高中化学压轴地的题目

压轴题六物质结构与性质(选考)

策略模型

高考结构题的考点相对稳定，在复习中要让学生抓住重点，明确考点，辨别易错点。原子核外电子排布式(价电子排布式)、杂化方式、化学键类型、晶体结构、配合物、电负性、电离能大小的比较、等电子体知识是高考的热点。

在书写电子排布式时，要注意“原子、离子、价电子、最外层”等表述；不常见分子或离子的空间构型一定要用价层电子对理论来判断，不要想当然；对等电子体的判断一般是从周期表的相邻位置来考虑；对杂化问题有时也要依据价层电子对理论来判断。另外，需要注意的是在比较第一电离能时要考虑洪特规则，而在比较电负性时，则不需要考虑。

对于晶胞结构，要做到识图、辨图、析图，最后深刻记忆，如金刚石、二氧化硅、氯化钠、氯化铯、氟化钙、干冰等；对于金属晶体的四种堆积模型，要理清半径和晶胞棱长的关系，学会空间利用率的计算方法。

1．(2014·湖北省襄阳五中、钟祥一中、夷陵中学高三三校五月联考)水是地球表面上普遍存在的化合物，我们可以用我们学习的物质结构与性质的有关知识去认识它。

(1)水的组成元素为氢和氧。氧的基态原子的价电子排布图为________，氧的第一电离能在同周期元素中由大到小排第________位。

(2)根据杂化轨道理论，水分子中的氧原子采取的杂化形式是________；根据价层电子对互斥理论，水分子的VSEPR模型名称为________；根据等电子体原理，写出水合氢离子的一个等电子体______________________________________________________________(写结构式)。

(3)水分子可以形成许多水合物。

①水分子可以作配体和铜离子形成水合铜离子[Cu(H2O)4]2＋，1 mol水合铜离子中含有σ键数目为________。

②图1是水合盐酸晶体H5O＋2·Cl－中H5O＋2离子的结构：

在该离子中，存在的作用力有__________。

a．配位键b．极性键c．非极性键d．离子键e．金属键f．氢键g．范德华力h．π键i．σ键

(4)韩国首尔大学科学家将水置于一个足够强的电场中，在20 ℃时，水分子瞬间凝固形成了“暖冰”。请从结构上解释生成暖冰的原因__________________________________

________________________________________________________________________。

(5)最新研究发现，水能凝结成13种类型的结晶体，除普通冰以外其余各自的冰都有自己奇特的性质：有在－30 ℃才凝固的超低温冰，它的坚硬程度可和钢相媲美，能抵挡炮弹轰击；有在180 ℃高温下依然不变的热冰；还有的冰密度比水大，号称重冰。图2为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸。

①该冰中的每个水分子有________个氢键。

②冰融化后，在液态水中，水分子之间仍保留有大量氢键将水分子联系在一起，分子间除了无规则的分布及冰结构碎片以外，一般认为还会有大量呈动态平衡的、不完整的多面体的连接方式。图3的五角十二面体是冰熔化形成的理想多面体结构。假设图2中的冰熔化后的液态水全部形成图3的五角十二面体，且该多面体之间无氢键，则该冰熔化过程中氢键被破坏的百分比为________。

③如果不考虑晶体和键的类型，哪一种物质的空间连接方式与这种冰连接类似？________。

(4)已知O—H…O距离为295 pm，列式计算此种冰晶体的密度________g·cm－3。

(已知2952＝8.70×104,2953＝2.57×107，2＝1.41，3＝1.73)

答案(1)

(2)sp3四面体形(答案合理即可)

(3)①12N A②abfi

(4)水分子是极性分子，在电场作用下定向有规则的排列，分子间通过氢键结合而成固体

(5)①2 ②25% ③SiO2

④

18×2

2×295×10

3

3×6.02×1023

≈1.51

解析(1)在第二周期中，第一电离能比氧大的有：Ne、F、N，处在第4位。

(3)①注意配位键属于σ键，所以1 mol [Cu(H2O)4]2＋含有σ键数目为12N A。

(5)①每个水分子周围有4个氢键，属于它自身的有2个。

②根据图2到图3的变化，4个氢键中被破坏1个，所以氢键被破坏的百分比为25%。

③图2与SiO 2晶体结构类似。 ④O —H …O 的距离为体对角线的一半， 设棱长为a ，则：

a 2＋( 2a )2＝(2×295 pm)2

a ＝

2×295

3

pm ＝ 2×295×10

－10

3

cm ， (2×295×10－10

3

)3·ρ·6.02×1023＝2×18。

ρ＝2×182×295×10－10

3

3×6.02×10

23

≈1.51 (g ·cm －3

)。 2．第四周期过渡元素Mn 、Fe 、Ti 可与C 、H 、O 形成多种化合物。 (1)下列叙述正确的是________(填字母)。 A ．HCHO 与水分子间能形成氢键

