2023届人教版高中化学二轮复习讲义-高考综合大题研究-物质结构与性质综合题真题研究

第二篇高考综合大题研究

四物质结构与性质综合题

真题研究

1.(2022•全国甲卷，35)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(CH2=CH2)与四氟乙烯

(CF2=CF2)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o

(2)图a、b、C分别表示C、N、。和F的逐级电离能/变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电

离能的变化图是(填标号)，判断的根据是:第三电离能的变化图是

__________(填标号)。

⑶固态氟化氢中存在(HF),,形式，画出(HF)3的链状结构«

(4)CF2=CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为和；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___________________________________O

⑸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

;若该立方晶胞参数为“pm,正负离子的核间距最小为pm。

2s/P

答案m1,I(2)图a同一周期第一电离能从左向右有增大的趋势，但由

于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高图b

（3）H-H-H（4）sp2spʒC-F的键能大于聚乙烯中C-H的键能，键能越大，化

学性质越稳定（5）Ca2+Wa

（2）C、N、0、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能从左向右有增大的趋势，但由于

N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、0两种元素高，因此C、N、

0、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C<O<N<F,满足这一规律的图像为图a,气

态基态正2价阳离子失去1个电子生成气态基态正3价阳离子所需要的能量为该原子的第三

电离能，同一周期原子的第三电离能的总体趋势也依次升高，但由于C原子在失去2个电子

之后的2s能级为全充满状态，因此其再失去一个电子需要的能量稍高，则满足这一规律的图

F，F,F

像为图b。（3）固体HF中存在氢键，则（HF）3的链状结构为'H,、H。（4）由于F元素

的电负性较大，因此在与C原子的结合过程中形成的C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键

能，键能的强弱决定物质的化学性质，键能越大，化学性质越稳定，因此聚四氟乙烯的化学

稳定性高于聚乙烯。（5）根据萤石晶胞结构，X离子分布在晶胞的顶点和面心上，则1个晶胞

中X离子共有8xB+6x[=4个，Y离子分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个Y离子，

因此该晶胞的化学式应为XY2,结合萤石的化学式可知，X为Ca2+;根据晶胞，将晶胞分成

8个相等的小正方体,仔细观察CaFa的晶胞结构不难发现F-位于晶胞中8个小立方体中互不

相邻的4个小立方体的体心，小立方体边长为上,体对角线为半α,Ca?+与F-之间距离就是

小晶胞体对角线的一半，因此晶体中正负离子的核间距的最小距离为坐αpm。

2.（2021.全国甲卷，35）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：

⑴太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为

；单晶硅的晶体类型为。SiCI4是生产高纯硅的前驱体，其中

Si采取的杂化类型为OSiCl4可发生水解反应，机理如下：

cr/OH

Cl

CI

含s、p、d轨道的杂化

含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp∖k③sp3d2,中间体SiCI432。）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。

⑶甲醇的沸点(℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH,℃)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/ZrCh固溶

体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zd+离子在晶胞中的配位数是,晶胞参数为。pm、

apm,cpm,该晶体密度为g∙crrΓ3(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ZnZjO,,,则y=(用X表达)。

答案⑴3s23p2原子晶体(或共价晶体)sp3②(2)22(3)甲硫醇不能形成分子间氢

键，而水和甲醇均能形成氢键，且水比甲醇的氢键多(4)8黑器：：冬。2-χ

解析⑴基态Si原子的核外电子排布式为ls*22s22p63s23p2,因此Si的价电子层的电子排布式

为3s23p2:晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价

4—4×1

键网状结构，因此单晶硅为原子晶体；SiCl4中Si原子价层电子对数为4+—ɔ—=4,因此

Si原子采取sp3杂化；由图可知，SiCl4(H2O)中Si原子的C键数为5,说明Si原子的杂化轨

道数为5,由此可知Si原子的杂化类型为sp3d。

(2)CO2的结构式为O=C=O,1个双键中含有1个σ键和1个π键，因此1个CCh分子中含

有2个o键和2个兀键。

(3)甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分

子间氢键的总强度低于水分子间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。

44

(4)以晶胞中右侧面心的Zr+为例，同一晶胞中与Zr+连接最近且等距的数为4,同理可

知右侧晶胞中有4个。2一与Zr4+相连，因此Z/+离子在晶胞中的配位数是4+4=8;1个晶胞

中含有4个ZrO2微粒，1个晶胞的质量为,"=4X91j∙8X16ɑɪ个晶胞的体积为3χcm)

