摘要:
**基本信息**
汇集2020-2026年山东高考物质结构与性质真题及模拟题,结合考情分析与命题规律,聚焦核心考点与能力要求。
**题型特征**
|题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色|
|----|-----------|----------|----------|
|物质结构与性质综合题|大题19道|电子排布(如基态Cu原子电子排布式)、杂化轨道(如N原子sp²杂化)、晶体结构与计算(如晶胞参数、密度计算)、配合物成键(如配位原子判断)|以新型材料(热电材料、MOFs)为情境,强化晶胞分割与原子坐标考查(如2026真题四方晶胞投影分析),注重陌生情境知识迁移(如2024真题O空位与半导体性质关联)|
内容正文:
专题10 物质结构与性质综合题
7年真题1年模拟
题型分类
山东考情
命题规律
物质结构与性质综合题
2026山东(1题)、2025山东(1题)、2024山东(1题)、2023山东(1题)、2022山东(1题)、2021山东(1题)、2020山东(1题)
· 情境设置:以新型材料(热电材料、MOFs、笼形包合物)或典型元素化合物为载体,突出真实科研背景
· 考查重点:电子排布与未成对电子、杂化轨道与空间构型、晶体结构与计算(晶胞参数、坐标、密度)、配合物成键分析
· 命题趋势:强化晶体结构深度考查(晶胞分割、原子坐标、投影图),增加陌生情境下知识迁移能力要求,计算量与综合性逐年提升
1.(2026·山东·高考真题)与(L)通过配位键形成多孔金属有机框架材料,其四方晶胞结构如图所示(晶胞参数,,原子略)。回答下列问题:
(1)基态Cu原子的电子排布式为 ;C,N,O,F中第二电离能最大的是 。
(2)为平面分子,其中N原子采取的轨道杂化方式为 ,该分子的孤电子对数为 。
(3)中 ;其在室温下可选择性吸附,但不吸附和。分子被吸附在晶胞顶点,与框架结构中的F原子存在如图所示静电作用,晶体中与一个分子产生该作用的F原子有 个;不吸附和的原因是 。
(4)若阿伏加德罗常数的值为,则的对的理论吸附量为 。
【答案】(1)① ② O (2)① ② 2 (3)① 1:2:1 ② 4 ③ 和为非极性键构成的非极性分子,分子中不存在带显著正电荷的原子或成键电子对/共用电子对未发生偏移 (4)
【解析】(1)Cu原子的序数为 29。根据洪特规则的特例,当d轨道处于全满状态时能量更低、结构更稳定。因此,基态Cu原子的电子排布式为;
第二电离能是指失去第二个电子所需要的能量;的价电子排布为;的价电子排布为;的价电子排布为,2p 轨道半充满的稳定状态,极难再失去电子;的价电子排布为;因此,氧的第二电离能最大。
(2)配体L类似于苯环,环上的每个N原子形成了 2 个键,并且保留了 1 对孤电子对,因此其价层电子对数为2+1=3,所以采取的是杂化;
分子中有 2 个N原子,每个N原子有 1 对未参与成键的孤对电子,C和H均没有孤电子对,故整个分子的孤电子对数为 2。
(3)Cu原子位于晶胞的体内,数目为1;位于上下底面心,共有个,配体L位于晶胞4个竖直面的面心上(图中六元环只画了一半),数目为个;故中;
吸附在顶点,顶点同层平面内与4个八面体相邻,每个八面体都有1个F原子与形成如图所示静电作用,故答案为4;
由图提示可知,吸附核心在于与的静电引力。和属于由非极性键构成的非极性分子,内部没有显著的电荷偏转,不具备可以被F吸引的正电荷中心,因此不被吸附。
(4)晶胞体积,1个晶胞中数目为,故中的物质的量为: 。
2.(2025·山东·高考真题)单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,位于第 周期 族。基态原子与基态离子未成对电子数之比为 。
(2)尿素分子与形成配离子的硝酸盐俗称尿素铁,既可作铁肥,又可作缓释氮肥。
①元素C、N、O中,第一电离能最大的是 ,电负性最大的是 。
②尿素分子中,C原子采取的轨道杂化方式为 。
③八面体配离子中的配位数为6,碳氮键的键长均相等,则与配位的原子是 (填元素符号)。
(3)可用作合成氨催化剂、其体心立方晶胞如图所示(晶胞边长为)。
①晶胞中原子的半径为 。
②研究发现,晶胞中阴影所示m,n两个截面的催化活性不同,截面单位面积含有原子个数越多,催化活性越低。m,n截面中,催化活性较低的是 ,该截面单位面积含有的原子为 个。
【答案】(1)① 四 ② VIII ③ 4:5 (2)① N ② O ③ sp2 ④ O (3)① ② n ③
【解析】(1)Fe为26号元素,位于元素周期表中第四周期VIII族;基态Fe原子电子排布式为[Ar]3d64s2,未成对电子数为4,基态Fe3+电子排布式为[Ar]3d5,未成对电子数为5,故答案为:四;VIII;4:5。
(2)①同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但N原子2p轨道为半充满稳定结构,第一电离能:N>O>C;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,因此电负性:O>N>C,故答案为:N;O。
②尿素分子中C原子形成3个σ键,无孤电子对,采取的轨道杂化方式为sp2杂化。
③八面体配离子中的配位数为6,碳氮键的键长均相等,因此N原子不会参与形成配位键,说明C=O中O原子参与配位,所以与配位的原子是O。
(3)①为体心立方晶胞,晶胞边长为a pm,体对角线长度为,体心立方晶胞中Fe原子半径r与体对角线关系为4r=,因此原子的半径为。
②m截面面积Sm=a2pm2,每个角原子被 4个相邻晶胞共享(二维共享),如图所示:,每个晶胞的顶点原子贡献个原子给该晶面,所含原子数为,单位面积原子数为个pm-2,n截面面积为pm2,每个角原子被4个相邻晶胞共享,体心原子完全属于本截面,所含原子数为,单位面积原子数为个∙pm-2,因此催化活性较低的是n截面,该截面单位面积含有的原子为个∙pm-2。
3.(2024·山东·高考真题)锰氧化物具有较大应用价值,回答下列问题:
(1)在元素周期表中位于第 周期 族;同周期中,基态原子未成对电子数比多的元素是 (填元素符号)。
(2)的某种氧化物的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示,该氧化物化学式为 。
当晶体有O原子脱出时,出现O空位,的化合价 (填“升高”“降低”或“不变”),O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是 (填标号)。
