5物質結構和元素周期律——2024屆高三復習化學專題訓練（文字版答案）一、選擇題1．(2023·遼寧高考)下列化學用語或表述正確的是()A．BeCl2的空間結構：V形B．P4中的共價鍵類型：非極性鍵C．基態Ni原子價電子排布式：3d10D．順-2-丁烯的結構簡式：B[解析]A．BeCl2的中心原子為Be，根據VSEPR模型可以計算，BeCl2中不含有孤電子對，因此BeCl2為直線形分子，A錯誤；B.P4分子中相鄰兩P原子之間形成共價鍵，同種原子之間形成的共價鍵為非極性共價鍵，P4分子中的共價鍵類型為非極性共價鍵，B正確；C.Ni原子的原子序數為28，其基態原子的價電子排布為3d84s2，C錯誤；D.順-2-丁烯的結構中兩個甲基在雙鍵的同一側，其結構簡式為，D錯誤；故答案選B。2．下列各組物質性質的比較，結論正確的是()A．物質的硬度：NaCl＜NaBr＜NaIB．物質的沸點：AsH3＞PH3＞NH3C．氫化物水溶液的酸性：HCl＞HBr＞HID．穩定性：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3D[解析]NaCl、NaBr、NaI均為離子晶體，陽離子相同，陰離子半徑越小，硬度越高，所以硬度：NaCl＞NaBr＞NaI，A錯誤；沸點：NH3＞AsH3＞PH3，B錯誤；鹵素原子原子核對其核外電子的吸電子能力從上到下逐漸減小，使得氫鹵鍵從上到下越來越易斷裂，氫原子變得更易于解離，酸性越來越強，所以酸性：HCl<HBr<HI，C錯誤；金屬陽離子的半徑越小，對碳酸根中氧離子的吸引力越強，其碳酸鹽的熱穩定性越弱，則穩定性大小：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3，D正確。3．(2022·山東高考)AlN、GaN屬于第三代半導體材料，二者成鍵結構與金剛石相似，晶體中只存在N－Al鍵、N－Ga鍵。下列說法錯誤的是()A．GaN的熔點高于AlNB．晶體中所有化學鍵均為極性鍵C．晶體中所有原子均采取sp3雜化D．晶體中所有原子的配位數均相同A[解析]Al和Ga均為第ⅢA元素，N屬于第ⅤA元素，AlN、GaN的成鍵結構與金剛石相似，則其為共價晶體，且其與金剛石互為等電子體，等電子體之間的結構和性質相似。AlN、GaN晶體中，N原子與其相鄰的原子形成3個普通共價鍵和1個配位鍵。A.因為AlN、GaN為結構相似的共價晶體，由于Al原子的半徑小于Ga，N—Al的鍵長小于N—Ga的，則N—Al的鍵能較大，鍵能越大則其對應的共價晶體的熔點越高，故GaN的熔點低于AlN，A說錯誤；B.不同種元素的原子之間形成的共價鍵為極性鍵，故兩種晶體中所有化學鍵均為極性鍵，B說法正確；C.金剛石中每個C原子形成4個共價鍵(即C原子的價層電子對數為4)，C原子無孤電子對，故C原子均采取sp3雜化；由于AlN、GaN與金剛石互為等電子體，則其晶體中所有原子均采取sp3雜化，C說法正確；D.金剛石中每個C原子與其周圍4個C原子形成共價鍵，即C原子的配位數是4，由于AlN、GaN與金剛石互為等電子體，則其晶體中所有原子的配位數也均為4，D說法正確。綜上所述，本題選A。4．(2023·濟寧檢測)下列關于物質結構與性質的論述錯誤的是()A．Ieq\o\al(＋,3)的空間結構為V形B．斜方硫和單斜硫都易溶于CS2，是因為這兩種物質的分子都屬于非極性分子C．PH3和H2O分子中均含有孤電子對，且PH3提供孤電子對的能力強于H2OD．