技能強化專練(十五)　物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．隨著科學(xué)的發(fā)展，許多新物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)或被合成出來，為新能源開發(fā)和新材料研制開拓出更大的空間。中科院科學(xué)家最近合成了一種新型材料，其結(jié)構(gòu)簡式為。請回答下列問題。(1)基態(tài)氟原子的最高能級的電子云有________種空間伸展方向，基態(tài)硒原子的價層電子排布式是________，用元素符號表示出氟、氧、氮、氫四種元素的第一電離能由大到小的順序：________________________________________________________________________。(2)該物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡式中的氮原子共形成________個π鍵；該物質(zhì)中氮原子的軌道雜化類型為________，該分子中含有氮、氧、氟三種電負性很大的原子，也含有氫原子，它________(填“能”或“不能”)形成分子內(nèi)或者分子間氫鍵。(3)硒能形成兩種常見的氧化物，屬于V形分子的物質(zhì)的分子式為________，沸點較高的物質(zhì)是________。(4)常壓下，氨氣在300 ℃時約有10%分解，水蒸氣在2 000 ℃時約有5%分解，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度看，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)硒化鋅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，硒離子的配位數(shù)是________，若晶胞參數(shù)為d pm，則硒化鋅的密度為________ g·cm－3(不需要化簡，1 m＝109 nm＝1012 pm)。解析：(1)基態(tài)氟原子的最高能級為2p，電子云有3種伸展方向。根據(jù)硫原子的價層電子排布式推斷硒原子的價層電子排布式。依第一電離能的遞變規(guī)律及特例易確定四種元素的第一電離能的大小順序為F>N>O>H。(2)該分子中的氮原子共形成2個π鍵。該分子中有的氮原子形成了3個σ鍵，有的氮原子形成了2個σ鍵和1個π鍵，它們均還有一個孤電子對，故該物質(zhì)中氮原子的軌道雜化類型有sp2、sp3雜化；由于分子中沒有H—F鍵、H—O鍵、H—N鍵，故無法形成相應(yīng)的氫鍵。(3)硒的兩種氧化物分別為SeO3、SeO2，SeO2中硒的價層電子對數(shù)為3，分子構(gòu)型為V形。SeO3的相對分子質(zhì)量較大，分子間作用力較大，沸點較高。(4)H—N鍵的鍵長大于H—O鍵的鍵長，鍵能：N—H<O—H，故NH3比H2O更易分解。(5)觀察硒化鋅的晶胞結(jié)構(gòu)知，每個鋅離子與四個硒離子成鍵，因此鋅離子的配位數(shù)為4,1個晶胞中硒離子數(shù)為8×＋6×＝4，鋅離子數(shù)為4，則硒化鋅的化學(xué)式為ZnSe，故硒離子的配位數(shù)也為4；一個晶胞中含有4個“ZnSe”，其質(zhì)量m＝ g，體積為(d×10－10 cm)3，密度為 g·cm－3。答案：(1)3　4s24p4　F>N>O>H(2)2　sp2、sp3　不能(3)SeO2　SeO3(4)H—N鍵的鍵長大于H—O鍵的鍵長，鍵能：N—H<O—H，故NH3比H2O更易分解(5)4　2．東晉《華陽國志·南中志》卷四中已有關(guān)于白銅的記載，云南鎳白銅(銅鎳合金)聞名中外，曾主要用于造幣，亦可用于制作仿銀飾品?；卮鹣铝袉栴}：(1)鎳元素基態(tài)原子的電子排布式為________，3d能級上的未成對電子數(shù)為________。(2)硫酸鎳溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4藍色溶液。①[Ni(NH3)6]SO4中陰離子的立體構(gòu)型是________。②在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋與NH3之間形成的化學(xué)鍵稱為________，提供孤電子對的成鍵原子是________。③氨的沸點________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是________；氨是________分子(填“極性”或“非極性”)，中心原子的軌道雜化類型為________。(3)單質(zhì)銅及鎳都是由________鍵形成的晶體；元素銅與鎳的第二電離能分別為：ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1，ICu>INi的原因是____________________________。(4)某鎳白銅合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。①晶胞中銅原子與鎳原子的數(shù)量比為________。②若合金的密度為d g·cm－3，晶胞參數(shù)a＝________nm。解析：本題主要考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，意在考查考生對原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理解能力。