?專題二十四　物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

考點1 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(1)[2021廣東廣州階段訓(xùn)練,2分]基態(tài)Ti原子的未成對電子數(shù)是　　　　,基態(tài)Ti原子4s軌道上的1個電子激發(fā)到4p軌道上形成激發(fā)態(tài),寫出該激發(fā)態(tài)的價層電子排布式:　　　　　　　　。?
(2)[2021河南鶴壁聯(lián)考,2分]基態(tài)As原子核外電子排布式為[Ar]　　　　　　。下列狀態(tài)的鋁中,電離最外層的一個電子所需能量最小的是　　　　(填標號)。?

(3)[2021安徽示范高中聯(lián)考,5分]基態(tài)Co原子的價層電子軌道表達式為　 ;?
第四周期中基態(tài)原子未成對電子數(shù)與基態(tài)Ni原子相同的元素有　　　　種;鐵、鈷、鎳三種元素中,鐵元素的常見化合價有+2和+3兩種價態(tài),而鈷元素和鎳元素的常見化合價為+2,請從原子結(jié)構(gòu)的角度解釋鐵的常見化合價中有+3的原因:　　　　　　　　　。?
2.(1)[2021重慶八中階段性檢測,4分]基態(tài)鎳原子的價層電子排布式為　　　　,能量最高的電子所占能級的原子軌道有　　　　個伸展方向。?
(2)[2021江蘇揚州中學(xué)月考,2分]下列氮原子的電子排布圖表示的狀態(tài)中,能量由低到高的順序是　　　　　(填字母)。?

(3)[4分]鈧(Sc)為21號元素,其基態(tài)原子M能層電子數(shù)為　　　　;基態(tài)鏑(Dy)原子的核外電子排布式為[Xe]4f106s2,一個基態(tài)鏑原子所含的未成對電子數(shù)為　　　　。?
(4)[2分]銅或銅鹽的焰色反應(yīng)為綠色,該光譜是　　　　(填“吸收光譜”或“發(fā)射光譜”)。?
3.[2021山東德州、天津等月考組合,8分]根據(jù)要求回答下列問題:
(1)黃銅是人類最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu組成。第一電離能I1(Zn)　　　　(填“>”或“I2(Ni)的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)某儲氫材料是短周期金屬元素R的氫化物。R的部分電離能如表所示,R為　　　　(填元素符號)。?

I/(kJ·mol-1)
I1
I2
I3
I4
I5
數(shù)值
738
1 451
7 733
10 540
13 630
考點2 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
4.[2021陜西西安一中等模擬組合,10分]根據(jù)要求,回答下列問題:
(1)PNAS報道了無規(guī)超支化聚合物RHP的自愈過程,合成RHP的基礎(chǔ)原料之一為,其沸點　　　　(填“”),理由為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)SCN-可用于Fe3+的檢驗,SCN-對應(yīng)的酸有兩種,分別為硫氰酸()和異硫氰酸(H—NCS)。寫出與SCN-互為等電子體的一種微粒:　　　　(填分子式或離子符號)。異硫氰酸的沸點比硫氰酸的沸點高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)氨硼烷(NH3·BH3)是一種高性能新型儲氫材料,其中硼原子的雜化方式為　　　　。?
5.(1)[2021河北衡水調(diào)研改編,6分]在一定條件下,金屬相互化合形成的化合物稱為金屬互化物,如Cu9Al4、Cu5Zn8等。
①Cu5Zn8具有自范性,原子在三維空間里呈周期性有序排列,該金屬互化物屬于　　　　　　(填“晶體”或“非晶體”);在CuSO4溶液中加入過量氨水,生成[Cu(NH3)4]2+,其中氮原子的雜化方式為　　　　。?
②銅能與擬鹵素(SCN)2反應(yīng)生成Cu(SCN)2。(SCN)2對應(yīng)的酸有硫氰酸()、異硫氰酸(H—NCS)兩種,理論上前者沸點低于后者,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　;(SCN)2分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為　　　　　　　　　　　　。?
(2)[5分]8-羥基喹啉鋁(分子式為C27H18AlN3O3)用于發(fā)光材料及電子傳輸材料,可由LiAlH4與(8-羥基喹啉)合成。LiAlH4中陰離子的空間構(gòu)型為　　　　;所含元素中電負性最大的是　　(填元素符號),C、N、O的雜化方式依次為　　　　　　、　　　　　　和　　　　　。?
(3)[8分]鎳易形成配合物。
①Ni(CO)4的熔點為-19.3 ℃,沸點為43 ℃ ,則其晶體類型是　　　　　,其分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為　　　　　。?
②Ni的一種配合物的分子結(jié)構(gòu)如圖所示,該配合物中碳原子的雜化方式是　　　　,配合物分子內(nèi)不含有　　　　(填字母)。?

