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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： 。
【答案】（1）
（2）CH 中碳原子的价层电子对数为4，孤电子对数为0；NH 中氮原子的价层电子对数为4，孤电子
4 3
对数为1；孤电子对对成键电子对的排斥能力大于成键电子对对成键电子对的排斥能力，CH 分子中H-
4
C-H的键角为109°28′，故NH 分子中H-N-H的键角小于109°28′
3
（3）N
（4）生成 的活化能更低 根据MgCl 和NH 反应过程中的能量变化示意图可得到反
2 3
应的热化学方程式为 ，该反应的正反应为气体系数减小的
放热反应，故低压高温有利于脱除NH 生成MgCl 。
3 2
【解析】（1）
Mg是第12号元素，其基态最外层电子的电子排布式为 3s2，故其基态原子最外层轨道表示式为：
。
（2）CH 中碳原子的价层电子对数为4，孤电子对数为0；NH 中氮原子的价层电子对数为4，孤电子
4 3
对数为1；孤电子对对成键电子对的排斥能力大于成键电子对对成键电子对的排斥能力，CH 分子中H-
4
C-H的键角为109°28′，故NH 分子中H-N-H的键角小于109°28′。
3
（3）① 的内界为 ，故其配体为NH ，由于N原子有孤电子对，所以配位
3
原子为N；
②根据均摊法，该晶胞中 的个数为 ， 的个数为8，故每个晶胞中含
有4个 ，则晶体的密度为 。（4）①由MgCl 和NH 反应过程中的能量变化示意图可知，反应生成 的活化能更低，
2 3
故室温下易于生成 ；
②根据MgCl 和NH 反应过程中的能量变化示意图可得到反应为放热反应，即
2 3
，该反应的正反应为气体系数减小的放热反应，脱除
生成 是指逆反应方向，故低压高温有利于脱除NH 生成MgCl 。
3 2
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
。
【答案】（1）
（2）平面三角形 杂化
（3）4（4）与焦炭在高温下反应生成 ， 将 还原为单质
【解析】（1）
Sn位于元素周期表的第5周期ⅣA族，基态Sn原子的最外层电子排布式为5s25p2，Sn的基态原子最外
层轨道表示式为 ；
（2）①SnCl 中Sn的价层电子对数为2+ ×(4-2×1)=3，故SnCl 分子的VSEPR模型名称是平面三角
2 2
形；
②SnCl 中Sn的价层电子对数为4+ ×(4-4×1)=4，有4个σ键、无孤电子对，故Sn采取sp3杂化，则
4
SnCl 的Sn—Cl键是由锡的sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成σ键；
4
（3）①灰锡具有立方金刚石结构，金刚石中每个碳原子以单键与其他4个碳原子相连，此5碳原子在
空间构成正四面体，且该碳原子在正四面体的体心，所以灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等
的Sn原子有4个；
②根据均摊法，白锡晶胞中含Sn原子数为8× +1=2，灰锡晶胞中含Sn原子数为8× +6× +4=8，所
以白锡与灰锡的密度之比为 ∶ = ；
（4）将SnO 与焦炭充分混合后，于惰性气氛中加热至800℃，由于固体之间反应慢，未发生明显反
2
应；若通入空气在800℃下，SnO 能迅速被还原为单质Sn，通入空气的作用是：与焦炭在高温下反应
2
生成CO，CO将SnO 还原为单质Sn，有关反应的化学方程式为2C+O 2CO、2CO+SnO
2 2 2
Sn+2CO。
2
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： 。
【答案】（1）
（2） ，氧原子半径小，原子核对最外层电子的吸引力大，不易失去一个电子
（3）四面体形
