高中化学真题汇编物质结构与性质综合-专题用卷

物质结构与性质综合

题号一总分

得分

一、简答题(本大题共25小题，共200.0分)

1.中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物

(MgxFe2_xSi04)o回答下列问题：

(1)基态Fe原子的价电子排布式为。橄榄石中，各元素电负性大小顺序为

铁的化合价为o

(2)已知一些物质的熔点数据如下表：

物质熔点/℃

NaCl800.7

SiCl4-68.8

GeC)-51.5

SnCl4-34.1

Na与Si均为第三周期元素，NaCl熔点明显高于SiQ"原因是=分析同族元素的氯化

物SiCl-GeCl4>S11CI4熔点变化趋势及其原因。SiC^的空间结构为，其中Si

的轨道杂化形式为o

(3)一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于立方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影

图如下所示，晶胞中含有个Mg。该物质化学式为，B-B最近距离为o

2.将酥菁一钻钛一三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化

剂。回答下列问题：

(1)图1所示的几种碳单质，它们互为，其中属于原子晶体的是,C6。间的作用

石墨碳纳米管

图1

(2)献菁和钻献菁的分子结构如图2所示。

图2

酰菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是(填图2献菁中N

原子的标号)。钻献菁分子中，钻离子的化合价为,氮原子提供孤对电子与钻离子形

成键。

(3)气态AlCb通常以二聚体Al2c上的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中A1的轨道杂

化类型为。AIF3的熔点为1090,远高于AlCb的192,由此可以判断铝氟之间的化学

键为键。A*结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F-的配位数为o若晶胞

参数为apm,晶体密度「=g・cm-3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。

图3aAl2ck的分子结构图3bAIF3的晶体结构

3.近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为Fe-Sm-As-

F-0组成的化合物。回答下列问题：

⑴元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为,其沸点比N&的(填

“高”或“低”)，其判断理由是o

(2)Fe成为阳离子时首先失去轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm3+的价层

电子排布式为。

(3)比较离子半径：F-。2一(填“大于”等于"或“小于”)。

(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图1所示，晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2

图中F-和。2-共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1-x代表，则该化合物

的化学式表示为，通过测定密度p和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它

们关系表达式：p=________g-cm_3o

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，例

如图1中原子1的坐标为GH)，则原子2和3的坐标分别为、o

4.氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问

题：

(1)H、B、N中，原子半径最大的是。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素

的相似。

⑵NH3BH扮子中，N-B化学键称为键，其电子对由提供。氨硼烷在催化剂作

用下水解释放氢气：

3NH3BH3+6H2O=3NH1+B3O萨+9H2

B3O「的结构为0R、0.在该反应中，B原子的杂化轨道类型由______变为。

0人

(3)NH3B为分子中，与N原子相连的H呈正电性(H6+),与B原子相连的H呈负电性(逑一)，电

负性大小顺序是o与NH3BH3原子总数相等的等电子体是(写分子式)，其

熔点比NH3BH3(填“高”或“低”)，原因是在NH3BH3分子之间，存在

作用，也称“双氢键”。

(4)研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm、bpm、cpm,

a=P=Y=90。,氨硼烷的2x2X2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度

p=g-cm-3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。

5.钙钛矿(CaTiC>3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材

料。回答下列问题：

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为0

(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCy至Ti14熔点依次升

高，原因是o

化合物TiF4TiCl4TiBr4Til4

熔点/℃377-24.1238.3155

(3)CaTi()3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是；金属离子与氧离子

间的作用力为，Ca2+的配位数是。

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、r和有机碱离子CH3NH(，其

晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中的空间位置相同，有机碱CH3NH1中，N原子的

杂化轨道类型是；若晶胞参数为anm,则晶体密度为g•cm-3(列出计算式)。

(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘，降低了器

件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铺(Eu)盐，提升了太阳能电池的

效率和使用寿命，其作用原理如图(c)所示，用离子方程式表示该原理、。

6.Goodenough等人因在锂离子电池及钻酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而

获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：

(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为。

(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(IQ如表所示。II(Li)>k(Na),原因是

Ii(Be)>k(B)>I](Li),原因是-

k/(kj-mol-1)

