1、专题二十四 物质结构与性质 考点 1 原子结构与元素的性质 1.(1)2021 广东广州阶段训练,2 分基态 Ti 原子的未成对电子数是 ,基态 Ti 原子 4s轨道上的 1 个电子激发到 4p 轨道上形成激发态,写出该激发态的价层电子排布式:。(2)2021 河南鹤壁联考,2 分基态 As 原子核外电子排布式为Ar 。下列状态的铝中,电离最外层的一个电子所需能量最小的是 (填标号)。(3)2021 安徽示范高中联考,5 分基态 Co 原子的价层电子轨道表达式为 ;第四周期中基态原子未成对电子数与基态 Ni 原子相同的元素有 种;铁、钴、镍三种元素中,铁元素的常见化合价有+2 和+3 两种价态
2、,而钴元素和镍元素的常见化合价为+2,请从原子结构的角度解释铁的常见化合价中有+3 的原因:。2.(1)2021 重庆八中阶段性检测,4 分基态镍原子的价层电子排布式为 ,能量最高的电子所占能级的原子轨道有 个伸展方向。(2)2021 江苏扬州中学月考,2 分下列氮原子的电子排布图表示的状态中,能量由低到高的顺序是 (填字母)。(3)4 分钪(Sc)为 21 号元素,其基态原子 M 能层电子数为 ;基态镝(Dy)原子的核外电子排布式为Xe4f106s2,一个基态镝原子所含的未成对电子数为 。(4)2 分铜或铜盐的焰色反应为绿色,该光谱是 (填“吸收光谱”或“发射光谱”)。3.2021 山东德州
3、、天津等月考组合,8 分根据要求回答下列问题:(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由 Zn 和 Cu 组成。第一电离能 I1(Zn)(填“”或“I2(Ni)的原因是 。(3)某储氢材料是短周期金属元素 R 的氢化物。R 的部分电离能如表所示,R 为 (填元素符号)。I/(kJmol-1)I1 I2 I3 I4 I5 数值 738 1 451 7 733 10 540 13 630 考点 2 分子结构与性质 4.2021 陕西西安一中等模拟组合,10 分根据要求,回答下列问题:(1)PNAS 报道了无规超支化聚合物 RHP 的自愈过程,合成 RHP 的基础原料之一为,其沸点 (填“”),理由
4、为 。(2)SCN-可用于 Fe3+的检验,SCN-对应的酸有两种,分别为硫氰酸()和异硫氰酸(HNCS)。写出与 SCN-互为等电子体的一种微粒:(填分子式或离子符号)。异硫氰酸的沸点比硫氰酸的沸点高的原因是 。(3)氨硼烷(NH3BH3)是一种高性能新型储氢材料,其中硼原子的杂化方式为 。5.(1)2021 河北衡水调研改编,6 分在一定条件下,金属相互化合形成的化合物称为金属互化物,如 Cu9Al4、Cu5Zn8等。Cu5Zn8具有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,该金属互化物属于 (填“晶体”或“非晶体”);在 CuSO4溶液中加入过量氨水,生成Cu(NH3)42+,其中氮原子
5、的杂化方式为 。铜能与拟卤素(SCN)2反应生成 Cu(SCN)2。(SCN)2对应的酸有硫氰酸()、异硫氰酸(HNCS)两种,理论上前者沸点低于后者,其原因是 ;(SCN)2分子中键与键数目之比为 。(2)5 分8-羟基喹啉铝(分子式为 C27H18AlN3O3)用于发光材料及电子传输材料,可由 LiAlH4与(8-羟基喹啉)合成。LiAlH4中阴离子的空间构型为 ;所含元素中电负性最大的是 (填元素符号),C、N、O 的杂化方式依次为 、和 。(3)8 分镍易形成配合物。Ni(CO)4的熔点为-19.3,沸点为43 ,则其晶体类型是 ,其分子中键与键数目之比为 。Ni 的一种配合物的分子结
