2023届高考化学二轮复习物质结构与性质综合题作业含解析

这是一份2023届高考化学二轮复习物质结构与性质综合题作业含解析，共26页。
(1)下列说法正确的是________(填标号)。
A.该材料中，五种元素的基态原子都没有成对的p电子
B.该材料中，五种元素的电负性最大的是H
C.Li已无电子可发生跃迁，故Li灼烧时火焰为无色
D.MgH2熔点高于AlH3，原因是Mg2＋半径比Al3＋小，与H－形成的化学键更强
(2)BHeq \\al(－,4)的空间构型为________，其中B原子的轨道杂化方式为________。
(3)LiBH4晶体中含有的微粒间作用力有________(填标号)。
A.离子键B.π键
C.氢键D.配位键
(4)氢化镁(h－MgH2)是一种单层的二维材料，二维晶胞俯视图如图1。
①h－MgH2中，Mg的配位数为________。
②3×3×1的h－MgH2晶胞中，涂黑处的Mg被Mn替换，形成掺杂h－MgH2(晶胞如图2所示，H已省略)的化学式为________。
2.[2021·福建省名校联盟2020下学期开学考试(新高考)，14]镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物如砷化镓、磷化镓等都是常用的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。回答下列问题：
(1)硒常用作光敏材料，基态硒原子的核外电子排布式为________；与硒同周期的p区元素中第一电离能大于硒的元素有________种；SeO3的空间构型是________。
(2)根据元素周期律，原子半径Ga________As(填“大于”或“小于”，后同)，第一电离能Ga________As。
(3)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，熔点如表所示，分析其变化原因：__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)GaN晶胞结构如图甲所示。已知六棱柱底边边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
①晶胞中镓原子采用六方最密堆积，每个镓原子周围距离最近的镓原子数目为________。
②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图乙。若该平行六面体的高为eq \f(2\r(6),3)a pm，GaN晶体的密度为________ g/cm3(用a、NA表示)。
3.(2022·1月福建新高考适应性考试，14)ZnGeP2和KTiOPO4都是非线性光学晶体材料，在激光技术方面有广泛用途。回答下列问题：
(1)基态Ge原子的价电子排布式为_____________________________。
(2)O、 P、 K、 Zn按电负性由大到小的顺序为________________。
(3)H2O、PH3、KH按熔点由高到低的顺序为_______________________，熔点差异的原因____________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)以Zn为顶点的ZnGeP2晶胞结构如图所示。
①Zn的配位数为__________________。
②以Ge为顶点的晶胞中，Zn原子位于__________________________。
4.(2022·福州一中高考化学五模，14)N、Cu等元素的化合物在工农业生产中有着广泛的应用。
(1)下列N元素的电子排布式表示的状态中，失去一个电子所需能量最低的为________。
A.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)2peq \\al(1,z)B.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)3s1
C.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)D.1s22s22peq \\al(1,x)3s1
(2)存在两种分子内氢键，若用“…”表示其氢键，的分子结构为________。
(3)基态Cu2＋价电子的空间运动状态有________种。
(4)分子中采取sp3杂化的原子有________。(填原子符号)
(5)Cu元素与Br元素形成的化合物的晶胞结构如图1所示，该晶胞沿z轴在平面的投影图中，Cu原子构成的几何图形是________，若晶胞的密度为d g·cm－3，则Cu原子与Br原子之间的最短距离为________ μm(列出计算式即可，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
5.(2022·厦门市高考化学第二次质检，14)我国科学家制备了一种高性能Bi@氮掺杂碳纳米笼。其合成过程如图。
回答下列问题：
(1)元素Bi位于第6周期ⅤA族，其基态原子的价电子排布式为________。
(2)Bi(NO3)3·5H2O中各元素电负性从大到小的顺序为________。
(3)常温下，1，3，5－苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大的原因为__________________________________________________________。
(4)中氮原子的杂化类型有________。
(5)Bi@氮掺杂碳纳米笼作为钾离子电池负极材料，充电时存在Bi到钾铋合金的两步转变，其晶胞结构转变如图所示。
①合金M中离钾原子最近的钾原子有________个。
②合金N的化学式为________。
6.(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[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
