1、第3讲晶体结构与性质A组基础题组1.M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z是一种过渡元素。M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍,R是同周期元素中最活泼的金属元素,X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物,Z的基态原子4s和3d轨道半充满。请回答下列问题:(1)R基态原子的电子排布式是,X和Y中电负性较大的是(填元素符号)。(2)X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物,其原因是。(3)X与M形成的XM3分子的空间构型是。(4)M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是(填离子符号)。(5)在稀硫酸中,Z的最高价含氧酸的钾盐
2、(橙色)氧化M的一种氢化物,Z被还原为+3价,该反应的化学方程式是。答案(1)1s22s22p63s1或Ne3s1Cl(2)H2O分子间存在氢键,H2S分子间无氢键(3)平面三角形(4)Na+(5)K2Cr2O7+3H2O2+4H2SO4 K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2+7H2O解析由题意可知M为O,R为Na,X为S,Y为Cl,Z为Cr。(3)XM3为SO3,其分子中中心原子的价层电子对数为3,无孤电子对,故分子的空间构型为平面三角形。(4)由题图可知 个数为818+612=4, 个数为8,R2M为Na2O,Na+与O2-的个数比为21,故黑球代表Na+。(5)Cr的最高价含氧酸的钾盐
3、(橙色)为K2Cr2O7,氧元素的氢化物中能被K2Cr2O7氧化的为H2O2。2.已知A、B、C、D都是周期表中的短周期元素,它们的核电荷数依次增大。A 原子、C 原子的 L 能层中都有两个未成对的电子,C、D 同主族。E、F 都是第四周期元素,E 原子核外有 4 个未成对电子,F 原子除最外能层只有 1 个电子外,其余各能层均为全充满。根据以上信息填空:(1)基态 D 原子中,电子占据的最高能层符号为,该能层具有的原子轨道数为。(2)E2+的价层电子排布图是,F 原子的电子排布式是。(3)A 的最高价氧化物对应的水化物分子结构式为,其中心原子采取的轨道杂化方式为,B 的气态氢化物的VSEPR
4、模型为。(4)配合物甲的焰色反应呈紫色,其内界由中心离子E3+与配位体AB-构成,配位数为 6。甲的水溶液可以用于实验室中E2+的定性检验,检验E2+的离子方程式为。(5)某种化合物由 D、E、F 三种元素组成,其晶胞如图所示,则其化学式为。该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据计算该晶体的密度:g/cm3(计算结果保留2位小数)。答案(1)M9(2) 3d1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1(3)sp2四面体(4)3Fe2+2Fe(CN)63- Fe3Fe(CN)62(5)CuFeS24.32解析根据题中信息不难推出A是C,B是N,C是O,D是
5、S,E是Fe,F是Cu。(3)由H2CO3的结构式可以看出中心原子C原子的价层电子对数是3,因此轨道杂化方式是sp2;B 的气态氢化物是NH3,N原子的价层电子对数是4,所以NH3的VSEPR 模型是四面体。(5)晶胞中F(Cu)原子数目是818+412+1=4,E(Fe)原子数目是414+612=4,D(S)原子全部位于晶胞内部,数目是8,所以Cu、Fe、S原子数目之比是448=112,故其化学式为CuFeS2;一个晶胞中有4个“CuFeS2”,晶胞质量m=18446.021023 g,晶胞体积V=(52410-10)21 03010-10 cm3,所以晶体的密度=mV=18446.0210
6、23g(52410-10)21 03010-10cm34.32 g/cm3。3.(2018山东济南一模)(1)第四周期的某主族元素,其第一至五电离能数据如下图所示,则该元素对应原子的M层电子排布式为。(2)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成(CH3)3NH+,该过程新形成的化学键为(填序号)。A.离子键B.配位键C.氢键D.非极性共价键若化合物(CH3)3N能溶于水,试解析其原因:。(3)CO2在高温高压下所形成的晶体其晶胞如下图所示。该晶体的熔点比SiO2晶体(选填“高”或“低”),该晶体中碳原子轨道的杂化类型为。(4)Cu2+等的水合离子是否有颜色与原子结构有关,且存在一定的规律。试推断N
