(1)下列說法正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.該材料中,五種元素的基態(tài)原子都沒有成對(duì)的p電子
B.該材料中,五種元素的電負(fù)性最大的是H
C.Li已無電子可發(fā)生躍遷,故Li灼燒時(shí)火焰為無色
D.MgH2熔點(diǎn)高于AlH3,原因是Mg2+半徑比Al3+小,與H-形成的化學(xué)鍵更強(qiáng)
(2)BHeq \\al(-,4)的空間構(gòu)型為________,其中B原子的軌道雜化方式為________。
(3)LiBH4晶體中含有的微粒間作用力有________(填標(biāo)號(hào))。
A.離子鍵B.π鍵
C.氫鍵D.配位鍵
(4)氫化鎂(h-MgH2)是一種單層的二維材料,二維晶胞俯視圖如圖1。
①h-MgH2中,Mg的配位數(shù)為________。
②3×3×1的h-MgH2晶胞中,涂黑處的Mg被Mn替換,形成摻雜h-MgH2(晶胞如圖2所示,H已省略)的化學(xué)式為________。
2.[2021·福建省名校聯(lián)盟2020下學(xué)期開學(xué)考試(新高考),14]鎵(Ga)、鍺(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的單質(zhì)及某些化合物如砷化鎵、磷化鎵等都是常用的半導(dǎo)體材料,應(yīng)用于航空航天測(cè)控、光纖通訊等領(lǐng)域?;卮鹣铝袉栴}:
(1)硒常用作光敏材料,基態(tài)硒原子的核外電子排布式為________;與硒同周期的p區(qū)元素中第一電離能大于硒的元素有________種;SeO3的空間構(gòu)型是________。
(2)根據(jù)元素周期律,原子半徑Ga________As(填“大于”或“小于”,后同),第一電離能Ga________As。
(3)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導(dǎo)體材料,熔點(diǎn)如表所示,分析其變化原因:__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)GaN晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示。已知六棱柱底邊邊長為a pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。
①晶胞中鎵原子采用六方最密堆積,每個(gè)鎵原子周圍距離最近的鎵原子數(shù)目為________。
②從GaN晶體中“分割”出的平行六面體如圖乙。若該平行六面體的高為eq \f(2\r(6),3)a pm,GaN晶體的密度為________ g/cm3(用a、NA表示)。
3.(2022·1月福建新高考適應(yīng)性考試,14)ZnGeP2和KTiOPO4都是非線性光學(xué)晶體材料,在激光技術(shù)方面有廣泛用途?;卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)Ge原子的價(jià)電子排布式為_____________________________。
(2)O、 P、 K、 Zn按電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開_______________。
(3)H2O、PH3、KH按熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開______________________,熔點(diǎn)差異的原因____________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)以Zn為頂點(diǎn)的ZnGeP2晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。
①Zn的配位數(shù)為__________________。
②以Ge為頂點(diǎn)的晶胞中,Zn原子位于__________________________。
4.(2022·福州一中高考化學(xué)五模,14)N、Cu等元素的化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。
(1)下列N元素的電子排布式表示的狀態(tài)中,失去一個(gè)電子所需能量最低的為________。
A.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)2peq \\al(1,z)B.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)3s1
C.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)D.1s22s22peq \\al(1,x)3s1
(2)存在兩種分子內(nèi)氫鍵,若用“…”表示其氫鍵,的分子結(jié)構(gòu)為________。
(3)基態(tài)Cu2+價(jià)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________種。
(4)分子中采取sp3雜化的原子有________。(填原子符號(hào))
(5)Cu元素與Br元素形成的化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示,該晶胞沿z軸在平面的投影圖中,Cu原子構(gòu)成的幾何圖形是________,若晶胞的密度為d g·cm-3,則Cu原子與Br原子之間的最短距離為________ μm(列出計(jì)算式即可,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。
5.(2022·廈門市高考化學(xué)第二次質(zhì)檢,14)我國科學(xué)家制備了一種高性能Bi@氮摻雜碳納米籠。其合成過程如圖。
回答下列問題:
(1)元素Bi位于第6周期ⅤA族,其基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為________。
(2)Bi(NO3)3·5H2O中各元素電負(fù)性從大到小的順序?yàn)開_______。
(3)常溫下,1,3,5-苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大的原因?yàn)開_________________________________________________________。