(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋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)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]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________。NH3的沸点比PH3的________，原因是__________________________________________________________。
H2O的键角小于NH3的，分析原因：______________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(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________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________________________________%(列出计算表达式)。
7.(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的价电子排布式为________；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：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，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________个σ键和________个π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晶胞如右图所示。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ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
8.(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SiX4。
SiX4的熔、沸点
①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是_________________________
(填化学式)，沸点依次升高的原因是__________________________________
__________________________________________________________，
气态SiX4分子的空间构型是________；
②SiCl4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________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为________，1个M2＋中含有________个σ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。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为________________________；
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝______________ 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)。
9.(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为____________，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是____________(填标号)。
A.sp B.sp2
C.sp3D.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________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(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为____________；晶胞中A、B间距离d＝____________ pm。
10.(2021·1月重庆市学业水平选择考适应性测试，18)单晶边缘纳米催化剂技术为工业上有效利用二氧化碳提供了一条经济可行的途径，其中单晶氧化镁负载镍催化剂表现出优异的抗积碳和抗烧结性能。
(1)基态镍原子的核外电子排布式为_____________________________。
(2)氧化镁载体及镍催化反应中涉及到CH4、CO2和CH3OH等物质。元素Mg、O和C的第一电离能由小到大排序为________________；在上述三种物质的分子中碳原子杂化类型不同于其他两种的是________，立体构型为正四面体的分子是________，三种物质中沸点最高的是CH3OH，其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Ni与CO在60～80 ℃时反应生成Ni(CO)4气体，在Ni(CO)4分子中与Ni形成配位键的原子是________，Ni(CO)4晶体类型是______________________。
(4)已知MgO具有NaCl型晶体结构，其结构如图所示。已知MgO晶胞边长为
0.42 nm，则MgO的密度为____________ g/cm3(保留小数点后一位)；相邻Mg2＋之间的最短距离为________ nm(已知eq \r(2)＝1.414，eq \r(3)＝1.732；结果保留小数点后两位)，每个Mg2＋周围具有该距离的Mg2＋个数为________。
物质结构与性质综合题专题训练
1.[2021·泉州市高中毕业班质量监测(三)，14]LiBH4－MgH2－AlH3是一种具有良好释氢性能的三元复合储氢材料。回答下列问题：
(1)下列说法正确的是________(填标号)。
A.该材料中，五种元素的基态原子都没有成对的p电子
B.该材料中，五种元素的电负性最大的是H
C.Li已无电子可发生跃迁，故Li灼烧时火焰为无色
