1、大题突破练5物质结构与性质综合题1.(2022山东德州二模)锌及其化合物在工业、农业方面用途广泛。(1)基态Zn原子的价电子排布式为。(2)Zn原子能形成多种配位化合物。一种锌的配合物结构如图:其中C、N、O、Zn元素的第一电离能大小关系是,结构中参与sp3杂化的原子有个。配位键和相比,较稳定的是;键角(填“”“”或“”或“OCZn8(3)HOOCCOOH草酸的相对分子质量高于醋酸,同时草酸分子中存在两个羧基结构,与其他分子形成分子间氢键的数目多于醋酸(4)48解析 (1)Zn位于元素周期表中第四周期第B族,价电子排布式为3d104s2。(2)同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,同主族元
2、素从上到下第一电离能逐渐减小,故第一电离能由大到小的顺序为NOCZn;结构中的单键碳原子和水中的氧原子都参与sp3杂化,共有8个原子。N和O相比,N的电负性弱,更容易提供孤电子对,配位键更加稳定,故更加稳定的是配位键;键角是双键和单键之间的排斥力,电子云密度大,排斥力较大,键角较大,键角是单键和单键之间的排斥力,电子云密度小,排斥力较小,键角较小,故键角键角。(3)阴离子对应的酸分别为乙酸(CH3COOH)、草酸(HOOCCOOH),草酸的相对分子质量高于醋酸,同时草酸分子中存在两个羧基结构,与其他分子形成分子间氢键的数目多于醋酸,故沸点高的是HOOCCOOH。(4)由题图可知,a纤锌矿型Zn
3、O晶体中O2-的配位数为4;O2-所形成的“正四面体”空隙有8个;根据均摊原则,闪锌矿型晶胞含有Zn原子数41=4,O原子数8+6=4,晶胞的边长是nm,则Zn2+与O2-的距离为nm。2.答案(1)33(2)BeFOBsp3(3)NH3、HClO(4)解析 (1)基态B原子的核外电子排布式为1s22s22p1,1s、2s、2p能量不同,则有3种能量不同的电子;2p能级存在未成对电子,p能级电子云空间有3种伸展方向。(2)图中的原子分别位于立方体的顶点、棱及面上,根据“均摊法”,K:8+2=2,X:8+4=4,Y:8+4=4,Z:4+2=2,结合化学式KBe2BO3F2,原子半径:BeBF,故
4、图中X表示Be,Y表示F,Z表示B;B、O、F为非金属元素,三者处于第二周期,同周期从左到右元素的电负性逐渐增大,则电负性由强到弱的顺序为FOB。中中心原子B上的孤电子对数为(3+1-41)=0,键电子对数为4,价层电子对数为0+4=4,故B原子采取sp3杂化;B原子最外层有3个电子,F原子最外层有7个电子,BF3中中心原子B上的孤电子对数为(3-31)=0,键电子对数为3,价层电子对数为0+3=3,B原子采取sp2杂化,1个B原子与3个F原子之间形成3个键,B原子未参与杂化的p轨道上没有电子,1个B原子和3个F原子形成大键,B原子不提供电子,每个F原子提供2个电子,故BF3分子中存在的大键表
5、示为。(3)NCl3中中心原子N上的孤电子对数为(5-31)=1,根据“中心原子有孤电子对,接受H2O的H+进攻”,则NCl3水解生成NH3和HClO。(4)晶胞的体积为m2n10-30cm3,1个晶胞的质量为g=g,该晶体的密度为 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,)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
6、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CrCl32H2O,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
7、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去,故第二电离能I2(Ti)OHCsp2(3)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,
8、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8=1,位于面心镁原子个数为6=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:=a3d,解得a=,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,则镍原子与镁原子间的距离为 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)9解析 (1)锰是25号元素,则锰元素基态原子的电子排布式为1s22s22
9、p63s23p63d54s2或者Ar3d54s2,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
10、其为非极性分子。Ni(NH3)6SO4中阴离子即S,S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
11、晶胞中含有9个Li、3个Ni、3个Co、3个Mn和18个O,则一个晶胞的质量为m= g,一个晶胞的体积为V=a2c10-21 cm3,故其密度为= gcm-3。6.答案(1)正四面体形sp3(2)264s分子晶体(3)()11100%解析 (1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,轨道表示式为;B的中心原子B的价层电子对数为4+(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)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
12、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()。该晶体中,铜位于内部,共4个,氯位于顶点和面心,共8+6=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4(b3+c3) pm3,晶胞边长为a pm,则晶胞体积为a3 pm3,该晶胞的空间利用率为100%。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(
13、5)1021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
14、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=+2价。(5)晶体密度为=1021 gcm-3。8.答案(1)B(2)sp2、sp3N共价键和配位键H2O(3)(0.25,0.75,0.625)4解析 (1)根据核外电子排布规律可知,B激发态的能量最低,故基态Ga原子转化为激发态B时所需能量最少。(2)EDTA中,饱和碳原子的杂化方式为sp3杂化,连有碳氧双键的碳原子的杂化方式为sp2杂化,故EDTA中碳原子杂化方式为sp3和sp2;同一周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大的趋势,但是第A族和第A族的元素的第一电离能均高于其相
15、邻的元素,则第一电离能:NOC;同一主族,从上到下,元素的第一电离能逐渐减弱,则第一电离能:OS;故C、N、O、S四种元素中,第一电离能最大的是N;该配合物的阳离子中,Cu2+和配体之间形成配位键,配体分子内存在极性键,故该阳离子中存在配位键和极性键;Cu2+与H2O形成的配位键比与NH3所形成的配位键弱,故该化合物加热时首先失去的组分是H2O。(3)Cu原子有4个位于棱上,6个位于面上,故Cu原子的个数为6+4=4,In原子有8个位于顶点上,4个位于面上,1个位于体心,故In原子的个数为8+4+1=4,Se原子有8个,全部在晶胞内部,故Se原子的个数为8,则晶胞质量为g,晶胞体积为(m10-10cm)(m10-10cm)(2m10-10cm)=2m310-30cm3,故晶体密度=gcm-3;该晶胞中,原子坐标分别为2号Cu原子(0,0.5,0.25),3号In原子(0,0.5,0.75),4号Se原子(0.25,0.75,0.125)。则1号Se原子的坐标为(0.25,0.75,0.625);晶体中与单个In键合的Se有4个。
