物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題(選考)1.(2022江西八所重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)元素周期表中第四周期元素形成的化合物種類豐富。回答下列問題:(1)基態(tài)Cu原子的核外電子排布式為。

(2)K與Zn屬于同一周期,K的第一電離能小于Zn的第一電離能,原因:

。(3)Ti能形成化合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,該化合物中Ti3+的配位數(shù)為。

該化合物中不含(填字母)。

A.σ鍵 B.π鍵C.配位鍵 D.離子鍵E.極性鍵 F.非極性鍵(4)Cu2+在氨水溶液中可以形成[Cu(H2O)2(NH3)4]2+,1mol[Cu(H2O)2(NH3)4]2+中含有的σ鍵數(shù)目為(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值);配體分子NH3鍵角大于H2O的原因?yàn)椤?/p>

(5)NiO晶胞為NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖)。其中Ni2+可看成填充在O2-組成的正面體空隙中,填充率為100%。將NiO在空氣中加熱,部分Ni2+被氧化為Ni3+,成為NixO(x<1),晶體仍保持電中性,則會(huì)出現(xiàn)晶體缺陷,填充率下降。現(xiàn)有NixO晶胞的質(zhì)量為4.0×10-22g。則分別填充Ni2+、Ni3+和未填充Ni離子的空隙個(gè)數(shù)之比為。2.(2022四川射洪模擬測試)硼、氮、磷、鈷、鎳等元素的化合物在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、科技、國防建設(shè)中有著許多獨(dú)特的用途。(1)制備氮化硼(BN)的一種方法為BCl3(g)+NH3(g)BN(s)+3HCl(g)。立方氮化硼(BN)硬度大、熔點(diǎn)為3000℃,其晶體類型為。試用價(jià)層電子對(duì)互斥理論解釋BCl3的鍵角比NH3大的原因:

。

(2)磷原子在成鍵時(shí),能將一個(gè)3s電子激發(fā)到3d能級(jí)而參與成鍵,寫出該激發(fā)態(tài)磷原子的核外電子排布式:。

(3)鈷位于周期表的區(qū),鈷與NH3易形成正八面體形的[Co(NH3)6]3+配離子,試推測[CoCl2(NH3)4]+的空間構(gòu)型有種。Co可以形成六方晶系的CoO(OH),晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,該晶體的密度為

g·cm-3(用代數(shù)式表示)。3.(2022陜西西安六區(qū)聯(lián)考三)2021年7月4日,“神舟十二號(hào)”航天員圓滿完成出艙任務(wù)。“神舟十二號(hào)”制作材料中包含了Cu、Ga、Ni、Xe等多種元素。回答下列問題:(1)基態(tài)銅的價(jià)層電子排布式為。

(2)Xe是第五周期的稀有氣體元素,與F形成的XeF2在室溫下易升華。XeF2中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為。

(3)含有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子的配體與同一中心離子(或原子)通過螯合配位成環(huán)而形成的配合物稱為螯合物。Ni2+的一種螯合物結(jié)構(gòu)如圖所示,1mol該配合物中通過螯合作用形成的配位鍵有mol。

(4)鎳基合金儲(chǔ)氫的研究已取得很大進(jìn)展。如圖是一種鎳基合金儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。該合金儲(chǔ)氫后,H2與Ni的物質(zhì)的量之比為。

(5)①氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu),氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以相結(jié)合,氮化鎵屬于晶體。

②氮化鎵為立方晶胞,氮化鎵的密度為dg·cm-3。列出計(jì)算氮化鎵晶胞邊長a的表達(dá)式:a=cm。

4.(2022青海西寧二模)氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)是第三代半導(dǎo)體材料。(1)基態(tài)Ga原子的核外電子排布式為。Ga、N和O的第一電離能由小到大的順序?yàn)椤?/p>

(2)GaCl3的熔點(diǎn)為77.9℃,氣體在270℃左右以二聚物存在,GaF3的熔點(diǎn)為1000℃;GaCl3的熔點(diǎn)低于GaF3的原因?yàn)?/p>

。

(3)GaCl3·xNH3(x=3,4,5,6)是一系列化合物,向含1molGaCl3·xNH3的溶液中加入足量AgNO3溶液,有難溶于稀硝酸的白色沉淀生成;過濾后,充分加熱濾液,有4mol氨氣逸出,且又有上述沉淀生成,兩次沉淀的物質(zhì)的量之比為1∶2。①NH3的VSEPR模型名稱為。

②能準(zhǔn)確表示GaCl3·xNH3結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為。

(4)與鎵同主族的硼(B)具有缺電子性,硼砂(四硼酸鈉Na2B4O7·10H2O)中B4O72-是由兩個(gè)H3BO3和兩個(gè)[B(OH)4]-縮合而成的雙六元環(huán),應(yīng)寫成[B4O5(OH)4]2-的形式,結(jié)構(gòu)如圖所示,則該離子中存在的作用力有(填字母),BA.離子鍵 B.極性鍵C.氫鍵 D.范德華力E.配位鍵(5)氮化鎵的晶胞如圖所示,Ga原子與N原子半徑分別為apm和bpm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶胞密度為cg·cm-3,則該晶胞的空間利用率為(已知空間利用率為晶胞內(nèi)原子體積占晶胞體積的百分比)。

5.(2022內(nèi)蒙古呼倫貝爾滿洲里三模)三氯異氰尿酸是一種極強(qiáng)的氧化劑和氯化劑,具有高效、廣譜、較為安全的消毒作用。三氯異氰尿酸之所以有殺菌、消毒功能,是因?yàn)槿犬惽枘蛩崛苡谒苎杆偕纱温人?化學(xué)方程式如圖:2+6H2O++6HClO回答下列問題:(1)Cl的基態(tài)原子核外電子排布式為。在三氯異氰尿酸分子中,C和N原子的雜化類型分別為、,基態(tài)C和N原子的核外未成對(duì)電子數(shù)較多的是。

