单元卷十九 物质结构与性质(选考)
单元高考导向卷
可能用到的相对原子质量：
H—1 C—12 N—14 O—16 Na—23 Mg—24 Al—27 Si—28 P—31 S—32 Cl—35.5 K—39 Fe—56 Cu—64 Zn—65
1．(2015·课标全国Ⅰ，37)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253 K，沸点为376 K，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。
2．(2015·课标全国Ⅱ，37)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相
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＋
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＝0.566 nm，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·cm3 )________。
－
3．(2014·课标全国Ⅱ，37)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：
(1)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)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是_________________________________________________________________ (填化学式，写出两种)。
(3)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________；酸根呈三角锥结构的酸是________(填化学式)。
(4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。 (5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长
的八面体结构(如图2所示)。
该化合物中阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是_____________________________________________，
判断理由是___________________________________________________________。 4．(2013·课标全国Ⅰ，37)硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：
(1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________、电子数为________________________________________________。 (2)硅主要以硅酸盐、________等化合物的形式存在于地壳中。
(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。
(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为__________________________。 (5)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 键能/(kJ·mol1) －C—C 356 C—H 413 C—O 336 Si—Si 226 Si—H 318 Si—O 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_________________________ _____________________________________________________________________。 (6)在硅酸盐中，SiO44四面体(如下图(a))通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨
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架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中Si原子的杂化形式为______________，Si与O的原子数之比为______________，化学式为________________。
5．(2015·浙江自选模块，15)(1)Cu2＋
的电子排布式是________。
(2)下列物质中既有离子键又有共价键的是________。 A．MgO C．CaCl2
(3)①关于下列分子的说法不正确的是________。
A．既有σ键又有π键
B．O—H键的极性强于C—H键的极性 C．是非极性分子
D．该物质的分子之间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键(4)下列说法正确的是________。
A．HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子 B．NH＋
4和CH4的空间构型相似
C．BF3与
都是平面型分子
D．CO2和H2O都是直线型分子
(5)下列有关性质的比较，正确的是________。 A．第一电离能：O>N
B．水溶性：CH3CH2OH>CH3CH2OCH2CH3 C．沸点：HCl>HF D．晶格能：NaCl>MgO
6．(2015·山东理综，33)氟在自然界中常以CaF2的形式存在。 (1)下列关于CaF2的表述正确的是________。 a．Ca2＋
与F－
间仅存在静电吸引作用
B．NaOH D．(NH4)2SO4
b．F的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点高于CaCl2 c．阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同 d．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电
(2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中，原因是________________________
＋
－－
___________________________________________________(用离子方程式表示)。 已知AlF36在溶液中可稳定存在。
－
