1、第21题选考题A物质结构与性质命题人的忠告1熟练书写常见的4种金属及其离子的核外电子排布式：Cr、Fe、Cu、Zn。2掌握同周期元素第一电离能比较：同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但AAA，AAA。3牢记3种分子的杂化方式和空间构型：CH4：sp3杂化，正四面体；NH3：sp3杂化，三角锥形；H2O：sp3杂化，V形。4学会键与键的判断方法：单键均为键；双键、三键中含有1个键，其余为键。5掌握有关晶体计算的常用方法：运用分摊法正确确定晶胞中所含原子的个数。典例剖析(10分)钒(V)、砷(As)、镍(Ni)均为第四周期元素，钒位于B族，砷位于A族，镍位于族。请回答下列相关
2、问题。(1)基态钒原子的电子排布式为_，钒有2、3、4、5等几种化合价，这几种价态中，最稳定的是_价。(2)砷与氯气反应可得到AsCl3、AsCl5两种氯化物。其中属于非极性分子的是_，AsCl3分子的中心原子杂化类型是_，分子的空间构型是_。(3)高纯度砷可用于生产具有半导体“贵族”之称的新型半导体材料GaAs，镓(Ga)为第四周期A族元素，Ga与As相比，第一电离能较大的是_。(4)镍和镧形成的一种合金具有储氢功能，该合金储氢后的晶胞如下图所示：镍和镧形成的这种合金的化学式是_，1 mol 镧形成的该合金能储存_mol氢气。推理分析(1)基态钒原子的电子排布式为Ar3d34s2，当原子价层
3、电子全部失去时，形成的离子最外层达到稳定的电子层结构，故5价最稳定。(2)AsCl5分子中砷的价电子均成键，故它是非极性分子；AsCl3分子中的价层电子对数为4，其中孤电子对数为1，因此砷原子为sp3杂化，分子的空间构型为三角锥形。(4)由晶胞结构知，8个La全在晶胞顶点，故一个晶胞中La个数为81,8个Ni在晶胞面上，1个Ni在晶胞内，故一个晶胞中Ni个数为815，因此该合金化学式为LaNi5；8个H2在晶胞棱上，2个H2在晶胞面上，故一个晶胞中H2个数为823，因此1 mol La形成的该合金能储存3 mol氢气。答案及评分标准(1)Ar3d34s2(或1s22s22p63s23p63d3
4、4s2)(1分)5(1分)(2)AsCl5(1分)sp3(1分)三角锥形(1分)(3)As(或砷)(1分)(4)LaNi5(2分)3(2分)挑战满分(限时30分钟)1氮族元素包括氮、磷、砷等元素。(1)砷的基态原子的价电子排布式是_；砷与氯可形成AsCl5，AsCl5中含有_对成键电子对。(2)下列关于该元素的说法中正确的是_(填字母选项)。a氮、磷、砷的电负性依次减小b氮、磷、砷的气态氢化物分子的稳定性依次减弱cNH、PH、AsH键的键长依次增长，而键的极性依次降低dP4分子的空间构型为正四面体(如图)，PP键之间的键角为10928(3)氮是化肥中的主要元素，某种盐类物质是常见的氮肥成分，其
5、中氮元素同时显示最高化合价和最低化合价，请写出该物质的化学式：_。该化合物的组成元素中基态原子的第一电离能最大的是_(填元素符号)。(4)磷元素的原子核外共有_种不同运动状态的电子、_种不同能级的电子。在形成PH3分子时，磷原子的中心原子轨道发生_杂化。(5)如图为某种冰的一种骨架形式，以此为单位向空间延伸。该冰中的每个水分子有_个氢键；在气相中NH3易与H2O通过氢键以加合物形式存在，试写出加合物NH3H2O的结构式：_。答案(1)4s24p35(2)abc(3)NH4NO3N(4)155sp3(5)2或解析(1)As是元素周期表第四周期第A族元素，因此价电子排布式为4s24p3。根据价层电
6、子对互斥理论，AsCl5的价层电子对数n(55)5，则价层电子对空间构型和分子空间构型均为三角双锥形，分子中含有完全等同的5对成键电子对。(2)同主族元素从上到下随着电子层数的增多，电负性依次减小，气态氢化物的稳定性依次减弱，a、b正确。氮、磷、砷原子半径依次增大，则NH、PH、AsH键的键长依次增大；N、P、As的电负性依次减小，其电负性越来越接近H的电负性，因此NH、PH、AsH键的极性依次减弱。P4分子是由4个磷原子构成的空心正四面体，键角为60，d错误。(3)N的最高价态为5价，最低价态为3价，氮元素同时显示最高化合价和最低化合价的盐为NH4NO3。N、O为同周期相邻元素，由于氮原子最
