2025年下学期高三化学物质结构与性质综合题专项训练（一）

2025年下学期高三化学物质结构与性质综合题专项训练（一）一、原子结构与元素周期律综合应用（一）核外电子排布与元素推断例题1已知短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，其原子最外层电子数之和为18。X与Y、Z、W位于不同周期，Y的最外层电子数是内层电子数的3倍，Z的单质晶体是良好的半导体材料。回答下列问题：（1）Y在元素周期表中的位置是________，其基态原子的电子排布式为________。（2）Z的最高价氧化物对应水化物的酸性弱于W的原因是________。（3）X与Y形成的化合物有两种，写出其中一种具有非极性键的化合物的电子式________，该分子的空间构型为________。解析Y的最外层电子数是内层电子数的3倍，短周期元素内层电子数为2或8，若内层为2，则最外层为6（总电子数8，即O）；若内层为8，则最外层为24（不合理），故Y为O。Z的单质为半导体材料，短周期中Si符合条件，故Z为Si。X与Y、Z、W位于不同周期，X只能为H（第一周期），则W的最外层电子数=18-1（H）-6（O）-4（Si）=7，W为Cl。（2）中酸性比较需结合非金属性：Cl的非金属性强于Si，故HClO₄酸性强于H₂SiO₃。（3）H与O形成H₂O和H₂O₂，其中H₂O₂含O-O非极性键，电子式为H:O:O:H，空间构型为二面角结构（类似一本打开的书）。（二）电离能与电负性应用例题2下表为第三周期部分元素的第一电离能数据：元素AlSiPS第一电离能（kJ/mol）5787861012773（1）解释P的第一电离能大于S的原因：。（2）比较Al和Si的电负性大小：，判断AlCl₃是离子化合物还是共价化合物的实验依据是________。解析（1）P的价电子排布为3s²3p³（p轨道半满稳定结构），S为3s²3p⁴（p轨道有一个成对电子，易失去），故P的第一电离能更大。（2）同周期从左到右电负性递增，故Si＞Al；AlCl₃熔融状态不导电，证明其为共价化合物。二、分子结构与性质综合分析（一）化学键类型与分子极性例题3含氮化合物在化工领域有重要应用。回答下列问题：（1）N₂H₄（肼）的结构式为________，分子中N原子的杂化方式为________，1molN₂H₄中含σ键的数目为________。（2）比较NH₃和NF₃的极性大小：，解释原因：。解析（1）肼的结构为H₂N-NH₂，每个N原子形成3个σ键（2个N-H，1个N-N），含1对孤电子对，杂化方式为sp³；1molN₂H₄含5molσ键（4个N-H+1个N-N）。（2）NH₃和NF₃均为三角锥形，但NH₃中N的电负性大于H，键角约107°，偶极矩方向一致；NF₃中F电负性大于N，键角约102.5°，孤电子对与键对电子偶极矩部分抵消，故极性NH₃＞NF₃。（二）配位化合物结构例题4向CuSO₄溶液中逐滴加入氨水，先产生蓝色沉淀，继续滴加氨水沉淀溶解，得到深蓝色溶液。（1）写出沉淀溶解的离子方程式：。（2）深蓝色溶液中的配离子为，其配位数为________，配位原子是________。（3）已知该配离子的空间构型为平面正方形，判断其是否存在旋光异构体：________（填“是”或“否”）。解析蓝色沉淀为Cu(OH)₂，溶解后生成[Cu(NH₃)₄]²⁺，离子方程式为Cu(OH)₂+4NH₃·H₂O=[Cu(NH₃)₄]²⁺+2OH⁻+4H₂O。[Cu(NH₃)₄]²⁺中Cu²⁺为中心离子，NH₃为配体，配位数4，配位原子为N（提供孤电子对）。平面正方形结构中，若四个配体不同则存在顺反异构，但NH₃为相同配体，故无旋光异构体。三、晶体结构与性质计算（一）晶胞参数与密度计算例题5NaCl晶体的晶胞结构如图所示（晶胞边长为apm），回答下列问题：（1）每个Na⁺周围距离最近的Cl⁻有________个，构成的空间构型为________。（2）若Na⁺和Cl⁻的半径分别为r₁pm和r₂pm，则晶胞边长a=________pm。（3）已知NaCl的摩尔质量为58.5g/mol，阿伏加德罗常数为Nₐ，则该晶体的密度ρ=________g/cm³（用含a、Nₐ的代数式表示）。