(4)中氮原子的雜化類型有________。
(5)Bi@氮摻雜碳納米籠作為鉀離子電池負(fù)極材料,充電時(shí)存在Bi到鉀鉍合金的兩步轉(zhuǎn)變,其晶胞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D所示。
①合金M中離鉀原子最近的鉀原子有________個(gè)。
②合金N的化學(xué)式為________。
6.(2021·全國乙卷)過渡金屬元素鉻(Cr)是不銹鋼的重要成分,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中有著廣泛應(yīng)用?;卮鹣铝袉栴}:
(1)對(duì)于基態(tài)Cr原子,下列敘述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.軌道處于半充滿時(shí)體系總能量低,核外電子排布應(yīng)為[Ar]3d54s1
B.4s電子能量較高,總是在比3s電子離核更遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng)
C.電負(fù)性比鉀高,原子對(duì)鍵合電子的吸引力比鉀大
(2)三價(jià)鉻離子能形成多種配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供電子對(duì)形成配位鍵的原子是________________,中心離子的配位數(shù)為________。
(3)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配體分子NH3、H2O以及分子PH3的空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的鍵角如下圖所示。
PH3中P的雜化類型是________。NH3的沸點(diǎn)比PH3的________,原因是__________________________________________________________。
H2O的鍵角小于NH3的,分析原因:______________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強(qiáng)材料的耐腐蝕性、硬度和機(jī)械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu),如圖所示。處于頂角位置的是________原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為________________________________%(列出計(jì)算表達(dá)式)。
7.(2021·全國甲卷)我國科學(xué)家研發(fā)的全球首套千噸級(jí)太陽能燃料合成項(xiàng)目被形象地稱為“液態(tài)陽光”計(jì)劃。該項(xiàng)目通過太陽能發(fā)電電解水制氫,再采用高選擇性催化劑將二氧化碳加氫合成甲醇?;卮鹣铝袉栴}:
(1)太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。Si的價(jià)電子排布式為________;單晶硅的晶體類型為________。SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體,其中Si采取的雜化類型為________。SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng),機(jī)理如下:
含s、p、d軌道的雜化類型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為________(填標(biāo)號(hào))。
(2)CO2分子中存在________個(gè)σ鍵和________個(gè)π鍵。
(3)甲醇的沸點(diǎn)(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之間,其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)我國科學(xué)家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑,其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如右圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是________,晶胞參數(shù)為a pm、a pm、c pm,該晶體密度為________________________g·cm-3(寫出表達(dá)式)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,則y=________(用x表達(dá))。
8.(2021·湖南卷)硅、鍺(Ge)及其化合物廣泛應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域?;卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為______________________________,晶體硅和碳化硅熔點(diǎn)較高的是________(填化學(xué)式);
(2)硅和鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以得到SiX4。
SiX4的熔、沸點(diǎn)
①0 ℃時(shí),SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液態(tài)的是_________________________
(填化學(xué)式),沸點(diǎn)依次升高的原因是__________________________________
__________________________________________________________,
氣態(tài)SiX4分子的空間構(gòu)型是________;
②SiCl4與N-甲基咪唑()反應(yīng)可以得到M2+,其結(jié)構(gòu)如圖所示:
N-甲基咪唑分子中碳原子的雜化軌道類型為________,H、C、N的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開_______,1個(gè)M2+中含有________個(gè)σ鍵;
(3)下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。
