第五单元 物质结构与性质 化学周期律
一、选择题
1．(2023·郴州三模)亚砷酸钠(Na3AsO3)易溶于水，主要用作杀虫剂、防腐剂、分析试剂等。利用As2O3(分子结构如图)制备亚砷酸钠涉及以下反应：As2O3＋6NH3·H2O===2(NH4)3AsO3＋3H2O。下列说法错误的是( )
A．H2O的电子式为
B．砷的原子结构示意图为
C．(NH4)3AsO3中所含元素的电负性：N＞O＞H＞As
D．(NH4)3AsO3中阳离子的空间结构为正四面体形
2．(2023·聊城三模)为纪念元素周期表诞生150周年，IUPAC向世界介绍了118位优秀青年化学家，并形成了一张“青年化学家元素周期表”。中国三位学者分别成为N、S、Hg元素的代言人。下列围绕这些元素的说法正确的是( )
A．14N15N是一种化合物
B．32SO2与36SO2的化学性质相同
C．NH3与H2S的电子数之比为1∶2
D．Si3N4中含有非极性键
3．(2023·临汾二模)某“杯酚”是对叔丁基苯酚与甲醛反应得到的一种环状缩合物，我国科学家将C60、C70的混合物加入该“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法正确的是( )
A.“杯酚”与C60之间通过分子间作用力形成超分子
B．对叔丁基苯酚分子中最多有14个原子共平面
C．溶剂甲苯可溶解C70，二者均为非极性分子
D．1 mol对叔丁基苯酚与足量溴水反应，最多消耗3 mol Br2
4．某新型储氢材料的晶胞结构如图。八面体中心为M2+，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。该晶体属于立方晶系，晶胞边长为a nm，其摩尔质量为188 g·mol-1。下列说法错误的是( )
A.该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2
B．金属离子M2+的价层电子对数为6
C．在晶胞体对角线的一维空间上会出现的排布规律
D．金属M2+与B原子之间的最短距离为a nm
5．(2023·吕梁三模)氟元素可形成多种有工业价值和科研价值的化合物，如OF2、NF3、XeF2等。其中XeF2的四方晶胞结构如图所示，图中M点原子坐标参数为，Xe和F之间的最短距离为b nm。下列说法错误的是( )
A．OF2分子中的键角小于NF3分子中的
B．XeF2中Xe的杂化方式为sp
C．基态N、F原子核外电子均有5种空间运动状态
D．Q点原子坐标参数为 ]
6．(双选)石墨相氮化碳是一种光催化剂，类似于石墨层状结构，其结构单元及晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
C、N原子的杂化方式相同
B．氮化碳晶体中存在的作用力只有共价键
C．氮化碳晶体的熔点比金刚石低
D．氮化碳晶体的密度为 g·cm-3
7．(双选)某补血剂有效成分M的结构如图所示，X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素，X为原子半径最小的元素，Y和Z同主族，X、Y、Z原子序数之和为25，W为金属元素且W3+的价层电子为半充满结构。下列说法正确的是( )
M具有氧化性，能与KI发生反应
B．Z的氧化物对应的水化物可能有还原性
C．M中W的杂化轨道类型为sp3
D．该晶体熔化时，需克服离子键和氢键的作用
二、非选择题
8．冰晶石的主要成分为六氟合铝酸钠(Na3AlF6)。工业上制备冰晶石的化学方程式为2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3AlF6＋3CO2↑＋9H2O。
回答下列问题：
(1)Al激发态的电子排布式为______________，其中能量较高的是________。(填字母)
a．[Ne]3s23p1 b．[Ne]3s13p2
c．[Ne]3s23p14s1 d．[Ne]3s13p14s1
(2)HF的沸点比H2O的________(填“高”或“低”)，其原因是______________________________________________________________。
(3)气态氯化铝是以双聚分子Al2Cl6的形式存在的，其结构式为________________。