4X91+8X16

γ)γNAg

×(<7×10-10cm)×(c×10^10cm)=6r2c×10^30cm3,因此该晶体密度为歹=..义普三建!!?=

弁g∙cm^3;在ZrO2中掺杂少量Zno后形成的催化剂，化学式可表示为ZnXZrl-Q

CrCXNAXIO-

其中Zn元素为+2价，Zr为+4价，O元素为一2价，根据化合物中各元素的化合价代数和

为O可知2x+4X(I-X)=2y,解得y=2-χ°

3.(2022•全国乙卷，35)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,其中能量较高的是。(填标号)

a.ls22s22p43slb.1s22s22p43d2

c.ls22s'2p5d.1s22s22p33p2

⑵①一氯乙烯(C2H3CI)分子中，C的一个杂化轨道与Cl的3p,轨道形成

C-Cl键，并且Cl的3p：轨道与C的2p：轨道形成3中心4电子的大π键(马。

②一氯乙烷(C2H5CI)、一氯乙烯(C2H3CI)、一氯乙快(CzHCI)分子中，CYI键长的顺序是

,理由：(i)C的杂化轨道中S成分越多，形成的C—Cl越

强；(ii)c

⑶卤化物CSICI2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

。解释X的熔点比Y高的原因________________________________。

(4)α-AgI晶体中I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，a-Agl晶体在电池

中可作为≈

已知阿伏加德罗常数的值为NA,则a-Agl晶体的摩尔体积Vm=m3∙moL(列出算式)。

答案⑴add(2)Φsp2σ②一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙焕Cl参与形成的大π键越多，

形成的C-Cl越强(3)CsClCsCl为离子晶体，ICl为分子晶体(4)电解质

NAX(504X1(Γ12)3

2

解析(I)F的原子序数为9,其基态原子电子排布式为Is22s22p5,k22s22p43s∣为基态氟原子2p

能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；Is22s22p43d2,核外共10

个电子，不是羸原子，b错误；ls22sl2p5,核外共8个电子，不是氟原子，c错误；ls22s22p33p2

为基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氤原子的激发态，d正确；同一

原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量较高的是1s22s22p33p2,⑵①一氯乙炸的结

HH

\/

C=C

/\

构式为HCl,碳原子采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3p.t轨道形

成C-Clσ键。②C的杂化轨道中S成分越多，形成的CYl越强，C—Cl的键长越短，-

氯乙烷中碳采取Sp3杂化，一氯乙烯中碳采取Sp?杂化，一氯乙快中碳采取SP杂化，SP杂化

时S成分多，sp3杂化时S成分少，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl的键长越

短，一氯乙烯中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成3中心4电子的大π键(Γ⅛),一氯乙烘中

Cl的3p轨道与C的2p轨道形成2个3中心4电子的大π键(Γβ),因此三种物质中C-Cl键

长的顺序为一氯乙烷＞一氯乙烯＞一氯乙块。(3)CSlCl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不

变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CSC1,红棕色液体为ICl,而CSCl为离子晶

体，熔化时克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力，因此CSCl的

熔点比ICl高。

(4)由题意可知，在电场作用下，Ag+不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α-AgI晶体是

优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为8X1+1=2个，依

O

N2

据化学式Agl可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量〃=MmOI=麻mol,晶胞体积V

123

=/pm3=(504×10~)nA则a-Agl晶体的摩尔体积Vm=Y=创器史型空=

"⅛m°1

NA义(504X1(Γ∣2)3

2m`,mol。

4.(2021•全国乙卷，35)过渡金属元素铭(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，下列叙述正确的是一(填字母)。

A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s∣

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)三价珞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o

(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。

PH,NH,1H2O

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NFh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。Aler2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∕⅛

和ΓAh则金属原子空间占有率为%(列出计算表达式)。

O

QQQY

∂γ∂Q

o

答案(I)AC⑵N、0、Cl6⑶sp3高NH3存在分子间氢键NH3含有1对孤电子对,

而H2O含有2对孤电子对，H2O中的孤电子对对成键电子对的排斥作用较大(4)A1

8π(2⅛+⅛,)χιoo

解析(1)基态原子满足能量最低原理，Cr有24个核外电子，轨道处于半充满时体系总能量

低，核外电子排布应为[Ar]3d54s∣,A正确；电负性为原子对键合电子的吸引力，同周期(除0

族)元素原子序数越大电负性越强，钾与格位于同周期，铭•的原子序数大于钾，故铭•的电负性

比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C正确。

(2)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中三价格离子提供空轨道，N、O、Cl提供孤对电子与三价铭■离子形