鍵能：O—H＞S—H＞Se—H＞Te—H，因此水的沸點在同族氫化物中最高D[解析]Ieq\o\al(＋,3)的成鍵數為2，孤電子對數為eq\f(1,2)×(7－1－2×1)＝2，價層電子對數是4，所以其空間結構與水相似，為V形，A正確；CS2分子屬于非極性分子，根據相似相溶原理，由非極性分子構成的溶質易溶于由非極性分子構成的溶劑中，由斜方硫和單斜硫都易溶于CS2可知，這兩種物質的分子都屬于非極性分子，B正確；PH3和H2O分子中的中心P、O原子上均含有孤電子對，由于元素的非金屬性：O＞P，所以對孤電子對的吸引能力：O＞P，因此PH3提供孤電子對的能力強于H2O，C正確；同族元素形成的氫化物的分子結構相似，物質的相對分子質量越大，分子間作用力就越大，物質的熔、沸點就越高。但由于H2O的分子之間還存在氫鍵，增加了分子之間的吸引作用，導致水的沸點在同族氫化物中最高，這與分子中化學鍵的鍵能無關，D錯誤。5．B2O3的氣態分子結構如圖1所示，硼酸(H3BO3)晶體結構為層狀，其二維平面結構如圖2所示。下列說法錯誤的是()A．兩分子中B原子分別采用sp雜化、sp2雜化B．硼酸晶體中層與層之前存在范德華力C．1molH3BO3晶體中含有6mol氫鍵D．硼原子可提供空軌道，硼酸的電離方程式為H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋C[解析]B最外層有3個電子，在圖1分子中每個B原子形成了2個σ鍵，且其沒有孤電子對，故其采用sp雜化；在圖2分子中每個B原子形成了3個σ鍵，且其沒有孤電子對，故其采用sp2雜化，A正確；由題中信息可知，硼酸晶體為層狀結構，類比石墨的晶體結構可知其層與層之間存在范德華力，故B正確；由圖中信息可知，每個硼酸分子有3個羥基，其O原子和H原子均可與鄰近的硼酸分子形成氫鍵，平均每個硼酸分子形成了3個氫鍵，因此，1molH3BO3晶體中含有3mol氫鍵，故C錯誤；硼原子的2p軌道有空軌道，水電離的OH－中有孤電子對，故兩者可形成配位鍵并破壞了水的電離平衡使溶液顯酸性，其電離方程式為H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋，故D正確。6．短周期元素A、B、C、D、E的原子序數依次增大；A的一種核素常用來鑒定一些文物的年代；B的氫化物的水溶液呈堿性；C、D為金屬元素，且D原子最外層電子數等于其K層電子數；若往E單質的水溶液中滴加少量紫色石蕊溶液，可觀察到先變紅后褪色。下列說法正確的是()A．A的氫化物常溫下一定為氣態B．簡單離子半徑大小順序為E>B>C>DC．C的氧化物比D的氧化物熔點高D．E的氧化物均可作為消毒劑，其對應水化物均為強酸B[解析]根據A的一種核素的用途，確定A為C元素；B的氫化物的水溶液呈堿性，則B為N元素；D是短周期金屬元素，原子的最外層電子數等于其K層電子數，且原子序數大于7，即D為Mg元素，則C為Na元素；氯氣的水溶液既顯酸性又具有漂白性，可使紫色石蕊溶液先變紅后褪色，所以E為Cl元素，據此解答。7．(2023·沈陽模擬)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大。A是元素Y的單質。常溫下，A遇甲的濃溶液發生鈍化。丙、丁、戊是由這些元素組成的二元化合物，丁和戊的組成元素相同，且丙是無色氣體，上述物質的轉化關系如圖所示。下列說法正確的是()A．簡單氫化物的沸點：X>ZB．簡單離子半徑大小：X＜YC．丁分子和戊分子的空間結構相同D．Y的簡單離子與Z的簡單離子在水溶液中可大量共存A[解析]短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增加，A是元素Y的單質，常溫下A遇甲的濃溶液鈍化，可知A為Al單質，Y為Al元素；丙是無色氣體，則甲為H2SO4，丙為SO2；丙、丁、戊是由這些元素組成的二元化合物，可知丁為H2O，戊為H2O2，乙為Al2(SO4)3，則W、X、Y、Z分別為H、O、Al、S，據此解答。