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专题 11 物质结构与性质综合题
题型 五年考情（2021-2025） 命题趋势
北京卷的物质结构与性质综合题，重点考查学生对原子结构
表示、分子结构与键角关系、晶胞密度计算、反应能量变化
2025·北京卷 及平衡条件分析等多方面的能力。旨在引导学生从微观到宏
物质结构与性
2024·北京卷 观、从结构到性质、从能量变化到平衡控制等多个角度全面
质综合题
2023·北京卷 认识物质及其变化，培养学生的综合分析能力和系统思维能
（5年4考）
2022·北京卷 力，体现了化学知识的内在联系和整体性，与《课程标准》
学业质量水平2中“能综合运用化学知识对物质的结构、性
质和变化进行分析”的要求相一致。
1．（2025·北京卷）通过 和 的相互转化可实现 的高效存储和利用。
（1）将 的基态原子最外层轨道表示式补充完整： 。
（2） 分子中 键角小于 ，从结构角度解释原因： 。
（3） 的晶胞是立方体结构，边长为 ，结构示意图如下。
① 的配体中，配位原子是 。
②已知 的摩尔质量为 ，阿伏加德罗常数为 ，该晶体的密度为
。( )
（4） 和 反应过程中能量变化示意图如下。①室温下， 和 反应生成 而不生成 。分析原因： 。
②从平衡的角度推断利于 脱除 生成 的条件并说明理由： 。
2．（2024·北京卷）锡( )是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。
（1） 位于元素周期表的第5周期第IVA族。写出 的基态原子最外层轨道表示式： 。
（2） 和 是锡的常见氯化物， 可被氧化得到 。
① 分子的 模型名称是 。
② 的 键是由锡的 轨道与氯的 轨道重叠形成σ键。
（3）白锡和灰锡是单质 的常见同素异形体。二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方
金刚石结构。
①灰锡中每个 原子周围与它最近且距离相等的 原子有 个。
②若白锡和灰锡的晶胞体积分别为 和 ，则白锡和灰锡晶体的密度之比是 。
（4）单质 的制备：将 与焦炭充分混合后，于惰性气氛中加热至 ，由于固体之间反应
慢，未明显发生反应。若通入空气在 下， 能迅速被还原为单质 ，通入空气的作用是
。
3．（2023·北京卷）硫代硫酸盐是一类具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根 可看作是 中的
一个 原子被 原子取代的产物。（1）基态 原子价层电子排布式是 。
（2）比较 原子和 原子的第一电离能大小，从原子结构的角度说明理由： 。
（3） 的空间结构是 。
（4）同位素示踪实验可证实 中两个 原子的化学环境不同，实验过程为
。过程ⅱ中， 断裂的只有硫硫键，若过程ⅰ所用试剂是
和 ，过程ⅱ含硫产物是 。
（5） 的晶胞形状为长方体，边长分别为 、 ，结构如图所示。
晶胞中的 个数为 。已知 的摩尔质量是 ，阿伏加德罗
常数为 ，该晶体的密度为 。
（6）浸金时， 作为配体可提供孤电子对与 形成 。分别判断 中的中心
原子和端基 原子能否做配位原子并说明理由： 。
4．（2022·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 。
1．（2025·北京市朝阳区二模）氮及其化合物在能源领域应用广泛。
（1） 非常稳定，通常只能与电离能小的 、 等金属元素形成离子型化合物。
①基态N原子价层电子排布式为 。
② 、 在水中均能产生 。 分子的空间结构为三角锥形，解释原因： 。（2）我国科学家成功合成五氮阴离子盐： ( 可表示为 )，局部结构示
意图如下所示。
① 中 和 中N均为 杂化，比较 中 键角和 中 键角大小并解
释原因： 。
② 对于 的稳定存在有重要作用。 与 的作用力类型有 。
（3）通过 、 与 的循环转化，可实现由 、 与 合成 、 与 。合成
过程与 、 的晶胞结构示意图如下。
①若 和 的晶胞体积分别为 和 ，则 和 的密度之比为 。