7、i2+的水合离子为(填“有”或“无”)色离子,依据是。离子Sc3+Ti3+Fe2+Cu2+Zn2+颜色无色紫红色浅绿色蓝色无色(5)晶体具有规则的几何外形,晶体中最基本的重复单元称为晶胞。已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型,由于晶体缺陷,x值小于1。测知FexO晶体密度为5.71 gcm-3,晶胞边长为4.2810-10 m,FexO中x的值为(精确至0.01)。答案(1)3s23p6(2)B化合物(CH3)3N为极性分子且可与水分子间形成氢键(3)高sp3杂化(4)有Ni2+的3d轨道上有未成对电子(5)0.92解析(1)由该元素的第一至五电离能数据可以知道,该元素第一、二电离能较小,说明
8、容易失去2个电子,即最外层有两个电子,已知该元素为第四周期的某主族元素,则为第四周期第A族元素Ca,其原子M层有8个电子,则M层电子排布式为3s23p6。(2)化合物(CH3)3N与盐酸反应生成(CH3)3NH+,该过程新生成的化学键为氮与氢离子形成配位键,所以选B。(3)CO2在高温高压下所形成的晶体中原子之间通过共价键结合,属于共价晶体,而碳氧键的键长短,所以该晶体的熔点比SiO2晶体高;该晶体中C原子形成4个CO单键,则C原子含有4个价层电子对,所以C原子轨道的杂化类型为sp3。(5)FexO晶体的晶胞结构为NaCl型,所以每个晶胞中含有4个O原子,有4个“FexO”,再根据m=V可知4
9、56x+16NA g=5.71 gcm-3(4.2810-8 cm)3,解得:x0.92。4.(2017江苏单科,21A,12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。(1)Fe3+基态核外电子排布式为。(2)丙酮()分子中碳原子轨道的杂化类型是,1 mol丙酮分子中含有键的数目为。(3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为。(4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为。(5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产
10、物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为。图1FexNy晶胞结构示意图图2转化过程的能量变化答案(1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39NA(3)HCO(4)乙醇分子间存在氢键(5)Fe3CuN解析本题考查核外电子排布式的书写、杂化类型的判断、化学键、电负性的比较及晶胞的相关计算等知识。(1)Fe3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。(2)丙酮分子中有两种碳原子,其中CH3中碳原子为sp3杂化,中碳原子为sp2杂化;单键均是键,一个双键中有一个键和一个键,故1 mol丙酮分子中含有9 mol 键。(3)
11、依据同周期元素电负性变化规律可知,电负性:CO;再结合元素非金属性强弱关系可知,电负性:HC。(4)乙醇分子间存在氢键,使得乙醇沸点较高。(5)由图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型,利用均摊法可得晶胞中各原子个数Cu:818=1,Fe:612=3,N:1,故化学式为Fe3CuN。5.(2018四川成都外国语学校月考)B、N、F、Ti、Fe等都是重要的材料元素,其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。(1)基态Ti原子s轨道上总共有个电子,其价电子轨道表达式为。(2)在基态N原子中,核外存在对自旋方向相反的电子,核外电子占据的最高能层符号为,该能层电子的电子云轮廓图形状为。(
12、3)南京理工大学团队成功合成了能在室温稳定存在的五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,五氮阴离子(N5-)是制备全氮类物质N5+N5-的重要中间体,下列说法正确的是。A.(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中含四种离子B.N5+N5-属于化合物C.每个N5-中含有36个电子D.N5+N5-中既含极性键又含非极性键(4)BF3分子空间结构为;在NH3中N原子的杂化方式为。(5)六氟合钛酸钾(K2TiF6)中存在TiF62-配离子,则钛元素的化合价是,配体是。(6)碳酸盐的热分解是晶体中阳离子结合碳酸根离子中的氧,使碳酸根离子分解为二氧化碳分子的结果。已知:碳酸盐MgCO3CaCO