(4)冰晶石的结构单元如图所示，该结构单元中Na＋的数目为________；已知晶胞参数a＝0.5 nm、b＝0.5 nm、c＝0.8 nm、β＝90°，设阿伏加德罗常数的值为NA，则Na3AlF6晶体的密度ρ＝________g·m-3(列出计算式即可)。
9．(2023·泰安模拟)氨、磷、砷、铁、钛等元素及其化合物在现代农业、科技和国防建设中有着许多独特的用途。
Ⅰ.LiFePO4是新型锂离子电池的电极材料，可以FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等为原料制备。
(1)基态铁原子的价电子排布式为_________________，NH4H2PO4中除氢元素外，其余三种元素中第一电离能最大的是________(填元素符号)。
(2)FeCl3的熔点为306 ℃，沸点为315 ℃，FeCl3的晶体类型是________。
(3)苯胺()和NH4H2PO4中的N原子的杂化轨道类型分别为________________。
(4)苯胺和甲苯相对分子质量接近，但苯胺的熔点比甲苯的高，原因是__________________________________________________________。
Ⅱ.氮、磷、砷、锑等第ⅤA族元素及其化合物在生产、生活中用途广泛。
(5)白磷在氯气中燃烧可以得到PCl3和PCl5，其中PCl3分子的空间结构为________________。
(6)研究发现固态PCl5和PBr5均为离子晶体，但其结构分别为－和＋Br－，分析PCl5和PBr5结构存在差异的原因：____________________。
(7)锑酸亚铁晶胞如图所示，其晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°。
①锑酸亚铁的化学式为________________。
②晶体的密度为________g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。第五单元 物质结构与性质 化学周期律
一、选择题
1．(2023·郴州三模)亚砷酸钠(Na3AsO3)易溶于水，主要用作杀虫剂、防腐剂、分析试剂等。利用As2O3(分子结构如图)制备亚砷酸钠涉及以下反应：As2O3＋6NH3·H2O===2(NH4)3AsO3＋3H2O。下列说法错误的是( )
A．H2O的电子式为
B．砷的原子结构示意图为
C．(NH4)3AsO3中所含元素的电负性：N＞O＞H＞As
D．(NH4)3AsO3中阳离子的空间结构为正四面体形
答案：C
解析：H2O是共价化合物，电子式为，A正确；砷的原子序数为33，位于元素周期表第四周期第ⅤA族，其原子结构示意图为，B正确；同周期主族元素从左到右电负性逐渐增大，从上到下电负性逐渐减小，则电负性：O＞N＞As＞H，C错误；中N原子为sp3杂化，不含孤电子对，空间结构为正四面体形，D正确。
2．(2023·聊城三模)为纪念元素周期表诞生150周年，IUPAC向世界介绍了118位优秀青年化学家，并形成了一张“青年化学家元素周期表”。中国三位学者分别成为N、S、Hg元素的代言人。下列围绕这些元素的说法正确的是( )
A．14N15N是一种化合物
B．32SO2与36SO2的化学性质相同
C．NH3与H2S的电子数之比为1∶2
D．Si3N4中含有非极性键
答案：B
解析：该物质只由N元素组成，属于纯净物，A错误；两者均为SO2，它们的化学性质相同，B正确；NH3中电子数为7＋3＝10，H2S中电子数为2＋16＝18，两者电子数之比为5∶9，C错误；该物质中只有Si—N键，故Si3N4中只含有极性键，D错误。
3．(2023·临汾二模)某“杯酚”是对叔丁基苯酚与甲醛反应得到的一种环状缩合物，我国科学家将C60、C70的混合物加入该“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法正确的是( )
A.“杯酚”与C60之间通过分子间作用力形成超分子
B．对叔丁基苯酚分子中最多有14个原子共平面
C．溶剂甲苯可溶解C70，二者均为非极性分子
D．1 mol对叔丁基苯酚与足量溴水反应，最多消耗3 mol Br2
答案：A
解析：C60中无氢键，所以“杯酚”与C60之间通过分子间作用力形成超分子，A正确；中苯环的10个原子，羟基O和H，C及外延的一个甲基碳和甲基碳上的H均可以共平面，故最多有15个原子共平面，B错误；甲苯中甲基的正、负电荷中心不重合，故甲苯为极性分子，C错误；苯酚与溴水反应，取代位置为邻、对位，所以消耗Br2的物质的量为2 mol，D错误。