8．(雙選)常溫下，W、X、Y、Z四種短周期元素的最高價氧化物對應的水化物溶液(濃度均為0.01mol·L－1)的pH和原子半徑、原子序數的關系如圖所示。下列說法錯誤的是()A．第一電離能：W>Z>Y>XB．簡單離子的半徑：Z>Y>W>XC．W的氫化物空間結構不一定是三角錐形D．Z的單質具有強氧化性和漂白性BD[解析]W、Z的最高價氧化物對應的水化物溶液(濃度均為0.01mol·L－1)的pH均為2，則兩種元素最高價氧化物對應的水化物均為一元強酸，則應為HNO3和HClO4，Z的原子序數和原子半徑均大于W，則W為N元素，Z為Cl元素；X的最高價氧化物對應的水化物溶液(濃度均為0.01mol·L－1)的pH為12，為一元強堿，且原子半徑大于Cl，則X為Na元素；Y位于Na和Cl之間，且最高價氧化物對應的水化物溶液(濃度均為0.01mol·L－1)的pH＜2，應為二元強酸，則Y為S元素。9．(雙選)我國科學家合成的某種離子化合物結構如下圖，該物質由兩種陽離子和兩種陰離子構成，其中有兩種10電子離子和一種18電子離子。X、Y、Z、M均為短周期元素，且均不在同一族；X是半徑最小的元素，Z是空氣中含量最多的元素，Y的電負性大于Z。下列說法不正確的是()A．X與Y形成的化合物沸點高于Y同族元素與X形成化合物的沸點，主要原因是X與Y形的化合物容易形成分子間氫鍵B．Z的最高價氧化物對應水化物的陰離子中Z的雜化方式為sp2雜化C．元素第一電離能：Y>ZD．該鹽中，存在離子鍵、極性共價鍵、非極性共價鍵、配位鍵和氫鍵等化學鍵CD[解析]X、Y、Z、M均為短周期元素，且均不在同一族，X是半徑最小的元素，則X為H元素；Z是空氣中含量最多的元素，則Z為N元素；離子化合物由兩種陽離子和兩種陰離子構成，其中有兩種10電子離子和一種18電子離子，由化合物的結構和Y的電負性大于Z可知，Y為O元素，M為Cl元素；化合物中的陽離子為H3O＋和NHeq\o\al(＋,4)、陰離子為Cl－和Neq\o\al(－,5)。10．(2023·湖北高考)物質結構決定物質性質。下列性質差異與結構因素匹配錯誤的是()選項性質差異結構因素A沸點：正戊烷(36.1℃)高于新戊烷(9.5℃)分子間作用力B熔點：AlF3(1040℃)遠高于AlCl3(178℃升華)晶體類型C酸性：CF3COOH(pKa＝0.23)遠強于CH3COOH(pKa＝4.76)羥基極性D溶解度(20℃)：Na2CO3(29g)大于NaHCO3(8g)陰離子電荷D[解析]A．正戊烷和新戊烷形成的晶體都是分子晶體，由于新戊烷支鏈多，對稱性好，分子間作用力小，所以沸點較低，故A正確；B.AlF3為離子化合物，形成的晶體為離子晶體，熔點較高，AlCl3為共價化合物，形成的晶體為分子晶體，熔點較低，則AlF3熔點遠高于AlCl3，故B正確；C.由于電負性F>H，C-F鍵極性大于C-H鍵，使得羧基上的羥基極性增強，氫原子更容易電離，酸性增強，故C正確；D.碳酸氫鈉在水中的溶解度比碳酸鈉小的原因是碳酸氫鈉晶體中HCOeq\o\al(－,3)間存在氫鍵，與晶格能大小無關，即與陰離子電荷無關，故D錯誤；答案選D。二、非選擇題11．(2023·煙臺二模)近年來，有機—無機雜化金屬鹵素鈣鈦礦作為優良的光電材料受到廣泛研究和關注，回答下列問題。(1)Ca、Ti元素基態原子核外電子占據能級數之比為__________________，與Ti處于同周期單電子數與Ti相同的元素還有________種，Ca的前三級電離能數據分別為589.8kJ·mol－1、1145.4kJ·mol－1、4912.4kJ·mol－1，第三電離能增大較多的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)鹵族元素可與N和P元素形成多種穩定鹵化物，其中NCl3的空間結構為____________，P元素可形成穩定的PCl3和PCl5，而氮元素只存在穩定的NCl3，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)Ti的配合物有多種。