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专题37 物质结构综合
——以金属元素为主体
1．【2023年全国乙卷】中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿
物( )。回答下列问题：
（1）基态 原子的价电子排布式为 。橄榄石中，各元素电负性大小顺序为 ，铁的化合价
为 。
（2）已知一些物质的熔点数据如下表：
物质 熔点/℃
800.7
与 均为第三周期元素， 熔点明显高于 ，原因是 。分析同族元素的氯化物 、
、 熔点变化趋势及其原因 。 的空间结构为 ，其中 的轨道杂化形式
为 。
（3）一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示，
晶胞中含有 个 。该物质化学式为 ，B-B最近距离为 。
2．【2022年北京卷】工业中可利用生产钛白的副产物 和硫铁矿 联合制备铁精粉
和硫酸，实现能源及资源的有效利用。
（1） 结构示意图如图1。① 的价层电子排布式为___________。
② 中O和 中S均为 杂化，比较 中 键角和 中 键角的大小并解
释原因___________
。
③ 中 与 与 的作用力类型分别是___________。
（2） 晶体的晶胞形状为立方体，边长为 ，结构如图2。
①距离 最近的阴离子有___________个。
② 的摩尔质量为 ，阿伏加德罗常数为 。
该晶体的密度为___________ 。
（3） 加热脱水后生成 ，再与 在氧气中掺烧可联合制备铁精粉和硫酸。
分解和 在氧气中燃烧的能量示意图如图3。利用 作为 分解的燃料，
从能源及资源利用的角度说明该工艺的优点___________。3．【2022年天津卷】金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。回答下列问题：
（1）基态Na原子的价层电子轨道表示式为___________。
（2）NaCl熔点为800.8℃，工业上采用电解熔融NaCl制备金属Na，电解反应方程式：
，加入 的目的是___________。
（3） 的电子式为___________。在25℃和101kPa时，Na与 反应生成1mol 放热510.9kJ，
写出该反应的热化学方程式：___________。
（4）采用空气和Na为原料可直接制备 。空气与熔融金属Na反应前需依次通过___________、
___________(填序号)
a．浓硫酸 b．饱和食盐水 c．NaOH溶液 d． 溶液
（5）钠的某氧化物晶胞如下图，图中所示钠离子全部位于晶胞内。由晶胞图判断该氧化物的化学式为
___________。
（6）天然碱的主要成分为 ，1mol 经充分加热得到
的质量为___________g。
4．（2021·天津真题）铁单质及其化合物的应用非常广泛。
（1）基态Fe原子的价层电子排布式为___________。
（2）用X射线衍射测定，得到Fe的两种晶胞A．B，其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子
数为___________。每个晶胞B中含Fe原子数为___________。
（3）合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。如图为有、无铁触媒时，反应的能量变化示意图。写出该
反应的热化学方程式___________。从能量角度分析，铁触媒的作用是___________。（4）Fe3+可与HO、SCN-、F-等配体形成配位数为6的配离子，如 、 、 。
2
某同学按如下步骤完成实验：
① 为浅紫色，但溶液Ⅰ却呈黄色，其原因是___________，为了能观察到溶液Ⅰ中
的浅紫色，可采取的方法是___________。
②已知Fe3+与SCN-、F-的反应在溶液中存在以下平衡： ；
，向溶液Ⅱ中加入NaF后，溶液颜色由红色转变为无色。若该反应
是可逆反应，其离子方程式为___________，平衡常数为___________(用K 和K 表示)。
1 2
5．【2022年河北卷】含 及S的四元半导体化合物(简写为 )，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） 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． B． C． D．
（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 转化为 的是_______(填标号)。理由是_______。
本题暂无（6）问
6．（2021·全国乙卷真题）过渡金属元素铬 是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广
泛应用。回答下列问题：
（1）对于基态Cr原子，下列叙述正确的是_______(填标号)。
A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为
B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动
C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大
（2）三价铬离子能形成多种配位化合物。 中提供电子对形成配位键的原子是
_______，中心离子的配位数为_______。
（3） 中配体分子 、 以及分子 的空间结构和相应的键角如图所示。
中P的杂化类型是_______。 的沸点比 的_______，原因是_______， 的键角小于 的，
分析原因_______。
（4）在金属材料中添加 颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。 具有体心四方结构，如图所示，处于顶角位置的是_______原子。设Cr和Al原子半径分别为 和 ，则金属原子空
间占有率为_______%(列出计算表达式)。
7．（2020年新课标Ⅱ）钙钛矿(CaTiO )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
3
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，TiF 熔点高于其他三种卤化物，自TiCl 至TiI 熔点依次升高，原因
