2023届高考化学复习-物质结构与性质 练习（解析版）含解析2

物质结构与性质

1.磷酸亚铁锂(LiFeP0»可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循

环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用FeCl3、NHBPO,、LiCl和苯胺等

作为原料制备。回答下列问题：

(1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是」蛆_，该元素基态

原子核外M层电子的自旋状态相反(填“相同”或“相反”)o

(2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的

ClClCl

∖Z∖Z

FeFe

FeCL的结构式为/'(/'cι,其中Fe的配位数为4。

(3)苯胺(ONH。的晶体类型是分子晶体。苯胺与甲苯(＞力的相对

分子质量相近，但苯胺的熔点(-5.9℃)、沸点(184.4°C)分别高于甲苯的熔点

(-95.0℃)、沸点(110.6℃),原因是苯胺分子之间存在氢键。

(4)NHHP04中，电负性最高的元素是0；P的s。杂化轨道与0的2D轨

道形成。键。

(5)NH4H2P(λ和KFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸

盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为示4巾)s+2)—(用77代表P原子

数)。

［解析］(1)由元素周期表中的“对角线规则”可知，与Li的化学性质相似

的邻族元素是Mg；Mg为12号元素，M层只有2个电子，排布在3s轨道上，故M

层的2个电子自旋状态相反。(2)Fe能够提供空轨道，而CI能够提供孤电子对,

故FeCL分子双聚时可形成配位键。由常见AlCL的双聚分子的结构可知FeCl3

ClClCl

∖/∖/

FeFe

的双聚分子的结构式为c/xc<zxcι,其中Fe的配位数为4。(3)苯胺为有机物，

结合题给信息中苯胺的熔、沸点可知苯胺为分子晶体。苯胺中有一NB,分子间

可形成氢键，而甲苯分子间不能形成氢键，分子间氢键可明显地提升分子晶体的

熔、沸点。(4)同周期从左到右，主族元素的电负性逐渐增强，故O的电负性大

于N,同主族从上到下，元素的电负性逐渐减小，故电负性N大于P,又H的电

负性小于0,因此NH4HzPCX中电负性最高的元素是0。POr中中心原子P的价层电

子对数为4,故P为sp3杂化，P为sp3杂化轨道的0与2p轨道形成。键。(5)由

三磷酸根离子的结构可知，中间P原子连接的4个0原子中，2个0原子完全属

于该P原子，另外2个0原子分别属于2个P原子，故属于该P原子的0原子数

为2+2xJ=3,属于左、右两边的2个P原子的。原子数为3X2+:X2=7,故

若这类磷酸根离子中含A个P原子，则0原子个数为3〃+L又0元素的化合价

为-2,P元素的化合价为+5,故该离子所带电荷为一2X(3Λ+1)+5Λ=-/7—2,

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PG卅)(n+2)-o

2.铜、钱、碑等元素形成的化合物在现代工业中有广泛的用途，回答下列

问题：

(1)基态铜原子的核外电子占有的能级数为_Z_，轨道数为15。

(2)根据元素周期律，原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。(填

“大于”或“小于”)

(3)AsCL分子的立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp'。

(4)铜与CN-可形成络合离子[Cu(CM)],写出一种与CN-等电子体的分子

化学式弗或CO；若将[Cu(CM)/2-中二个CN一换为Cl-,只有一种结构，则

[Cu(CN-)J-中4个氮原子所处空间位置关系为正四面体。

(5)GaAS的熔点为1238℃,密度为Og∙cm-3,其晶胞结构如图所示。该

晶体的类型为原子晶体，Ga与AS以共价键键合。Ga和AS的摩尔质量分

-1

别为MGag∙InoIT和MASg∙mol,原子半径分别为Eapm和rkspm,阿伏加德

罗常数值为“，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为

4πXIoT。及。(温+城)