A. B. C. D.
(3)(见图)是晶型转变的诱导剂。的空间构型为 ;中咪唑环存在大键,则N原子采取的轨道杂化方式为 。
(4)可作转化为的催化剂(见下图)。的熔点远大于,除相对分子质量存在差异外,另一重要原因是 。
【答案】(1)① 四 ② ⅦB ③ Cr (2)① MnO2 ② 降低 ③ A (3)① 正四面体形 ② sp2 (4)FDCA形成的分子间氢键更多
【解析】(1)Mn的原子序数为25,位于元素周期表第四周期ⅦB族;基态Mn的电子排布式为:,未成对电子数有5个,同周期中,基态原子未成对电子数比Mn多的元素是Cr,基态Cr的电子排布式为,有6个未成对电子;
(2)由均摊法得,晶胞中Mn的数目为,O的数目为,即该氧化物的化学式为MnO2;晶体有O原子脱出时,出现O空位,即x减小,的化合价为+2x,即Mn的化合价降低;CaO中Ca的化合价为+2价、V2O5中V的化合价为+5价、Fe2O3中Fe的化合价为+3、CuO中Cu的化合价为+2,其中CaO中Ca的化合价下降只能为0,其余可下降得到比0大的价态,说明CaO不能通过这种方式获得半导体性质;
(3)中B形成4个σ键(其中有1个配位键),为sp3杂化,空间构型为正四面体形;咪唑环存在大键,N原子形成3个σ键,杂化方式为sp2;
(4)由HMF和FDCA的结构可知,HMF和FDCA均能形成分子间氢键,但FDCA形成的分子间氢键更多,使得FDCA的熔点远大于HMF。
4.(2023·山东·高考真题)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)时,与冰反应生成和。常温常压下,为无色气体,固态的晶体类型为 ,水解反应的产物为 (填化学式)。
(2)中心原子为,中心原子为,二者均为形结构,但中存在大键。中原子的轨道杂化方式为 ;键角 键角(填“>”“ <”或“=”)。比较与中键的键长并说明原因 。
(3)一定条件下,和反应生成和化合物。已知属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数),其中化合价为。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为,化合物的密度 (用含的代数式表示)。
【答案】(1)① 分子晶体 ② HF 、 (2)① ② > ③ 分子中键的键长小于中键的键长,其原因是:分子中既存在σ键,又存在大键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中键的键长较小,而只存在普通的σ键。 (3)① ②
【解析】(1)常温常压下,为无色气体,则的沸点较低,因此,固态HOF的晶体类型为分子晶体。分子中F显-1价,其水解时结合电离的生成HF,则结合电离的,两者反应生成,因此,水解反应的产物为HF 、。
(2)中心原子为,中心原子为,二者均为V形结构,但中存在大键()。由中存在可以推断,其中原子只能提供1对电子,有一个原子提供1个电子,另一个原子提供1对电子,这5个电子处于互相平行的轨道中形成大键,提供孤电子对与其中一个形成配位键,与另一个形成的是普通的共价键(σ键,这个只提供了一个电子参与形成大键), 的价层电子对数为3,则原子的轨道杂化方式为;中心原子为,根据价层电子对的计算公式可知,因此,的杂化方式为;根据价层电子对互斥理论可知,时,价电子对的几何构型为正四面体,时,价电子对的几何构型平面正三角形,杂化的键角一定大于的,因此,虽然和均为形结构,但键角大于键角,孤电子对对成键电子对的排斥作用也改变不了这个结论。分子中键的键长小于中键的键长,其原因是:分子中既存在σ键,又存在大键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中键的键长较小,而只存在普通的σ键。
(3)一定条件下,、和反应生成和化合物X。已知X属于四方晶系,其中Cu化合价为+2。由晶胞结构图可知,该晶胞中含有黑球的个数为、白球的个数为、灰色球的个数为,则X中含有3种元素,其个数比为1:2:4,由于其中Cu化合价为+2、的化合价为-1、K的化合价为+1,根据化合价代数和为0,可以推断X为,上述反应的化学方程式为。若阿伏加德罗常数的值为,晶胞的质量为,晶胞的体积为,化合物X的密度。
5.(2022·山东·高考真题)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为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。回答下列问题:
(1)基态Ni原子的价电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ; ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
(3)吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大键、则吡啶中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,吡啶远大于苯,主要原因是① ,② 。
(5) 、 、 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 。
【答案】(1)① 3d84s2 ② 第4周期第VIII族 (2)① 2:3 ② 2:1:1 ③ Zn2+、Ni2+ (3)D (4)① 吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ② 吡啶和H2O均为极性分子相似相溶,而苯为非极性分子 (5)
【解析】(1)已知Ni是28号元素,故基态Ni原子的价电子排布式为:3d84s2,在周期表中第四横行第10纵列即位于第4周期第VIII族。答案为:3d84s2;第4周期第VIII族;
(2)由题干晶胞示意图可知, ,Ni2+周围连接四个原子团,形成的配位键数目为4,空间结构为正方形,VESPR模型为平面四边形,采用dsp2杂化; Zn2+周围形成的配位键数目为6,VESPR模型为正八面体,采用sp3d2杂化,所以Ni2+与Zn2+的配位数之比为4:6=2:3;
含有CN-(小黑球N+小白球C)为:=4,含有NH3(棱上小黑球)个数为:=2,晶胞中苯环在四个侧面且每个苯环只有一半属于该晶胞,所以苯环个数为:=2,则该晶胞的化学式为:,即4:2:2=2:1:1。答案为:2:3;2:1:1;Zn2+、Ni2+;
(3)吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大π键,则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化,杂化轨道只用于形成σ键和存在孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道,故选D。答案为D;
(4)已知苯分子为非极性分子,H2O分子为极性分子,且吡啶中N原子上含有孤电子对能与H2O分子形成分子间氢键,从而导致在水中的溶解度,吡啶远大于苯。答案为:吡啶能与H2O分子形成分子间氢键;吡啶和H2O均为极性分子相似相溶,而苯为非极性分子;
(5)已知-CH3为推电子基团,-Cl是吸电子基团,则导致N原子电子云密度大小顺序为:> > ,题干信息显示:碱性随N原子电子云密度的增大而增强,则碱性最弱的为: 。答案为: 。
6.(2021·山东·高考真题)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)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为 ;OF2分子的空间构型为 ;OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是 。
(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XeF2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(,,)。已知Xe—F键长为rpm,则B点原子的分数坐标为 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
【答案】(1)9 (2)F>O>Cl 角(V)形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高 (3) 5 D (4) 2 (0,0,) pm
【解析】(1)基态F原子共有9个核外电子,则每个电子都有对应的轨道和自旋状态,所以核外电子的运动状态有9种;
(2)电负性一定程度上相当于得电子能力,半径越小,得电子能力越强,电负性越大,半径由小到大的顺序为F、O、Cl,所以电负性大小顺序为F>O>Cl;根据VSEPR理论有,去掉2对孤对电子,知OF2分子的空间构型是角形;OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高;
(3)XeF2易升华,所以是分子晶体,其中心原子的价层电子对数为,其中心原子的杂化方式应为sp3d;
