1、专题五物质结构与性质A组基础巩固练1.(双选)(2022湖南长沙一中一模)一种由短周期主族元素组成的化合物A(如图所示),可用于制备各种高性能防腐蚀材料。其中W、X、Y、Z的原子序数依次增大。下列说法正确的是()A.该化合物A中所有X原子均满足最外层8电子稳定结构B.四种原子的半径大小顺序:ZYXWC.1 mol Z的单质含有共价键数目一定为6NAD.由W、X、Y构成的化合物既溶于强酸,又溶于强碱2.(2022辽宁本溪一模)下列有关化学用语表示正确的是()A.水分子的球棍模型:B.钾原子的结构示意图:C.Na2O2的电子式:Na+OO2-Na+D.中子数为20的氯原子:1720Cl3.(202
2、2广东梅州一模)为纪念元素周期表诞生150周年,IUPAC向世界介绍118位优秀青年化学家,并形成一张“青年化学家元素周期表”。中国学者雷晓光、姜雪峰、刘庄分别成为“N、S、Hg”元素的代言人。下列说法正确的是()A.S6与S8互为同位素B.80198Hg的中子数为118C.NH3的电子式为HNHHD.金属汞的熔点高于硫黄4.(2022湖南长沙明德中学二模)一种可用作半导体掺杂源的化合物的结构式如图所示。已知W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期主族元素,Z的最外层电子数是其内层电子数的3倍。下列说法错误的是()A.原子半径:XYZWB.X、Y最高价氧化物对应的水化物的酸性:XYC.W和
3、Y能形成多种原子个数比为11的化合物D.除W原子外,分子中的其他原子均满足8电子稳定结构5.(双选)(2022山东济宁一模)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X原子核外电子只有一种自旋取向,Y、Z两种原子核外s能级上的电子总数与p能级上电子总数相等,W原子的价电子中,在不同形状的原子轨道中运动的电子数之比为21。下列说法正确的是()A.W的第一电离能比同周期相邻元素的小B.原子半径:r(X)r(Y)r(Z)ZX7.(2022湖南常德二模)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W是地壳中含量最多的元素,X的原子半径是所有短周期主族元素中最大的,非金属元素Y的原子序数是Z的最
4、外层电子数的2倍。下列叙述不正确的是()A.Y单质的熔点高于X单质B.氢化物的沸点:WZC.X、W、Z能形成具有强还原性的XZWD.X2YW3中含有共价键8.(2022湖南卷,5)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()A.原子半径:XYZB.非金属性:YXWC.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9.(2022湖南益阳沅江一中二模)高压不仅会引发物质的相变,也会导致新类型化学键的形成。回答下列问题:(1)在50300 GPa的高压条件下,Na和Cl2反应
5、生成如图所示晶胞的NaCl晶体,其中大灰球为氯,小黑球为钠。生成该晶体的反应的化学方程式为。该NaCl晶体的密度为 gcm-3(已知晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数为NA mol-1)。(2)在超高压(300 GPa)条件下,金属钠和氦可形成化合物。结构中,钠离子按简单立方排布,形成如图所示的立方体空隙,电子对(2e-)和氦原子交替分布填充在立方体的中心。若用NaxHey(2e-)z表示该晶体的组成,则xyz=。若将氦原子放在晶胞顶点,则电子对(2e-)在晶胞中的分数坐标为(0.5,0,0)、(0,0.5,0)、(0,0,0.5)、。(3)若在高压条件下形成的氨晶体中,氨分子中的每个H原子均
6、参与一个氢键的形成。则N原子的杂化方式为,N原子邻接个氢原子,1 mol氨晶体中有 mol氢键。该氨晶体与普通氨晶体相比熔点(填“高”“低”或“相同”),原因是。该氨晶体中氨分子的热稳定性比普通氨晶体中氨分子的热稳定性(填“高”“低”或“相同”)。(4)上述晶体中所涉及元素(Na、Cl、He)的第一电离能由大到小的顺序为(用元素符号填空),所涉及元素(H、Na、N)的电负性的大小为(用元素符号填空)。B组能力提升练1.(2022湖南常德桃源一中二模)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W、Z同主族,X原子的最外层电子数是Y原子最外层电子数的6倍。p、q、r分别为W、X、Z的单质,s