B ．HCHO 和CO 2分子中的中心原子均采用sp 2

杂化

C ．苯分子中含有6个σ键和1个大π键，苯是非极性分子

D ．CO 2晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低 (2)Mn 和Fe

Mn 元素价电子排布式为________，气态Mn 2＋

再失去一个电子比气态Fe 2＋

再失去一个电子难，其原因是________________________________________________________________________。 (3)铁原子核外有________种运动状态不同的电子。

(4)根据元素原子的价电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域，其中Ti 属于________区。

(5)Ti 的一种氧化物X ，其晶胞结构如下图所示，则X 的化学式为_______________。

(6)电镀厂排放的废水中常含有剧毒的CN －

离子。可在X 的催化下，先用NaClO 将CN －

氧化成

CNO －，再在酸性条件下CNO －

继续被NaClO 氧化成N 2和CO 2。

①H 、C 、N 、O 四种元素的电负性由小到大的顺序为________________________________。 ②与CNO －

互为等电子体微粒的化学式为__________________________(写一种即可)。 ③氰酸(HOCN)是一种链状分子，它与异氰酸(HNCO)互为同分异构体，其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，试写出氰酸的结构式__________________________________。 答案 (1)AD (2)3d 5

4s 2

Mn 2＋

转化为Mn 3＋

时，3d 能级由较稳定的3d 5

半充满状态转变为不稳定的3d 4

状态(或Fe 2＋

转化为Fe 3＋

时，3d 能级由不稳定的3d 6

状态转变为较稳定的3d 5

半充满状态。) (3)26 (4)d (5)TiO 2

(6)①H

等任选一个 ③N ≡C —O —H

解析 (1)B 项，CO 2分子中心原子采用sp 杂化；C 项，苯分子应含有12个σ键1个大π键。

(5)Ti ：8×18＋1＝2；O ：2＋4×1

2＝4，X 的化学式为TiO 2。

3．现有六种元素，其中A 、B 、C 、D 为短周期主族元素，E 、F 为第四周期元素，它们的原子

(1)A 的基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有________个方向，原子轨道呈________形。

(2)E 2＋

的基态核外电子排布式为____________。

(3)A 、B 、C 三种元素的最简单氢化物的熔点由低到高的顺序是____________。A 、B 、C 三种元素中与AC 2互为等电子体的分子的结构式为__________。(用元素符号表示)

(4)BD 3中心原子的杂化方式为________________，其分子空间构型为________________。 (5)用晶体的X 射线衍射法对F 的测定得到以下结果：F 的晶胞为面心立方最密堆积(如下图)，又知该晶体的密度为9.00 g ·cm －3

，晶胞中该原子的配位数为____________________；

F的原子半径是________cm；(阿伏加德罗常数为N A，要求列式计算)

答案(1)3 纺锤(或哑铃)

(2)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

(3)H2O>NH3>CH4N===N===O

(4)sp3三角锥形

(5)12 1.28×10－8

解析根据各元素的信息，A为C，B为N，C为O，D为Cl，E为Mn，F是Cu。

(3)H2O、NH3、CH4中只有CH4不存在分子间氢键。(4)NCl3中有一对孤电子对，N原子采用sp3杂化，其分子空间构型为三角锥形。

(5)设半径为a cm，则面对角线为4a，棱长为22a，(22a)3·ρ·N A＝4×64 g·mol－1

a3＝

16 2·ρ·N A

a＝316

2×9.00×6.02×1023

≈1.28×10－8 (cm)。

4．碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物，而且还能形成多种无机化合物，同时自身可以形成多种单质，碳及其化合物的用途广泛。

(1)C60分子中每个原子接2个单键和一个双键，它与F2发生加成反应，其加成产物的分子式为________；C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为________(用含N A的式子表示)。

