第11题 物质结构与性质综合题复习建议：4课时(题型突破2课时 习题2课时)1.(2022·全国甲卷)2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2===CH2)与四氟乙烯(CF2===CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为__________。(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是__________(填标号)，判断的根据是__________；第三电离能的变化图是__________(填标号)。(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构__________。(4)CF2===CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为__________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因_________________________________________________________________。(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为apm，正负离子的核间距最小为__________pm。答案 (1) (2)图a 同一周期第一电离能有增大的趋势，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高 图b(3) (4)sp2 sp3 C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能，键能越大，化学性质越稳定(5)Ca2＋ eq\f(\r(3),4)a解析 (1)F为第9号元素，其电子排布为1s22s22p5，则其价电子排布图为。(2)C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能有增大的趋势，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C一氯乙烯>一氯乙炔 Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键的键长越短(3)CsCl CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体 (4)电解质 eq\f(NA×（504×10－12）3,2)解析 (1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，1s22s22p43s1为基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；1s22s22p33p2为基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确；而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量较高的是1s22s22p33p2。(2)①一氯乙烯的结构式为，碳原子采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Clσ键。②C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强，C—Cl键的键长越短，一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时s成分多，sp3杂化时s成分少，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl的键长越短，一氯乙烯中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，一氯乙炔中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成2个3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，因此三种物质中C—Cl键长的顺序为一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。(3)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而CsCl为离子晶体，熔化时克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl高。(4)由题意可知，在电场作用下，Ag＋不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α－AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2个，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n＝eq\f(N,NA)mol＝eq\f(2,NA)mol，晶胞体积V＝a3pm3＝(504×10－12)3m3，则α－AgI晶体的摩尔体积Vm＝eq\f(V,n)＝eq\f(（504×10－12）3m3,\f(2,NA)mol)＝eq\f(NA×（504×10－12）3,2)m3·mol－1。3.(2021·全国甲卷)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。(2)CO2分子中存在________个σ键和________个π键。(3)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6℃)之间，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为apm、apm、cpm，该晶体密度为________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。答案 (1)3s23p2 原子晶体(或共价晶体) sp3 ② (2)2 2 (3)甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多 (4)8 eq\f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30) 2－x解析 (1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子(共价)晶体。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。(2)CO2分子的结构为O===C===O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(3)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。(4)以ZrO2晶胞结构的上面面心的Zr4＋为研究对象，将晶体结构向上由1个晶胞延长为2个晶胞，可观察到与该Zr4＋距离最近的O2－有8个，则Zr4＋的配位数为8。该晶胞中含8个O2－，Zr4＋个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(个)，则1个晶胞的质量为eq\f(4×91＋8×16,NA)g，1个晶胞的体积为a2c×10－30cm3，则该晶体的密度为eq\f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30)g·cm－3。该晶体中，Zr为＋4价，Zn为＋2价，O为－2价，由化合物中各元素化合价代数和为0可得，2x＋4×(1－x)－2y＝0，解得y＝2－x。4.(2021·全国乙卷)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1B.4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________________，中心离子的配位数为________