备战2023年高考化学母题题源解密专题17 物质结构与性质综合题(解析版)

专题17 物质结构与性质综合题

【母题来源】2022年全国甲卷

【母题题文】2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2=CH2)与四氟乙烯(CF2=CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：

(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为_______。

(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是_______(填标号)，判断的根据是_______；第三电离能的变化图是_______(填标号)。

(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构_______。

(4) CF2=CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为_______和_______；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因_______。

(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是_______；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为_______pm。

【答案】(1)

(2) 图a 同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高 图b (3)

(4) sp2 sp3 C-F键的键能大于聚乙烯中C-H的键能，键能越大，化学性质越稳定(5) Ca2+ 34a pm

【试题解析】

根据基态原子的电子表示式书写价电子排布式；根据电离能的排布规律分析电离能趋势和原因；根据氢键的表示方法书写(HF)3的结构；根据键能影响物质稳定性的规律分析两种物质的稳定性差异；根据均摊法计算晶胞中各粒子的个数，判断粒子种类。

(1)F为第9号元素其电子排布为1s22s22p5，则其价电子排布图为，故答案为。

(2)C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高的，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C

(3)固体HF中存在氢键，则(HF)3的链状结构为 ，故答案为： 。

(4)CF2=CF2中C原子存在3对共用电子对，其C原子的杂化方式为sp2杂化，但其共聚物ETFE中C原子存在4对共用电子对，其C原子为sp3杂化；由于F元素的电负性较大，因此在与C原子的结合过程中形成的C-F键的键能大于聚乙烯中C-H的键能，键能的强弱决定物质的化学性质，键能越大，化学性质越稳定，因此聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，故答案为：sp2、sp3、C-F键的键能大于聚乙烯中C-H的键能，键能越大，化学性质越稳定。

(5)根据萤石晶胞结构，浅色X离子分布在晶胞的顶点和面心上，则1个晶胞中浅色X离子共有8×18+6×12=4个，深色Y离子分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个深色Y离子，因此该晶胞的化学式应为XY2，结合萤石的化学式可知，X为Ca2+；根据晶胞，将晶胞分成8个相等的小正方体，仔细观察CaF2的晶胞结构不难发现F-位于晶胞中8个小立方体的体心，小立方体边长为1a2，体对角线为3a2，Ca2+与F-之间距离就是小晶胞体对角线的一半，因此晶体中正负的核间距的最小的距离为34a pm，故答案为：Ca2+、34a pm。

【母题来源】2022年全国乙卷

【母题题文】卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：

(1)氟原子激发态的电子排布式有_______，其中能量较高的是_______。(填标号)

a.22411s2s2p3s b.22421s2s2p3d c.2121s2s2p d.22321s2s2p3p (2)①一氯乙烯23CHCl分子中，C的一个_______杂化轨道与Cl的x3p轨道形成C-Cl_______键，并且Cl的3pz轨道与C的z2p轨道形成3中心4电子的大π键43。

②一氯乙烷25CHCl、一氯乙烯23CHCl、一氯乙炔2CHCl分子中，C-Cl键长的顺序是_______，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C-Cl键越强；(ⅱ)_______。

(3)卤化物2CsICl受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为_______。解释X的熔点比Y高的原因_______。

(4)α-AgI晶体中-I离子作体心立方堆积(如图所示)，+Ag主要分布在由-I构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，+Ag不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α-AgI晶体在电池中可作为_______。

已知阿伏加德罗常数为AN，则α-AgI晶体的摩尔体积mV=_______3-1mmol(列出算式)。

【答案】(1) ad d

(2) sp2 σ 一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔 Cl参与形成的大π键越多，形成的C-Cl键的键长越短

(3) CsCl CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体

(4) 电解质 -123AN(50410)2

【试题解析】

(1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，

a．1s22s22p43s1，基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；b．1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；

c．1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；

d．1s22s22p33p2，基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确；

答案选ad；

而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量最高的是1s22s22p33p2，答案选d； (2)①一氯乙烯的结构式为，碳为双键碳，采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C-Clσ键；

②C的杂化轨道中s成分越多，形成的C-Cl键越强，C-Cl键的键长越短，一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时p成分少，sp3杂化时p成分多，因此三种物质中C-Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C-Cl键的键长越短，一氯乙烯中Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键(43Π )，一氯乙炔中Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成2套3中心4电子的大π键(43Π )，因此三种物质中C-Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔；

(3)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而CsCl为离子晶体，熔化时，克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时，克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl高；

(4)由题意可知，在电场作用下，Ag+不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α-AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为818+1=2个，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n=ANNmol=A2Nmol，晶胞体积V=a3pm3=(50410-12)3m3，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm=Vn=-1233A(50410)m2molN=-123AN(50410)2m3/mol。

【命题意图】

本题考查化学选修3《物质结构与性质》的相关知识，以填空或简答方式考查，常涉及如下高频考点：原子结构与元素的性质(基态微粒的电子排布式、电离能及电负性的比较)、元素周期律；分子结构与性质(化学键类型、原子的杂化方式、分子空间构型的分析与判断)；晶体结构与性质(晶体类型、性质及与粒子间作用的关系、以晶胞为单位的密度、微粒间距与微粒质量的关系计算及化学式分析等)

【命题方向】

该模块试题属于选做题，题型为综合题。命题涉及的知识点主要有：能层、能级、轨道数分析，原子、离子的核外电子排布式或价电子的轨道表达式（或示意图）等，第一电离能、元素电负性大小比较，原子轨道杂化方式、化学键、氢键以及离子或分子的空间构型判断，晶胞结构的分析和有关晶胞、晶体的计算等。

命题形式有两种：一是直接给出元素，围绕给出元素的原子结构、形成的物质等进行考查；二是给出元素的原子的一些结构特点等，首先判断出元素，然后再进行相应的考查。 预计2023高考会以一种已知的元素立题，选取与其相关的某些典型单质或化合物展开设问，综合考查原子、分子和晶体的结构与性质；或以几种已知的元素立题，依托不同元素的物质分别独立或侧重考查原子、分子和晶体的结构与性质；或以推断出的几种元素立题，依托它们之间组成的物质综合考查原子、分子和晶体的结构与性质。

【得分要点】

物质结构包括原子结构(原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大小比较、元素金属性、非金属性的强弱)、分子结构(化学键、分子的电子式、结构式、结构简式的书写、化学式的种类、官能团等)、晶体结构(晶体类型的判断、物质熔沸点的高低、影响因素、晶体的密度、均摊方法的应用等)。只有掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题。

一、有关基态原子的核外电子排布“四、三和二”

1. 四种表示方法

表示方法 举例

电子排布式 Cr：1s22s22p63s23p63d54s1

简化表示式 Cu：[Ar]3d104s1

价电子

排布式 Fe：3d64s2

电子排布图 S：

2. 排布三原则

能量最低原理 原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道

泡利原理 每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反的电子

洪特规则

当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同

3. 有关第一电离能和电负性的两种递变性

同周期（从左到右） 同主族（从上到下）

第一电离能 增大（注意ⅡA、ⅤA的特殊性） 依次减小

电负性 依次增大 依次减小

二、根据价层电子对互斥模型判断分子的空间构型

1. 价层电子对互斥模型说的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。

①当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致。