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专练 30 结构与性质综合应用
授课提示：对应学生用书59页
1．[2023·全国甲卷][化学——选修3：物质结构与性质]
将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳
的催化剂。回答下列问题：
（1）图1所示的几种碳单质，它们互为 ，其中属于原子晶体的是 ，
C 间的作用力是 。
60
（2）酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。
酞菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是 （填图
2酞菁中N原子的标号）。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为 ，氮原子提供孤对
电子与钴离子形成 键。
（3）气态AlCl 通常以二聚体Al Cl 的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中
3 2 6
Al的轨道杂化类型为 。AlF 的熔点为1 090 ℃，远高于AlCl 的192 ℃，由此可
3 3
以判断铝氟之间的化学键为 键。AlF 结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F－的配
3
位数为 。若晶胞参数为a pm，晶体密度ρ＝ g·cm－3（列出计算式，阿伏
加德罗常数的值为N ）。
A
答案：（1）同素异形体 金刚石 范德华力
（2）③ ＋2 配位
（3）sp3 离子 2
解析：（1）同一元素形成的不同单质之间互为同素异形体。图 1所示的几种碳单质，
它们的组成元素均为碳元素，因此，它们互为同素异形体；其中金刚石属于原子晶体，石
墨属于混合型晶体，C 属于分子晶体，碳纳米管不属于原子晶体；C 间的作用力是范德
60 60
华力；
（2）已知酞菁分子中所有原子共平面，则其分子中所有的C原子和所有的N原子均
为sp2杂化，且分子中存在大π键，其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道，其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键，标号为③的N原子的 p轨道能
提供一对电子参与形成大π键，因此标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出
H＋；钴酞菁分子中，失去了2个H＋的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子，因此，
钴离子的化合价为＋2，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。
（3）由Al Cl 的空间结构结合相关元素的原子结构可知，Al原子价层电子对数是4，
2 6
其与其周围的4个氯原子形成四面体结构，因此，二聚体中Al的轨道杂化类型为sp3。AlF
3
的熔点为1 090 ℃，远高于AlCl 的192 ℃，由于F的电负性最大，其吸引电子的能力最
3
强，因此，可以判断铝氟之间的化学键为离子键。由AlF 的晶胞结构可知，其中含大球的
3
个数为12×＝3，小球的个数为8×＝1，则大球为F－，距F－最近且等距的Al3＋有2个，则
F－的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为（a pm）3＝a3×10－30 cm3，晶胞
的质量为，则其晶体密度ρ＝g·cm－3。
2．[2022·湖南卷]铁和硒（Se）都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等
领域有广泛应用，回答下列问题：
（1）乙烷硒啉（Ethaselen）是一种抗癌新药，其结构式如下：
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar] ；
②该新药分子中有 种不同化学环境的C原子；
③比较键角大小：气态SeO 分子 SeO离子（填“>”“<”或“＝”），原因是
3
。
（2）富马酸亚铁（FeC HO）是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：