（4） 和
（5）4
（6） 中的中心原子S的价层电子对数为4，无孤电子对，不能做配位原子；端基S原子含有孤电
子对，能做配位原子
【解析】（1）S是第三周期ⅥA族元素，基态S原子价层电子排布式为 。答案为 ；
（2）S和O为同主族元素，O原子核外有2个电子层，S原子核外有3个电子层，O原子半径小，原子
核对最外层电子的吸引力大，不易失去1个电子，即O的第一电离能大于S的第一电离能。答案为
I(O)>I (S)，氧原子半径小，原子核对最外层电子的吸引力大，不易失去一个电子；
1 1
（3） 的中心原子S的价层电子对数为4，无孤电子对，空间构型为四面体形， 可看作是
中1个O原子被S原子取代，则 的空间构型为四面体形。答案为四面体形；
（4）过程Ⅱ中 断裂的只有硫硫键，根据反应机理可知，整个过程中 最终转化为 ，S最
终转化为 。若过程ⅰ所用的试剂为 和 ，过程Ⅱ的含硫产物是 和 。答
案为 和 ；
（5）由晶胞结构可知，1个晶胞中含有 个 ，含有4个 ；该晶体的密度 。答案为4； ；
（6）具有孤电子对的原子就可以给个中心原子提供电子配位。 中的中心原子S的价层电子对数
为4，无孤电子对，不能做配位原子；端基S原子含有孤电子对，能做配位原子。
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 。【答案】（1） 孤电子对有较大斥力，使 键角小于 键角 配位键、氢键
（2）6
（3） 燃烧放热为 分解提供能量；反应产物是制备铁精粉和硫酸的原料
【解析】（1）①Fe的价层电子排布为3d64s2，形成Fe2+时失去4s上的2个电子，于是Fe2+的价层电子
排布为3d6。
②H O中O 和 中S都是sp3杂化，HO中O杂化形成的4个杂化轨道中2个被孤电子对占据，2个
2 2
被键合电子对占据，而 中S杂化形成的4个杂化轨道均被键合电子对占据。孤电子对与键合电子
对间的斥力大于键合电子对与键合电子对间的斥力，使得 键角与 键角相比被压缩减
小。
③HO中O有孤电子对，Fe2+有空轨道，二者可以形成配位键。 中有电负性较大的O元素可以与
2
HO中H元素形成氢键。
2
答案为：3d6；孤电子对有较大斥力，使 键角小于 键角；配位键、氢键。
（2）①以位于面心Fe2+为例，与其距离最近的阴离子所处位置如图所示（圆中）：
。
4个阴离子位于楞上，2个位于体心位置上，共6个。
②依据分摊法可知晶胞中Fe2+离子个数为 ， 个数为 。一个晶胞中相当
于含有4个FeS，因此一个晶胞的质量 。所以晶体密度
2。
答案为：6；
（3） 燃烧为放热反应， 分解为吸热反应， 燃烧放出的热量恰好为 分
解提供能量。另外， 燃烧和 分解的产物如Fe O、SO 、SO 可以作为制备铁精粉或硫
2 3 2 3
酸的原料。
答案为： 燃烧放热为 分解提供能量；反应产物是制备铁精粉和硫酸的原料。
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 。
【答案】（1） 的VSEPR模型为四面体形，含一个孤电子对，略去孤电子对，
的空间结构为三角锥形( 中 采取 杂化，其中一个 杂化轨道被一个孤电子对占据)
（2） 有孤电子对， 无孤电子对。孤电子对有较大斥力，使 键角小于
离子键、氢键
（3）
【解析】（1）①N是7号元素，基态N原子价层电子排布式为 。
② 中N原子价电子对数为 4，VSEPR模型为四面体形，含一个孤电子对，所以
的空间结构为三角锥形。
（2）① 中O原子有1个孤电子对， 中N原子无孤电子对。孤电子对有较大斥力，使
键角小于 。
② 对于 的稳定存在有重要作用。 与 存在离子间的静电作用，即 与 存在离子
键， 中存在N-H键， 与 可以形成氢键，所以作用力类型有离子键、氢键。
（3）①根据Mg的晶胞结构，镁位于晶胞的顶角和体心，1个晶胞中含有2个Mg原子，根据MgO的
晶胞结构，镁位于晶胞的棱边和体心，O位于晶胞的顶角和面心，1个晶胞中含有4个Mg、4个O，