4．某新型储氢材料的晶胞结构如图。八面体中心为M2+，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。该晶体属于立方晶系，晶胞边长为a nm，其摩尔质量为188 g·mol-1。下列说法错误的是( )
A.该晶体的化学式为M(NH3)6(BH4)2
B．金属离子M2+的价层电子对数为6
C．在晶胞体对角线的一维空间上会出现的排布规律
D．金属M2+与B原子之间的最短距离为a nm
答案：C
解析：根据晶胞结构，M2+与周围6个NH3配位，晶胞中共有8×＝4个八面体结构，B原子与周围4个H原子配位，晶胞中共有8个四面体，故其化学式为，A正确；M2+与周围6个NH3配位，形成八面体，共有6对价层电子对，B正确；在晶胞体对角线的一维空间上应出现的排布规律，C错误；如图，pb长度即为金属M2+与B原子之间的最短距离，pc＝a nm，bc＝a nm，pb2＝pc2＋bc2，则pb＝a nm，D正确。
5．(2023·吕梁三模)氟元素可形成多种有工业价值和科研价值的化合物，如OF2、NF3、XeF2等。其中XeF2的四方晶胞结构如图所示，图中M点原子坐标参数为，Xe和F之间的最短距离为b nm。下列说法错误的是( )
A．OF2分子中的键角小于NF3分子中的
B．XeF2中Xe的杂化方式为sp
C．基态N、F原子核外电子均有5种空间运动状态
D．Q点原子坐标参数为 ]
答案：B
解析：OF2中O原子有2个孤电子对，NF3中N原子有1个孤电子对，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对对成键电子对的排斥力，故OF2分子中的键角小于NF3分子中的，A正确；XeF2中Xe的价层电子对数目为5，不可能采用sp杂化，B错误；基态N、F原子核外电子均占据5个原子轨道，故均有5种空间运动状态，C正确；由晶胞结构及M点原子坐标参数可知，Q点原子的坐标参数为]，D正确。
6．(双选)石墨相氮化碳是一种光催化剂，类似于石墨层状结构，其结构单元及晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
C、N原子的杂化方式相同
B．氮化碳晶体中存在的作用力只有共价键
C．氮化碳晶体的熔点比金刚石低
D．氮化碳晶体的密度为 g·cm-3
答案：AD
解析：石墨相氮化碳的结构类似于石墨层状结构，C、N原子的价层电子对数都为3，均发生sp2杂化，所以杂化方式相同，A正确；氮化碳晶体中存在的作用力除共价键外，还有层与层间的范德华力，B错误；氮化碳晶体为共价晶体，原子半径：N＜C，则氮化碳晶体的熔点比金刚石的高，C错误；由均摊法可知，1个晶胞中含有6个C原子、8个N原子，该晶体的密度为 g·cm-3＝ g·，D正确。
7．(双选)某补血剂有效成分M的结构如图所示，X、Y、Z、W为原子序数依次增大的前四周期元素，X为原子半径最小的元素，Y和Z同主族，X、Y、Z原子序数之和为25，W为金属元素且W3+的价层电子为半充满结构。下列说法正确的是( )
M具有氧化性，能与KI发生反应
B．Z的氧化物对应的水化物可能有还原性
C．M中W的杂化轨道类型为sp3
D．该晶体熔化时，需克服离子键和氢键的作用
答案：BD
解析：X为原子半径最小的元素，X为H。W为金属元素且W3+的价层电子为半充满结构，则W为Fe。Y和Z同主族，X、Y、Z原子序数之和为25，再结合其结构可知，Y为O，Z为S。结合图可知，M的化学式为[Fe(H2O)6]SO4·H2O。Fe的化合价为＋2，＋2价的铁具有弱氧化性，不能与KI反应，A错误；Z的氧化物对应的水化物可能是H2SO3，其中S为＋4价，具有还原性，B正确；M中W的杂化轨道类型为d2sp3，C错误；该分子中存在分子间氢键，所以晶体熔化时需克服离子键和氢键的作用，D正确。
二、非选择题
8．冰晶石的主要成分为六氟合铝酸钠(Na3AlF6)。工业上制备冰晶石的化学方程式为2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3AlF6＋3CO2↑＋9H2O。
回答下列问题：
(1)Al激发态的电子排布式为______________，其中能量较高的是________。(填字母)
