1、单元检测12物质结构与性质1.2021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的价电子层的电子排布式为；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：dsp2、sp3d、sp3d2，中间体SiCl4（H2O）中Si采取的杂化类型为（填标号）。（2）CO2分子中存在个键和个键。（3）甲醇的沸点（64.7 ）介于水（10
2、0 ）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晶胞如图所示。Zr4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gcm3（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ZnxZr1xOy，则y（用x表达）。2.2021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 3d54
3、s1B4s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）2Cl2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）2Cl2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
4、为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为%（列出计算表达式）。3.2021广东卷很多含巯基（SH）的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物 可与氧化汞生成化合物 。 （1）基态硫原子价电子排布式为。（2）H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为。（3）汞的原子序数为80，位于元素周期表第周期第B族。（4）化合物也是一种汞解毒剂。化合物是一种强酸。下列说法正确的有。A在中S原子采取sp3杂化B在中S元素的电负性最大C在中CCC键角是180D在中存在离子键与共价键E在中硫氧键的键能均相等（5）汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物与化合物相比，水溶性较好的是。（6
5、）理论计算预测，由汞（Hg）、锗（Ge）、锑（Sb）形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体（晶胞如图a所示）中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是_。图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ；该晶胞中粒子个数比HgGeSb 。设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为 gcm3（列出算式）。4.2021河北卷KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：（1）在KH2PO
6、4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是（填离子符号）。（2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为。（3）已知有关氮、磷的单键和三键的键能（kJmol1）如下表：NNNNPPPP193946197489从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4（结构式可表示为）形式存在的原因是_。（4）已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为，其中P采取杂化方式。（5）与PO电子总数相同的等电子体的分子式为。（6）磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：如果有n个磷酸分子
7、间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为。（7）分别用、表示H2PO和K，KH2PO4晶体的四方晶胞如图（a）所示，图（b）、图（c）分别显示的是H2PO、K在晶胞xz面、yz面上的位置：若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为 gcm3（写出表达式）。晶胞在x轴方向的投影图为（填标号）。5.2021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SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183
8、.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.70 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；SiCl4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。己知化合物中Ge和O的原子个数比为14，图中Z表示原子（填元素符号），该化合物的化学式为_；已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，90，则该晶体的密度gcm
9、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）。6.2021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）。Asp Bsp2 Csp3 Dsp3d（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
10、。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。已知XeF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。7.2020天津卷Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题：（1）Fe、Co、Ni在周期表中的位置为，基态Fe原子的电子排布式为_。（2）CoO的面心立方晶胞如图1所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为gcm3；三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为。（3）Fe、Co、Ni能与Cl2反应，其中Co和Ni均生成二氯化物，由此推断FeCl3、CoCl3和Cl2的氧化性由强到
