1、课时作业(四十六)物质结构与性质的综合作用1(2019黑龙江哈尔滨统考)(1)三聚氰胺中六元环结构与苯环类似，它与硝基苯的相对分子质量之差为3，三聚氰胺的熔点为354 ，硝基苯的熔点是5.7 。三聚氰胺中，环上与环外的氮原子杂化轨道类型分别为_。导致三聚氰胺与硝基苯熔点相差很大的根本原因是_。(2)一定条件下，碳、氮两种元素可形成一种化合物，该化合物可作耐磨材料，其熔点_(填“高于”“低于”或“无法判断”)金刚石的熔点。(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。则铁镁合金的化学式为_，若该晶胞的参数为d nm，则该合金的密度为_(不必化简，用NA表示阿伏加德罗
2、常数)。解析(1)三聚氰胺中环上、环外氮原子分别形成了2个键、3个键，均还有一个孤电子对，故价层电子对数分别为3、4，杂化轨道类型分别为sp2、sp3。三聚氰胺中存在NH键，分子间能形成氢键，导致熔点升高，硝基苯分子间不能形成氢键，故熔点较低。(2)因氮的原子半径小于碳的原子半径，故键能：CNCC，因而金刚石的熔点较低。(3)依据均摊规则，晶胞中共有4个铁原子，8个镁原子，故化学式为Mg2Fe，一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”，其质量为104 g g,1 nm107 cm，体积为1021d3 cm3，由此可求出其密度。答案(1)sp2、sp3三聚氰胺分子间能形成氢键，但硝基苯分子间不能形成氢键
3、(2)高于(3)Mg2Fe gcm3(或其他合理答案)2(2018河南八市二模)针对氮族元素中的N、P、As三种非金属元素回答下列相关问题。(1)基态砷原子的价电子排布式为_，同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是_(填元素符号)。(2)雄黄(As4S4)是很多人熟悉的一种物质，其分子结构如图所示，分子中所有原子最外层均达到8电子结构。分子中含有的键的数目是_，表示的原子是_，该原子的杂化形式是_。(3)硝酸的沸点较低，从氢键的角度推断其可能的原因是_。硝酸根的空间构型是_。(4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积，每个分子周围紧邻的分子有_个。若白磷晶体晶胞的棱长为y pm
4、，阿伏伽德罗常数的数值用NA表示，则白磷晶体的密度为_gcm3。解析(1)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3，其未成对电子数是3个，同周期元素原子中与其含有相同数目未成对电子的是V、Co(它们的价电子排布分别为3d34s2和3d74s2)。(2)由雄黄(As4S4)的分子结构示意图可知，其分子中含有的键的数目是10，表示的原子与相邻的原子形成3个共价键，所以该原子是砷，每个砷原子还有1个孤电子对，所以该原子的杂化形式是sp3杂化。(3)硝酸的沸点较低，从氢键的角度推断其可能的原因是：硝酸中存在分子内氢键。硝酸根中氮原子的杂化类型是sp2杂化，氮原子形成了3个键，所以其空间构型是平面三角形。
5、(4)白磷(P4)晶体中分子堆积方式属于分子密堆积，类比金属晶体中金属原子的密堆积，可知每个分子周围紧邻的分子有12个。密堆积可能是面心立方堆积也可能是六方堆积，每个晶胞中有4个白磷分子，白磷晶体晶胞的棱长为y pm，阿伏伽德罗常数的数值用NA表示，则NA个晶胞的质量和体积分别是496 g和NA(y1010)3 cm3，则白磷晶体的密度为 gcm3。答案(1)4s24p3V、Co(2)10砷sp3杂化(3)硝酸中存在分子内氢键平面三角形(4)123(2018江西南昌二模)核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘131和铯137。碘131一旦被人体吸入，可能会引发
6、甲状腺肿大等疾病。(1)与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表：元素代号XYZ第一电离能(kJmol1)520496419基态Z原子的核外电子排布式为_。X、Y、Z三种元素形成的单质熔点由高到低的顺序为_(用元素符号表示)，其原因为_。(2)F与I同主族，BeF2是由三个原子构成的共价化合物分子，分子中中心原子Be的杂化类型为_，BeF2分子的空间构型是_。(3)Cl与I同主族，Cl具有很强的活泼性，可以形成很多含氧化合物，其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为_。(4)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示，该晶胞中含有_个
