1、大题突破练5物质结构与性质综合题1.(2022广东肇庆第三次质检)光电材料在能源、军事等领域有重要应用,分为无机光电材料如ZnS、ZnSe、GaAs、(CuGa)0.5ZnS2等及有机光电材料(如图1所示化合物)。回答下列问题:(1)基态Zn原子的价层电子轨道表示式为;Ga、As、Se的第一电离能由大到小的顺序为。(2)图1所示化合物中含有的化学键类型有(填字母),N原子的杂化方式为。A.共价键B.离子键C.配位键D.氢键图1图2(3)在水溶液中,以H2O为电子供体,CO2在(CuGa)0.5ZnS2光催化剂上可还原为CO,部分氧化物的沸点如表所示:氧化物H2OSO2CO2沸点/100-10-
2、78.5表中氧化物之间沸点差异的原因为。SO2的VSEPR模型为。H2O和H2S分子中,键角更大的是(填化学式)。(4)ZnS和ZnSe晶体的立方晶胞结构相似,均可看作将金刚石晶胞(如图2)内部的碳原子用Zn代替,晶胞顶点与面心位置的碳原子被S或Se代替。ZnS晶体中,一个晶胞含有S原子数目为。若阿伏加德罗常数的值为NA,ZnS晶体的密度为1 g cm-3,ZnSe晶体的密度为2 gcm-3,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比为。2.(2022广东韶关综合测试)Fe、Mg、Co、Ni与稀土元素钇(39Y)在工农业生产、军事、航空航天、能源、环境保护、生物医学等领域中应用广泛。回答下列问题
3、:(1)Y在元素周期表中的位置是,基态Co原子的价层电子排布式为。(2)纳米Fe因其表面活性常用作有机催化剂,如图所示:化合物M 化合物N化合物M的熔、沸点低于化合物N,其主要原因是。化合物N中除苯环外其他C原子的杂化类型为,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为。(3)Ni(CO)4常用于制备纯镍,溶于乙醇、CCl4、苯等有机溶剂,为晶体;与配体互为等电子体的阴离子有(任意写一种)。(4)由Mg、C和Ni组成的新型超导材料晶体的立方晶胞结构如图所示:该新型超导材料的化学式为。若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 gcm-3。3.(2022山东青岛一模)铬是人体
4、内微量元素之一,是重要的血糖调节剂。(1)铬在元素周期表中的位置为,其基态原子核外电子占据的原子轨道数为。(2)已知Cr3+半径小,正电场较强,容易与H2O、NH3、Cl-等分子或离子形成多种配合物,Cr(H2O)2(NH3)4Cl32H2O是其中的一种。该配合物中提供孤电子对形成配位键的原子是。中心原子杂化方式为(填字母)。a.sp2b.sp3c.sp3dd.d2sp3该物质中,NH的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是。(3)钛铬合金是一种高温结构材料,第二电离能I2(Ti)(填“”或“”或“SeGa(2)ACsp2(3)三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,水分子间能形成氢键,S
5、O2的相对分子质量大于CO2平面三角形H2O(4)439721441解析 (1)Zn为30号元素,基态原子的价层电子轨道表示式为;元素的非金属性越强,第一电离能越大,但As反常,则Se、Ga、As的第一电离能由大到小的顺序为AsSeGa。(2)由题图1所示化合物的结构可知,分子内不存在离子键和氢键,N原子的价层电子对数目为3,杂化方式为sp2。(3)由表中氧化物的组成和性质可知,三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,其中水分子间能形成氢键,沸点最高,二氧化硫的相对分子质量大于二氧化碳,故二氧化硫的沸点高于二氧化碳。SO2中S原子的价层电子对数目为3,VSEPR模型为平面三角形。H2O中O原子半径比
6、H2S中S原子半径更小,电子对更靠近O原子,电子对之间排斥力更大,键角更大。(4)ZnS和ZnSe晶体的一个晶胞中含有Zn的数目为4,S、Se的数目为818+612=4,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比=34971NA41442NA=39721441。2.答案(1)第五周期第B族3d74s2(2)化合物N分子间能形成氢键sp3CON(3)分子CN-(或C22-,合理即可)(4)MgNi3C213a3NA1021解析 (1)39号元素Y在元素周期表中的位置是第五周期第B族;Co为27号元素,基态Co原子的价层电子排布式为3d74s2。(2)化合物N分子中含有氨基(NH2),N分子间能形成
7、氢键。化合物N中除苯环外其他C原子为饱和C原子,其杂化类型为sp3;由于氮原子的2p轨道上的电子处于半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为CON。(3)Ni(CO)4常用于制备纯镍,溶于乙醇、CCl4、苯等有机溶剂,具有分子晶体的特点,为分子晶体;与配体CO互为等电子体的阴离子有CN-或C22-等。(4)晶胞中Mg位于8个顶点,个数为188=1,C位于体心,个数为1,Ni位于6个面心,个数为612=3,该新型超导材料的化学式为MgNi3C。若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,根据NM=VNA,1213=(a10-7)3NA,则该晶体