4 4 4
是____________。
化合物 TiF TiCl TiBr TiI
4 4 4 4
熔点/℃ 377 ﹣24.12 38.3 155
（3）CaTiO 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
3
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 ，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 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)。
（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_______、_______。8．（2020年新课标Ⅰ）Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、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(I)如表所示。I(Li)> I (Na)，原因是_________。I(Be)>
1 1 1 1
I(B)> I (Li)，原因是________。
1 1
（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）LiFePO 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
4
共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO 的单元数有____个。
4
电池充电时，LiFeO 脱出部分Li+，形成Li FePO ，结构示意图如(b)所示，则x=_______，
4 1−x 4
n(Fe2+ )∶n(Fe3+)=_______。
9．（2020年天津卷）Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题:
（1）Fe、Co、Ni在周期表中的位置为_________，基态Fe原子的电子排布式为__________。
（2）CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为N ，则CoO晶体的密度为______g﹒cm-3：
A
三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为_______。
（3）Fe、Co、Ni能与C1 反应，其中Co和为Ni均生产二氯化物，由此推断FeCl 、CoCl 和Cl 的氧化性
2 3 3 2
由强到弱的顺序为____，Co(OH) 与盐酸反应有黄绿色气体生成，写出反应的离子方程式：______。
3
（4）95℃时，将Ni片浸在不同质量分数的硫酸中，经4小时腐蚀后的质量损失情况如图所示，当大于63%时，Ni被腐蚀的速率逐渐降低的可能原因为_____。由于Ni与HSO 反应很慢，
2 4
而与稀硝酸反应很快，工业上选用HSO 和HNO 的混酸与Ni反应制备NiSO 。为了提高产物的纯度，
2 4 3 4
在硫酸中添加HNO 的方式为______(填“一次过量”或“少量多次”)，此法制备NiSO 的化学方程式
3 4
为_______。
10．[2019新课标Ⅰ] 在普通铝中加入少量Cu和Mg后，形成一种称为拉维斯相的MgCu 微小晶粒，其分
2
散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓“坚铝”，是制造飞机的主要村料。回答下
列问题：
（1）下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。
A． B．
C．
D．
（2）乙二胺(H NCH CHNH )是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是 、
2 2 2 2
。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是 ，其中与乙二胺形成
的化合物稳定性相对较高的是 (填“Mg2+”或“Cu2+”)。
（3）一些氧化物的熔点如下表所示：
氧化物 LiO MgO PO SO
2 4 6 2
熔点/°C 1570 2800 23.8 −75.5
[来源:Z.xx.k.Com]
解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。
（4）图(a)是MgCu 的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入
2
以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x=
pm，Mg原子之间最短距离y= pm。设阿伏加德罗常数的值为N ，则MgCu 的密度是
A 2
g·cm−3(列出计算表达式)。11．[2019 新课标Ⅱ] 近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料，其中一类为
Fe−Sm−As−F−O组成的化合物。回答下列问题：
（1）元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为_______，其沸点比NH 的_______（填
3
“高”或“低”），其判断理由是________________________。
（2）Fe成为阳离子时首先失去______轨道电子，Sm的价层电子排布式为4f66s2，Sm3+的价层电子排布
式为______________________。
（3）比较离子半径：F−__________O2−（填“大于”等于”或“小于”）。
（4）一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示，晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。
图1 图2
图中F−和O2−共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1−x代表，则该化合物的化学式
表示为____________，通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：