LiBeB

520900801

NaMgAl

496738578

(3)磷酸根离子的空间构型为，其中P的价层电子对数为,杂化轨道类型为

(4)LiFeP()4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中。围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它

们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePCU的单元数有一个。

(a)LiFePO4(b)Li,.xFePO4(c)FePO4

电池充电时，LiFeC)4脱出部分Li+,形成Li—xFePO。结构示意图如(b)所示，则x=

n(Fe2+)：n(Fe3+)=。

7.工业中可利用生产钛白的副产物FeSC>4・7H2。和硫铁矿(FeS?)联合制备铁精粉(FexOy)和

硫酸，实现能源及资源的有效利用。

①Fe2+的价层电子排布式为o

②比0中。和SO厂中S均为sp3杂化，比较力0中H—0—H键角和S0/中0—S—0键角的大小

并解释原因___________

@FeS04・7H2。中H2O与Fe2+、出0与SOr的作用力类型分别是

(2)FeS2晶体的晶胞形状为立方体，边长为anm,结构如图2。

①距离Fe2+最近的阴离子有个。

②FeS2的摩尔质量为120g-mor】，阿伏加德罗常数为NA。

该晶体的密度为g-cm_3o(lnm=10-9m)

(3)FeSO4•7H2。加热脱水后生成FeS04•H2O,再与FeS?在氧气中掺烧可联合制备铁精粉和硫

酸。FeSOLEO分解和Fes2在氧气中燃烧的能量示意图如图3。利用FeS?作为FeSC^•出0分

解的燃料，从能源及资源利用的角度说明该工艺的优点。

FeQ/KSO2fg)

8.Fe、Co、Ni是二种重要的金属兀素。回答下列问题:

(l)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为,基态Fe原子的电子排布式为

(2)CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为g-

cm-3：三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为

⑶Fe、Co、Ni能与Cl?反应，其中Co和为Ni均生产二氯化物，由此推断FeQ、C0CI3和C%的

氧化性由强到弱的顺序为一，Co(OH)3与盐酸反应有黄绿色气体生成，写出反应的离子方

程式：o

(4)95。(：时，将Ni片浸在不同质量分数的硫酸中，经4小时腐蚀后的质量损失情况如图所示，

当3(H2s0。大于63%时，Ni被腐蚀的速率逐渐降低的可能原因为o由于Ni与H2s。4反应

很慢，而与稀硝酸反应很快，工业上选用H2sO4和HNO3的混酸与Ni反应制备NiSOv为了提

高产物的纯度，在硫酸中添加HNC)3的方式为(填“一次过量”或“少量多次”)，此法

制备NiS()4的化学方程式为o

9.KH2P。4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2P。4晶体已应用

于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：

(1)在KH2P。4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是(填

离子符号)。

(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+T表示,与之相反的用-:表

示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为

(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ-mor】)如表：

N-NN=NP-PP=P

193946197489

从能量角度看，氮以*、而白磷以PK结构式可表示p—pP)形式存在的原因

P

是O

(4)己知KH2P。2是次磷酸的正盐，H3P。2的结构式为，其中P采取杂化方式。

(5)与P0;电子总数相同的等电子体的分子式为o

(6)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：

000000

HO-P-<^H+HQ-P-C^H+HOT~0H»HO-P-O-P-0-P-OH

OHOHOHOHOHOH

如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为0

(7)分别用O、团表示H2Poi和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显

示的是H2PO7、K+在晶胞xz面、yz面上的位置：

①若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm,阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度

