高考化学专题18物质结构与性质.docx
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高考化学专题18物质结构与性质
专题18物质结构与性质
1．锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。
回答下列问题：
（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________，有________个未成对电子。
（2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。
从原子结构角度分析，原因是________________________________________。
（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_________________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
－49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
（4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。
Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________。
（5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。
（6）晶胞有两个基本要素：
①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。
如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（
，0，
）；C为（
，
，0）。
则D原子的坐标参数为________。
②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。
已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为________g·cm－3（列出计算式即可）。
对照晶胞图示，坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置（体对角线
处），由B、C点坐标可以推知D点坐标。
②类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝
×107g·cm－3。
答案：
（1）3d104s24p2 2
（2）Ge原子半径大，原子间形成的σ单键的键长较长，p p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键
（3）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。
原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强
（4）O>Ge>Zn （5）sp3 共价键
（6）①（
，
，
） ②
×107
2．东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。
回答下列问题：
（1）镍元素基态原子的电子排布式为________，3d能级上的未成对电子数为________。
（2）硫酸镍溶于氨水形成[Ni（NH3）6]SO4蓝色溶液。
①[Ni（NH3）6]SO4中阴离子的立体构型是________。
②在[Ni（NH3）6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键原子是________。
③氨的沸点________（填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是________；氨是________分子（填“极性”或“非极性”），中心原子的轨道杂化类型为________。
（3）单质铜及镍都是由________键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为：
ICu＝1958kJ·mol－1、INi＝1753kJ·mol－1，ICu>INi的原因是___________________。
（4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
②若合金的密度为dg·cm－3，晶胞参数a＝________nm。
答案：
（1）1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
（2）①正四面体 ②配位键 N ③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
（3）金属 铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子
（4）①3∶1 ②
×107
3．砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。
回答下列问题：
（1）写出基态As原子的核外电子排布式________。
（2）根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As。
（填“大于”或“小于”）
（3）AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。
（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是____________。
（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。
该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。
Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
解析：
本题考查物质结构与性质知识，意在考查考生对相关原理的应用能力。
（1）根据构造原理可写出基态As原子的核外电子排布式。
（2）同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。
Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。
（3）AsCl3的中心原子（As原子）的价层电子对数为（5＋1×3）/2＝4，所以是sp3杂化。
AsCl3的立体构型为三角锥形。
（4）根据晶体类型比较熔点。
一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。
（5）根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。
首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：
8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。
4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×（
π×10－30×r
＋
π×10－30×r
）cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即（
＋
）g，所以1个晶胞的体积V2＝
（MAs＋MGa）cm3。
最后V1/V2即得结果。
答案：
（1）[Ar]3d104s24p3
（2）大于 小于 （3）三角锥形 sp3
（4）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
（5）原子晶体 共价
×100%
4．碳及其化合物广泛存在于自然界中。
回答下列问题：
（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。
在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________。
（3）CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。
（4）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。
（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
答案：
（1）电子云 2
（2）C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构
（3）σ键和π键 sp CO2、SCN－（或COS等）
（4）分子 （5）①3 2 ②12 4
5．A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。
回答下列问题：
（1）四种元素中电负性最大的是________（填元素符号），其中C原子的核外电子排布式为________。
（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________（填分子式），原因是________；A和B的氢化物所属的晶
体类型分别为________和________。
（3）C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。
（4）化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为________。
（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566nm，F的化学式为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度（g·cm－3）________。
答案：
（1）O 1s22s22p63s23p3（或[Ne]3s23p3）
（2）O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 分子晶体 离子晶体
（3）三角锥形 sp3
（4）V形 4 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl（或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl）
（5）Na2O 8
＝2.27g·cm－3
6．填写下列空白。
（1）周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。
a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。
回答下列问题：
b、c、d中第一电离能最大的是________（填元素符号），e的价层电子轨道示意图为________。
（2）现有部分前36号元素的性质或原子结构如下表。
元素编号
元素性质或原子结构
R
基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子
S
单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性
T
基态原子3d轨道上有1个电子
X
①R元素的第一电离能大于其同周期相邻元素的第一电离能，原因是________________
________________________________________________________________________。
②S元素的常见化合价为________，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
③T元素的原子N能层上电子数为________。
④X的核外电子排布图违背了________。
用X单质、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。
燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
（1）N
（2）①N原子2p轨道半充满，能量低，稳定
②－1 F的电负性最强，只能得1个电子 ③2
④能量最低原理 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光（子）的形式释放能量
7．已知X、Y、Z、W、K五种元素均位于元素周期表的前四周期，且原子序数依次增大。
元素X是周期表中原子半径最小的元素；Y的基态原子中电子占据了三种能量不同的原子轨道，且这三种轨道中的电子数相同；W位于第二周期，其原子核外成对电子数是未成对电子数的3倍；K位于ds区且原子的最外层电子数与X的相同。