ρ=________g·cm−3。
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 1中原
子1的坐标为( )，则原子2和3的坐标分别为__________、__________。
12．[2019江苏]Cu O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO 、NaOH和抗坏血酸为原料，可制备Cu₂O。
2 4
（1）Cu2+基态核外电子排布式为_______________________。
（2） 的空间构型为_____________（用文字描述）；Cu2+与OH−反应能生成[Cu(OH) ]2−，
4
[Cu(OH) ]2−中的配位原子为__________（填元素符号）。
4
（3）抗坏血酸的分子结构如图1所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为__________；推测抗坏血酸在
水中的溶解性：____________（填“难溶于水”或“易溶于水”）。（4）一个Cu O晶胞（见图2）中，Cu原子的数目为__________。
2
13．[2017新课标Ⅰ]钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
（1）元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_______nm（填标号）。
A．404.4 B．553.5 C．589.2
D．670.8
E．766.5
（2）基态K原子中，核外电子占据最高能层的符号是_________，占据该能层电子的电子云轮廓图形
状为___________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等
都比金属Cr低，原因是___________________________。
（3）X射线衍射测定等发现，IAsF 中存在 离子。 离子的几何构型为_____________，中心原子的
3 6
杂化形式为________________。
（4）KIO 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为 a=0.446 nm，晶
3
胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为______nm，与
K紧邻的O个数为__________。
（5）在KIO 晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于______位置，O处于______位置。
3
14．[2018海南卷]I.下列元素或化合物的性质变化顺序正确的是_______________
A．第一电离能：Cl＞S＞P＞Si B．共价键的极性：HF＞HCI＞HBr＞HI
C．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI D．热稳定性：MgCO ＞CaCO ＞SrCO ＞BaCO
3 3 3 3
II.黄铜矿是主要的炼铜原料，CuFeS 是其中铜的主要存在形式。回答下列问题：
2
（1）CuFeS 中存在的化学键类型是________________。下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的
2
_____________。（2）在较低温度下CuFeS 与浓硫酸作用时，有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。
2
①X分子的立体构型是______，中心原子杂化类型为__________，属于_______（填“极性”或“非极
性”）分子。
②X的沸点比水低的主要原因是____________________。
（3）CuFeS 与氧气反应生成SO ，SO 中心原子的价层电子对数为_____，共价键的类型有_________。
2 2 2
（4）四方晶系CuFeS 晶胞结构如图所示。
2
①Cu＋的配位数为__________，S2－的配位数为____________。
②已知：a＝b＝0.524 nm，c＝1.032 nm，N 为阿伏加德罗常数的值，CuFeS 晶体的密度是
A 2
_______g•cm-3(列出计算式)。
15．[2017江苏]铁氮化合物(FeN)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FeN 的制备需铁、氮气、
x y x y
丙酮和乙醇参与。
（1）Fe3+基态核外电子排布式为____________________。
（2）丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是_______________，1 mol 丙酮分子中含有σ
键的数目为______________。
（3）C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为________________。
（4）乙醇的沸点高于丙酮，这是因为____________________。
（5）某FeN 的晶胞如题21图−1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu
x y
替代型产物Fe Cu N。FeN 转化为两种Cu替代型产物的能量变化如题21图−2 所示，其中更
(x−n) n y x y
稳定的Cu替代型产物的化学式为___________。16．【2016年高考海南卷】（14分）
M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最
外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：
（1）单质M的晶体类型为______，晶体中原子间通过_____作用形成面心立方密堆积，其中M原子
的配位数为______。
（2）元素Y基态原子的核外电子排布式为________，其同周期元素中，第一电离能最大的是______
（写元素符号）。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是________（写化学式），该酸根离子的立体