若 和 的晶胞体积分别为 和 ，Mg的密度为 ， 的密度为
，则 和 的密度之比为 。
②根据图示，甲烷、氮气、水合成 、 与 ，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： 。
【答案】（1）2
（2） 1个 杂化
（3）4
（4）C和 生成 并放热，使 反应趋势变大(碳与 反应生成 放
出热量，使体系温度升高，同时降低 ，均促进反应正向进行)
【解析】（1）基态 原子核外有6个电子，电子排布式为1s22s22p2，核外存在2对自旋相反的电
子；
（2）①同周期从左到右第一电离能有增大趋势，故第一电离能Cl>Mg>Na；
②CCl 的中心原子为C，价层电子对数为4+ ，孤电子对为0，杂化方式为sp3杂化，C−Cl
4
键是由碳的1个sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成σ键；
（3）①图c为石墨的晶胞，内部有1个C原子，面上有2个C原子，棱上有4个C原子，顶角有8个
C原子，C原子个数为1+2 ；②金刚石晶胞中C原子数为4+8 +6 =8，质量为 ，体积为(a×10-7)3cm3，根据密度公式
，N = ；
A
（4） ，∆S<0，反应难以自发进行，加碳生成CO，放出
热量，使温度升高，总反应 趋势变大，同时消耗了O，使平衡正向进
2
行。
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
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
原理
子、 、 、 等)，其中含碳粒子在硅晶
熔体(Ni，C)，金刚石比石墨
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
【答案】（1）
（2）层间距 远大于碳碳键键长
（3）金刚石是共价晶体，为立体网状结构，键长很短，键能很大
（4）
（5）
（6）abc
【解析】（1）碳原子基态电子排布式为 。
（2）由图可见，石墨层内相邻碳间距约 ，而层间相邻碳原子间距约 ，远大于形成共价
键所需的键长，说明层间并无化学键相连（只是较弱的范德华力）。
（3）金刚石是共价晶体，每个碳原子以 杂化方式与四个碳相连，形成三维网络巨型分子，键能
大，为立体网状结构，键长很短，键能很大，空间结构极其牢固，因而硬度最高。
（4）若取石墨、金刚石各自“标准”晶胞，石墨每个晶胞含原子数为： ，金
刚石每个晶胞含碳原子数为： ，两者晶胞体积比为 ，石墨的密度为：
，金刚石密度为： ，则其密度比为
。
（5）在高压合成示意图中，应将“ 共熔体”的能量画在最高处，起始“ ”
和产物“ ”的能量均较低，且由于石墨转变为金刚石为吸热过程，产物能量略高于反应物(但都低于中间的共熔体能量)，故图像为：
。
（6）a．甲烷分子中，中心碳原子通过 杂化 与 个氢原子形成正四面体结构；金刚石为原子晶体，
每个碳原子与周围 个碳原子通过共价键结合，形成三维网状结构，碳原子采取 杂化 方式 ；晶体
硅的结构与金刚石类似，硅原子同样以 杂化 与邻近的 个硅原子形成共价键，a正确；
b．在含大量自由基的等离子体中，碳自由基通过相互碰撞确有可能生成乙烷等小分子，b正确；
c．降低压强可降低碳自由基浓度，使得碳的沉积更有序，从而有利于生成结构规整的金刚石，c正
确；
故选 。
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 。
【答案】（1）第二周期IA族
（2）平面三角形
（3） 和 的电子排布相同，核电荷数： 大于 ，离子半径： 小于 ；相比于
， 与 的离子半径更接近，更易被冠醚吸附，更难与 分离，故离子选择性
更低
（4）4
【解析】（1）Li在元素周期表中的位置是：第二周期IA族；