请回答下列问题（答题时，X、Y、Z、W、K用所对应的元素符号表示）：
（1）Y、Z、W元素的第一电离能由大到小的顺序是______________。
（2）K的电子排布式是______________。
（3）Y、Z元素的某些氢化物的分子中均含有18个电子，则Y的这种氢化物的化学式是__________；Y、Z的这些氢化物的沸点相差较大的主要原因是
________________________________________________________________________。
（4）若X、Y、W形成的某化合物（相对分子质量为46）呈酸性，则该化合物分子中Y原子轨道的杂化类型是________；1mol该分子中含有σ键的数目是________。
（5）Z、K两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式是________，Z原子的配位数是________。
答案：
（1）N>O>C
（2）1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）
（3）C2H6 氮的氢化物（N2H4）分子间存在氢键
（4）sp2 4NA （5）Cu3N 6
易错起源1、分子间作用力与物质的性质
例1．科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。
（1）CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为_______________________________________。
（2）下列关于CH4和CO2的说法正确的是________（填序号）。
a．固态CO2属于分子晶体
b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2
d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
（3）在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。
①基态Ni原子的电子排布式为________，该元素位于元素周期表的第________族。
②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）4，1molNi（CO）4中含有________molσ键。
（4）一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构（如下图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表。
CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。
参数
分子
分子直径/nm
分子与H2O的结合能
E/kJ·mol－1
CH4
0.436
16.40
CO2
0.512
29.91
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_______________________________。
②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。
已知上图中笼
状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是_____________________________________。
答案
（1）H、C、O
（2）ad
（3）①1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 Ⅷ ②8
（4）①氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合力大于CH4
【变式探究】
（1）①BF3与一定量的水形成（H2O）2·BF3晶体Q，Q在一定条件下可转化为R：
晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及________（填序号）。
a．离子键 b．共价键 c．配位键 d．金属键e．氢键 f．范德华力
②已知苯酚具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；水杨酸第一级电离形成的离子
能形成分子内氢键。
据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2（水杨酸）________Ka（苯酚）（填“＞”或“＜”），其原因是__________________。
（2）碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/（kJ·mol－1）
356
413
336
226
318
452
①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是______________________。
②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_________________。
答案
（1）①a、d ②<
中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋
（2）①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成
②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。
而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
【名师点睛】三种化学键的比较
类型
比较
离子键
共价键
金属键
非极性键
极性键
本质
阴、阳离子间通过静电作用形成
相邻原子间通过共用电子对（电子云重叠）与原子核间的静电作用形成
金属阳离子与自由电子间的作用
成
键条件（元素种类）
成键原子的得、失电子能力差别很大（活泼金属与非金属之间）
成键原子得、失电子能力相同（同种非金属）
成键原子得、失电子能力差别较小（不同非金属）
同种金属或不同种金属（合金）
特征
无方向性无饱和性
有方向性、饱和性
无方向性无饱和性
表示方式（电子式）举例
Na＋[
]－
H
H
H
存在
离子化合物（离子晶体）
单质H2，共价化合物H2O2，离子化合物Na2O2
共价化合物HCl，离子化合物NaOH
金属单质（金属晶体）
【锦囊妙计，战胜自我】范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力
氢键
共价键
概念
物质分子之间普遍存在的一种相互作用力，又称分子间作用力
已经与非金属性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个非金属性很强的原子之间的作用力
原子间通过共用电子对形成的相互作用
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、非极性共价键、配位键
存在
范围
分子间
某些含强极性键氢化物的分子间（如HF、H2O、NH3）或含F、N、O及H的化合物的分子内或其分子间
双原子或多原子的分子或共价化合物和某些离子化合物中
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素
①组成和
结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大
②相对分子质量相近的分子，分子极性越强，分子间作用力越大
对于A—H…B，A、B的非金属性越强，B原子的半径越小，氢键越牢固
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
对物质性质的影响
影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质
分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大
①影响分子的稳定性；
②共价键键能越大，分子稳定性越强
易错起源2、晶体结构与物质性质
例2、碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：
（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。
在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是______________________
_________________________________________________________________。
（3）CS2分子中，共价键的类型有_____________________________________，
C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子_______________________________________________
__________________________________________________________________。
（4）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。
（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
①在石墨烯晶体中，每个
C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
答案
（1）电子云 2
（2）C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构
（3）σ键和π键 sp杂化 CO2、COS、SCN－、OCN－等
（4）分子 （5）①3 2 ②12 4
【变式探究】原子序数依次增大的短周期元素a、b、c、d和e中，a的最外层电子数为其周期数的二倍；b和d的A2B型氢化物均为V形分子，c的＋1价离子比e的－1价离子少8个电子。
回答下列问题：
（1）元素a为________，c为________。
（2）由这些元素形成的双原子分子为________。
（3）由这些元素形成的三原子分子中，分子的空间结构属于直线形的是________，非直线形的是________（写2种）。
（4）这些元素的单质或由它们形成的AB型化合物中，其晶体类型属于原子晶体的是________，离子晶体的是________，金属晶体的是________，分子晶体的是________（每空填一种）。
（5）元素a和b形成的一种化合物与c和b形成的一种化合物发生的反应常用于防毒面具中，该反应的化学方程式为_____________________。
答案
（1）C Na
（2）CO、O2、Cl2
（3）CO2、CS2 SO2、O3、SCl2、ClO2等（任写两种）
（4）金刚石 NaCl Na CO（或O2、Cl2）
（5）2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2
【名师点睛】
晶体的基本类型与性质的比较
离子晶体
分子晶体
原子晶体
金属晶体
结
构
组成微粒
阴、阳离子
分子
原子
金属阳离子和自由电子
微粒间作用力
离子键
范德华力或氢键
共价键
金属键
物理
性质
熔、沸点
较高
低
很高
一般较高，少部分低
硬度
硬而脆
小
大
一般较大，少部分小
导电性
不良（熔融可导电）
不良
不良
良导体
典型实例
离子化合物
多数非金属单质及其氧化物、氢化物等
金刚石、SiO2、晶体硅、SiC等
金属单质
【锦囊妙计，战胜自我
晶体类型的判断方法
1．依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断
（1）离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键。
（2）原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。
（3）分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用力为分子间作用力。
（4）金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用力是金属键。
2．依据物质的分类判断
（1）金属氧化物（如K2O等）、强碱（NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类都是离子晶体。
（2）大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅等）、非金属氢化物、非金属氧化物（除SiO2
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