(4)图中大球的个数为,小球的个数为,根据XeF2的原子个数比知大球是Xe原子,小球是F原子,该晶胞中有2个XeF2分子;由A点坐标知该原子位于晶胞的中心,且每个坐标系的单位长度都记为1,B点在棱的处,其坐标为(0,0,);图中y是底面对角线的一半,,,所以 pm。
7.(2020·山东·高考真题)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:
(1)Sn为ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为 ,其固体的晶体类型为 。
(2)NH3、PH3、AsH3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 。
(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,1mol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CdSnAs2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。
坐标原子
x
y
z
Cd
0
0
0
Sn
0
0
0.5
As
0.25
0.25
0.125
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)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。
【答案】(1)正四面体形 分子晶体 (2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3 (3)6 1 (4)4 (,0,)、(,,0) 4
【解析】(1)Sn为第ⅣA族元素,由于常温下SnCl4为液体,故SnCl4为分子晶体;SnCl4分子中中心原子的孤电子对数==0,键电子对数为4,价层电子对数为4,故SnCl4分子的空间构型为正四面体形;
(2)NH3、PH3、AsH3的结构相似,结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,物质的沸点越高,但是NH3分子间能形成氢键,故这三种物质的沸点NH3>AsH3>PH3;N、P、As这三种元素位于元素周期表中第ⅤA族,原子序数依次增大,同一主族从上到下,随着核电荷数的增加,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的还原性逐渐增强,故这三种物质的还原性由强到弱的顺序为AsH3>PH3>NH3;NH3、PH3、AsH3中中心原子都是sp3杂化,都有1对孤电子对,中心原子的电负性越小,成键电子对之间的斥力越小,成键电子对之间的斥力越小,键角越小,所以这三种物质 键角由大到小的顺序为NH3>PH3>AsH3;
(3)由该物质的结构简式和分析,根据题意“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”,故该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6mol,Cd—NO2那个不算;该螯合物中N原子的杂化方式都是sp2杂化,故该物质中N的杂化方式有1种;
(4)由部分Cd原子的分数坐标为(0,0,0),可知8个Cd在晶胞的顶点,4个Cd在晶胞的面心,1个在晶胞的体心;部分Sn原子的分数坐标为(0,0,),4个Sn在晶胞的棱上,6个Sn在晶胞的面心;部分As原子的分数坐标为(,,),8个As在晶胞的体心;所以1个晶胞中Sn的个数为 ;距离Cd(0,0,0)最近的Sn是(,0,)、(,,0);由晶胞结构图可知,CdSnAs2晶体中与单个Sn结合的As有4个。
模拟题精选
1.(2026·山东青岛·一模)我国科学家设计合成的环金属化铂(Ⅱ)配合物在抗癌方面有望成为顺铂替代品,克服其耐药性缺点。回答下列问题:
(1)基态Pt原子的价电子排布式为,Pt在元素周期表中的位置为 。与基态Pt原子未成对电子数相同的第四周期元素有 (填元素符号)。
(2)一种平面形环金属化铂(Ⅱ)配合物阳离子结构如图。
①该阳离子的配体中,配位原子为 。
②该阳离子是否存在顺反异构 (填“是”或“否”),Pt的杂化方式为 (填标号)。
A.sp杂化 B.杂化 C.杂化 D.杂化
③基态C和基态N的第三电离能 (填“>”“=”或“<”)。
(3)氯铂酸铵是制备海绵铂的重要中间体,晶胞是立方体结构,边长为a nm,其中一种离子按面心立方堆积形式排列如图,另一种离子填充在所有的四面体空隙中。
图中黑球表示 (填离子符号)。N-Pt最近距离为 cm。周围距离最近且相等的个数为 。
【答案】(1)① 第6周期Ⅷ族 ② Ti、Ni、Ge、Se (2)① C、N ② 否 ③ D ④ > (3)① ② ③ 6
【解析】(1)由价电子排布式可知,铂元素位于元素周期表第6周期Ⅷ族,核外未成对电子数为2;第四周期元素中有2个未成对电子的原子共有4种,元素符号分别为Ti、Ni、Ge、Se;
(2)①由图可知,配离子的中心离子为铂离子,配位原子为碳原子和氮原子;
②由题意可知,配离子中铂离子右侧上下连有相同的原子团,所以配离子不存在顺反异构;由题意可知,配离子的空间构型为平面形环状结构,铂离子形成4个σ键,则铂原子的杂化方式不可能为sp3杂化,应该为dsp2杂化,故选D;
③碳元素的原子序数为6,基态C2+的价电子排布式为2s2,氮元素的原子序数为7,基态N2+的价电子排布式为2s22p1,2p能级的能量高于2s能级,则N2+失去电子的能力强于C2+,所以碳元素的第三电离能大于氮元素;
(3)由化学式可知,氯铂酸铵中铵根离子与六氯合铂离子的个数比为2:1,由题意可知,化合物中一种离子按面心立方堆积形式排列,另一种离子填充在所有的四面体空隙中,则图中黑球为位于顶点和面心的六氯合铂离子,铵根离子位于四面体的体对角线上,晶胞结构为:;由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的六氯合铂离子与位于体对角线处铵根离子的距离最近,则N-Pt最近距离为cm;由晶胞结构可知,铵根离子与周围距离最近且相等的6个铵根离子构成正八面体。
2.(2026·山东淄博·一模)Co及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,Co位于第 周期 族,基态Co与基态Mn原子中未成对电子数之比为 。
(2)双核钴配离子结构如图甲所示。已知三氮唑环结构()存在大π键。
①Co的化合价为 ,1 mol该配离子中通过螯合作用形成的配位键有 mol。
②a、b处N原子形成大π键时p轨道能提供1对电子的是 (填标号)。该配离子中N的杂化方式有 种。
③三氮唑()的沸点显著高于吡啶()的主要原因是 。
(3)钴钐化合物可用作稀土永磁材料,其六方晶胞如图乙所示,A、B点原子的分数坐标分别为,。则 ;截面MNQP单位面积含有的Co原子为 个。
【答案】(1)① 四 ② 第Ⅷ ③ (2)① +2 ② 8 ③ a ④ 2 ⑤ 三氮唑分子间可以形成氢键,吡啶无法形成分子间氢键 (3)① 5 ②
【解析】(1)Co(钴)原子序数为27,核外电子排布为,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族; Mn(锰)核外电子排布为,根据洪特规则,Co的3d轨道有3个未成对电子,Mn的3d轨道有5个未成对电子,故未成对电子数之比为;
(2)①Co化合价与螯合配位键数目配离子总电荷为,配体中仅2个硝酸根为价,其余配体均为中性。设Co化合价为,则,解得;该配离子含2个多齿配体,每个配体分别与2个Co共形成4个螯合配位键,因此该配离子中螯合配位键共;
②大π键与杂化方式a处N原子形成3个σ键,价层剩余1对电子填充在p轨道,可提供1对电子参与大π键;b处N原子形成3个σ键(其中一个是配位键),仅能提供5-2-2=1个电子参与大π键,故填a;配离子中,环上参与大π键的N为杂化,氨基()中的N为杂化,硝酸根的N原子价层电子对数,N为杂化,共2种杂化方式;
③三氮唑结构中存在键,分子间可以形成氢键,分子间作用力显著增强;吡啶中N原子不直接连H,无法形成分子间氢键,分子间作用力更弱,因此三氮唑沸点显著高于吡啶;
(3)①用均摊法计算晶胞原子数:Sm完全位于晶胞内,数目为; Co:;晶胞中间还有2个Co完全属于晶胞,总Co数目为,因此中;
②截面是平行四边形,面积; 截面上Co数目:4个顶点Co共均摊得,中间2个Co完全属于截面,总Co数目为3,因此单位面积Co原子数。
3.(2026·山东滨州·一模)锰的化合物具有重要的应用价值。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,Mn位于第 周期 族,基态锰原子M能层的电子排布式为 。
(2)HMn(CO)5是一种简单羰基配位化合物,在催化反应中有重要应用,结构如图。
①HMn(CO)5中的非金属元素第一电离能最大的是 (填元素符号),分子中σ键与π键数目之比为 。
②HMn(CO)5中每个碳原子的价层电子对数为 ,与CO互为等电子体的一种阴离子的化学式为 。
③CH3Mn(CO)5可看作HMn(CO)5中的氢原子被甲基取代的产物,但CH3Mn(CO)5沸点更高,原因是 。