4 2 4
①富马酸分子中σ键与π键的数目比为 ；
②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为 。
（3）科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化
H，将N3－转化NH，反应过程如图所示：
2
①产物中N原子的杂化轨道类型为 ；
②与NH互为等电子体的一种分子为 （填化学式）。
（4）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该超导材料的最简化学式为
________________________________________________________________________；
②Fe原子的配位数为 ；③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm，阿伏加德罗常数的值为N ，则该晶体的密度
A
为 g·cm－3（列出计算式）。
答案：（1）①3d104s24p4 ②8 ③＞ 前者中Se为sp2杂化、后者中Se为sp3杂化
（2）①11∶3 ②O＞C＞H＞Fe
（3）①sp3 ②HO
2
（4）①KFe Se ②4
2 2
③×1021
解析：（1）①Se为34号元素，根据构造原理可写出基态Se原子的核外电子排布式
为[Ar]3d104s24p4。②该物质结构对称，具有如图所示8种不同化学环境的C原子：
。③SeO 中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为0，SeO
3
中Se的价层电子对数为3，孤电子对数为＝1，故SeO 和SeO中Se原子分别为sp2和sp3杂
3
化，则SeO 分子中键角大于SeO中键角。（2）①由富马酸分子的结构模型可确定其结构
3
简式为 ，由单键均为σ键，双键有1个σ键和1个π键，
知该分子中σ键和π键的数目比为11∶3。②富马酸亚铁中含C、H、O、Fe四种元素，由
电负性递变规律可知，电负性由大到小的顺序为O>C>H >Fe。（3）①产物中N原子形成
4个共价键，则其采取sp3杂化。（4）①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影图可知，占据
顶点和体心位置的为K原子，故K原子个数为8×＋1＝2，每个竖直棱上有2个Se原子，
体内有2个Se原子，故Se原子个数为8×＋2＝4，每个竖直面上有2个Fe原子，故Fe原
子个数为8×＝4，该物质的晶胞结构如图所示：
其最简化学式为KFe Se 。③以1号Fe原子为研究对象，2号和3号铁原子及其对称位
2 2
置的2个Fe原子距离1号Fe原子最近，故Fe的配位数为4。③该晶胞的质量为g，体积为
0.4×0.4×1.4×10－21 cm3，故该晶体的密度为×1021 g·cm－3。
3．[2024·重庆渝北中学检测]2023年11月23日，2023亚洲通用航空展在广东珠海国
际航展中心开幕，为期4天的航展集中展示了通用航空领域最新技术产品和成果。国产飞
机的制造使用了较多含硼材料（如硼纤维、氮化硼等），且多项技术打破了国外垄断。回
答下列问题：
（1）基态B原子的价层电子排布图（轨道表示式）为 。
（2）耐高温材料立方BN制备流程中用到了NH 、BCl 和触媒剂Ca B N。
3 3 3 2 4
①Ca、B、N三种元素的电负性从大到小的顺序为 。
②BCl 中B原子的 轨道与Cl原子的 轨道形成σ键。
3
③BCl 在四氯化碳中的溶解度远大于 NH 在四氯化碳中的溶解度，原因是
3 3
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）硼砂是非常重要的含硼矿物。一种硼砂阴离子的结构如图 1所示，则1 mol该阴
离子中含有配位键的物质的量为 ，n＝ 。（4）制造硼合金的原料硼化钙（CaB ）晶胞结构如图2所示，硼原子全部组成B 正
6 6
八面体，各个顶点通过B—B互相连接成三维骨架。已知该晶体的晶胞参数为a pm，B 正
6
八面体中B—B的键长为d pm，M原子的坐标参数为（，，），则N原子的坐标参数为
；设阿伏加德罗常数的值为N ，则该晶体的密度为 g·cm－3（列出计算
A
式）。
答案：（1）
（2）①N>B>Ca ②sp2杂化 3p ③BCl 和四氯化碳均为非极性分子，而NH
3 3
为极性分子
（3）2 mol 2 （4）（，1，0）
