专题18 物质结构与性质(解析版).docx

专题18 物质结构与性质(选修)1. [2020新课标口]Goodenough等人因在锂离子电池及钻酸锂、磷酸铁锂等正极材料研 究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖回答下列问题：(1) 基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为2) Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(七)如表所示/^Li)〉《(Na),原因是 /](Be)> /](B)>《(Li)，原因是3) 磷酸根离子的空间构型为，其中P的价层电子对数为、杂化轨道 类型为4) LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和 正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有个b) Li1_xFePO4(c) FePO4电池充电时，LiFeO4脱出部分Li+,形成Li1_xFePO4,结构示意图如(b)所示，则x=n(Fe2+ ) : n(Fe3+)=4【答案】(1)*(2) Na与Li同族，Na电子层数多，原子半径大，易失电子Li、Be、B同周期，核电荷数依次增加Be为1s22s2全满稳定结构，第一电离能最大与Li相比，B核电荷数大，原子半径小，较难失去电子，第一电离能较大。

3) 正四面体 4 sp33(4) 4 — 13 : 316【解析】 【分析】 题(1)考查了对基态原子电子排布规律的认识；题(2)考查了第一电离能的周期性变化 规律；题(3)考查了分子或离子空间构型判断的两大理论；题(4)重点考查通过陌生晶胞的晶胞结构示意图判断晶胞组成详解】(1) 基态铁原子的价电子排布式为3d64s2，失去外层电子转化为Fe2+和 Fe3+，这两种基态离子的价电子排布式分别为3d6和3d5，根据Hund规则可知，基态Fe2+< 4个未成对电子，基态Fe3+< 5个未成对电子，所以未成对电子个数比为4:5；(2) 同主族元素，从上至下，原子半径增大，第一电离能逐渐减小，所以I1(Li)>〈 (Na)；同周期元素，从左至右，第一电离能呈现增大的趋势，但由于1A元素 基态原子s能级轨道处于全充满的状态，能量更低更稳定，所以其第一电离能大于同一周 期的UA元素，因此I1 (Be)>〈 (B)>I1 (Li)(3) 经过计算，PO4-中不含孤电子对，成键电子对数目为4,价层电子对数为4，因此 其构型为正四面体形，P原子是采用sp3杂化方式形成的4个sp3杂化轨道；(4) 由题干可知，LiFePO4的晶胞中，Fe存在于由O构成的正八面体内部，P存在由O构 成的正四面体内部；再分析题干中给出的(a),(b )和(c)三个不同物质的晶胞结构示意图，对 比(a)和(c)的差异可知，(a)图所示的LiFePO4的晶胞中，小球表示的即为Li+，其位于晶胞 的8个顶点，4个侧面面心以及上下底面各自的相对的两条棱心处，经计算一个晶胞中Li+c 1 ,1 , 1 ,的个数为8X — + 4X — + 4X — =4个•进一步分析(a)图所示的LiFePO 的晶晌中，八面体结UJ I I ； a e 4 ，8 2 4构和四面体结构的数目均为4，即晶胞中含Fe和P的数目均为4；考虑到化学式为LiFePO4，并且一个晶胞中含有的Li+，Fe和P的数目均为4，所以一个晶胞中含有4个LiFePO4单元。

对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知，Li1xFePO4相比于LiFePO4缺失一个面心的11+以及一个棱心的Li+；结合上一个空的分析可知，LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16,那么 Li, FePO4 晶胞的化学式为 Li3 25Fe4P4O16,所以有l-xu3!5 即4 4 4 16 1X 4 3.25 4 4 16x=0.1875结合上一个空计算的结果可知，Li1xFePO4即Li0.8125FePO4；假设Fe2+和Fes+数 目分别为 x 和 y，则列方程组：x+yT，0.8125 + 2x + 3y+5=4x2，解得 x=0.8125，y=0.1875,则 Li1xFePO4中*Fe2+):〃(Fe3+ )=0.8125: 0.1875=13:3点睛】对第一电离能的考查，最常出现的是1A, DA基态原子与同一周期相邻主族元素的基态原 子第一电离能的比较；判断分子等构型时，可以通过价层电子对互斥理论或杂化轨道理论 以及等电子体原理进行判断；由陌生晶胞结构书写晶体化学式时，一方面要认真分析晶胞 中各类粒子的位置信息，另一方面也要注意均摊法的使用2. [2020新课标口]钙钛矿（CaTiO3）型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感 器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问题：（1）基态Ti原子的核外电子排布式为。

2） Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4 熔点依次升高，原因是化合物TiCl4TiBq熔点/°c377-24.1238.3155（3） CaTiO3的晶胞如图（a）所示，其组成元素的电负性大小顺序是；金 属离子与氧离子间的作用力为，Ca2+的配位数是4） 一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I-和有机碱离子CH3NH+，其晶胞如图（b）所示其中Pb2+与图（a）中 的空间位置相同，有机碱CH3NH+中，N原子的杂化轨道类型是；若晶胞参数为a nm，则晶体密 度为 g-cm-3 （列出计算式）0 Ch Tj I CIIQI匚 P的图（il） 图（h） 图（c）（5）用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘， 降低了器件效率和使用寿命我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕（Eu）盐，提升了 太阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理如图（c）所示，用离子方程式表示该原理【答案】(1)1s22s22p63s23p63d24s2(2) TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增大 分子间作用力增大，熔点逐渐升高(3) O>Ti>Ca 离子键 12(4) Ti4+ sp3 620 X1021a x N A(5) 2Eu3++Pb=2Eu2++Pb2+、2Eu2++I2=2Eu3++2I-【解析】【分析】(1) 考查了对基态原子电子排布规律的认识；(2)考查了不同类型的晶体的熔沸点比较， 相同类型的晶体的熔沸点比较；(3)考查了电负性的周期性变化规律，微粒间的相互作用 以及晶胞中离子的配位数；(4)考查了晶胞中微粒的位置和杂化理论，晶体密度的计算问 题；(5)重点考查通过反应历程图，来书写离子方程式等。