(3)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为________，其中氧原子的杂化方式为________________。
(4)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g) ΔH＝－313 kJ·mol1，F—F键的键能为159 kJ·mol1，Cl—Cl键的键能
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为242 kJ·mol1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ
－
·mol1。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。
－
7．(2015·福建理综，31)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)4，1 mol Ni(CO)4中含有________ mol σ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 分子直径/nm 分子 CH4 CO2 0.436 0.512 分子与H2O的结合能E/kJ·mol1 －16.40 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0.586 nm，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_______________________________________________。
参考答案
单元十九 物质结构与性质(选考)
【单元高考导向卷】
1．解析 (1)基态14C原子核外电子排布式为1s22s22p2，2个s轨道分别存在1对自旋相反的电子，2p轨道上的2个电子自旋方向相同。(2)碳原子有4个价电子，不易得电子也不易失电子，故键型以共价键为主。(3)CS2与CO2互为等电子体，结构式为S=C=S，分子中含2个σ键、2个π键，因此碳原子采用sp杂化。与CS2互为等电子体的分子或离子，与其具有相同空间构型和键合形式，可用如下两种方法寻找其等电子体，一是同主族替换，如CO2、COS，二是“左右移位、平衡电荷”，如SCN、OCN等。(4)Fe(CO)5的熔沸点低，为分子晶1体。(5)①由图可知，石墨烯中每个碳被3个六元环所共有，每个六元环占有的碳原子数为6×3＝2。②金刚石晶体中每个碳原子被12个环所共有。六元环呈船式或椅式结构，最多有4个原子共平面。
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 2．解析 由C元素原子核外电子总数是最外层电子数的3倍可知，C是磷元素；由A2和
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B具有相同的电子构型，且A、B原子序数小于15可知，A是氧元素，B是钠元素；A、B、C、D四种元素的原子序数依次增大，C、D为同周期元素，且D元素最外层有一个未成对电子，因此D是氯元素。(1)元素的非金属性O>Cl>P，则电负性O>Cl>P，Na是金属，其电负性最小；P的电子数是15，根据构造原理可写出其核外电子排布式。(2)氧元素有O2和O3两种同素异形体，相对分子质量O3>O2，范德华力O3>O2，则沸点O3>O2。A和B的氢化物分别是H2O和NaH，所属晶体类型分别为分子晶体和离子晶体。(3)PCl3分子中P含有一对孤电子对，其价层电子对数为4，因此其立体构型为三角锥形，中心原子P的杂化轨道类型为sp3杂化。(4)Cl2O分子中心原子O原子含有2对孤电子对，其价层电子对数为4，因此其立体构型为V形；根据电子守恒和质量守恒可写出Cl2与湿润的Na2CO3反应的化学方11
程式。(5)根据化合物F的晶胞结构，利用均摊法可计算出氧原子个数：N(O)＝8×＋6×＝4，
82钠原子全部在晶胞内，N(Na)＝8，因此F的化学式为Na2O；以顶角氧原子为中心，与氧原子距离最近且等距离的钠原子有8个，即晶胞中A 原子的配位数为8；晶胞参数即晶胞的
＋
4×62 g/mol
－
6.02×1023 mol1m3
棱长a＝0.566 nm，晶体F的密度＝＝－73＝2.27 g/cm。 V（0.566×10 cm）答案 (1)O 1s22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
(2)O3 O3相对分子质量较大，范德华力较大 分子晶体 离子晶体 (3)三角锥形 sp3杂化
(4)V形 4 2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3==Cl2O＋CO2＋2NaCl) (5)Na2O 8
4×62 g/mol3
－1＝2.27 g/cm 323（0.566×10 cm）×6.02×10 mol
－73．解析 根据题意经推断可知，a、b、c、d、e依次为H、N、O、S、Cu。
(1)根据同周期和同主族元素第一电离能的变化规律和N原子的价层电子结构特点(2p轨道半充满)，可知，N、O、S的第一电离能大小顺序为I(N)>I(O)>I(S)；Cu的价层电子排布式
为3d104s1，其价层电子轨道示意图为
。
(2)H与N、O、S形成的二元化合物分别为NH3、N2H4、H2O、H2O2、H2S。其中NH3分子呈三角锥形；中心原子的杂化方式为sp3杂化；根据分子结构式可知，分子中只含极性共价键的有：NH3、H2O、H2S，既含极性键又含非极性键的分子有N2H4和H2O2。
(3)这些元素形成的含氧酸有HNO2、HNO3、H2SO4、H2SO3，其中HNO2和HNO3分子中的中心原子的价层电子对数为呈三角锥结构。
1
(4)晶胞中O原子的个数为8×＋1＝2，Cu原子个数为4，两种原子个数比Cu∶O＝2∶1，
8其化学式为Cu2O。铜离子的电荷数为＋1。
(5)H、N、O、S、Cu这五种元素形成离子个数比为1∶1型离子化合物中，呈四面体结构的阴离子只有SO2由图2知该阳离子为Cu(NH3)4(H2O)2其中存在的化学键类型有共价键4；2，
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＋
5＋16＋2－－
＝3，H2SO4和H2SO3为＝4；SO2SO24呈四面体结构，324
和配位键，由于H2O与Cu2的配位键比NH3与Cu2的弱，故该化合物加热时先失去H2O。
＋
＋
答案 (1)N (2)sp3 H2O2、N2H4 (3)HNO2、HNO3 H2SO3 (4)＋1 (5)SO24 共价键和
－
配位键
H2O H2O与Cu2的配位键比NH3与Cu2的弱
＋
＋