(3)阿拉班达石是一种属于立方晶系的硫锰矿,其晶胞如图。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标,如a点原子的分数坐标为,b点原子的分数坐标为。已知a、b原子的距离为d cm,晶体的密度为,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体的摩尔质量为 (用含d、、NA的代数式表示)。该晶胞中,由Mn2+形成的正八面体空隙的数目为 。
【答案】(1)① 四 ② VIIB ③ 3s23p63d5 (2)① O ② 11∶10 ③ 2 ④ (或) ⑤ 两者均为分子晶体,CH3Mn(CO)5相对分子质量大于HMn(CO)5,范德华力更大,沸点更高 (3)① ② 4
【解析】(1)Mn为25号元素,核外电子排布式为,位于第四周期ⅦB族;M能层为第三电子层,电子排布式为;
(2)①中非金属元素为、、,同周期元素第一电离能呈增大趋势,三种元素中O的第一电离能最大;由图中可知,1个分子中含11个σ键,1个中含有2个π 键,1个分子中共有10个π,σ键与π键数目之比为;
②中原子形成1个σ键,含1对孤电子对与配合物的中心原子形成为配位键,价层电子对数为;与互为等电子体的阴离子,原子数为2,价电子数为10,化学式为(或);
③与均为分子晶体,分子晶体沸点取决于范德华力,相对分子质量越大,范德华力越强,沸点越高;相对分子质量大于,故沸点更高;
(3)①由a点、b点,晶胞参数为,则两点距离,解得;晶胞中位于顶点和面上,数目为,位于内部,数目为4,化学式为,摩尔质量为,由密度公式,代入,得;
②该晶胞中位于面心和顶点,构成面心立方堆积,面心立方堆积的正八面体空隙数目为4(体心1个,12条棱的棱心各,)。
4.(2026·山东济宁·一模)Zn单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)Zn在元素周期表中的位置为 ,同周期元素中,基态原子未成对电子数最多的元素的价层电子轨道表示式 。
(2)三联吡啶锌叠氮配合物如图所示:
①配合物中主族元素的电负性由大到小的顺序为 。
②配体中心原子杂化方式 ,配体三联吡啶易溶于乙醇的原因 。
(3)ZnF2晶胞结构及其在xy面投影如图所示:
(II)的分数坐标 ,II、III两离子之间的距离为 nm,Zn2+(I)周围的构成的空间结构 。
【答案】(1)① 第四周期ⅡB族 ② (2)① N>C>H ② sp杂化 ③ 三联吡啶与乙醇分子间能形成分子间氢键,且两者均为极性分子,根据相似相溶原理,三联吡啶易溶于乙醇 (3)① (,,) ② ③ 八面体或八面体形
【解析】(1)锌元素的原子序数为30,位于元素周期表第四周期ⅡB族;第四周期元素中基态原子未成对电子数最多的是原子序数为24的铬元素,未成对电子数为6,价层电子轨道表示式为: ;
(2)①由结构简式可知,配合物中的主族元素为氢元素、碳元素、氮元素,元素的非金属性越强,电负性越大,三种元素的非金属性强弱顺序为:N>C>H,则电负性由大到小的顺序为:N>C>H;
②配体N离子和二氧化碳的原子个数都为3、价电子数目都为16,互为等电子体,等电子体的中心原子的杂化方式相同;二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为:2+(4-2×2) ×=2,原子的杂化方式为sp杂化,则N离子中中心原子杂化方式为sp杂化;三联吡啶与乙醇都是极性分子,且两者能形成分子间氢键,所以由相似相溶原理可知,三联吡啶易溶于乙醇;
(3)由晶胞结构和晶胞在xy面投影图可知,(II)在xy面投影图上的位置为,其分数坐标为(,,);晶胞的参数为a nm,II、III两离子之间的距离为一等腰直角三角形的斜边,直角边为(a-2d)nm,即II、III两离子之间的距离为,由投影图可知,一个锌离子周围的氟离子个数为6,则氟离子构成的空间结构为八面体或八面体形。
5.(2026·山东烟台·一模)Co及其化合物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题:
(1)钴元素在元素周期表中的位置是 ;下列状态的钴中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。
A. [Ar]3d74s2 B.[Ar]3d74s1 C.[Ar]3d74s14p1 D.[Ar]3d74p1
(2)配合物K3[Co(NO2)6]的中心离子是 ,配体的VSEPR模型为 。
(3)通过可制备[Co(NH3)6]Cl3。
①1 mol [Co(NH3)6]3+中含有 mol σ键。
②[Co(NH3)6]3+与NH3相比,H-N-H的键角前者 后者(填“>”“<”或“=”)。
(4)SmCok(k>1)是一种稀土永磁材料,其晶体由Sm-Co单层和Co单层两种结构单元层交替排列构成,其结构如图。
已知:Ⅰ.层间距为a pm,Sm-Co单层中Sm与Sm的最短距离为b pm;
Ⅱ.核间距:dA-B<dA-C。
①该物质的化学式为 ,A原子周围最近且等距离的Co原子有 个。
②已知A原子的分数坐标为(1,0,1),则M原子的分数坐标为 ,设NA为阿伏加德罗常数的值,则该材料的密度为 g·cm-3(列计算式)。
【答案】(1)① 第4周期Ⅷ族 ② B (2)① Co3+ ② 平面三角形 (3)① 24 ② > (4)① SmCo5 ② 6 ③ ④
【解析】(1)Co原子序数为27,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。 电离能规律:同一元素,阳离子电离最外层电子所需能量大于中性原子;同一价态,基态能量低于激发态,电离最外层电子需要的能量更大。
A是基态Co原子,电离对应第一电离能,能量最小;
B是基态,电离对应第二电离能,能量大于A;
C是激发态Co原子,能量高于基态,电离能小于A;
D是激发态,能量高于基态,电离能小于B; 因此所需能量最大的是B。
(2)配合物中,配离子整体带3个负电荷,每个带1个负电荷,因此中心离子为。 配体中中心N的价层电子对数,因此VSEPR模型为平面三角形。
(3)① 中,每个含3个 键,6个共个键;与6个形成6个配位键,总键为。
② 游离中N原子有一对孤对电子,形成配位键后,孤对电子转化为成键电子对,对键的排斥力减小,因此键角更大,填。
(4)①该晶胞为直六棱柱,角度分别为、、, 利用均摊法求晶胞中的微粒数目:Sm原子数为,Co 原子数为,该晶体的化学式为;根据,A(Sm)所在上底面角度为,其周围最近的Co与AB在同一平面,如Sm-Co单层图所示,共6个;
② A的分数坐标为,说明晶胞坐标范围,M位于底面,在z轴的坐标分数为0,根据单层投影图可知,M位于晶胞面对角线的处。如图:,因此M的分数坐标为。 晶胞质量;底面为边长的菱形(夹角),底面积,晶胞高度为,因此体积,密度。
6.(2026·山东德州·一模)三元材料镍锰钴酸锂是电动汽车电池常用的正极材料。回答下列问题:
(1)Mn在元素周期表中的位置 ,基态的价电子排布图为 。
(2)锂离子电池常采用离子液体作为电解质。该离子液体的结构如图所示。
①传统的有机溶剂大多易挥发,而离子液体相对难挥发,原因是 ;上述电解质中电负性最大的元素是 (填元素符号)。
②阴离子由制得,、中中心原子B的杂化类型分别为 ,由制时B-F的键长 。(填“变长”“变短”或“不变”)
(3)三元材料镍锰钴酸锂为六方最密堆积,其晶胞结构如图所示,以R表示上述晶胞中的过渡金属离子,该晶体的化学式为 ,晶胞中标注为m、n的两个离子的距离为 pm。
【答案】(1)① 第4周期ⅦB族 ② (2)① 离子液体中存在离子键,作用力强 ② F ③ 、 ④ 变长 (3)① ②
【解析】(1)Mn的原子序数为25,价电子排布式为,在元素周期表中的位置为第4周期ⅦB族;基态的价电子排布式为,价电子排布图为 。
(2)①由离子液体的结构可知,离子液体由阴阳离子构成,存在离子键,作用力强,不易挥发;元素非金属性越强,电负性越大,因此电解质中电负性最大的元素是F。
②的中心原子B的价层电子对数为=3,杂化类型为, 的中心原子B的价层电子对数为,杂化类型为;由制时,B的杂化类型由变为,轨道之间的夹角变小,B-F的键长变长。
(3)由晶胞图可知,根据均摊法计算晶胞中含有Li的个数为,过渡元素R的个数为,O原子的个数为,故晶体的化学式为;如图可知,b点和n点之间的距离为,h点和b点之间的距离为 pm,由直角三角形边长关系知,m点和n点之间的距离为 pm= pm。
7.(2026·山东泰安·一模)铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途,按要求回答下列问题:
(1)胆矾可写成,其结构示意图如下:
①中的杂化方式为 。
②中不存在的作用力是 (填字母)。
A.离子键 B.极性键 C.非极性键 D.氢键 E.配位键
(2)铜离子可以与8-羟基喹啉螯合,结构如下图。
①8-羟基喹啉中C、N、O原子半径最小的是 ,第一电离能由大到小的顺序为 。
②螯合后形成,配位数为4,则下列说法正确的是 。
A.螯合过程中有键断裂
B.提供孤对电子
C.配体中的配位原子只有
D.8-羟基喹啉与形成五元环稳定结构
(3)当配合物中心原子含有未成对电子时,该物质具有顺磁性。下列属于顺磁性物质的是_____(填标号)。
A.
B.
C.
D.