①已知化合物中Ge和O的原子個(gè)數(shù)比為1∶4,圖中Z表示________原子(填元素符號(hào)),該化合物的化學(xué)式為________________________;
②已知該晶胞的晶胞參數(shù)分別為a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,則該晶體的密度ρ=______________ g·cm-3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、b、c、NA的代數(shù)式表示)。
9.(2021·山東卷)非金屬氟化物在生產(chǎn)、生活和科研中應(yīng)用廣泛。回答下列問題:
(1)基態(tài)F原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________種。
(2)O、F、Cl電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開_______;OF2分子的空間構(gòu)型為________;OF2的熔、沸點(diǎn)________(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Xe是第五周期的稀有氣體元素,與F形成的XeF2室溫下易升華。XeF2中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為____________,下列對(duì)XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是____________(填標(biāo)號(hào))。
A.sp B.sp2
C.sp3D.sp3d
(4)XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有________個(gè)XeF2分子。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),如A點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(eq \f(1,2),eq \f(1,2),eq \f(1,2))。已知Xe—F鍵長為r pm,則B點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為____________;晶胞中A、B間距離d=____________ pm。
10.(2021·1月重慶市學(xué)業(yè)水平選擇考適應(yīng)性測(cè)試,18)單晶邊緣納米催化劑技術(shù)為工業(yè)上有效利用二氧化碳提供了一條經(jīng)濟(jì)可行的途徑,其中單晶氧化鎂負(fù)載鎳催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的抗積碳和抗燒結(jié)性能。
(1)基態(tài)鎳原子的核外電子排布式為_____________________________。
(2)氧化鎂載體及鎳催化反應(yīng)中涉及到CH4、CO2和CH3OH等物質(zhì)。元素Mg、O和C的第一電離能由小到大排序?yàn)開_______________;在上述三種物質(zhì)的分子中碳原子雜化類型不同于其他兩種的是________,立體構(gòu)型為正四面體的分子是________,三種物質(zhì)中沸點(diǎn)最高的是CH3OH,其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Ni與CO在60~80 ℃時(shí)反應(yīng)生成Ni(CO)4氣體,在Ni(CO)4分子中與Ni形成配位鍵的原子是________,Ni(CO)4晶體類型是______________________。
(4)已知MgO具有NaCl型晶體結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知MgO晶胞邊長為
0.42 nm,則MgO的密度為____________ g/cm3(保留小數(shù)點(diǎn)后一位);相鄰Mg2+之間的最短距離為________ nm(已知eq \r(2)=1.414,eq \r(3)=1.732;結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位),每個(gè)Mg2+周圍具有該距離的Mg2+個(gè)數(shù)為________。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題專題訓(xùn)練
1.[2021·泉州市高中畢業(yè)班質(zhì)量監(jiān)測(cè)(三),14]LiBH4-MgH2-AlH3是一種具有良好釋氫性能的三元復(fù)合儲(chǔ)氫材料?;卮鹣铝袉栴}:
(1)下列說法正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.該材料中,五種元素的基態(tài)原子都沒有成對(duì)的p電子
B.該材料中,五種元素的電負(fù)性最大的是H
C.Li已無電子可發(fā)生躍遷,故Li灼燒時(shí)火焰為無色
D.MgH2熔點(diǎn)高于AlH3,原因是Mg2+半徑比Al3+小,與H-形成的化學(xué)鍵更強(qiáng)
(2)BHeq \\al(-,4)的空間構(gòu)型為________,其中B原子的軌道雜化方式為________。
(3)LiBH4晶體中含有的微粒間作用力有________(填標(biāo)號(hào))。
A.離子鍵B.π鍵
C.氫鍵D.配位鍵
(4)氫化鎂(h-MgH2)是一種單層的二維材料,二維晶胞俯視圖如圖1。
①h-MgH2中,Mg的配位數(shù)為________。
②3×3×1的h-MgH2晶胞中,涂黑處的Mg被Mn替換,形成摻雜h-MgH2(晶胞如圖2所示,H已省略)的化學(xué)式為________。
答案 (1)B (2)正四面體 sp3 (3)AD
(4)①6 ②Mg8MnH18
解析 (1)A.鎂的基態(tài)電子排布式為:1s22s22p63s2、鋁的基態(tài)電子排布式為:1s22s22p63s23p1,均存在成對(duì)的p電子,故錯(cuò)誤;B.該材料中鋰、鎂、鋁均為活潑金屬電負(fù)性較弱,在LiBH4中B為+3價(jià),H為-1價(jià),可知B的電負(fù)性比H弱,電負(fù)性最強(qiáng)的是H,故正確;C.Li原子外有3個(gè)電子,可以發(fā)生躍遷,灼燒時(shí)會(huì)出現(xiàn)焰色,故錯(cuò)誤;D.Mg2+半徑比Al3+大,與H-形成的化學(xué)鍵弱于Al3+,故錯(cuò)誤。
