1.(2024·山東日照二模)過渡金屬不但能夠與非金屬元素形成化合物,還能與其他金屬元素形成金屬互化物。回答下列問題:
(1)Mn在元素周期表中的位置為 ,屬于 區(qū)的元素,基態(tài)錳原子的價(jià)電子軌道表示式為 。
(2)二茂鐵化學(xué)式為Fe(C5H5)2,由Fe2+與兩個(gè)C5H5-構(gòu)成(如圖),熔點(diǎn)為172 ℃。
①二茂鐵熔點(diǎn)低于鐵的原因?yàn)? 。
②大π鍵通常用符號(hào)Πnm表示(m代表參與形成大π鍵的原子數(shù),n代表大π鍵的電子數(shù)),則C5H5-中的大π鍵表示為 。
③Fe2+與兩個(gè)C5H5-形成配位鍵后,使Fe2+的3d、4s、4p能級(jí)具有18電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。則Fe2+與兩個(gè)C5H5-形成配位鍵的數(shù)目為 。
(3)錳和鎵形成的金屬互化物立方晶胞如圖所示。
①若將晶胞中體心的Ga原子作為晶胞的一個(gè)頂點(diǎn),則距該Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置為 (填字母)。
A.面心B.體心
C.頂點(diǎn)D.棱心
②晶胞中,相鄰Mn原子構(gòu)成的正四面體空隙完全由鎳原子填充,可用于制備碳基金屬催化劑。1號(hào)Mn原子坐標(biāo)參數(shù)為(1,1,1),則填充在1、2、3、4號(hào)Mn構(gòu)成的四面體空隙中心的鎳原子的坐標(biāo)參數(shù)為 ;晶胞參數(shù)為a nm,則填充鎳后的晶體的密度ρ= g·cm-3(用含NA、a的代數(shù)式表示)。
答案:(1)第四周期ⅦB d
(2)①二茂鐵屬于分子晶體,鐵屬于金屬晶體,鐵晶體中金屬鍵強(qiáng)度大于二茂鐵晶體中分子間作用力 ②Π56 ③6
(3)①A ②(34,34,34) ③972(a×10-7)3NA
解析:(2)①二茂鐵熔點(diǎn)低于鐵,主要從晶體類型角度分析原因;②在C5H5-中的每個(gè)碳原子上都有一個(gè)未參與σ鍵的電子,這些電子占據(jù)在與環(huán)的平面垂直的p軌道上,5個(gè)碳原子的5個(gè)p軌道肩并肩,外加得到一個(gè)電子重疊形成大π鍵,其大π鍵可表示為Π56;③Fe2+的價(jià)電子排布式是3d6,Fe2+與兩個(gè)C5H5-形成配位鍵后,使Fe2+的3d、4s、4p能級(jí)具有18電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),則3d、4s、4p能級(jí)均填滿電子,所以C5H5-提供了12個(gè)電子,即6個(gè)電子對(duì),所以配位鍵的數(shù)目為6。
(3)①將晶胞中體心的Ga原子作為晶胞的一個(gè)頂點(diǎn)時(shí),整個(gè)晶胞中原子的坐標(biāo)均移動(dòng)1/2個(gè)單位,距該Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置為面的中心,即面心的位置;②1號(hào)Mn原子坐標(biāo)參數(shù)為(1,1,1),則填充在1、2、3、4號(hào)Mn構(gòu)成的四面體空隙中心的鎳原子的坐標(biāo)參數(shù)為(34,34,34);填充鎳后的晶胞中Ni的個(gè)數(shù)為8,Mn的個(gè)數(shù)為8×18+6×12=4,Ga的個(gè)數(shù)為12×14+1=4,晶體的密度ρ=n×MV×NA=4×243(a×10-7)3×NA g·cm-3=972(a×10-7)3NA g·cm-3。
2.(2024·山東濰坊二模)氮族元素可以形成多種多樣的化合物,回答下列問題:
(1)基態(tài)As原子的價(jià)電子的軌道表示式是 。
(2)疊氮酸(HN3)常用于引爆劑,可用聯(lián)氨(H2N—NH2)制取。比較聯(lián)氨與雙氧水分子中鍵角大小:∠H—N—N (填“>”“=”或“ ∠H—O—O。①中N—N兩個(gè)氮原子均為兩個(gè)p軌道的電子參與形成兩個(gè)π鍵,剩下一個(gè)p軌道和s軌道形成sp雜化,②中右邊的N,只形成1個(gè)π鍵,兩個(gè)p軌道和一個(gè)s軌道形成sp2雜化,因此鍵長①0,其原因是 。
(3)雷氏鹽的化學(xué)式為NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O。
①H、C、N、O四種元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)? 。
②雷氏鹽中所含化學(xué)鍵類型為 (填字母)。
