N单元 物质结构与性质
N1 原子结构与元素的性质
31．N1、N2、N3、N4、N5[2015·福建卷] [化学——物质结构与性质] 科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。
(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为______________。 (2)下列关于CH4和CO2的说法正确的是______(填序号)。 a．固态CO2属于分子晶体
b. CH4分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2
3
d. CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp和sp
(3)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。
①基态Ni原子的电子排布式为________________，该元素位于元素周期表中的第________族。
②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有________mol σ键。
(4)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
参数 分子 CH4 CO2 分子直径/nm 0.436 0.512 分子与H2O的结合能E/kJ·mol 16.40 29.91 －1图0
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是________。
②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
226268282
31．(1)H、C、O (2)a、d (3)①1s2s2p3s3p3d4s或[Ar]3d4s Ⅷ ②8 (4)①氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4
[解析] (1)元素的非金属性越强，其电负性越大，故三种元素中氧的电负性最大，氢的电负性最小，因此电负性从小到大的顺序为H、C、O。 (2)固态CO2常温下是气体，是由分子间的作用力形成的分子晶体，a项正确；甲烷分子中含极性共价键，但空间结构是正四面体分子，属于非极性分子，b项错误；CH4、CO2均属于分子晶体，物质熔点高低由分子间作用力
3
的大小决定，与化学键强弱无关，c项错误；CH4分子中碳原子形成了4个σ键，属于sp杂化，CO2分子中碳原子与2个氧原子形成了2个σ键且无孤电子对，属于sp杂化，d项正确。(3)Ni(CO)4中，Ni与CO是σ键，共有4个，CO中碳氧原子间有1个σ键，故1 mol Ni(CO)4
中共有8 mol σ键。(4) 可燃冰中水分子间存在氢键，甲烷分子间、水分子之间及甲烷与水分子间还存在分子间作用力。由题中信息知，CO2分子直径小于笼状结构的空腔直径，故CO2可置于空腔中，又CO2分子与水分子结合释放出的能量更多一些，故形成的相应物质比可燃冰稳定一些。
37．N1、N3、N4[2015·全国卷Ⅱ] [化学——选修3：物质结构与性质] A、B、C、D为
2－＋
原子序数依次增大的四种元素，A和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：
(1)四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为__________________。
(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是______(填分子式)，原因是__________________________________________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________。
(3)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为______________，中心原子的杂化轨道类型为________。
(4)化合物D2A的立体构型为________，中心原子的价层电子对数为________，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为____________________________________________________________________。
(5)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝0.566 nm，F的化学式
－
为________；晶胞中A原子的配位数为________；列式计算晶体F的密度(g·cm3
)________________________________。
图0
2262323
37．(1)O 1s2s2p3s3p(或[Ne]3s3p)
(2)O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 分子晶体 离子晶体
3
(3)三角锥形 sp (4)V形 4
