考点5 物质结构与性质、元素周期律—高考化学一轮复习考点创新题训练
1.短周期主族元素X、YZ、W的原子序数依次增大，它们构成的一种分子簇结构如图所示。X、W的周期数等于族序数，Z的简单氢化物的水溶液呈碱性且分子间能形成氢键。下列说法错误的是( )
A.简单离子半径：Z>W>X B.最高价含氧酸的酸性：Z>Y
C.X在自然界只有1种核素 D.W与Cl可形成共价化合物
2.一种可用于食品包装、婴儿用品的环保型颜料由短周期元素X、Y、Z、W、Q组成，五种元素的原子序数依次增大，最外层电子数之和为20，X的单质常温下为气体，Y、Z为同周期相邻元素，与具有相同的电子结构。下列说法正确的是( )
A.原子半径：Y>Z>W B.简单氢化物的沸点：Q>Z
C.WZ为共价化合物 D.X的单质只具有还原性
3.蒙脱石是一种重要的硅酸盐矿石，主要成分为，下列说法正确的是( )
A.离子半径：
B.第一电离能：
C.热稳定性：
D.上图所示硅酸盐阴离子的化学式为
4.阅读下列材料，完成下题：
氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热，点。F、Mg、Al、B等是构成储氢材料的常见元素。氢化钠（NaH）、（氨硼烷）、四氢铝锂（）、Fe-Mg合金、合金、合金是常见的储氢材料。NaH固体遇水后放出氢气并生成一种碱；的结构式为；350 ℃时，与反应生成和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢元素的质量分数的为0.07）。咔唑（）是一种新型有机液体储氨材料。碱性镍氢电池已成为混合动力汽车的主要电池类型，放电时的工作原理为（M为储氢合金）。是新型环烯类储氢材料，研究证明其分子呈平面结构。已知：①，②。
（1）下列说法正确的是( )
A.H—N—H的键角：
B.的空间结构为三角锥形
C.Fe-Mg合金的晶胞结构如图，距离Mg原子最近的Fe原子的个数是2
D.分子中C原子的杂化类型为
（2）下列化学反应表示正确的是( )
A.与反应的化学方程式为
B.NaH固体与水反应的离子方程式为
C.碱性镍氢电池放电时的正极反应式为
D.与反应生成的热化学方程式为
（3）下列物质结构与性质或物质性质与用途不具有对应关系的是( )
A.Fe-Mg合金能够吸收大量，可作储氢材料
B.Al表面可形成致密的保护膜，常温下可用铝制容器运输浓硫酸
C.分子间可形成氢键，的沸点比高
D.中存在配位键，可用作还原剂
5.如图所示是一种离子液体，属于绿色溶剂，其中R、X、Y、Z、W五种元素均为短周期元素，R元素形成的一种同素异形体熔点高、硬度小，在有机化学中常用作示踪原子来研究乙酸与乙醇反应生成乙酸乙酯的反应机理，Y元素的最高价氧化物的水化物的浓溶液易挥发，Z元素形成的单质是氧化性最强的。下列说法正确的是( )
A.第一电离能：Z>X>Y>R
B.沸点：
C.阳离子中Y杂化类型均为
D.是极性分子，其中极性键X—乙中显
6.离子化合物在电化学中起着重要作用。某新型阴离子中L结构如图所示，其中D、M、Q、E、R五种短周期元素的核电荷数依次增大，Q原子价电子数是R原子价电子数的2倍。
下列说法正确的是( )
A.Q为同周期电负性最强的元素 B.简单氢化物沸点：E>Q>M
C.该离子中所有原子均为杂化 D.R的配位数为4
7.某阴离子的结构如图所示，其中X、Y、Z、R均为短周期主族元素，原子序数依次增大且总和为22。下列说法不正确的是( )
A.Z的氧化物有5种
B.原子半径：Y>Z>R>X
C.最高价氧化物对应水化物的酸性：Z>Y
D.化合物和均为刺激性气体，且均易溶于水
8.如图所示为芳香族化合物合成药物的原料的结构，其中W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，分子中所有原子均满足稀有气体元素的稳定电子结构，Z原子的核电荷数是Y的2倍。下列说法正确的是( )
A.简单氢化物的沸点：Z>Y B.X的第一电离能大于同周期相邻元素
C.基态原子的未成对电子数：X