(2)BHeq \\al(-,4)的中心原子B的價(jià)電子數(shù)為:eq \f(3+1×4+1,2)=4,無孤對(duì)電子,為正四面體構(gòu)型,B采用sp3雜化;(3)LiBH4晶體中Li+和BHeq \\al(-,4)間存在離子鍵,B-H之間有三個(gè)共價(jià)鍵和一個(gè)配位鍵;(4)①由h-MgH2晶胞俯視圖可知,在一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)中,處于銳角頂點(diǎn)的Mg與一個(gè)H相連,處于鈍角頂點(diǎn)的Mg與兩個(gè)H相連,而每個(gè)鎂同時(shí)為兩個(gè)四邊形的銳角頂點(diǎn)也為兩個(gè)四邊形的鈍角頂點(diǎn),則每個(gè)頂點(diǎn)的Mg與周圍6個(gè)H相連,配位數(shù)為6;②在圖2晶胞中4個(gè)Mn位于頂點(diǎn)個(gè)數(shù)為4×eq \f(1,4)=1,4個(gè)Mg位于面內(nèi),8個(gè)Mg位于棱上,個(gè)數(shù)為:4+8×eq \f(1,2)=8,18個(gè)H位于面內(nèi)。則化學(xué)式為:Mg8MnH18。
2.[2022·福建省名校聯(lián)盟開學(xué)考試(新高考),14]鎵(Ga)、鍺(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的單質(zhì)及某些化合物如砷化鎵、磷化鎵等都是常用的半導(dǎo)體材料,應(yīng)用于航空航天測(cè)控、光纖通訊等領(lǐng)域。回答下列問題:
(1)硒常用作光敏材料,基態(tài)硒原子的核外電子排布式為________;與硒同周期的p區(qū)元素中第一電離能大于硒的元素有________種;SeO3的空間構(gòu)型是________。
(2)根據(jù)元素周期律,原子半徑Ga________As(填“大于”或“小于”,后同),第一電離能Ga________As。
(3)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導(dǎo)體材料,熔點(diǎn)如表所示,分析其變化原因:__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)GaN晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示。已知六棱柱底邊邊長為a pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。
①晶胞中鎵原子采用六方最密堆積,每個(gè)鎵原子周圍距離最近的鎵原子數(shù)目為________。
②從GaN晶體中“分割”出的平行六面體如圖乙。若該平行六面體的高為eq \f(2\r(6),3)a pm,GaN晶體的密度為________ g/cm3(用a、NA表示)。
答案 (1)[Ar]3d104s24p4 3 平面正三角形 (2)大于 小于 (3)三者均為原子晶體,原子半徑:NH2O>PH3 KH為離子晶體,H2O、PH3均為分子晶體,H2O分子間存在氫鍵 (4)①4 ②棱心、面心
解析 (1)基態(tài)Ge原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2(或[Ar]3d104s24p2),其價(jià)電子排布式為4s24p2。
(2)電負(fù)性:O>P>Zn>K。
(3)KH為離子晶體,H2O、PH3均為分子晶體,離子晶體熔點(diǎn)一般高于分子晶體,所以KH的熔點(diǎn)最高,而H2O分子間存在氫鍵,所以熔點(diǎn)高于PH3,則熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镵H>H2O>PH3。
(4)①以體心的Zn為例,距離其最近且距離相等的原子有4個(gè),所以配位數(shù)為4。
②結(jié)合晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,若以Ge為頂點(diǎn)的晶胞中,Zn原子位于棱心、面心。
4.(2021·福州一中高考化學(xué)五模,14)N、Cu等元素的化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。
(1)下列N元素的電子排布式表示的狀態(tài)中,失去一個(gè)電子所需能量最低的為________。
A.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)2peq \\al(1,z)B.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)3s1
C.1s22s22peq \\al(1,x)2peq \\al(1,y)D.1s22s22peq \\al(1,x)3s1
(2)存在兩種分子內(nèi)氫鍵,若用“…”表示其氫鍵,的分子結(jié)構(gòu)為________。
(3)基態(tài)Cu2+價(jià)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________種。
(4)分子中采取sp3雜化的原子有________。(填原子符號(hào))
(5)Cu元素與Br元素形成的化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示,該晶胞沿z軸在平面的投影圖中,Cu原子構(gòu)成的幾何圖形是________,若晶胞的密度為d g·cm-3,則Cu原子與Br原子之間的最短距離為________ μm(列出計(jì)算式即可,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。
答案 (1)B (2)、 (3)5 (4)C、N、O (5)正方形 eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×(64+80),d×NA))×104