D.MgH2熔点高于AlH3，原因是Mg2＋半径比Al3＋小，与H－形成的化学键更强
(2)BHeq \\al(－,4)的空间构型为________，其中B原子的轨道杂化方式为________。
(3)LiBH4晶体中含有的微粒间作用力有________(填标号)。
A.离子键B.π键
C.氢键D.配位键
(4)氢化镁(h－MgH2)是一种单层的二维材料，二维晶胞俯视图如图1。
①h－MgH2中，Mg的配位数为________。
②3×3×1的h－MgH2晶胞中，涂黑处的Mg被Mn替换，形成掺杂h－MgH2(晶胞如图2所示，H已省略)的化学式为________。
答案 (1)B (2)正四面体 sp3 (3)AD
(4)①6 ②Mg8MnH18
解析 (1)A.镁的基态电子排布式为：1s22s22p63s2、铝的基态电子排布式为：1s22s22p63s23p1，均存在成对的p电子，故错误；B.该材料中锂、镁、铝均为活泼金属电负性较弱，在LiBH4中B为＋3价，H为－1价，可知B的电负性比H弱，电负性最强的是H，故正确；C.Li原子外有3个电子，可以发生跃迁，灼烧时会出现焰色，故错误；D.Mg2＋半径比Al3＋大，与H－形成的化学键弱于Al3＋，故错误。
(2)BHeq \\al(－,4)的中心原子B的价电子数为：eq \f(3＋1×4＋1,2)＝4，无孤对电子，为正四面体构型，B采用sp3杂化；(3)LiBH4晶体中Li＋和BHeq \\al(－,4)间存在离子键，B－H之间有三个共价键和一个配位键；(4)①由h－MgH2晶胞俯视图可知，在一个平行四边形结构中，处于锐角顶点的Mg与一个H相连，处于钝角顶点的Mg与两个H相连，而每个镁同时为两个四边形的锐角顶点也为两个四边形的钝角顶点，则每个顶点的Mg与周围6个H相连，配位数为6；②在图2晶胞中4个Mn位于顶点个数为4×eq \f(1,4)＝1，4个Mg位于面内，8个Mg位于棱上，个数为：4＋8×eq \f(1,2)＝8，18个H位于面内。则化学式为：Mg8MnH18。
2.[2022·福建省名校联盟开学考试(新高考)，14]镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物如砷化镓、磷化镓等都是常用的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。回答下列问题：
(1)硒常用作光敏材料，基态硒原子的核外电子排布式为________；与硒同周期的p区元素中第一电离能大于硒的元素有________种；SeO3的空间构型是________。
(2)根据元素周期律，原子半径Ga________As(填“大于”或“小于”，后同)，第一电离能Ga________As。
(3)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，熔点如表所示，分析其变化原因：__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)GaN晶胞结构如图甲所示。已知六棱柱底边边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
①晶胞中镓原子采用六方最密堆积，每个镓原子周围距离最近的镓原子数目为________。
②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图乙。若该平行六面体的高为eq \f(2\r(6),3)a pm，GaN晶体的密度为________ g/cm3(用a、NA表示)。
答案 (1)[Ar]3d104s24p4 3 平面正三角形 (2)大于 小于 (3)三者均为原子晶体，原子半径：NH2O>PH3 KH为离子晶体，H2O、PH3均为分子晶体，H2O分子间存在氢键 (4)①4 ②棱心、面心
解析 (1)基态Ge原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2)，其价电子排布式为4s24p2。
(2)电负性：O>P>Zn>K。
(3)KH为离子晶体，H2O、PH3均为分子晶体，离子晶体熔点一般高于分子晶体，所以KH的熔点最高，而H2O分子间存在氢键，所以熔点高于PH3，则熔点由高到低的顺序为KH>H2O>PH3。
(4)①以体心的Zn为例，距离其最近且距离相等的原子有4个，所以配位数为4。
②结合晶胞结构示意图可知，若以Ge为顶点的晶胞中，Zn原子位于棱心、面心。
4.(2021·福州一中高考化学五模，14)N、Cu等元素的化合物在工农业生产中有着广泛的应用。
(1)下列N元素的电子排布式表示的状态中，失去一个电子所需能量最低的为________。
A.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)2peq \\al(1,z)B.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)3s1
C.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)D.1s22s22peq \\al(1,x)3s1
(2)存在两种分子内氢键，若用“…”表示其氢键，的分子结构为________。
(3)基态Cu2＋价电子的空间运动状态有________种。
(4)分子中采取sp3杂化的原子有________。(填原子符号)
(5)Cu元素与Br元素形成的化合物的晶胞结构如图1所示，该晶胞沿z轴在平面的投影图中，Cu原子构成的几何图形是________，若晶胞的密度为d g·cm－3，则Cu原子与Br原子之间的最短距离为________ μm(列出计算式即可，NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (1)B (2)、 (3)5 (4)C、N、O (5)正方形 eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×（64＋80）,d×NA))×104