11、弱的顺序为，Co（OH）3与盐酸反应有黄绿色气体生成，写出反应的离子方程式：_。（4）95 时，将Ni片浸在不同质量分数的硫酸中，经4小时腐蚀后的质量损失情况如图2所示，当w（H2SO4）大于63%时，Ni被腐蚀的速率逐渐降低的可能原因为_。由于Ni与H2SO4反应很慢，而与稀硝酸反应很快，工业上选用H2SO4和HNO3的混酸与Ni反应制备NiSO4。为了提高产物的纯度，在硫酸中添加HNO3的方式为（填“一次过量”或“少量多次”），此法制备NiSO4的化学方程式为。8.2020江苏卷以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵（NH4）3Fe（C6H5O7）2。（1）Fe基态核外电
12、子排布式为_；Fe（H2O）62中与Fe2配位的原子是（填元素符号）。（2）NH3分子中氮原子的轨道杂化类型是；C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为。（3）与NH互为等电子体的一种分子为（填化学式）。（4）柠檬酸的结构简式见图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的键的数目为mol。单元检测12物质结构与性质1答案：（1）3s23p2原子晶体（或共价晶体）sp3（2）22（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）82x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
13、原子晶体。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，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。（2）CO2分子的结构为O=C=O，则1个CO2分子中含2个键和2个键。（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
14、该Zr4距离最近的O有8个，则Zr4的配位数为8。该晶胞中含8个O，Zr4个数为864（个），则1个晶胞的质量为 g，1个晶胞的体积为a2c1030 cm3，则该晶体的密度为 gcm3。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，2x4（1x）2y0，解得y2x。2答案：（1）AC（2）N、O、Cl6（3）sp3高NH3存在分子间氢键NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子。H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大（4）Al100解析：（1）Cr是24号元素，基态Cr原子核外电子排布式为Ar3d54s1，3d和4s轨道均处于半充满状态，此时体系
15、总能量低，A项正确；4s电子能量较高，但其并不总是在比3s电子离核更远的地方运动，B项错误；因为Cr原子半径小于K，故电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大，C项正确。（2）形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3、H2O、Cl中提供孤电子对形成配位键的原子是N、O、Cl，Cr（NH3）3（H2O）2Cl2中中心离子的配位数为3216。（3）PH3中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3杂化；NH3的沸点比PH3高，是因为NH3分子间存在氢键，PH3分子间只有范德华力；由于NH3中N原子含有1个孤电子对，而H2O中O原子含有2个孤电子对，孤电
16、子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O中的键角小于NH3中的键角。（4）由结构图可知，根据均摊法，该晶胞含有4个白球和2个黑球，则黑球代表Al原子，白球代表Cr原子，金属原子的总体积是（4r2r），晶胞体积是a2c，故原子空间利用率是100%。3答案：（1）3s23p4（2）H2OH2SCH4（3）六（4）AD（5）化合物（6）题图b中上、下两个面的面心原子分别为Hg和Ge，晶胞结构不对称，不符合晶胞平移后重合的特性，因此不是晶胞单元。4112解析：（1）硫为16号元素，基态硫原子的价电子排布式为3s23p4。（2）H2O分子间能形成氢键，H2S、CH4分子间均不存在氢键，H2O的沸点大于
17、H2S、CH4；随着相对分子质量增大，氢化物的沸点逐渐增大，则沸点：H2SCH4，所以三者的沸点由高到低的顺序为H2OH2SCH4。（3）80Hg的原子结构示意图为，原子核外有6个电子层，所以汞位于元素周期表第六周期。（4）化合物中S原子价层电子对数均为4，采用sp3杂化，A正确；化合物中含C、H、O、S、Hg五种元素，其中非金属性最强的是O元素，故化合物中O元素的电负性最大，B错误；化合物中C原子价层电子对数均为4，采用sp3杂化，键角约为10928，C错误；化合物为有机钠盐，故中存在离子键和共价键，D正确；化合物中存在的S=O键和SO键是两种不同的化学键，键能不同，E错误。（5）化合物与化
18、合物相比，化合物中有一个OH，而化合物中对应的是SO3Na，OH的亲水性没有SO3Na中的离子键强，故水溶性较好的是化合物。（6）题图b中上、下两个面的面心原子分别为Hg和Ge，晶胞结构不对称，不符合晶胞平移后重合的特性，因此不是晶胞单元。由题图c可知，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4；该晶胞中Hg原子数464（个），Ge原子数8414（个），Sb原子数为8，故Hg、Ge、Sb粒子个数比为448112。该晶胞的组成为Hg4Ge4Sb8，由于最简式的式量为Mr，则晶胞的质量为 g，晶胞的体积为x2y1021 cm3，则晶体的密度为 gcm3 gcm3。4答案：（1）P3、K（2）或（3）
19、3倍的NN键的键能小于NN键的键能，而3倍的PP键的键能大于PP键的键能（4）sp3（5）SiF4（6）PnO（7）B解析：（1）H、O、P、K四种元素各自所能形成的简单离子中P3、K的核外电子排布相同。（2）基态磷原子的价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道中自旋磁量子数的代数和为0，3p轨道中3个电子自旋方向相同，所以代数和为或。（3）由题表中键能关系可知3倍的NN键的键能小于NN键的键能，而3倍的PP键的键能大于PP键的键能，所以氮以N2中的NN形式存在更稳定，磷以P4中的PP键形式存在更稳定。（4）由KH2PO2为正盐，可知H3PO2中只含一个羟基氢，所以H3PO2的结构式为，其中P
