①
解析：选D。根据核外电子排布式可知①是S，②是P，③是F。F无正价，A错误；同周期主族元素自左向右原子半径逐渐减小，同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：②>①>③，B错误；同周期主族元素自左向右电负性逐渐增大，同主族元素自上而下电负性逐渐减小，则电负性：③>①>②，C错误；同周期主族元素自左向右第一电离能呈增大趋势，但P的3p轨道处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于S，则第一电离能：③>②>①，D正确。
4．(2020·山东等级考模拟)利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是( )
A．C(金刚石)属于共价晶体
B．该反应利用了Na的强还原性
C．CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同
D．NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋
解析：选D。A.金刚石晶体中每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构，形成的晶体为共价晶体，故A正确；B.该反应中Na由0价→＋1价，做还原剂，将CCl4还原成C(金刚石)，故B正确；C.CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3杂化，故C正确；D.NaCl晶体中每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6，故D错误。
5．(2019·瓦房店高级中学高二期中)有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形状发生了改变
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释
D．杂化轨道全部参与形成化学键
解析：选D。杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。
6．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是( )
A．配位化合物中必定存在配位键，可能存在极性键
B．配位化合物中只有配位键
C．[Cu(H2O)6]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键
D．配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用
解析：选B。配位化合物中一定含有配位键，也可能含有其他化学键，A项正确，B项错误；Cu2＋有空轨道，H2O中氧原子有孤电子对，可以形成配位键，C项正确；配位化合物应用领域特别广泛，D项正确。
7．部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．离子半径的大小顺序：d＜e＜f
B．与x形成简单化合物的沸点：y＞z＞d
C．除去实验后试管中残留的g单质，可用热的氢氧化钠溶液
D．g、h的氧化物对应的水化物的酸性：h＞g
解析：选C。根据题意可推出x、y、z、d、e、f、g、h分别为H、C、N、O、Na、Al、S、Cl。O2－、Na＋和Al3＋具有相同的电子层结构，则核电荷数越大，离子半径越小，则离子半径大小顺序为O2－＞Na＋＞Al3＋，A项错误；CH4、NH3、H2O中，CH4、NH3常温下为气体，H2O常温下为液体，故水的沸点最高，B项错误；硫能与热的NaOH溶液反应生成硫化钠、亚硫酸钠等可溶性物质而被除去，C项正确；g、h的氧化物对应的水化物即含氧酸有多种，没有说明是最高价含氧酸，无法比较酸性强弱，D项错误。
8．（湖北省襄阳市五校2021届高三上学期期中）已知A、B、C、D为短周期内原子半径依次增大的元素，X、Y、M、N 分别是由这四种元素组成的二元化合物，甲、乙为B、C两种元素对应的单质且摩尔质量相同。若X与Y的摩尔质量也相同，Y 与乙均为淡黄色固体上述物质之间的转化关系如图所示(部分反应物或生成物已省略)，则下列叙述中不正确的是（ ）
A．可以推断N是一切生命之源
B．简单离子半径关系：A
解析：选D。A、B、C、D为短周期内原子半径依次增大的元素，X、Y、M、N分别由这些元素组成的二元化合物，甲、乙为其中两种元素对应的单质。Y与乙均为淡黄色固体，则单质乙为S，化合物Y为Na2O2，Y能与N反应生成单质甲，则甲为O2，硫与氧气摩尔质量均为32g/mol，符合题意。且X与酸反应生成M，M与氧气反应生硫与N，可推知M为H2S，N为H2O，X为Na2S，故A为H元素、B为O元素、C为S元素、D为Na。
A. 由分析可知，N为H2O，水是一切生命之源，故A正确；
B. 电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,离子电子层越多离子半径越大,故离子半径S2−>O2−>Na+>H+，即A
故选D。
9．(2018·高考江苏卷)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X是地壳中含量最多的元素，Y原子的最外层只有一个电子，Z位于元素周期表ⅢA族，W与X属于同一主族。下列说法正确的是( )
A．原子半径：r(W)>r(Z)>r(Y)
B．由X、Y组成的化合物中均不含共价键
C．Y的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的弱
D．X的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
解析：选D。地壳中含量最多的元素X为O元素，短周期元素Y的原子序数大于X，且Y原子的最外层只有一个电子，则Y为Na元素；Z的原子序数大于Na且为第ⅢA族短周期元素，则Z为Al元素；W与X属于同一主族，且为短周期元素，则W为S元素。原子半径：Na>Al>S，A项错误；Na2O2中两个氧原子之间为共价键，B项错误；Y和Z的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Al(OH)3，碱性：NaOH>Al(OH)3，C项错误；O的非金属性强于S，则简单气态氢化物的热稳定性：H2O强于H2S，D项正确。
10．(2019·泰安一模)a－5X、b－3Y、aZ、bW、a＋4T 均为短周期元素，其原子半径随原子序数变化如图所示。Z是地壳中含量最高的金属元素，W原子最外层电子数是K层电子数的2倍。则下列说法正确的是( )
A．Z、T两种元素的离子半径相比，前者较大
B．X、Y形成的两种化合物中，阴、阳离子的物质的量之比分别为1∶1和1∶2
C．X、W、T三种元素的气态氢化物中，稳定性最差的是W的氢化物，沸点最高的是T的氢化物
D．Y、T两种元素的最高价氧化物对应的水化物均能溶解X和Z形成的常见化合物
