1、专题十六物质结构与性质（选修）1 A、B、X、Y、Z是元素周期表前四周期中的常见元素，原子序数依次增大。A元素可形成自然界硬度最大的单质；B与A同周期,核外有三个未成对电子；X原子的第一电离能至第四电离能分别是:I1 =578 kJ/mol，I2=1 817 kJ/mol，I3= 2 745 kJ/mol，I4 =11 575 kJ/mol；常温常压下,Y单质是固体,其氧化物是形成酸雨的主要物质；Z的一种同位素的质量数为63,中子数为34。请回答下列问题：（1）AY2是一种常用的溶剂,为分子(填“极性”或“非极性”),分子中存在个键。（2）X形成的单质与NaOH溶液反应的离子方程式为，超高导热
2、绝缘耐高温纳米XB在绝缘材料中应用广泛,其晶体与金刚石类似,属于晶体。B的最简单氢化物容易液化,理由是。（3）X、氧、B元素的电负性由大到小的顺序为(用元素符号作答) 。（4）Z的基态原子核外电子排布式为。元素Z与人体分泌物中的盐酸以及空气反应可生成超氧酸:Z+HCl+O2ZCl+HO2, HO2(超氧酸)不仅是一种弱酸而且也是一种自由基,具有极高的活性。下列说法或表示不正确的是(填序号)氧化剂是O2HO2在碱中不能稳定存在氧化产物是HO21 mol Z参加反应有1 mol电子发生转移（5）已知Z的晶胞结构如下图所示,又知Z的密度为9.00 g/cm3,则晶胞边长为cm。ZYO4常作电镀液,其
3、中YO42-的空间构型是,Y原子的杂化轨道类型是杂化。【答案】（1）非极性分子；2 （2）2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2；原子；分子间形成氢键（3）ONAl （4）Ar3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1 （5）；正四面体；sp3【解析】A元素可形成自然界硬度最大的单质，该单质为金刚石，则A为C元素；B与A同周期，核外有三个未成对电子，则B为N元素；根据X原子的第一电离能至第四电离可知，X原子的第四电离能剧增，则X表现+3价，所以X为Al元素；常温常压下，Y单质是固体，其氧化物是形成酸雨的主要物质，则Y为S元素；Z的一种同位素的质量数为63、中子数为34
4、，则质子数=6334=29，故Z为Cu元素，则：（1）AY2化学式是CS2，其结构式为S=C=S，为直线型结构，属于非极性分子，其分子中每个双键中含有1个键，所以CS2分子存在2个键。（2）X是Al元素，铝与NaOH溶液反应的离子方程式为：2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2。XB是CN，晶体与金刚石类似，属于原子晶体；B的最简单氢化物是NH3，N原子电负性大，分子间形成氢键，所以容易液化。（3）非金属性越强，电负性越强，Al、O、N元素的电负性与非金属性一致，则三种元素电负性大到小顺序为：ONAl。（4）Z为29号Cu元素，根据核外电子排布规律可知其基态原子核外电子排布式为Ar3d
5、104s1或1s22s22p63s23p63d104s1。氧气中氧元素的化合价是0价，HO2中氧元素的化合价是-0.5价，化合价降低作氧化剂，正确；HO2为超氧酸，应具有酸性，可与碱反应，故HO2在碱中不能稳定存在，正确；还原产物是HO2，错误；1molCu参加反应生成+1价铜离子，有1mol电子发生转移，正确，答案选。（5）Z为Cu元素，铜原子位于顶点和面心，每个晶胞中含有铜原子的数目为：81/8+61/2=4，晶胞中含有4个铜原子，则晶胞的质量为：设该晶胞的边长为xcm，则该晶胞体积为：x3cm3，其密度为：=9.00g/cm3，整理可得x=；硫酸根离子的中心原子S的价层电子对为：(6+2
6、)2=4，孤电子对数为：（6+2-24）2=0，故其空间结构为正四面体，S原子杂化方式为：sp3。2铁是最常见的金属材料。铁能形成 Fe(H2NCONH2）6(NO3)3三硝酸六尿素合铁()和Fe(CO)x等多种配合物。（1）基态Fe3+的M层电子排布式为;（2）尿素(H2NCONH2)分子中C、N原子的杂化方式分别是、;（3）配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x=。 Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为20.5，沸点为103，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于（填晶体类型）。（4）常温条件下，铁的晶体采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位