20、的价层电子对数为5（51322）4，则P的杂化方式为sp3。（5）PO的原子数为5，价电子数为32，总电子数为50，则与PO电子总数相同的等电子体的分子为SiF4。（6）每相邻两个磷酸分子脱去一个水分子，所以n个磷酸分子形成环状结构会脱去n个水分子，则形成的多磷酸的分子式中氢原子数目为3n2nn，磷原子的数目为n，氧原子的数目为4nn3n，即多磷酸分子式为HnPnO3n，故多磷酸的酸根可写成PnO。（7）由题给KH2PO4晶体的四方晶胞图可知，每个晶胞中，K个数为644（个），H2PO个数为8414（个），则1个KH2PO4晶体的四方晶胞中有4个KH2PO4，晶体密度等于晶胞质量除以晶胞体积，
21、其中晶胞体积为a2c1030 cm3，晶胞的质量为 g，所以晶体的密度为 gcm3。由题图（a）可知，晶胞在x轴方向的投影图，应为B选项中的图。5答案：（1）SiC（2）SiCl4SiF4、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sp2、sp3NCH54（3）OMg2GeO4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原子晶体，碳原子半径比硅原子半径小，则CSi键键长比SiSi键键长短，故碳化硅的熔点较高。（2）0
22、 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周围的键电子对数4（414）4，无孤电子对，由VSEPR理论可知，其VSEPR模型与分子空间构型均为正四面体。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NCH。中1个基团有1个NSi、4个NC、1个N=C、1个C=C、
23、6个CH，共有13个键，4个基团，则含13452（个）键，另外还有2个SiCl键，故1个中含有键的数目为54个。（3）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84638（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14，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。1个晶胞的质量 g g，1个晶胞的体积abc1021 cm3，则晶体的密度 gcm3。6答案：（1）9（2）FOClV形（或角形）低于OF2相对分子质量
24、小，分子间作用力小（3）5D（4）2解析：（1）基态F原子核外有9个电子，每个电子的运动状态各不相同，故基态F原子核外电子的运动状态有9种。（2）根据ClO2中O显负价，Cl显正价，知O的电负性大于Cl的电负性，又同一周期主族元素从左到右电负性依次增大，故O、F、Cl电负性由大到小的顺序为FOCl。OF2分子中O的成键电子对数为2、孤电子对数为2，故OF2的空间构型为V形；OF2、Cl2O均为分子晶体，分子间以范德华力结合，OF2的相对分子质量小，范德华力小，故OF2的熔、沸点低于Cl2O。（3）XeF2中心原子Xe的价层电子对数为25，其杂化轨道数为5，推测Xe的杂化方式为sp3d。（4）由
25、题图知，晶胞中大球个数为812，小球个数为824，故大球为Xe，小球为F，该晶胞中含有2个XeF2。以晶胞参数为单位长度建立坐标系时，由B点在棱上处，知B点原子的分数坐标为。如图所示从点A向底面作垂线到点D，则EDa pm，ABCEd，CD pm，根据CD2ED2CE2，代入数据可得d20.5a2 pm2（0.5cr）2 pm2，d pm。7答案：（1）第四周期第族1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2（2）NiOCoOFeO（3）CoCl3Cl2FeCl32Co（OH）36H2Cl=2Co2Cl26H2O（4）随H2SO4质量分数增加，Ni表面逐渐形成致密氧化膜少量多次
26、3Ni3H2SO42HNO3=3NiSO42NO4H2O或NiH2SO42HNO3=NiSO42NO22H2O解析：本题考查物质结构与性质知识，考查考生接受、吸收、整合化学信息的能力，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析。（1）在元素周期表中Fe、Co、Ni都是第四周期第族的元素；Fe为26号元素，其基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2或Ar3d64s2。（2）根据CoO晶胞的结构，利用均摊法得出，1个CoO晶胞中有4个Co2和4个O2，故CoO晶体的密度为 gcm3 gcm3。因为Fe、Co、Ni的二价氧化物是离子化合物，Fe2、Co2、Ni2半径依次减小，
27、晶体的晶格能依次增大，熔点依次升高，故熔点顺序是NiOCoOFeO。（3） Fe、Co、Ni与Cl2反应时分别生成FeCl3、CoCl2、NiCl2，故氧化性强弱顺序是Co3（或Ni3）Cl2Fe3；Co3可以氧化Cl生成Cl2，故有2Co（OH）3 6H2Cl=2Co26H2OCl2。（4）当w（H2SO4）大于63%时，Ni被腐蚀的速率随H2SO4浓度增大而逐渐降低，说明Ni表面生成了致密的氧化膜，阻止了内部的Ni被进一步氧化（是一种钝化现象）；Ni与硫酸反应较慢，加入稀硝酸可以使Ni的氧化速率加快（生成NiO后被稀硫酸溶解生成NiSO4），但硝酸过量会使产物中存在Ni（NO3）2而导致纯
28、度降低，为此，加入稀硝酸应采用少量多次的操作方法，反应的化学方程式是3Ni3H2SO42HNO3=3NiSO42NO4H2O或NiH2SO42HNO3=NiSO42NO22H2O。8答案：（1）Ar3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2O（2）sp3NOC（3）CH4或SiH4（4）7解析：本题综合考查物质结构与性质相关知识，考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析。（1）Fe是26号元素，其基态原子的核外电子排布式为Ar3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2；Fe（H2O）62中，H2O是配体，H2O分子中的O原子有孤对电子，是配位原子。（2）NH3分子中N原子有1对孤对电子，3个成键电子对，所以N原子以sp3方式杂化；同一周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大趋势，且A族元素的第一电离能出现反常，所以C、N、O元素的第一电离能：NOC。（3）价电子总数相同，原子总数相同的微粒互为等电子体，考虑与N元素相邻主族的元素，可知与NH互为等电子体的分子是CH4或SiH4。（4）单键都是键，双键中有一个键，则1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成7 mol 键。