9.离子液体是一类应用价值很高的绿色溶剂，由五种短周期主族元素P、Q、X、Y、Z组成的某离子液体的结构如图所示。Q、X、Y、Z处于同一周期，基态P原子的电子层数与核外电子总数相等，Q的一种同位素可用于文物年代的测定，基态X原子的p能级处于半充满状态。下列说法正确的是( )
A.Q、X分别与P形成的化合物的沸点：Q
C.同周期元素中，第一电离能介于X、Y之间的有2种
D.基态Z原子的核外电子占据的最高能层有4个原子轨道
10.稀有气体极不活泼，曾被称为惰性气体，但一定条件下仍能发生某些反应，例如：。（n=2、4、6）。下列说法错误的是( )
A.Xe的熔点低，与分子间作用力有关 B.沸点：
C.的空间结构为V形 D.熔融状态下，均不导电
11.下图为一种结构有趣的“糖葫芦”分子，其中W、X、Y、Z四种元素位于同一主族的相邻周期，X的电负性大于Z，工业上利用沸，点差异从空气中分离出Y的单质。E是短周期元素，E与Y的价电子数之和与Mg的质子数相同，与的电子结构相同。下列说法错误的是( )
A.分子中的杂化轨道类型不相同
B.第一电离能：
C.X的氢化物的VSEPR模型为四面体形
D.简单离子半径：
12.2023年7月22日，韩国科研人员声称发现了世界首个常温常压超导体—LK-99，在学术界引起巨大轰动，LK-99的主要成分为（Pb为+2价）。
回答下列问题：
（1）磷的化合物丰富多彩，和分子极性从强到弱的顺序为____________________________。可用和在一定条件下反应制得，的VSEPR模型为________，其水解反应的产物为____________________________。
（2）与Cu同周期且基态原子核外单电子数与基态Cu原子相同的元素还有______种。若中心离子含有单电子，则配合物为顺磁性物质，反之为抗磁性物质，据此推断是一种________（填“顺磁性”或“抗磁性”）物质。
（3）8月，中国科研团队证实LK-99并不是超导体，其表现出的电磁性主要来自其中的杂质。钇钡铜氧化物是一种临界温度很高的超导体，科学家通过在空气中加热的混合物得到钇钡铜氧化物X，并释放出二氧化碳。已知化合物X属于正交晶系，晶胞结构如图所示（晶胞参数，），上述反应的化学方程式为___________________________________。若阿伏加德罗常数的值，化合物X的密度p=g·（用含的代数式表示）。
13.硒（Se）是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下：
（1）在元素周期表中的位置为_______，用电子式表示的形成过程：_______。
（2）关于Ⅰ~Ⅳ 4种分子，下列说法不正确的有____（填序号）。
A.Ⅰ中仅有Se—Se键一种非极性键
B.Ⅱ中最多有5个碳原子共直线
C.Ⅲ中S原子和N原子的杂化类型均为
D.Ⅰ~Ⅳ中，只有Ⅰ为非极性分子
（3）Ⅲ易溶于水的原因是_______。
（4）S所在周期所有主族元素中第一电离能小于的元素有_____种。
（5）已知Se和S对应含氧酸的结构相似，分析的酸性强于的原因：______。
（6）钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
①该超导材料的化学式为______。
②Fe原子的配位数为______（只考虑Se原子）。
14.中国科学院上海有机化学研究所的一支团队利用三氟甲基（—）稳定碳铜键的特性，采用两种结构确定的三氟甲基一价铜配合物与卤代乙腈，在室温下实现了一价铜至三价铜的氧化加成过程。回答下列问题：
（1）二氟氯甲烷（）与无水氟化氢在催化剂作用下发生气相反应生成三氟甲烷（）。常温常压下，为无色气体，固态的晶体类型为______；碱性条件下发生水解反应并酸化，所得有机产物为______（填结构简式）。
（2）基态三价铜离子（）的价电子中成对电子数与未成对电子数之比为______；从结构上分析，基态比基态更稳定的原因是______。
（3）—中碳原子的轨道杂化方式为—中F—C—F键角______（填“>”“<”或“=”）—中H—C—H键角，其原因是______。
（4）卤代乙腈的碱性随N原子周围电子云密度的增大而增强，中碱性最弱的是______。