7、数为，如果铁的原子半径为a cm，阿伏加德常数的值为NA，则此种铁单质的密度表达式为g/cm3。【答案】（1）3s23p63d5（2）sp2 sp3（3）5 分子晶体（4）8 【解析】（1）Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe3+，Fe3+电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，则M层电子排布式为：3s23p63d5；（2）尿素（H2NCONH2）分子中C原子与O原子之间形成C=O双键，与N原子之间形成C-N单键，没有孤对电子，其杂化轨道数目为3，杂化方式为sp2杂化；尿素分子中N原
8、子的价层电子对数为(5+3)/2=4，所以N原子的杂化方式为sp3；（3）Fe原子最外层电子数为8，CO为配体，CO分子提供1对电子，则8+2x=18，故x=5；Fe（CO）x常温下呈液态，熔沸点低，易溶于非极性溶剂，可判断Fe（CO）x晶体属于分子晶体；（4）Fe元素对应的单质在形成晶体时，采用如图2所示的堆积方式，则这种堆积模型为体心立方堆积，即在立方体的中心有一个铁原子，与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点，所以铁的配位数为8，每个晶胞中含有的铁原子数=1+81/8=2，如果Fe的原子半径为acm，其体对角线为4个原子半径距离，则晶胞棱长= cm，其密度= g/cm3。3铁、铜
9、及其化合物在日常生产、生活有着广泛的应用。请回答下列问题：（1）铁在元素周期表中的位置 。（2）配合物Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为-20.5，沸点为103，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于_（填晶体类型）Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x=_ Fe(CO)x在一定条件下发生反应：Fe(CO)x（s） Fe（s）+xCO（g）。已知反应过程中只断裂配位键，由此判断该反应所形成的化学键类型为 。（3）写出CO的一种常见等电子体分子的结构式_；两者相比较沸点较高的为_（填化学式）CN中碳原子杂化轨道类型为 ，S、N、O三元素的第一电离能最大的为
10、（用元素符号表示）。（4）铜晶体中铜原子的堆积方式如右图所示。基态铜原子的核外电子排布式为 。每个铜原子周围距离最近的铜原子数目 。（5）某M原子的外围电子排布式为3s23p5，铜与M形成化合物的晶胞如附图所示（黑点代表铜原子）。该晶体的化学式为 。已知铜和M的电负性分别为1.9和3.0，则铜与M形成的化合物属于 （填“离子”、“共价”）化合物。已知该晶体的密度为 g.cm3，阿伏伽德罗常数为NA，则该晶体中铜原子和M原子之间的最短距离为 pm（只写计算式）。【答案】（1）第四周期第族（2）分子晶体5 金属键（3）NN；CO； sp杂化 N （4）Ar3d104s1或1s22s22p63s23
11、p63d104s112（5）CuCl 共价【解析】1）铁元素位于第四周期第族。（2）晶体熔沸点较低，所以属于分子晶体；铁原子价电子数位8，每个一氧化碳分子提供一个电子对，所以8+2n=18, n=5, 只有配位键断裂，则形成的化学键为金属键。（3）原子个数相等，价电子数相等的微粒为等电子体，所以与一氧化碳等电子体的分子结构为NN；极性分子的熔沸点较高，因为CO为极性分子，氮气是非极性分子，所以一氧化碳的熔沸点较高。该微粒中碳原子价层电子对个数为2，所以碳原子采用sp杂化，同一周期，元素的第一电离能随着原子序数增大而成增大趋势，但第二主族。第五主族元素第一电离能大于其相邻元素，同一主族，第一电离
12、能随着原子序数的增大而减小，所以第一电离能最大的为氮元素。（4）铜为29号元素，基态铜原子的核外电子排布为Ar3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1。根据晶胞结构图可知，铜为面心立方堆积，所以每个铜原子周围距离最近的铜原子位于经过该原子的立方体的面的面心上，共12个。（5）根据价电子排布式判断出X原子为氯原子，由晶胞结构可知，铜原子处于晶胞内部，晶胞中含有4个铜原子，氯原子属于顶点和面心上，晶胞中含有的氯原子个数为81/3+61/2=4，则化学式为CuCl。电负性差值大于1.7原子间易形成离子键，小于1.7原子间形成共价键，铜和氯元素的电负性分别为1.9和3.0.差值小于