(4)以、为电极材料,并在表面负载导电材料和量子点,高效催化光分解水,如图所示:
装置中负极的电极反应式 。
【答案】(1)① ② C (2)① ② ③ AD (3)B (4)
【解析】(1)① 中心S原子价层电子对数为,无孤电子对,因此S为杂化。
② 该物质中配离子与之间存在离子键,与水分子间形成配位键,水分子的、硫酸根的都是极性共价键,结构中还存在氢键;不存在同种原子形成的非极性键,因此选C。
(2)① C、N、O同周期,同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,因此原子半径最小的是O;同周期第一电离能整体呈增大趋势,N的2p能级为半满稳定结构,第一电离能大于相邻的O,因此第一电离能顺序为。
② A:螯合时羟基脱去H原子与Cu成键,断裂键,A正确;
B:作为中心离子,提供空轨道,配体提供孤对电子,B错误;
C:配位数为4,每个配体提供N、O两个配位原子,因此配位原子有N和O,C错误;
D:螯合后N、两个C、O、Cu形成稳定五元环,D正确;
因此选AD。
(3)顺磁性要求中心原子含有未成对电子:
A:中心电子排布为,全充满无未成对电子,不符合;
B:中心电子排布为,有1个未成对电子,符合;
C、D:中心均为,电子排布为,无未成对电子,不符合;
因此选B。
(4)由图中电子流向可知,Pt为电子流出的负极,负极发生水的氧化反应生成氧气,电极反应为。
8.(2026·山东威海·二模) 单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中, 位于第 周期 族。基态 原子的价电子轨道表示式为 。
(2)乙二胺分子(,简写为)与形成的配合物,在材料合成、催化等领域应用广泛。
①属于 (填“极性”或“非极性”)分子。
②八面体配离子中,的配位数和配体个数之比为 。
③易溶于水,除a.属于离子型配合物;b.配离子具有强极性:c.为易水合阴离子三点原因外,还有一个重要的原因是 。
(3) 的某种氧化物的晶体结构如下图所示。图甲表示这个立方晶胞可以划分成8个小的立方单位,分别由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小单位拼在一起,Ⅰ和Ⅱ两种小单位的结构和相互拼在一起的情况如图乙所示。该氧化物化学式为 ;每个周围与其等距离且紧邻的有 个,晶胞中之间的最短距离为 。
【答案】(1)① 4 ② Ⅷ ③ (2)① 极性 ② 2:1 ③ 每个乙二胺配体分子中含有两个氨基,可与水分子形成氢键 (3)① Co3O4 ② 6 ③
【解析】(1)Co为27号元素,在元素周期表中位于第4周期第Ⅷ族,价电子表达式为3d74s2,价电子轨道表达式为;
(2)①N原子为sp3杂化,有孤电子对,因此该分子为极性分子;
②由于配离子为八面体结构,因此配位数为6个,而根据配离子中有3个en配体,配体数为3,因此Co3+离子的配位数和配体数之比为2:1;
③除了题干中所述原因外,每个乙二胺配体分子中含有两个氨基,可与水分子形成氢键,增大了在水中的溶解度;
(3)观察图乙中的最小单元,其中O2-的个数为8个,Co2+的个数为个,Co3+的个数为4个,因此该氧化物的化学式为Co3O4;观察任意一个Co3+在其上下前后左右各有一个与之相邻且等距离的O2-,因此每个周围与其等距离且紧邻的有6个;晶胞中Co2+之间的最短距离应为Ⅰ型或Ⅱ型小单元的体对角线的长度的一半,因此最短距离为。
9.(2026·山东临沂·二模)含氮化合物有重要的研究价值。回答下列问题:
(1)基态原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为 ;的空间构型为 。
(2)含氮配位化合物与互为同分异构体。
①中与形成配位键的原子有 (填元素符号)。
②中键角 中键角(填“>”、“<”或“=”),理由是 。
(3)某高能全氮阴离子盐结构片段如图所示。
该高能晶体盐可以稳定存在的主要原因:
①环中的氮原子在同一个平面内,该结构中存在大π键();
② 。
(4)氮化锂可作为锂电池固体电解质,其晶体属于六方晶系(a=b≠c,°),结构如图1所示;晶体中锂离子与氮离子配位关系如图2所示,两种键键长分别为m pm和n pm。
①若A点的分数坐标为(0,0,0),则B点的分数坐标为 。
②晶体中水平层内,与个数比为 。
③阿伏加德罗常数的值为NA,晶体密度为 (用含m、n、NA的代数式表示)。
【答案】(1)① 4:1(或1:4) ② 直线形 (2)① 、 ② > ③ 中氮原子提供孤电子对形成配位键,氮原子上没有孤电子对,而中氮原子上仍有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用 (3)阳离子与阴离子之间形成氢键,使体系能量降低,结构稳定 (4)① ② 1:2 ③
【解析】(1)基态氮原子价电子排布式为2s22p3,价电子排布图(轨道表达式)为,2s能级全充满,电子自旋方向相反,2p能级为半充满结构,电子优先占据空轨道且自旋方向相同,基态氮原子价电子中,两种自旋方向的电子的个数比为4:1(或1:4);计算中心氮原子上孤电子对数,没有孤电子对,价层电子对数等于键数等于2,VSEPR模型与分子空间结构均为直线形;
(2)①配合物中配体为、,中氮原子提供孤电子对,中氮原子、氧原子均能提供孤电子对,根据配合物化学式可判断提供电子对的应是氧原子,答案为、;
②配合物中的氮原子提供孤电子对形成配位键,中心氮原子上没有孤电子对,中心氮原子上有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用,所以,的键角大于中键角;
(3)由结构片段可知,除了大π键,阳离子(、)与之间还形成了氢键,降低了体系能量,使晶体可以稳定存在;
(4)①由晶胞结构图可知,A点坐标(0,0,0)为坐标原点,B点位于底面菱形长对角线三等分点处,z轴坐标为0,x轴坐标为,y轴坐标为,B点的分数坐标为;
②由图1可知,在晶胞水平层(下底面或上顶面)中,的个数为,的个数为,两者个数比为;
③由图1可知,位于晶胞顶点,数目为,位于棱心和上下面上,数目为,氮化锂的化学式为,图2中,位于8个构成的正十二面体中,则图1中,上面白球和黑球的距离为m pm,则上面菱形的长对角线为3m pm,短对角线长为 pm,竖棱长度为2n pm,则晶胞体积V=,根据化学式,图2晶体中含1个,晶体密度。
10.(2026·山东菏泽·二模)“五金”(金、银、铜、铁、锡)单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)Sn在元素周期表中的位置为 。分子的VSEPR模型名称是 。的键是由Cl的3p轨道与Sn的 轨道重叠形成σ键。
(2)硫代硫酸根离子作为配体可提供孤电子对与形成,可看作是硫酸根离子中的一个氧原子被硫原子取代的产物,则的空间构型为 ,已知中的配位数为2,则中的配位原子为 (填“中心硫原子”“端基硫原子”或“氧原子”)。
(3)Cu的面心立方晶胞结构如图所示(晶胞边长为),晶胞中Cu原子的半径为 nm。Cu能与其他金属形成多种储氢合金。例如有储氢功能的铜银合金晶体的立方晶胞如图所示(晶胞边长为)。氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的全部四面体空隙中。已知储氢材料的储氢能力,标准状况下氢气的密度为。若忽略吸氢前后晶胞的体积变化,阿伏加德罗常数的值为,计算该储氢材料的储氢能力= (用含的代数式表示,下同)。若四面体空隙的H原子填充率为50%,则晶体密度 。
【答案】(1)① 第5周期第ⅣA族 ② 平面三角形 ③ 杂化 (2)① 四面体形 ② 端基硫原子 (3)① ② ③