（2） 中C原子的价层电子对数为3+ =3+0=3，空间构型为平面三角形；
（3）从原子结构角度解释冠醚的离子选择性 的原因： 和
的电子排布相同，核电荷数： 大于 ，离子半径： 小于 ；相比于 ， 与
的离子半径更接近，更易被冠醚吸附，更难与 分离，故离子选择性 更低；
（4）①由图可知，距离Li最近且等距的O的数目为：4；
②根据均摊法，晶胞中O2-个数为： ，Li+个数为8，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： )
【答案】（1）1个 杂化 晶体硅是共价晶体，熔化破坏共价键， 是分子晶体，熔化破坏
分子间作用力，由于共价键的作用比分子间作用力强，所以共价晶体熔化需要吸收能量大，熔点高
（2）
（3）4 8个顶点不同，三套各4根平行棱不相同，三套各2个平行面不同，不可以无隙并置
【解析】（1）① 为正四面体空间构型，中心原子采用 杂化， 键是由硅的1个 杂化
轨道与氯的3p轨道重叠形成 键；
②二者晶体类型不同，晶体硅是共价晶体，熔化破坏共价键， 是分子晶体，熔化破坏分子间作
用力，由于共价键的作用比分子间作用力强，所以共价晶体熔化需要吸收能量大，熔点高；
（2）
Ge在元素周期表第4周期第IVA族，最外层4个电子，基态Ge原子的价层电子轨道表示式与同主族
的C、Si相似，价层电子轨道表示式为 ；
（3）①从图a晶胞图可看出，与Ge距离最近的Ge的数目为4个；
②平行六面体晶胞是8个顶点相同，三套各4根平行棱，三套各2个平行面，可以无隙并置，该基本
单元8个顶点不同，三套各4根平行棱不相同，三套各2个平行面不同，不可以无隙并置；
③ 的晶胞中有Ge： 、Hg： 、Sb：8，化学式为 ，晶胞体积为 ，根据晶胞密度计算公式 ，则 的摩尔质量为
g/mol；
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 。
【答案】（1）1s22s22p63s23p63d6
（2）N N的电负性比O小，容易提供孤电子对
（3）A
（4）12
（5）2MgH +Fe+H MgFeH 或3MgH +Fe MgFeH+Mg
2 2 2 6 2 2 6
【解析】（1）铁是26号元素，Fe2+的基态核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6；（2）尿素中O和N有孤电子对，其中N的电负性小，容易提供孤电子对，故答案为：N；N的电负
性比O小，容易提供孤电子对；
（3）A． 、 中碳都是sp杂化，空间结构都是直线型，其中 是极性分子， 是非极性
分子，A正确；
B．同周期越靠右，第一电离能越大，其中N元素的2p为半满的稳定结构，第一电离能比O大，B错
误；
C． 可形成分子间氢键，沸点较高，则 沸点比 低得多，主要是因为 可形成分子
间氢键，C错误；
故选A；
（4）由晶胞结构图可知，体心为Ca2＋，面心为O2－，该晶体中每个顶点Ti4＋与面心的O2－相邻，每个
顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，晶体中，Ti4＋和周围紧相邻O2－数目为3× =12，该晶
体中，Ti4+和周围12个O2-相紧邻；如图晶胞中Ti4＋为8× =1，Ca2＋为1，O2－为6× =3，令晶胞边长
为acm，，密度ρ= ；
（5）本题的目的是制备MgFeH，则第二步应是制备MgFeH，两步反应加起来可以消掉中间产物
2 6 2 6
MgH ，且根据题意反应物有铁参与，因此第二步应是或2MgH +Fe+H MgFeH 或3MgH +Fe
2 2 2 2 6 2
MgFeH+Mg。
2 6
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）。
【答案】（1）
（2）Mg失去的是3s能级上的电子，Al失去的是3p能级上的电子，3p能级电子的能量比3s能级电