2Cl2＋2Na2CO3＋H2O===Cl2O＋2NaHCO3＋2NaCl(或2Cl2＋Na2CO3===Cl2O＋CO2＋2NaCl) 4×62 g·mol－3
(5)Na2O 8 －7323－1＝2.27 g·cm
（0.566×10cm）×6.02×10mol
[解析] 根据题中信息可确定A、B、C、D分别为O、Na、P和Cl。(1)电负性最大的元素即非金属性最强的元素，即O的电负性最大。根据P原子的结构示意图可写出核外电子排布式。(2)由于相对分子质量O3＞O2，故O3沸点较高；H2O和NaH的晶体分别为分子晶体和离子晶体。(3)PCl3中含有3个成键电子对和1个孤对电子，价层电子对数为4对，即空间结构为
3
三角锥形，中心原子P原子为sp杂化。(4)根据价层电子对互斥理论可知Cl2O分子中孤对电1子对数为2，即Cl2O为V形分子，价层电子对数为4。(5)该晶胞中两原子个数分别为×8
81
＋×6＝4和8，即F的化学式为Na2O，位于晶胞顶点和面心的原子为O，而晶胞内部的原子2
－1
为Na，O原子周围有8个等距离的Na原子，即O原子配位数为8。根据(0.566×10cm)ρ＝
4－1
可求出ρ。 23－1×62 g·mol
6.20×10mol
－73
37．N1、N2、N3、N4[2015·全国卷Ⅰ] [化学——选修3：物质结构与性质] 碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化
14
描述。在基态C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。
(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。
(5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
图0
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
37．(1) 电子云 2
(2)C有4个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定电子结构
－
(3)σ键和π键 sp CO2 、SCN(或COS等) (4)分子 (5) ①3 2 ②12 4
[解析] (1)电子云图常用来形象地表示电子在原子核外空间出现的几率大小；C原子核外1s轨道、2s轨道各有一对自旋相反的成对电子，2p轨道有两个自旋方向相同的单电子。
(2)碳原子最外层有4个电子，不容易完全失去4个电子形成2电子的稳定结构，也不易完全得到4个电子，形成8电子稳定结构，所以更多的是与其他电子形成共价键。
(3)CS2结构式为S===C===S，其中化学键从成键元素角度理解为极性键；从共用电子对数目角度理解为双键；从电子云重叠方式理解为σ键和π键。题目考查含有的化学键类型应（4－2）×2
为σ键和π键；CS2中C原子价层电子对数目为＝2，C原子的杂化轨道类型为
2sp杂化；据等电子体理论可知与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子可为CO2 等。
(4)该化合物熔沸点都较低，应为分子晶体。
(5)①石墨烯为平面结构，每个碳原子周围有3条单键，每两条相邻单键在一个环内，则1
每个C原子连接3个六元环，每个环内有6×＝2个碳原子；
3
②金刚石晶体为空间立体网状结构，每个碳原子周围有4条单键，每两条相邻单键参与形成三个六元环，即每个C原子连接12个六元环，每个环内最多有4个C原子共平面。
8．B3、N1、N3[2015·四川卷] X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素。X和R属同族元素；Z和U位于第ⅦA族；X和Z可形成化合物XZ4；Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等；T的一种单质在空气中能够自燃。
请回答下列问题：
(1)R基态原子的电子排布式是______________________。 (2)利用价层电子对互斥理论判断TU3的立体构型是________。
(3)X所在周期元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是________(填化学式)；Z和U的氢化物中沸点较高的是________(填化学式)；Q、R、U的单质形成的晶体，熔点由高到低的排列顺序是____________(填化学式)。
(4)CuSO4溶液能用作T4中毒的解毒剂，反应可生成T的最高价含氧酸和铜，该反应的化学方程式是____________________________。
2262222
8．(1)1s2s2p3s3p或[Ne]3s3p (2)三角锥形
(3)HNO3 HF Si、Mg、Cl2 (4) P4＋10CuSO4＋16H2O===10Cu＋4H3PO4＋10H2SO4
[解析] Z和U位于第ⅦA族，故Z为F元素，U为Cl元素；X和Z可形成化合物XZ4，则X为C元素；X和R属同族元素，则R为Si元素；Q基态原子的s轨道和p轨道的电子总数相等，则Q为Mg元素；T的一种单质在空气中能够自燃，则T为P元素。(1)R为Si元素，
2262222