解析 (1)原子的第二电离能比第一电离能大很多，A为氮原子的基态，B为氮原子的激发态，C为N＋离子的基态，D为N＋离子的激发态，所以C、D相比于A、B而言，失去一个电子需要的能量更高，A为基态，B为激发态，B更易失去一个电子，即失去一个电子所需能量最低的为B；(2)存在两种分子内氢键，即羟基氧原子与氨基中的氢原子之间或氨基中的氮原子与羟基氢原子之间形成了氢键，所以该分子可表示为：、；(3)基态Cu2＋的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d9，价电子排布式为：3d9，价电子的空间运动状态有5种，即5个d轨道的运动状态都是不同的；(4)根据分子结构可知，饱和碳原子，单键氧原子，氮原子的价层电子对数均为4，均为sp3杂化，双键碳原子和双键氧原子均为sp2杂化；(5)根据晶胞结构图可知，Cu位于体对角线的eq \f(1,4)、eq \f(3,4)处，则该晶胞沿z轴在平面的投影图中，Cu原子构成的几何图形是正方形，根据均摊法计算可知，晶胞中Cu原子的数目为：4×1＝4，Br原子的数目为：8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，晶胞的质量为：eq \f(4×（64＋80）,NA) g，设晶胞参数为a cm，则晶胞的密度为：ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(\f(4×（64＋80）,NA)g,a3 cm3)＝d g·cm－3，则a＝eq \r(3,\f(4×（64＋80）,d×NA)) cm，又Cu原子与Br原子之间的最短距离为体对角线的eq \f(1,4)，体对角线为eq \r(3)a cm，所以Cu原子与Br原子之间的最短距离为：eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×（64＋80）,d×NA)) cm＝eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×（64＋80）,d×NA))×104 μm。
5.(2021·厦门市高考化学第二次质检，14)我国科学家制备了一种高性能Bi@氮掺杂碳纳米笼。其合成过程如图。
回答下列问题：
(1)元素Bi位于第6周期ⅤA族，其基态原子的价电子排布式为________。
(2)Bi(NO3)3·5H2O中各元素电负性从大到小的顺序为________。
(3)常温下，1，3，5－苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大的原因为__________________________________________________________。
(4)中氮原子的杂化类型有________。
(5)Bi@氮掺杂碳纳米笼作为钾离子电池负极材料，充电时存在Bi到钾铋合金的两步转变，其晶胞结构转变如图所示。
①合金M中离钾原子最近的钾原子有________个。
②合金N的化学式为________。
答案 (1)6s26p3 (2)O>N>H>Bi (3)羧基与水分子形成氢键，随着羧基数目增多，溶解度增大 (4)sp3和sp2 (5)①12 ②K3Bi
解析 (1)元素Bi位于第6周期ⅤA族，故基态原子的价电子排布式为6s26p3；(2)同一周期，自左至右，电负性逐渐增大，同一主族，自上而下，电负性逐渐减小，一般情况下，金属元素电负性小于非金属元素，故Bi(NO3)3·5H2O中各元素电负性大小顺序为：O>N>H>Bi；(3)羧基和水分子形成氢键，随着羧基数目增多，溶解度增大，故1，3，5－苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大；(4)由图可知，该物质中N原子有两种形式，一种为有3条单键和一对孤电子对，价层电子对数为：3＋1＝4，N原子为sp3杂化，另一种N原子有1条单键，1条双键及一对孤电子对，价层电子对数为：2＋1＝3，N原子为sp2杂化；(5)①合金中离K最近的K原子，要考虑到未画出的晶胞结构，故以上底面顶角处K为目标，上面、后面、侧面面心上各有一个，共有12个，距离均为eq \f(\r(2),2)；②合金N中，K原子数为：8×eq \f(1,4)＋4×1＝6，Bi原子数为：2×1＝2，故化学式为：K3Bi。
6.(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[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
(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋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)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]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________。NH3的沸点比PH3的________，原因是__________________________________________________________。
H2O的键角小于NH3的，分析原因：______________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(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________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________________________________%(列出计算表达式)。
答案 (1)AC (2)N、O、Cl 6
(3)sp3 高 NH3分子间存在氢键 H2O、NH3分子中的O原子、N原子均为sp3杂化，其中心原子的孤电子对数分别为2、1，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力，因此孤电子对数越多，键角越小
(4)铝 eq \f(2×\f(4,3)πreq \\al(3,Al)＋4×\f(4,3)πreq \\al(3,Cr),a2c)×100
