第十一章物質結構與性質

1.(2019?海南高考)I.下列各組物質性質的比較，結論正確的是()

A.分子的極性：BC1KNCL

B.物質的硬度：NaKNaF

C.物質的沸點：HF<HC1

D.在CS2中的溶解度:CC14<H20

II.鎰單質及其化合物應用十分廣泛。回答下列問題：

(DMn位于元素周期表中第四周期族,基態Mn原子核外未成對電子有

個。

(2)MnCk可與NHa反應生成[Mn(NHa)6]C12,新生成的化學鍵為________鍵。NL分子的空

間構型為,其中N原子的雜化軌道類型為。

(3)金屬鎬有多種晶型，其中6—Mn的結構為體心立方堆積，晶胞參數為apm,6-Mn

中鎰的原子半徑為pm。已知阿伏加德羅常數的值為私，8-Mn的理論密度P=

g?cnT：'。(列出計算式)

(4)已知鎰的某種氧化物的晶胞如圖所示，其中鎬離子的化合價為,其配位數為

答案I.AB

II.(DVDB5(2)配位三角錐形sp3

典2X55

⑶4AU3X1O-30(4)+26

解析I.BCh是平面正三角形，分子中正負電荷中心重合，是非極性分子；而NCh的N

原子上有一對孤電子對，是三角錐形，分子中正負電荷中心不重合，是極性分子，所以分子

極性：BC13<NC1：HA正確；NaF、Nai都是離子晶體，陰、陽離子通過離子鍵結合，由于離子

半徑F-<r,離子半徑越小，離子鍵越強，物質的硬度就越大，所以物質硬度：NaF>NaI,B

正確；HC1分子之間只存在分子間作用力，而HF分子之間除存在分子間作用力外，還存在分

子間氫鍵，因此IIF的沸點比IIC1的高，C錯誤；CCL、C8都是由非極性分子構成的物質，1即

是由極性分子構成的物質，根據相似相溶原理可知，由非極性分子構成的溶質CCL容易溶解

在由非極性分子構成的溶劑CS,中，由極性分子IkO構成的溶質不容易溶解在由非極性分子構

成的溶劑C&中，所以溶解度：CClDHzO,D錯誤；故合理選項是AB。

II.(DMn是25號元素，在元素周期表中第四周期V11B族，根據構造原理可得基態Mn原

子核外電子排布式為Is22s22Pli3s23P63d54s2,根據核外電子排布規律可知，該原子核外的未成

對電子有5個。

(2)MnCL中的上有空軌道，而Nlh的N原子上有孤電子對，因此二者反應可形成配合

物［MrKNHjJS,則新生成的化學鍵為配位鍵。陽,的價層電子對數為3+—~」=4,且N

原子上有一對孤電子對，所以NH,分子的空間構型為三角錐形，其中N原子的雜化軌道類型為

Sp3雜化。

(3)體心立方結構中Mn原子在晶胞頂點和體心內，體對角線為Mn原子半徑的4倍，由于

晶胞參數為apm,則(apm=4r,則Mn原子半徑pm；在一個Mn晶胞中含有的Mn

2X55

-----g

原子數為8\1+1=2,則根據晶體密度。=阿得晶胞密度夕=/=.-

2義55.3

而乂107°g?cm°

(4)在晶胞中含有的Mn離子數目為：JX12+1-4,含有的0離子數目為：1x8+1x6

4oZ

=4,Mn離子：0離子=4:4=1：1,所以該氧化物的化學式為MnO,化合物中元素正負化合

價代數和等于0,由于0的化合價為一2價，所以Mn的化合價為+2價：根據晶胞結構可知：

在Mn離子上、下、前、后、左、右6個方向各有一個0離子，所以Mn離子的配位數是6。

2.(2018?海南高考改編)I.下列元素或化合物的性質變化順序正確的是()

