1.(2019·開封模擬節(jié)選)第四周期有18種元素,其相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。請(qǐng)回答下列問題:
(1)基態(tài)鈣原子核外電子云形狀為________,電子占據(jù)的最高能層符號(hào)是________。
(2)五氧化二釩(V2O5)是硫酸工業(yè)中重要的催化劑,基態(tài)釩原子的價(jià)電子排布式為____________________。
(3)琥珀酸亞鐵片是用于缺鐵性貧血的預(yù)防和治療的常見藥物,其中“亞鐵”是關(guān)鍵成分,K3[Fe(CN)6]溶液是檢驗(yàn)Fe2+的試劑,1 ml CN-中含π鍵的數(shù)目為________,臨床建議服用維生素C促進(jìn)“亞鐵”的吸收,避免生成Fe3+,從結(jié)構(gòu)角度來看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是______________________。
(4)鎵、鍺、砷、硒的第一電離能由大到小的順序?yàn)開___________________(用元素符號(hào)表示);其中鍺的化合物四氯化鍺可用作光導(dǎo)纖維摻雜劑,其熔點(diǎn)為-49.5 ℃,沸點(diǎn)為83.1 ℃,則其晶體類型為________,中心原子的雜化類型為________;砷酸酸性弱于硒酸,從分子結(jié)構(gòu)的角度解釋原因__________________ ____________。
【解析】(1)基態(tài)鈣原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2,由于s、p兩個(gè)能級(jí)的電子云形狀分別為球形和啞鈴形,所以基態(tài)鈣原子核外電子云形狀為球形和啞鈴形;電子占據(jù)的最高能層是第四層,符號(hào)是N。
(2)釩的原子序數(shù)為23,所以其基態(tài)的價(jià)電子排布式為3d34s2。
(3)在CN-內(nèi)部有一個(gè)σ,兩個(gè)π鍵,所以1 ml CN-中含π鍵的數(shù)目為2NA;Fe2+的價(jià)電子排布式為3d6,Fe3+的價(jià)電子排布式為3d5,3d5是半充滿狀態(tài),比較穩(wěn)定,所以Fe2+易被氧化成Fe3+。
(4)同周期主族元素的第一電離能從左到右是依次增大的,但其中ⅡA和ⅢA,以及ⅤA和ⅥA之間存在有全滿和半滿的情況,所以有反?，F(xiàn)象,因此鎵、鍺、砷、硒的第一電離能由大到小的順序?yàn)锳s>Se>Ge>Ga;四氯化鍺的熔沸點(diǎn)都很低,所以其晶體為分子晶體;中心原子即Ge的雜化類型為sp3,可以和四個(gè)氯原子形成四個(gè)等價(jià)的共價(jià)鍵;砷酸的分子式為H3AsO4,而硒酸的分子式為H2SeO4,所以在分子結(jié)構(gòu)上,砷酸分子中的非羥基氧原子數(shù)少于硒酸的,所以砷酸酸性弱于硒酸。
答案:(1)球形和啞鈴形 N (2)3d34s2 (3)2NA Fe3+的3d5半滿狀態(tài)更穩(wěn)定
(4)As>Se>Ge>Ga 分子晶體 sp3 硒酸中非羥基氧原子較多(或其他合理解釋)
【加固訓(xùn)練】
(2019·哈爾濱模擬)已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素,它們的核電荷數(shù)A”或“Si;在第三周期中,鈉失去1個(gè)電子后,就已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以鈉的第二電離能最大,鎂最外層為2個(gè)電子,失去2個(gè)電子后為穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以鎂的第二電離能較小,鋁最外層有3個(gè)電子,失去2個(gè)電子后還未達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而鋁的金屬性比鎂弱,所以第二電離能比鎂略高,硅最外層上2p層有2個(gè)電子,失去后,留下2個(gè)電子,相對(duì)較穩(wěn)定,所以硅的第二電離能比鋁要低,磷、硫非金屬性逐漸增大,第二電離能也增大,由于硫失去一個(gè)電子后,3p軌道上是3個(gè)電子,是較穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以硫的第二電離能要高于氯,綜上分析,代表第二電離能的圖是a。
答案:(1)2 平面三角形
(2)3∶2 離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵(或離子鍵、共價(jià)鍵)