（5）化合物X由Cu、Fe、S三种元素形成，属于四方晶系，晶胞结构如图所示。若晶胞的底面边长为，高为，阿伏加德罗常数的值为，则化合物X
的密度为__________（用含的代数式表示）。
15.固态电池是当前电池制造及化学储能领域研究的热点，其正极材料可以用固态氟化碳、复合材料、磷酸铁锂、等，其电解质可采用聚合物固态电解质如聚丙烯腈等。回答下列相关问题：
（1）基态锰原子的价电子排布式为___________，的空间结构为________________。
（2）已知第一电离能，，的原因是________________；和有类似的结构，但和中O-O键键长分别为121 pm和148 pm，请解释其原因：________________。
（3）丙烯腈（）聚合得聚丙烯腈，聚丙烯腈经预氧化、碳化、石墨化等处理工序可制得一种碳纤维。丙烯腈分子中σ键与π键的数目之比为_____________；聚丙烯腈分子中碳原子的杂化方式为________________。
（4）又名立方碳化硅，属立方晶系（金刚石晶型），其晶胞结构如图所示，晶胞参数为a。晶体硅、、金刚石的熔点依次升高，这是因为晶体中1号C的分数坐标为_________，1号C与2号C之间的距离为__________。
答案以及解析
1.答案：C
解析：一般情况下，核外电子层数越多，简单离子半径越大，核外电子层结构相同时，原子序数越大，简单离子半径越小，故简单离子半径：，A正确：元素的非金属性越强，最高价含氧酸的酸性越强，非金属性：N>C，故酸性：，B正确；H在自然界存在等多种核素，C错误；是共价化合物，D正确。
2.答案：C
解析：同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，故原子半径：Al>C>N，A错误；分子间可形成氢键，使其沸点升高，故沸点：>HCl，B错误；Al和N共用电子对形成AlN，AlN为共价化合物，C正确；与金属Na反应生成NaH：，作氧化剂，体现氧化性，D错误。
3.答案：D
解析：A.与核外电子排布相同，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径，错误。
B.同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，故最小；基态Mg原子的外围电子排布式为，基态Al原子的外围电子排布式为，与Mg相比，Al较易失去3p轨道上的电子，即，故，错误。
C.非金属性：，故二者的简单氢化物热稳定性：，错误。
D.截取最小重复结构单元如下图所示，采用均推法进行计算，两个六元环共用的原子取，最小重复结构单元独自占有的原子取1，则最小重复结构单元中O原子的个数为，Si原子的个数为，则该硅酸盐阴离子的化学式为，正确。
4.答案：（1）D
（2）A
（3）D
解析：（1）A.中中心N原子含有1个孤电子对，中中心N原子不含有孤电子对，根据孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力，因此中H—N—H的键角小于中H—N—H的键角，错误。
B.中中心Al原子的价层电子对数为，孤电子对数，因此的空间结构为正四面体形，错误。
C.由晶胞结构可知，Mg原子与4个Fe原子构成正四面体结构，所以Mg原子周围距离最近的Fe原子有4个，错误。
D.分子呈平面结构，则分子中的C原子为杂化，正确。
（2）A.设与反应生成的金属氢化物为，R的相对原子质量为a，则，即923x=77a，x为R的化合价，讨论可得x=+2，a=24，故该金属氢化物为，正确。
B.NaH为固体，离子方程式为，错误。
C.碱性镍氢电池放电时，正极为NiOOH得到电子发生还原反应生成，电极反应式为，碱性电池的电极反应式中不能出现，错误。
D.根据盖斯定律可知，目标反应可由2×反应①+反应②得到，故目标反应的焓变，错误。
（3）A.Fe-Mg合金能吸收大量形成金属氢化物，加热该氢化物又放出，因此可作储氢材料，不符合题意。
B.常温下可用铝制容器运输浓硫酸是因为铝遇浓硫酸发生钝化，表面可以形成致密的保护膜，不符合题意。