子的能量高，所以第一电离能
（3）24
（4） 将金属
Fe和Al分别放入十四烷酸的乙醇溶液中，反应相同时间，Fe表面观察不到超疏水现象，Al表面观察
到超疏水现象
【解析】（1）Fe是26号元素，处于元素周期表中第四周期第Ⅷ族，其价层电子排布式为3d64s2；
（2）Mg失去的是3s能级上的电子，Al失去的是3p能级上的电子，3p能级电子的能量比3s能级电
子的能量高，所以第一电离能Mg＞Al；（3）一个晶胞中含有58个原子，由化学式Mg Al 可知，晶胞中Al原子数目为58× =24；晶
17 12
胞相当于有2个“Mg Al ”，晶胞质量= ，则晶体密度= = ；
17 12
（4）①DO 结构化学式为Fe Al，B 结构晶胞中Fe原子数目=8× =1，Al原子数目为1，其化学式为
3 3 2
FeAl，DO 结构的铁铝金属间化合物转化为B 结构的化学方程式为 ；
3 2
②Fe Al中的Al被溶解于乙醇中的O 氧化生成氧化铝，氧化铝再与C H COOH反应生成盐
3 2 13 27
(C H COO) Al和水，化学方程式为4Al+3O +12C H COOH═6H O+4(C H COO) Al；利用铝反应生
13 27 3 2 13 27 2 13 27 3
成的盐表现出超疏水现象设计，实验证明Fe Al中的Al被氧化的具体方案：将金属Fe和Al分别放入
3
十四烷酸的乙醇溶液中，反应相同时间，Fe表面观察不到超疏水现象，Al表面观察到超疏水现象。
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。
【答案】（1） Se原子半径大于S原子半径，H-Se键键能小， 更容易电离出
（2）AC 苯酚沸点高，两者都是分子晶体，苯酚还存在分子间氢键，氢键比范德华力强，导致
苯酚沸点更高
（3）4
【解析】（1）①Se位于第四周期第VIA族，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，说明HS的酸性弱于 ，
2
更加容易电离产生H+，H-Se的键能更小，原因是：Se原子半径大于S原子半径，H-Se键键能
小， 更容易电离出 。
（2）①A．II中存在碳碳三键，C原子的杂化方式均为 ，A错误；
B． 中心Se原子价层电子对数为3+ =3，杂化方式为是sp2， 中心Se原子价层
电子对数为3+ =4，杂化方式为是sp3，则 中O—Se—O键角大于 中O—Se—
O键角，B正确；
C．化合物Ⅳ是分子晶体，熔点主要取决于分子间作用力大小，C错误；
故选AC；
②苯酚中含有羟基，可以形成分子间氢键，相同压强下，苯酚沸点高，原因是：两者都是分子晶体，
苯酚还存在分子间氢键，氢键比范德华力强，导致苯酚沸点更高。
（3）①由晶胞结构可知，以位于面心的Se原子为研究对象，该晶胞中与硒原子距离最近且相等的Zn
有4个，位于上下两个晶胞中，该晶胞中硒原子的配位数为4；
②若该晶胞中Zn的个数为4，Se的个数为 =4，硒化锌的摩尔质量为 ，阿伏加德罗常
数为 ，密度为 ，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 。
【答案】（1）
（2）第一电离能 。N和As为同主族元素，电子层数 ，原子半径 ，原子核对最
外层电子的吸引作用
（3）正四面体形
（4） c（5）12 B 氮化硼与砷化硼晶体类型相同，N原子半径小于As，即B—N键
的键长比B—As的键长短，B—N键的键能比B—As的键能大
【解析】（1）
As位于元素周期表的第4周期第VA族，其基态原子最外层轨道为： ；
（2）N和As为同主族元素，电子层数 ，原子半径 ，原子核对最外层电子的吸引作用
，导致第一电离能： ；
（3）在 中P原子的价层电子对数为 ，P为sp3杂化，离子的空间构型为正四面
体形；
（4）①根据方程式的元素守恒可知，物质Ⅳ为 ；
