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专题5 物质结构与性质
第二单元 物质结构
第4讲 晶体的结构与性质的综合应用(1课时)
一、思维导图
二、题型专练
1．(2021·如皋适应性)X、Y、Z、W四种短周期元素，原子半径依次增大，X和Y位于同一周期，可组成多种化合物，其中一种是红棕色的大气污染物。Z元素的逐级电离能数据依次为738、1451、7733、10540、13630……下列有关说法正确的是(　　)
A．简单离子半径：X＞Z＞W
B．简单氢化物的沸点：Y＞X
C．电负性：X＞Y＞Z
D．W与X组成的化合物中一定不含非极性共价键
2．(2021·扬州考前调研)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，其中X、W同主族，元素X的原子最外层电子数是其内层电子数的3倍，元素W基态原子的3p轨道上有4个电子，Y是短周期中金属性最强的元素，Z是地壳中含量最多的金属元素。下列说法正确的是(　　)
A．原子半径：r(W)＞r(Z)＞r(Y)＞r(X)
B．元素Z、W的最高价氧化物对应的水化物能发生反应
C．元素Z的最高价氧化物对应水化物的碱性比Y的强
D．元素W的简单气态氢化物的热稳定性比X的强
3． (2021·徐州考前模拟)科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z “组合”成一种超分子，具有高效的催化性能，其分子结构示意图如图(Y和Y之间重复单元的 W、X未全部标出)。W、X、Z分别位于不同周期，Z是同周期中金属性最强的元素。下列说法正确的是(　　)
A．简单气态氢化物的热稳定性：X＞Y
B．第一电离能：I1(X)＞I1(Y)＞I1(Z)
C．该化合物中W、X、Y 都满足8电子稳定结构
D．W、Y、Z三种元素组成的化合物中含有离子键和共价键
4．(2021·天一、海门、姜堰、淮阴四校联考)W、X、Y、Z 均为短周期元素，原子序数依次增加，W原子的最外层电子数是次外层的3倍，X－、Y＋具有相同的电子层结构，Z 的阴离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是(　　)
A．简单离子半径：Z>W>X>Y
B．简单氢化物的沸点：W>X>Z
C．最高价氧化物对应的水化物的酸性：X>Z
D．元素第一电离能：X>W
5．(2021·南通调研)X、Y、Z、W、R是周期表中的短周期主族元素，原子序数依次增大。Y原子的最外层有4个电子，且未成对电子数和W相等，R和X同主族，RX为离子化合物。下列说法正确的是(　　)
A．简单离子半径：r(R)>r(Z)>r(W)
B．元素电负性：Z>W>Y
C．Y、Z最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>Z
D．W与R形成的化合物中可能含有共价键
6．(2021·江苏六校联考)某同学将稀氨水滴入AgNO3溶液得到银氨溶液，再加入葡萄糖加热获得光亮的银镜。下列说法正确的是(　　)
A．氨气极易溶于水主要是因为NH3与H2O可形成分子间氢键
B．银氨离子的形成是因为Ag＋提供孤电子对与NH3形成配位键
C．银镜的产生是因为葡萄糖分子中的羟基将银氨离子还原
D．图中所示的银晶体中银原子的配位数为8
7．(2021·南师附中)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。W是宇宙中最丰富的元素，W2X是维持生命过程的必需物质，WY可用于玻璃的刻蚀，ZX2是酸雨的主要形成原因之一，室温下化合物ZY4是气体。下列说法不正确的是(　　)
A．Y的第一电离能在四种元素中最大
B．W2X和ZX2的中心原子分别为sp3和sp2杂化
C．W2X的沸点高于W2Z的沸点
D．ZY4分子中原子均为8电子结构
8．(2021·淮安5月模拟)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X元素价电子排布式为2s22p2，Z元素原子的2p能级上有2个未成对电子，W与Z同主族。下列说法错误的是(　　)
A．元素Y在元素周期表中位于第二周期第ⅤA族
B．元素的电负性：XC．元素W的氧化物的水化物一定是强酸
D．四种元素中，元素X形成的化合物的种类最多