解析 (1)原子的第二電離能比第一電離能大很多,A為氮原子的基態(tài),B為氮原子的激發(fā)態(tài),C為N+離子的基態(tài),D為N+離子的激發(fā)態(tài),所以C、D相比于A、B而言,失去一個(gè)電子需要的能量更高,A為基態(tài),B為激發(fā)態(tài),B更易失去一個(gè)電子,即失去一個(gè)電子所需能量最低的為B;(2)存在兩種分子內(nèi)氫鍵,即羥基氧原子與氨基中的氫原子之間或氨基中的氮原子與羥基氫原子之間形成了氫鍵,所以該分子可表示為:、;(3)基態(tài)Cu2+的核外電子排布式為:1s22s22p63s23p63d9,價(jià)電子排布式為:3d9,價(jià)電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有5種,即5個(gè)d軌道的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都是不同的;(4)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可知,飽和碳原子,單鍵氧原子,氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為4,均為sp3雜化,雙鍵碳原子和雙鍵氧原子均為sp2雜化;(5)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,Cu位于體對(duì)角線的eq \f(1,4)、eq \f(3,4)處,則該晶胞沿z軸在平面的投影圖中,Cu原子構(gòu)成的幾何圖形是正方形,根據(jù)均攤法計(jì)算可知,晶胞中Cu原子的數(shù)目為:4×1=4,Br原子的數(shù)目為:8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4,晶胞的質(zhì)量為:eq \f(4×(64+80),NA) g,設(shè)晶胞參數(shù)為a cm,則晶胞的密度為:ρ=eq \f(m,V)=eq \f(\f(4×(64+80),NA)g,a3 cm3)=d g·cm-3,則a=eq \r(3,\f(4×(64+80),d×NA)) cm,又Cu原子與Br原子之間的最短距離為體對(duì)角線的eq \f(1,4),體對(duì)角線為eq \r(3)a cm,所以Cu原子與Br原子之間的最短距離為:eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×(64+80),d×NA)) cm=eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(4×(64+80),d×NA))×104 μm。
5.(2021·廈門市高考化學(xué)第二次質(zhì)檢,14)我國科學(xué)家制備了一種高性能Bi@氮摻雜碳納米籠。其合成過程如圖。
回答下列問題:
(1)元素Bi位于第6周期ⅤA族,其基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為________。
(2)Bi(NO3)3·5H2O中各元素電負(fù)性從大到小的順序?yàn)開_______。
(3)常溫下,1,3,5-苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大的原因?yàn)開_________________________________________________________。
(4)中氮原子的雜化類型有________。
(5)Bi@氮摻雜碳納米籠作為鉀離子電池負(fù)極材料,充電時(shí)存在Bi到鉀鉍合金的兩步轉(zhuǎn)變,其晶胞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D所示。
①合金M中離鉀原子最近的鉀原子有________個(gè)。
②合金N的化學(xué)式為________。
答案 (1)6s26p3 (2)O>N>H>Bi (3)羧基與水分子形成氫鍵,隨著羧基數(shù)目增多,溶解度增大 (4)sp3和sp2 (5)①12 ②K3Bi
解析 (1)元素Bi位于第6周期ⅤA族,故基態(tài)原子的價(jià)電子排布式為6s26p3;(2)同一周期,自左至右,電負(fù)性逐漸增大,同一主族,自上而下,電負(fù)性逐漸減小,一般情況下,金屬元素電負(fù)性小于非金屬元素,故Bi(NO3)3·5H2O中各元素電負(fù)性大小順序?yàn)椋篛>N>H>Bi;(3)羧基和水分子形成氫鍵,隨著羧基數(shù)目增多,溶解度增大,故1,3,5-苯三甲酸在水中溶解度比苯甲酸大;(4)由圖可知,該物質(zhì)中N原子有兩種形式,一種為有3條單鍵和一對(duì)孤電子對(duì),價(jià)層電子對(duì)數(shù)為:3+1=4,N原子為sp3雜化,另一種N原子有1條單鍵,1條雙鍵及一對(duì)孤電子對(duì),價(jià)層電子對(duì)數(shù)為:2+1=3,N原子為sp2雜化;(5)①合金中離K最近的K原子,要考慮到未畫出的晶胞結(jié)構(gòu),故以上底面頂角處K為目標(biāo),上面、后面、側(cè)面面心上各有一個(gè),共有12個(gè),距離均為eq \f(\r(2),2);②合金N中,K原子數(shù)為:8×eq \f(1,4)+4×1=6,Bi原子數(shù)為:2×1=2,故化學(xué)式為:K3Bi。
6.(2021·全國乙卷)過渡金屬元素鉻(Cr)是不銹鋼的重要成分,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中有著廣泛應(yīng)用?;卮鹣铝袉栴}:
(1)對(duì)于基態(tài)Cr原子,下列敘述正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
A.軌道處于半充滿時(shí)體系總能量低,核外電子排布應(yīng)為[Ar]3d54s1
B.4s電子能量較高,總是在比3s電子離核更遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng)
C.電負(fù)性比鉀高,原子對(duì)鍵合電子的吸引力比鉀大
(2)三價(jià)鉻離子能形成多種配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供電子對(duì)形成配位鍵的原子是________________,中心離子的配位數(shù)為________。
(3)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配體分子NH3、H2O以及分子PH3的空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的鍵角如下圖所示。
PH3中P的雜化類型是________。NH3的沸點(diǎn)比PH3的________,原因是__________________________________________________________。