(1)Ni元素原子核外有28個電子，電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。3d能級上有2個未成對電子。(2)①SO中S無孤電子對，立體構(gòu)型為正四面體。②[Ni(NH3)6]2＋為配離子，Ni2＋與NH3之間為配位鍵。配體NH3中提供孤電子對的為N。③NH3分子間存在氫鍵，故沸點比PH3高。NH3中N有一個孤電子對，立體構(gòu)型為三角錐形，因此NH3為極性分子，N的雜化軌道數(shù)為3＋1＝4，雜化類型為sp3。(3)單質(zhì)銅及鎳都是由金屬鍵形成的晶體，Cu，Ni失去一個電子后電子排布式分別為[Ar]3d10、[Ar]3d84s1，銅的3d軌道全充滿，達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以Cu的第二電離能相對較大。(4)①Cu原子位于面心，個數(shù)為6×＝3，Ni原子位于頂點，個數(shù)為8×＝1，銅原子與鎳原子的數(shù)量比為31。②以該晶胞為研究對象，則g＝d g·cm－3×(a×10－7cm)3，解得a＝×107。答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2(2)①正四面體?、谂湮绘I　N?、鄹哂凇H3分子間可形成氫鍵　極性　sp3(3)金屬　銅失去的是全充滿的3d10電子，鎳失去的是4s1電子(4)①31?、?/span>×1073．早期發(fā)現(xiàn)的一種天然二十面體準晶顆粒由Al、Cu、Fe三種金屬元素組成?；卮鹣铝袉栴}：(1)準晶是一種無平移周期序，但有嚴格準周期位置序的獨特晶體，可通過________方法區(qū)別晶體、準晶體和非晶體。(2)基態(tài)Fe原子有________個未成對電子，F(xiàn)e3＋的電子排布式為________?？捎昧蚯杌洐z驗Fe3＋，形成的配合物的顏色為________。(3)新制的Cu(OH)2可將乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身還原成Cu2O。乙醛中碳原子的雜化軌道類型為________，1 mol乙醛分子中含有的σ鍵數(shù)目為________。乙酸的沸點明顯高于乙醛，其主要原因是________。Cu2O為半導(dǎo)體材料，在其立方晶胞內(nèi)部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有________個銅原子。(4)Al單質(zhì)為面心立方晶體，其晶胞參數(shù)a＝0.405 nm，晶胞中鋁原子的配位數(shù)為________。列式表示Al單質(zhì)的密度＝________g·cm－3。(不必計算出結(jié)果)解析：(1)區(qū)分晶體、準晶體、非晶體的科學(xué)方法是X-射線衍射法。(2)基態(tài)Fe原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4個未成對電子，失掉2個4s、1個3d電子形成Fe3＋，其電子排布為1s22s22p63s23p63d5；形成的硫氰合鐵配離子為血紅色。(3)乙醛分子中甲基碳原子采取sp3雜化；醛基碳原子采取sp2雜化；CH3CHO分子中的1個碳碳鍵、4個碳氫鍵都是σ鍵，碳氧雙鍵中有1個σ鍵，所以1 mol乙醛分子中共有6 molσ鍵；由于乙酸分子羥基極性更強，形成分子間氫鍵，導(dǎo)致沸點升高；根據(jù)分攤原則，Cu2O晶胞中有8個氧原子，則應(yīng)該有16個Cu原子。(4)面心立方最密堆積的配位數(shù)為12；面心立方最密堆積的晶胞內(nèi)有4個Al原子，其質(zhì)量＝4×g，體積＝(4.05×10－7)3cm3，所以其密度＝g·cm－3。答案：(1)X-射線衍射法(2)4　1s22s22p63s23p63d5　血紅色(3)sp3、sp2　6NA　乙酸存在分子間氫鍵　16(4)12　4．砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等?；卮鹣铝袉栴}：(1)寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式________。(2)根據(jù)元素周期律，原子半徑Ga________As，第一電離能Ga________As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立體構(gòu)型為________，其中As的雜化軌道類型為________。(4)GaF3的熔點高于1 000℃，GaCl3的熔點為77.9℃，其原因是____________________。(5)GaAs的熔點為1 238℃，密度為ρ g·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體的類型為______，Ga與As以________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半徑分別為rGapm和rAspm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為________。解析：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)知識，意在考查考生對相關(guān)原理的應(yīng)用能力。