13、1.7，所以形成共价键。根据晶胞的结构可知铜原子含有M原子之间的最短距离为立方体体对角线的1/4，而体对角线为晶胞边长的倍，所以铜原子和M原子之间的最短距离为。4已知A、B、C、D、E是核电荷数逐渐增大的前四周期元素。 B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同；D原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍。A、B二种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂。E原子核外未成对电子数为4。请根据以上情况，回答下列问题：（答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）（1）A、B、C、D四种元素的电负性由小到大的顺序为_；（2）化合物C2D分子的空间构
14、型为_；（3）B、D、E三元素能形成化合物E(BD)5 ，常温下呈液态，熔点为-20.5，沸点为103。据此可判断E(BD)5晶体为_，（填晶体类型）基态E2+离子的电子排布式为_；（4）化合物CA3的沸点比化合物BA4的_(填高或低)，其主要原因是_；（5）C的第一电离能大于D的第一电离能原因是_；（6）下列叙述正确的是 _。（填字母） aA2BD分子空间构型为平面三角形，而BD2为直线形，BA4为正四面体形 bA2BD和BD2分子中的中心原子均采取sp2杂化，而CA3分子中采取sp3杂化 cN 是非极性分子，且分子中 键和 键的个数比为3：1 dBD2晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低【
15、答案】（1）HCNO（2）直线型（3）分子晶体，1S22S22P63S23P63D6。（4）高，氨气分子间存在氢键。（5）氮原子2P轨道处于半充满状态，能量低。（6）ad【解析】A、B、C、D、E是核电荷数逐渐增大的前四周期元素。 B的基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子总数相同则B原子电子总数为6，为碳元素；D原子的核外成对电子数是未成对电子数的3倍，为氧元素。A、B二种元素组成的原子个数比为1：1的化合物N是常见的有机溶剂，则为苯，A为氢元素。E原子核外未成对电子数为4，则为铁。（1）非金属性越强，电负性越大，所以电负性顺序为：HCNAsH3PH3；4 （2） NO
16、CH；d；（3） NO43（4） sp2、sp 10NA 3107 【解析】（1）砷的原子序数为33，为第四周期元素，根据核外电子排布规律可知电子排布式为：Ar3d104s24p3；由于NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点最高，由于AsH3的相对分子质量大于PH3，故AsH3的沸点高于PH3，所以沸点：NH3AsH3PH3；由晶体中镓、砷原子最外层电子数目知，镓与砷之间形成了四个共价键（其中有一个为配位键），晶体中每个镓原子、砷原子均与另外四个原子成键，故配位数为4；（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，所以
17、第一电离：NOC；同一主族元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈减小，所以第一电离：NOCH；由对硝基苯酚水合物的组成知其晶体为分子晶体，苯酚中的羟基与结晶水之间存在氢键，不同分子间还存在范德华力，氧与氢原子间形成的化学键是极性键也是键，但没有离子键，答案选d；（3）原子数和价电子数分别都相等的是等电子体，则根据等电子体知识可知，该离子的化学式为NO43；（4）在N=N=O中，边上的氮原子的价层电子对数为（5+1）2=3，所以是sp2杂化，中间氮原子的价层电子对数为（51）2=2，所以是sp杂化，根据CH3COOONO2的结构可知，每个分子中含有10个键，所以1mol PAN中含键数目
18、为10NA。以顶点为计算，与之相邻的最近的Kr位于三个面心上，而顶点的原子为8个立方体共有，每个面心上的Kr为两个立方体共有，故与每个Kr原子相紧邻的Kr原子有34=12，晶胞中含Kr原子为81/ 8+61/2=4，所以m：n=12：4=3；根据V=m/可知晶胞的体积为，所以晶胞边长a=cm3=107nm。6原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W四种元素，其中X是原子半径最小的元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Q原子基态时2p原子轨道上有2个未成对的电子，W元素的原子结构中3d能级有4个未成对电子。回答下列问题：（1）Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为，Y2X2分