原子序数为14，故其基态原子的电子排布式是1s2s2p3s3p或[Ne]3s3p。(2)PCl3的价层电子对数为(5＋3)÷2＝4，除形成三条P－Cl σ键，还有一对孤电子对，受孤电子对的排斥，PCl3为三角锥形。(3)与碳同一周期，非金属性强弱顺序为F>O>N，因F、O无正化合价，故最高价氧化物的水化物酸性最强的是HNO3。HF、HCl中因HF能够形成分子间氢键，沸点高于HCl。Si形成的晶体是原子晶体，Mg是金属晶体，Cl2形成的晶体是分子晶体，故熔点由高到低的顺序为Si、Mg、Cl2。(4) P的最高价含氧酸为H3PO4，则CuSO4溶液与P4反应的化学方程式为P4＋10CuSO4＋16H2O===10Cu＋4H3PO4＋10H2SO4。
题号：15 科目：化学
N1、N2、N3、N5“物质结构与性质”模块 请回答：
2＋
(1)Cu的电子排布式是______________________________。 (2)下列物质中既有离子键又有共价键的是________。
A．MgO B．NaOH
C．CaCl2 D．(NH4)2SO4
(3)关于下列分子的说法不正确的是________。
HOOHCH2CHCHCH2CH3
A．既有σ键又有π键
B．O—H键的极性强于C—H键的极性 C．是非极性分子
D．该物质的分子之间不能形成氢键，但它可以与水分子形成氢键 (4)下列说法正确的是________。
A．HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子
＋
B．NH4和CH4的空间构型相似 C．BF3与都是平面形分子
D．CO2和H2O都是直线形分子
(5)下列有关性质的比较，正确的是________。 A．第一电离能：O>N
B．水溶性：CH3CH2OH>CH3CH2OCH2CH3 C．沸点：HCl>HF D．晶格能：NaCl>MgO
2262699
[答案] (1)1s2s2p3s3p3d或[Ar]3d (2)BD (3)CD (4)BC (5)B [解析] (1)Cu的电子排布式为洪特规则特例，即为d轨道中的电子为全满状态时最稳定，
1012＋
所以29号Cu的电子排布式为[Ar]3d4s，失去电子时先失最外层电子，所以Cu的电子排
9＋－
布式为[Ar]3d。(2)A项，MgO中只有离子键，错误；B项，NaOH中Na与OH之间为离子键，－2＋－－
OH中O与H之间为共价键，正确；C项，CaCl2中Ca与Cl之间为离子键，而两个Cl之间
＋2－＋2－
没有化学键，错误；D项，(NH4)2SO4中NH4 与SO4之间为离子键，NH4中N与H、SO4中S与O之间为共价键，正确。(3)A项，单键均为σ键，如C—C、C—O、C—H、O—H，双键中有1个是σ键，1个是π键，如C＝C中存在π键，正确；B项，O的非金属性比C强，所以O—H键比C—H的极性强，正确；C项，该有机物分子的正、负电荷中心不重合，所以为极性分子，错误；D项，分子中存在羟基，分子间可以形成氢键，错误。(4)A项，CH3CHClCH2CH3为手性
＋3
分子，而HOCH2CH(OH)CH2OH不是手性分子，错误；B项，NH4 和CH4中的N和C均为sp杂化，
2
为正四面体形，正确；C项，BF3中的B和苯中的C均为sp杂化，均为平面形，正确；D项，CO2是直线形分子，H2O是V形分子，错误。(5)A项，N的2p轨道中的电子为半满的稳定状态，故比相邻的O的第一电离能大，错误；B项，CH3CH2OH与H2O分子间可形成氢键，所以水溶性
2＋
比后者大，正确；C项，HF存在分子间氢键，所以沸点比HCl大，错误；D项，Mg的半径
＋2－－2＋2－
小于Na，O的半径小于Cl，且Mg、O为二价离子，所以MgO的晶格能大，错误。
N2 化学键
5．A1、A2、N2[2015·四川卷] 设NA为阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是( )
18
A．2.0 g H2O与D2O的混合物中所含中子数为NA B．常温常压下，4.4 g乙醛所含σ键数目为0.7NA
C．标准状况下，5.6 L CO2与足量Na2O2反应转移的电子数为0.5NA D．50 mL 12 mol/L盐酸与足量MnO2共热，转移的电子数为0.3NA
18
5．A [解析] H2O和D2O的相对分子质量都为20，而中子数都为10，故2.0 g混合物中含有的中子数为NA，A项正确；乙醛的结构式为CHHHCOH，分子中存在6条σ键，因此4.4 g(即0.1 mol)乙醛中含有σ键的数目为0.6NA，B项错误；CO2与Na2O2发生反应的方程式为2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2，每有2 mol CO2参加反应转移2 mol电子，故5.6 L CO2(即0.25 mol)CO2参加反应转移0.25NA电子，C项错误；随着反应的进行，盐酸的浓度越来越小，二氧化锰和稀盐酸不再发生反应，故转移的电子数小于0.3NA，D项错误。
37．N1、N2、N3、N4[2015·全国卷Ⅰ] [化学——选修3：物质结构与性质] 碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化
14
描述。在基态C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。
(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。 (3)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。