第15講物質結構與性質(選考)非選擇題(本題包括5個小題,共100分)1.(2017江蘇化學,21)鐵氮化合物(FexNy)在磁記錄材料領域有著廣泛的應用前景。某FexNy的制備需鐵、氮氣、丙酮和乙醇參與。(1)Fe3+基態核外電子排布式為。

(2)丙酮()分子中碳原子軌道的雜化類型是,1mol丙酮分子中含有σ鍵的數目為。

(3)C、H、O三種元素的電負性由小到大的順序為。

(4)乙醇的沸點高于丙酮,這是因為。

(5)某FexNy的晶胞如圖1所示,Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型產物Fe(x-n)CunNy。FexNy轉化為兩種Cu替代型產物的能量變化如圖2所示,其中更穩定的Cu替代型產物的化學式為。

圖1FexNy晶胞結構示意圖圖2轉化過程的能量變化答案(1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5(2)sp2和sp39mol(3)H<C<O(4)乙醇分子間存在氫鍵(5)Fe3CuN解析(1)Fe為26號元素,原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2,Fe失去3個電子變為Fe3+,核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)丙酮分子中,甲基上的碳原子為sp3雜化,羰基上的碳原子為sp2雜化;單鍵全為σ鍵,雙鍵中有一個π鍵、一個σ鍵,1mol丙酮分子中共含有9molσ鍵。(3)非金屬性:H<C<O,則電負性:H<C<O。(4)乙醇分子間可以形成氫鍵,故沸點高于丙酮。(5)由物質能量越低越穩定,結合圖2可知,Cu替代a位置Fe型產物會更穩定,根據均攤法可得,替換后的晶胞中所含銅原子個數為8×18=1,Fe原子個數為6×12=3,N原子個數為1,則該產物化學式為Fe2.M、R、X、Y為原子序數依次增大的短周期主族元素,Z是一種過渡元素。M基態原子L層中p能級電子數是s能級電子數的2倍,R是同周期元素中最活潑的金屬元素,X和M形成的一種化合物是引起酸雨的主要大氣污染物,Z的基態原子4s和3d能級半充滿。請回答下列問題:(1)R基態原子的電子排布式是,

X和Y中電負性較大的是(填元素符號)。

(2)X的氫化物的沸點低于與其組成相似的M的氫化物,其原因是

。

(3)X與M形成的XM3分子的立體構型是。

(4)M和R所形成的一種離子化合物R2M晶體的晶胞如下圖所示,則圖中黑球代表的離子是(5)在稀硫酸中,Z的最高價含氧酸的鉀鹽(橙色)氧化M的一種氫化物,Z被還原為+3價,該反應的化學方程式是

。

答案(1)1s22s22p63s1或[Ne]3s1Cl(2)H2S分子間不能形成氫鍵,H2O分子間能形成氫鍵(3)平面三角形(4)Na+(5)K2Cr2O7+3H2O2+4H2SO4K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O解析M基態原子L層中p能級電子數是s能級電子數的2倍,則電子排布為1s22s22p4,M為O。原子序數R>M,且R為金屬元素,則R位于第三周期,為本周期最活潑的金屬,R為鈉。引起酸雨的主要污染物為SO2或氮氧化物,則X為S或N,原子序數X>M,則X為S,Y的原子序數比X大,則Y為Cl。Z的基態原子4s和3d能級半充滿并結合(5)中的Z的最高價含氧酸的鉀鹽為橙色,可知Z為Cr。(1)Na的基態原子電子排布式為1s22s22p63s1或[Ne]3s1,元素非金屬性越強,電負性越大,非金屬性Cl>S。(2)X的氫化物為H2S,M的氫化物為H2O,H2O分子間可以形成氫鍵,沸點高于H2S。(3)XM3為SO3,根據VSEPR可知,孤電子對數為12×(6-2×3)=0為sp2(4)R2M為Na2O,黑球位于晶胞內部,共8個,白球位于頂點和面心,共8×18+6×12=4個,則N(黑球)∶N(白球)=8∶4=2∶(5)Cr的最高價含氧酸的鉀鹽有K2Cr2O7和K2CrO4,其中K2Cr2O7為橙色,K2CrO4為黃色。O的氫化物有H2O和H2O2兩種,其中H2O2既有氧化性又有還原性,則反應發生在K2Cr2O7和H2O2之間,K2Cr2O7變為Cr3+,H2O2被氧化為O2,反應在稀硫酸中發生,因此反應物為K2Cr2O7、H2O2和H2SO4,產物為K2SO4、Cr2(SO4)3、O2和H2O,根據電子得失守恒和原子守恒配平方程式。3.金屬鈦性能優越,被譽為繼Fe、Al后應用廣泛的“第三金屬”。(1)Ti基態原子的價電子排布式為。