H2O的鍵角小于NH3的,分析原因:______________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強(qiáng)材料的耐腐蝕性、硬度和機(jī)械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu),如圖所示。處于頂角位置的是________原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為________________________________%(列出計(jì)算表達(dá)式)。
答案 (1)AC (2)N、O、Cl 6
(3)sp3 高 NH3分子間存在氫鍵 H2O、NH3分子中的O原子、N原子均為sp3雜化,其中心原子的孤電子對(duì)數(shù)分別為2、1,由于孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力大于成鍵電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力,因此孤電子對(duì)數(shù)越多,鍵角越小
(4)鋁 eq \f(2×\f(4,3)πreq \\al(3,Al)+4×\f(4,3)πreq \\al(3,Cr),a2c)×100
解析 (1)軌道處于半充滿狀態(tài)時(shí)體系總能量低,基態(tài)Cr原子核外電子排布式為[Ar]3d54s1,A正確;由量子力學(xué)的基本理論可知,4s軌道的電子也會(huì)出現(xiàn)在離核較近的位置,B錯(cuò)誤;鉻的電負(fù)性比鉀的大,對(duì)鍵合電子的吸引力比鉀的大,C正確。(2)當(dāng)共價(jià)鍵中共用的電子對(duì)是由其中一個(gè)原子(離子)獨(dú)自提供,另一個(gè)原子(離子)提供空軌道時(shí),就形成配位鍵,觀察該物質(zhì)的化學(xué)式可知,該配合物中提供電子對(duì)形成配位鍵的原子為N、O、Cl,中心離子的配位數(shù)為6。(3)由題圖可知,PH3的中心原子P形成3個(gè)σ鍵電子對(duì)和1個(gè)孤電子對(duì),則其雜化方式為sp3。NH3、PH3均為分子晶體,但NH3分子間存在氫鍵,故NH3沸點(diǎn)更高。H2O、NH3分子中的O原子、N原子均為sp3雜化,其中心原子的孤電子對(duì)數(shù)分別為2、1,由于孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力大于成鍵電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的斥力,因此孤電子對(duì)數(shù)越多,鍵角越小。(4)由題圖可知,1個(gè)晶胞中所含灰球的個(gè)數(shù)為8×eq \f(1,8)+1=2(個(gè)),白球的個(gè)數(shù)為8×eq \f(1,4)+2=4(個(gè)),已知該物質(zhì)的化學(xué)式為AlCr2,故灰球代表鋁原子,位于頂角和體心,白球代表鉻原子,位于棱上和晶胞內(nèi)。由題給晶胞圖可知,該晶胞的體積為a2c,則金屬原子空間占有率=eq \f(晶胞內(nèi)微粒總體積,晶胞體積)×100%,即eq \f(2×\f(4,3)πreq \\al(3,Al)+4×\f(4,3)πreq \\al(3,Cr),a2c)×100%。
7.(2021·全國甲卷)我國科學(xué)家研發(fā)的全球首套千噸級(jí)太陽能燃料合成項(xiàng)目被形象地稱為“液態(tài)陽光”計(jì)劃。該項(xiàng)目通過太陽能發(fā)電電解水制氫,再采用高選擇性催化劑將二氧化碳加氫合成甲醇。回答下列問題:
(1)太陽能電池板主要材料為單晶硅或多晶硅。Si的價(jià)電子排布式為________;單晶硅的晶體類型為________。SiCl4是生產(chǎn)高純硅的前驅(qū)體,其中Si采取的雜化類型為________。SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng),機(jī)理如下:
含s、p、d軌道的雜化類型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為________(填標(biāo)號(hào))。
(2)CO2分子中存在________個(gè)σ鍵和________個(gè)π鍵。
(3)甲醇的沸點(diǎn)(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之間,其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(4)我國科學(xué)家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑,其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如右圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是________,晶胞參數(shù)為a pm、a pm、c pm,該晶體密度為________________________g·cm-3(寫出表達(dá)式)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑,化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy,則y=________(用x表達(dá))。
答案 (1)3s23p2 共價(jià)晶體 sp3 ②
(2)2 2
(3)甲醇和水均能形成分子間氫鍵,而甲硫醇不能,且水比甲醇的氫鍵多
(4)8 eq \f(4×91+8×16,NAa2c×10-30) 2-x