【解析】(1)Sn是50号元素,在元素周期表中的位置为第5周期第ⅣA族;分子中Sn的价层电子对数,是sp2杂化,VSEPR模型名称是平面三角形;分子中Sn的价层电子对数,是sp3杂化,所以键是由Cl的3p轨道与Sn的sp3杂化轨道重叠形成σ键;
(2)硫酸根离子()中,S的价层电子对数,是sp3杂化,没有孤电子对,空间构型为四面体形,可看作是的一个氧原子被硫原子取代的产物,所以的空间构型也为四面体形;已知中的配位数为2,中端基硫原子(与中心S相连的硫原子)有孤电子对,可作为配位原子,所以中的配位原子是端基硫原子;
(3)Cu的面心立方晶胞中,面对角线长度等于4个Cu原子的半径,面对角线长度为,则Cu原子的半径为;在面心立方晶胞中,四面体空隙有8个,已知氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的全部四面体空隙中,所以1个晶胞有8个H原子,储氢后氢气的密度==,则储氢材料的储氢能力=;若四面体空隙的H原子填充率为50%,即有4个H原子,从晶胞结构可计算Cu的原子数为, Ag的原子数为,则晶体密度。
11.(2026·山东青岛·二模)氟化铍是第四代核反应堆理想冷却剂。回答下列问题:
(1)基态Be原子的轨道表示式为 ,同周期第一电离能比Be小的元素有 (填元素符号)。
(2)分解可制得。中键角 (填“>”、“<”或“=”)分子中键角,其原因是 。
(3)能与反应生成,化学方程式为 。
(4)晶胞结构如图。
①空间构型为直线形,其原因是 。
②若晶胞为长方体,棱长分别为a nm、b nm、c nm,则该晶体密度为 (用表示阿伏伽德罗常数的值)。该晶体中微粒间的作用力有 (填标号)。
A.离子键 B.非极性共价键 C.金属键 D.配位键
(5)相似条件下能与生成,Al的配位数大于Be的原因是 。
【答案】(1)① ② Li、B (2)① < ② 中Be为sp杂化,键角为180°,中Be为杂化,键角为 (3) (4)① HF与形成氢键,氢键有方向性 ② ③ AD (5)Al有空的3d轨道可以形成杂化,或半径大可以容纳更多的配位原子
【解析】(1)Be为4号元素,电子排布式为1s22s2,轨道表示式为;同周期(第二周期)中,Li的金属性比Be强,易失电子,I1 < Be,B的2p轨道有1个电子,比Be的2s2全满结构易失电子I1 < Be。因此第一电离能比Be小的元素有Li、B;
(2)中Be为sp杂化,空间构型为直线形,键角为180°,中Be为杂化,空间构型为正四面体,键角为,故中键角<分子中键角;
(3)与反应生成,同时生成水,化学方程式为:;
(4)①由于HF与形成氢键,氢键有方向性,故空间构型为直线形;
②由图知,在晶胞中,位于晶胞内,由均摊法共有4个,位于顶点、面心和棱上,由均摊法共有个,则晶胞的质量为,晶胞体积,则晶胞的密度;与之间存在离子键,中存在N-H极性共价键(含配位键),中存在氢键和极性共价键,不存在非极性共价键和金属键,故选AD。
(5)Al的原子半径比Be大,Al有空的3d轨道可以形成杂化,或半径大可以容纳更多的配位原子,因此Al的配位数大于Be。
12.(2026·山东泰安·二模)不同条件下,溶液与氨反应可得不同产物。
①向溶液中加入氨性缓冲溶液,得到二氨合溴化汞A。
②向浓度适中的溶液中加入氨水,得到白色沉淀B,B中汞、氨基和的比例为。
③A、B中N均形成4个化学键,键角均为,A的晶胞如图,B中(Ⅱ)与氨基形成一维链状结构。
(1)在元素周期表中的位置为 ,价电子排布式为 。
(2)溶液中所含元素电负性由大到小的顺序为 。
(3)A的晶胞中表示 ,其分数坐标为 ,A晶体的密度为 。
(4)生成B的化学方程式为 ,B中(Ⅱ)与氨基形成的一维链状结构示意图为 (氢原子可以不画)。
【答案】(1)① 第6周期ⅡB族 ② (2) (3)① ② 或 ③ (4)① ②
【解析】(1)汞元素的原子序数为80,基态原子的价电子排布式为,则元素位于元素周期表第6周期ⅡB族;
(2)溴化汞溶液中金属元素的电负性小于非金属元素,则汞元素的电负性最小;非金属元素的非金属性越强,电负性越大,非金属元素的非金属性强弱顺序为O>Br>H,则元素的电负性的大小顺序为:O>Br>H>Hg;
(3)由晶胞结构可知,白球位于晶胞的顶点和棱上,个数为:8×+4×=2,小黑球位于体内、个数为2,大黑球的个数为1,由题意可知,A中氮原子形成4个化学键,N−Hg−N键角为180°,则二氨合溴化汞的化学式为Hg(NH3)2Br2,小黑球为氨分子、白球为溴离子、大黑球为汞离子;由晶胞的边长为a pm、高为2a pm可知,与汞原子在一条直线的上、下氨分子的分数坐标为、;设晶体的密度为d g/cm3,由晶胞的质量公式可得:g=( a× 10-10cm)2×(2a× 10-10cm)×dg/cm3,解得d=;
(4)由题意可知,B中汞、氨基和溴离子的比例为1:1:1,则B的化学式为HgNH2Br,生成B的反应为溴化汞溶液与氨水反应生成HgNH2Br沉淀、溴化铵和水,反应的化学方程式为:;B中氮原子形成4个化学键,N−Hg−N键角为180°,Hg(Ⅱ)与氨基形成一维链状结构,则一维链状结构示意图为:。
试卷第1页,共3页
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专题10 物质结构与性质综合题
7年真题1年模拟
题型分类
山东考情
命题规律
物质结构与性质综合题
2026山东(1题)、2025山东(1题)、2024山东(1题)、2023山东(1题)、2022山东(1题)、2021山东(1题)、2020山东(1题)
· 情境设置:以新型材料(热电材料、MOFs、笼形包合物)或典型元素化合物为载体,突出真实科研背景
· 考查重点:电子排布与未成对电子、杂化轨道与空间构型、晶体结构与计算(晶胞参数、坐标、密度)、配合物成键分析
· 命题趋势:强化晶体结构深度考查(晶胞分割、原子坐标、投影图),增加陌生情境下知识迁移能力要求,计算量与综合性逐年提升
1.(2026·山东·高考真题)与(L)通过配位键形成多孔金属有机框架材料,其四方晶胞结构如图所示(晶胞参数,,原子略)。回答下列问题:
(1)基态Cu原子的电子排布式为 ;C,N,O,F中第二电离能最大的是 。
(2)为平面分子,其中N原子采取的轨道杂化方式为 ,该分子的孤电子对数为 。
(3)中 ;其在室温下可选择性吸附,但不吸附和。分子被吸附在晶胞顶点,与框架结构中的F原子存在如图所示静电作用,晶体中与一个分子产生该作用的F原子有 个;不吸附和的原因是 。
(4)若阿伏加德罗常数的值为,则的对的理论吸附量为 。
2.(2025·山东·高考真题)单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,位于第 周期 族。基态原子与基态离子未成对电子数之比为 。
(2)尿素分子与形成配离子的硝酸盐俗称尿素铁,既可作铁肥,又可作缓释氮肥。
①元素C、N、O中,第一电离能最大的是 ,电负性最大的是 。
②尿素分子中,C原子采取的轨道杂化方式为 。
③八面体配离子中的配位数为6,碳氮键的键长均相等,则与配位的原子是 (填元素符号)。
(3)可用作合成氨催化剂、其体心立方晶胞如图所示(晶胞边长为)。
①晶胞中原子的半径为 。
②研究发现,晶胞中阴影所示m,n两个截面的催化活性不同,截面单位面积含有原子个数越多,催化活性越低。m,n截面中,催化活性较低的是 ,该截面单位面积含有的原子为 个。
3.(2024·山东·高考真题)锰氧化物具有较大应用价值,回答下列问题:
(1)在元素周期表中位于第 周期 族;同周期中,基态原子未成对电子数比多的元素是 (填元素符号)。
(2)的某种氧化物的四方晶胞及其在xy平面的投影如图所示,该氧化物化学式为 。
当晶体有O原子脱出时,出现O空位,的化合价 (填“升高”“降低”或“不变”),O空位的产生使晶体具有半导体性质。下列氧化物晶体难以通过该方式获有半导体性质的是 (填标号)。