C.分子间可以形成氢键，其沸点高于，不符合题意。
D.具有还原性是因为其中的H为-1价，易被氧化，与其所含的配位键无关，符合题意。
5.答案：C
解析：第一电离能：F>N>O>C，A项错误；可形成分子间氢键，而分子间只有范德华力，故沸点：，B项错误；阳离子结构中的五元环共轭电子数为6，形成5中心6电子大π键，N原子均为杂化，C项正确；的中心原子价层电子对数为，含有孤电子对，为极性分子，由于电负性：F>O，故O—F中F显负电性，D项错误。
6.答案：D
解析：D、M、Q、E、R是核电荷数依次增大的短周期元素，D形成1条单键且核电荷数最小，D为氢元素，M形成4条单键，M为碳元素，Q形成2条单键，Q为氧元素，E为氟元素，Q原子价电子数为R原子价电子数的2倍，R为Al元素。第二周期中F、Ne的电负性大于O，A错误；简单氢化物沸点：，B错误；该离子中H原子不是杂化，C错误；该阴离子中一个Al连接四个，其配位数为4，D正确。
7.答案：A
解析：氮氧化物（）种类很多，常见的包括、NO、、、、等，A错误；同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，则原子半径：C>N>O，结合H原子的原子半径最小可知，原子半径：C>N>O>H，B正确；N的最高价氧化物对应的水化物是，C的最高价氧化物对应的水化物是，酸性强于，C正确；和均为刺激性气体，均易溶于水，D正确。
8.答案：B
解析：Z原子的核电荷数是Y的2倍，且题图中Z形成6个键，Y形成2个键，则Y为O，Z为S；分子中的所有原子均满足稀有气体元素的稳定电子结构且原子序数依次增大，又因为W形成1个键，X形成3个键，则W为H，X为N。分子之间存在氢键，简单氢化物的沸点，A错误；同周期元素，从左到右第一电离能呈增大趋势，但氨原子的2p轨道为半充满结构，较稳定，则第一电离能由大到小的顺序为N>O>C，B正确；基态原子的未成对电子数N>S，C错误；电负性H
解析：C与H形成的化合物为烃类化合物，不同的烃类化合物有不同的聚集状态，沸点不一定比N与H形成的化合物的低，A错误。Y的最高价氧化物对应的水化物是硼酸，硼酸属于一元弱酸，B错误。同周期主族元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA族元素原子的s轨道为全充满的稳定状态，其第一电离能高于第ⅢA族元素；第ⅤA族元素原子的p轨道为半充满的稳定状态，其第一电离能高于第ⅥA族元素，因此第一电离能介于X、Y之间的有Be、C、O，共3种，C错误。基态F原子的核外电子占据的最高能层为L层，2s有1个原子轨道，2p有3个原子轨道，共有4个原子轨道，D正确。
10.答案：C
解析：固态时，Xe为分子晶体，熔点低，与分子间作用力有关，A项正确；对于组成和结构相似的物质而言，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高，所以沸点：，B项正确；由价层电子对互斥理论可知，的空间结构为直线形，C项错误；均为分子晶体，熔融状态下均不导电，D项正确。
11.答案：B
解析：此题可以从成键数角度出发进行推断，W、X、Y和Z均能与其他原子共用3个电子对，则它们均为第ⅤA族元素；工业上利用沸点差异从空气中分离出Y的单质，则Y是N；E是短周期元素，且与的电子结构相同，则W是P，E是C；X的电负性大于Z，则X为As、Z为Sb。W为P，P的价层电子对数为3，采用杂化，Y为N，N的价层电子对数为4，采用杂化，A项正确第一电离能：Cl>P>As，即EW>X，B项错误；X是As，中As的价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体形，C项正确；简单离子半径：，即W>E>Y，D项正确。
12.答案：（1） 三角双锥形
（2）4 顺磁性
（3）
解析：（1）为非极性分子，分子极性最小，分子结构均为三角锥形，但是P与F电负性差值较大，因此分子极性最强，分子极性从强到弱的顺序为，中心P原子的价电子对数=，因此VSEPR模型为三角双2锥形；水解反应的实质为阴、阳离子结合，P显+5价，结合水电离出的氢氧根离子生成H3PO4，F和Cl电负性较大，均为-1价，结合水电离出的氢离子生成HF、HCl。