(3)①氫鍵 sp2、sp3 ②1s22s22p63s23p63d1(或[Ar]3d1)
(4)> a
【加固訓(xùn)練】
(2019·濟(jì)南模擬)GaN、GaP、GaAs是人工合成的一系列新型半導(dǎo)體材料,其晶體結(jié)構(gòu)均與金剛石相似。銅是重要的過渡元素,能形成多種配合物,如Cu2+與乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)可形成如圖所示配離子?；卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)As價(jià)電子的電子排布圖為________;
(2)熔點(diǎn):GaN________GaP(填“>”或“”或“GaP。
(3)As的非金屬性弱于Se,非金屬性越強(qiáng),第一電離能越大,但是由于As的p軌道電子處于半充滿狀態(tài),故As的第一電離能>Se,第一電離能:As>Se。
(4)銅離子提供空軌道,乙二胺中氮原子提供孤對(duì)電子形成配位鍵,乙二胺中兩個(gè)碳形成非極性鍵,Cu2+與乙二胺所形成的配離子內(nèi)部不含有的化學(xué)鍵類型是離子鍵。
(5)氮原子形成3個(gè)σ鍵和一對(duì)孤電子對(duì),乙二胺分子中氮原子軌道的雜化類型為sp3;乙二胺分子間可形成氫鍵,三甲胺分子間不能形成氫鍵,故乙二胺比三甲胺的沸點(diǎn)高很多。
答案:(1)
(2)> (3)>
(4)c
(5)sp3 乙二胺分子間可形成氫鍵,三甲胺分子間不能形成氫鍵
3.(新題預(yù)測(cè))鍺(Ge)是典型的半導(dǎo)體元素,在電子、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。回答下列問題:
(1)基態(tài)鍺原子的核外電子排布式為[Ar]____________,有____________個(gè)未成對(duì)電子。
(2)Ge與C是同族元素,碳原子之間可以形成雙鍵、三鍵,但鍺原子之間難以形成雙鍵或三鍵。從原子結(jié)構(gòu)角度分析,原因是______________________________ ________________________________________________。
(3)比較下列鍺鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn),分析其變化規(guī)律及原因_______________ ___________________________________________________________________________。
(4)光催化還原CO2制備CH4反應(yīng)中,帶狀納米Zn2GeO4是該反應(yīng)的良好催化劑。Zn、Ge、O電負(fù)性由大至小的順序是__________。
(5)Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu),其中鍺原子的雜化方式為____________,微粒之間存在的作用力是____________。
【解析】(1)鍺為32號(hào)元素,根據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律,可寫出其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2,其核外電子排布簡(jiǎn)式為[Ar]3d104s24p2,其中4p能級(jí)有2個(gè)未成對(duì)電子。
(2)雖然鍺與C是同族元素,碳原子之間可以形成雙鍵、三鍵,但考慮鍺的原子半徑大,難以通過“肩并肩”方式形成π鍵,所以鍺原子之間難以形成雙鍵或三鍵。
(3)由表中數(shù)據(jù)可知,鍺的鹵化物都是分子晶體,分子間通過分子間作用力結(jié)合,對(duì)于組成與結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強(qiáng),熔沸點(diǎn)越高,由于相對(duì)分子質(zhì)量:GeCl4Zn (5)sp3 共價(jià)鍵
4.鎳及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域有重要的用途。請(qǐng)回答下列問題:
(1)基態(tài)Ni原子中,電子填充的能量最高的能級(jí)符號(hào)為________,價(jià)層電子的軌道表達(dá)式為________。
(2)Ni的兩種配合物結(jié)構(gòu)如圖所示:
①A的熔、沸點(diǎn)高于B的原因?yàn)開___________________________。