A.共價鍵 　　B.離子鍵 C.配位鍵 　　 D.金屬鍵
③向FeCl3溶液中加入KSCN溶液形成紅色含K3[Fe(SCN)6]的溶液。C、N兩種元素的電負性大小關(guān)系為　　　　　　,與SCN-互為等電子體的分子為　　　　　(寫一種即可)。?
6.[2020江蘇,21A節(jié)選,10分]以鐵、硫酸、檸檬酸、雙氧水、氨水等為原料可制備檸檬酸鐵銨[(NH4)3Fe(C6H5O7)2]。
(1)Fe基態(tài)核外電子排布式為　　　　;[Fe(H2O)6]2+中與Fe2+配位的原子是　　　　(填元素符號)。?
(2)NH3分子中氮原子的軌道雜化類型是　　　　。?
(3)與NH4+互為等電子體的一種分子為　　　　(填化學(xué)式)。?
(4)檸檬酸的結(jié)構(gòu)簡式如圖所示。1 mol檸檬酸分子中碳原子與氧原子形成的σ鍵的數(shù)目為　　　　mol。?

7.[15分]《自然》報道了我國科學(xué)家利用催化劑通過化學(xué)鏈合成氨。回答下列問題:
(1)NH3可用于制備NaN3、NH4NO3、(亞硝基胍)等含氮化合物,NaN3中陰離子的空間構(gòu)型為　　　　;NH4NO3中陽、陰離子中的中心原子雜化方式依次為　　　　、　　　　;1個亞硝基胍分子中含　　　　個σ鍵。?
(2)N、P位于同一主族,NH3、PH3分子結(jié)構(gòu)如圖所示:

①NH3中N—H鍵的鍵長比PH3中P—H鍵的鍵長短,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　。?
②NH3和PH3中,N、P原子的雜化方式相同,但H—N—H間的夾角比H—P—H間的大,其主要原因是　 。?
③NH3比PH3易液化,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。?
考點3 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
8.(1)[2021廣東廣州階段訓(xùn)練,3分]金紅石具有較高催化活性,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示,其化學(xué)式為　　　　;已知該晶體的密度為ρ g/cm-3,Ti、 O原子半徑分別為a pm和b pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則金紅石晶體的空間利用率為　　　　(列出計算式)。?

圖1
(2)[4分]某種鈦酸鈷(CoTiO3)晶胞沿x、y或z軸任意一個方向的投影如圖2所示。晶胞中Co處于各頂角位置,則O處于　　　　位置,與Co緊鄰的O的個數(shù)為　　　　。若晶胞中Co與O之間的最短距離為a nm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,該晶體的密度為　　　　g/cm3(列出計算式即可)。?

　　　　 　圖2　　　　　　　　　圖3
(3)[4分]MgH2晶體屬四方晶系,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示,晶胞參數(shù)a=b=450 pm,c=301 pm,原子坐標為A(0,0,0)、B(0.305,0.305,0)、C(1,1,0.67)、D(0.195,0.805,0.5)。
①Mg2+的半徑為72 pm,則H-的半徑為　　　　pm(列出計算式即可)。?
②用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,MgH2晶體中H-的密度是標準狀況下氫氣密度的　　　　倍(列出計算式即可,標準狀況下氫氣的密度為0.089 g/L)。?
9.[2021江蘇淮陰中學(xué)開學(xué)考改編,15分]海洋是生命的搖籃,海水中含有大量的鹵族元素。NaCl晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,晶胞參數(shù)為a nm。請回答下列問題:

(1)Na的價電子被激發(fā)到相鄰的高能級后可形成激發(fā)態(tài)的Na,其價電子軌道表達式為　　　　　　　。?
(2)Cl能形成多種無機含氧酸,其酸性由弱到強的順序為HClOH2S,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中,銅顯+1價,則其含有化學(xué)鍵的類型有　　　　　　　　　;1 mol該配合物中含有的σ鍵數(shù)目為　　　　　　　　,NH3分子的價電子對互斥理論模型是　　　　　　　　　　　　。?
(4)一種類石墨的聚合物半導(dǎo)體g-C3N4,其單層平面結(jié)構(gòu)如圖1所示,晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示。