（2）基态Cu原子价电子排布为，原子核外单电子数为1，与Cu同周期的元素中，基态原子核外单电子数为1的元素的价电子排布式还有，共4种；。O中O为-2价，带3个单位负电荷，Pb为+2价，基态的价电子排布为，不存在单电子，根据化合物中各元素化合价代数和为0，则Cu为+2价，基态的价电子排布式为，存在单电子，因此是一种顺磁性物质。
（3）Cu位于晶胞的顶点和棱上，数目为，O位于晶胞的棱上和面上，数目为，Y位于晶胞的体内，数目为1，Ba位于晶胞的体内，数目为2，综合上述分析得出钇钡铜氧化物X的化学式为，已知在空气中加热、的混合物可得钇钡铜氧化物X和，故化学方程式为，晶体密度。
13.答案：（1）第四周期第ⅠA族；
（2）AD
（3）Ⅲ和均为极性分子，Ⅲ与分子之间能形成氢键
（4）4
（5）中Se的化合价为+6价，中Se的化合价为+4价，中Se的正电性强于中Se的正电性，使羟基中O、H间的共用电子对更偏向O原子，O—H键极性更大，更容易电离出
（6）①；24
解析：（2）Ⅰ中除Se—Se非极性键外，还有苯环中的碳碳非极性键，A错误；Ⅱ中含键。根据其结构，分子中最多有5个碳原子共直线，如图所示，B正确；Ⅲ中S原子的价层电子对数为4+0，N原子的价层电子对数为3+1，所以杂化类型均为，C正确；Ⅰ的结构类似分子的结构，为极性分子，D错误。
（3）Ⅲ和均为极性分子，Ⅲ中含N—H键等可与分子形成分子间氢键。
（4）同周期元素从左至右，第一电离能呈增大趋势，第ⅠA族元素价层电子排布为轨道为全空状态，第ⅤA族元素价层电子排布为轨道为半充满状态，均比较稳定，第一电离能高于同周期相邻元素，故在第三周期中比S的第一电离能小的有Na、Mg、Al、Si，共4种元素。
（6）①由晶胞的平面投影图可知，钾原子位于晶胞顶点和体内，个数为，铁原子位于面上，个数为，硒原子位于棱上和体内，个数，所以该超导材料的化学式为。②与位于体内的Se原子最近且等距的铁原子共4个，则Se原子的配位数为4（只考虑Fe原子），根据化学式可知，Fe原子的配位数也为4（只考虑Se原子）。
14.答案：（1）分子晶体；HCOOH
（2）3：1；基态的价电子排布为，处于全充满的稳定状态，较难失去电子
（3）；<；电负性：F>C>H，—中成键电子对偏向C，而—中成键电子对偏离C，则—中成键电子对间的斥力较小，键角较小
（4）
（5）
解析：（1）常温常压下，为无色气体，说明其熔、沸点较低，故固态的晶体类型为分子晶体；发生碱性水解反应并酸化，先生成，由于同一碳原子上连有多个羟基时易脱水，故所得有机产物为HCOOH。
（2）基态三价铜离子（）的价电子排布式为，有6个成对电子和2个未成对电子，故成对电子数与未成对电子数之比为3：1；基态的价电子排布式为，处于全充满的稳定状态，较难失去电子，故基态比基态更稳定。
（3）—和—中碳原子均形成3个键，且有1个未成对电子，则碳原子的价电子对数均为3.5，碳原子均采取杂化。
（4）中，由于C的电负性较大，吸电子能力较强，则中N原子周围电子云密度最小，其碱性最弱。
（5）根据“均摊法”，每个晶胞中含有Fe原子个数为，含有Cu原子个数为，含有S原子个数为8，则晶胞质量。晶胞的底面边长为，高为，则晶胞体积，故化合物X的密度。
15.答案：（1）；正四面体（形）
（2）P的3p轨道处于半充满状态，比较稳定；由于F的电负性很大，使O-F键的电子对偏向F，O周围的电子云密度减小，导致分子中O与O之间的斥力降低，O-O键键长变短，因此与相比，中的O-O键键长较短
（3）2:1；、sp
（4）晶体硅、β-SiC、金刚石都属于共价晶体，熔点高低与键能有关，键长越长，键能越小，熔点越低，键长：C-C键
（3）1个双键中含有1个π键和1个σ键，1个三键中含有2个π键和1个σ键，丙烯腈分子中有6个σ键、3个π键，二者的数目之比为2:1；聚丙烯腈的结构为，其中饱和碳原子的杂化方式为杂化，氰基中碳原子的杂化方式为sp杂化。
（4）由晶胞结构可知，晶胞中C位于Si构成的四面体空隙中，1号C的分数坐标为，1号C与2号C之间的距离为面对角线长的一半，即二者之间的距离为。
