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备考2024届高考化学一轮复习强化训练第五章物质结构与性质元素周期律第7讲物质结构与性质的综合题
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这是一份备考2024届高考化学一轮复习强化训练第五章物质结构与性质元素周期律第7讲物质结构与性质的综合题，共4页。
（1）基态硅原子最外层的电子排布图为 ，晶体硅和碳化硅熔点较高的是 SiC （填化学式）；
（2）硅和卤素单质反应可以得到SiX4。
SiX4的熔沸点
①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是 SiCl4 （填化学式），沸点依次升高的原因是 SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，气态SiX4分子的空间结构是正四面体 ；
②SiCl4与N－甲基咪唑（）反应可以得到M2＋，其结构如图所示：
N－甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 sp2、sp3 ，H、C、N的电负性由大到小的顺序为 N＞C＞H ，1个M2＋中含有 54 个σ键；
（3）如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示 O 原子（填元素符号），该化合物的化学式为 Mg2GeO4 ；
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝ 7.4×1023NAabc g·cm－3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示）。
解析 （1）硅原子核外有14个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，其最外层的电子排布图为；晶体硅、碳化硅均属于共价晶体，原子半径Si＞C，故键长C—Si＜Si—Si，键能C—Si＞Si—Si，则熔点碳化硅＞晶体硅。（2）①0 ℃对应273 K，由表中数据可分析出0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4中呈液态的为SiCl4。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体且结构相似，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，因此SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4熔沸点依次升高；SiX4分子的中心原子的价层电子对数＝4＋4－4×12＝4，根据价层电子对互斥模型判断该分子的空间结构为正四面体。②根据杂化轨道理论可分析出N－甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2和sp3；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，则电负性N＞C，CH4中H显正价，C显负价，则电负性C＞H，故电负性由大到小的顺序为N＞C＞H；单键为σ键，双键中一个为σ键，一个为π键，故1个M2＋中含有54个σ键。（3）①根据均摊法，晶胞中X的个数为8×18＋6×12＋3＋4×14＝8，Y的个数为4，Z的个数为16，由于Ge与O的原子个数比为1∶4，故图中Z表示O原子；该化合物的化学式为Mg2GeO4。②该晶胞质量为4×（24×2+73+16×4）NA g，体积为a×10－7×b×10－7×c×10－7 cm3，所以晶体密度为4×（24×2+73+16×4）NA·a·b·c×10－21 g·cm－3＝7.4×1023NAabc g·cm－3。
2.[2022重庆]配位化合物X由配体L2－（如图）和具有正四面体结构的[Zn4O]6＋构成。
（1）基态Zn2＋的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10） 。
（2）L2－所含元素中，电负性最大的原子处于基态时电子占据最高能级的电子云轮廓图为 哑铃 形；每个L2－中采取sp2杂化的C原子数目为 8 个，C与O之间形成σ键的数目为 8 个。
（3）X晶体内部空腔可吸附小分子，要增强X与H2O的吸附作用，可在L2－上引入 BC 。（假设X晶胞形状不变）
A.—ClB.—OH
C.—NH2D.—CH3
（4）X晶体具有面心立方结构，其晶胞由8个结构相似的组成单元（如图）构成。
X晶胞的组成单元
X晶胞的组成单元的对角面中[Zn4O]6＋与L2－配位示意图
①晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6＋的不同之处在于 排列方向不同或取向不同 。
②X晶体中Zn2＋的配位数为 4 。
③已知键长为d nm，理论上图中A、B两个Zn2＋之间的最短距离的计算式为 3a－2d nm。
④已知晶胞参数为2a nm，阿伏加德罗常数的值为NA，L2－与[Zn4O]6＋的相对分子质量分别为M1和M2，则X的晶体密度为 3M1＋M2a3NA×1021 g·cm－3（列出化简的计算式）。
解析 （1）基态Zn原子核外有30个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，则基态Zn2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。（2）L2－所含元素有C、H、O，其中电负性最大的为O，基态O原子电子占据的最高能级为2p，其电子云轮廓图为哑铃形。L2－中苯环上碳原子、形成碳氧双键的碳原子采取sp2杂化，每个L2－中采取sp2杂化的C原子共8个。单键为σ键，双键含1个σ键，故C与O之间形成σ键的数目为8个。（3）要增强X与H2O的吸附作用，引入的基团需能与H2O形成氢键，因此可在L2－上引入—OH、—NH2。（4）①由题图知，晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6＋的不同之处在于排列方向不同或取向不同。②1个[Zn4O]6＋上、下、左、右、前、后共有6个L2－，每个L2－与[Zn4O]6＋形成2个Zn←O配位键，1个[Zn4O]6＋含有4个Zn←O配位键，则1个[Zn4O]6＋中Zn2＋形成的配位键数目为6×2＋4＝16，1个Zn2＋的配位数为4。③图中A、B两个Zn2＋之间的最短距离为晶胞组成单元的体对角线长度－Zn—O键长的2倍，即（3a－2d） nm。
④X晶胞的组成单元中，[Zn4O]6＋的个数为8×18＝1，L2－的个数为12×14＝3，该组成单元的质量为3M1＋M2NA g，体积为（a×10－7 cm）3，则X的晶体密度为3M1＋M2NA g÷（a×10－7cm）3＝3M1＋M2a3NA×1021 g·cm－3。SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔点/K
183.0
203.2