为g-cm-3(写出表达式)。

②晶胞在x轴方向的投影图为(填标号)。

10.含Cu、Zn、Sn及S的四元半导体化合物(简写为CZTS),是一种低价、无污染的绿色环保

型光伏材料，可应用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题：

(1)基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为O

(2)Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是,原因是。

(3)SnCl、的几何构型为一，其中心离子杂化方式为—o

(4)将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，称其为顺磁性物质。下列物

质中，属于顺磁性物质的是一(填标号)。

A.[CU(NH3)2]C1B.[CU(NH3)4]S04

C.[Zn(NH3)4]SO4D.Na2[Zn(0H)4]

(5)如图是硫的四种含氧酸根的结构:

()

根据组成和结构推断，能在酸性溶液中将Mn2+转化为MnO,的是―(填标号)，理由是

(6)如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。

①该物质的化学式为=

②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,

例如图中A原子的坐标为(:，:，贝UB原子的坐标为o

11.CU2。广泛应用于太阳能电池领域。以CUSO4、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备C如。。

(1)CU2+基态核外电子排布式为o

(2)S0/的空间构型为(用文字描述)；Cu2+与。丁反应能生成[CU(OH)412-,

2

[CU(0H)4]-中的配位原子为(填元素符号)-

(3)抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为；推测抗坏血酸

在水中的溶解性：(填“难溶于水”或“易溶于水”)。

(4)一个012。晶胞(如图2)中，Cu原子的数目为=

12.硅材料在生活中占有重要地位。请回答：

(l)Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为,分子中氮原子的杂化轨道类型是

-Si(NH2)4受热分解生成Si3N4和Na,其受热不稳定的原因是。

(2)由硅原子核形成的三种微粒，电子排布式分别为：①[Ne]3s23P2、②[Ne]3s23pI、

③[Ne]3s23Pl4s]，有关这些微粒的叙述，正确的是。

A.微粒半径：③，①〉②

B.电子排布属于基态原子(或离子)的是：①②

C.电离一个电子所需最低能量：@>@>@

D.得电子能力：①〉②

(3)Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。该晶体类型是,该化合物的化学式为

13.1962年首个稀有气体化合物XePtFe问世，目前已知的稀有气体化合物中，含敬（54X0）的

最多，氮（36。）次之，氤QAr）化合物极少。[BrOFzMAsFe]-xK*是[BrOF2]+、[AsF6「与KrF?