6、构如图所示,该配合物中碳原子的杂化方式是 ,配合物分子内不含有 (填字母)。A.共价键 B.离子键 C.配位键 D.金属键 向 FeCl3溶液中加入 KSCN 溶液形成红色含 K3Fe(SCN)6的溶液。C、N 两种元素的电负性大小关系为 ,与 SCN-互为等电子体的分子为 (写一种即可)。6.2020 江苏,21A 节选,10 分以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵(NH4)3Fe(C6H5O7)2。(1)Fe 基态核外电子排布式为 ;Fe(H2O)62+中与 Fe2+配位的原子是 (填元素符号)。(2)NH3分子中氮原子的轨道杂化类型是 。(3)与 NH4+互为等电子体
7、的一种分子为 (填化学式)。(4)柠檬酸的结构简式如图所示。1 mol 柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的键的数目为 mol。7.15 分自然报道了我国科学家利用催化剂通过化学链合成氨。回答下列问题:(1)NH3可用于制备 NaN3、NH4NO3、(亚硝基胍)等含氮化合物,NaN3中阴离子的空间构型为 ;NH4NO3中阳、阴离子中的中心原子杂化方式依次为 、;1个亚硝基胍分子中含 个键。(2)N、P 位于同一主族,NH3、PH3分子结构如图所示:NH3中 NH 键的键长比 PH3中 PH 键的键长短,其主要原因是 。NH3和 PH3中,N、P 原子的杂化方式相同,但 HNH 间的夹角比 HPH
8、间的大,其主要原因是 。NH3比 PH3易液化,其主要原因是 。考点 3 晶体结构与性质 8.(1)2021 广东广州阶段训练,3 分金红石具有较高催化活性,其晶胞结构如图 1 所示,其化学式为 ;已知该晶体的密度为 g/cm-3,Ti、O 原子半径分别为 a pm 和 b pm,阿伏加德罗常数的值为 NA,则金红石晶体的空间利用率为 (列出计算式)。图 1(2)4 分某种钛酸钴(CoTiO3)晶胞沿 x、y 或 z 轴任意一个方向的投影如图 2 所示。晶胞中 Co处于各顶角位置,则 O 处于 位置,与 Co 紧邻的 O 的个数为 。若晶胞中 Co 与 O之间的最短距离为 a nm,阿伏加德罗
9、常数的值为 NA,该晶体的密度为 g/cm3(列出计算式即可)。图 2 图 3(3)4 分MgH2晶体属四方晶系,其晶胞结构如图 3 所示,晶胞参数 a=b=450 pm,c=301 pm,原子坐标为 A(0,0,0)、B(0.305,0.305,0)、C(1,1,0.67)、D(0.195,0.805,0.5)。Mg2+的半径为 72 pm,则 H-的半径为 pm(列出计算式即可)。用 NA表示阿伏加德罗常数的值,MgH2晶体中 H-的密度是标准状况下氢气密度的 倍(列出计算式即可,标准状况下氢气的密度为 0.089 g/L)。9.2021 江苏淮阴中学开学考改编,15 分海洋是生命的摇篮,
10、海水中含有大量的卤族元素。NaCl 晶胞结构如图所示,晶胞参数为 a nm。请回答下列问题:(1)Na 的价电子被激发到相邻的高能级后可形成激发态的 Na,其价电子轨道表达式为 。(2)Cl 能形成多种无机含氧酸,其酸性由弱到强的顺序为 HClOHClO2HClO3”或“”或“H2TeH2SeH2S,其原因是 。(3)配合物Cu(NH3)2OOCCH3中,铜显+1 价,则其含有化学键的类型有 ;1 mol 该配合物中含有的键数目为 ,NH3分子的价电子对互斥理论模型是 。(4)一种类石墨的聚合物半导体 g-C3N4,其单层平面结构如图 1 所示,晶胞结构如图 2 所示。g-C3N4中氮原子的杂
11、化方式是 。已知该晶胞的体积为 V cm3,中间层原子均在晶胞内部,则 g-C3N4的密度为 gcm-3。答案 专题二十四 物质结构与性质 1.(1)2(1 分)3d24s14p1(1 分)(2)3d104s24p3(1 分)D(1 分)(3)(1 分)3(2 分)Fe2+失去 1 个电子变成 Fe3+时,价层电子排布式为 3d5,为半充满较稳定结构(2 分)【解析】(1)基态 Ti 原子核外有 22 个电子,核外电子排布式为Ar3d24s2,3d 轨道上的 2 个电子为单电子,即未成对电子数是 2。基态 Ti 原子 4s 轨道上的 1 个电子激发到 4p 轨道上形成激发态,该激发态的价层电子