7、、t、u为W、X、Z三种元素形成的二元化合物,上述物质的转化关系如图所示(反应条件略去),下列说法不正确的是()A.原子半径:YZWXB.反应可用于工业上制备Z的单质C.s、t、u均能与Y的最高价氧化物对应的水化物的溶液反应D.X、Y、Z三种元素形成的一种化合物的水溶液可用作木材防火剂2.(2022湖南大联考)现有W、X、Y、Z四种短周期元素。W分别与X、Y、Z结合生成甲、乙、丙三种化合物,且甲、乙、丙每种分子中都含有10个电子。Y和Z化合生成丁,有关物质的转化关系如图所示。下列说法错误的是()A.W、Y、Z三种元素可能组成离子化合物B.Z的最高价氧化物对应的水化物一定为强酸C.原子半径:WX
8、Y戊乙B.非金属性:戊丁丙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6.(2022全国甲卷,12)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()A.非金属性:XQB.单质的熔点:XYC.简单氢化物的沸点:ZQD.最高价含氧酸的酸性:ZY7.(双选)(2022湖南怀化二模)某化合物结构如图所示,其中X、Y、W、Z是原子序数依次增大的短周期元素,且四种元素分布在三个周期,W的最外层电子数是Y的最外层电子数的2倍,Z和X同主族
9、。下列说法正确的是()A.W与Z形成的化合物中只含离子键B.该化合物中Y都满足8电子稳定结构C.原子半径:ZYWD.X3YW3是弱酸8.(2022湖南衡阳二模)W、X、Y、Z为原子序数依次递增的短周期元素,它们组成的化合物为a、b、c、d、e、f,其中b、c与人的呼吸活动息息相关,m为单质,它们的转化关系如图所示。下列叙述不正确的是()A.原子半径:WYXPOH,B错误;Z为P元素,其单质有红磷、白磷等多种结构,1 mol P的单质含有共价键数目不一定为6NA,C错误;由H、O、Al构成的化合物为Al(OH)3,为两性物质,既溶于强酸,又溶于强碱,D正确。2.A解析 水分子的电子式为HOH,由
10、于孤电子对的排斥作用,成键电子对发生偏移,则球棍模型为,A正确;钾为19号元素,其核外有19个电子,原子结构示意图为,B错误;Na2O2为离子化合物,两个O原子间只形成1对共用电子,其电子式为Na+OO2-Na+,C错误;中子数为20的氯原子,质量数为37,其原子符号为1737Cl,D错误。3.B解析 S6与S8是硫元素形成的性质不同的两种单质,故互为同素异形体,而不是同位素,A错误;根据质量数等于质子数加中子数可知,80198Hg的中子数为198-80=118,B正确;NH3是共价化合物,则NH3的电子式为HNHH,C错误;金属汞熔点较低,常温下呈液态,而硫黄常温下为固态,故金属汞的熔点低于
11、硫黄,D错误。4.D解析 W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期主族元素,Z的最外层电子数是其内层电子数的3倍,则Z为O元素;W形成一个共价键、X形成3个共价键、Y形成4个共价键,且W、X、Y的原子序数均比Z(O)小,则W、X、Y分别为H、B、C元素。电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同,核电荷数越多,原子半径越小,则原子半径BCOH,故A正确;B最高价氧化物对应的水化物是硼酸,C最高价氧化物对应的水化物是碳酸,硼酸的酸性弱于碳酸,故B正确;H和C可以形成C2H2、C6H6等多种原子个数比为11的化合物,故C正确;题中所给结构中H原子形成2电子稳定结构,B原子最外层形成3+3=6电子
12、,二者都不满足8电子稳定结构,故D错误。5.AD解析 短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大,X原子核外电子只有一种自旋取向,则X为H;Y、Z两种原子核外s能级上的电子总数与p能级上电子总数相等,原子核外电子排布式为1s22s22p4或1s22s22p63s2,结合原子序数可知Y为O,Z为Mg;W原子的价电子中,在不同形状的原子轨道中运动的电子数之比为21,其价电子排布式为3s23p4,则W为S。同周期元素,从左往右,第一电离能有逐渐增大的趋势,但第A族、第A族原子核外电子排布处于全充满、半充满的稳定状态,其第一电离能大于同一周期相邻元素,所以P第一电离能大于S元素,则S元素的第一电离能