解析：（1）基态B原子的价层电子排布图（轨道表示式）为
（2）①金属的电负性较小，同周期主族元素的电负性从左到右逐渐增大，故电
负性N>B>Ca。②BCl 中B原子的价层电子对数为3，其杂化方式为sp2，故BCl 中B原子
3 3
的sp2杂化轨道与Cl原子的3p轨道形成σ键。③BCl 和四氯化碳均为非极性分子，NH 为
3 3
极性分子，根据“相似相溶”原理，BCl 在四氯化碳中的溶解度远大于NH 在四氯化碳中
3 3
的溶解度。
（3）由题图1可知，形成4个键的B原子含有1个配位键，故1 mol该阴离子中含有
配位键的物质的量为2 mol，在该阴离子中B显＋3价，O显－2价，H显＋1价，则计算可
得n＝2。
（4）将8个正八面体的体心连接成晶胞的立方晶系图。由M原子的坐标参数知，该
原子位于晶胞的体心，且坐标系的单位长度为 1，正八面体的体心到正八面体的顶点的距
离为d pm，则N点在x轴的处。根据N原子在晶胞中的位置可知，其坐标参数为（，1，
0）。一个晶胞中含有一个CaB ，则该晶体密度为 g·cm－3。
6
4．[2022·河北卷]含Cu、Zn、Sn及S的四元半导体化合物（简写为CZTS），是一种
低价、无污染的绿色环保型光伏材料，可应用于薄膜太阳能电池领域。回答下列问题：
（1）基态S原子的价电子中，两种自旋状态的电子数之比为 。
（2）Cu与Zn相比，第二电离能与第一电离能差值更大的是 ，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）SnCl的几何构型为 ，其中心离子杂化方式为 。
（4）将含有未成对电子的物质置于外磁场中，会使磁场强度增大，称其为顺磁性物质。
下列物质中，属于顺磁性物质的是 （填标号）。
A．[Cu（NH ）]Cl B．[Cu（NH ）]SO
3 2 3 4 4
C．[Zn（NH ）]SO D．Na[Zn（OH）]
3 4 4 2 4
（5）如图是硫的四种含氧酸根的结构：根据组成和结构推断，能在酸性溶液中将Mn2＋转化为MnO的是 （填标号），
理由是________________________________________________________________________。
（6）如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。
①该物质的化学式为 。
②以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数
坐标，例如图中A原子的坐标为（，，），则B原子的坐标为 。
答案：（1）2∶1（或1∶2）
（2）Cu Cu的价电子排布式为3d104s1，Zn的价电子排布式为3d104s2，Zn为全充满稳
定结构，Cu的第一电离能比Zn的第一电离能小，Cu失去一个电子后形成的Cu＋的价电子
排布式为3d10，为全充满稳定结构，较难失去电子，Zn失去1个电子后形成的Zn＋的价电
子排布式为3d104s1，较易失去一个电子达到更稳定状态，Cu的第二电离能比Zn的第二电
离能大
（3）三角锥形 sp3 （4）B
（5）D D（SO）中含有过氧键，具有强氧化性
2
（6）①Cu ZnSnS ②（，，）
2 4
解析：（1）基态 S 原子的价电子排布式为 3s23p4，价电子的轨道表示式为
，两种自旋状态的电子数之比为 2∶1。（3）SnCl中Sn
的孤电子对数为＝1、成键电子对数为3，杂化方式为sp3，因此SnCl的几何构型为三
角锥形。（4）主族元素形成的离子或配体中一般不含有未成对电子，因此该题只需
判断配合物的中心离子是否存在未成对电子。[Cu（NH ）]Cl中Cu＋的价电子排布式
3 2
为3d10，不含未成对电子，[Cu（NH ）]SO 中Cu2＋的价电子排布式为3d9，含未成对
3 4 4
电子，[Zn（NH ） ]SO 中Zn2＋的价电子排布式为 3d10，不含未成对电子，Na[Zn
3 4 4 2
（OH）]中Zn2＋的价电子排布式为3d10，不含未成对电子，因此属于顺磁性物质的是
4
[Cu（NH ） ]SO 。（5）Mn2＋转化为MnO，Mn2＋被氧化，则该离子具有强氧化性，
3 4 4中含有过氧键，具有强氧化性，在酸性溶液中可
将Mn2＋氧化为MnO。（6）①结合均摊法进行分析，晶胞中S原子数目为8，Sn原
子数目为2×＋4×＝2，Zn原子数目为8×＋1＝2，Cu原子数目为8×＝4，故该物
质的化学式为Cu ZnSnS 。②结合图中A、B原子的位置及A原子的坐标可得出B原
2 4
子的坐标。