(2)干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较中正确的是________。a．晶体的密度：干冰>冰

b．晶体的熔点：干冰>冰

c．晶体中的空间利用率：干冰>冰

d．晶体中分子间相互作用力类型相同

(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的有________。

a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化

b．晶体中共价键的键长：金刚石C—C<石墨中C—C

c．晶体的熔点：金刚石>石墨

d．晶体中共价键的键角：金刚石>石墨

e ．金刚石晶体中只存在共价键，石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力；

f ．金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体

(4)立方BN 结构与金刚石相似，晶胞结构如右图，在BN 晶体中，B 原子周围最近的N 原子所构成的立体图形为________，B 原子与N 原子之间共价键与配位键的数目比为________，一个晶胞中N 原子数目为________。

(5)碳与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为____________，金属铜采用面心立方最密堆积，则Cu 的晶体中Cu 原子的配位数为____________。已知Cu 单质的晶体密度为ρ g ·cm －3

，Cu 的相对原子质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，则Cu 的原子半径为________________________________________________________________________。

答案 (1)C 60F 60 2 880

N A

g

(2)ac (3)ae (4)正四面体 3∶1 4

(5) 12 24×34M ρN A

cm

解析 (1)C 60中双键个数为1

2

×60＝30，加成产物的分子式为C 60F 60。

x ·N A ＝4×720 g ·mol －1

x ＝4×720 g ·mol －1

N A ＝2 880N A

g 。

(2)A 项，干冰是面心立方堆积而冰是体心立方堆积，所以干冰的密度大于冰。

(4)B 原子最外层有3个电子，所以B 原子与N 原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。 (5)设晶胞的棱长为a 。 则a 3

·ρ·N A ＝4M

a ＝

3

4M

ρ·N A

面对角线为 2

3

4M

ρ·N A

。设铜原子半径为r ，则 4r ＝ 2

3

4M ρN A

r ＝2

4× 34M ρN A

cm 。

5．A 、B 、C 、D 、E 、F 六种元素的原子序数依次增大。A 的最高正价和最低负价的绝对值相等。B 的基态原子有3个不同的能级且各能级中电子数相等。D 的基态原子与B 的基态原子的未成

对电子数目相同，E 的基态原子的s 能级的电子总数与p 能级的电子数相等，F 的基态原子的3d 轨道电子数是4s 电子数的4倍。请回答下列问题：

(1)F 的基态原子价电子排布式为____________________________________________。 (2)B 、C 、D 、E 的原子的第一电离能由小到大的顺序为________。(用元素符号回答) (3)下列关于B 2A 2分子和A 2D 2分子的说法正确的是________。 A ．分子中都含有σ键和π键 B ．中心原子都是sp 杂化

C ．都是含极性键和非极性键的非极性分子

D ．互为等电子体

E ．B 2A 2分子的沸点明显低于A 2D 2分子

(4)F 2＋

能与BD 分子形成[F(BD)4]2＋

，其原因是BD 分子中含有________。

(5)由B 、E 、F 三种元素形成的一种具有超导性的晶体，晶胞如右图所示。

B 位于E 和F 原子紧密堆积所形成的空隙当中。与一个F 原子距离最近的F 原子的数目为 ________________________________________________________________________， 该晶体的化学式为________________________________________________________。 若该晶体的相对分子质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，B 、E 、F 三种元素的原子半径分别为

r 1 pm 、r 2 pm 、r 3 pm ，则该晶体的密度表达式为________ g ·cm －3。

答案 (1)3d 8

4s 2

(2)Mg

1030

M 22

r 2＋r 3

3

N A

解析 根据已知条件，A 为H ，B 为C ，D 为O ，所以C 为N ，E 为Mg ，F 为Ni 。(3)C 2H 2与H 2O 2比较，H 2O 2中无π键，H 2O 2中的氧采用sp 3

杂化，H 2O 2为极性分子。(4)Ni 2＋

为中心离子，而CO 为配体；配体提供孤电子对。(5)在此晶胞中C ：1、Mg ：1、Ni ：3。所以化学式为MgNi 3C 。设棱长为a ，则2a 2

＝(2r 3＋2r 2)2

，a ＝2(r 2＋r 3)。

a ＝2(r 2＋r 3)×10－10cm 。

a 3·ρ·N A ＝M 。

ρ＝M a 3·N A ＝M 22r 2＋r 33·10－30·N A

＝

1030M

22r 2＋r 33

N A

。