(2)鈦能與B、C、N、O等非金屬元素形成穩定的化合物。電負性:CB(填“>”或“<”,下同);第一電離能:NO,原因是。

(3)月球巖石——玄武巖的主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)。FeTiO3與80%的硫酸反應可生成TiOSO4。SO42-的立體構型為形,其中硫原子的雜化方式為,寫出與SO(4)Ti的氧化物與CaO相互作用能形成鈦酸鹽CaTiO3,CaTiO3的晶體結構如圖1,Ti位于立方體的體心。該晶體中,Ca2+的配位數為。

圖1圖2(5)Fe能形成多種氧化物,其中FeO晶胞結構如圖2。FeO晶胞邊長為428pm,則FeO晶體的密度為g·cm-3(阿伏加德羅常數的值用NA表示,1pm=10-12m答案(1)3d24s2(2)>>N原子中的2p能級處于半充滿狀態,更穩定(3)正四面體sp3CCl4(或SiCl4、SO2Cl2等)(4)12(5)72解析(1)Ti原子核外電子數為22,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2,其價電子排布式為3d24s2。(2)同周期自左而右元素電負性增大,故電負性C>B;N原子中的2p能級處于半充滿狀態,更穩定,第一電離能高于同周期相鄰元素,第一電離能N>O。(3)SO42-中S原子孤電子對數=12×(6+2-2×4)=0,價層電子對數=4+0=4,為正四面體結構,雜化軌道數目為4,S原子雜化方式為sp3;原子數目相同、價電子總數相同的微粒互為等電子體,與SO42-互為等電子體的分子為CCl4、SiCl4、SO2Cl2等。(4)CaTiO3的晶體結構中Ti位于立方體的體心,由晶胞結構圖和化學式可知,頂點為Ca2+,面心為O2-,該晶體中每個頂點Ca2+與面心的O2-相鄰,每個頂點為8個晶胞共用,每個面為2個晶胞共用,晶體中,Ca2+周圍緊鄰O2-數目為12×(3×8)=12,即Ca2+的配位數為12。(5)FeO晶胞中含有的Fe數目為8×18+6×12=4,O原子數目為12×4.X、Y、Z、W、R、M為元素周期表中前四周期的元素,其原子序數依次增大。X與W、Z與R分別是同族元素;X原子的第一電離能小于同周期前一族元素的原子;Z元素基態原子的核外有3個未成對電子;M元素的單質化學性質穩定,耐腐蝕,其單質及合金是一種優良的航天、航空材料,M的基態原子核外有2個未成對電子。請回答下列問題:(1)NaZ3可應用于汽車安全氣囊,當汽車發生碰撞時,氣囊中的NaZ3迅速分解產生大量Z的單質氣體,從而使安全氣囊瞬間充氣彈出,減輕了乘員受到的傷害。基態Z原子價電子的電子排布圖為。與Z3-互為等電子體的分子的分子式為(寫一個即可),。

(2)W元素可形成[WF6]3-、[WCl4]-配離子,而X只能形成[XF4]-配離子,由此可知決定配合物中配位數多少的因素之一是。

(3)已知Y的最高價含氧酸根離子與Na+、K+、NH4+形成的酸式鹽溶解度都小于其正鹽的溶解度,原因是HCO3-之間以(4)R元素通常有白、紅、黑三種顏色的單質,其中最穩定的同素異形體G在通常狀態下是一種黑色有金屬光澤的晶體,G在儲能、電子和光伏發電等領域有著廣泛的應用前景,是一種比石墨烯更優秀的新型材料。晶體G具有與石墨類似的層狀結構,如圖1所示。下列有關G的說法正確的是。

A.G中R原子雜化方式為sp3雜化B.G中層與層之間的作用力是配位鍵C.與石墨類似,G的每一層中R原子都在同一平面上D.R元素三種常見的單質中,G的熔點最高圖1G的層狀結構圖2(5)M與O形成的離子晶體在自然界中存在三種形態,其中金紅石型是三種形態中最穩定的一種,其晶胞如圖2所示,則M、O配位數之比為;影響離子晶體結構類型的因素有、、鍵性因素。