12、排布式为 3d24s14p1。(2)As 为 33 号元素,基态 As 原子核外电子排布式为Ar3d104s24p3;依据铝的第三电离能第二电离能第一电离能,失去电子所需能量:基态激发态,可知 D 所需的能量最低。(3)Co 是 27 号元素,Co 原子的价层电子排布式为 3d74s2,价层电子轨道表达式为。Ni 是 28 号元素,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,Ni 有 2 个未成对电子,第四周期中基态原子未成对电子数为 2 的元素还有 Ti(价层电子排布式为 3d24s2)、Ge(价层电子排布式为 4s24p2)、Se(价层电子排布式为 4s24p4),共 3
13、 种;Fe 是 26 号元素,Fe 原子的价层电子排布式为 3d64s2,Fe2+失去 1 个电子变成 Fe3+时,价层电子排布式为 3d5,为半充满较稳定结构,故铁的常见化合价还有+3。2.(1)3d84s2(2 分)5(2 分)(2)ACBD(2 分)(3)9(2 分)4(2 分)(4)发射光谱(2 分)【解析】(1)Ni 为 28 号元素,价层电子排布式为 3d84s2,排布时能量最高的电子所占的能级为 3d,3d 能级的原子轨道有 5 个伸展方向。(2)基态氮原子具有的能量最低,激发态氮原子具有的能量较高,且较高能级轨道排布的电子越多,原子具有的能量越高,故氮原子能量由低到高的顺序是
14、ACB Zn 的核外电子排布为全充满的稳定结构,较难失去电子(2)铜失去的是全充满的 3d10电子,镍失去的是 4s1电子(3)Mg【解析】(1)Zn 的核外电子排布式为Ar3d104s2,其每个能级都达到全满的稳定结构,故难以失去电子,而 Cu 的核外电子排布式为Ar3d104s1,其 4s 能级上有 1 个电子,容易失去,故 Zn 的第一电离能比 Cu 的第一电离能大。(2)铜的第二电离能是在 Cu+的基础上失去 1 个电子,而 Cu+的核外电子排布式为Ar3d10,其 3d 能级为全充满的稳定结构,难以失去 1 个电子;镍的第二电离能是在 Ni+的基础上失去 1 个电子,Ni+的核外电子
15、排布式为Ar3d84s1,容易失去 4s 能级上的这个电子。(3)R 为短周期金属元素,与第二电离能相比,其第三电离能急剧增大,故 R 的最外层电子数为 2,位于第A 族,短周期第A 族只有 Be 和 Mg,而 Be 核外只有 4 个电子,但题表显示R 存在第五电离能,故 R 为 Mg。4.(每空 2 分)(1)见解析(2)N2O(或 CO2、CS2、OCN-等合理答案)异硫氰酸分子间存在氢键(3)sp3【解析】(1)和均为分子晶体,结构相似,相对分子质量越大,则分子间作用力越大,熔、沸点越高。(2)碳原子与 1 个单位的负电荷可以等效替换为氮原子,氮原子与 1 个单位的负电荷可以等效替换为氧
16、原子,硫原子可以用氧原子替换,故与 SCN-互为等电子体的微粒有 N2O、CO2、CS2、OCN-等。异硫氰酸分子间能形成氢键,故异硫氰酸的沸点比硫氰酸的沸点高。(3)NH3BH3中 B 提供空轨道,N 提供 1 对孤电子对,形成配位键,则 B 周围有 4对成键电子对,故 B 采取 sp3杂化。5.(1)晶体(1 分)sp3(1 分)异硫氰酸分子间可形成氢键(2 分)54(2 分)(2)正四面体形(1 分)O(1 分)sp2(1 分)sp2(1 分)sp3(1 分)(3)分子晶体(1 分)11(1 分)sp2、sp3(2 分)BD(2 分)NC(1 分)CO2(合理即可)(1 分)【解析】(1
17、)晶体具有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,根据 Cu5Zn8的特点知该金属互化物属于晶体。根据 VSEPR 模型可以计算 N 的价层电子对数=3+532=4,所以 N 采用 sp3杂化。异硫氰酸分子中 N 上连接有 H,分子间能形成氢键,而硫氰酸分子间不能形成氢键,故异硫氰酸的沸点高。拟卤素(SCN)2的结构式为,含有 5 个键,4个键,键与键数目之比为 54。(2)LiAlH4中阴离子为 AlH4-,Al 的价层电子对数为4+3+142=4,无孤电子对,故 AlH4-的空间构型为正四面体形;8-羟基喹啉的组成元素有 H、C、N、O,电负性最大的是 O;8-羟基喹啉中环上的 C、N