7、外层2p电子达到半充满状态，结构比较稳定，因此第一电离能NO。H为第A放元素，比较容易失去原子核外的1个电子，因此第一电离能较小，因此三种元素第一电离能最大的是N。(4)氮元素原子的核外共有15个电子，其每一个电子的运动状态都不相同，故共有15种不同运动状态的电子。氮原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，因此共有1s、2s、2p、3s、3p五个能级。(5)在冰的晶体结构中，每个水分子与周围4个水分子形成氢键，因此每个水分子形成的氢键数目为2个。2锂磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu4O(PO4)2，可通过下列反应制备：2Na3PO44CuSO42NH3H2O=Cu4O(PO4)
8、23Na2SO4(NH4)2SO4H2O(1)写出基态Cu2的核外电子排布式：_，上述方程式中涉及到的N、O元素第一电离能由小到大的顺序为_。(2)PO的空间构型是_。(3)与NH3互为等电子体的分子、离子有_、_(各举一例)。(4)氨基乙酸铜的分子结构如图1，碳原子的杂化方式为_。(5)在硫酸铜溶液中加入过量KCN，生成配合物Cu(CN)42，则1 mol Cu(CN)42中含有的键的数目为_。(6)Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图2所示，则该化合物的化学式为_。答案(1)Ar3d9ON(2)正四面体(3)PH3或AsH3H3O或CH(4)sp3、sp2(5)8NA(
9、6)CuH解析(1)铜是29号元素，二价铜离子核外有27个电子，根据构造原理写出其核外电子排布式，铜最外层有1个电子。(2)PO中P原子的价层电子对4(5342)4，且不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体。(3)根据原子数和价电子数分别相等的两种微粒互为等电子体，可以写出等电子体的分子和离子分别为PH3或AsH3、H3O或CH。(4)氨基乙酸铜的分子中一种碳有碳氧双键，碳的杂化方式为sp2杂化，另一种碳周围都是单键，碳的杂化方式为sp3杂化。(5)在Cu(CN)42中，一个CN中含有1个键，每个CN和Cu间有1个键。(6)铜原子个数32126，H原子个数1366，则其化学式为CuH。3钛被称
10、为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：回答下列问题：(1)基态钛原子的价电子排布图为_，其原子核外共有_种运动状态不相同的电子，金属钛晶胞如图1所示，为_堆积(填堆积方式)。(2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为37 ，沸点为136 ，可知TiCl4为_晶体。(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图2。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是_。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为_。(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子，结构如图3所示。该阳离子Ti与O的原子数之比为_，其化学式为_。(5)钙钛矿晶体的结构如图4
11、所示。钛离子位于立方晶胞的顶角，被_个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被_个氧离子包围，钙钛矿晶体的化学式为_。答案(1) 22六方最密(2)分子(3)化合物乙分子间形成氢键NOC(4)11TiO2(或TiO n 2n)(5)612CaTiO3解析(1)Ti原子价电子为3d、4s上的电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态；该晶体为六方最密堆积。(2)分子晶体熔、沸点较低。(3)氢键的存在导致物质熔、沸点升高；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第A族、第A族元素第一电离能大于其相邻元素。(4)每个O原
12、子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用，利用均摊法计算二者原子个数之比；Ti元素为4价、O元素为2价，据此书写其化学式。(5)钛离子位于立方晶胞的顶角，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则计算各原子个数，从而确定化学式。4元素周期表第四周期中共有18种元素，请回答下列有关问题。(1)金属钒(V)在材料科学上有重要作用，被称为“合金的维生素”，基态钒原子的价电子排布式为_，第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。但Ga的第一电离能却明显低于Zn