成配位键，中心离子的配位数为N、0、Cl三种原子的个数和，即3+2+1=6。

(3)PH3中P的价层电子对数为3+1=4,故PH3中P的杂化类型是sp3;N原子的电负性较强，

NH3存在分子间氢键，因此NH3的沸点比PM的高；比0的键角小于NFh的键角，原因是

NH3含有1对孤电子对，而HzO含有2对孤电子对，比0中的孤电子对对成键电子对的排斥

作用较大。

(4)已知AICr2具有体心四方结构，如图所示，灰球个数为8X5+1=2,白球个数为8x1+2

o4

=4,结合化学式AlCr2可知，白球为Cr,灰球为Al,即处于顶角位置的是Al原子。设Cr

和Al原子半径分别为©和加，则金属原子的体积为苧X4+苧X2=阮器+小),故

8兀(2-Hl)

金属原子空间占有率为---高----×100%=阮(2*即爪DX100%o

5.(2022•海南，19节选)以C112O、Zno等半导体材料制作的传感器和芯片具有能耗低、效率

高的优势。回答问题：

(1)基态O原子的电子排布式,其中未成对电子有个。

(2)Cu,Zn等金属具有良好的导电性，从金属键的理论看，原因是。

(3)酰菁的铜、锌配合物在光电传感器方面有着重要的应用价值。献菁分子结构如下图，分子

中所有原子共平面，所有N原子的杂化轨道类型相同，均采取杂化。邻苯二甲酸

OQα>

醉(1)和邻苯二甲酰亚胺(O)都是合成醐菁的原料，后者熔点高于前者,

主要原因是»

(4)金属Zn能溶于氨水，生成以氨为配体，配位数为4的配离子，Zn与氨水反应的离子方程

式为o

(5)ZnO晶体中部分O原子被N原子替代后可以改善半导体的性能，Zn-N键中离子键成分

的百分数小于Zn-O键，原因是0

答案(I)IS22s22p«或[He]2s22pit)2(2)自由电子在外加电场中作定向移动⑶sp?两者

均为分子晶体，后者能形成分子间氢键，使分子间作用力增大，熔点更高(4)Zn+4NE+

2+

2H2O=[Zn(NH3)4]+2OH+H2t(5)电负性：O>N,Zn与N元素间的电负性差值小于

Zn与O元素间的电负性差值，成键元素电负性差值越大，形成的化学键中离子键成分越大

解析(1)基态O原子核外有8个电子，因此基态O原子的电子排布式为Is22s22p4或

[HeJ2s22p4,其2p轨道有2个未成对电子，即O原子有2个未成对电子。(2)由于金属的自由

电子可在外加电场中作定向移动，因此Cu、Zn等金属具有良好的导电性。(3)根据结构式可

知，N原子的杂化方式均为sp2,由于邻苯二甲酸酊和邻苯二甲酰亚胺均为分子晶体，而后者

能形成分子间氢键，使分子间作用力增大，因此熔点更高。(4)金属Zn与氨水反应可生成

2+

[Zn(NH3)4](OH)2和H2,反应的离子方程式为Zn+4NH3+2H2O=[Zn(NH3)4]+2OH^+

H2t0

6.(2022・北京，15)FeSe)4・7比0失水后可转为FeSO4∙H2O,与FeS2可联合制备铁粉精(FeQV)

和H2SO4<>

I.FeSO4H2O结构如图所示。

(1)Fe2+价层电子排布式为__________________________________________________________

(2)比较SCr和H2O分子中的键角大小并给出相应解释：

2

(3)H2O与Fe'∖Ser和H2O的作用分别为____________________________________________

∏.FeS2晶胞为立方体，边长为e/nm,如图所示。

(4)①与Fe?.紧邻的阴离子个数为。

②晶胞的密度为P=gvmr。(1nm=I09m)

⑸以FeS?为燃料，配合FeSO4H2O可以制备铁粉精(FexOV)和H2SO4o结合图示解释可充分

实现能源和资源有效利用的原因为。