13、比P、Cl都小,A正确;不同周期元素,电子层数越多,原子半径越大,同周期元素,从左向右原子半径逐渐减小,则原子半径:r(X)r(Y)r(W)NOH,故A错误;NaH是离子晶体,H2O为分子晶体,H2O沸点比NaH的低,故B错误;工业上可用电解熔融的NaCl制备Na,故C正确;同周期,从左到右,元素非金属性增强,因此非金属性:ONH,故D错误。7.C解析 短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W是地壳中含量最多的元素,W是O元素,X的原子半径是所有短周期主族元素中最大的,X为Na元素,非金属元素Y的原子序数是Z的最外层电子数的2倍,Z的最外层电子数为7,则Z为Cl元素,Y为Si元素。根
14、据分析可知,W为O元素,X为Na元素,Y为Si元素,Z为Cl元素。Na形成的晶体为金属晶体,其熔点较低,而Si形成的晶体为共价晶体,具有较高熔点,则单质熔点:YX,故A正确;水分子间形成氢键,沸点较高,氢化物的沸点:WZ,故B正确;X、W、Z能形成具有强氧化性的NaClO,故C错误;Na2SiO3中含有SiO共价键,故D正确。8.C解析 本题考查元素推断、元素周期表结构和元素周期律。W、Y分别形成4个、2个共价键,结合W的原子序数是X、Y之和,可知X、Y、W分别为C、O、Si元素,则Z为F元素。原子半径COF,A项说法正确;非金属性OCSi,B项说法正确;F2具有强氧化性,C项说法错误;根据8
15、6号元素为0族元素,可推出82号元素位于第 A族,与W(Si)位于同一主族,D项说法正确。9.答案 (1)2Na+3Cl22NaCl32591030NAa3(2)211(0.5,0.5,0.5)(3)sp363高该晶体中氢键数目多相同(4)HeClNaNHNa解析 (1)根据晶胞结构可知,该晶体化学式为NaCl3,则生成NaCl3的反应的化学方程式为2Na+3Cl22NaCl3;已知晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数为NA mol-1,根据密度计算公式可得=(223+635.5)1030NAa3 gcm-3=2591030NAa3 gcm-3。(2)钠离子按简单立方排布,所以钠离子均摊计算后为
16、1个,电子对(2e-)和氦原子交替分布填充在立方体的中心,则电子对(2e-)和氦原子各0.5个,所以xyz=211;氦原子放在晶胞顶点,电子对(2e-)与氦原子交替填充在立方体的中心,则电子对(2e-)在晶胞中的分数坐标为(0.5,0,0)、(0,0.5,0)、(0,0,0.5)和(0.5,0.5,0.5)。(3)氨分子中N原子有3个键和1个孤电子对,杂化方式为sp3。氨分子中的每个H均参与一个氢键的形成,每个N原子邻接6个H原子,其中3个H原子为N原子所键合的H原子,另外3个H原子则是依靠氢键作用所吸引,因此1 mol 氨晶体含有3 mol氢键。氨晶体与普通氨晶体相比熔点高,原因是该晶体中氢
17、键数目多。热稳定性是化学性质,所以该氨晶体中与普通氨晶体中氨分子的热稳定性相同。(4)Na、Cl、He的第一电离能由大到小的顺序为HeClNa;非金属性越强,电负性越大,H、Na、N的电负性的大小为NHNa。B组能力提升练1.C解析 X原子的最外层电子数为Y原子最外层电子数的6倍,根据最外层电子数不超过8,X最外层电子数只能为6,Y最外层电子数只能为1,又因X之前还有W元素,之后还有Y、Z两种元素,故X只能为O元素,则Y为Na元素,根据原子序数关系,q为X元素单质,则q为O2,W可能为Be、B、C、N,对应同族Z可能为Mg、Al、Si、P,由图示知,W、O、Z三种元素形成的一种二元化合物能与O
18、2反应,联想W、Z的可能情况,推测t为CO,则u为CO2,即W为C元素,则Z为Si元素,则p为C元素,r为Si元素,由反应制得Si,工业制Si反应:2C+SiO2Si+2CO,则s为SiO2,p(C)能与u(CO2)在高温下反应生成t(CO),推测合理,综上所述:W为C元素、X为O元素、Y为Na元素、Z为Si元素。电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,核电荷数越多,原子半径越小,故四种原子半径顺序为YZWX,故A正确;由分析知,工业上可利用反应制备Si,故B正确;Y的最高价氧化物的水化物为NaOH,t(CO)与NaOH溶液不反应,故C错误;X、Y、Z形成的Na2SiO3溶液可用作木材防火