A.第一電離能：Cl>S>P>Si

B.共價鍵的極性：HF>HCl>HBr>HI

C.晶格能:NaF>NaCl>NaBr>NaI

D.熱穩定性：MgCO3>CaCO3>SrCO3>BaCO：i

U.黃銅礦是主要的煉銅原料，CuFeSz是其中銅的主要存在形式。回答下列問題：

(DCuFeSz中存在的化學鍵類型是o

下列基態原子或離子的價層電子排布圖正確的是________o

Fe"①①①①①①@

A.3d4sB.3(l4s

Fe“①①①①①Cu④④①

C.3dD.3d

(2)在較低溫度下CuFeSz與濃硫酸作用時，有少量臭雞蛋氣味的氣體X產生。

①X分子的立體構型是,中心原子雜化類型為,屬于(填''極

性”或“非極性”)分子。

②X的沸點比水低的主要原因是O

(3)CuFeSz與氧氣反應生成SOz,SO?中心原子的價層電子對數為,共價鍵的類型

有。

(4)四方晶系CuFeSz晶胞結構如圖所示。

o（：uOF.-OS

①的配位數為,S?-的配位數為。

②已知:a=8=0.524nm,c=1.032nm,為阿伏加德羅常數的值，CuFeSz晶體的密度

是g-cnT，(列出計算式)。

答案I.BC

II.(1)離子鍵'CD'(2)①V形'sp"極性’②水分子間存在氫鍵'(3)3'。鍵和n鍵

s*,—4X64+4X56+8X32

⑷①44?0.5242X1032X10~2,XAJ

解析LA項，P元素的價電子排布式為3s23d3P軌道中的電子為半滿狀態，較穩定,

難失去電子，故第一電離能比相鄰的S元素要大，故第一電離能：順序為CDP>S>Si,錯誤；

B項，電負性大小為：F>Cl>Br>I,則極性為HF>HCl>HBr>HI,正確；C項，晶格能大小主要看

電荷和半徑，此四種物質的電荷均相同，半徑：FYClYBr-VI-,因半徑越小，晶格能越大，

則晶格能：NaF>NaCl〉NaBr>NaI,正確；D項，碳酸鹽分解生成相應的氧化物和CO2,生成物中

晶格能大小順序為：Mg0>Ca0>Sr0>Ba0,晶格能越大，表明該物質越穩定，碳酸鹽生成的物質

越穩定，則其分解所需要的溫度越小，即該碳酸鹽不穩定，故熱穩定性為：

MgCO3<CaCO;!<SrCO3<BaCO：s,錯誤。

6——9X1

II.(2)①臭雞蛋氣味的氣體為硫化氫，分子中價層電子有4對，孤對電子為\—=2

對，故立體構型是V形，中心原子雜化類型為sp)有孤對電子，無對稱中心，因此為極性分

子。

(3)SOz中心原子的價層電子對數為皇=3,S、0之間以。鍵結合，同時還存在n鍵，

故共價鍵類型為。鍵和n鍵。

(4)①從晶胞圖看，1個S?連有4個原子，即引一的配位數為4?從面上的看，1個

Cu+連有2個原子，但是面上的C/還屬于另外一個晶胞，故1個Cu+實際上連有4個原子，

故Cu+的配位數為4。②從晶胞圖分析知，A，(Cu)=6X1+4X；=4,Ar(Fe)=8X^+4x1+l=

Z4oZ

4,MS)=8,所以一個晶胞中含有4個CuFeSz,根據P=與質量0=殳包上罕墳

21;，

體積V=0.524X0.524X1.032X10-cm,所以CuFeS2晶體的密度是

4X64+4X56+8X32_3

0.5242X1.032~XKT*XMG*CM°

3.(2018?全國卷II)硫及其化合物有許多用途，相關物質的物理常數如下表所示：

一

H2sS8FeS2S02SO3H2S0.I

熔點/℃-85.5115.2>600-75.516.810.3

沸點/℃—60.3444.6(分解)-10.045.0337.0

回答下列問題：

(1)基態Fe原子價層電子的電子排布圖(軌道表達式)為

,基態S原子電子占據最高能級的電子云輪廓圖為

形。

(2)根據價層電子對互斥理論，IbS、SO,、SO3的氣態分子中，中心原子價層電子對數不同

于其他分子的是。

(3)圖a為S,的結構，其熔點和沸點要比二氧化硫的熔點和沸點高很多，主要原因為

(4)氣態三氧化硫以單分子形式存在，其分子的立體構型為形，其中共價鍵的類

型有種；固體三氧化硫中存在如圖b所示的三聚分子，該分子中S原子的雜化軌道

類型為?