3(Mθa+MAs)×100%

22626101

［解析］⑴基态铜的电子排布为ls2s2p3s3p3d4s-所以有7个能级，

轨道数为15；(2)Ga和AS位于第四周期，前者核电荷数小，所以根据元素周期

律分析，同周期元素，随着核电荷数增大，半径减小，第一电离能增大；(3)AsCl3

分子中As原子价层电子对个数为3+一产=4且含有一个孤电子对，根据价

层电子对互斥理论判断该分子的立体构型为三角锥形，As原子杂化类型为sp3;

(4)等电子体是指原子总数相同，价电子总数也相同的微粒，根据CN-分析，可

以是弗或CO；若将［Cu(CM)］-中二个CN-换为Cl,只有一种结构，说明［Cu(CN

一)4了一中CN-处于相同的位置，即4个氮原子所处空间位置关系为正四面体；

(5)GaAS的熔点为1238℃,熔点较高，以共价键结合形成的属于原子晶体，密

度为Og∙cm-3,根据均摊法计算，AS的个数为8X：+6X；=4,Ga的个数为4

oZ

44

3

×1=4,故其晶胞中原子所占的体积K=⅛πHs×4+-πΛ×4)×10-°,晶胞的

OO

/、,I∙^Ls

4×———

体积%=5=——广一，故GaAS晶胞中原子的体积的百分率为匕/七XlO0%,

将匕、小带入计算得百分率4"义啜%(，+为100%。

3(MGa十MAS)

3.离子液体是一类具有很高应用价值的绿色溶剂和催化剂，其中的EMIM+

离子由H、C、N三种元素组成，结构如图1所示。回答下列问题:

OB

ON

图2

2p

(1)碳原子价层电子的轨道表达式为TlTT,基态碳原子中，核外

电子占据的最高能级的电子云轮廓图为—形。

(2)根据价层电子对互斥理论，NH3、N0「、NO『中，中心原子价层电子对数不

同于其他两种粒子的是小NH3½PH3的沸点高，原因是氨分子间存在氢键

(3)氮元素的第一电离能比同周期相邻元素都大的原因是基态氮原子电子

占据的最高能级为半充满，较稳定。

(4)EMIM+离子中，碳原子的杂化轨道类型为SP\sp2。分子中的大n键可

用符号n：表示，其中In代表参与形成的大n键原子数，n代表参与形成的大n

键电子数(如苯分子中的大加键可表示为n；),则EMlM+离子中的大π键应表示为

∏!Q

(5)立方氮化硼硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构

如图2所示。立方氮化硼属于原子晶体,其中硼原子的配位数为上。已知：

立方氮化硼密度为dg∕cm3,B原子半径为Xpm,N原子半径为ypm,阿伏加德

罗常数的值为%则该晶胞中原子的空间利用率为_4"院%%1世列

出化简后的计算式)。

［解析］(1)碳原子价电子数为4,价电子排布式为2s22p%所以价层电子的

2s2p

轨道表达式为ElEnO；基态碳原子核外电子占据的最高能级为2p,p的电子

5—3

云轮廓图为哑铃形；(2)N∏3中N原子价层电子对个数=3+飞一=4,NOs中N原

5+1-O×Q

子价层电子对个数=3+二^——=3,NO「中N原子价层电子对个数=2+

——不——=3,所以中心原子价层电子对数不同于其他两种粒子的是NH3;NH3

比PA的沸点高是因为氨分子间存在氢键；(3)VA族比同周期相邻元素都大，是

因为最高能级P轨道上电子数为特殊的半充满状态，能量低、较稳定，所以氮元

素的第一电离能比同周期相邻元素都大的原因是基态氮原子电子占据的最高能

级为半充满，较稳定；(4)根据图(b)NJ中键总数为5个，根据信息，NJ有6个电

子可形成大n键，可用符号ng表示；(5)立方氮化硼硬度仅次于金刚石，晶体类

型类似于金刚石，是原子晶体；晶胞中每个N原子连接4个B原子，氮化硼化学

式BN,所以晶胞中每个B原子也连接4个N原子，即硼原子的配位数为4；晶胞

中N原子数为4,B原子数=8X〈+6X；=4,晶胞的质量加=药湃g,晶胞的

oZNh

100

体积cm，=黑cm3,B、N原子总体积Vt=4X［安吟”+

LUZ⅛aCUMko

4"C10X=等X(/+/)Xio-ɜθem3,晶胞中原子的空间利用率=3X

16」(£+/)X1()7°

34π

ιoo%=----------而------Xιoo%=γ5xιy×100%o

前

4.(2019•江苏单科，21A)CU2。广泛应用于太阳能电池领域。以CUSo4、NaOH

和抗坏血酸为原料，可制备CU2。。

(1)C/+基态核外电子排布式为［A核3』或Is22s22d3s23p63d9。

(2)S0厂的空间构型为正四面体(用文字描述)：C/+与OH-反应能生成

2

[Cu(OH)4]-,[Cu(OH)12-中的配位原子为(填元素符号)。

(3)抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为

sp2；推测抗坏血酸在水中的溶解性：易溶于水(填“难溶于水”或“易溶

于水”)。

(4)一个CsO晶胞(如图2)中，CU原子的数目为4。

[解析](I)CU为29号元素，根据构造原理可知，CU的核外电子排布式为

[Ar]3d104s1,失去2个电子后变为C/+,则Ci?+的核外电子排布式为[Ar]3d"

(2)SOT中S没有孤对电子，价层电子对数为0+4=4,故S为sp'杂化，SOT的

空间构型为正四面体形。该配离子中Cu提供空轨道，0提供孤对电子，故配位

2

原子为Oo(3)该分子中形成单键的碳原子为sp3杂化，形成双键的碳原子为Sp

杂化。1个抗坏血酸分子中含有4个羟基，其可以与上0形成分子间氢键，所以

抗坏血酸易溶于水。(4)根据均摊法知，该晶胞中白球个数为8X：+1=2,黑球

O

个数为4,白球和黑球数目之比为1：2,所以CU为黑球，1个晶胞中含有4个

Cu原子。

2.(2019•全国∏,35)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超

导材料，其中一类为Fe-∙Sm-As—F—。组成的化合物。回答下列问题：

(1)元素AS与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为三角锥形，其

沸点比N⅛的低(填“高”或"低”),其判断理由是N⅛分子间存在氢键。

(2)Fe成为阳离子时首先失去公—轨道电子，Sm的价层电子排布式为

62

4f6s,Sm计价层电子排布式为4f5_o

(3)比较离子半径：F-小于(f-填“大于”“等于”或“小于”)o

(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和AS原子的

投影位置如图2所示。图中F-和O?-共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比

例依次用X和I-X代表，则该化合物的化学式表示为SmFeA合LFf:通过测

定密度P和晶胞参数，可以计算该物质的X值，完成它们关系表达式：P=

~2'281⅛×19^1~g*cm^3°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，例如图1中原子1的坐标为(；,

ɪ,ɪ),则原子2和3的坐标分别为/0)、(0,0,⅜)o

图1图2

［解析］(I)ASH3的中心原子As的价层电子对数为(5+3)/2=4,包括3对

成键电子和1对孤对电子，故其立体结构为三角锥形。N⅛中N的电负性比AsH3

中AS的大得多，故NB易形成分子间氢键，从而使其沸点升高。(2)Fe的价层电

子排布式为3d64s2,其阳离子Fe2+>Fe'+的价层电子排布式分别是3d6>3d5,二

者均首先失去4s轨道上的电子；Sm失去3个电子成为Sm"时首先失去6s轨道

5

上的电子,然后失去1个4f轨道上的电子,故Sm?+的价层电子排布式为4f0(3)F

-和电子层结构相同，核电荷数越大，原子核对核外电子的吸引力越大，离子

半径越小，故离子半径FYCT。(4)由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞

中SIn个数为4x1=2,Fe个数为1+4X；=2,AS个数为4x］=2,0或F个数

为8X<+2X<=2,即该晶胞中0和F的个数之和为2,F一的比例为X,(T的比

oZ

例为l—x,故该化合物的化学式为SmFeASO-XF-1个晶胞的质量为

2X[150+56+75+16义(1一3+19打2[281+16(l-R+19x]

