2018届二轮复习物质的结构与性质题型研究学案（全国通用）
[题型特点]
物质的结构与性质综合题，常见题型有两种：一是围绕某一主题展开，二是在应用元素周期表、原子的结构与元素化合物的性质对元素进行推断的基础上，考查有关物质结构与性质中的重要知识点，重视考查面广，试题整体难度不大。考查内容主要涉及核外电子排布式、电子排布图、电离能和电负性、σ键和π键、分子间作用力、氢键、化学键数目的计算、通过各种理论(杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、等电子体理论等)推测分子的空间构型、轨道杂化方式(sp、sp2、sp3)的判断、常见晶体的构型、金属晶体的堆积模型、晶胞中粒子数目的计算，试题中所设计的几个问题常常是相互独立的，但所考查的内容却是上述知识点的综合应用。
1.(2017·江苏化学，21)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。
(1)Fe3＋基态核外电子排布式为_______________________________。
(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是________，1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为________。
(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________。
(4)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为_____________________________
___________________________________________________________。
(5)某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
解析 (1)先写出26号元素铁的核外电子排布式[Ar]3d64s2，再由外向内失3e－，得Fe3＋的核外电子排布式为[Ar]3d5。(2)丙酮中－CH3中碳原子形成4根单键，为sp3杂化，羰基中碳原子形成1个π键，为sp2杂化。丙酮的结构式为，有9个σ键(6个C－H，2个C－C，1个C－O)。(3)非金属性H＜C＜O。(4)乙醇与丙酮的晶体类型都为分子晶体，乙醇分子间存在氢键和范德华力，而丙酮分子间只存在范德华力，氢键的作用力强于范德华力，使沸点升高。(5)能量低更稳定，Cu代替a位置的Fe(顶点上的Fe)，晶胞中Cu个数为8×＝1，Fe个数为6×＝3，N个数为1，化学式为Fe3CuN。
答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2)sp2和sp3 9NA
(3)H
INi的原因是_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。
解析 (1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。根据洪特规则可知，Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道，其未成对电子数为2。
(2)①SO中，S原子的价层电子对数为＝4，成键电子对数为4，故SO的立体构型为正四面体。
②[Ni(NH3)6]2＋中，由于Ni2＋具有空轨道，而NH3中N原子含有孤电子对，两者可通过配位键形成配离子。
③由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。
(3)Cu、Ni均属于金属晶体，它们均通过金属键形成晶体。因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1，3d能级全充满，较稳定，失去第2个电子较难，因此第二电离能ICu＞INi。
(4)由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为：6×＝3，含有Ni：原子的个数为：8×＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
(2)①正四面体 ②配位键 N
③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
(3)金属 铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子
(4)3∶1
【考法训练2】 研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：
(1)Co基态原子核外电子排布式为______________________________。
元素Mn与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。
(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。
(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为___________________________________________________________，
原因是_____________________________________________________
___________________________________________________________。
(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在___________________________________________________
_______________________________________________________。
解析 (1)Co为27号元素，Co的基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；金属性越强，第一电离能越小，而金属性：Mn＞O，故第一电离能较大的为O。Mn原子的价电子排布式为3d54s2，根据洪特规则，有5个未成对电子，而O原子的价电子排布式为2s22p4，仅有2个未成对电子，故基态原子核外未成对电子数较多的是Mn；