②a．单键均为σ键，双键中含有1个σ键1个π键，Ⅰ中的碳氧双键中含有π键，a错误；
b．结合Ⅲ的结构可知，Ⅱ中As的化合价为+3，b错误；
c．根据Ⅲ的结构可知，Ⅲ中C原子均为饱和碳原子，其杂化轨道类型均为 杂化，d正确；
故选c；
（5）①由图，晶体中与顶点B原子等距且最近的B原子位于面心位置，每个面心B被2个晶胞共
用，顶点B周围有8个晶胞，则其个数为 ；
②该结构中存在配位键，B提供空轨道、As提供孤电子对形成配位键，故为B；
③根据“均摊法”，晶胞中含 个As、4个B，则晶体密度为
；
④氮化硼与砷化硼晶体类型相同，N原子半径小于As，即B—N键的键长比B—As的键长短，B—N
键的键能比B—As的键能大，导致晶体中砷原子换成氮原子，形成的晶体的熔点明显升高。
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)。
【答案】（1）
（2）>
（3）由 杂化变为 杂化 中的 原子提供空轨道， 中的 原子提供孤电子对
（4）
（5）将烃基替换为 原子，阳离子体积减小，离子键增强，同时咪唑基中的 键可与 中的
原子形成氢键
【解析】（1）B是5号元素，根据构造原理，可知基态B原子的核外电子排布式是 ，故答
案为： 。
（2）根据同一周期从左往右元素第一电离能呈增大趋势，但第ⅡA和第ⅤA反常，则第一电离能由
大到小的顺序为Be＞B，故答案为：＞。
（3）①硼酸中B原子价层对数是 ，则B原子的杂化方式为 杂化， 中B原子价层对数为4，则B原子的杂化方式为 杂化，故答案为：由 杂化变为 杂化。
②因为 中的 原子提供空轨道， 中的 原子提供孤电子对，所以 生成
的过程中形成了配位键，故答案为： 中的 原子提供空轨道， 中的 原子提
供孤电子对。
（4）①由晶胞结构可知，立方体晶胞的顶点均为 ，则顶点均摊有 ，Ca位于体心，个数为
1，则硼化钙的化学式为 ，故答案为： 。
②设晶胞为a cm，因为Ca位于体心，则相邻两个 间的最短距离为a cm，已知硼化钙晶体的密度
为 ，阿伏加德罗常数为 ，该晶体的密度为 ，解得a= ，故答
案为： 。
（5）将烃基替换为 原子，阳离子体积减小，离子键增强，同时咪唑基中的 键可与 中的
原子形成氢键，将该离子液体的黏稠度将增加，不利于离子传导，故答案为：将烃基替换为 原子，
阳离子体积减小，离子键增强，同时咪唑基中的 键可与 中的 原子形成氢键。
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 。
【答案】（1）
（2）晶体硅和金刚石都属于共价晶体，原子半径： ，键长： 键 键，键能：C-C键
键，键能越大，熔点越高、硬度越大 b
（3） 杂化 2：5 片内的共价键的强度大于片间的离子键等相互作用的强度
【解析】（1）①基态硅原子的价层电子排布为3s23p2，价层电子轨道表示式是
；
②同周期元素从左到右第一电离能增大，但由于P的3p轨道处于半充满稳定状态，因此第一电离能大
于相邻元素，则由小到大的顺序为Si<S<P。
（2）①晶体硅的熔点和硬度均低于金刚石，其原因是晶体硅和金刚石都属于共价晶体，原子半径：
，键长： 键 键，键能：C-C键 键，键能越大，熔点越高、硬度越大；
②根据晶胞结构，含有硅原子个数为 ，根据密度公式
可得： ；
③硅晶体中硅原子之间具有方向性和饱和性，金属晶体中金属键没有方向性和饱和性，故a不选；金
刚石是共价晶体，若硅有导电性，且导电能力大于金刚石，则可说明硅的晶体类型略向金属晶体过渡，故答案为b。
（3）①二氧化硅中的硅为四面体构型，则杂化方式为sp3；
②i．根据均摊法，一个硅氧四面体中，有3个氧原子被2个相邻Si原子共用、1个氧原子只与1个硅
原子结合，则 ；
ii．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，片内为由共价键构成的硅酸根阴离
子，片间为金属阳离子，硅酸根离子和金属离子通过离子键构成云母多层结构，离子键强度较低，而