7、131I2分子，该晶体属于_(填晶体类型)。(5)KI的晶胞结构如图乙所示，每个K的配位数为_。KI晶体的密度为_ gcm3，K和I的摩尔质量分别为Mkgmol1和MIgmol1，原子半径分别为rKcm和rIcm，阿伏加德罗常数的值为NA，则KI晶胞中的空间利用率为_。解析(1)由铯的最外层电子排布式为6s1可知X、Y、Z为第A族，而A族前四周期的元素分别为H、Li、Na、K，又由提供的X、Y的第一电离能的差值与Y、Z的第一电离能的差值相差不大可知，X、Y、Z不可能有H元素，而同主族元素随着电子层数的增加，第一电离能逐渐减小，故X、Y、Z分别为Li、Na、K，则基态K原子的核外电子排布式为1s
8、22s22p63s23p64s1；由于锂、钠、钾为金属晶体，它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低，即熔点为LiNaK；(2)BeF2分子内中心原子为Be，其价电子数为2，F提供2个电子，所以Be原子的价层电子对数为(22)/22，Be原子的杂化类型为sp杂化，BeF2分子的空间构型是直线形；(3)非羟基氧原子个数越多，含氧酸的酸性越强，则含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性由强到弱的顺序为HClO4HClO3HClO2HClO。(4)由碘晶胞可知，131I2在晶胞的8个顶点和6个面上，故一个晶胞中含有4个131I2分子
9、；该晶体属于分子晶体；(5)根据晶胞结构可知KI晶胞与NaCl晶胞结构相似，每个K紧邻6个I，每个K的配位数为6；晶胞中K和I均是4个，原子半径分别为rKcm和rIcm，则晶胞的边长是2rKcm2rIcm，因此KI晶体的密度为g/cm3g/cm3，KI晶胞中的空间利用率为100%100%。答案：(1)1s22s22p63s23p64s1LiNaK锂、钠、钾为金属晶体，由于它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低(2)sp直线型(3)HClO4HClO3HClO2HClO(4)4分子(5)64(rr)NA100%/3(MkMI)或2(rr)1
10、00%/3(rkrI)34(2019河北衡水检测)化学科学的发展离不开物质结构的探索和研究。物质结构研究对于保护生态环境、实现社会的可持续发展有重要的意义。请回答下列问题：(1)基态铜原子最外层电子所占用能级的电子云轮廓图形状为_，基态硒原子的价电子排布图为_。(2)次氯酸分子的VSEPR模型名称为_，中心原子的杂化类型为_。(3)C、O、F三者的第一电离能由小到大的顺序为_。(4)CaO的熔点比BaO_(填“高”或“低”)，原因是_。(5)H2SeO4的酸性比H2SeO3强，原因是_。(6)与CN互为等电子体的离子有_(写出一种即可)。(7)Fe和S形成的某种晶胞如图所示：其中白球表示S，黑
11、球表示Fe，则该物质的化学式为_。该晶胞中硫原子的配位数为_；假设该晶胞的密度为 g/cm3，用NA表示阿伏加德罗常数，则该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为_pm.解析(1)基态Cu原子核外有4个电子层，最高能层为第四层，即N层，最外层电子为4s1电子，该能层电子的电子云轮廓图形状为球形，硒为34号元素，有6个价电子，所以硒的价层电子排布式为4s24p4，价层电子排布图为。(2)次氯酸分子中中心原子O有2对孤对电子和2个键，VSEPR模型为四面体，O原子采取sp3杂化；(3)同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，所以C、O、F元素第一电离能为COF；(4)离子晶体中离子半径越
12、小，则离子键键能越大，其晶体的晶格能越大，熔点越高，已知钙离子半径小于钡离子半径，所以CaO的熔点高于BaO；(5)H2SeO4中非羟基氧数目多，所以酸性更强，即H2SeO4的酸性比H2SeO3强；(6)将CN中C原子及1个负电荷换成1个N原子，可得等电子体N2，将N原子及1个负电荷换成1个O原子，可得等电子体CO，同理互为等电子体的离子有O或C等；(7)黑球铁处于晶胞内部，晶胞中含有4个Fe原子，白球S处于顶点和面心，晶胞中含有S原子数目为684，约成最简整数比即得化学式为FeS，根据图示，每个铁原子周围有四个硫原子，即晶胞中铁原子的配位数为4，则硫原子的配位数也为4；晶胞质量为4g，假设该