4．解析 (1)Si的最外层也是能量最高的能层为3s23p2，每个能层上原子轨道数＝n2。
11
(3)金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是，即6×＝3。
22(5)表给出了许多键能数据，解释物质的存在、稳定性都要从表格数据中挖掘有效信息——同类型的化学键键能的大小。
(6)在多硅酸根中每个硅原子都与4个O形成4个Si—O单键，因而Si原子都是sp3杂化；观察图(b)可知，每个四面体通过两个氧原子与其它四面体连接形成链状结构，因而每个四1
面体中硅原子数是1，氧原子数＝2＋2×＝3，即Si与O的原子个数比为1∶3，化学式为
2
nSiO23n。
－
答案 (1)M 9 4 (2)二氧化硅 (3)共价键 3 (4)Mg2Si＋4NH4Cl===SiH4＋4NH3＋2MgCl2 (5)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 (6)sp3
n21∶3 SiO23n(或SiO3)
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－
5．解析 (1)Cu的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，失去2个电子生成Cu2，Cu2的电
＋
＋
子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。
(2)A选项，MgO中只含有离子键，所以不符合题意；B选项，NaOH中既含有离子键又含有共价键，所以符合题意；C选项，CaCl2中只含有离子键，所以不符合题意；D选项，(NH4)2SO4中既含有离子键又含有共价键，所以符合题意。(3)A选项，分子中含有碳碳双键，因此既有σ键又有π键；B选项，O的电负性强于C的，因此O—H键的极性强于C—H键的极性；C选项，该分子结构不对称，因此属于极性分子；D选项，该分子含有羟基，分子之间能形成氢键。(4)A选项，HOCH2CH(OH)CH2OH分子中没有手性碳原子，不属于手性分子，所以错误；B选项，两种微粒均为正四面体结构，所以正确；C选项，BF3为平面正三角形结构，苯为平面正六边形结构，两者均属于平面型分子，所以正确；CO2分子为直线型结构，H2O分子为“V”形结构，所以错误。(5)A选项，N的第一电离能大于O的第一电离能，所以错误；B选项，乙醇分子中有亲水基团，乙醚分子中无亲水基团，所以正确；C选项，HF分子间存在氢键，沸点比HCl高，所以错误；D选项，MgO中离子电荷数比NaCl中离子电荷数多，且离子半径小，MgO的晶格能大于NaCl的晶格能，所以错误。 答案 (1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 (2)BD (3)CD (4)BC (5)B
6．解析 (1)a.Ca2与F间既存在静电吸引作用又存在静电斥力，错误；b.CaF2与CaCl2中
＋
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离子所带电荷数相同，而F的离子半径小于Cl，故晶格能：CaF2＞CaCl2，所以CaF2的熔点高于CaCl2，正确；c.晶体构型还与离子的大小有关，所以阴阳离子比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，错误；d.离子晶体在熔融时发生电离从而导电，正确。(2)CaF2
3
难溶于水，但可溶于含Al3的溶液中，是因为生成了AlF36，离子方程式为3CaF2＋Al
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===3Ca2＋AlF36。(3)OF2中O原子与2个F原子形成了2个σ键，O原子还有2对孤对电子，所以O原子的杂化方式为sp3杂化，其空间构型为V形。(4)根据ΔH与键能的关系可得：
242 kJ·mol1＋159 kJ·mol1×3－ECl－F×6＝－313 kJ·mol1，解得Cl－F键的平均键能为ECl－F
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＝172 kJ·mol1。组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔沸
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点越高，故ClF3的熔、沸点比BrF3的低。 答案 (1)bd (2)3CaF2＋Al3===3Ca2＋AlF36
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(3)V形 sp3杂化 (4)172 低
7．解析 (1)元素的非金属性越强，其电负性越大。因为元素的非金属性由强到弱的顺序为：O＞C＞H，所以元素的电负性从小到大的顺序为：H＜C＜O；(2)a项，固态CO2是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的分子晶体，正确；b项，CH4分子中含有极性共价键，但由于该分子中的共价键排列对称，因此该分子是非极性分子，错误；c项，固态时CH4和CO2都是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合，分子间作用力越强，物质的熔沸点就越高，而不是取决于分子内共价键的强弱，错误；d项，CH4分子中碳原子形成的都是σ键，C原子采取sp3杂化，而CO2分子中的C原子与两个O原子形成的是碳氧双键，含有2个σ键和2个π键，C原子采取sp杂化，正确。故答案选a、d。(3)①28号元素Ni的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2；该元素位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族。②Ni能与CO形成正四面体型的配合物Ni(CO)4，在每个配位体中含有1个σ键，在每个配位体与中心原子之间也形成1个σ键，所以1 mol Ni(CO)4中含有8 mol σ键。(4)①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力分别是分子间作用力(也叫范德华力)和氢键。②根据表中的数据可知，笼状结构的空腔直径为0.586 nm，大于CO2分子的直径(0.512 nm)，而且CO2与H2O分子之间的结合力大于CH4，因此可以实现用CO2置换出“可燃冰”中CH4的设想。 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
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