19、剂,故D正确。2.B解析 甲、乙、丙均为10电子的分子,且X和乙的反应为置换反应,则应为氟气和水的反应,可知X单质为F2,Y单质为O2,乙为H2O,甲为HF,则W为H元素,X为F元素,Y为O元素,丙是NH3或CH4,丁是NO或CO2,Z为C或N元素,据此作答。若丙为氨气,则Z为N元素,W、Y、Z可组成硝酸铵,为离子化合物,A项正确;Z若为C元素,则最高价氧化物对应的水化物为弱酸,B项错误;同周期元素从左到右原子半径逐渐减小,则原子半径应为WXY戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径:戊乙,则原子半径:丁戊乙,A项正确,不符合题意;无论戊是什么元素,同周期主族元素的原子序数越大,非金属
20、性越强,因此非金属性:戊丁丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;不论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。6.D解析 本题考查元素周期表中元素的“位构性”关系。由题意可知,Q为第二周期元素,X、Y、Z为第三周期元素,再依据Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍,可推知Y为Si元素;由“X、Y相邻”,且X的原子序数小于Y,可推知X为Al元素;最后依据原子序数的大小关系和四种元素最外层电子数之和为19可推知:若Q为O元素,则Z为S元素;若Q为N元素,则Z为Cl元素
21、;若Q为F元素,则Z为P元素。非金属性:AlO(或N或F),A项错误;单质的熔点:AlSi,B项错误;由于H2O或NH3或HF分子间存在氢键,而H2S或HCl或PH3分子间只有范德华力,则简单氢化物的沸点:H2SH2O(或HClNH3或PH3Si(或ClSi或PSi),所以最高价含氧酸的酸性:H2SO4H2SiO3(或HClO4H2SiO3或H3PO4H2SiO3),D项正确。7.CD解析 X、Y、W、Z是原子序数依次增大的短周期元素,且四种元素分布在三个周期,根据所给化合物结构分析,X为H元素;Z和X同主族,且Z的原子序数最大,则Z为Na元素;W的最外层电子数是Y的最外层电子数的2倍,且Y能
22、形成4个共价键,W能形成2个共价键,则Y为B元素,W为O元素。O和Na可以形成化合物Na2O2,含有离子键和共价键,A错误;Y为B元素,该结构中形成3个共价键的B原子最外层只有6个电子,B错误;电子层数越多原子半径越大,电子层数相同时,核电荷数越小半径越大,原子半径NaBO,即ZYW,C正确;X3YW3即H3BO3,为一种弱酸,D正确。8.D解析 结合题给物质转化关系图,a应为由C、H或C、H、O元素组成的有机化合物,m为O2,b、c为CO2和H2O,d为Na2O2,e、f为Na2CO3、NaOH,由此分析可知W为H元素,X为C元素,Y为O元素,Z为Na元素。电子层数越多,原子半径越大,同周期
23、元素核电荷数越大,原子半径越小,则原子半径:WYXZ,故A正确;由H、C、O、Na构成的化合物可为醋酸钠(CH3COONa),CH3COONa是离子化合物,由钠离子和醋酸根离子构成,含有离子键;醋酸根离子(CH3COO-)中的CH、CO、CO为极性共价键,CC为非极性共价键,故B正确;X为C元素,Y为O元素,O的氢化物为水或双氧水,C、H元素可形成多种烃,一般随着碳原子数的增加,其熔沸点越高,则C的氢化物沸点可能比O的氢化物沸点高,故C正确;Y为O元素,Z为Na元素,Z2Y2为Na2O2,由Na+和O22-构成,阴、阳离子个数比为12,故D错误。9.答案 (1)4d25s2(2)TiBH(3)
24、17变大游离态H2NCH2CH2NH2与Zr结合后,孤电子对变成了键电子对,排斥力减小,因此HNH键之间的夹角会增大(4)33434MNA解析 (1)Ti的原子序数为22,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,价电子排布式为3d24s2,钛和锆的价层电子结构相似,基态锆原子的价电子排布式为4d25s2。(2)金属元素的电负性小于非金属元素,在非金属元素中H元素电负性比B大,所以H、B、Ti的电负性由小到大的顺序为TiB孤电子与成键电子之间的斥力成键电子对之间的斥力,与Zr形成配位键后孤电子对变成了键电子对,即成键电子对,排斥力减小,因此HNH之间的夹角会增大。(4)TiO