解析：选D。Z是地壳中含量最高的金属元素，所以Z是铝。W原子最外层电子数是K层电子数的2倍，且由图可知其原子序数大于铝，所以W是硅。相应地X、Y、T分别是氧、钠、氯。离子半径Z
11．A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期元素，甲、乙、丙、丁、戊是由其中的两种或三种元素组成的化合物，辛是由C元素形成的单质，常温常压下乙为液态。常温下，0.1 mol·L－1丁溶液的pH为13。上述各物质间的转化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．元素B、C、D的原子半径由大到小的顺序为r(D)＞r(C)＞r(B)
B．1.0 L 0.1 mol·L－1戊溶液中阴离子的总物质的量小于0.1 mol
C．1 mol甲与足量的乙完全反应共转移约6.02×1023个电子
D．元素的非金属性B＞C＞A
解析：选C。由“常温下，0.1 mol·L－1丁溶液的pH为13”，可推知丁为一元强碱，常温常压下乙为液态，结合框图推断，甲为Na2O2，乙为H2O，辛为O2，丁为NaOH，与Na2O2反应生成O2的还有CO2，则丙为CO2，戊为Na2CO3，综上分析可知，A、B、C、D分别是H、C、O、Na。原子半径由大到小的顺序为r(Na)＞r(C)＞r(O)，A项错误；Na2CO3溶液中CO水解，水解后阴离子数目增多，B项错误；Na2O2与H2O反应，Na2O2既做氧化剂又做还原剂，1 mol Na2O2完全反应转移1 mol电子，C项正确；由元素周期律可知，元素的非金属性O＞C＞H，D项错误。
12．(2020·青岛高三联考)已知A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，其中元素A、E的单质在常温下呈气态，元素B的原子最外层电子数是其电子层数的2倍，元素C在同周期的主族元素中原子半径最大，元素D的合金是日常生活中常用的金属材料。下列说法正确的是( )
A．工业上常用电解法制备元素C、D、E的单质
B．元素A、B组成的化合物常温下不一定呈气态
C．化合物AE与CE含有相同类型的化学键
D．元素C的最高价氧化物对应的水化物不能与元素D的单质反应
解析：选AB。由题意可知A、B、C、D、E分别是H、C、Na、Al、Cl。工业上常通过电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融氧化铝制取铝，电解饱和食盐水制取氯气，A选项正确；氢元素、碳元素组成的化合物属于烃，常温下碳原子数小于或等于4的烃呈气态，大于4的烃(新戊烷除外)呈液态或固态，B选项正确；HCl是共价化合物，含共价键，氯化钠是离子化合物，含离子键，HCl和NaCl的化学键类型不同，C选项错误；元素C的最高价氧化物对应的水化物是NaOH，NaOH能与Al反应，D选项错误。
13．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，Y单质能在W单质中燃烧，生成的二元化合物与H2O反应，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。Z与X同主族。下列说法不正确的是( )
A．X的简单氢化物的沸点比Z的高
B．简单离子半径：r(Z)
D．W、Z的最高价氧化物对应的水化物都是强酸
解析：选BC。W、X、Y、Z分别为氮、氧、镁、硫元素。H2O分子间存在氢键，而H2S分子间不存在氢键，因此沸点：H2O＞H2S，A正确。核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，半径越小；电子层数越多，半径越大，因此简单离子半径：S2－＞O2－＞Mg2－，B错误。氮元素和氧元素形成的化合物有NO、N2O、N2O3、N2O4、NO2等，C错误。硝酸、硫酸均为强酸，D正确。
14．下列说法正确的是( )
A．共价晶体中只存在非极性共价键
B．因为HCl的相对分子质量大于HF，所以HCl的沸点高于HF
C．干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂
D．金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物
解析：选CD。A项SiO2中存在极性键；B项HF分子间存在氢键，故HF沸点高。
15．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示，下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是( )
A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si原子形成4个Si—O 共价单键
解析：选B。SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构类型不同，A正确；CO2为分子晶体，因此分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，NaCl和CsCl为离子晶体，故物理性质不同，C正确，B错误；根据二氧化硅的结构可判断D正确。
三、非选择题
16．ⅠA、ⅦA族元素及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
(1)基态钠原子的核外电子排布式为______________；ⅠA族元素的基态原子的价电子的电子云轮廓图的形状为____________。
(2)H2分子中原子轨道的重叠方式是________(填字母)。
A．ss B．sp
C．pp
(3)OF2和O2F都是氧元素的氟化物，其中，OF2分子中氧原子的杂化类型是________；氯的某含氧酸的分子式为HClOx，其对应的含氧酸根离子的立体构型是三角锥形，则x＝________。
(4)碱金属单质的熔点随原子序数增大而降低，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
而卤素单质的熔、沸点随原子序数增大而升高，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)氯化钠的晶胞结构如图1所示(白球代表Cl－，黑球代表Na＋)，图2是氯化钠的晶胞截面图。已知NA代表阿伏加德罗常数的值，氯化钠晶体的密度为d g·cm－3。
①氯化钠晶胞中Cl－的配位数为________。
②Na＋半径为____________pm(只列出计算式即可)。
解析：(1)基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或[Ne]3s1。ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，s轨道的电子云轮廓图的形状为球形。
(2)基态氢原子只在1s轨道上有电子，H2分子中的两个氢原子成键时，两个s轨道“头碰头”重叠，故选A。
(3)OF2中氧原子的价层电子对数为4，氧原子的杂化类型是sp3。氯的含氧酸根离子中，ClO的立体构型为三角锥形，其对应的含氧酸为HClO3，故x＝3。