解析 (1)基態(tài)硅原子M層有4個(gè)電子,分別填充于3s和3p能級(jí)軌道中,則基態(tài)硅原子價(jià)電子排布式為3s23p2。單質(zhì)硅熔、沸點(diǎn)高,硬度大,是共價(jià)晶體。SiCl4的中心原子硅原子周圍有4對(duì)成鍵電子對(duì),則Si采取sp3雜化。由中間體SiCl4(H2O)的結(jié)構(gòu)可知,Si原子周圍有5對(duì)成鍵電子對(duì),雜化軌道數(shù)為5,雜化軌道數(shù)為5的雜化類型為sp3d。(2)CO2分子的結(jié)構(gòu)為O===C===O,則1個(gè)CO2分子中含2個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵。(3)甲醇的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是CH3OH,1個(gè)甲醇分子可形成1個(gè)分子間氫鍵,而1個(gè)H2O分子可形成2個(gè)分子間氫鍵,水中氫鍵比例比甲醇高,故水的沸點(diǎn)比甲醇高,甲硫醇中不存在氫鍵,其沸點(diǎn)最低。(4)以ZrO2晶胞結(jié)構(gòu)的上面面心的Zr4+為研究對(duì)象,將晶體結(jié)構(gòu)向上由1個(gè)晶胞延長為2個(gè)晶胞,可觀察到與該Zr4+距離最近的O2-有8個(gè),則Zr4+的配位數(shù)為8。該晶胞中含8個(gè)O2-,Zr4+個(gè)數(shù)為8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4(個(gè)),則1個(gè)晶胞的質(zhì)量為eq \f(4×91+8×16,NA) g,1個(gè)晶胞的體積為a2c×10-30 cm3,則該晶體的密度為eq \f(4×91+8×16,NAa2c×10-30) g·cm-3。該晶體中,Zr為+4價(jià),Zn為+2價(jià),O為-2價(jià),由化合物中各元素化合價(jià)代數(shù)和為0可得,2x+4×(1-x)-2y=0,解得y=2-x。
8.(2021·湖南卷)硅、鍺(Ge)及其化合物廣泛應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域?;卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為______________________________,晶體硅和碳化硅熔點(diǎn)較高的是________(填化學(xué)式);
(2)硅和鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以得到SiX4。
SiX4的熔、沸點(diǎn)
①0 ℃時(shí),SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液態(tài)的是_________________________
(填化學(xué)式),沸點(diǎn)依次升高的原因是__________________________________
__________________________________________________________,
氣態(tài)SiX4分子的空間構(gòu)型是________;
②SiCl4與N-甲基咪唑()反應(yīng)可以得到M2+,其結(jié)構(gòu)如圖所示:
N-甲基咪唑分子中碳原子的雜化軌道類型為________,H、C、N的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開_______,1個(gè)M2+中含有________個(gè)σ鍵;
(3)下圖是Mg、Ge、O三種元素形成的某化合物的晶胞示意圖。
①已知化合物中Ge和O的原子個(gè)數(shù)比為1∶4,圖中Z表示________原子(填元素符號(hào)),該化合物的化學(xué)式為________________________;
②已知該晶胞的晶胞參數(shù)分別為a nm、b nm、c nm,α=β=γ=90°,則該晶體的密度ρ=______________ g·cm-3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,用含a、b、c、NA的代數(shù)式表示)。
答案 (1) SiC
(2)①SiCl4 SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4都是分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量依次增大,分子間作用力依次增大 正四面體
②sp2、sp3 N>C>H 54
(3)①O Mg2GeO4 ②eq \f(740×1021,abcNA)
解析 (1)硅原子核外有14個(gè)電子,有1s、2s、2p、3s、3p五個(gè)能級(jí),每個(gè)能級(jí)的電子數(shù)分別是2、2、6、2、2,則基態(tài)硅原子最外層的電子排布圖為。晶體硅和碳化硅均為共價(jià)晶體,碳原子半徑比硅原子半徑小,則C—Si鍵鍵長比Si—Si鍵鍵長短,故碳化硅的熔點(diǎn)較高。(2)①0 ℃相當(dāng)于273 K,由題表中的數(shù)據(jù)可知,只有SiCl4的熔點(diǎn)低于273 K,沸點(diǎn)高于273 K,則SiCl4在0 ℃時(shí)為液態(tài)。SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4均為分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,相對(duì)分子質(zhì)量依次增大,則分子間作用力依次增大,沸點(diǎn)逐漸升高。SiX4的中心原子Si價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+eq \f(1,2)×(4-1×4)=4,無孤電子對(duì),分子空間構(gòu)型為正四面體。②中甲基碳原子為飽和碳原子,是sp3雜化,碳碳雙鍵中的碳原子為sp2雜化。短周期同周期元素從左到右,電負(fù)性逐漸增大,且H的電負(fù)性比C小,故電負(fù)性由大到小的順序是N>C>H。M2+中1個(gè)基團(tuán)有1個(gè)N—Si、4個(gè)N—C、1個(gè)N===C、1個(gè)C===C、6個(gè)C—H,共有13個(gè)σ鍵,4個(gè)基團(tuán),則含13×4=52(個(gè))σ鍵,另外還有2個(gè)Si—Cl鍵,故1個(gè)M2+中含有σ鍵的數(shù)目為54個(gè)。(3)①由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,1個(gè)晶胞中,對(duì)于X原子,8個(gè)位于頂點(diǎn)、4個(gè)位于棱上、6個(gè)位于面上、3個(gè)位于晶胞內(nèi),故1個(gè)晶胞中含有X的數(shù)目為8×eq \f(1,8)+4×eq \f(1,4)+6×eq \f(1,2)+3=8(個(gè));對(duì)于Y原子,4個(gè)Y原子均位于晶胞內(nèi);對(duì)于Z原子,16個(gè)Z原子均位于晶胞內(nèi)。其中Ge和O的原子個(gè)數(shù)比為1∶4,則X為Mg,Y為Ge,Z為O。由上述分析可知,該化合物的化學(xué)式為Mg2GeO4。
②1個(gè)晶胞的質(zhì)量=eq \f(24×8+73×4+16×16,NA) g=eq \f(740,NA) g,1個(gè)晶胞的體積=abc×