A. B. C. D.
(3)(见图)是晶型转变的诱导剂。的空间构型为 ;中咪唑环存在大键,则N原子采取的轨道杂化方式为 。
(4)可作转化为的催化剂(见下图)。的熔点远大于,除相对分子质量存在差异外,另一重要原因是 。
4.(2023·山东·高考真题)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)时,与冰反应生成和。常温常压下,为无色气体,固态的晶体类型为 ,水解反应的产物为 (填化学式)。
(2)中心原子为,中心原子为,二者均为形结构,但中存在大键。中原子的轨道杂化方式为 ;键角 键角(填“>”“ <”或“=”)。比较与中键的键长并说明原因 。
(3)一定条件下,和反应生成和化合物。已知属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数),其中化合价为。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为,化合物的密度 (用含的代数式表示)。
5.(2022·山东·高考真题)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为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。回答下列问题:
(1)基态Ni原子的价电子排布式为 ,在元素周期表中位置为 。
(2)晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ; ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
(3)吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的大键、则吡啶中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,吡啶远大于苯,主要原因是① ,② 。
(5) 、 、 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 。
6.(2021·山东·高考真题)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)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为 ;OF2分子的空间构型为 ;OF2的熔、沸点 (填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是 。
(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XeF2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(,,)。已知Xe—F键长为rpm,则B点原子的分数坐标为 ;晶胞中A、B间距离d= pm。
7.(2020·山东·高考真题)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料,回答下列问题:
(1)Sn为ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为 ,其固体的晶体类型为 。
(2)NH3、PH3、AsH3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 。
(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,1mol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CdSnAs2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。
坐标原子
x
y
z
Cd
0
0
0
Sn
0
0
0.5
As
0.25
0.25
0.125
一个晶胞中有 个Sn,找出距离Cd(0,0,0)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。
1.(2026·山东青岛·一模)我国科学家设计合成的环金属化铂(Ⅱ)配合物在抗癌方面有望成为顺铂替代品,克服其耐药性缺点。回答下列问题:
(1)基态Pt原子的价电子排布式为,Pt在元素周期表中的位置为 。与基态Pt原子未成对电子数相同的第四周期元素有 (填元素符号)。
(2)一种平面形环金属化铂(Ⅱ)配合物阳离子结构如图。
①该阳离子的配体中,配位原子为 。
②该阳离子是否存在顺反异构 (填“是”或“否”),Pt的杂化方式为 (填标号)。
A.sp杂化 B.杂化 C.杂化 D.杂化
③基态C和基态N的第三电离能 (填“>”“=”或“<”)。
(3)氯铂酸铵是制备海绵铂的重要中间体,晶胞是立方体结构,边长为a nm,其中一种离子按面心立方堆积形式排列如图,另一种离子填充在所有的四面体空隙中。
图中黑球表示 (填离子符号)。N-Pt最近距离为 cm。周围距离最近且相等的个数为 。
2.(2026·山东淄博·一模)Co及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,Co位于第 周期 族,基态Co与基态Mn原子中未成对电子数之比为 。
(2)双核钴配离子结构如图甲所示。已知三氮唑环结构()存在大π键。
①Co的化合价为 ,1 mol该配离子中通过螯合作用形成的配位键有 mol。
②a、b处N原子形成大π键时p轨道能提供1对电子的是 (填标号)。该配离子中N的杂化方式有 种。
③三氮唑()的沸点显著高于吡啶()的主要原因是 。
(3)钴钐化合物可用作稀土永磁材料,其六方晶胞如图乙所示,A、B点原子的分数坐标分别为,。则 ;截面MNQP单位面积含有的Co原子为 个。
3.(2026·山东滨州·一模)锰的化合物具有重要的应用价值。回答下列问题:
(1)在元素周期表中,Mn位于第 周期 族,基态锰原子M能层的电子排布式为 。
(2)HMn(CO)5是一种简单羰基配位化合物,在催化反应中有重要应用,结构如图。
①HMn(CO)5中的非金属元素第一电离能最大的是 (填元素符号),分子中σ键与π键数目之比为 。
②HMn(CO)5中每个碳原子的价层电子对数为 ,与CO互为等电子体的一种阴离子的化学式为 。
③CH3Mn(CO)5可看作HMn(CO)5中的氢原子被甲基取代的产物,但CH3Mn(CO)5沸点更高,原因是 。
(3)阿拉班达石是一种属于立方晶系的硫锰矿,其晶胞如图。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标,如a点原子的分数坐标为,b点原子的分数坐标为。已知a、b原子的距离为d cm,晶体的密度为,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体的摩尔质量为 (用含d、、NA的代数式表示)。该晶胞中,由Mn2+形成的正八面体空隙的数目为 。
4.(2026·山东济宁·一模)Zn单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)Zn在元素周期表中的位置为 ,同周期元素中,基态原子未成对电子数最多的元素的价层电子轨道表示式 。
(2)三联吡啶锌叠氮配合物如图所示:
①配合物中主族元素的电负性由大到小的顺序为 。
②配体中心原子杂化方式 ,配体三联吡啶易溶于乙醇的原因 。
(3)ZnF2晶胞结构及其在xy面投影如图所示:
(II)的分数坐标 ,II、III两离子之间的距离为 nm,Zn2+(I)周围的构成的空间结构 。
5.(2026·山东烟台·一模)Co及其化合物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题:
(1)钴元素在元素周期表中的位置是 ;下列状态的钴中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。
A. [Ar]3d74s2 B.[Ar]3d74s1 C.[Ar]3d74s14p1 D.[Ar]3d74p1
(2)配合物K3[Co(NO2)6]的中心离子是 ,配体的VSEPR模型为 。
(3)通过可制备[Co(NH3)6]Cl3。
①1 mol [Co(NH3)6]3+中含有 mol σ键。
②[Co(NH3)6]3+与NH3相比,H-N-H的键角前者 后者(填“>”“<”或“=”)。
(4)SmCok(k>1)是一种稀土永磁材料,其晶体由Sm-Co单层和Co单层两种结构单元层交替排列构成,其结构如图。
已知:Ⅰ.层间距为a pm,Sm-Co单层中Sm与Sm的最短距离为b pm;
Ⅱ.核间距:dA-B<dA-C。
①该物质的化学式为 ,A原子周围最近且等距离的Co原子有 个。
②已知A原子的分数坐标为(1,0,1),则M原子的分数坐标为 ,设NA为阿伏加德罗常数的值,则该材料的密度为 g·cm-3(列计算式)。
6.(2026·山东德州·一模)三元材料镍锰钴酸锂是电动汽车电池常用的正极材料。回答下列问题:
(1)Mn在元素周期表中的位置 ,基态的价电子排布图为 。
(2)锂离子电池常采用离子液体作为电解质。该离子液体的结构如图所示。
①传统的有机溶剂大多易挥发,而离子液体相对难挥发,原因是 ;上述电解质中电负性最大的元素是 (填元素符号)。
②阴离子由制得,、中中心原子B的杂化类型分别为 ,由制时B-F的键长 。(填“变长”“变短”或“不变”)
(3)三元材料镍锰钴酸锂为六方最密堆积,其晶胞结构如图所示,以R表示上述晶胞中的过渡金属离子,该晶体的化学式为 ,晶胞中标注为m、n的两个离子的距离为 pm。
7.(2026·山东泰安·一模)铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途,按要求回答下列问题:
(1)胆矾可写成,其结构示意图如下:
①中的杂化方式为 。
②中不存在的作用力是 (填字母)。
A.离子键 B.极性键 C.非极性键 D.氢键 E.配位键
(2)铜离子可以与8-羟基喹啉螯合,结构如下图。
①8-羟基喹啉中C、N、O原子半径最小的是 ,第一电离能由大到小的顺序为 。
②螯合后形成,配位数为4,则下列说法正确的是 。
A.螯合过程中有键断裂
B.提供孤对电子
C.配体中的配位原子只有
D.8-羟基喹啉与形成五元环稳定结构
(3)当配合物中心原子含有未成对电子时,该物质具有顺磁性。下列属于顺磁性物质的是_____(填标号)。
A.
B.
C.
D.