25、2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心,Ti4+的配位数为6,晶胞中Ti4+的数目为1+818=2,O2-的数目为2+412=4,则TiO2晶胞中O2-的配位数是3。已知二氧化锆晶胞的密度为 gcm-3,则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离为晶胞体对角线的14,晶胞体对角线长度等于棱长的3倍,设两原子核之间的距离为a cm,则晶胞的棱长为4a3 cm,晶胞中黑色球数目为4,白色球数目为8,即O原子数目为8,Zr原子数目为4,晶胞质量为4MNA g=(4a3 cm)3 gcm-3,解得:a=3434MNA。10.答案 (1)23d9(2)120低(3)sp2平面三角形C解析 (1)根
26、据化学式BaCuSi4O10、BaCuSi2O6,其中Ba为+2价,Si为+4价,O为-2价,由化合价代数和为零,“中国蓝”、“中国紫”中均具有Cun+,n=2,基态时该阳离子的价电子排布式为3d9。(2)CO32-中心原子C的价层电子对数为3+4+2-232=3,为平面三角形结构,键角OCO为120。根据所学,钙离子半径小,与氧之间的作用力大,碳酸钙更容易分解,故从原料分解的角度判断“埃及蓝”的合成温度比“中国蓝”更低。(3)配离子Cu(CN)32-中,中心离子的价层电子对数是3,且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断中心原子的杂化方式为sp2,该配离子的空间结构为平面三角形;CN-中配
27、位原子是碳原子,因为N元素电负性较大,不易提供孤电子对。11.答案 (1)1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d74s2M3哑铃(2)sp2Co、O、N16(3)(PnO3n+1)(n+2)-解析 (1)Co为27号元素,Co原子核外有27个电子,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或Ar3d74s2;基态磷原子核外有三层电子,故最高能层符号为M,电子云在空间有3个伸展方向,原子轨道为哑铃形。(2)NO3-中中心原子N的价层电子对数为3,为sp2杂化;同一周期,从左往右,元素第一电离能有逐渐增大的趋势,但由于N原子中最外层为半充满状态,比较稳定,故
28、第一电离能大于O原子,所以第一电离能由小到大的顺序为Co、O、N;一个NO3-中有3个键,配位键也为键,故键数目为34+4=16,则1 mol该配离子中含键数目为16NA。(3)PO43-(磷酸根离子)、P2O74-(焦磷酸根离子)、P3O105-(三磷酸根离子)磷原子的变化规律为1,2,3,n;氧原子的变化规律为4,7,10,3n+1;酸根所带电荷数的变化规律为3,4,5,n+2,推出通式为(PnO3n+1)(n+2)-。12.答案 (1)第五周期第B族4d10(2)CO(或N2等合理答案)11(3)Cu+的3d电子处于全充满状态,稳定性强(4)sp2、sp38(5)12CuCl3434MN
29、A1010解析 (1)Ag的原子序数是47,位于铜的下一周期,在元素周期表中的位置是第五周期第B族,Ag+的价电子排布式为4d10。(2)与CN-互为等电子体的分子有CO或N2等;HCN的结构式为HCN,因此分子中键和键数目之比为22=11。(3)由于I1是失去4s电子,I2是失去3d电子,Cu+的3d电子处于全充满状态,稳定性强,因此I2(Cu)远远大于I1(Cu)。(4)配合物中饱和碳原子全部形成单键,为sp3杂化,酯基中的碳原子含有碳氧双键,其轨道杂化类型为sp2;单键都是键,双键中含有1个键,则1 mol氨基乙酸钠(H2NCH2COONa)含有键的数目为8 mol。(5)某Q原子的外围电子排布式为3s23p5,Q是Cl原子。Cu与Cl形成化合物的晶胞如图所示(白球代表Q原子),根据晶胞结构可知每个铜原子周围距离最近的铜原子位于面心处,其数目为12;晶胞中含有4个Cl原子,Cu原子个数是818+612=4,该晶体的化学式为CuCl。已知该晶体的密度为 gcm-3,晶体的摩尔质量为M gmol-1,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的边长是34MNAcm=34MNA1010 pm,晶胞中铜原子和Q原子之间的最短距离为体对角线的14,即为3434MNA1010pm。