13、晶胞的边长为a cm，则(a cm)3 g/cm34g，则a，距离最近的S原子之间距离为晶胞边长的，故S原子之间距离为 cm1010pm。答案(1)球形(2)四面体型sp3 杂化(3)COF(4)高Ca2半径比Ba2小，CaO的晶格能比BaO大(5)H2SeO4和H2SeO3可用(HO)mSeOn, H2SeO4中的n值大，Se的正电性高导致SeOH中O的电子向Se偏移，在水分子的作用下更容易电离出H，所以酸性更强(或者说H2SeO4中非羟基氧数目多，所以酸性更强也可) (6)O或C(7)FeS4 10105(2019山东日照诊断)氟及其化合物用途非常广泛。回答下列问题：(1)基态氟原子的价电
14、子排布式为_。(2)C2F4可用于合成聚四氟乙烯，HBF4可用于蚀刻玻璃，NO2F可用作火箭推进剂中的氧化剂，NaAlF6可用作电冶铝的助熔剂。C2F4分子中所含共价键的类型有_，C2F4分子中碳原子的杂化轨道类型是_，聚四氟乙烯是一种准晶体，证明它不是晶体可用的实验方法是_。HF与BF3化合可得到HBF4，从价键形成角度分析HF与BF3能化合的原因_。与NO2F分子互为等电子体的非极性分子有_(写一个符合要求的化学式即可)。(3)CaF2的晶体结构如图所示。CaF2晶胞中，Ca2的配位数为_；F的配位数为_。原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知A、B两点的原子坐标参数如图所示，则
15、C点的原子坐标参数为_。晶胞参数可描述晶胞的大小和形状，CaF2晶胞的晶胞参数A546.2pm，则其密度为_(列出计算式即可)g/cm3。解析(2)C2F4分子的结构类似于乙烯，所含共价键的类型有CF间的键和CC中的键和键；C2F4分子为平面形状，碳原子的杂化轨道类型为sp2，聚四氟乙烯是一种准晶体，可以通过X射线衍射实验证明它不是晶体；BF3中硼原子有空轨道，HF中氟原子有孤对电子，两者之间可形成配位键，因此HF与BF3化合可得到HBF4；与NO2F分子互为等电子的非极性分子有BF3(或BCl3、SO3等)。(3)根据CaF2晶胞结构，每个F周围有4个距离相等且最近的Ca2，这4个钙离子构成
16、正四面体结构，F的配位数为4，在CaF2晶胞中Ca2与F的个数比为12，则Ca2的配位数为8；根据CaF2的晶体结构，氟离子分布在晶胞内，A、B原子的坐标参数依次为(0,0,0)、 (1,1,1)，氟离子分布在晶胞内，8个氟离子构成立方体结构，每侧的4个负离子所在平面距离最近的晶胞的侧面为晶胞边长的，因此C点的原子坐标参数为，；根据CaF2晶胞结构，晶胞中含有8个氟离子，则含有4个钙离子，晶胞参数A546.2pm，则其密度为g/cm3g/cm3g/cm3。答案(1)2s22p5(2)键，键sp2X射线衍射BF3中硼原子有空轨道，HF中氟原子有孤对电子，两者之间可形成配位键BF3(或BCl3、S
17、O3等)(3)84，6(2019山东济南联考)金属钛(Ti)被誉为21世纪金属，其单质和化合物具有广泛的应用价值。请回答下列问题：(1)Ti的基态原子价电子排布式为_。(2)纳米TiO2常用作下述反应的催化剂。化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有_个，化合物乙中采取sp3方式杂化的原子对应元素的电负性由大到小的顺序为_。(3)某含Ti3配合物的化学式为TiCl(H2O)5Cl2H2O，其配合物离子中含有的化学键类型是_，1 mol 该配合物中含有的键数目是_。(4)通过X射线探知KCl、MgO、CaO、TiN的晶体与NaCl的晶体结构相似，且已知其中三种离子晶体的晶格能数据如下：离子晶
18、体NaClKClCaO晶格能/(kJmol1)7867153 401KCl、MgO、CaO、TiN四种离子晶体熔点由高到低的顺序为_。(5)金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a0.469 nm，c0.295 nm，则该钛晶体的密度为_gcm3(用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可)。解析(1)Ti是22号元素，位于第四周期第B族，基态Ti原子价电子排布式是3d24s2。(2)化合物甲的分子中采取sp2方式杂化的碳原子有苯环上的6个碳原子和CO键中的碳原子，一共有7个；化合物乙中采取sp3方式杂化的原子有C、N、O，同周期