(5)FeS晶體的晶胞如圖c所示。晶胞邊長為anm、FeS?相對式量為例阿伏加德羅常數

的值為弧其晶體密度的計算表達式為g?cm-3；晶胞中Fe，+位于ST所形

成的正八面體的體心，該正八面體的邊長為nmo

?CDCD???

答案⑴3,14S啞鈴(紡錘)⑵H2s

(3)&相對分子質量大，分子間范德華力強

(4)平面三角2sp3

/、4〃_m

⑸褊X1021-半a

解析(1)基態Fe原子的核外電子排布式為

Is22s22P63s23P63d64s2,則其價層電子的電子排布圖(軌道表達式)為

?GXKD??

3,14s;基態S原子的核外電子排布式為Is22s22Pli3sZ3p‘，則電子占據的最

高能級是3p,其電子云輪廓圖為啞鈴(紡錘)形。

(2)根據價層電子對互斥理論可知HS、SO/、SO3的氣態分子中，中心原子價層電子對數分

別是2+6——:1V9=4、2+6——:-=3、3+6——9:X3=3,因此中心原子價層電子對數不同于其

他分子的是H2SO

(3)除、二氧化硫形成的晶體均是分子晶體，由于小相對分子質量大，分子間范德華力強,

所以其熔點和沸點要比二氧化硫的熔點和沸點高很多。

(4)氣態三氧化硫以單分子形式存在，根據(2)中分析可知中心原子含有的價層電子對數

是3,且不存在孤對電子，所以其分子的立體構型為平面三角形。分子中共價鍵的類型有2種，

即。鍵、“鍵；固體三氧化硫中存在如圖b所示的三聚分子，該分子中S原子形成4個共價

鍵，因此其雜化軌道類型為sp)

(5)根據晶胞結構可知含有Fe?'的個數是12X)+1=4,個數是8義J+6X4=4,晶胞

4oZ

邊長為anm、FeSz相對式量為M,阿伏加德羅常數的值為則其晶體密度的計算表達式為

nj44M

cm3=X1021g

°=7=V；ax'io」g?^W?cm?晶胞中F,+位于Sr所形成的正八面體

、歷

的體心，該正八面體的邊長是面對角線的一半，則為看anm。

4.(2018?全國卷HI)鋅在工業中有重要作用，也是人體必需的微量元素。回答下列問題：

(DZn原子核外電子排布式為。

(2)黃銅是人類最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu組成，第一電離能

4(Zn)/“Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是o

(3)《中華本草》等中醫典籍中，記載了爐甘石(ZnCOj入藥，可用于治療皮膚炎癥或表

面創傷。ZnC03中，陰離子空間構型為,C原子的雜化形式為。

(4)金屬Zn晶體中的原子堆積方式如下圖所示，這種堆積方式稱為。六棱柱

底邊邊長為acm,高為ccm,阿伏加德羅常數的值為私，Zn的密度為g?cm

7(列出計算式)。

答案(l)[Ar]3dzs2或Is22s3s23p'3d'°4s2(2)大于Zn核外電子排布為全滿穩定結

構，較難失電子(3)平面三角形sp2

(4)六方最密堆積(心型)一巧!——

AJX6X^-Xac

解析⑴Zn是第30號元素，所以核外電子排布式為[Ar]3dzs②或Is22s22P63s加'3dHi4s

(2)Zn的第一電離能大于Cu的第一電離能，原因是Zn的核外電子排布已經達到了每個

能級都是全滿的穩定結構，所以失電子比較困難。

(3)碳酸鋅中的陰離子為COT,根據價層電子對互斥理論，其中心原子C的價電子對數為

4—QX2+?