分子形成的加合物，其晶胞如下图所示。

回答下列问题：

（1）基态As原子的价电子排布式为。

（2）Ar、Kr、Xe原子的活泼性依序增强，原因是。

⑶晶体熔点：KrF2XeFz（填“〉”“<"或“="），判断依据是。

（4）[BrOF21+的中心原子Br的杂化轨道类型为。

⑸[BrOFzUAsFe]7长明加合物中x=,晶体中的微粒间作用力有（填标号）。

a,氢键b,离子键c,极性共价键d,非极性共价键

14.类石墨相氮化碳（g-CsN。作为一种新型光催化材料。在光解水产氢等领域具有广阔的

应用前景，研究表明，非金属掺杂（0、S等）能提高其光催化活性。g-C3N4具有和石墨相似

的层状结构，其中一种二维平面结构如图所示。

回答下列问题：

(1)基态C原子的成对电子数与未成对电子数之比为。

(2)N、0、S的第一电离能J)大小为IMN)>IMO)>((S),原因是-

(3)g-C3N4晶体中存在的微粒间作用力有(填标号)。

a.非极性键

b.金属键

c.n键

d.范德华力

(4)g-C3N4中，C原子的杂化轨道类型为,N原子的配位数为。

(5)每个基本结构单元(图中实线圈部分)中两个N原子(图中虚线圈所示)被0原子代替，形成0

掺杂的g—CsN^OPCN)。0PCN的化学式为。

15.卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题：

(1)-40时，F?与冰反应生成H0F利HF。常温常压下，H0F为无色气休，固态H0F的晶体类型

为,H0F水解反应的产物为(填化学式)。

(2)。。2中心原子为CLCl2。中心原子为0,二者均为V形结构，但CIO?中存在大豆键(口打。C102

中Cl原子的轨道杂化方式；为0-C1-0键角Cl-0-C1键角(填“〈”或

“=”)。比较CIO2与Cl2。中C1-0键的键长并说明原因o

(3)一定条件下，CuCl2>K和F2反应生成KC1和化合物X。已知X属于四方晶系，晶胞结构如图

所示(晶胞参数a=bKc,a=0=丫=90。)，其中Cu化合价为+2。上述反应的化学方程式为

0若阿伏加德罗常数的值为NA，化合物X的密度p=_____g-cm-3(用含NA的代数式表

示)。

apm$

16.研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x-Zn(NH3)y-zC6H6的笼形

包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出)，每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a=

bWc,a=B=y=90°o回答下列问题：

ONi2+

OZn2+

(1)基态Ni原子的价电子排布式为,在元素周期表中位置为o

(2)晶胞中N原子均参与形成配位键，即2+与ZM+的配位数之比为；x:y:z=

晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是。

|)替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知毗咤中含有与苯类似的喊大n键、则

此咤中N原子的价层孤电子对占据(填标号)。

A.2s轨道B.2P轨道C.sp杂化轨道D.sp2杂化轨道

(4)在水中的溶解度，口比咤远大于苯，主要原因是①,②0

(5)[^[、I的碱性随N原子电子云密度的增大而增强，其中碱性最

弱的是o

17.CdSnAsz是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题:

(l)Sn为WA族元素，单质Sn与干燥Cl?反应生成S11CI4.常温常压下

SnCl为无色液体，S11CI4空间构型为，其固体的晶体类型

为。

(2)NH3、PH3、As%的沸点由高到低的顺序为(填化学式，下同)，还原性由强到弱的

顺序为，键角由大到小的顺序为o

(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为

螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示，lmol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有

mol,该螯合物中N的杂化方式有种。

(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，称作原子的分数坐标。

四方晶系CdSnAs?的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90。，晶胞中部分原子的分数坐标

如下表所示。

坐标

Xyz

原子

Cd000

Sn000.5

As0.250.250.125

apm

一个晶胞中有个Sn,找出距离Cd(O,O,O)最近的Sn(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶

体中与单个Sn键合的As有个。

18,非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答

下列问题：

(1)基态F原子核外电子的运动状态有种。

(2)0、F、C1电负性由大到小的顺序为；OF2分子的

空间构型为;OFZ的熔、沸点(填“高于”

或“低于”)C12O,原因是0

(3)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下

易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的

是(填标号)。

A.sp

B.sp2

C.sp3

D.sp3d

(4)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90。，该晶胞中有个

XeFz分子。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，称为原子的

分数坐标，如A点原子的分数坐标为GH)。已知Xe—F键长为rpm,贝|B点原子的分数坐标

为；晶胞中A、B间距离d=pm。

19.硅、错(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。回答下列问题：

(1)基态硅原子最外层的电子排布图为,晶体硅和碳化硅熔点较高的是(填化

学式)；

(2)硅和卤素单质反应可以得至USiXv

SiX4的熔沸点

SiF4SiCl4SiBr4Sil4

熔点/K183.0203.2278.6393.7

沸点/K187.2330.8427.2560.7

①(PC时，SiF4>SiCl4>SiBr4>Si「呈液态的是(填化学式)，沸点依次升高的原因是

,气态Six,分子的空间构型是;

②SiOj与N-甲基咪嗖)反应可以得到M2+,其结构如图所示：

a"'C

HJC-RjCl3

H3C-N

N-甲基咪陛分子中碳原子的杂化轨道类型为,H、C、N的电负性由大到小的顺

序为,1个M2+中含有个0键；

(3)如图是Mg、Ge,0三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。

©Y

Oz

①已知化合物中Ge和0的原子个数比为1：4,图中Z表示原子(填元素符号)，该化合

物的化学式为;