(4)分析熔、沸点的高低，要从粒子之间的作用力角度切入。碱金属单质是金属晶体，随着原子序数增大，原子半径依次增大，金属键依次减弱，单质的熔点依次降低；卤素单质是分子晶体，组成和结构相似，随着原子序数增大，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，单质的熔、沸点依次升高。
(5)①氯化钠晶胞中氯离子、钠离子的配位数都是6。②思路：先由晶胞结构和晶体的密度求出晶胞的边长，再由晶胞截面图中对角线上三个氯离子相切求出氯离子半径，最后根据棱上两个氯离子和一个钠离子相切求出钠离子半径。1个晶胞中含4个NaCl，设晶胞的边长为a，则晶体的密度d＝ g·cm－3，a＝ cm，而氯离子半径r(Cl－)＝a，钠离子的半径 r(Na＋)＝(－1)r(Cl－)＝a＝× cm＝× ×1010 pm。
答案：(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1) 球形
(2)A
(3)sp3 3
(4)碱金属单质是金属晶体，随着原子序数增大，原子半径依次增大，金属键依次减弱 卤素单质是分子晶体，组成和结构相似，随着原子序数增大，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强
(5)①6 ②× ×1010
17．文艺复兴时期，群青颜料曾用在许多著名的油画上，当时群青颜料是由贵重的青金石研磨并制成的。青金石指碱性铝硅酸盐矿物，其中含钠、铝、硅、硫、氯、氧等元素。
(1)硅元素基态原子的价电子排布图为____________。
(2)第四周期中，与铝未成对电子数相同的金属元素有________种。
(3)电离能I2(Na)________I1(Ne)(填“>”或“<”)。
(4)①已知氯有多种含氧酸，其电离平衡常数如下：
化学式
HClO4
HClO3
HClO2
HClO
Ka
1×1010
1×101
1×10－2
4×10－8
HClO4的结构简式为________________，ClO中Cl的杂化轨道类型为________，HClO2中含有的共价键类型为________。以上几种含氧酸的酸性强弱不同，其原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②氢卤酸(HX)的电离过程如图。ΔH1和ΔH2的递变规律都是HF>HCl>HBr>HI，其中ΔH1(HF)特别大的原因为____________________________________________________
________________________________________________________________________，
影响ΔH2递变的因素为________________________________________________。
(5)铝的晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝q nm，铝的摩尔质量为M g·mol－1，原子半径为r pm，阿伏加德罗常数的值为NA。则铝单质的密度为________g·cm－3(列式即可，下同)，铝晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________。
解析：(1)硅元素为14号元素，位于元素周期表第三周期ⅣA族，故硅原子的价电子排布图为。
(2)Al的核外电子中未成对电子数为1，第四周期中原子的核外电子排布中未成对电子数为1的有K—[Ar]4s1，Sc—[Ar]3d14s2，Cu—[Ar]3d104s1，Ga—[Ar]3d104s24p1，Br—[Ar]3d104s24p5，其中金属元素有4种。
(3)Na＋和Ne的电子层结构相同，均为8电子稳定结构，Na的核电荷数为11，大于Ne的核电荷数，因此原子核对最外层电子的吸引力Na大于Ne，所以电离能I2(Na)大于I1(Ne)。
(4)①根据含氧酸的结构特点，HClO4的结构简式为
；ClO中Cl的价层电子对数为3＋＝4，故其杂化轨道类型为sp3杂化；HClO2的结构式为H—O—Cl===O，共价键类型为极性共价键(或σ键和π键)；氯的含氧酸中非羟基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的O电子更向Cl偏移，越易电离出H＋，酸性越强，故酸性：HClO
(5)由Al的晶胞结构可知一个晶胞中含有的Al的数目为4，根据密度公式：ρ＝＝ g·cm－3，原子总体积为4个球体的体积，占晶胞体积百分率＝×100%＝×100%。
答案：(1) (2)4 (3)>
(4)① sp3 极性共价键(或σ键和π键) 氯的含氧酸中非羟基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的O电子更向Cl偏移，越易电离出H＋
②HF的水溶液中存在氢键 原子半径(或键长或键能)
(5) ×100%
18．南京工业大学某研究团队最近在《Nature Communications》刊文介绍了他们开发的一种新型催化剂——反钙钛矿基非贵金属催化剂，这种价廉的新型催化剂结合了钙钛矿结构的灵活性和过渡金属氮(碳)化合物的高导电性、优异电催化性等优点，理论上来说是一种很有发展潜力的析氧反应电催化剂。回答下列问题：
(1)基态氮原子核外未成对电子数为________。基态碳原子核外电子云有________个伸展方向。
(2)在周期表中，N、O、F是位于同周期且相邻的三种元素，第一电离能最大的元素和最小的元素组成一种只含极性键的化合物M，M分子的立体构型是________，中心原子的杂化类型是________。
(3)CN－能与多种金属离子形成配合物。例如，工业冶炼金的原理：2[Au(CN)2]－＋Zn===2Au＋[Zn(CN)4]2－。1 mol [Zn(CN)4]2－含________mol σ键。
(4)钛酸钙的晶胞如图1所示。钛酸钙的化学式为____________；1个钛离子与________个氧离子等距离且最近，这些氧离子可构成正八面体，钛离子位于该正八面体的体心。已知钛酸钙的晶胞参数为a nm，则该正八面体的边长为________pm。
(5)Fe和N可组成一种过渡金属氮化物，其晶胞如图2所示。六棱柱底边边长为x cm，高为y cm，NA为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为______________________g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，有3个未成对电子。基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，s能级上电子云只有1个伸展方向，2p能级上只填充了2个电子，所以有2个伸展方向，故共有3个伸展方向。(2)第一电离能：F>N>O，OF2只含极性键，O2F2含极性键和非极性键。OF2分子的立体构型为V形，O的杂化类型为sp3。(3)CN－的结构式为[C≡N]－，1个CN－含σ键的个数为1，1个CN－与Zn2＋形成1个配位键(也是σ键)，故1 mol [Zn(CN)4]2－含8 mol σ键。(4)钛酸钙的化学式为CaTiO3。1个钛离子周围有6个氧离子与其等距离且最近。正八面体边长等于晶胞边长的，1 nm＝1 000 pm，故该正八面体的边长为×1 000 pm＝500a pm。(5)六棱柱的底面由6个正三角形构成，正三角形的高为x cm，每个正三角形的面积为x2 cm2。1个晶胞含6个Fe、2个N。ρ＝ g·cm－3。