Ti(CO)6、Ti(H2O)eq\o\al(2＋,6)、TiFeq\o\al(2－,6)中的配體所含原子中電負性最小的是________；Ti(NO3)4的球棍結構如圖，Ti4＋的配位數是________。(4)研究表明，TiO2通過氮摻雜反應生成TiO2－aNb，能使TiO2對可見光具有活性，反應如圖所示。已知TiO2晶胞為長方體，設阿伏加德羅常數的值為NA，TiO2的密度為___________g·cm－3(列出計算式)。TiO2－aNb晶體中a＝________，b＝________。[答案](1)6∶73因為Ca2＋已經達到穩定結構，再失去1個電子屬于內層電子，原子核吸引力更強，所以I3突然增大(2)三角錐形N元素L層最多4個軌道，所以不易生成NCl5(3)H8(4)eq\f(4×48＋16×2,NAm2n×10－30)eq\f(5,8)eq\f(3,16)[解析](4)根據TiO2的晶胞結構，Ti原子在晶胞的8個頂點、4個面心、1個體心，晶胞含有Ti原子的個數為4，O原子8個在棱上、8個在面上、2個在體內，O原子個數為8，則1mol晶胞的質量為(48＋16×2)×4g，體積為m2×n×10－30cm3，則密度為eq\f(m,V)＝eq\f(4×48＋16×2,NAm2n×10－30)g·cm－3；氮摻雜反應后，有3個氧空穴，O原子6個在棱上、6個在面上、1個在體內，O原子的個數為eq\f(11,2)，N原子1個在面上、1個在棱上，個數為eq\f(3,4)，則化學式為TiOeq\f(11,8)Neq\f(3,16)，故2－a＝eq\f(11,8)，a＝eq\f(5,8)，b＝eq\f(3,16)。12．(2022·全國乙卷)鹵素單質及其化合物在科研和工農業生產中有著廣泛的應用。回答下列問題：(1)氟原子激發態的電子排布式有____________，其中能量較高的是__________。(填標號)a．1s22s22p43s1b．1s22s22p43d2c．1s22s12p5d．1s22s22p33p2(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一個________雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Cl________鍵，并且Cl的3pz軌道與C的2pz軌道形成3中心4電子的大π鍵(Πeq\o\al(4,3))。②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl鍵長的順序是________________，理由：(ⅰ)C的雜化軌道中s成分越多，形成的C—Cl鍵越強：(ⅱ)__________。(3)鹵化物CsICl2受熱發生非氧化還原反應，生成無色晶體X和紅棕色液體Y。X為____________。解釋X的熔點比Y高的原因____________。(4)α-AgI晶體中I－離子作體心立方堆積(如圖所示)，Ag＋主要分布在由I－構成的四面體、八面體等空隙中。在電場作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可發生遷移。因此，α-AgI晶體在電池中可作為________________。已知阿伏加德羅常數為NA，則α-AgI晶體的摩爾體積Vm＝________m3·mol－1(列出算式)。