9．(2021·湖南适应性)X、Y、Z、R、W为原子序数依次增大的短周期元素，Z、W为同族元素，R的原子半径是同周期主族元素中最大的。其中，X、Y、Z、W形成的化合物可表示为[YX4]＋[XWZ4]－。下列说法正确的是(　　)
A．原子半径：W>Z>Y
B．简单氢化物的沸点：W>Z
C．Z与X、Y、R、W均可形成多种化合物
D．Z、R、W三种元素形成的化合物的水溶液呈中性
10．(2021·全国乙卷)我国嫦娥五号探测器带回1.731 kg的月球土壤，经分析发现其构成与地球土壤类似，土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素，且均不与W同族。下列结论正确的是(　　)
A．原子半径大小顺序为W>X>Y> Z
B．化合物XW中的化学键为离子键
C．Y单质的导电性能弱于Z单质的
D．Z的氧化物的水化物的酸性强于碳酸
11．(2021·全国甲卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和，也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是(　　)
A．原子半径：Z>Y>X>W
B．W与X只能形成一种化合物
C．Y的氧化物为碱性氧化物，不与强碱反应
D．W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物
12．(2021·广东卷)一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中，X的原子核只有1个质子；元素Y、Z、W原子序数依次增大，且均位于X的下一周期；元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是(　　)
A．XEZ4是一种强酸
B．非金属性：W＞Z＞Y
C．原子半径：Y＞W＞E
D．ZW2中，Z的化合价为＋2价
13．(2021·南师附中)TiO2的“纳米材料”有广泛的应用，工业上可利用TiCl4制取。 TiCl4熔点为－25 ℃，沸点为136.4 ℃。制取TiO2的反应：①2FeTiO3＋7Cl2＋3C===2TiCl4＋2FeCl3＋3CO2、②TiCl4＋O2===TiO2＋2Cl2。下列说法正确的是(　　)
A．基态Ti原子核外价电子排布式为3d24s2
B．Cl2、CO2都是含有非极性键的非极性分子
C．TiCl4晶体是离子晶体，配位数为4
D．生成1 mol FeCl3转移电子的物质的量为14 mol
14．钴的一种配位聚合物的化学式为{[Co(bte)2(H2O)2](NO3)2}n。
(1)Co基态核外电子排布式为 。
(2)NO3－的空间结构为 。
(3)bte的分子式为C6H8N6，其结构简式如题18图所示。
①[Co(bte)2(H2O)2]2+中，与Co2+形成配位键的原子是 和 (填元素符号)。
②C、H、N的电负性从大到小顺序为 。
③bte分子中碳原子轨道杂化类型为 和 。
④1mol bte分子中含键的数目为 mol。
15． I．1985年，Rousssin研究发现了第一个金属原子簇类配位化合物，其结构如图，金属原子簇类化合物与金属原子表面性质相似，具有良好的催化活性等功能。请回答下列问题：
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(1)硫可以形成SOCl2化合物，则该化合物的空间构型为__________。
(2)除了氮的氧化物之外，氮还可以形成NO。请写出氮原子杂化方式____________。
(3)上述原子簇类配合物，中心原子铁的配位原子是___________。
(4)配合物Fe(CO)5的熔点－20 ℃，沸点103 ℃。可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如下图所示。下列关于Fe(CO)5说法正确的是________。