18、均为 sp2杂化,羟基氧原子为 sp3杂化。(3)由 Ni(CO)4的熔、沸点较低,知其为分子晶体。CO 与 N2互为等电子体,故 1 个 CO 分子中含 2 个键和 1 个键,且每个 CO 与 Ni 形成 1 个配位键(键),故该分子中键数为 8,键数为 24=8,键和键数目之比为 11。该配合物中有饱和碳原子和形成双键的不饱和碳原子,故碳原子的杂化方式为 sp3、sp2。该配合物中,N 与 Ni 之间为配位键,其他化学键均为共价键,故不存在离子键和金属键。同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增强,故电负性 CCl,原子半径 ICl,原子得电子能力 ICl,故元素非金属性 ICl,原子半径 I
19、Cl,原子核对电子的吸引能力 ICl,原子得电子能力 ICl,故元素非金属性 IGa,GaN 中 N 为-3 价,Ga 为+3 价,b 正确;Ga、Al 同主族,原子序数 GaAl,故离子半径 Ga3+Al3+,c 错误。(4)由 Mn2+MnO2失 2e-、ClO2Cl-得 5e-,根据得失电子守恒,Mn2+、ClO2的化学计量数分别为 5、2,可得 5Mn2+2ClO25MnO2+2Cl-,再根据电荷守恒和原子守恒,配平离子方程式为 2ClO2+5Mn2+6H2O2Cl-+5MnO2+12H+。3.(1)N(1分)d(1分)(2)(1分)ONH(1分)(3)sp3(1分)H3O+(其他合理
20、答案也可)(1分)(4)离子晶体(1 分)Mg2+的半径小于 Ca2+,MgO 的晶格能大于 CaO(2 分)(5)6(1 分)(12,0,12)(2 分)2 2 213A31010(3 分)【解析】(1)基态 Fe 原子核外电子占据的最高能层的符号为 N;Ni 位于周期表中的 d 区。(2)同一周期主族元素第一电离能随着原子序数的增大而整体呈增大的趋势,但第A、A 族元素的第一电离能分别大于其相邻的第A、A 族元素,Mg、Al 位于同一周期,且 Mg、Al 分别位于第A、A 族,所以第一电离能 MgAl。电负性 ONH。(3)NH3分子中 N 原子价层电子对数=3+5312=4,N 原子的杂
21、化方式为 sp3;与 NH3互为等电子体的粒子有 PH3、H3O+等。(4)MgO、CaO 都是离子晶体;离子晶体的熔沸点与晶格能有关,离子所带电荷数越大,离子半径越小,晶格能越大,对应物质的熔沸点越高,Ca2+的半径大于 Mg2+,MgO 的晶格能大于 CaO,则 MgO 的熔点高于 CaO。(5)由题图可知,与 C 原子紧邻的 Ni 原子有 6 个。c 原子的坐标参数为(12,0,12)。设晶胞中 Ni 原子、Mg 原子之间的最短距离为 a pm,则晶胞棱长为2a pm,晶胞体积=(2a10-10)3 cm3,该晶胞中 Mg 原子个数=818=1、Ni 原子个数=612=3、C 原子个数是
22、 1,晶体的密度 d gcm-3=213A(210-10)3 gcm-3,所以 a=22 213A31010。4.(除标明外,每空 1 分)(1)B Si(硅)(2)配位 N sp3 sp2(3)NHB(2 分)CH3CH3(2 分)低 H+与 H-的静电引力(4)62A10-30(3 分)【解析】(1)根据同一周期从左到右主族元素的原子半径依次减小,可知 H、B、N 中原子半径最大的是 B。元素周期表中 B 与 Si(硅)处于对角线上,二者化学性质相似。(2)NH3BH3中 N 有孤电子对,B 有空轨道,N 和 B 形成配位键,电子对由 N 提供。NH3BH3中 B 形成四个键,为 sp3杂