①g-C3N4中氮原子的雜化方式是　　　　　　　　。?
②已知該晶胞的體積為V cm3,中間層原子均在晶胞內(nèi)部,則g-C3N4的密度為　　　　　　　　　g·cm-3。?
答案
專題二十四　物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.(1)2(1分)　3d24s14p1(1分)　(2)3d104s24p3(1分)　D(1分)　(3)(1分)　3(2分)　Fe2+失去1個電子變成Fe3+時,價層電子排布式為3d5,為半充滿較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(2分)
【解析】　(1)基態(tài)Ti原子核外有22個電子,核外電子排布式為[Ar]3d24s2,3d軌道上的2個電子為單電子,即未成對電子數(shù)是2?；鶓B(tài)Ti原子4s軌道上的1個電子激發(fā)到4p軌道上形成激發(fā)態(tài),該激發(fā)態(tài)的價層電子排布式為3d24s14p1。(2)As為33號元素,基態(tài)As原子核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3;依據(jù)鋁的第三電離能>第二電離能>第一電離能,失去電子所需能量:基態(tài)>激發(fā)態(tài),可知D所需的能量最低。(3)Co是27號元素,Co原子的價層電子排布式為3d74s2,價層電子軌道表達式為。Ni是28號元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2,Ni有2個未成對電子,第四周期中基態(tài)原子未成對電子數(shù)為2的元素還有Ti(價層電子排布式為3d24s2)、Ge(價層電子排布式為4s24p2)、Se(價層電子排布式為4s24p4),共3種;Fe是26號元素,Fe原子的價層電子排布式為3d64s2,Fe2+失去1個電子變成Fe3+時,價層電子排布式為3d5,為半充滿較穩(wěn)定結(jié)構(gòu),故鐵的常見化合價還有+3。
2.(1)3d84s2(2分)　5(2分)　(2)AN>H(1分)　(3)sp3(1分)　H3O+(其他合理答案也可)(1分)　(4)離子晶體(1分)　Mg2+的半徑小于Ca2+,MgO的晶格能大于CaO(2分)　(5)①6(1分)?、?12,0,12)(2分)?、邸?2×3213dNA×1010(3分)
【解析】　(1)基態(tài)Fe原子核外電子占據(jù)的最高能層的符號為N;Ni位于周期表中的d區(qū)。(2)同一周期主族元素第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而整體呈增大的趨勢,但第ⅡA、ⅤA族元素的第一電離能分別大于其相鄰的第ⅢA、ⅥA族元素,Mg、Al位于同一周期,且Mg、Al分別位于第ⅡA、ⅢA族,所以第一電離能Mg>Al。電負性O(shè)>N>H。(3)NH3分子中N原子價層電子對數(shù)=3+5?3×12=4,N原子的雜化方式為sp3;與NH3互為等電子體的粒子有PH3、H3O+等。(4)MgO、CaO都是離子晶體;離子晶體的熔沸點與晶格能有關(guān),離子所帶電荷數(shù)越大,離子半徑越小,晶格能越大,對應(yīng)物質(zhì)的熔沸點越高,Ca2+的半徑大于Mg2+,MgO的晶格能大于CaO,則MgO的熔點高于CaO。(5)①由題圖可知,與C原子緊鄰的Ni原子有6個。②c原子的坐標參數(shù)為(12,0,12)。③設(shè)晶胞中Ni原子、Mg原子之間的最短距離為a pm,則晶胞棱長為2a pm,晶胞體積=(2a×10-10)3 cm3,該晶胞中Mg原子個數(shù)=8×18=1、Ni原子個數(shù)=6×12=3、C原子個數(shù)是1,晶體的密度d g·cm-3=213NA(2a×10-10)3 g·cm-3,所以a=22×3213dNA×1010。
4.(除標明外,每空1分)(1)B　Si(硅)　(2)配位　N　sp3　sp2　(3)N>H>B(2分)　CH3CH3(2分)　低　Hδ+與Hδ-的靜電引力
(4)62NAabc×10-30(3分)
【解析】　(1)根據(jù)同一周期從左到右主族元素的原子半徑依次減小,可知H、B、N中原子半徑最大的是B。元素周期表中B與Si(硅)處于對角線上,二者化學(xué)性質(zhì)相似。(2)NH3BH3中N有孤電子對,B有空軌道,N和B形成配位鍵,電子對由N提供。NH3BH3中B形成四個σ鍵,為sp3雜化,B3O63?中B形成3個σ鍵,為sp2雜化。(3)電負性用來描述不同元素的原子對鍵合電子吸引力的大小。與N原子相連的H呈正電性,與B原子相連的H呈負電性,故電負性N>H>B。原子數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的微?；シQ為等電子體,與NH3BH3互為等電子體的分子為CH3CH3。帶相反電荷的微粒能形成靜電引力,NH3BH3分子間存在Hδ+與Hδ-的靜電引力,也稱為“雙氫鍵”,“雙氫鍵”能改變物質(zhì)的熔沸點,而CH3CH3分子間不存在“雙氫鍵”,熔沸點較低。(4)氨硼烷的相對分子質(zhì)量為31,一個氨硼烷的2×2×2超晶胞中含有16個氨硼烷,該超晶胞的質(zhì)量為31×16NA g,體積為2a×10-10 cm×2b×10-10 cm×2c×10-10 cm=8abc×10-30 cm3,則氨硼烷晶體的密度為62NAabc×10-30 g·cm-3。