②已知该晶胞的晶胞参数分别为anm、bnm、cnm,a=P=y=90°,则该晶体的密度「=

g-cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。

20.很多含筑基(-SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物I可与

氧化汞生成化合物n。

CH-SH

产-SH俨「S》gO

CH—SHCH-SCH-SHCH,-S—OH

CHj-OHCHj-OHCHj—SOjNaO

1IIfflW

(1)基态硫原子价电子排布式为________0

(2)H2S,CH4＞电0的沸点由高到低顺序为______0

(3)汞的原子序数为80,位于元素周期表第周期第HB族。

(4)化合物HI也是一种汞解毒剂。化合物W是一种强酸。下列说法正确的有0

A.在I中S原子采取sp3杂化

B.在H中S元素的电负性最大

C.在I中C一C-C键角是180。

D.在HI中存在离子键与共价键

E.在W中硫氧键的键能均相等

(5)汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物I与化合物IE相比，水溶

性较好的是。

(6)理论计算预测，由汞(Hg)、错(Ge)、睇(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。

X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。

①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由

是______

②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为；该晶胞中粒子个数比Hg：

Ge：Sb=o

③设X的最简式的式量为Mr，贝灯晶体的密度为g/cm3(列出算式)。

21.硒(Sc)是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国

科学家发现聚集诱导发光(AIE)效应以来，AIE在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。

一种含Se的新型AIE分子IV的合成路线如下：

(2)iLSe的沸点低于H?O，其原因是=

(3)关于I〜HI三种反应物，下列说法正确的有。

A.I中仅有。■键B.I中的键为非极性共价键C.II易溶于水

D.II中原子的杂化轨道类型只有$p与冲’E.I〜HI含有的元素中，0电负性最大

(4)IV中具有孤对电子的原子有0

⑸硒的两种含氧酸的酸性强弱为HSeQ"SeO式填“>”或“<”)。研究发现,

给小鼠喂食适量硒酸钠(NaScO/可减轻重金属铭引起的中毒。ScO；的立体构型为

(6)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方

法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,

其晶胞结构如图1，沿x、y、z轴方向的投影均为图2。

图2

①X的化学式为

②设X的最简式的式量为M,,晶体密度为夕g-cm'，贝I1X中相邻K之间的最短距离为

nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。

22.金属埃基配位化合物在催化反应中有着重要应用。HMn(C0)5是镒的一种简单臻基配位化

合物，其结构示意图如下。

回答问题：

(1)基态铳原子的价层电子排布式为。

(2)配位化合物中的中心原子配位数是指和中心原子直接成键的原子的数目。HMn(C0)5中镒

原子的配位数为o

(3)第一电离能的大小：C0(填“大于”或“小于”)o

(4)C0歹中碳原子的杂化轨道类型是,写出一种与其具有相同空间结构的-1价

无机酸根离子的化学式___________=

(5)CH3Mn(CO)5可看作是HMn(C0)5中的氢原子被甲基取代的产物。CH3Mn(CO)5与左反应可

用于制备CH3I,反应前后镒的配位数不变，CH3Mn(CO)5与h反应的化学方程式为

(6)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，如图所示。前者的熔点明显高于后者，其主要原因是

以晶胞参数为单位长度建立坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。在晶胞

坐标系中，a点硫原子坐标为b点镒原子坐标为(0片,0),贝肥点镒原子坐标为

23.I.下列各组物质性质的比较，结论正确的是()

A.分子的极性：BC13<NC13B.物质的硬度：Nai<NaF

C.物质的沸点：HF<HC1D.在CS2中的溶解度：CC14<H20

n.铳单质及其化合物应用十分广泛。回答下列问题：

.-卡一。oo

(l)Mn位于元素周期表中第四周期一族，