8、的密度为213a3NA1021 gcm-3。3.答案 (1)第四周期第B族15(2)O、Nd独立存在的氨气分子中氮原子含有一对孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对(3)钛第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是半充满的3d5电子(4)(1,1,12)3(a+b)解析 (1)铬的原子序数为24,在元素周期表中的位置为第四周期第B族;其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,s能级1个轨道,p能级3个轨道,d能级5个轨道,结合洪特规则,其占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。(2)该配合物中Cr(H2O)2(
9、NH3)4Cl32H2O,Cr3+是中心离子,内界中H2O和NH3是配位体,配位体中的O原子和N原子有孤电子对,O原子和N原子提供孤电子对与Cr3+形成配位键。该物质中,NH的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是独立存在的氨气分子中氮原子含有一个孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故NH的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大。(3)钛原子的核外电子排布式为Ar3d24s2,第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是3d5电子,3d5处于半充满状态,较为稳定,需要较大能量才能失
10、去,故第二电离能I2(Ti)OHCsp2(3)223355NAd解析 (1)镍元素的原子序数为28,核外电子数为28,由泡利不相容原理可知,同种原子的核外没有运动状态完全相同的电子,则基态原子核外电子的运动状态有28种;金属晶体的金属键越强,熔点越高,镍和钙都是金属晶体,镍元素与钙元素同周期,镍原子半径比钙小且价电子数比钙多,形成的金属键比钙强,熔点比钙高。(2)由配合物的结构可知,镍离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键,配位数为6,空间结构为八面体形。由NNi存在大键可知,结构中氮原子的杂化方式为sp2杂化。(3)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的镍原子个数为818=1,位于面心镁原子
11、个数为612=3,位于体内的铁原子个数为4,晶胞的化学式为NiMg3Fe4,设晶胞的边长为a cm,由晶胞的质量公式可得:355NA=a3d,解得a=3355NAd,由晶胞结构可知,晶胞中镍原子与镁原子间的距离为面对角线的12,则镍原子与镁原子间的距离为223355NAd cm。5.答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s2(或Ar3d54s2)Mn(2)bc非极性分子正四面体形(3)FPLisp2、sp3(4)997+359+359+355+1816332a2cNA10-21解析 (1)锰是25号元素,则锰元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或者A
12、r3d54s2,镍、钴、锰三种基态原子的价层电子排布式分别为3d84s2、3d74s2、3d54s2,故它们基态原子中的未成对电子数分别为2、3、5,则未成对电子数最多的是Mn。(2)Ni(CO)4中不存在离子键,a错误;Ni(CO)4、Ni(NH3)6SO4都存在配位键,b正确;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,Ni(NH3)6SO4中有N-H、S-O之间的极性键,c正确;Ni(CO)4、Ni(NH3)6SO4都不存在非极性键,d错误。H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为非极性分子。Ni(NH3)6S
13、O4中阴离子即SO42-,SO42-中中心原子S的价层电子对数为4,根据价层电子对互斥理论可知,其空间结构为正四面体形。(3)根据第一电离能的变化规律:同一周期主族元素从左往右呈增大趋势,第A族与第A族反常,同一主族从上往下依次减小,故LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为FPLi。常见溶剂碳酸乙烯酯()中形成碳氧双键的C原子周围形成了3个键,则该原子采用sp2杂化,其余碳原子周围形成了4个键,采用sp3杂化。(4)由题干晶胞图示可知,晶胞中含Li原子数为9,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,xyz=111,根据晶胞可知,x+y+z=9,得x=y=z=3,即一个晶胞中含有9个Li