1.(1)光譜儀(1分)　(2)分子(1分)　正四面體形(1分)
(3)①(1分)?、贑O(1分)　 ③N>C>Fe>K(1分)　④DE(1分)　(4) Π56(2分)　sp2(2分)　(5)10(1分)　(6)12(1分)　56×6+14×2332a2cNA(2分)
【解析】　(1)可以用光譜儀攝取鐵元素的原子光譜。(2)FeCl3的熔沸點不高,屬于分子晶體,SO42?中心原子價層電子對數(shù)為4,且不含孤電子對,故其立體構(gòu)型是正四面體形。(3)①N為7號元素,基態(tài)N原子的軌道表達式為。②等電子體是指價電子數(shù)和原子數(shù)相同的分子、離子或原子團,鐵氰化鉀中的配體為CN-,其價電子數(shù)為10,原子數(shù)為2,與CN-互為等電子體的極性分子的化學(xué)式為CO。③鐵氰化鉀中,所涉及的元素的第一電離能由大到小的順序為N>C>Fe>K。④鐵氰化鉀中,鉀離子和鐵氰根離子間是離子鍵,C和N之間存在σ鍵和π鍵,不存在氫鍵和金屬鍵,故本題選DE。(4)中的大π鍵存在于5個C原子之間,共有6個電子參與形成大π鍵,故表示為Π56,其中1號C原子形成3個σ鍵,雜化方式為sp2。(5)羰基鐵中,碳原子和鐵原子之間、氧原子和碳原子之間均存在配位鍵,故1 mol Fe(CO)5分子中含10 mol配位鍵。(6)可以根據(jù)題圖正六棱柱,想象兩個六棱柱上下摞在一起,結(jié)合Fe構(gòu)成正四面體知,距離重疊面面心的鐵原子最近的鐵原子有重疊面頂點的6個鐵原子和分別處于上、下兩個六棱柱中的3個鐵原子,共12個。該結(jié)構(gòu)中鐵原子數(shù)為3+2×12+12×16=6,氮原子數(shù)為2,則該磁性氮化鐵的晶體密度ρ=mV=56×6+14×2NA332a2c g·cm-3=56×6+14×2332a2cNA g·cm-3。
2.(除標明外,每空2分)(1)H2Se>H2S。(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中,[Cu(NH3)2]+和CH3COO-之間為離子鍵,[Cu(NH3)2]+中Cu+和NH3之間為配位鍵,NH3、CH3COO-中原子之間為共價鍵。[Cu(NH3)2]+中1個Cu+與2個NH3形成2個配位鍵(σ鍵),1個NH3含3個σ鍵,1個CH3COO-含有6個σ鍵,所以1 mol[Cu(NH3)2]OOCCH3中含有的σ鍵數(shù)目為(2+3×2+6)NA=14NA;NH3中N原子形成3個鍵,含有1對孤電子對,價層電子對數(shù)=3+1=4,故其價電子對互斥理論模型是四面體形。(4)①g-C3N4中N原子的價電子對數(shù)為3,為sp2雜化。②由中間層原子均在晶胞內(nèi)部知,該晶胞中C位于面上和體內(nèi),個數(shù)為6×12+3=6,N位于頂點、面上、棱上和體內(nèi),個數(shù)為8×18+8×14+2×12+4=8,晶胞質(zhì)量為12×6+14×8NA g=184NA g,晶胞體積為V cm3,則g-C3N4的密度為184NA g÷V cm3=184VNA g·cm-3。

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