278.6
393.7
沸点/K
187.2
330.8
427.2
560.7
（1）基态硅原子最外层的电子排布图为 ，晶体硅和碳化硅熔点较高的是 SiC （填化学式）；
（2）硅和卤素单质反应可以得到SiX4。
SiX4的熔沸点
①0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是 SiCl4 （填化学式），沸点依次升高的原因是 SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，气态SiX4分子的空间结构是正四面体 ；
②SiCl4与N－甲基咪唑（）反应可以得到M2＋，其结构如图所示：
N－甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 sp2、sp3 ，H、C、N的电负性由大到小的顺序为 N＞C＞H ，1个M2＋中含有 54 个σ键；
（3）如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
①已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示 O 原子（填元素符号），该化合物的化学式为 Mg2GeO4 ；
②已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝ 7.4×1023NAabc g·cm－3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示）。
解析 （1）硅原子核外有14个电子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，其最外层的电子排布图为；晶体硅、碳化硅均属于共价晶体，原子半径Si＞C，故键长C—Si＜Si—Si，键能C—Si＞Si—Si，则熔点碳化硅＞晶体硅。（2）①0 ℃对应273 K，由表中数据可分析出0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4中呈液态的为SiCl4。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均为分子晶体且结构相似，分子晶体的熔沸点由分子间作用力（范德华力）决定，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，因此SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4熔沸点依次升高；SiX4分子的中心原子的价层电子对数＝4＋4－4×12＝4，根据价层电子对互斥模型判断该分子的空间结构为正四面体。②根据杂化轨道理论可分析出N－甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2和sp3；同周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，则电负性N＞C，CH4中H显正价，C显负价，则电负性C＞H，故电负性由大到小的顺序为N＞C＞H；单键为σ键，双键中一个为σ键，一个为π键，故1个M2＋中含有54个σ键。（3）①根据均摊法，晶胞中X的个数为8×18＋6×12＋3＋4×14＝8，Y的个数为4，Z的个数为16，由于Ge与O的原子个数比为1∶4，故图中Z表示O原子；该化合物的化学式为Mg2GeO4。②该晶胞质量为4×（24×2+73+16×4）NA g，体积为a×10－7×b×10－7×c×10－7 cm3，所以晶体密度为4×（24×2+73+16×4）NA·a·b·c×10－21 g·cm－3＝7.4×1023NAabc g·cm－3。
2.[2022重庆]配位化合物X由配体L2－（如图）和具有正四面体结构的[Zn4O]6＋构成。
（1）基态Zn2＋的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d10（或[Ar]3d10） 。
（2）L2－所含元素中，电负性最大的原子处于基态时电子占据最高能级的电子云轮廓图为 哑铃 形；每个L2－中采取sp2杂化的C原子数目为 8 个，C与O之间形成σ键的数目为 8 个。
（3）X晶体内部空腔可吸附小分子，要增强X与H2O的吸附作用，可在L2－上引入 BC 。（假设X晶胞形状不变）
A.—ClB.—OH
C.—NH2D.—CH3
（4）X晶体具有面心立方结构，其晶胞由8个结构相似的组成单元（如图）构成。
X晶胞的组成单元
X晶胞的组成单元的对角面中[Zn4O]6＋与L2－配位示意图
①晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6＋的不同之处在于 排列方向不同或取向不同 。
②X晶体中Zn2＋的配位数为 4 。
③已知键长为d nm，理论上图中A、B两个Zn2＋之间的最短距离的计算式为 3a－2d nm。
④已知晶胞参数为2a nm，阿伏加德罗常数的值为NA，L2－与[Zn4O]6＋的相对分子质量分别为M1和M2，则X的晶体密度为 3M1＋M2a3NA×1021 g·cm－3（列出化简的计算式）。
解析 （1）基态Zn原子核外有30个电子，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，则基态Zn2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10。（2）L2－所含元素有C、H、O，其中电负性最大的为O，基态O原子电子占据的最高能级为2p，其电子云轮廓图为哑铃形。L2－中苯环上碳原子、形成碳氧双键的碳原子采取sp2杂化，每个L2－中采取sp2杂化的C原子共8个。单键为σ键，双键含1个σ键，故C与O之间形成σ键的数目为8个。（3）要增强X与H2O的吸附作用，引入的基团需能与H2O形成氢键，因此可在L2－上引入—OH、—NH2。（4）①由题图知，晶胞中与同一配体相连的两个[Zn4O]6＋的不同之处在于排列方向不同或取向不同。②1个[Zn4O]6＋上、下、左、右、前、后共有6个L2－，每个L2－与[Zn4O]6＋形成2个Zn←O配位键，1个[Zn4O]6＋含有4个Zn←O配位键，则1个[Zn4O]6＋中Zn2＋形成的配位键数目为6×2＋4＝16，1个Zn2＋的配位数为4。③图中A、B两个Zn2＋之间的最短距离为晶胞组成单元的体对角线长度－Zn—O键长的2倍，即（3a－2d） nm。
④X晶胞的组成单元中，[Zn4O]6＋的个数为8×18＝1，L2－的个数为12×14＝3，该组成单元的质量为3M1＋M2NA g，体积为（a×10－7 cm）3，则X的晶体密度为3M1＋M2NA g÷（a×10－7cm）3＝3M1＋M2a3NA×1021 g·cm－3。SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔点/K
183.0
203.2
278.6
393.7
沸点/K
187.2
330.8
427.2
560.7
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