(1)根據(jù)構(gòu)造原理可寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式。(2)同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小，第一電離能呈增大趨勢。Ga的原子半徑大于As，Ga的第一電離能小于As。(3)AsCl3的中心原子(As原子)的價層電子對數(shù)為(5＋1×3)/2＝4，所以是sp3雜化。AsCl3的立體構(gòu)型為三角錐形。(4)根據(jù)晶體類型比較熔點。一般來說，離子晶體的熔點高于分子晶體的熔點。(5)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，As原子與Ga原子形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，結(jié)合GaAs的熔點知GaAs是原子晶體。首先用均攤法計算出1個晶胞中含有As原子的個數(shù)：8×1/8＋6×1/2＝4，再通過觀察可知1個晶胞中含有4個Ga原子。4個As原子和4個Ga原子的總體積V1＝4×(π×10－30×r＋π×10－30×r)cm3；1個晶胞的質(zhì)量為4個As原子和4個Ga原子的質(zhì)量之和，即(＋)g，所以1個晶胞的體積V2＝(MAs＋MGa)cm3。最后V1/V2即得結(jié)果。答案：(1)[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3(2)大于　小于　(3)三角錐形　sp3(4)GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體，離子晶體的熔點高(5)原子晶體　共價　×100%5．碳及其化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉栴}：(1)處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用________形象化描述。在基態(tài)14C原子中，核外存在________對自旋相反的電子。(2)碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，原因是________。(3)CS2分子中，共價鍵的類型有________，C原子的雜化軌道類型是________，寫出兩個與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子________。(4)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253 K，沸點為376 K，其固體屬于________晶體。(5)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：①在石墨烯晶體中，每個C原子連接________個六元環(huán)，每個六元環(huán)占有________個C原子。②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個C原子連接________個六元環(huán)，六元環(huán)中最多有________個C原子在同一平面。解析：本題主要考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識，意在考查考生的抽象思維能力、空間想象能力以及知識遷移能力。(1)處于一定空間運動狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用“電子云”形象化描述。根據(jù)碳的基態(tài)原子核外電子排布圖可知，自旋相反的電子有2對。(2)碳原子有4個價電子，且碳原子半徑小，很難通過得或失電子達到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)，所以碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主。(3)CS2中C為中心原子，采用sp雜化，與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子有CO2、SCN－等。(4)Fe(CO)5的熔、沸點較低，符合分子晶體的特點，故其固體為分子晶體。(5)①由石墨烯晶體結(jié)構(gòu)圖可知，每個C原子連接3個六元環(huán)，每個六元環(huán)占有的C原子數(shù)為×6＝2。②觀察金剛石晶體的空間構(gòu)型，以1個C原子為標準計算，1個C原子和4個C原子相連，則它必然在4個六元環(huán)上，這4個C原子中每個C原子又和另外3個C原子相連，必然又在另外3個六元環(huán)上，3×4＝12，所以每個C原子連接12個六元環(huán)；六元環(huán)中最多有4個C原子在同一平面。答案：(1)電子云　2(2)C有4個價電子且半徑小，難以通過得或失電子達到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)(3)σ鍵和π鍵　sp　CO2、SCN－(或COS等) (4)分子　(5)①3　2?、?2　4

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