19、元素从左到右电负性逐渐增大，故电负性：ONC。(3)TiCl(H2O)5Cl2H2O中的配离子是TiCl(H2O)52，含有的化学键有极性共价键和配位键；配位键属于键，故1 mol该配合物中含有18NA个键。(4)离子带的电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔点越高。(5)根据均摊法，该晶胞含有的Ti原子数是12236，一个晶胞的体积是(2.95108)24.69108 cm3，所以晶体密度是gcm3。答案(1)3d24s2(2)7ONC(3)配位键、极性共价键18NA(4)TiNMgOCaOKCl(5)7(2019四川绵阳一诊)铁、钴、镍的性质非常相似，它们的化合物应用十分广泛。回
20、答下列问题：(1)基态铁原子的价电子排布式为_。铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是_。(2)CoCl2溶于氨水并通入空气，可从溶液中结晶出橙黄色的Co(NH3)6Cl3晶体。该配合物中配体分子的立体构型是_，其中心原子的杂化轨道类型为_。(3)铁、镍易与CO作用形成羰基配合物Fe(CO)5、Ni(CO)4，Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K，则Ni(CO)4固体属于_晶体，其中存在的化学键类型为_。(4)NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同，Ni2和Fe2的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点：NiO_FeO(填“”“”或“”)，原因是_。(5)Fe3O
21、4晶体中，O2的重复排列方式如图所示，该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半Fe3填充在正四面体空隙中，另一半Fe3和Fe2填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2数之比为_，有_%的正八面体空隙没有填充阳离子。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元，晶体密度为5.18 g/cm3，则该晶胞参数a_pm。(写出计算表达式)解析(1)铁是26号元素，基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。钴、镍的基态原子的价电子排布式分别为3d74s2、3d84s2，三种元素原子的核外未成对电子数分别为
22、4、3、2，核外未成对电子数最多的是铁。(2)在Co(NH3)6Cl3晶体中配体分子是氨分子，氨分子中N原子的价层电子对数3(531)314，含1对孤对电子，故分子构型是三角锥形，其中心N原子的杂化轨道类型为sp3。(3)Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K，熔沸点较低，因此推知Ni(CO)4的熔沸点也较低，Ni(CO)4固体属于分子晶体，存在的化学键有配位键、共价键。(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与晶格能的大小有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔点越高。由于Ni2、Fe2所带电荷数相同，Ni2的离子半径
23、小于Fe2的离子半径，所以熔点：NiOFeO。(5)如图结构中如1、3、6、7的O2围成的正四面体空隙有8个，O2数目为864，故正四面体空隙数与O2数目之比为8421；如图结构单元中每个棱心均为正八面体空隙中心，每个棱心被4个图示结构单元所共用，故1个图示结构单元中正八面体空隙数目为1214,1个结构单元中有4个O2，故有2个Fe3和1个Fe2，由题可知1个Fe3和1个Fe2填充在正八面体空隙中，即还有2个正八面体空隙没有填充阳离子，有50%的正八面体空隙没有填充阳离子。晶胞中有8个图示结构单元，1 mol晶胞的质量为8(356416) g8232 g，则晶体密度5.18 g/cm3，a1010。答案(1)3d64s2铁(或Fe)(2)三角锥形sp3(3)分子配位键、共价键(4)二者均为离子晶体，离子所带电荷数相同，离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，熔点越高(5)21501010