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,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
2、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、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
3、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)I1I2I3I4I5数值7381 4517 73310 54013 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)
4、。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
5、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
6、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
7、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
8、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)
9、。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,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
10、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,
11、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
12、)、Se(价层电子排布式为4s24p4),共3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AC
13、BZn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+的核外电子排布式为Ar3d84s1,容易失去4s能级上的这个电子。
14、(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
15、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)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+5-32=4,
16、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+1-42=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
17、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ICl,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
18、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)223213dNA1010(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
19、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+5-312=4,N原子的杂化方式为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(1
20、2,0,12)。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1,晶体的密度d gcm-3=213NA(2a10-10)3 gcm-3,所以a=223213dNA1010。4.(除标明外,每空1分)(1)BSi(硅)(2)配位Nsp3sp2(3)NHB(2分)CH3CH3(2分)低H+与H-的静电引力(4)62NAabc10-30(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
21、(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。(
22、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3116NA g,体积为2a10-10 cm2b10-10 cm2c10-10 cm=8abc10-30 cm3,则氨硼烷晶体的密度为62NAabc10-30 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+142332a2cNA(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
23、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
24、均存在配位键,故1 mol Fe(CO)5分子中含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=mV=566+142NA332a2c gcm-3=566+142332a2cNA gcm-3。2.(除标明外,每空2分)(1)(1分)(2)1s22s22p63s23p63d3或Ar3d3(3)6C、N、O(4)Cr2O333.315239NAa2b【解析
25、】(1)Cr原子的原子半径小、核电荷数大,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+148NA g=184NA g,晶胞体积为V cm3,则g-C3N4的密度为184NA gV cm3=184VNA gcm-3。