INCLUDEPICTURE"20EHX-466.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\dfbia\\Desktop\\A2021二二轮\\20EHX-466.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\dfbia\\Desktop\\A2021二二轮\\20EHX-466.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\XX\\A2021二二轮\\20EHX-466.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\XX\\A2021二二轮\\20EHX-466.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．Fe(CO)5是非极性分子，CO是极性分子
B．Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
C．1 mol Fe(CO)5含有10 mol配位键
D．Fe(CO)5===Fe＋5CO反应中没有新化学键生成
Ⅱ．卤族元素的化合物在科研和生产中有许多重要用途。如2 mol Sb(CH3)3、2 mol Sb(CH3)2Br和2 mol Sb(CH3)Br2进行重组反应可生成空间位阻最小的离子化合物[Sb2(CH3)5]2[Sb2(CH3)2Br6]，已知Sb与N同主族。请回答：
(5)[Sb2(CH3)5]＋的结构简式为INCLUDEPICTURE"20EHX-465.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\dfbia\\Desktop\\A2021二二轮\\20EHX-465.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\dfbia\\Desktop\\A2021二二轮\\20EHX-465.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\XX\\A2021二二轮\\20EHX-465.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "D:\\XX\\A2021二二轮\\20EHX-465.TIF" \* MERGEFORMATINET ，Sb原子的杂化轨道类型为________。写出一种与CH互为等电子体的分子：________。
(6)经X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I。I的几何构型为________。
(7)一定条件下，SbCl3与GaCl3以物质的量之比为1∶1混合得到一种固态离子化合物，其组成结构可能为(a)[GaCl][SbCl]或(b)[SbCl][GaCl]，该离子化合物最可能的结构组成为________(填“a”或“b”)，理由是
______________________________________________________________________。
16．氮、磷属于同一主族元素,是组成生命体的重要元素，其单质及化合物在生活和生产中有许多重要用途。
(1)1有机铁肥中Fe的化合价为+3，Fe3+ 基态核外电子排布式为　　　　。
(2) (CH3)3N极易溶于H2O，除因为它们都是极性分子外，还因为　。
(3) 图1所示的盐可用于处理黑磷纳米材料，从而保护和控制其性质。
①该盐中碳原子的轨道杂化类型为　　　
②1 mol 该盐的阳离子含有σ键的数目为　　　　。
(4))以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。磷化硼晶体晶胞的示意图见图2，图3是晶胞沿着体对角线方向的投影图。
①图2中,原子1的分数坐标是,则原子2的分数坐标为　　　　。
②图3中“N”球表示　　　　原子(填元素符号)。
　　　　　　　 图2　　　　　　　　　　　　 　图3
17．元素周期表中第四周期的某些过渡元素(如V、Zn、Co等)在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
①基态钒原子的的外围电子排布式是 。
②V2O5的结构式如图所示，则V2O5分子中σ键和π键数目之比为 。
(2)Co(NH3)5Cl3是钴的一种配合物，中心离子的配位数为6，向100 mL 0.2 mol·L-1该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液，生成5.74 g白色沉淀。