共价键强度较高，因此云母易被从片间撕开形成单层结构，故答案为：片内的共价键的强度大于片间
的离子键等相互作用的强度。
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
。【答案】（1）
（2）N的2p轨道呈“半充满”，电子排布较为稳定，使得其失去外层第一个电子所需能量更高
（3）直线形 sp2 、 都含有π键，π键不稳定，在一定条件下易与Br 发
2
生加成反应，从而使溴的四氯化碳溶液褪色
（4）共价键、范德华力
（5）4
【解析】（1）
基态C原子价电子排布式为2s22p2，价电子层轨道表示式为： 。
（2）N元素的第一电离能大于O元素，主要原因是N的2p轨道呈“半充满”，电子排布较为稳定，
使得其失去外层第一个电子所需能量更高。
（3）① 分子中存在碳碳三键，C原子杂化方式为sp， 模型名称是直线形；
② 分子中存在碳碳双键，C原子杂化方式为sp2， 键由碳的sp2杂化轨道与氢的1s轨
道头碰头重叠形成σ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是： 、
都含有π键，π键不稳定，在一定条件下易与Br 发生加成反应，从而使溴的四氯化碳溶液
2
褪色。
（4） 具有和石墨相似的层状结构，层内存在共价键，层间为范德华力。
（5）该晶胞为金刚石的共价晶体结构：
① 每个C原子呈四面体配位，它周围最近且距离相等的C原子数为4个；
② 在该立方晶胞中共有 ＝8个C原子，若晶胞边长为 a pm，阿伏伽德罗常数为 ，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 。
【答案】（1） (或 )
（2）V形
（3）氧
（4） 与 均为离子晶体，结构相似，阳离子均为 ，阴离子体积 ， 的离子
键强于 的，因此熔点较高
（5） 资源角度：使用 还原
可节约还原剂；反应原理：使用焦炭作还原剂，反应过程中生成 ，还原 的速率更快
【解析】（1）铜为29号元素，基态Cu原子的核外电子排布式为 (或
)，故答案为： (或 )。
（2） 分子的价层电子对数= ，中心原子上的孤电子对数为1， 分子的空间构型
为V形，故答案为：V形。
（3）由题干晶胞结构示意图可知，一个 晶胞中含有黑球个数为： ，白球为4，则白球
代表铜，黑球代表氧；设晶胞边长为a cm，根据 ，有 ，解得a=，故答案为：氧； 。
（4） 与 均为离子晶体，结构相似，阳离子均为 ，阴离子体积 ， 的离子
键强于 的，因此熔点较高，故答案为： 与 均为离子晶体，结构相似，阳离子均为
，阴离子体积 ， 的离子键强于 的，因此熔点较高。
（5）①将反应Ⅰ-反应Ⅱ，得到 ，则
，则 还原 的热化学方程式为
，故答案为：
。
②资源角度：使用 还原 可节约还原剂；反应原理：使用焦炭作还原剂，反应过程中生成
，还原 的速率更快，故答案为：资源角度：使用 还原 可节约还原剂；反应原理：
使用焦炭作还原剂，反应过程中生成 ，还原 的速率更快。
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： ）
【答案】（1）p
（2）Se与Te同主族，非金属性Se>Te，Se更易与 生成气态氢化物，从而与Te分离
（3）
（4）
【解析】（1）主族元素In原子序数为49，电子排布式： ，其位于元素周期表的p区；
（2）硒与碲同主族，可用气态氢化物热解法制备少量的高纯硒，Se与Te同主族，非金属性Se>Te，
Se更易与 生成气态氢化物，转化为气态物质，从而与Te分离；
（3）①HSeO 中心Se原子的价层电子对数为3+ =4，中心原子杂化类型是sp3杂化；
2 3
② 溶液除杂后向溶液中通入 可获得高纯硒和硫酸，发生反应的化学方程式为
；
（4）①根据结构得到该晶胞中，In有 个，Se有 ，因此该化合物的化学式为
；
②晶体的密度为 。