13、3SrCO3BaCO3热分解温度/4029001 1721 360阳离子半径/pm6699112135请解释碱土金属元素碳酸盐热分解温度的变化规律:。答案(1)83d 4s(2)2L球形和哑铃形(3)AC(4)平面三角形sp3(5)+4F-(6)碱土金属元素阳离子均为+2价阳离子,且Mg到Ba离子半径逐渐增大,对氧的吸引作用越来越弱,故需要更多的外界能量来分解,因此碱土金属元素碳酸盐热分解温度随阳离子半径的增大而逐渐升高解析(1)Ti原子核外电子数为22,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,s轨道上总共有8个电子,价电子轨道表达式为3d 4s。(2)基态N原子的核外电子
14、排布式为1s22s22p3,N原子核外存在2对自旋方向相反的电子;核外最高能层为第二层,即L层;s能级的电子云轮廓是球形,p能级的电子云轮廓是哑铃形。(3)(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中含有N5-、H3O+、NH4+、Cl-四种离子,A正确;N5+N5-只含一种元素,不为化合物,B错误;N5-所含电子数为75+1=36个,C正确;N5+N5-中离子之间是离子键,但是离子内,N和N之间都是非极性键,没有极性键,D错误。(4)BF3分子中B形成3个BF键,且不含孤电子对,所以该分子是平面三角形结构。NH3分子中N原子形成3个NH键,还有一对孤电子对,所以氮原子采取sp3杂化。(5)钾元素
15、是+1价,氟元素为-1价,设钛元素化合价为a,可得:(+1)2+a+(-1)6=0,则a=+4。K2TiF6中Ti4+为提供空轨道的中心离子,F-提供孤电子对,为配体。(6)由表格数据可知,阳离子半径越大,其碳酸盐越难分解。这是因为碱土金属元素阳离子均为+2价阳离子,且Mg到Ba离子半径逐渐增大,对氧的吸引作用越来越弱,故需要更多的外界能量来分解。B组提升题组6.(2018山西太原3月模拟)(1)氯化铁溶液用于检验食用香精乙酰乙酸乙酯时,会生成紫色配合物,该配合物结构如图所示。此配合物中,基态铁离子的价电子排布式为。此配合物中碳原子的杂化轨道类型有。此配合物中含有的化学键有(填字母)。A.离子
16、键B.金属键C.极性键D.非极性键E.配位键F.氢键G.键H.键氯化铁在常温下是固体,熔点为306 ,沸点为315 ,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁的晶体类型为。(2)基态A原子的价电子排布式为3s23p5,铜与A形成化合物的晶胞如图所示(黑球代表铜原子)。该化合物的化学式为,A原子的配位数是。该化合物难溶于水,但易溶于氨水,其原因可能是;与NH3互为等电子体的分子有(写化学式,一种即可)。NH3的键角大于H2O的键角的主要原因是。已知该化合物晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体中Cu原子和A原子之间的最短距离为pm(列出计算表达式即可)。答案(
17、1)3d5sp2、sp3CDEGH分子晶体(2)CuCl4Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物PH3NH3、H2O分子中N、O原子的孤电子对数分别是1、2,孤电子对数越多,对成键电子对的排斥力越强,键角越小343499.5NA 1010解析(1)铁离子3d能级上有5个电子,4s能级上没有电子,所以其价电子排布式为3d5。同种非金属元素之间存在非极性键,不同非金属元素之间存在极性键,含有孤电子对和空轨道的原子之间存在配位键,共价单键为键,共价双键中含有一个键和一个键,所以该配合物中含有配位键、极性键、非极性键、氢键、键和键,但氢键不是化学键。三氯化铁的熔点为306 ,沸点为315 ,易溶于氯水,
18、也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,符合分子晶体的特征,故三氯化铁为分子晶体。(2)根据价电子排布式判断出A原子为氯原子。由晶胞结构可知,Cu原子处于晶胞内部,晶胞中含有4个Cu原子,Cl原子在顶点与面心上,晶胞中含有Cl原子数目为818+612=4,故化学式为CuCl,根据图示,铜原子周围有4个氯原子距离相等,且最小,即铜原子的配位数为4,则氯原子的配位数也是4。晶胞的质量为499.5NA g,晶胞的体积为499.5NAcm3,则晶胞的边长为3499.5NA cm,根据晶胞的结构可知,铜原子和氯原子之间的最短距离为立方体体对角线的14,而体对角线为晶胞边长的3倍,所以铜原子和氯原子之间的最短距离为343499.5NA cm=343499.5NA 1010 pm。