构型为________。
（3）M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为_______，已知晶胞参数a=0.542 nm，此晶体的 密
度为_______g·cm–3。（写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗
常数为N ）
A
②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是________。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为
深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_______。
17．【2016年高考新课标Ⅱ卷】[化学-—选修3：物质结构与性质]（15分）
东晋《华阳国志•南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要
用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
（1）镍元素基态原子的电子排布式为_________，3d能级上的未成对的电子数为______。
（2）硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH )]SO 蓝色溶液。
3 6 4
①[Ni(NH )]SO 中阴离子的立体构型是_____。
3 6 4
②在[Ni(NH )]2+中Ni2+与NH 之间形成的化学键称为______，提供孤电子对的成键原子是_____。
3 6 3
③氨的沸点 （填“高于”或“低于”）膦（PH ），原因是______；氨是_____分子（填“极性”
3
或“非极性”），中心原子的轨道杂化类型为_______。
（3）单质铜及镍都是由______键形成的晶体：元素铜与镍的第二电离能分别为：I =1959kJ/mol，
Cu
I =1753kJ/mol，I >I 的原因是______。
Ni Cu Ni
（4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_____。
②若合金的密度为dg/cm3，晶胞参数a=________nm
18．【2015海南化学】[选修3—物质结构与性质]（14分）
钒（ V）是我国的丰产元素，广泛用于催化及钢铁工业。
23
回答下列问题：
（1）钒在元素周期表中的位置为 ，其价层电子排布图为 。（2） 钒的某种氧化物的晶胞结构如图1所示。晶胞中实际拥有的阴、阳离子个数分别为 、 。
（3）VO 常用作SO 转化为SO 的催化剂。SO 分子中S原子价层电子对数是 对，分子的立体构
2 5 2 3 2
型为 ；SO 气态为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为 ；SO 的三聚体环状结构如
3 3
图2所示，该结构中 S原子的杂化轨道类型为 ；该结构中S—O键长由两类，一类键长约
140pm，另一类键长约为160pm，较短的键为 (填图2中字母)，该分子中含有 个σ键。
（4）VO 溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（NaVO ），该盐阴离子的立体构型为 ；也可以
2 5 3 4
得到偏钒酸钠，其阴离子呈如图3所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为 。
19．[2018新课标Ⅰ卷] Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优
良性能，得到广泛应用。回答下列问题：
（1）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为_____、_____（填标号）。
A．
B．
C．
D．
（2）Li+与H−具有相同的电子构型，r（Li+）小于r（H−），原因是______。
（3）LiAlH 是有机合成中常用的还原剂，LiAlH 中的阴离子空间构型是______、中心原子的杂化形式为
4 4
______.LiAlH 中，存在_____（填标号）。
4
A．离子键 B．σ键 C．π键 D．氢键
（4）LiO是离子晶体，其晶格能可通过图（a）的 Born−Haber循环计算得到。
2可知，Li原子的第一电离能为 kJ·mol−1，O=O键键能为 kJ·mol−1，LiO晶格能
2
为 kJ·mol−1。
（5）LiO具有反萤石结构，晶胞如图（b）所示。已知晶胞参数为0.4665 nm，阿伏加德罗常数的值为
2
N ，则LiO的密度为______g·cm−3（列出计算式）。
A 2
20．[2018新课标Ⅲ卷]锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：
（1）Zn原子核外电子排布式为________________。
（2）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能Ⅰ（Zn）_______Ⅰ （Cu)
1 1
(填“大于”或“小于”)。原因是________________。
（3）ZnF 具有较高的熔点（872 ℃)，其化学键类型是_________；ZnF 不溶于有机溶剂而ZnCl 、
2 2 2
ZnBr 、ZnI 能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________。
2 2
（4）《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO ）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。
3
ZnCO 中，阴离子空间构型为________________，C原子的杂化形式为________________。
3
（5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_______________。六棱柱底边边
长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为N ，Zn的密度为________________g·cm－3（列出
A
计算式）。