A.離子鍵B.共價(jià)鍵
C.配位鍵D.金屬鍵
E.氫鍵
③配體之一NH3分子的空間結(jié)構(gòu)為 ,與配體NCS-互為等電子體的分子和離子有 (各寫1種)。
(4)CrB2的晶體密度為ρ g·cm-3,晶體結(jié)構(gòu)(如圖)為六棱柱,底邊邊長為a nm,高為c nm,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則a2c= (列出計(jì)算式)。
答案:(1)7 3d54s1
(2)140 O-帶負(fù)電荷,對(duì)再得到的電子產(chǎn)生排斥,克服斥力需消耗能量
(3)①O>N>C>H ②ABC ③三角錐形 CO2或CS2、CNO-(合理即可)
(4)3×7434×6×10-21ρNA
解析:(2)由電子親和能的定義可知,氧原子的第一電子親和能E1為140 kJ·ml-1;O-帶負(fù)電荷,對(duì)再得到的電子產(chǎn)生排斥,克服斥力需消耗能量,所以ΔH2大于0。(3)①元素的非金屬性越強(qiáng),電負(fù)性越大,四種元素的非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)镺>N>C>H,則電負(fù)性的大小順序?yàn)镺>N>C>H;②氫鍵不屬于化學(xué)鍵,是比較強(qiáng)的分子間作用力,由化學(xué)式可知,雷氏鹽是含有離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵的離子化合物,不含金屬鍵;③氨分子中氮原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)為4、孤電子對(duì)數(shù)為1,分子的空間結(jié)構(gòu)為三角錐形;CO2、CS2、CNO-與NCS-的原子個(gè)數(shù)都為3、價(jià)電子數(shù)都為16,互為等電子體。(4)由晶胞結(jié)構(gòu)可知,晶胞中位于頂點(diǎn)和面心的鉻原子個(gè)數(shù)為12×16+2×12=3,位于體內(nèi)的硼原子個(gè)數(shù)為6,由晶胞的質(zhì)量公式可得:3×74NA=34×a2×6×c×10-21×ρ,解得a2c=3×7434×6×10-21ρNA。
4.(2024·山東德州二模)鈷及其化合物在材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)鈷原子的價(jià)層電子排布式為 ;電解熔融的CCl2或CO都能制備金屬鈷,CCl2熔點(diǎn)低于CO熔點(diǎn)的原因是 。
(2)某含鈷配離子結(jié)構(gòu)如圖(NH2CH2CH2NH2為電中性配體),已知配合物的磁矩μB=n(n+2)BM(n表示中心原子或離子的未成對(duì)電子數(shù)),則該配離子的磁矩μB= BM;下列對(duì)鈷離子的雜化方式推斷合理的是 (填字母)。
A.sp3B.dsp2
C.d2sp3D.sp3d
(3)鈷酸鋰(LiCO2)是常見的鋰離子電池正極材料,其晶體屬六方晶系(晶胞參數(shù)a=b≠c,α=β=90°,γ=120°),晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖。晶體中O圍繞C形成八面體,八面體共棱形成帶負(fù)電的層狀空間結(jié)構(gòu),與Li+層交替排列。在充、放電過程中,Li+在層間脫出或嵌入。
①晶胞中C的個(gè)數(shù)為 ;Li+在充電過程中會(huì)從八面體層間脫出導(dǎo)致晶胞高度c變大,原因是 。
②若阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則晶體密度為 g·cm-3(用代數(shù)式表示)。
答案:(1)3d74s2 CCl2和CO均為離子晶體,但O2-離子半徑小于Cl-,且O2-所帶電荷多,CO離子鍵更強(qiáng),熔點(diǎn)高
(2)24 C
(3)①3 Li+層和C—O層吸引力減弱,C—O層之間的斥力使層間距離增大
②294NA×(a×b×c)×10-30
解析:(1)鈷原子序數(shù)27,基態(tài)鈷原子的價(jià)層電子排布式:3d74s2;CCl2和CO均為離子晶體,但O2-離子半徑小于Cl-,且O2-所帶電荷多,CO離子鍵更強(qiáng),熔點(diǎn)高。
(2)中心離子C3+價(jià)層電子排布為3d6,未成對(duì)電子數(shù)為4,磁矩μB=24BM;C3+形成6個(gè)配位鍵,即形成6個(gè)共價(jià)鍵,需6個(gè)雜化軌道,則雜化方式應(yīng)為d2sp3。