答案：(1)3 3 (2)V形 sp3 (3)8 (4)CaTiO3 6 500a
(5)
19．镍、钴、钛、铜等常用于制备锂离子电池的正极材料或高效催化剂。NA表示阿伏加德罗常数的值，请填写下列空白。
(1)基态Co原子的核外电子排布式为___________________________________________。
(2)镍与CO生成的配合物Ni(CO)4中提供孤电子对的成键原子是____________(填元素名称)；1 mol Ni(CO)4 中含有的σ键数目为____________。
(3)Ti(BH4)2是一种储氢材料。BH的立体构型是__________，B原子的杂化方式是____________。与钛同周期的第ⅡB族和第ⅢA族两种元素中第一电离能较大的是____________(填元素符号)，原因是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)CuFeS2的晶胞如图所示，晶胞参数分别为a nm，b nm，c nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与______个S原子相连，晶体密度ρ＝____________g·cm－3(列出计算表达式)。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，如图中原子2和3的坐标分别为、，则原子1的坐标为____________。
解析：(1)Co是27号元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(2)配合物Ni(CO)4中提供孤电子对的成键原子是碳原子；配合物Ni(CO)4中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间也存在1个σ键，故1 mol Ni(CO)4中含有8NA个σ键。(3)BH的中心原子B原子的价层电子对数为4，没有孤电子对，所以其立体构型为正四面体形，B原子的杂化方式为sp3杂化；与钛同周期的第ⅡB族元素是Zn、第ⅢA族元素是Ga，其电子排布式分别为[Ar]3d104s2和[Ar]3d104s24p1，Zn的核外电子排布为全满稳定结构，较难失去电子，故其第一电离能较大。(4)由题图中1号Cu原子可知，每个Cu原子与4个S原子相连；该晶胞中含Cu原子数为8×＋4×＋1＝4，Fe原子数为6×＋4×＝4，S原子数为8，所以其密度ρ＝＝ g·cm－3。结合题图和原子2、3的坐标可知，原子1的坐标为。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)
(2)碳 8NA
(3)正四面体形 sp3 Zn Zn的核外电子排布为全满稳定结构，较难失去电子
(4)4
20．氟代硼铍酸钾(KBe2BO3F2)是激光器的核心材料，我国化学家在此领域的研究走在了世界的最前列。回答下列问题：
(1)氟代硼铍酸钾中各元素原子的第一电离能大小顺序是F>O>____________，基态K＋电子占据最高能级的电子云轮廓图为____________形。
(2)BeCl2中的化学键具有明显的共价性，蒸气状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为____________，其中Be的配位数为____________。
(3)第三周期元素氟化物的熔点如下表：
化合物
NaF
MgF2
AlF3
SiF4
PF5
SF6
熔点/℃
993
1 261
1 291
－90
－83
－50.5
解释表中氟化物熔点变化的原因：____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)CaF2的一种晶胞如图所示。Ca2＋占据F－形成的空隙，其空隙率是____________。若r(F－)＝x pm，r(Ca2＋)＝y pm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则CaF2的密度ρ＝____________g·cm－3(列出计算表达式即可)。
解析：(1)根据第一电离能的递变规律可确定氟代硼铍酸钾中五种元素的第一电离能大小顺序为F＞O＞Be＞B＞K。根据构造原理可确定基态K＋中电子占据的最高能级为3p，其电子云轮廓图呈哑铃形。(2)根据题中条件可知，BeCl2中存在共价键，则蒸气状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为，其中Be的配位数为3。(3)从表格中各物质熔点可判断前三种氟化物均为离子晶体，其熔点逐渐升高是因为Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小，故熔点逐渐升高；后三种氟化物熔点很低，为分子晶体，由于相对分子质量越大，分子间作用力越强，故其熔点逐渐升高。(4)结合题图可知，晶胞中黑球表示F－，白球表示Ca2＋，该晶胞的8个空隙中填充了4个Ca2＋，故晶胞中的空隙率为50%，以晶胞为研究对象，设其边长为a，晶胞的体对角线长度为(2x＋2y) pm＝a，则a＝ pm，即晶胞的边长为pm，该晶胞体积为[]3×10－30 cm3。由均摊法可确定晶胞中F－个数为8×＋12×＋6×＋1＝8，Ca2＋个数为4，故晶胞质量为×78 g，则晶体密度ρ＝ g·cm－3。
答案：(1)Be＞B＞K 哑铃
(2) 3
(3)前三种为离子晶体，Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小；后三种为分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大
(4)50%
专题五 物质结构与性质 元素周期律
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．下列分子中，中心原子杂化轨道类型相同，分子的空间构型也相同的是
A．BeCl2、CO2 B．H2O、SO2 C．SO2、CH4 D．NF3、CH2O
解析：选A。根据价层电子对互斥理论可知，水中O原子含有的孤对电子对数＝（6－2×1）÷2＝2，采取sp3杂化方式，水是V型结构。
A．氯化铍中Be原子是sp杂化，是直线型结构。CO2是直线型结构，碳原子是sp杂化，故A正确；
B．SO2中S原子含有的孤对电子对数＝（6－2×2）÷1，采取sp2杂化方式，SO2是V形结构，故B错误；
C．SO2是V形结构，CH4中C原子采取sp3杂化方式，是正四面体结构；
D．NF3中N原子采取sp3杂化方式，是三角锥结构，CH2O中C原子采取sp2杂化方式，是平面三角形结构，故D错误。