23、化,B3O63中 B 形成 3 个键,为 sp2杂化。(3)电负性用来描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小。与 N 原子相连的 H 呈正电性,与 B 原子相连的 H 呈负电性,故电负性 NHB。原子数相同、价电子总数相同的微粒互称为等电子体,与 NH3BH3互为等电子体的分子为 CH3CH3。带相反电荷的微粒能形成静电引力,NH3BH3分子间存在 H+与 H-的静电引力,也称为“双氢键”,“双氢键”能改变物质的熔沸点,而 CH3CH3分子间不存在“双氢键”,熔沸点较低。(4)氨硼烷的相对分子质量为 31,一个氨硼烷的 222 超晶胞中含有 16 个氨硼烷,该超晶胞的质量为3116A g,体
24、积为 2a10-10 cm2b10-10 cm2c10-10 cm=8abc10-30 cm3,则氨硼烷晶体的密度为62A10-30 gcm-3。1.(1)光谱仪(1 分)(2)分子(1 分)正四面体形(1 分)(3)(1 分)CO(1 分)NCFeK(1 分)DE(1 分)(4)56(2 分)sp2(2 分)(5)10(1 分)(6)12(1 分)566+142332 2A(2 分)【解析】(1)可以用光谱仪摄取铁元素的原子光谱。(2)FeCl3的熔沸点不高,属于分子晶体,SO42中心原子价层电子对数为 4,且不含孤电子对,故其立体构型是正四面体形。(3)N 为7 号元素,基态 N 原子的轨
25、道表达式为。等电子体是指价电子数和原子数相同的分子、离子或原子团,铁氰化钾中的配体为 CN-,其价电子数为 10,原子数为 2,与 CN-互为等电子体的极性分子的化学式为 CO。铁氰化钾中,所涉及的元素的第一电离能由大到小的顺序为 NCFeK。铁氰化钾中,钾离子和铁氰根离子间是离子键,C 和 N 之间存在键和键,不存在氢键和金属键,故本题选 DE。(4)中的大键存在于 5 个 C 原子之间,共有 6 个电子参与形成大键,故表示为56,其中 1 号 C 原子形成 3 个键,杂化方式为 sp2。(5)羰基铁中,碳原子和铁原子之间、氧原子和碳原子之间均存在配位键,故 1 mol Fe(CO)5分子中
26、含 10 mol配位键。(6)可以根据题图正六棱柱,想象两个六棱柱上下摞在一起,结合 Fe 构成正四面体知,距离重叠面面心的铁原子最近的铁原子有重叠面顶点的 6 个铁原子和分别处于上、下两个六棱柱中的 3 个铁原子,共 12 个。该结构中铁原子数为 3+212+1216=6,氮原子数为 2,则该磁性氮化铁的晶体密度=566+142A332 2 gcm-3=566+142332 2A gcm-3。2.(除标明外,每空 2 分)(1)(1 分)(2)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3(3)6 C、N、O(4)Cr2O3 33.3 15239A2【解析】(1)Cr 原子的原子半径小、核
27、电荷数大,对核外电子的吸引力更强,故第一电离能KH2TeH2SeH2S。(3)配合物Cu(NH3)2OOCCH3中,Cu(NH3)2+和 CH3COO-之间为离子键,Cu(NH3)2+中 Cu+和 NH3之间为配位键,NH3、CH3COO-中原子之间为共价键。Cu(NH3)2+中 1 个 Cu+与 2 个 NH3形成 2 个配位键(键),1 个 NH3含 3 个键,1个 CH3COO-含有 6 个键,所以 1 molCu(NH3)2OOCCH3中含有的键数目为(2+32+6)NA=14NA;NH3中 N 原子形成 3 个键,含有 1 对孤电子对,价层电子对数=3+1=4,故其价电子对互斥理论模型是四面体形。(4)g-C3N4中 N 原子的价电子对数为 3,为 sp2杂化。由中间层原子均在晶胞内部知,该晶胞中 C 位于面上和体内,个数为 612+3=6,N 位于顶点、面上、棱上和体内,个数为 818+814+212+4=8,晶胞质量为126+148A g=184A g,晶胞体积为 V cm3,则g-C3N4的密度为184A gV cm3=184A gcm-3。