19、子中键和键个数比为。（2）化合物ZX3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是。（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是。（4）元素W能形成多种配合物，如：W(CO)5等。基态W3+的M层电子排布式为。W(CO)5常温下呈液态，熔点为20.5，沸点为103，易溶于非极性溶剂，据此可判断W(CO)x晶体属于（填晶体类型），该晶体中W的化合价为。（5）下列有关的说法正确的是。A分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔沸点越高B电负性顺序：XYZQC因为晶格能CaO比KCl高，所以KCl比CaO熔点低DH2YO3的分子结构中含有一个非羟基氧，故其为中强酸
20、（6）Q和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如图，距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为。已知该晶胞密度为 g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，求晶胞边长a=cm。（用含、NA的计算式表示）【答案】（1）sp杂化3:2 （2）NH3分子间存在氢键（3）N2O（4）3s23p63d5分子晶体 0（5）BC（6）立方体【解析】原子序数依次递增且都小于36的X、Y、Z、Q、W四种元素，其中X是原子半径最小的元素，则X是H元素；Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，则Y是C元素；Q原子基态时2p原子轨道上有2个未成对的电子，则Q是O元素，则Z是N元素；W元素的原子结构
21、中3d能级有4个未成对电子。W是Cr元素或Fe元素,由于W可以形成+3价的离子，因此W只能是Fe元素。(1)Y2X2分子是乙炔C2H2，结构式是分子中Y原子轨道的杂化类型为sp杂化，Y2X2分子中键和键个数比为3:2。(2)化合物ZX3是NH3，在氨分子之间除了存在分子间作用力外还存在氢键，增加了分子之间的吸引力，使其的沸点比只有分子间作用力的化合物CH4的高.(3)等电子体是原子数相同，原子最外层电子数也相同的微粒。元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，它们是CO2与N2O，则元素Z的这种氧化物的分子式是N2O。(4)基态W3+的M层电子排布式为3s23p63d5。W(CO)5
22、常温下呈液态，熔点为20.5，沸点为103，易溶于非极性溶剂，由于其熔沸点较低，易溶于非极性溶剂，所以据此可判断W(CO)x晶体属于分子晶体，在任何化合物水所有元素正负化合价的代数和为0，因此该晶体中W的化合价为0。（5）A分子晶体中，共价键键能越大，含有该共价键的物质的分子稳定性越强，而分子晶体的熔沸点与化学键的强弱无关，只与分子之间的作用力作用，因此不能判断物质的熔沸点的高低，错误；B元素的非金属性越强，其电负性就越大。元素的非金属性HCNI1(O)I1(C) (3)ABE sp2(4)低金刚石是原子晶体，而足球烯为分子晶体(5) 【解析】（1）金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管都是碳的单质，
23、根据结构示意图可以看出它们的组成元素相同，但结构不同，所以它们互称为同素异形体，碳是6号元素，根据构造原理可知碳的基态电子排布图为。（2）根据元素周期律可知同周期元素从左向右第一电离能逐渐增大，但由于第A族和第A族元素原子最外层是稳定结构，它们都比后面一族同周期元素的第一电离能要大，所以I1(N)I1(O)I1(C)。（3）石墨是层状结构，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大p 键，正是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的
24、大p 键具有金属键的性质，而在层与层之间是通过分子间作用力相结合，所以石墨中存在共价键、金属键、分子间作用力，选ABE；石墨中碳原子采取的杂化方式是sp2杂化。（4）A为金刚石，金刚石是原子晶体，而C为足球烯，足球烯是分子晶体，所以足球烯的熔沸点比金刚石低。（5）根据金刚石晶胞的结构图可知，金刚石晶胞是面心立方堆积，8个顶点、6个面心各有一个碳原子，晶胞中四个间隔的四面体体心还各有一个碳原子，也就是说在金刚石晶胞的体对角线上连排了四个原子，并且相切，所以体对角线长度就是碳原子半径的8倍，设晶胞边长为a，碳原子的半径为r，即a=8r，因为碳原子的质量=12NA，又因为每个晶胞中含有碳原子个数=4+81/8+61/2=8，由=8(12NA）a3，得a=2，因为a=8r，所以r=cm=pm。