答案选A。
2．运用元素周期表和元素周期律的知识推断，下列说法不合理的是( )
A．PH3、H2S、HCl的热稳定性和还原性依次增强
B．若X＋和Y2－的核外电子层结构相同，则原子序数：X＞Y
C．硅、锗都位于元素周期表中金属元素与非金属元素的分界处，都可以做半导体材料
D．Cs和Ba分别位于第六周期ⅠA和ⅡA族，则碱性：CsOH＞Ba(OH)2
解析：选A。根据元素周期律，同周期元素从左到右简单氢化物的热稳定性逐渐增强，离子的还原性逐渐减弱，所以PH3、H2S、HCl的热稳定性依次增强，还原性依次减弱，A项不合理；具有相同电子层结构的离子，阳离子在阴离子的下一周期，则原子序数：X＞Y，B项合理；硅、锗均处于金属元素与非金属元素的分界处，因此这两种元素既表现一定的金属性又表现一定的非金属性，都可以做半导体材料，C项合理；Cs、Ba同周期，自左到右元素金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，故碱性：CsOH＞Ba(OH)2，D项合理。
3．(2020·天水高三模拟)现有三种元素的基态原子的电子排布式如下：①1s22s22p63s23p4；②1s22s22p63s23p3；③1s22s22p5。下列有关比较中正确的是( )
A．最高正化合价：③>②>①
B．原子半径：③>②>①
C．电负性：③>②>①
D．第一电离能：③>②>①
解析：选D。根据核外电子排布式可知①是S，②是P，③是F。F无正价，A错误；同周期主族元素自左向右原子半径逐渐减小，同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，则原子半径：②>①>③，B错误；同周期主族元素自左向右电负性逐渐增大，同主族元素自上而下电负性逐渐减小，则电负性：③>①>②，C错误；同周期主族元素自左向右第一电离能呈增大趋势，但P的3p轨道处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于S，则第一电离能：③>②>①，D正确。
4．(2020·山东等级考模拟)利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是( )
A．C(金刚石)属于共价晶体
B．该反应利用了Na的强还原性
C．CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同
D．NaCl晶体中每个Cl－周围有8个Na＋
解析：选D。A.金刚石晶体中每个C与另外4个C形成共价键，构成正四面体，向空间发展成网状结构，形成的晶体为共价晶体，故A正确；B.该反应中Na由0价→＋1价，做还原剂，将CCl4还原成C(金刚石)，故B正确；C.CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3杂化，故C正确；D.NaCl晶体中每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6，故D错误。
5．(2019·瓦房店高级中学高二期中)有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形状发生了改变
B．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释
D．杂化轨道全部参与形成化学键
解析：选D。杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。
6．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是( )
A．配位化合物中必定存在配位键，可能存在极性键
B．配位化合物中只有配位键
C．[Cu(H2O)6]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键
D．配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用
解析：选B。配位化合物中一定含有配位键，也可能含有其他化学键，A项正确，B项错误；Cu2＋有空轨道，H2O中氧原子有孤电子对，可以形成配位键，C项正确；配位化合物应用领域特别广泛，D项正确。
7．部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．离子半径的大小顺序：d＜e＜f
B．与x形成简单化合物的沸点：y＞z＞d
C．除去实验后试管中残留的g单质，可用热的氢氧化钠溶液
D．g、h的氧化物对应的水化物的酸性：h＞g
解析：选C。根据题意可推出x、y、z、d、e、f、g、h分别为H、C、N、O、Na、Al、S、Cl。O2－、Na＋和Al3＋具有相同的电子层结构，则核电荷数越大，离子半径越小，则离子半径大小顺序为O2－＞Na＋＞Al3＋，A项错误；CH4、NH3、H2O中，CH4、NH3常温下为气体，H2O常温下为液体，故水的沸点最高，B项错误；硫能与热的NaOH溶液反应生成硫化钠、亚硫酸钠等可溶性物质而被除去，C项正确；g、h的氧化物对应的水化物即含氧酸有多种，没有说明是最高价含氧酸，无法比较酸性强弱，D项错误。
8．（湖北省襄阳市五校2021届高三上学期期中）已知A、B、C、D为短周期内原子半径依次增大的元素，X、Y、M、N 分别是由这四种元素组成的二元化合物，甲、乙为B、C两种元素对应的单质且摩尔质量相同。若X与Y的摩尔质量也相同，Y 与乙均为淡黄色固体上述物质之间的转化关系如图所示(部分反应物或生成物已省略)，则下列叙述中不正确的是（ ）
A．可以推断N是一切生命之源
B．简单离子半径关系：A
解析：选D。A、B、C、D为短周期内原子半径依次增大的元素，X、Y、M、N分别由这些元素组成的二元化合物，甲、乙为其中两种元素对应的单质。Y与乙均为淡黄色固体，则单质乙为S，化合物Y为Na2O2，Y能与N反应生成单质甲，则甲为O2，硫与氧气摩尔质量均为32g/mol，符合题意。且X与酸反应生成M，M与氧气反应生硫与N，可推知M为H2S，N为H2O，X为Na2S，故A为H元素、B为O元素、C为S元素、D为Na。
A. 由分析可知，N为H2O，水是一切生命之源，故A正确；
B. 电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,离子电子层越多离子半径越大,故离子半径S2−>O2−>Na+>H+，即A
故选D。
9．(2018·高考江苏卷)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X是地壳中含量最多的元素，Y原子的最外层只有一个电子，Z位于元素周期表ⅢA族，W与X属于同一主族。下列说法正确的是( )
A．原子半径：r(W)>r(Z)>r(Y)
B．由X、Y组成的化合物中均不含共价键
C．Y的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的弱
D．X的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