解析 (1)轨道处于半充满状态时体系总能量低，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，A正确；由量子力学的基本理论可知，4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置，B错误；铬的电负性比钾的大，对键合电子的吸引力比钾的大，C正确。(2)当共价键中共用的电子对是由其中一个原子(离子)独自提供，另一个原子(离子)提供空轨道时，就形成配位键，观察该物质的化学式可知，该配合物中提供电子对形成配位键的原子为N、O、Cl，中心离子的配位数为6。(3)由题图可知，PH3的中心原子P形成3个σ键电子对和1个孤电子对，则其杂化方式为sp3。NH3、PH3均为分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3沸点更高。H2O、NH3分子中的O原子、N原子均为sp3杂化，其中心原子的孤电子对数分别为2、1，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力，因此孤电子对数越多，键角越小。(4)由题图可知，1个晶胞中所含灰球的个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2(个)，白球的个数为8×eq \f(1,4)＋2＝4(个)，已知该物质的化学式为AlCr2，故灰球代表铝原子，位于顶角和体心，白球代表铬原子，位于棱上和晶胞内。由题给晶胞图可知，该晶胞的体积为a2c，则金属原子空间占有率＝eq \f(晶胞内微粒总体积,晶胞体积)×100%，即eq \f(2×\f(4,3)πreq \\al(3,Al)＋4×\f(4,3)πreq \\al(3,Cr),a2c)×100%。
7.(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的价电子排布式为________；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：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，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________个σ键和________个π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晶胞如右图所示。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ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。
答案 (1)3s23p2 共价晶体 sp3 ②
(2)2 2
(3)甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多
(4)8 eq \f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30) 2－x
解析 (1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是共价晶体。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，杂化轨道数为5，杂化轨道数为5的杂化类型为sp3d。(2)CO2分子的结构为O===C===O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(3)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。(4)以ZrO2晶胞结构的上面面心的Zr4＋为研究对象，将晶体结构向上由1个晶胞延长为2个晶胞，可观察到与该Zr4＋距离最近的O2－有8个，则Zr4＋的配位数为8。该晶胞中含8个O2－，Zr4＋个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4(个)，则1个晶胞的质量为eq \f(4×91＋8×16,NA) g，1个晶胞的体积为a2c×10－30 cm3，则该晶体的密度为eq \f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30) g·cm－3。该晶体中，Zr为＋4价，Zn为＋2价，O为－2价，由化合物中各元素化合价代数和为0可得，2x＋4×(1－x)－2y＝0，解得y＝2－x。
8.(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SiX4。
SiX4的熔、沸点
①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是_________________________
(填化学式)，沸点依次升高的原因是__________________________________
__________________________________________________________，
气态SiX4分子的空间构型是________；
②SiCl4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________，H、C、N的电负性由大到小的顺序为________，1个M2＋中含有________个σ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。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为________________________；
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝______________ 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)。
答案 (1) SiC
(2)①SiCl4 SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4都是分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大 正四面体
②sp2、sp3 N>C>H 54