(3)①晶胞中C位于棱上和體內(nèi),個(gè)數(shù)為4×14+2=3;充電過程中,正極材料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),Li+從八面體層間脫出,Li+減少,使Li+層和C—O層吸引力減弱,C—O層之間的斥力使層間距離增大;
②晶胞中C個(gè)數(shù)為3,根據(jù)化學(xué)式LiCO2可知,Li個(gè)數(shù)為3,O個(gè)數(shù)為6,晶體密度:ρ=nMNAV=3×(7+59+16×2)NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3=294NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3。
5.(2024·山東泰安二模)開發(fā)高效儲(chǔ)氫材料是重要的研究方向。回答下列問題:
(1)最新研究發(fā)現(xiàn),在鎳的表面覆蓋石墨烯,可大大增加儲(chǔ)氫材料釋放氫氣的速率。石墨烯是單層碳原子組成的平面結(jié)構(gòu),具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。
①基態(tài)Ni原子的電子排布式為 。
②石墨烯中碳碳鍵鍵長 (填“>”“”“ ③2H+ H,在NF3中,共用電子對(duì)偏向F,偏離N原子,使得氮原子上的孤電子對(duì)難與Cu2+形成配位鍵
(4)6NA (14,14,14) 4×(9+16)NA×(433a)3×10-30
解析:(1)As是33號(hào)元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,根據(jù)構(gòu)造原理,可知基態(tài)As原子核外價(jià)層電子排布式是4s24p3,軌道表示式為;一般情況下,同一周期元素,原子序數(shù)越大,其第一電離能就越大,但由于As處于第ⅤA族,價(jià)電子排布式為4s24p3,4p能級(jí)上的3個(gè)電子排布在3個(gè)不同軌道上,這種電子排布為半充滿結(jié)構(gòu),能量更低,更穩(wěn)定,失去電子需消耗的能量比相鄰的元素高,故I1(As)>I1(Se)。
(2)As的最外層有3個(gè)成單電子,S原子最外層有2個(gè)成單電子,As4S4的分子結(jié)構(gòu)中均為單鍵,且每個(gè)原子最外層均滿足8e-穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其分子結(jié)構(gòu)可表示為,說明結(jié)構(gòu)中每個(gè)S原子形成2個(gè)S—As鍵,每個(gè)As原子形成2個(gè)As—S鍵和1個(gè)As—As鍵,每個(gè)As—As鍵都被重復(fù)數(shù)了2次,則4個(gè)As原子間形成2個(gè)As—As鍵,故該分子中所含共價(jià)鍵數(shù)目為2×4+2×1=10;每個(gè)S原子形成2個(gè)S—As鍵,并有2個(gè)孤電子對(duì),價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,所以S為sp3雜化。
(3)往硫酸銅溶液中加入過量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配離子。NF3與NH3的空間結(jié)構(gòu)都是三角錐形,但NF3不易與Cu2+形成配離子,這是由于元素的電負(fù)性:F>N>H,在NF3中,共用電子對(duì)偏向電負(fù)性大的F,而偏離N原子,使得N原子上的孤電子對(duì)難與Cu2+形成配位鍵,故NF3不易與Cu2+形成配離子。
(4)Be和Al的性質(zhì)相似,在500~600 ℃氣相中,氯化鈹以二聚體Be2Cl4的形式存在,Be2Cl4的結(jié)構(gòu)為,可知1個(gè)分子中含有6個(gè)共價(jià)鍵,則1 ml Be2Cl4中含有的共價(jià)鍵數(shù)目為6NA;由晶胞結(jié)構(gòu)可知,每個(gè)Be周圍有四個(gè)O與其相連,由BeO的晶胞結(jié)構(gòu)以及A、B的坐標(biāo)可知,C的坐標(biāo)為(14,14,14);一個(gè)晶胞中含Be的個(gè)數(shù)為4;含O的個(gè)數(shù)為8×18+6×12=4,O與Be的最近距離為晶胞體對(duì)角線的14,故晶胞邊長為433a pm,故該晶體的密度為ρ=4×(9+16)NA×(433a)3×10-30 g·cm-3。

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