解析：选D。地壳中含量最多的元素X为O元素，短周期元素Y的原子序数大于X，且Y原子的最外层只有一个电子，则Y为Na元素；Z的原子序数大于Na且为第ⅢA族短周期元素，则Z为Al元素；W与X属于同一主族，且为短周期元素，则W为S元素。原子半径：Na>Al>S，A项错误；Na2O2中两个氧原子之间为共价键，B项错误；Y和Z的最高价氧化物的水化物分别为NaOH、Al(OH)3，碱性：NaOH>Al(OH)3，C项错误；O的非金属性强于S，则简单气态氢化物的热稳定性：H2O强于H2S，D项正确。
10．(2019·泰安一模)a－5X、b－3Y、aZ、bW、a＋4T 均为短周期元素，其原子半径随原子序数变化如图所示。Z是地壳中含量最高的金属元素，W原子最外层电子数是K层电子数的2倍。则下列说法正确的是( )
A．Z、T两种元素的离子半径相比，前者较大
B．X、Y形成的两种化合物中，阴、阳离子的物质的量之比分别为1∶1和1∶2
C．X、W、T三种元素的气态氢化物中，稳定性最差的是W的氢化物，沸点最高的是T的氢化物
D．Y、T两种元素的最高价氧化物对应的水化物均能溶解X和Z形成的常见化合物
解析：选D。Z是地壳中含量最高的金属元素，所以Z是铝。W原子最外层电子数是K层电子数的2倍，且由图可知其原子序数大于铝，所以W是硅。相应地X、Y、T分别是氧、钠、氯。离子半径Z
11．A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期元素，甲、乙、丙、丁、戊是由其中的两种或三种元素组成的化合物，辛是由C元素形成的单质，常温常压下乙为液态。常温下，0.1 mol·L－1丁溶液的pH为13。上述各物质间的转化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．元素B、C、D的原子半径由大到小的顺序为r(D)＞r(C)＞r(B)
B．1.0 L 0.1 mol·L－1戊溶液中阴离子的总物质的量小于0.1 mol
C．1 mol甲与足量的乙完全反应共转移约6.02×1023个电子
D．元素的非金属性B＞C＞A
解析：选C。由“常温下，0.1 mol·L－1丁溶液的pH为13”，可推知丁为一元强碱，常温常压下乙为液态，结合框图推断，甲为Na2O2，乙为H2O，辛为O2，丁为NaOH，与Na2O2反应生成O2的还有CO2，则丙为CO2，戊为Na2CO3，综上分析可知，A、B、C、D分别是H、C、O、Na。原子半径由大到小的顺序为r(Na)＞r(C)＞r(O)，A项错误；Na2CO3溶液中CO水解，水解后阴离子数目增多，B项错误；Na2O2与H2O反应，Na2O2既做氧化剂又做还原剂，1 mol Na2O2完全反应转移1 mol电子，C项正确；由元素周期律可知，元素的非金属性O＞C＞H，D项错误。
12．(2020·青岛高三联考)已知A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，其中元素A、E的单质在常温下呈气态，元素B的原子最外层电子数是其电子层数的2倍，元素C在同周期的主族元素中原子半径最大，元素D的合金是日常生活中常用的金属材料。下列说法正确的是( )
A．工业上常用电解法制备元素C、D、E的单质
B．元素A、B组成的化合物常温下不一定呈气态
C．化合物AE与CE含有相同类型的化学键
D．元素C的最高价氧化物对应的水化物不能与元素D的单质反应
解析：选AB。由题意可知A、B、C、D、E分别是H、C、Na、Al、Cl。工业上常通过电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融氧化铝制取铝，电解饱和食盐水制取氯气，A选项正确；氢元素、碳元素组成的化合物属于烃，常温下碳原子数小于或等于4的烃呈气态，大于4的烃(新戊烷除外)呈液态或固态，B选项正确；HCl是共价化合物，含共价键，氯化钠是离子化合物，含离子键，HCl和NaCl的化学键类型不同，C选项错误；元素C的最高价氧化物对应的水化物是NaOH，NaOH能与Al反应，D选项错误。
13．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，Y单质能在W单质中燃烧，生成的二元化合物与H2O反应，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。Z与X同主族。下列说法不正确的是( )
A．X的简单氢化物的沸点比Z的高
B．简单离子半径：r(Z)
D．W、Z的最高价氧化物对应的水化物都是强酸
解析：选BC。W、X、Y、Z分别为氮、氧、镁、硫元素。H2O分子间存在氢键，而H2S分子间不存在氢键，因此沸点：H2O＞H2S，A正确。核外电子排布相同的离子，核电荷数越大，半径越小；电子层数越多，半径越大，因此简单离子半径：S2－＞O2－＞Mg2－，B错误。氮元素和氧元素形成的化合物有NO、N2O、N2O3、N2O4、NO2等，C错误。硝酸、硫酸均为强酸，D正确。
14．下列说法正确的是( )
A．共价晶体中只存在非极性共价键
B．因为HCl的相对分子质量大于HF，所以HCl的沸点高于HF
C．干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂
D．金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物
解析：选CD。A项SiO2中存在极性键；B项HF分子间存在氢键，故HF沸点高。
15．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示，下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是( )
A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si原子形成4个Si—O 共价单键
解析：选B。SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构类型不同，A正确；CO2为分子晶体，因此分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，NaCl和CsCl为离子晶体，故物理性质不同，C正确，B错误；根据二氧化硅的结构可判断D正确。
三、非选择题
16．ⅠA、ⅦA族元素及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题：
(1)基态钠原子的核外电子排布式为______________；ⅠA族元素的基态原子的价电子的电子云轮廓图的形状为____________。
(2)H2分子中原子轨道的重叠方式是________(填字母)。
A．ss B．sp
C．pp
(3)OF2和O2F都是氧元素的氟化物，其中，OF2分子中氧原子的杂化类型是________；氯的某含氧酸的分子式为HClOx，其对应的含氧酸根离子的立体构型是三角锥形，则x＝________。
(4)碱金属单质的熔点随原子序数增大而降低，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