①NO3－的空间构型为： 。
②则该配合物中配离子的化学式为： 。
(3) ZnF2是生成良好的光学基质材料KZnF3的原料，ZnF2、KZnF3两种晶体的晶胞结构如图所示：
①已知：ZnF2的熔点为872 °C，ZnCl2的熔点为275 °C，ZnBr2的熔点为394 °C，ZnBr2的熔点高于ZnCl2的原因为 。
②KZnF3晶体(晶胞顶点为K+ )中，与Zn2+最近且等距离的F－数为 。
[参考答案]：
1． C　
解析：X、Y、Z、W分别为O、N、Mg、Na。离子半径O2－＞Na＋＞Mg2＋，A错误；沸点：H2O＞NH3，B错误；电负性：O＞N＞Mg，C正确；Na2O2中存在O－O非极性共价键，D错误。
2． B　
解析：X、Y、Z、W分别为O、Na、Al、S。原子半径：r(Na)＞r(Al)＞r(S)＞r(O)，A错误；Al(OH)3能与H2SO4反应，B正确；碱性Al(OH)3＜NaOH，C错误；热稳定性H2S＜H2O，D错误。
3． D　
解析：W、X、Y、Z分别为H、C、O、Na。热稳定性CH4＜H2O，A错误；第一电离能I1(O)＞I1(C)＞I1(Na)，B错误；该化合物中H满足2电子稳定结构，C错误；NaOH中含有离子键和共价键，D正确。
4． C　
解析：W、X、Y、Z分别为O、F、Na、Cl。离子半径：Cl－> O2－>F－>Na＋，A正确；H2O、HF分子间都能形成氢键，且H2O形成的共价键比HF多，沸点：H2O>HF>HCl，B正确；F不能形成最高价氧化物的水化物，C错误；同周期元素从左向右第一电离能总体趋势增大，ⅡA和ⅤA族反常，D正确。
5． D　
解析：X、Y、Z、W、R分别为H、C、N、O、Na。离子半径r(N3－)＞r(O2－)＞r(Na＋)，A错误；电负性O＞N＞C，B错误；酸性HNO3＞H2CO3，C错误；Na2O2中既存在离子键又存在共价键，D正确。
6． A　
解析：银氨离子的形成是因为Ag＋提供的空轨道与氨分子提供的孤电子对形成了配位键，B错误；银镜的产生是因为葡萄糖分子中的醛基将银氨离子还原，C错误；银晶体中银原子的配位数为12，D错误。
7． D　
解析：W、X、Y、Z分别为H、O、F、S。F的非金属性最强，第一电离能最大，A正确；H2O中O原子采用sp3杂化，SO2分子中S原子上有一对孤电子，S采用sp2杂化，B正确；沸点H2O＞H2S，C正确；根据最外层电子可知，SF4中F原子都满足8电子稳定结构，故S中原子并不是8电子结构，D错误。
8． C　
解析：X、Y、Z、W分别为C、N、O、S。N元素位于第二周期VA族，A正确；电负性C9． C　
解析：X、Y、Z、R、W分别为H、N、O、Na、S。原子半径：S>N>O，A错误；W和Z的简单氢化物分别为H2S、H2O，水分子间存在氢键，沸点H2S10．B
解析：W、X、Y、Z依次为O、Mg、Al、Si。原子半径：Mg＞Al＞Si＞O，A错误；MgO为离子化合物，其中的化学键为离子键，B正确；铝属于导体，硅为半导体，C错误；硅酸酸性弱于碳酸，D错误。
11． D
解析：W、X、Y、Z分别为H、N、Al、S。原子半径：Y(Al)＞Z(S)＞X(N)＞W(H)，A错误；H和N可形成NH3和N2H4，B错误；Al2O3为两性氧化物，可与强酸、强碱反应，C错误；W、X和Z可形成(NH4)2S、NH4HS，两者既含有离子键又含有共价键，D正确。
12． C
解析：X、Y、Z、W、E分别为H、C、O、F、Cl。氯元素非金属性较强，其最高价氧化物的水化物HClO4是一种强酸，A正确；同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强，非金属性：F>O>C，B正确；同周期主族从左到右原子半径逐渐减小，同主族从上到下原子半径逐渐增大，原子半径：Cl>C>F，C错误；OF2中，F为－1价，O为＋2价，D正确。
13． A　
解析：Cl2和CO2都是非极性分子，Cl2中含Cl—Cl非极性键，CO2中含C===O极性键，不含非极性键，B错误；TiCl4的熔、沸点较低，TiCl4晶体是分子晶体，C错误；反应①中Fe由＋2价升至＋3价，C由0价升至＋4价，Cl由0价降至－1价，生成2 mol FeCl3转移14 mol电子，则生成1 mol FeCl3转移电子物质的量为7 mol，D错误。