②合成 、 与 的总反应方程式是 。
2．（2025·北京市朝阳区一模）碳元素具有丰富的化学性质，碳及其化合物有着广泛的应用。
（1） 能测定含碳化合物的骨架结构。在基态 原子中，核外存在 对自旋相反的电
子。
（2）我国科学家利用 与 等活泼金属反应合成了金刚石，为金刚石的合成提供了重要的
研究思路。
① 第一电离能由大到小的顺序为 。
② 的 键是由碳的 轨道与氯的 轨道重叠形成 键。（3）早期以石墨为原料在高温高压条件下合成金刚石。图a为金刚石晶胞，图b为石墨的层状结构
(虚线所示部分为其晶胞，如图c所示)。
①石墨晶胞所含碳原子数为 。
②金刚石的密度为 ，晶胞形状为立方体，边长为 ，阿伏加德罗常数的值为
(用含 的关系式表示)。
（4）碳在物质转化中起着重要作用。 与 较难发生反应：
，加碳生成 可使反应得以进行。解释加碳反应更易进行的原因： 。
3．（2025·北京市东城区一模）我国人造金刚石产量居世界首位。以石墨或甲烷为原料可制备金刚石。
Ⅰ．石墨和金刚石的晶胞( )
（1）基态碳原子的电子排布式为 。
（2）根据图中信息判断石墨晶体中层间没有化学键相连，依据是 。
（3）金刚石在目前所有已知晶体中硬度最大。从结构角度解释其原因： 。
（4）石墨和金刚石的晶胞体积比为7：9，其密度比为 (简单整数比)。
Ⅱ．人工合成金刚石
方法一：高压合成 方法二：低压合成
(石墨， ) (金刚石，
方程
式 )
石墨与催化剂镍(Ni)在高压釜
原理 与大量 在微波炉里形成等离子体(含电
中的高温高压条件下形成共熔体(Ni，C)，金刚石比石墨 子、 、 、 等)，其中含碳粒子在硅晶
更易从共熔体中析出 体表面沉积并脱去 ，得到金刚石
（5）将高压合成金刚石过程中的能量变化，在图中补充完整 。
（6）关于低压合成，下列说法正确的是 (填序号)。
a．甲烷和金刚石中的碳原子、硅晶体中的硅原子均为 杂化
b．含碳粒子相互碰撞可能得到乙烷
c．低压可降低含碳粒子的浓度，有利于生成结构规整的金刚石
4．（2025·北京市海淀区一模）锂在储能方面有重要作用，盐湖卤水是我国锂的主要来源。盐湖卤水中
的含量低， 的含量较高，提锂难度大。
（1）Li在元素周期表中的位置是 。
（2）碳酸盐沉淀法是最早应用于盐湖卤水提锂的方法。 的空间构型为 。
（3）冠醚萃取法可选择性提取低浓度的 。某种冠醚的结构如图。当冠醚空腔大小与金属离子接近
时，金属离子易被吸附进入空腔中，实现萃取。该冠醚在某溶剂中的离子选择性如下表。
离子选择性 164：1 3：1
从原子结构角度解释冠醚的离子选择性 的原因： 。
（4） 用于新型锂电池，其晶胞结构如图。立方晶胞棱长为 )。
①距离Li最近且等距的O的数目为 。
②已知阿伏伽德罗常数为 。该晶体的密度为 。
5．（2025·北京市门头沟区一模）硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。（1）“中国芯”的主要原材料是高纯单晶硅，制备纯硅的反应原理：
。
① 的分子结构类似 ， 中 键是由硅的 轨道与氯的3p轨道重叠形成 键。
② 晶体熔点 明显高于 ，原因是 。
（2）Ge在元素周期表第4周期第IVA族。基态Ge原子的价层电子轨道表示式是 。
（3）由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质 ，是一种潜在的拓扑绝缘体材料。 晶体可视
为 晶体(晶胞如图 所示)中部分 原子被 和 取代后形成。
①图a中与Ge距离最近的Ge的数目为 。
②图b为Ge晶胞中部分 原子被 和 取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是
。
③图 为 的晶胞，已知 晶体的密度为 ，阿伏加德罗常数为 ，则 的摩尔质量为
(列出表达式，已知： )
6．（2025·北京市平谷区一模）工业上利用钛与铁可以制造多种新型合金材料，广泛用于航空、船舶、医
疗、储能等领域。
（1） 基态核外电子排布式为 。