(2)根据价层电子对互斥理论，CO2中C原子价层电子对数为2，为sp杂化，而CH3OH中C原子的价层电子对数为4，为sp3杂化；
(3)影响分子晶体沸点的因素有范德华力和氢键，H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多，故H2O的沸点高，CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大，沸点更高。
(4)Mn(NO3)2为离子化合物，Mn2＋ 与NO之间是离子键，根据NO的结构式，N与O之间存在双键，故除了σ键还存在离子键、π键；
答案 (1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 O Mn
(2)sp sp3
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2 水含氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大
(4)离子键、π键
以推断元素为背景的“拼盘式”考查
【考法训练3】 M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题：
(1)R基态原子的电子排布式是________，X和Y中电负性较大的是________(填元素符号)。
(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物，其原因是_________________________________________________________。
(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是________________。
(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示，则图中黑球代表的离子是________(填离子符号)。
(5)在稀硫酸中，Z的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化M的一种氢化物，Z被还原为＋3价，该反应的化学方程式是
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 M基态原子的核外电子排布式为1s22s22p4，为氧元素，R为钠元素，X的原子序数大于R，为硫元素，则Y为氯元素，Z基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，为24号元素铬。(1)11号元素钠的基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1。同一周期元素，随原子序数递增，电负性增大，Cl的电负性强于S。(2)H2S分子间不存在氢键，H2O分子间存在氢键，所以H2O的沸点高于H2S。(3)SO3的价层电子对数为3，无孤对电子，为平面正三角形。(4)Na2O晶胞中小黑球个数为8，小白球个数为：8×＋6×＝4，所以黑球表示Na＋。(5)＋6价铬中K2Cr2O7 呈橙色(K2CrO4呈黄色)，将H2O2氧化为O2，自身被还原为Cr2(SO4)3，注意溶液呈酸性，配平。
答案 (1) 1s22s22p63s1或[Ne]3s1 Cl
(2)H2S分子间不存在氢键，H2O分子间存在氢键
(3)平面三角形
(4)Na＋
(5)K2Cr2O7＋3H2O2＋4H2SO4===Cr2(SO4)3＋3O2↑＋K2SO4＋7H2O
【考法指导】
这是一种较为典型的命题形式。基于原子结构和元素周期表(或元素周期律)等背景进行元素推断，从而呈现出几种元素，这些元素
往往含有主族元素和过渡元素。命题时，并不完全围绕各元素独立进行，同时也依托这些元素之间组成的物质展开，从而实现对原子结构、分子结构和晶体结构与性质的综合考查。
【考法训练4】 现有A、X、Y、Z、W五种元素，它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期数相同；X基态原子的L层中有3个未成对电子；Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋方向与2p轨道上其他电子的自旋方向相反；Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子；W基态原子的最外层电子数为1，其余各电子层均充满电子。请回答下列问题：
(1)这五种元素中，电负性最大的元素基态原子的电子排布式是________，W位于周期表的________(填“s”、“p”、“d”或“ds”)区。
(2)已知X2Y分子中Y原子只与一个X原子相连，请根据等电子原理，写出X2Y的电子式：___________________________________________________，
其中心原子的杂化轨道类型是________，1 mol X2Y含有的π键数目为________。
(3)W可以形成配合物。A、X、Y、Z、W五种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈正四面体结构，该阴离子的化学式为________；其阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图所示)，该阳离子的化学式为________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是_________________________
_____________________________________________________________。
(4)W、X形成的某种化合物的晶胞结构如图所示的立方晶胞(其中X显－3价)，则其化学式为________________________________________________。
解析 A、X、Y、Z、W五种元素的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期数相同，故A为H；X基态原子的L层中有3个未成对电子，故X为N；Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋方向与2p轨道上其他电子的自旋方向相反，故Y为O；Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子，故Z为S；W基态原子的最外层电子数为1，其余各电子层均充满电子，故W为Cu。(1)电负性最大的元素为O，其基态原子的电子排布式为1s22s22p4