答案(1)CO2(或N2O)直線形(2)中心原子(或離子)及配位原子半徑的大小(3)氫鍵(4)AD(5)2∶1幾何因素電荷因素解析根據題意,X為B元素、Y為C元素、Z為N元素、W為Al元素、R為P元素、M為Ti元素。(1)N原子核外有5個電子,基態N原子價電子的電子排布圖為;N3-的原子數為3,價電子總數為16,則與N3-互為等電子體的分子可以是CO2(或N2O),等電子體結構相似,CO2是直線形,則N3-的立體構型是直線形。(2)B3+半徑明顯小于Al3+,則Al元素可形成[AlF6]-、[AlCl4]-配離子,而B只能形成[BF4]-配離子。(3)HCO3-之間以氫鍵作用形成長鏈,減小了HCO3-與水分子之間的作用,導致NaHCO3、KHCO3、NH4HCO3的溶解度明顯小于對應的正鹽Na2CO3、K2CO3及(NH4)2CO3的溶解度。(4)由結構可知G中磷原子雜化方式為sp35.(2017海南高考,19)第ⅣA族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列問題:(1)碳的一種單質的結構如圖(a)所示。該單質的晶體類型為,原子間存在的共價鍵類型有,碳原子的雜化軌道類型為。

圖(a)圖(b)圖(c)(2)SiCl4分子的中心原子的價層電子對數為,分子的立體構型為,屬于(填“極性”或“非極性”)分子。

(3)四鹵化硅SiX4的沸點和二鹵化鉛PbX2的熔點如圖(b)所示。①SiX4的沸點依F、Cl、Br、I次序升高的原因是。

②結合SiX4的沸點和PbX2的熔點的變化規律,可推斷:依F、Cl、Br、I次序,PbX2中的化學鍵的離子性、共價性。(填“增強”“不變”或“減弱”)

(4)碳的另一種單質C60可以與鉀形成低溫超導化合物,晶體結構如圖(c)所示。K位于立方體的棱上和立方體的內部,此化合物的化學式為;其晶胞參數為1.4nm,晶體密度為g·cm-3。

答案(1)混合型晶體σ鍵、π鍵sp2(2)4正四面體非極性(3)①均為分子晶體,范德華力隨相對分子質量增大而增大②減弱增強(4)K3C60解析(1)該單質為石墨,石墨屬于混合型晶體,層內碳原子之間形成σ鍵,層間的碳原子間形成的是π鍵;石墨中每個碳原子有3個σ鍵,無孤電子對,因此雜化類型為sp2。(2)SiCl4中心原子是Si,有4個σ鍵,孤電子對數為(4-4×1)2=0,價層電子對數為4,立體構型為正四面體;屬于非極性分子。(3)①SiX4屬于分子晶體,范德華力越大,沸點越高,范德華力隨著相對分子質量的增大而增大,即沸點增高。②同主族從上到下非金屬性減弱,得電子能力減弱,因此PbX2中化學鍵的離子性減弱,共價性增強。(4)根據晶胞的結構,C60位于頂點和面心,個數為8×18+6×12=4,K位于棱上和內部,個數為12×14+9=12,因此化學式為K3C60,晶胞的質量為4×6.錳的單質及其化合物的用途非常廣泛。回答下列問題:(1)基態錳原子的核外電子排布式為,

其d能級中未成對電子數為。

(2)MnO的熔點(1650℃)比MnS的熔點(1610℃)高,它們都屬于。

(3)錳的一種配合物的化學式為Mn(BH4)2(THF)3,THF的結構簡式如圖所示。①與Mn2+形成配位鍵的原子為(填元素符號)。

②BH4-的立體構型為,其中B原子的雜化軌道類型為③寫出兩種與BH4-互為等電子體的分子或離子(4)一種磁性材料的單晶胞結構如圖所示。①該晶胞中碳原子的原子坐標為。

②Mn在晶體中的堆積方式為(填“簡單立方”“體心立方”“面心立方最密”或“六方最密”)堆積。

③若該晶胞的邊長為apm,NA表示阿伏加德羅常數的數值,則該晶體密度的表達式為ρ=。

答案(1)[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2)5(2)離子MnO的晶格能大(3)①O②正四面體sp3③CH4、SiH4(或NH4+(4)①(12,12③296NA解析(1)Mn是25號元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2;d能級有5個軌道,根據洪特規則,電子優先單獨占據一個軌道,且自旋狀態相同,因此錳元素的d能級有5個未成對電子。(2)MnO和MnS熔點很高,屬于離子晶體,O2-的半徑小于S2-,因此MnO的晶格能大于MnS,晶格能