14．(1)[Ar]3d74s2 (2)平面三角形
(3)① N O ② N、C、H
③ sp2 sp3 ④21
解析：(2)NO3-中N原子价层电子对数为3，无孤电子对，平面正三角形。(3)①由图可知bet中氮原子提供孤电子对，H2O中O原子提供孤电子对。③bet中有碳原子形成4根键，sp3杂化，有碳原子形成双键，sp2杂化。④注意碳原子连氢原子。
15．I．(1)三角锥形　(2)sp　(3)S、N　(4)AC
II．(5)sp3杂化　NH3(或PH3等，答案合理即可) (6)V形
(7)b　GaCl3分子中中心Ga原子的价层电子对数为3，具有空轨道，更容易与Cl－上的孤电子对结合，形成配位键，构成[GaCl]
解析：I．(1)对于SOCl2分子，其等电子体为SO，二者结构相似，根据VSEPR理论，价层电子对数为3＋(6－2×3＋2)＝4，则其空间构型为三角锥形。(2)对于NO，根据VSEPR理论，价层电子对数为2＋(5－2×2－1)＝2，根据杂化轨道理论，则中心N原子为sp杂化。(3)直接与中心原子成键的为配位原子，所以中心原子铁的配位原子是：N、S。(4)A项，Fe(CO)5对称是非极性分子，CO不对称是极性分子，正确；B项，铁的杂化轨道数为5，Fe(CO)5分子不是正四面体构型，Fe(CO)5中Fe原子不是以sp3杂化方式与CO成键，错误；C项，碳与氧、铁与碳之间形成配位键，1 mol Fe(CO)5含有10 mol 配位键，正确；D项，反应生成金属键，错误。
II.(5)根据[Sb2(CH3)5]＋的结构简式可知，该离子中Sb原子的价层电子对数均为4，故Sb原子采取sp3杂化；CH中共含有4个原子和8个价电子，则与CH互为等电子体的分子为NH3或PH3等。(6)I中中心I原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，采取sp3杂化，离子的空间构型是V形。(7)GaCl3中Ga与三个Cl原子成键后还剩余一个空的4p轨道，可以接受Cl－上的孤电子对形成配位键。SbCl中Sb原子周围有10个电子，比8电子稳定结构多2个电子，故不稳定，因此该离子化合物最可能的结构应是[SbCl][GaCl]。
16．(1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2) (CH3)3N能与水形成分子间氢键
(3)①sp3、sp2 (漏写1个扣1分，错写不得分) ②17mol(或176.021023)
(写成17NA不得分)
(4)① ②B
解析：(1)先写出26号元素铁原子的核外电子排布式[Ar]3d64s2，再由外向内失去3个电子，所以Fe3+的核外电子排布式为[Ar]3d5。(2)(CH3)3N中N原子能与水分子间形成氢键。(3)①甲基中碳原子为sp3杂化，而苯环中碳原子为sp2杂化。②注意苯环上还有C-Hσ键。(4)①原子2位于左面心，从x轴方向坐标为0.5，从y轴方向为0，从z轴方向为0.5。②从体对角线方向投影，4个B原子在图2中呈面四面体，投影中有4个原子，所以N原子表示B原子。
17．(1)① [Ar]3d34s2 ②3:2
(2)① 平面正三角形 ②[Co(NH3)5Cl]2+
(3)①两者均为分子晶体，ZnBr2的相对分子质量大于ZnCl2，ZnBr2分子间作用力更大，所以ZnBr2熔沸点更高。 ②6
解析：(1)钒为23号元素，写出核外电子排布式[Ar]3d34s2，对于副族元素，去除原子实后为外围电子排布式。(2)0.02 mol该配合物生成0.04 mol AgCl沉淀，说明有2个Cl-在外界，1个Cl-在内界与5个NH3构成六配体，注意写配离子的化学式，不是配合物的化学式。(3) ①由熔点判断两者均为分子晶体，，ZnBr2的相对分子质量大于ZnCl2，ZnBr2分子间作用力更大，所以ZnBr2熔沸点更高。②K+在晶胞顶点，共1个，则Zn2+在体心，黑球表示F-，与Zn2+最近且等距离的F－数为6。
题18图
　　图1
题5图
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题5图

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