解析（1）NaCl晶胞中Na⁺位于顶点和面心，每个Na⁺周围最近的Cl⁻有6个（上下左右前后），构成正八面体。（2）晶胞面对角线长度=2(r₁+r₂)，而面对角线=√2a，故a=2(r₁+r₂)/√2=√2(r₁+r₂)。（3）每个晶胞含Na⁺：8×1/8+6×1/2=4，Cl⁻：12×1/4+1=4，晶胞质量m=4×58.5/Nₐg，体积V=(a×10⁻¹⁰cm)³，密度ρ=m/V=4×58.5/(Nₐ·a³×10⁻³⁰)=234×10³⁰/(Nₐ·a³)g/cm³。（二）原子坐标与晶胞投影例题6某金属晶体的晶胞为六方最密堆积（HCP），已知晶胞参数a=b=2r（r为原子半径），c=1.633a。（1）该晶胞中原子的配位数为________，原子空间利用率为________。（2）若晶胞中A原子的坐标为(0,0,0)，则与其距离最近的原子坐标为________（至少写出2个）。解析（1）六方最密堆积配位数为12（同层6个，上下层各3个），空间利用率为74%（与面心立方堆积相同）。（2）HCP晶胞中，与(0,0,0)最近的原子包括同层的(1,0,0)、(1/2,√3/2,0)，以及上层的(1/3,2/3,1/2)、(2/3,1/3,1/2)（坐标以晶胞参数为单位）。四、综合应用题例题7碳元素可形成多种单质及化合物，如金刚石、石墨、C₆₀、CO₂等。（1）金刚石中C原子的杂化方式为________，晶体中最小环含有________个C原子。（2）石墨晶体中存在的作用力有________（填序号）：①共价键②金属键③氢键④范德华力（3）C₆₀的分子结构如图所示，每个C原子形成________个σ键和________个π键，C₆₀分子中σ键与π键的数目之比为________。（4）干冰的晶胞为面心立方结构，若晶胞边长为dcm，阿伏加德罗常数为Nₐ，则干冰的密度为________g/cm³（用含d、Nₐ的代数式表示）。解析（1）金刚石中C形成4个σ键，杂化方式sp³，最小环为六元环（椅式结构）。（2）石墨层内C-C共价键，层间范德华力，层内存在自由电子（类金属键），故选①②④。（3）C₆₀中每个C原子与3个相邻C原子形成σ键，剩余1个电子参与大π键，每个σ键被2个C共用，每个π键被60个C共用，故σ键数=60×3/2=90，π键数=60×1/2=30（或根据封闭多面体π键公式计算），数目比3:1。（4）干冰晶胞中CO₂分子数=8×1/8+6×1/2=4，质量m=4×44/Nₐg，体积V=d³cm³，密度ρ=176/(Nₐ·d³)g/cm³。五、专项训练题组（一）选择题（每小题只有一个正确答案）下列关于价电子排布为3s²3p⁴的原子的说法正确的是（）A.电负性比3s²3p³的原子小B.第一电离能比3s²3p³的原子大C.原子半径比3s²3p⁵的原子大D.最高正化合价为+5下列分子或离子的空间构型为平面三角形的是（）A.NH₃B.SO₃²⁻C.BF₃D.ClO₃⁻（二）非选择题已知A、B、C、D为前四周期元素，A的最外层电子数是其内层电子数的2倍，B的基态原子有3个不同的能级且各能级电子数相等，C的基态原子2p轨道有3个未成对电子，D的+2价离子的3d轨道全充满。（1）写出D的基态原子电子排布式________。（2）A与B形成的晶体硬度大、熔点高，其晶体类型为________，该晶体中B原子的杂化方式为________。（3）C的简单氢化物的沸点高于同族相邻元素氢化物的原因是________。钙钛矿型太阳能电池材料的晶胞结构如图所示（Ca²⁺位于顶点，Ti⁴⁺位于体心，O²⁻位于面心）。（1）该晶体的化学式为________。（2）若Ti⁴⁺与O²⁻的最近距离为dpm，则晶胞边长为________pm。（3）已知Ca²⁺、Ti⁴⁺、O²⁻的半径分别为100pm、68pm、140pm，该晶体的空间利用率为________（列出计算式即可）。六、解题方法总结元素推断技巧：优先根据“特征性质”定位（如半导体Si、最强酸HClO₄等），再结合原子结构关系推导。晶胞计算步骤：确定晶胞中粒子数目（顶点1/8、棱1/4、面1/2、体心1）；计算晶胞体积（立方晶胞V=a³，六方晶胞V=a²csin60°）；密度公式ρ=（n×M）/（Nₐ×V）（n为粒子