10-21 cm3,則晶體的密度ρ=eq \f(\f(740,NA) g,abc×10-21 cm3)=eq \f(740×1021,abcNA) g·cm-3。
9.(2021·山東卷)非金屬氟化物在生產(chǎn)、生活和科研中應(yīng)用廣泛。回答下列問題:
(1)基態(tài)F原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________種。
(2)O、F、Cl電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開_______;OF2分子的空間構(gòu)型為________;OF2的熔、沸點(diǎn)________(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Xe是第五周期的稀有氣體元素,與F形成的XeF2室溫下易升華。XeF2中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為____________,下列對(duì)XeF2中心原子雜化方式推斷合理的是____________(填標(biāo)號(hào))。
A.sp B.sp2
C.sp3D.sp3d
(4)XeF2晶體屬四方晶系,晶胞參數(shù)如圖所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有________個(gè)XeF2分子。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),如A點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(eq \f(1,2),eq \f(1,2),eq \f(1,2))。已知Xe—F鍵長為r pm,則B點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為____________;晶胞中A、B間距離d=____________ pm。
答案 (1)9 (2)F>O>Cl V形 低于 OF2和Cl2O都是分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,Cl2O的相對(duì)分子質(zhì)量大,Cl2O的熔、沸點(diǎn)高
(3)5 D (4)2 (0,0,eq \f(r,c)) d=eq \r(\f(1,2)a2+(\f(c,2)-r)2)
解析 (1)基態(tài)F原子共有9個(gè)核外電子,則每個(gè)電子都有對(duì)應(yīng)的軌道和自旋狀態(tài),所以核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有9種;(2)電負(fù)性一定程度上相當(dāng)于得電子能力,半徑越小,得電子能力越強(qiáng),電負(fù)性越大,半徑由小到大的順序?yàn)镕、O、Cl,所以電負(fù)性大小順序?yàn)镕>O>Cl;根據(jù)VSEPR理論,價(jià)層電子對(duì)數(shù)有2+eq \f(6-1×2,2)=4,去掉2對(duì)孤對(duì)電子,知OF2分子的空間構(gòu)型是V形;OF2和Cl2O都是分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,Cl2O的相對(duì)分子質(zhì)量大,Cl2O的熔、沸點(diǎn)高;(3)XeF2易升華,所以是分子晶體,其中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2+eq \f(8-1×2,2)=5,其中心原子的雜化方式應(yīng)為 sp3d;(4)圖中大球的個(gè)數(shù)為8×eq \f(1,8)+1=2,小球的個(gè)數(shù)為8×eq \f(1,4)+2=4,根據(jù)XeF2的原子個(gè)數(shù)比知大球是Xe原子,小球是F原子,該晶胞中有2個(gè)XeF2分子;由A點(diǎn)坐標(biāo)知該原子位于晶胞的中心,且每個(gè)坐標(biāo)系的單位長度都記為1,B點(diǎn)在棱的eq \f(r,c)處,其坐標(biāo)為(0,0,eq \f(r,c));圖中y是底面對(duì)角線的一半,y=eq \f(\r(2),2)a,x=eq \f(c,2)-r,所以d=eq \r(x2+y2)=eq \r(\f(1,2)a2+(\f(c,2)-r)2) pm。
10.(2021·1月重慶市學(xué)業(yè)水平選擇考適應(yīng)性測(cè)試,18)單晶邊緣納米催化劑技術(shù)為工業(yè)上有效利用二氧化碳提供了一條經(jīng)濟(jì)可行的途徑,其中單晶氧化鎂負(fù)載鎳催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的抗積碳和抗燒結(jié)性能。
(1)基態(tài)鎳原子的核外電子排布式為_____________________________。
(2)氧化鎂載體及鎳催化反應(yīng)中涉及到CH4、CO2和CH3OH等物質(zhì)。元素Mg、O和C的第一電離能由小到大排序?yàn)開_______________;在上述三種物質(zhì)的分子中碳原子雜化類型不同于其他兩種的是________,立體構(gòu)型為正四面體的分子是________,三種物質(zhì)中沸點(diǎn)最高的是CH3OH,其原因是__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)Ni與CO在60~80 ℃時(shí)反應(yīng)生成Ni(CO)4氣體,在Ni(CO)4分子中與Ni形成配位鍵的原子是________,Ni(CO)4晶體類型是______________________。
(4)已知MgO具有NaCl型晶體結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知MgO晶胞邊長為
0.42 nm,則MgO的密度為____________ g/cm3(保留小數(shù)點(diǎn)后一位);相鄰Mg2+之間的最短距離為________ nm(已知eq \r(2)=1.414,eq \r(3)=1.732;結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位),每個(gè)Mg2+周圍具有該距離的Mg2+個(gè)數(shù)為________。
答案 (1)[Ar]3d84s2或1s22s22p63s23p63d84s2
(2)Mg

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