详解】(1) 钛元素是22号元素，故其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或 [Ar]3d24s2；故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；(2) 一般不同的晶体类型的熔沸点是原子晶体>离子晶体〉分子晶体，TiF4是离子晶体， 其余三种则为分子晶体，故TiF4的熔点高于其余三种物质；TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶 体，对于结构相似的分子晶体，则其相对分子质量越大，分子间作用力依次越大，熔点越 高；故答案为：TiF4是离子晶体，其余三种则为分子晶体，故TiF4的熔点高于其余三种物 质；TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强， 故熔点依次升高；(3) CaTiO3晶体中含有Ca、Ti、O三种元素，Ca、Ti是同为第四周期的金属元素，Ca在 Ti的左边，根据同一周期元素的电负性从左往右依次增大，故Ti>Ca，O为非金属，故其 电负性最强，故三者电负性由大到小的顺序是：O>Ti>Ca，金属阳离子和氧负离子之间以 离子键结合，离子晶体晶胞中某微粒的配位数是指与之距离最近且相等的带相反电性的离 子，故Ca2+的配位数必须是与之距离最近且相等的氧离子的数目，从图(a)可知，该数目为 三个相互垂直的三个面上，每一个面上有4个，故Ca2+的配位数是12；故答案为： O>Ti>Ca；离子键；12；(4) 比较晶胞(a)(b)可知，将图(b)中周围紧邻的八个晶胞中体心上的离子连接起来，就能变为图(a)所示晶胞结构，图(b)中体心上的Pb2+就变为了八个顶点，即相当于图(a)中的Ti4+；图(b)中顶点上的I-就变成了体心，即相当于图(a)中的Ca2+；图(场面心上中的CH3NH;就变成了棱心，即相当于图(a冲的O2-；故图(b冲的Pb2+与图(a)中的Ti4+的空间位置相同；有机碱CH3NH+中N原子上无孤对电子，周围形成了 4个唯故叩子采用sp3杂化；从图(b)可知，一个晶胞中含有Pb2+的数目为1?1=1个，CH3NH+的数*1 - 小1 C目为8?s=1个，I-的数目为6?：=3个，故晶胞的密度为8 2m 1mol?(207+3?127+12+14+6?1)g/mol 620 "八，P= = = ?1021g/cm3 故答案为.Ti4+.V Na(a?10-7)3 Na3 ，故答案为.Ti4 ；620Sp3； X1021F ' N a3A(5) 从作用原理图(c)可以推出，这里发生两个离子反应方程式，左边发生Pb + 2Eu3+=Pb2++ 2Eu2+，右边发生 I2+ 2Eu2+= 2Eu3++ 2I-，故答案为：Pb + 2Eu3+= Pb2++ 2Eu2+； I2+ 2Eu2+= 2Eu3++ 2I-【点睛】对电负性的考查，只要掌握周期表同一周期从左往右电负性依次增大，同一主族从上往下 电负性依次减小的规律，另金属元素的电负性小于非金属的；化学键的类型判断主要也是 通过电负性，当两元素的电负性相差1.7以上形成离子键，小于则形成共价键'判断分子 等构型时，可以通过价层电子对互斥理论或杂化轨道理论以及等电子体原理进行判断'由 陌生晶胞结构计算晶体密度时，先要确定晶胞中含有的微粒数目，这时一方面要认真分析 晶胞中各类粒子的位置信息，另一方面也要注意均摊法的使用，然后根据质量的两种计算 方法相等即P V = nM来进行求算。

3. [2020新课标口]氨硼烷(NH3BH3)含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢 材料回答下列问题：(1) H、B、N中，原子半径最大的是根据对角线规则，B的一些化学性质与 元素 的相似2) NH3BH3分子中，N-B化学键称为 键，其电子对由 提供氨硼烷在催化 剂作用下水解释放氢气：3NH3bH3+6H2O=3NH3+ B段+9HB欤的结构为在该反应中，B原子的杂化轨道类型由变为(3) NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(H5+),与B原子相连的H呈负电 性(H5-)，电负性大小顺序是与NH3BH3原子总数相等的等电子体是(写分子式)，其熔点比nh3bh3(填“高”或“低')，原因是在nh3bh3分子 之间，存在，也称“双氢键”4) 研究发现，氦硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，a=/3=y=90°氨硼烷的2x2x2超晶胞结构如图所示O j- lag氨硼烷晶体的密度p=g-cm-((列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)答案】(1) B Si (硅)(2) 配位 N sp3 sp2(3) N>H>B CH3CH3 低 Hs+与H5的静电引力(4) —62—Na abc x 10一30【解析】。