（2）尿素与氯化铁形成 配合物是一种高效有机催化剂。尿素与铁离子形成配位
键时，最容易提供孤电子对的是 元素，原因是 。
（3）研究表明用 作光催化剂可将 、 、 等氧化为 、 。下列说法正确的是
（选填序号）。
A． 、 均为直线型分子，但分子极性不同
B． 、 、 的第一电离能依次增大
C． 沸点比 低得多，主要是因为 分子间作用力较小（4）Ti的某氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐的晶胞结构如图所示（ 位于立方体的顶点，
处于立方体的中心）。该晶体中， 和周围 个 相紧邻；若该晶胞的边长为acm，则
晶胞的密度为 （设 为阿伏加德罗常数）。
（5）纳米晶体 是一种贮氢容量大、价格低廉的储氢材料。 可由Mg和Fe的粉末在
气氛中反应加热球磨制得，该反应分两步进行。第一步反应为 ，第二步反应的化
学方程式为 。
7．（2025·北京市石景山区一模）金属间化合物是金属元素与金属元素之间形成的化合物， 和
是两种金属间化合物。
（1）基态Fe原子价层电子排布式是 。
（2）第一电离能 ，从原子结构的角度解释原因 。
（3） 的晶胞形状为正方体，边长为anm，一个晶胞中含有58个原子，其中有 个 。
已知 的摩尔质量是 ，阿伏加德罗常数为 ，该晶体的密度为 。
（4） （ 结构） 转化为 结构。
①写出 结构的铁铝金属间化合物转化为 结构的化学方程式 。
②将 放入十四烷酸 的乙醇溶液中， 中的Al被溶解于乙醇中的 氧化，生
成的盐吸附在金属基体表面形成许多均匀分布的微突起，使材料表面具有了类荷叶状结构，表现出超
疏水现象（液滴难以浸润表面并易滚动脱离），写出反应的化学方程式 。设计实验证明
中的Al被氧化 （填实验操作和现象）。8．（2025·北京市顺义区一模）硒是动物和人体所必需的微量元素之一，含硒化合物在药物和材料领域具
有重要应用。
（1）硒和硫在周期表中位于同一主族。
①基态Se原子价层电子排布式是 。
②25℃时， 溶液的pH小于 溶液的pH，原因是 。
（2）由二苯基二硒醚（Ⅰ）合成含硒药物Ⅳ的化学方程式为：
①下列说法不正确的是 。
A．反应物中所有碳原子的杂化方式均为
B． 中O—Se—O键角大于 中O—Se—O键角
C．化合物Ⅳ的熔点主要取决于所含化学键的键能大小
②相同压强下，比较化合物V（苯硒酚）和苯酚沸点高低并解释原因 。
（3）硒化锌（ZnSe）是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如下图所示。
①该晶胞中硒原子的配位数为 。②若该晶胞密度为 ，硒化锌的摩尔质量为 ，阿伏加德罗常数为 ，则晶胞边长a
为 nm。
9．（2025·北京市通州区一模）氮、磷、砷在自然界中分布广泛，其化合物有重要用途。
（1）As位于元素周期表的第4周期，第VA族。将As的基态原子最外层轨道表示式补充完整：
。
（2）比较N原子和As原子的第一电离能大小，从原子结构角度说明理由： 。
（3） 可用作锅炉用水软水剂， 的空间结构为 。
（4）工业上常用改性季铵盐从炼铜烟灰碱性溶液中萃取砷，其工艺流程短、成本低。萃取反应机理
如下：
①物质Ⅳ为 (填化学式)。
②关于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质，下列说法正确的有 (填序号)。
a．Ⅰ中的化学键均为σ键
b．Ⅱ中As的化合价为+5
c．Ⅲ中C原子的杂化轨道类型均为 杂化
（5）砷化硼晶体是具有超高热导率的半导体材料，其晶胞为立方体，边长为a nm，结构如图所示。
①晶体中与顶点B原子等距且最近的B原子个数为 。
②该结构中存在配位键，提供空轨道的原子是 。
③已知阿伏加德罗常数的值为 ，则该晶体的密度为 。( )
④如果把晶体中砷原子换成氮原子，形成的晶体的熔点明显升高，原因为 。
10．（2025·北京市西城区一模）硼元素在医药、陶瓷、新型电池等领域具有重要应用。
（1）基态B原子的电子排布式是 。
（2）Be、B均为第二周期的元素，基态原子的第一电离能Be B(填“>”“<”或“ ”)。