。Cu为29号元素，在元素周期表中属于ds区。(2)N2O分子中O原子只与一个N原子相连，N2O与CO2互为等电子体，故N2O的电子式为；中心原子N的杂化类型为sp，1分子N2O中的π键数目为2，故1 mol N2O中含有的π键数目为2NA。(3)五种元素形成的1∶1型离子化合物中，阴离子呈正四面体结构，则阴离子为SO，结合题图可知该阳离子结构中含有1个Cu2＋、4个NH3、2个H2O，故阳离子的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]2＋。加热化合物时根据配位键强弱来确定首先失去的成分。(4)由题图的晶胞结构可知N的数目为8×＝1，Cu的数目为12×＝3，所以其化学式为Cu3N。
答案 (1)1s22s22p4 ds
(2) sp 2NA
(3)SO [Cu(NH3)4(H2O)2]2＋ H2O
H2O与Cu2＋配位键比NH3与Cu2＋配位键弱
(4)Cu3N
1.铝及其化合物在工农业生产及日常生活中有重要用途，请回答下列问题：
(1)Al原子的价电子轨道示意图为____________，Na、Mg、Al的第一电离能由小到大的顺序为____________。
(2)某含有铝元素的翡翠的化学式为Be3Al2(Si6O18)，其中Si原子的杂化轨道类型为____________。
(3)工业上用氧化铝、氮气、碳单质在高温条件下可制备一种四面体结构单元的高温结构陶瓷，其晶胞如图所示：
①该制备反应的化学方程式为_________________________________
___________________________________________________________。
②该化合物的晶体类型为_____________________________________，
该晶胞中有________个铝原子。
(4)AlCl3的相对分子质量为133.5，183 ℃开始升华，易溶于水、乙醚等，其二聚物(Al2Cl6)的结构如图所示，图中1键键长为206 pm，2键键长为221 pm，从键的形成角度分析1键和2键的区别：____________________________
___________________________________________________________。
(5)LiAlH4是一种特殊的还原剂，可将羧酸直接还原成醇：
CH3COOHCH3CH2OH
CH3COOH分子中π键与σ键的数目之比为________，分子中键角α____(填“大于”、“等于”或“小于”)键角β。
解析 (1)第一电离能由小到大的顺序为Na＜Al＜Mg。(2)Be3Al2(Si6O18)中，Be的化合价为＋2、Al的化合价为＋3，故Be3Al2(Si6O18)的阴离子可写成(SiO3)，所以Si采取sp3杂化。(3)①由原子守恒可得Al2O3＋N2＋3C3CO＋2AlN。②该化合物为高温结构陶瓷(AlN)，故其属于原子晶体。该晶体的晶胞中含4个Al原子，4个N原子。(4)由题意可知1键和2键为两种键长不同的共价键，1键为铝原子、氯原子各提供一个电子形成的共价键，2键为氯原子提供孤电子对、铝原子提供空轨道形成的配位键。(5)碳氧双键中含1个π键，其余7个为σ键。羰基碳采取sp2杂化，羰基中碳氧双键对单键的作用力大于单键之间的作用力，故键角α小于键角β。
答案 (1) Na＜Al＜Mg (2)sp3
(3)①Al2O3＋N2＋3C3CO＋2AlN ②原子晶体 4
(4)1键为铝原子、氯原子各提供一个电子形成的共价键，2键为氯原子提供孤电子对、铝电子提供空轨道形成的配位键 (5)1∶7 小于
2.(2017·苏锡常镇一调)光解水的催化材料可用硝酸镍、硫脲和锐钛矿为原料，采用醇热法制得。
(1)Ni2＋基态核外电子排布式为________________。
(2)与NO互为等电子体的一种分子的化学式为________________。
(3)硫脲()中C原子轨道的杂化类型为________。1 mol 硫脲中含有σ键的数目为________mol。
(4)钛的一种氟化物晶胞结构如图所示，其化学式为________。
(5)甘油(丙三醇)具有保持水分的功能，其主要原因是
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 (1)Ni为第28号元素，不要写成Ni的电子排布式。(3)碳原子的杂化类型见“规律总结”，σ键有：4个N—H键，2个C—N键，1个C—S键。(4)晶胞中含有的Ti原子个数＝×8＋×6＝4，F原子个数为8，故化学式为TiF2。(5)甘油分子中含有3个—OH，能与水分子之间形成氢键。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d8(或[Ar]3d8) (2)SO3(或BF3等) (3)sp2 7
(4)TiF2 (5)与水分子间可形成氢键
3.(2017·南京三模)Ni2＋与丁二酮肟生成鲜红色丁二酮肟镍沉淀，该反应可用于检验Ni2＋。
(1)1 mol丁二酮肟分子中含有σ键的数目为________mol。
(2)丁二酮肟镍分子中碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)Ni(CO)4是一种无色液体，沸点为43 ℃，熔点为－19.3 ℃，Ni(CO)4的晶体类型是________。
(4)与CO互为等电子体的二价阴离子为________，Ni(CO)4中Ni与CO的C原子形成配位键，不考虑空间构型，Ni(CO)4的结构可用示意图表示为________。
解析 (1)C===N中只有1个σ健，需注意。(2)C原子杂化情况如下图所示。(3)分子晶体的典型特征是熔、沸点低，硬度小，熔融状态下一般不导电。(4)4个C必须全部与Ni相连，配位键箭头必须全部指向Ni。
答案 (1)15 (2)sp2、sp3 (3)分子晶体
(4)C
4.(2017·南京盐城二模)元素X、Y、Z为前四周期元素，X的基态原子核外电子有21种运动状态，元素Y的原子最外层电子数是其内层的3倍，Z与X、Y不在同一周期，且Z原子核外p电子比s电子多5个。
(1)X基态原子的核外电子排布式为___________________________。
(2)X是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯()裂化生成苯和丙烯。
①1 mol苯分子中含有σ键的数目为________mol；