13、的，原因是_。(2)已知四溴化锗是电子工业中的一种常用试剂，其熔点为26.1 ，沸点为186 ，则GeBr4晶体的类型为_，中心原子的杂化类型为_。(3)第四周期AA族的元素中，电负性由大到小的顺序为_(用元素符号表示)。(4)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是_(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为a pm，金属铜的密度为 gcm3，则阿伏加德罗常数可表示为_ mol1(用含a、的代数式表示)。答案(1)3d34s2Zn的价电子层处于全充满状态，较稳定(2)分子晶体sp3(3)BrSeAs(4)b1030解析(1)Ga的基态原子价电子排布式
14、为4s24p1，锌的为3d104s2，前者的4p1为不稳定结构，而后者的4s2为稳定结构，故前者的第一电离能较小。(2)由GeBr4的熔、沸点知其晶体类型为分子晶体，GeBr4中锗形成四个单键，故其为sp3杂化。(3)同周期主族元素的电负性随原子序数的增大而增大。(4)a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”，1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”，则“花球”与“白球”的个数比为12；同理可分析b图，其中“花球”与“白球”的个数比为13，则b图所表示的物质的化学式为AX3。根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子，所以1 mol该晶胞含4 mol铜原子，1 mol 该晶胞的体积是NA(a
15、1010)3 cm3，则有1030 NAa34 mol64 gmol1。5氮、氧、磷、铁是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题：(1)P的基态原子核外电子具有的原子轨道数为_，Fe3比Fe2稳定的原因是_。(2)N、O、P三种元素第一电离能最大的是_，电负性最大的是_。(3)含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3的常用试剂，SCN中C原子的杂化类型为_，1 mol的SCN中含键的数目为_NA。(4)某直链多磷酸钠的阴离子呈如图1所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶点的氧原子相连，则该多磷酸钠的化学式为_。图1图2(5)FeO、NiO的晶体结构与NaCl晶体结构相同，其中Fe2与Ni
16、2的离子半径分别为7.8102 nm、6.9102 nm，则熔点FeO_(填“”、“”或“”)NiO，原因是_。(6)磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为_ cm(用含a的代数式表示)。答案(1)9Fe3的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，结构稳定(2)NO(3)sp2(4)NaPO3(5)FeO和NiO相比，阴离子相同，阳离子所带电荷相同，但亚铁离子半径大于镍离子，所以FeO晶格能小，熔点低(6)解析(1)P的基态原子核外电子具有的原子轨道为1个1s、1个2s、3个2p、1个3s、3个3p；轨道中电子处于半满、全满、全
17、空时该微粒最稳定。(2)同一周期元素，元素的电负性随着原子序数增大而增大，其第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第A族、第A族第一电离能大于其相邻元素，同一主族元素第一电离能、电负性随着原子序数增大而减小。(3)含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3的常用试剂，SCN中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断C原子的杂化类型，1个SCN中键个数为2。(4)由链状结构可知每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为5价，以此判断形成的化合物的化学式。(5)离子晶体熔、沸点与晶格能成正比，晶格能与离子比较成反比、与电荷成正比。(6)P原子与B原子的最近距离为a cm，为晶胞体对角线长的，晶胞体对角线长等于棱长的倍，则晶胞棱长 cm cm。