g=g,1个晶胞的

~iΓNk

2[281+16(1—力+19打

体积为a2cpm3=a2c×10-3°cm3,故密度。=Jc4XIo7。g・CnIT

原子2位于底面面心，其坐标为(ɪɪ0)；原子3位于棱上，其坐标为(0,0,ɪ)o

5.Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密

度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：

(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为D、

C(填标号)。

ElsE]□□□

A.2s2p,2pιz2pz

□E]E□□

B.k2s2p,2py2pz

、□EtS□□

ls2s222

C.PxPyPz

[∏]ffl□□□

D∙k2s2p,2py2pz

(2)Li+与H一具有相同的电子构型，r(Li+)小于r(IΓ),原因是Li+核电荷数

较大。

(3)LiAIH4是有机合成中常用的还原剂，LiAIH4中的阴离子空间构型是

面体、中心原子的杂化形式为s3。LiAlH4中存在AB(填标号)。

A.离子键B.。键

C.n键D.氢键

(4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。

,-2908kJ∙moΓ1

∕^X2-1一\~.ʌ.rɔ

2Lι(g)+0(g)*口2。(晶体)

∣1

11040kJ・moΓ,703kJ∙mol-

2Li(g)0(g)

\318kJ-mol-1249kJ∙moΓl

ɪn^___________-598kJ∙ml

2Li(晶体)+

2

图(a)

可知,Li原子的第一电离能为520klRolT,0=0键键能为498kJwl

^1,72。晶格能为2908kJ・mol，

(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665nɪn,

8×7+4×16

阿伏加德罗常数的值为则LiO的密度为g∙cm-3(列

2f(0.4665XIO-，)?一

出计算式)。

图(b)

［解析］(I)D选项表示基态，为能量最低状态；A、B、C选项均表示激发态,

但C选项被激发的电子处于高能级的电子数多，为能量最高状态。

(2)Li+与H-具有相同的电子构型，Li的核电荷数大于H的核电荷数，因此

Li的原子核对电子的吸引能力强，即Li+半径小于H一半径。

4+3+1

(3)LiAIH4的阴离子为A1H1A1H；中AI的杂化轨道数为；=4,Al采

取sp3杂化，为正四面体构型。LiAlH4是离子化合物，存在离子键，H和Al间形

成的是共价单键，为。键。

(4)由题给信息可知，2molLi(g)变为2molLi+(g)吸收1040kJ热量，

因此Li原子的第一电离能为520kJ∙mol-1；0.5mol氧气生成1mol氧原子吸

收249kJ热量，因此O=O键的键能为498kJ-InO1%Li2O的晶格能为2908

kJ∙InOlT。

(5)由题给图示可知，Li位于晶胞内部，0位于顶点和面心，因此一个晶胞

有8个Li,0原子个数=6X1/2+8X1/8=4。因此一个Li2O晶胞的质量=

8X7=4X16g,一个晶胞的体积为@4665X10-7)½?,即该晶体密度=

8X7+4X16_3

”(0.4665X10-7)3g*cm°

6.在普通铝中加入少量CU和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCU2微小晶

粒，其分散在AI中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是

制造飞机的主要材料。回答下列问题：

(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是上_(填标号)。

A.[Ne](T)B.[Ne](∏)

3s3s

C∙[Ne]。①[Ne]①

3s3p3p

(2)乙二胺(H2NCH2CH2NHj是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别

是sd、Sp30乙二胺能与Mg2+>Ci?+等金属离子形成稳定环状离子，其原

因是乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键，其中与乙二胺形

成的化合物稳定性相对较高的是C/+(填“Mg?+”或ΛC