②异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为________。
(3)与Y3分子互为等电子体的阳离子为________。
(4)XZ3易溶于水，熔点为960 ℃，熔融状态下能够导电，据此可判断XZ3晶体属于__________________________________________________________
(填晶体类型)。
(5)元素Ce与X同族，其与Y形成的化合物晶体的晶胞结构如下图，该化合物的化学式为____________________________________________________。
解析 (1)每个电子的运动状态与其他电子的运动状态都不同，故有21种不同运动状态电子的原子是21号元素Sc，其核外电子排布式为[Ar]3d14s2。(2)①苯中的碳碳键、碳氢键均为σ键；②异丙苯苯环上6个C为sp2杂化，其余C为sp3杂化。(3)找O3的阳离子等电子体，把O3中一个O换成最外层多一个电子的，如Cl，则写出ClO。(4)离子晶体一般熔点高、熔融状态下能导电。(5)晶胞中Ce原子个数＝×8＋×6＝4，O原子个数为8，故化学式为CeO2。
答案 [Ar]3d14s2 (2)①12 ②sp2、sp3 (3)ClO
(4)离子晶体 (5)CeO2
5.(2017·徐宿连三调)TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂，能有效地将有机污染物(如甲醛、甲苯等)和含氮化合物(如NH3、CN－等)转化为CO2和N2等小分子物质。
(1)Ti基态核外电子排布式为__________________________________。
(2)甲苯中C原子轨道杂化类型为____________________________。
(3)氨气极易溶于水，除因为它们都是极性分子外，还因为
_______________________________________________________
________________________________________________________。
(4)含CN－的污水毒性极大，用NaClO先将CN－氧化为CNO－，然后在酸性条件下再将CNO－氧化为无污染的气体，则与CNO－互为等电子体的分子为________。
(5)某含钛配合物，化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2，1 mol该配合物中σ键的数目为________。
(6)某氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中氮原子配位数为________。
解析 (1)Ti基态核外电子排布式为[Ar]3d24s2。(2)甲苯中甲基上碳原子采用sp3杂化，苯环上的碳原子采用sp2杂化。(3)氨气分子与水分子之间还可以形成氢键，导致氨气极易溶于水。(4)等电子体的原子总数和价电子总数相等，故与CNO－互为等电子体的分子为CO2、N2O或CS2等。(5)Ti与配体之间是σ键，共6 mol，H2O内部也是σ键，共有5×2 mol＝10 mol，所以共有16 mol。(6)N原子处于晶胞的顶点，故它的配位数是6。
答案 (1)1s22s22p6s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)
(2)sp3，sp2 (3)氨分子与水分子可形成分子间氢键
(4)N2O(或CO2等) (5)16 mol(或16×6.02×1023)
(6)6
6.原子序数小于36的X、Y、Z、W、R五种元素，原子序数依次增大。五种元素中，仅R为金属元素，其原子序数为27。X的价电子排布式为nsnnpn，元素Z基态原子s电子总数与p电子总数相等，W与其他四种元素的能层数不同，且未成对电子数目为1。
根据判断出的元素回答下列问题：
(1)基态R原子核外电子排布式为________，X、Y、Z三种原子的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)。
(2)1 mol 配合物[R(XY)6]4－中含有σ键的数目为________。
(3)XZW2是一种高毒类物质，结构与甲醛相似，X原子的杂化方式为____________，其沸点高于甲醛的主要原因是
____________________________________________________。
(4)YW3为黄色、油状、具有刺激性气味的液体，该分子的立体构型为___________________________________________________
(用文字描述)。
(5)某晶体的晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式为________(R、Z用具体元素符号表示)。
解析 R的原子序数为27，为Co，X的价电子排布式为nsnnpn，则X的价电子排布式为2s22p2，X元素为C，Z基态原子s电子总数与p电子总数相等，则Z元素为O，则Y元素为N，W与其他四种元素能层数不同，且未成对电子数目为1，其价电子排布式为3s23p5，为Cl。(1)基态Co原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2，C、N、O三种原子第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C(N基态原子最外层电子为半充满)。(2)1 mol 配合物[R(XY)6]4－即[Co(CN)6]4－中6个CN－与Co之间为配位键，CN－中C与N之间为三键，含有1个σ键，1 mol该配合物共有12 mol σ键。(3)XZW2为COCl2，结构与甲醛相似，其中心碳原子的杂化方式为sp2，其沸点高于甲醛的主要原因是COCl2的相对分子质量比甲醛大，故范德华力比甲醛大。(4)YW3为NCl3、类似于NH3的分子结构，分子的立体构型为三角锥形。(5)该晶体的晶胞结构中Co原子的个数＝8×＋6×＝4，氧原子的个数＝12×＋1＝4，则该化合物的化学式为CoO。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d74s2(或[Ar]3d74s2)
N＞O＞C
(2)12 mol(或12×6.02×1023)
(3)sp2 COCl2的相对分子质量比甲醛大，故范德华力比甲醛大，导致其沸点比甲醛高
(4)三角锥形 (5)CoO