而卤素单质的熔、沸点随原子序数增大而升高，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)氯化钠的晶胞结构如图1所示(白球代表Cl－，黑球代表Na＋)，图2是氯化钠的晶胞截面图。已知NA代表阿伏加德罗常数的值，氯化钠晶体的密度为d g·cm－3。
①氯化钠晶胞中Cl－的配位数为________。
②Na＋半径为____________pm(只列出计算式即可)。
解析：(1)基态钠原子的核外电子排布式为1s22s22p63s1或[Ne]3s1。ⅠA族元素的价电子排布式为ns1，s轨道的电子云轮廓图的形状为球形。
(2)基态氢原子只在1s轨道上有电子，H2分子中的两个氢原子成键时，两个s轨道“头碰头”重叠，故选A。
(3)OF2中氧原子的价层电子对数为4，氧原子的杂化类型是sp3。氯的含氧酸根离子中，ClO的立体构型为三角锥形，其对应的含氧酸为HClO3，故x＝3。
(4)分析熔、沸点的高低，要从粒子之间的作用力角度切入。碱金属单质是金属晶体，随着原子序数增大，原子半径依次增大，金属键依次减弱，单质的熔点依次降低；卤素单质是分子晶体，组成和结构相似，随着原子序数增大，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，单质的熔、沸点依次升高。
(5)①氯化钠晶胞中氯离子、钠离子的配位数都是6。②思路：先由晶胞结构和晶体的密度求出晶胞的边长，再由晶胞截面图中对角线上三个氯离子相切求出氯离子半径，最后根据棱上两个氯离子和一个钠离子相切求出钠离子半径。1个晶胞中含4个NaCl，设晶胞的边长为a，则晶体的密度d＝ g·cm－3，a＝ cm，而氯离子半径r(Cl－)＝a，钠离子的半径 r(Na＋)＝(－1)r(Cl－)＝a＝× cm＝× ×1010 pm。
答案：(1)1s22s22p63s1(或[Ne]3s1) 球形
(2)A
(3)sp3 3
(4)碱金属单质是金属晶体，随着原子序数增大，原子半径依次增大，金属键依次减弱 卤素单质是分子晶体，组成和结构相似，随着原子序数增大，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强
(5)①6 ②× ×1010
17．文艺复兴时期，群青颜料曾用在许多著名的油画上，当时群青颜料是由贵重的青金石研磨并制成的。青金石指碱性铝硅酸盐矿物，其中含钠、铝、硅、硫、氯、氧等元素。
(1)硅元素基态原子的价电子排布图为____________。
(2)第四周期中，与铝未成对电子数相同的金属元素有________种。
(3)电离能I2(Na)________I1(Ne)(填“>”或“<”)。
(4)①已知氯有多种含氧酸，其电离平衡常数如下：
化学式
HClO4
HClO3
HClO2
HClO
Ka
1×1010
1×101
1×10－2
4×10－8
HClO4的结构简式为________________，ClO中Cl的杂化轨道类型为________，HClO2中含有的共价键类型为________。以上几种含氧酸的酸性强弱不同，其原因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②氢卤酸(HX)的电离过程如图。ΔH1和ΔH2的递变规律都是HF>HCl>HBr>HI，其中ΔH1(HF)特别大的原因为____________________________________________________
________________________________________________________________________，
影响ΔH2递变的因素为________________________________________________。
(5)铝的晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝q nm，铝的摩尔质量为M g·mol－1，原子半径为r pm，阿伏加德罗常数的值为NA。则铝单质的密度为________g·cm－3(列式即可，下同)，铝晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________。
解析：(1)硅元素为14号元素，位于元素周期表第三周期ⅣA族，故硅原子的价电子排布图为。
(2)Al的核外电子中未成对电子数为1，第四周期中原子的核外电子排布中未成对电子数为1的有K—[Ar]4s1，Sc—[Ar]3d14s2，Cu—[Ar]3d104s1，Ga—[Ar]3d104s24p1，Br—[Ar]3d104s24p5，其中金属元素有4种。
(3)Na＋和Ne的电子层结构相同，均为8电子稳定结构，Na的核电荷数为11，大于Ne的核电荷数，因此原子核对最外层电子的吸引力Na大于Ne，所以电离能I2(Na)大于I1(Ne)。
(4)①根据含氧酸的结构特点，HClO4的结构简式为
；ClO中Cl的价层电子对数为3＋＝4，故其杂化轨道类型为sp3杂化；HClO2的结构式为H—O—Cl===O，共价键类型为极性共价键(或σ键和π键)；氯的含氧酸中非羟基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的O电子更向Cl偏移，越易电离出H＋，酸性越强，故酸性：HClO
(5)由Al的晶胞结构可知一个晶胞中含有的Al的数目为4，根据密度公式：ρ＝＝ g·cm－3，原子总体积为4个球体的体积，占晶胞体积百分率＝×100%＝×100%。
答案：(1) (2)4 (3)>
(4)① sp3 极性共价键(或σ键和π键) 氯的含氧酸中非羟基氧原子数目越多，中心氯原子价态越高，正电性越高，导致Cl—O—H中的O电子更向Cl偏移，越易电离出H＋
②HF的水溶液中存在氢键 原子半径(或键长或键能)
(5) ×100%
18．南京工业大学某研究团队最近在《Nature Communications》刊文介绍了他们开发的一种新型催化剂——反钙钛矿基非贵金属催化剂，这种价廉的新型催化剂结合了钙钛矿结构的灵活性和过渡金属氮(碳)化合物的高导电性、优异电催化性等优点，理论上来说是一种很有发展潜力的析氧反应电催化剂。回答下列问题：
(1)基态氮原子核外未成对电子数为________。基态碳原子核外电子云有________个伸展方向。
(2)在周期表中，N、O、F是位于同周期且相邻的三种元素，第一电离能最大的元素和最小的元素组成一种只含极性键的化合物M，M分子的立体构型是________，中心原子的杂化类型是________。
(3)CN－能与多种金属离子形成配合物。例如，工业冶炼金的原理：2[Au(CN)2]－＋Zn===2Au＋[Zn(CN)4]2－。1 mol [Zn(CN)4]2－含________mol σ键。
(4)钛酸钙的晶胞如图1所示。钛酸钙的化学式为____________；1个钛离子与________个氧离子等距离且最近，这些氧离子可构成正八面体，钛离子位于该正八面体的体心。已知钛酸钙的晶胞参数为a nm，则该正八面体的边长为________pm。