3+「=3,所以空間構型為平面三角形，中心C原子的雜化形式為sp?雜化。

(4)由圖可知，堆積方式為六方最密堆積。為了計算方便，選取該六棱柱結構進行計算。

六棱柱頂點的原子是6個六棱柱共用的，面心是兩個六棱柱共用，所以該六棱柱中的鋅原子

為12X：+2X)+3=6個，所以該結構的質量為舊浮go該六棱柱的底面為正六邊形，邊長

為acm,底面的面積為6個邊長為acm的正三角形面積之和，根據正三角形面積的計算公式,

6X65

該底面的面積為6X平才加，高為ccm,所以體積為6X坐%cm'。

所以密度為一

6X

65X6_3

及X6X、-Xac

5.(2017?全國卷I)鉀和碘的相關化合物在化工、醫藥、材料等領域有著廣泛的應用。

回答下列問題：

(1)元素K的焰色反應呈紫紅色，其中紫色對應的輻射波長為nm(填標號)。

A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5

(2)基態K原子中，核外電子占據最高能層的符號是,占據該能層電子的電子云

輪廓圖形狀為K和Cr屬于同一周期，且核外最外層電子構型相同，但金

屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低，原因是

(3)X射線衍射測定等發現，LAsF,中存在I；離子。口離子的兒何構型為,中心

原子的雜化形式為。

(4)KI0,晶體是一種性能良好的非線性光學材料，具有鈣鈦礦型的立體結構，邊長為a=

0.446nm,晶胞中K、I、。分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與0間的最短距離

為nm,與K緊鄰的0個數為

(5)在KIOs晶胞結構的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于________位置，0處

于位置。

答案(1)A(2)N球形K原子半徑較大且價電子數較少，金屬鍵較弱(3)V形sp3

(4)0.31512(5)體心棱心

解析(1)紫色光對應的輻射波長范圍是400~430nm(此數據來源于物理教材人教版

選修3—4)?

(2)基態K原子占據K、L、M、N四個能層，其中能量最高的是N能層。N能層上為4s電

子，電子云輪廓圖形狀為球形。Cr的原子半徑小于K且其價電子數較多，則Cr的金屬鍵強于

K,故Cr的熔、沸點較高。

(3)1"勺價層電子對數為二—=4,中心原子雜化軌道類型為sp：成鍵電子對數為2,

孤電子對數為2,故空間構型為V形。

(4)K與0間的最短距離為乎4=乎義0.446nm^O.315nm；由于K、0分別位于晶胞的

頂角和面心，所以與K緊鄰的0原子為12個。

(5)根據KIOs的化學式及晶胞結構可畫出KI。,的另一種晶胞結構，如圖，可看出K處于

體心，。處于棱心。

6.(2017?全國卷III)研究發現，在CO,低壓合成甲醇反應(C02+3H2=CH3()H+HQ)中，Co

氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應用前景。回答下列問題:

(1)C。基態原子核外電子排布式為o元素Mn與。中，第一電離能較大

的是,基態原子核外未成對電子數較多的是。

(2)C02和CHQH分子中C原子的雜化形式分別為一和―。

⑶在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為

_____________________,原因是_____________________________________

⑷硝酸鎰是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO,中的化學鍵除了。鍵外，還存在

(5)MgO具有NaCl型結構(如圖)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實

驗測得MgO的晶胞參數為a=0.420nm,則r(0")為.nm。MnO也屬于NaCl型結構，

晶胞參數為a'=0.448nm,則「(Mn*為________nm。

答案⑴Is22s?2p63s23P63dzs"或[Ar]3dzs2)0Mn

(2)spsp(

⑶HzOXHOHXXVHz乂0與CHQH均為極性分子，M中氫鍵比甲醇多；C0?與上均為非

極性分子，CO2分子量較大，范德華力較大

⑷離子鍵和“鍵(E鍵)