a．[Ne]3s23p1 b．[Ne]3s13p2
c．[Ne]3s23p14s1 d．[Ne]3s13p14s1
(2)HF的沸点比H2O的________(填“高”或“低”)，其原因是______________________________________________________________。
(3)气态氯化铝是以双聚分子Al2Cl6的形式存在的，其结构式为________________。
(4)冰晶石的结构单元如图所示，该结构单元中Na＋的数目为________；已知晶胞参数a＝0.5 nm、b＝0.5 nm、c＝0.8 nm、β＝90°，设阿伏加德罗常数的值为NA，则Na3AlF6晶体的密度ρ＝________g·m-3(列出计算式即可)。
答案：(1)bd d (2)低 水分子间形成的氢键数较多
(3) (4)6 ×1027
解析：(3)气态氯化铝的分子结构中，由于铝原子和三个氯原子以共价单键结合，未达到8电子稳定结构，因此气态氯化铝分子以双聚分子形式存在，氯原子用其未成键的孤对电子进入铝原子的空轨道，以配位键结合，形成双聚分子，其结构式为。
(4)结构单元中，Na＋的位置难以确定，应通过阴离子来计算。阴离子的个数为8×＋1＝2，则Na＋的个数为2×3＝6。Na3AlF6晶体的体积V＝0.52×0.8×10-27 m3，则密度ρ＝×1027 g·m-3。
9．(2023·泰安模拟)氨、磷、砷、铁、钛等元素及其化合物在现代农业、科技和国防建设中有着许多独特的用途。
Ⅰ.LiFePO4是新型锂离子电池的电极材料，可以FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等为原料制备。
(1)基态铁原子的价电子排布式为_________________，NH4H2PO4中除氢元素外，其余三种元素中第一电离能最大的是________(填元素符号)。
(2)FeCl3的熔点为306 ℃，沸点为315 ℃，FeCl3的晶体类型是________。
(3)苯胺()和NH4H2PO4中的N原子的杂化轨道类型分别为________________。
(4)苯胺和甲苯相对分子质量接近，但苯胺的熔点比甲苯的高，原因是__________________________________________________________。
Ⅱ.氮、磷、砷、锑等第ⅤA族元素及其化合物在生产、生活中用途广泛。
(5)白磷在氯气中燃烧可以得到PCl3和PCl5，其中PCl3分子的空间结构为________________。
(6)研究发现固态PCl5和PBr5均为离子晶体，但其结构分别为－和＋Br－，分析PCl5和PBr5结构存在差异的原因：____________________。
(7)锑酸亚铁晶胞如图所示，其晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°。
①锑酸亚铁的化学式为________________。
②晶体的密度为________g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
答案：(1)3d64s2 N (2)分子晶体 (3)sp3、sp3 (4)苯胺和甲苯都是分子晶体，苯胺中形成分子间氢键，其熔点更高
(5)三角锥形 (6)Br－半径较大，无法形成－
(7)①Fe(SbO3)2
解析：(3)苯胺()中N含有1个孤电子对、价层电子对数为4，则苯胺中N原子的杂化方式为sp3，NH4H2PO4中的N原子没有孤电子对、价层电子对数为4，杂化方式为sp3。(4)苯胺和甲苯均为分子晶体，且相对分子质量接近，但苯胺分子间的作用力更强。从苯胺的结构可知，苯胺形成分子间氢键，使其熔点更高，甲苯分子间不存在氢键，故甲苯的熔点比苯胺低。(5)PCl3分子内中心原子P的孤电子对数＝＝1，价层电子对数＝3＋1＝4，故采用sp3杂化，空间结构为三角锥形。(6)Br－半径较大，而Cl－半径较小，所以P周围可以容纳6个
Cl－，形成－，而无法容纳6个Br－，即无法形成－。(7)①根据锑酸亚铁晶胞图可知，1个晶胞中含有Sb原子的个数为8×＋2＝4，O原子的个数为4×＋10＝12，Fe的个数为8×＋1＝2，则锑酸亚铁的化学式为Fe(SbO3)2。②晶胞的质量为 g＝ g，晶体的体积为＝abc×10-21 cm3，则晶体的密度为 g·cm-3。