②A晶體含有化學(xué)鍵的類型為________(填選項(xiàng)字母)。
A.σ鍵 B.π鍵 C.配位鍵 D.金屬鍵
③A晶體中N原子的雜化形式是________________。
(3)人工合成的砷化鎳常存在各種缺陷,某缺陷砷化鎳的組成為Ni1.2As,其中Ni元素只有+2和+3兩種價(jià)態(tài),兩種價(jià)態(tài)的鎳離子數(shù)目之比為________。
【解析】(1)鎳的原子序數(shù)為28,其電子排布式為1s22s22p63s23p64s23d8,其價(jià)電子的軌道表達(dá)式為,所以基態(tài)鎳原子核外電子填充的能量最高的能級(jí)符號(hào)為3d。
(2)A中有O—H鍵,而B中沒有,而有O—H鍵的物質(zhì)可在分子間形成氫鍵,使物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高;在A的分子結(jié)構(gòu)中有CN雙鍵,其中有σ鍵和π鍵,有箭頭所示的配位鍵,故選ABC,其中的N原子以sp2方式雜化。
(3)某缺陷砷化鎳的組成為Ni1.2As,其中Ni元素只有+2和+3兩種價(jià)態(tài),設(shè)+2價(jià)的Ni為x個(gè),+3價(jià)的Ni為y個(gè),則由原子守恒得x+y=1.2,由化合價(jià)原則得2x+3y=3,求出x=y=0.6,所以兩種價(jià)態(tài)的鎳離子數(shù)目之比為1∶1。
答案:(1)3d
(2)①A中含氫鍵 ②A、B、C ③sp2 (3)1∶1
【加固訓(xùn)練】
(2019·遂寧模擬節(jié)選)銅、磷及其化合物是非常重要的物質(zhì)。
(1)Cu+的電子排布式______________________;
(2)在硫酸銅溶液中加入過量KCN,生成配合物[Cu(CN)4]2-。[Cu(CN)4]2-的配體為__________,[Cu(CN)4]2-中C的雜化方式為______________________,則1個(gè)[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵的數(shù)目為________個(gè);
(3)鋰-磷酸氧銅電池正極的活性物質(zhì)是Cu4O(PO4)2,不溶于水,可通過Na3PO4、CuSO4和NH3·H2O反應(yīng)制取。制取Cu4O(PO4)2的化學(xué)方程式為_______________ _______;
(4)PCl5中P-Cl鍵長(zhǎng)有198 pm和206 pm兩種。PCl5是非極性分子,可作為導(dǎo)電熔體,其原理為PCl5電離為一個(gè)陰離子和一個(gè)陽離子,其中陰離子為正八面體,陽離子為正四面體,寫出一種陽離子的等電子體的化學(xué)式________________ ______,PCl5的立體構(gòu)型為______________________;
【解析】(1)銅的核電荷數(shù)是29,Cu+的電子排布式[Ar]3d10。(2)[Cu(CN)4]2-的配體為CN-,CN-是碳氮三鍵,故碳的雜化類型為sp,1個(gè)[Cu(CN)4]2-中含有四個(gè)配位鍵,CN-有一個(gè)σ鍵,故1個(gè)[Cu(CN)4]2-的σ鍵數(shù)目為8個(gè)。(3)Na3PO4、CuSO4和NH3·H2O反應(yīng)制取Cu4O(PO4)2,是一個(gè)非氧化還原反應(yīng),故其化學(xué)方程式為2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2OCu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O。(4)PCl5可電離成PC、PC兩種離子,PC為正四面體,PC是正八面體,PCl5的立體構(gòu)型為三角雙錐形,PC為5原子32價(jià)電子,與其互為等電子體的微粒有:SiCl4或SiF4或S或P等。
答案:(1)[Ar]3d10(2)CN- sp 8
(3)2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2OCu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O或4Cu2++2P+2NH3·H2OCu4O(PO4)2↓+2N+H2O
(4)SiCl4(或SiF4或S或P等合理答案均可) 三角雙錐
元素代號(hào)
X
Y
Z
第一電離能/(kJ·ml-1)
520
496
419
GeCl4
GeBr4
Gel4
熔點(diǎn)
-49.5
26
146
沸點(diǎn)
83.1
186
約400

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