(5)0.1480.076

解析(DCo是27號元素，其基態原子核外電子排布式為[Ar]3d74s2或

Is22s22P63s23P63d74s)元素Mn與0中，由于0是非金屬元素而Mn是金屬元素,所以0的第一

電離能大于Mn的。0基態原子核外電子排布式為ls22s22p',其核外未成對電子數是2,而Mn

基態原子核外電子排布式為[Ar]3ds4s,，其核外未成對電子數是5,因此Mn的基態原子核外未

成對電子數比0的多。

⑵⑩和CHQH的中心原子C的價層電子對數分別為2和4,所以⑩和CH2H分子中C

原子的雜化形式分別為sp和sp\

(4)硝酸鎰是離子化合物，硝酸根和銃離子之間形成離子鍵，硝酸根中N原子與3個氧原

子除形成3個。鍵，還存在n鍵(IT：鍵)。

(5)因為O'-采用面心立方最密堆積方式，面對角線是0"半徑的4倍,即4r(02-)=?,

解得r((T)~0.148nm；根據晶胞的結構可知，棱上陰陽離子相切,因此2r(Mr?+)+2r((T)

=0.448nm,所以r(Mn")=0.076nm,

7.(2017?江蘇高考)鐵氮化合物(Fe、N,)在磁記錄材料領域有著廣泛的應用前景。某Fe.fN,

的制備需鐵、氮氣、丙酮和乙醇參與。

(l)Fe，+基態核外電子排布式為。

()

II

(2)丙酮(HsC—CTH。分子中碳原子軌道的雜化類型是,1mol丙酮分子中含

有。鍵的數目為。

(3)C、H、。三種元素的電負性由小到大的順序為。

(4)乙醇的沸點高于丙酮，這是因為o

(5)某Fe.N,的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe,形

成Cu替代型產物Fe<L,?Cu,N，。FeN轉化為兩種Cu替代型產物的能量變化如圖2所示，其中

更穩定的Cu替代型產物的化學式為。

_^_Cu替代b位置Fe型

能

量降N

乙一工/Cu替代a位置Fe型

轉化過程

圖2轉化過程的能質變化

答案(1)[Ar]3d5或Is22s22P63s23P63d5

(2)sp2和sp39mol

(3)H<C<0(4)乙醇分子間存在氫鍵(5)FesCuN

解析(l)Fe位于元素周期表的第四周期VIII族內左起第1歹U，基態Fe原子的價層電子排

布式為3d64s)基態原子失電子遵循“由外向內”規律，故Fe"基態核外電子排布式為[Ar]3d5

或Is22s22P63s驚'3d5。

()

II

(2)一C一中的C原子含有3個。鍵，該原子的雜化軌道類型為sp)—GL中的C原子

含有4個。鍵，該原子的雜化軌道類型為sp：1個丙酮分子含有的。鍵數：4X2+1=9,

故1mol丙酮分子含有9mol。鍵。

(4)乙醇比丙酮相對分子質量小，但乙醇沸點高，原因在于氫鍵和范德華力之別。乙醇含

有羥基決定了乙醇分子間存在氫鍵，丙酮的0原子在埃基中，丙酮不具備形成氫鍵的條件，

丙酮分子間只存在范德華力。氫鍵比范德華力強得多。

(5)能量低的晶胞穩定性強，即Cu替代a位置Fe型晶胞更穩定。

每個晶胞均攤Fe原子數：6x1=3,Cu原子數：8x1=l,N原子數是1,則Cu替代a

Zo

位置Fe型產物的化學式為Fe3CuN?

8.(2016?全國卷m)神化錢(GaAs)是優良的半導體材料，可用于制作微型激光器或太陽

能電池的材料等。回答下列問題:

(1)寫出基態As原子的核外電子排布式。

(2)根據元素周期律，