（3）硼酸是一元弱酸，具有抑菌消炎作用。硼酸显酸性的原理：
。①反应中B原子的杂化轨道类型的变化为 。
② 生成 的过程中形成了配位键，原因是 。
（4）硼化钙是制高纯度硼合金的原料，其晶胞形状为立方体，结构示意图如图1所示， 原子全部
组合为正八面体，各顶点通过 键连接成三维骨架， 位于晶胞的中心。
①硼化钙的化学式是 。
②已知硼化钙晶体的密度为 ，阿伏加德罗常数为 ，则相邻两个 间的最短距离为
。
（5）咪唑基-四氟硼酸盐型离子液体具有难挥发、高离子传导性等优点，可作为新型电池的电解液，
其结构如图2所示。
若将咪唑基中的烃基(-R)替换为 原子，该离子液体的黏稠度将增加，不利于离子传导，从粒子间相
互作用的角度解释原因： (写一点)。
11．（2025·北京市西城区二模）硅及其化合物在很多领域有广泛的应用。
（1）硅原子
①基态硅原子的价层电子轨道表示式是 。
② 原子的第一电离能由小到大的顺序为
（2）晶体硅
①晶体硅的熔点和硬度均低于金刚石，其原因是 。
②一定温度下，某体积为 ，质量为mg的晶体硅，其晶胞为立方体，如图1所示，边长为
，Si的摩尔质量为 ，则阿伏加德罗常数 。③下列能说明硅的晶体类型略向金属晶体过渡的是 。
a．硅原子之间的相互作用具有方向性和饱和性
b．硅有导电性，导电能力大于金刚石
（3）硅的含氧化合物
①二氧化硅中的硅氧四面体基本结构单元如图2所示，其中硅原子的杂化方式为 。
②自然界中的云母由片状的硅酸根离子和片间的金属离子构成层状结构。
i．如图3所示，每个硅氧四面体通过共用3个氧原子分别与相邻的硅氧四面体连接，形成无限伸展的
片状的硅酸根离子，其中硅原子和氧原子的个数比为 。
ii．云母易被从片间撕开，原因是 。
12．（2025·北京市延庆区一模）H、C、N、O是中学化学重要的非金属元素，关于几种元素及其化合物回
答：
（1）基态C原子价电子层轨道表示式 为： 。
（2）N元素的第一电离能 比O元素的 大，试解释原因 。
（3）C与H形成的常见有机化合物 、 。
① 分子的 模型名称是 。
② 的 键是由碳的 杂化轨道与氢的 轨道重叠形成 键。
③ 、 均能使溴的四氯化碳溶液褪色，从化学键的角度解释原因 。（4）石墨相氮化碳 是一种新型光催化材料， 具有和石墨相似的层状结构，其中一
种二维平面结构如图所示。 晶体中存在的微粒间作用力有 。
（5）碳单质的一种共价晶体结构如图所示。
①每个C原子周围与它最近且距离相等的C原子有 个。
②若该立方晶胞边长均为 ，阿伏伽德罗常数的值为 。则该晶体的密度为
。
13．（2025·人大附中三模）黄铜矿(主要成分为 )可用于生产 和硫酸。第一阶段转化过程如下：
（1）基态Cu原子的核外电子排布式为 。
（2） 分子的空间构型为 。
（3） 晶胞为立方体，结构如图，“●”表示的原子为 (填“铜”或“氧”)。其晶胞
边长为 cm。
已知： 密度为 ，摩尔质量为 ，阿伏伽德罗常数的值为 。
（4） 与 结构相似，但 的熔点比 的高约 ，原因是 。
（5）将 还原为单质 时，使用的还原剂一般为 或焦炭。
①焦炭还原 可涉及以下反应：．
．
则 还原 的热化学方程式为 ；
②从资源与反应原理的角度分析，使用 或焦炭作还原剂的优点分别为 。
14．（2025·北京市海淀区二模）我国科学家在中国空间站首次实现了铟硒半导体的微重力培养，铟（In）
和硒（Se）的单质是制备铟硒半导体的重要原料。
（1）主族元素In原子序数为49，其位于元素周期表的 区。
（2）粗硒中主要含碲（Te）单质等杂质。硒与碲同主族，可用气态氢化物热解法制备少量的高纯
硒，流程如下图。
结合元素周期律解释该法能分离硒和碲的原因： 。
（3）氧化挥发法是制备高纯硒的另一种方法。粗硒经高温氧化后产生 蒸气， 冷凝后溶于水
形成 溶液，除杂后向溶液中通入 可获得高纯硒。
①已知 分子中含两个羟基， 中Se的杂化方式为 。
②向 溶液中通入 时，发生反应的化学方程式为 。
（4）一种铟硒半导体晶体的晶胞如图，晶胞底面边长为a pm，高为c pm。
①该晶体的化学式为 。
②阿伏加德罗常数为 ，该晶体的密度为 。（已知： ）