(3)①O Mg2GeO4 ②eq \f(740×1021,abcNA)
解析 (1)硅原子核外有14个电子，有1s、2s、2p、3s、3p五个能级，每个能级的电子数分别是2、2、6、2、2，则基态硅原子最外层的电子排布图为。晶体硅和碳化硅均为共价晶体，碳原子半径比硅原子半径小，则C—Si键键长比Si—Si键键长短，故碳化硅的熔点较高。(2)①0 ℃相当于273 K，由题表中的数据可知，只有SiCl4的熔点低于273 K，沸点高于273 K，则SiCl4在0 ℃时为液态。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，则分子间作用力依次增大，沸点逐渐升高。SiX4的中心原子Si价层电子对数＝4＋eq \f(1,2)×(4－1×4)＝4，无孤电子对，分子空间构型为正四面体。②中甲基碳原子为饱和碳原子，是sp3杂化，碳碳双键中的碳原子为sp2杂化。短周期同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，且H的电负性比C小，故电负性由大到小的顺序是N＞C＞H。M2＋中1个基团有1个N—Si、4个N—C、1个N===C、1个C===C、6个C—H，共有13个σ键，4个基团，则含13×4＝52(个)σ键，另外还有2个Si—Cl键，故1个M2＋中含有σ键的数目为54个。(3)①由晶胞结构图可知，1个晶胞中，对于X原子，8个位于顶点、4个位于棱上、6个位于面上、3个位于晶胞内，故1个晶胞中含有X的数目为8×eq \f(1,8)＋4×eq \f(1,4)＋6×eq \f(1,2)＋3＝8(个)；对于Y原子，4个Y原子均位于晶胞内；对于Z原子，16个Z原子均位于晶胞内。其中Ge和O的原子个数比为1∶4，则X为Mg，Y为Ge，Z为O。由上述分析可知，该化合物的化学式为Mg2GeO4。
②1个晶胞的质量＝eq \f(24×8＋73×4＋16×16,NA) g＝eq \f(740,NA) g，1个晶胞的体积＝abc×
10－21 cm3，则晶体的密度ρ＝eq \f(\f(740,NA) g,abc×10－21 cm3)＝eq \f(740×1021,abcNA) g·cm－3。
9.(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为____________，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是____________(填标号)。
A.sp B.sp2
C.sp3D.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________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(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为____________；晶胞中A、B间距离d＝____________ pm。
答案 (1)9 (2)F>O>Cl V形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高
(3)5 D (4)2 (0，0，eq \f(r,c)) d＝eq \r(\f(1,2)a2＋（\f(c,2)－r）2)
解析 (1)基态F原子共有9个核外电子，则每个电子都有对应的轨道和自旋状态，所以核外电子的运动状态有9种；(2)电负性一定程度上相当于得电子能力，半径越小，得电子能力越强，电负性越大，半径由小到大的顺序为F、O、Cl，所以电负性大小顺序为F>O>Cl；根据VSEPR理论，价层电子对数有2＋eq \f(6－1×2,2)＝4，去掉2对孤对电子，知OF2分子的空间构型是V形；OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高；(3)XeF2易升华，所以是分子晶体，其中心原子的价层电子对数为2＋eq \f(8－1×2,2)＝5，其中心原子的杂化方式应为 sp3d；(4)图中大球的个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2，小球的个数为8×eq \f(1,4)＋2＝4，根据XeF2的原子个数比知大球是Xe原子，小球是F原子，该晶胞中有2个XeF2分子；由A点坐标知该原子位于晶胞的中心，且每个坐标系的单位长度都记为1，B点在棱的eq \f(r,c)处，其坐标为(0，0，eq \f(r,c))；图中y是底面对角线的一半，y＝eq \f(\r(2),2)a，x＝eq \f(c,2)－r，所以d＝eq \r(x2＋y2)＝eq \r(\f(1,2)a2＋（\f(c,2)－r）2) pm。
10.(2021·1月重庆市学业水平选择考适应性测试，18)单晶边缘纳米催化剂技术为工业上有效利用二氧化碳提供了一条经济可行的途径，其中单晶氧化镁负载镍催化剂表现出优异的抗积碳和抗烧结性能。
(1)基态镍原子的核外电子排布式为_____________________________。
(2)氧化镁载体及镍催化反应中涉及到CH4、CO2和CH3OH等物质。元素Mg、O和C的第一电离能由小到大排序为________________；在上述三种物质的分子中碳原子杂化类型不同于其他两种的是________，立体构型为正四面体的分子是________，三种物质中沸点最高的是CH3OH，其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Ni与CO在60～80 ℃时反应生成Ni(CO)4气体，在Ni(CO)4分子中与Ni形成配位键的原子是________，Ni(CO)4晶体类型是______________________。
(4)已知MgO具有NaCl型晶体结构，其结构如图所示。已知MgO晶胞边长为
0.42 nm，则MgO的密度为____________ g/cm3(保留小数点后一位)；相邻Mg2＋之间的最短距离为________ nm(已知eq \r(2)＝1.414，eq \r(3)＝1.732；结果保留小数点后两位)，每个Mg2＋周围具有该距离的Mg2＋个数为________。
答案 (1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2
(2)Mg