14、、3个Ni、3个Co、3个Mn和18个O,则一个晶胞的质量为m=97+359+359+355+1816NA g,一个晶胞的体积为V=332a2c10-21 cm3,故其密度为=mV=97+359+359+355+1816332a2cNA10-21 gcm-3。6.答案 (1)正四面体形sp3(2)264s分子晶体(3)(34,14,14)1116(b3+c3)3a3100%解析 (1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,轨道表示式为;BH4-的中心原子B的价层电子对数为4+12(3+1-41)=4,其空间结构为正四面体形,B采取sp3杂化;电负性是原子对键合电子的吸引力,H的电负性大于B。(2
15、)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;铁的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子,FeCl3的熔沸点比较低,故FeCl3是分子晶体。(3)D位于晶胞内部,若把晶胞分为8个相等的小立方体,则D位于包含C的小立方体的体心。根据A、B、C的原子坐标参数可知,D的原子坐标参数为(34,14,14)。该晶体中,铜位于内部,共4个,氯位于顶点和面心,共818+612=4个,所以铜、氯微粒个数比为11。晶胞中有4个铜原子、4个氯原子,占有的体积为443(b3+c3) pm3,晶胞边长为a pm,则晶胞体积为a3 p
16、m3,该晶胞的空间利用率为16(b3+c3)3a3100%。7.答案 (1)3d84s2NCH(2)sp3C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成键之后很难进行“肩并肩”重叠形成键(3)C(4)11+2价(5)MNAa31021解析 (1)Ni是28号元素,故基态镍原子的价层电子排布式为3d84s2;该物质中非金属元素即C、N、H,根据电负性同一周期从左往右依次增大,同一主族从上往下依次减小可知,电负性由大到小是NCH。(2)NH3中中心原子N原子周围的价层电子对数为4,则N的杂化轨道类型为sp3,C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成键之后很难进行“肩并肩”重叠形成键。(3)在晶胞中,镍离
17、子与CN-之间产生配位键,CN-中C和N上均有孤电子对,但由于C的电负性小,更容易给出孤电子对,则配体CN-提供的配位原子有C。(4)由题给图示晶胞可知,1个晶胞中含有的NH3个数为2个,苯分子个数为2个,故该络合物中氨与苯分子数目比,即bc为22=11,一个晶胞中含CN-个数为4,Ni的个数为2,其中Ni的平均化合价为+42=+2价。(5)晶体密度为=mV=MNAa310-21cm3=MNAa31021 gcm-3。8.答案(1)sp3、sp211NAN(2)1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,增大其在水中的溶解度(3)3d84s2(4)正四面体形(5)将ZnCl2在隔绝空气的容器
18、中加热到283 使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体(6)四面体128133NAa2c10-21解析 (1)由溶剂DMF的结构简式可知DMF中两个甲基上的C原子的杂化方式为sp3,上的C原子的杂化方式为sp2;已知单键均为键,双键为1个键和1个键,三键为1个键和2个键,结合DMF的结构简式可知,1 mol DMF中所含有的键数目为11NA;DMF中含有H、C、N、O,根据第一电离能的递变规律可知,第一电离能最大的元素是N。(2)由于1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,而1-硝基萘不能,导致1-萘胺的水溶性比1-硝基萘的强。(3)Ni为28号元素,则Ni的基态原子
19、价层电子排布式为3d84s2。(4)SO42-的中心原子S原子的价层电子对数为4+12(6+2-42)=4,无孤电子对,故SO42-的空间结构为正四面体形。(5)ZnCl2的熔点为283 ,将ZnCl2在隔绝空气的容器中加热到283 使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体。(6)由题图可知,Zn原子位于O原子所围成的四面体空隙中,已知一个晶胞中含有的Zn的个数为613+41=6,O的个数为1216+212+31=6,故一个晶胞的质量为681NA g ,一个晶胞的体积为332a2c10-21cm3,则晶体密度为=mV=681NAg332a2c10-21cm3=128133NAa2c10-21 gcm-3。