(4)以、为电极材料,并在表面负载导电材料和量子点,高效催化光分解水,如图所示:
装置中负极的电极反应式 。
8.(2026·山东威海·二模) 单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)在元素周期表中, 位于第 周期 族。基态 原子的价电子轨道表示式为 。
(2)乙二胺分子(,简写为)与形成的配合物,在材料合成、催化等领域应用广泛。
①属于 (填“极性”或“非极性”)分子。
②八面体配离子中,的配位数和配体个数之比为 。
③易溶于水,除a.属于离子型配合物;b.配离子具有强极性:c.为易水合阴离子三点原因外,还有一个重要的原因是 。
(3) 的某种氧化物的晶体结构如下图所示。图甲表示这个立方晶胞可以划分成8个小的立方单位,分别由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小单位拼在一起,Ⅰ和Ⅱ两种小单位的结构和相互拼在一起的情况如图乙所示。该氧化物化学式为 ;每个周围与其等距离且紧邻的有 个,晶胞中之间的最短距离为 。
9.(2026·山东临沂·二模)含氮化合物有重要的研究价值。回答下列问题:
(1)基态原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为 ;的空间构型为 。
(2)含氮配位化合物与互为同分异构体。
①中与形成配位键的原子有 (填元素符号)。
②中键角 中键角(填“>”、“<”或“=”),理由是 。
(3)某高能全氮阴离子盐结构片段如图所示。
该高能晶体盐可以稳定存在的主要原因:
①环中的氮原子在同一个平面内,该结构中存在大π键();
② 。
(4)氮化锂可作为锂电池固体电解质,其晶体属于六方晶系(a=b≠c,°),结构如图1所示;晶体中锂离子与氮离子配位关系如图2所示,两种键键长分别为m pm和n pm。
①若A点的分数坐标为(0,0,0),则B点的分数坐标为 。
②晶体中水平层内,与个数比为 。
③阿伏加德罗常数的值为NA,晶体密度为 (用含m、n、NA的代数式表示)。
10.(2026·山东菏泽·二模)“五金”(金、银、铜、铁、锡)单质及其化合物应用广泛。回答下列问题:
(1)Sn在元素周期表中的位置为 。分子的VSEPR模型名称是 。的键是由Cl的3p轨道与Sn的 轨道重叠形成σ键。
(2)硫代硫酸根离子作为配体可提供孤电子对与形成,可看作是硫酸根离子中的一个氧原子被硫原子取代的产物,则的空间构型为 ,已知中的配位数为2,则中的配位原子为 (填“中心硫原子”“端基硫原子”或“氧原子”)。
(3)Cu的面心立方晶胞结构如图所示(晶胞边长为),晶胞中Cu原子的半径为 nm。Cu能与其他金属形成多种储氢合金。例如有储氢功能的铜银合金晶体的立方晶胞如图所示(晶胞边长为)。氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的全部四面体空隙中。已知储氢材料的储氢能力,标准状况下氢气的密度为。若忽略吸氢前后晶胞的体积变化,阿伏加德罗常数的值为,计算该储氢材料的储氢能力= (用含的代数式表示,下同)。若四面体空隙的H原子填充率为50%,则晶体密度 。
11.(2026·山东青岛·二模)氟化铍是第四代核反应堆理想冷却剂。回答下列问题:
(1)基态Be原子的轨道表示式为 ,同周期第一电离能比Be小的元素有 (填元素符号)。
(2)分解可制得。中键角 (填“>”、“<”或“=”)分子中键角,其原因是 。
(3)能与反应生成,化学方程式为 。
(4)晶胞结构如图。
①空间构型为直线形,其原因是 。
②若晶胞为长方体,棱长分别为a nm、b nm、c nm,则该晶体密度为 (用表示阿伏伽德罗常数的值)。该晶体中微粒间的作用力有 (填标号)。
A.离子键 B.非极性共价键 C.金属键 D.配位键
(5)相似条件下能与生成,Al的配位数大于Be的原因是 。
12.(2026·山东泰安·二模)不同条件下,溶液与氨反应可得不同产物。
①向溶液中加入氨性缓冲溶液,得到二氨合溴化汞A。
②向浓度适中的溶液中加入氨水,得到白色沉淀B,B中汞、氨基和的比例为。
③A、B中N均形成4个化学键,键角均为,A的晶胞如图,B中(Ⅱ)与氨基形成一维链状结构。
(1)在元素周期表中的位置为 ,价电子排布式为 。
(2)溶液中所含元素电负性由大到小的顺序为 。
(3)A的晶胞中表示 ,其分数坐标为 ,A晶体的密度为 。
(4)生成B的化学方程式为 ,B中(Ⅱ)与氨基形成的一维链状结构示意图为 (氢原子可以不画)。
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专题10 物质结构与性质综合题
1.【答案】(1)① ② O (2)① ② 2 (3)① 1:2:1 ② 4 ③ 和为非极性键构成的非极性分子,分子中不存在带显著正电荷的原子或成键电子对/共用电子对未发生偏移 (4)
2.【答案】(1)① 四 ② VIII ③ 4:5 (2)① N ② O ③ sp2 ④ O (3)① ② n ③
3.【答案】(1)① 四 ② ⅦB ③ Cr (2)① MnO2 ② 降低 ③ A (3)① 正四面体形 ② sp2 (4)FDCA形成的分子间氢键更多
4.【答案】(1)① 分子晶体 ② HF 、 (2)① ② > ③ 分子中键的键长小于中键的键长,其原因是:分子中既存在σ键,又存在大键,原子轨道重叠的程度较大,因此其中键的键长较小,而只存在普通的σ键。 (3)① ②
5.【答案】(1)① 3d84s2 ② 第4周期第VIII族 (2)① 2:3 ② 2:1:1 ③ Zn2+、Ni2+ (3)D (4)① 吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 ② 吡啶和H2O均为极性分子相似相溶,而苯为非极性分子 (5)
6.【答案】(1)9 (2)F>O>Cl 角(V)形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高 (3) 5 D (4) 2 (0,0,) pm
7.【答案】(1)正四面体形 分子晶体 (2)NH3、AsH3、PH3 AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH3 (3)6 1 (4)4 (,0,)、(,,0) 4
1.【答案】(1)① 第6周期Ⅷ族 ② Ti、Ni、Ge、Se (2)① C、N ② 否 ③ D ④ > (3)① ② ③ 6
2.【答案】(1)① 四 ② 第Ⅷ ③ (2)① +2 ② 8 ③ a ④ 2 ⑤ 三氮唑分子间可以形成氢键,吡啶无法形成分子间氢键 (3)① 5 ②
3.【答案】(1)① 四 ② VIIB ③ 3s23p63d5 (2)① O ② 11∶10 ③ 2 ④ (或) ⑤ 两者均为分子晶体,CH3Mn(CO)5相对分子质量大于HMn(CO)5,范德华力更大,沸点更高 (3)① ② 4
4.【答案】(1)① 第四周期ⅡB族 ② (2)① N>C>H ② sp杂化 ③ 三联吡啶与乙醇分子间能形成分子间氢键,且两者均为极性分子,根据相似相溶原理,三联吡啶易溶于乙醇 (3)① (,,) ② ③ 八面体或八面体形
5.【答案】(1)① 第4周期Ⅷ族 ② B (2)① Co3+ ② 平面三角形 (3)① 24 ② > (4)① SmCo5 ② 6 ③ ④
6.【答案】(1)① 第4周期ⅦB族 ② (2)① 离子液体中存在离子键,作用力强 ② F ③ 、 ④ 变长 (3)① ②
7.【答案】(1)① ② C (2)① ② ③ AD (3)B (4)
8.【答案】(1)① 4 ② Ⅷ ③ (2)① 极性 ② 2:1 ③ 每个乙二胺配体分子中含有两个氨基,可与水分子形成氢键 (3)① Co3O4 ② 6 ③
9.【答案】(1)① 4:1(或1:4) ② 直线形 (2)① 、 ② > ③ 中氮原子提供孤电子对形成配位键,氮原子上没有孤电子对,而中氮原子上仍有孤电子对,孤电子对对成键电子对的排斥作用大于成键电子对之间的排斥作用 (3)阳离子与阴离子之间形成氢键,使体系能量降低,结构稳定 (4)① ② 1:2 ③
10.【答案】(1)① 第5周期第ⅣA族 ② 平面三角形 ③ 杂化 (2)① 四面体形 ② 端基硫原子 (3)① ② ③
11.【答案】(1)① ② Li、B (2)① < ② 中Be为sp杂化,键角为180°,中Be为杂化,键角为 (3) (4)① HF与形成氢键,氢键有方向性 ② ③ AD (5)Al有空的3d轨道可以形成杂化,或半径大可以容纳更多的配位原子
12.【答案】(1)① 第6周期ⅡB族 ② (2) (3)① ② 或 ③ (4)① ②
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