(5)Fe和N可组成一种过渡金属氮化物，其晶胞如图2所示。六棱柱底边边长为x cm，高为y cm，NA为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为______________________g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3，有3个未成对电子。基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2，s能级上电子云只有1个伸展方向，2p能级上只填充了2个电子，所以有2个伸展方向，故共有3个伸展方向。(2)第一电离能：F>N>O，OF2只含极性键，O2F2含极性键和非极性键。OF2分子的立体构型为V形，O的杂化类型为sp3。(3)CN－的结构式为[C≡N]－，1个CN－含σ键的个数为1，1个CN－与Zn2＋形成1个配位键(也是σ键)，故1 mol [Zn(CN)4]2－含8 mol σ键。(4)钛酸钙的化学式为CaTiO3。1个钛离子周围有6个氧离子与其等距离且最近。正八面体边长等于晶胞边长的，1 nm＝1 000 pm，故该正八面体的边长为×1 000 pm＝500a pm。(5)六棱柱的底面由6个正三角形构成，正三角形的高为x cm，每个正三角形的面积为x2 cm2。1个晶胞含6个Fe、2个N。ρ＝ g·cm－3。
答案：(1)3 3 (2)V形 sp3 (3)8 (4)CaTiO3 6 500a
(5)
19．镍、钴、钛、铜等常用于制备锂离子电池的正极材料或高效催化剂。NA表示阿伏加德罗常数的值，请填写下列空白。
(1)基态Co原子的核外电子排布式为___________________________________________。
(2)镍与CO生成的配合物Ni(CO)4中提供孤电子对的成键原子是____________(填元素名称)；1 mol Ni(CO)4 中含有的σ键数目为____________。
(3)Ti(BH4)2是一种储氢材料。BH的立体构型是__________，B原子的杂化方式是____________。与钛同周期的第ⅡB族和第ⅢA族两种元素中第一电离能较大的是____________(填元素符号)，原因是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)CuFeS2的晶胞如图所示，晶胞参数分别为a nm，b nm，c nm；CuFeS2的晶胞中每个Cu原子与______个S原子相连，晶体密度ρ＝____________g·cm－3(列出计算表达式)。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，如图中原子2和3的坐标分别为、，则原子1的坐标为____________。
解析：(1)Co是27号元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。(2)配合物Ni(CO)4中提供孤电子对的成键原子是碳原子；配合物Ni(CO)4中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间也存在1个σ键，故1 mol Ni(CO)4中含有8NA个σ键。(3)BH的中心原子B原子的价层电子对数为4，没有孤电子对，所以其立体构型为正四面体形，B原子的杂化方式为sp3杂化；与钛同周期的第ⅡB族元素是Zn、第ⅢA族元素是Ga，其电子排布式分别为[Ar]3d104s2和[Ar]3d104s24p1，Zn的核外电子排布为全满稳定结构，较难失去电子，故其第一电离能较大。(4)由题图中1号Cu原子可知，每个Cu原子与4个S原子相连；该晶胞中含Cu原子数为8×＋4×＋1＝4，Fe原子数为6×＋4×＝4，S原子数为8，所以其密度ρ＝＝ g·cm－3。结合题图和原子2、3的坐标可知，原子1的坐标为。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)
(2)碳 8NA
(3)正四面体形 sp3 Zn Zn的核外电子排布为全满稳定结构，较难失去电子
(4)4
20．氟代硼铍酸钾(KBe2BO3F2)是激光器的核心材料，我国化学家在此领域的研究走在了世界的最前列。回答下列问题：
(1)氟代硼铍酸钾中各元素原子的第一电离能大小顺序是F>O>____________，基态K＋电子占据最高能级的电子云轮廓图为____________形。
(2)BeCl2中的化学键具有明显的共价性，蒸气状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为____________，其中Be的配位数为____________。
(3)第三周期元素氟化物的熔点如下表：
化合物
NaF
MgF2
AlF3
SiF4
PF5
SF6
熔点/℃
993
1 261
1 291
－90
－83
－50.5
解释表中氟化物熔点变化的原因：____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)CaF2的一种晶胞如图所示。Ca2＋占据F－形成的空隙，其空隙率是____________。若r(F－)＝x pm，r(Ca2＋)＝y pm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则CaF2的密度ρ＝____________g·cm－3(列出计算表达式即可)。
解析：(1)根据第一电离能的递变规律可确定氟代硼铍酸钾中五种元素的第一电离能大小顺序为F＞O＞Be＞B＞K。根据构造原理可确定基态K＋中电子占据的最高能级为3p，其电子云轮廓图呈哑铃形。(2)根据题中条件可知，BeCl2中存在共价键，则蒸气状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为，其中Be的配位数为3。(3)从表格中各物质熔点可判断前三种氟化物均为离子晶体，其熔点逐渐升高是因为Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小，故熔点逐渐升高；后三种氟化物熔点很低，为分子晶体，由于相对分子质量越大，分子间作用力越强，故其熔点逐渐升高。(4)结合题图可知，晶胞中黑球表示F－，白球表示Ca2＋，该晶胞的8个空隙中填充了4个Ca2＋，故晶胞中的空隙率为50%，以晶胞为研究对象，设其边长为a，晶胞的体对角线长度为(2x＋2y) pm＝a，则a＝ pm，即晶胞的边长为pm，该晶胞体积为[]3×10－30 cm3。由均摊法可确定晶胞中F－个数为8×＋12×＋6×＋1＝8，Ca2＋个数为4，故晶胞质量为×78 g，则晶体密度ρ＝ g·cm－3。
答案：(1)Be＞B＞K 哑铃
(2) 3
(3)前三种为离子晶体，Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小；后三种为分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大
(4)50%
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