[答案](1)add(2)①sp2σ②一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔③Cl參與形成的大π鍵越多，形成的C—Cl鍵的鍵長越短(3)CsClCsCl為離子晶體，ICl為分子晶體(4)電解質eq\f(NA×504×10－123,2)[解析](1)F的原子序數為9，其基態原子電子排布式為1s22s22p5，a.1s22s22p43s1，基態氟原子2p能級上的1個電子躍遷到3s能級上，屬于氟原子的激發態，a正確；b.1s22s22p43d2，核外共10個電子，不是氟原子，b錯誤；c.1s22s12p5，核外共8個電子，不是氟原子，c錯誤；d.1s22s22p33p2，基態氟原子2p能級上的2個電子躍遷到3p能級上，屬于氟原子的激發態，d正確；答案選ad；而同一原子3p能級的能量比3s能級的能量高，因此能量最高的是1s22s22p33p2，答案選d。(2)①一氯乙烯的結構式為，碳為雙鍵碳，采取sp2雜化，因此C的一個sp2雜化軌道與Cl的3px軌道形成C—Clσ鍵。②C的雜化軌道中s成分越多，形成的C—Cl鍵越強，C—Cl鍵的鍵長越短，一氯乙烷中碳采取sp3雜化，一氯乙烯中碳采取sp2雜化，一氯乙炔中碳采取sp雜化，sp雜化時p成分少，sp3雜化時p成分多，因此三種物質中C—Cl鍵鍵長順序為：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔，同時Cl參與形成的大π鍵越多，形成的C—Cl鍵的鍵長越短，一氯乙烯中Cl的3px軌道與C的2px軌道形成3中心4電子的大π鍵(Πeq\o\al(4,3))，一氯乙炔中Cl的3px軌道與C的2px軌道形成2套3中心4電子的大π鍵(Πeq\o\al(4,3))，因此三種物質中C－Cl鍵鍵長順序為：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。(3)CsICl2發生非氧化還原反應，各元素化合價不變，生成無色晶體和紅棕色液體，則無色晶體為CsCl，紅棕色液體為ICl，而CsCl為離子晶體，熔化時，克服的是離子鍵，ICl為分子晶體，熔化時，克服的是分子間作用力，因此CsCl的熔點比ICl高。(4)由題意可知，在電場作用下，Ag＋不需要克服太大阻力即可發生遷移，因此α-AgI晶體是優良的離子導體，在電池中可作為電解質；每個晶胞中含碘離子的個數為8×eq\f(1,8)＋1＝2個，依據化學式AgI可知，銀離子個數也為2個，晶胞的物質的量n＝eq\f(N,NA)mol＝eq\f(2,NA)mol，晶胞體積V＝a3pm3＝(504×10－12)3m3，則α-AgI晶體的摩爾體積Vm＝eq\f(V,n)＝eq\f(504×10－123m3,\f(2,NA)mol)＝eq\f(NA×504×10－123,2)m3/mol。13．(2023·全國甲卷)將酞菁—鈷鈦—三氯化鋁復合嵌接在碳納米管上，制得一種高效催化還原二氧化碳的催化劑。回答下列問題：(1)圖1所示的幾種碳單質，它們互為___________，其中屬于原子晶體的是_______，C60間的作用力是___________________。(2)酞菁和鈷酞菁的分子結構如圖2所示。酞菁分子中所有原子共平面，其中p軌道能提供一對電子的N原子是_______(填圖2酞菁中N原子的標號)。鈷酞菁分子中，鈷離子的化合價為_______，氮原子提供孤對電子與鈷離子形成___________鍵。(3)氣態AlCl3通常以二聚體Al2Cl6的形式存在，其空間結構如圖3a所示，二聚體中Al的軌道雜化類型為___________。AlF3的熔點為1090℃，遠高于AlCl3的192℃，由