(2)苯分子中有6個(gè)C原子,每個(gè)C原子有一個(gè)2p軌道參與形成大π鍵,可記為Π66(右下角“6”表示6個(gè)原子,右上角“6”表示6個(gè)共用電子),則氰尿酸分子中存在的大π鍵可表示為(3)設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。1mol異氰尿酸分子中σ鍵的數(shù)目為,π鍵的數(shù)目為。HClO分子屬于(填“極性”或“非極性”)分子,其立體構(gòu)型為。

(4)異氰尿酸分子和氰尿酸分子的熔點(diǎn)都高于三氯異氰尿酸分子的熔點(diǎn),其原因是

。

(5)CO2的綜合利用有利于“碳中和”,CO2分子在晶體中的堆積方式如圖所示,該晶體為面心立方最密堆積結(jié)構(gòu),晶胞邊長為apm,則該晶體的密度ρ=g·cm-3(列出計(jì)算式,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

6.(2022寧夏石嘴山適應(yīng)性測試)磷及其化合物在電池、催化等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。黑磷與石墨類似,也具有層狀結(jié)構(gòu)(如圖1)。為大幅度提高鋰電池的充電速率,科學(xué)家最近研發(fā)了黑磷—石墨復(fù)合負(fù)極材料,其單層結(jié)構(gòu)俯視圖如圖2所示。圖1圖2回答下列問題:(1)Li、C、P三種元素中,電負(fù)性最小的是(用元素符號(hào)作答)。

(2)基態(tài)磷原子的電子排布式為;第三周期中第一電離能比P大的元素有種。

(3)圖2中,黑磷區(qū)P原子的雜化方式為;石墨區(qū)C原子的雜化方式為。

(4)P和B的溴化物在水中的溶解度:PBr3(填“>”或“<”)BBr3,原因是

。

(5)根據(jù)圖1和圖2的信息,下列說法正確的有(填字母)。

A.黑磷區(qū)P—P的鍵能不完全相同B.黑磷與石墨都屬于混合型晶體C.由石墨與黑磷制備該復(fù)合材料的過程是物理變化D.單層復(fù)合材料中,P原子與C原子之間的作用力屬于范德華力(6)貴金屬磷化物Rh2P可用作電解水的高效催化劑,其立方晶胞如圖所示。已知晶胞參數(shù)為anm,晶體中與P距離最近的Rh的數(shù)目為,晶體的密度為g·cm-3(列出計(jì)算式)。

答案和解析1.答案(1)1s22s22p63s23p63d104s1(2)Zn原子半徑小,且價(jià)電子排布為全充滿結(jié)構(gòu),第一電離能更大(3)6BF(4)22NANH3中心N原子只有一對(duì)孤電子對(duì),H2O中心O原子有兩對(duì)孤電子對(duì),孤電子對(duì)越多,鍵角越小(5)八1∶2∶1解析(1)已知Cu是29號(hào)元素,則基態(tài)Cu原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。(2)K與Zn都是第四周期的元素,二者屬于同一周期,但K的第一電離能小于Zn的第一電離能,這是因?yàn)閆n的原子序數(shù)大,原子半徑小,且價(jià)電子排布為全充滿結(jié)構(gòu),第一電離能更大。(3)Ti能形成化合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,該化合物中Ti3+的周圍共有6個(gè)配位鍵,6個(gè)配體,則其配位數(shù)為6,該化合物中存在[TiCl(H2O)5]2+與Cl-之間的離子鍵,[TiCl(H2O)5]2+內(nèi)部Ti3+與Cl-、H2O之間的配位鍵,H2O中H—O之間的極性共價(jià)鍵,配位鍵和H2O中的極性鍵均為σ鍵,故不含π鍵和非極性鍵。(4)設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。1個(gè)H2O內(nèi)含2個(gè)σ鍵,1個(gè)NH3含3個(gè)σ鍵,同時(shí)每個(gè)H2O、NH3與中心Cu原子之間形成1個(gè)配位鍵,也屬于σ鍵,故1mol該配離子中含有σ鍵個(gè)數(shù)=(2×2+3×4+6)mol=22mol,即22NA;NH3中心N原子只含1對(duì)孤電子對(duì),而H2O中心O原子含2對(duì)孤電子對(duì),孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力,故H2O鍵角小于NH3。(5)由題圖可知,氧離子在棱上和體心,所以Ni2+填充在由O2-構(gòu)成的正八面體空隙中;依據(jù)晶胞結(jié)構(gòu),Ni2+數(shù)目為8×18+6×12=4,O2-數(shù)目為12×14+1=4,當(dāng)出現(xiàn)晶體塌陷后,晶胞質(zhì)量為4.0×10-22g,M(NixO)=4.0×10-22g×NAmol-1≈241g·mol-1,故此時(shí)晶體的化學(xué)式為Ni3O4,有一個(gè)Ni2+所在的空隙塌陷,依據(jù)化合價(jià)可知,N(Ni2+)∶N(Ni3+)=1∶2,外加塌陷的空隙,填充Ni2+、Ni3+和未填充Ni離子的空隙個(gè)數(shù)之比為1∶22.答案(1)原子晶體NH3的中心原子N上有一對(duì)孤電子對(duì)而BCl3沒有,孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的斥力(2)1s22s22p63s13p33d1(3)d22解析(1)立方氮化硼(BN)硬度大、熔點(diǎn)為3000℃,應(yīng)為原子晶體;B原子的價(jià)電子數(shù)為3,所以在BCl3分子中,B原子沒有孤電子對(duì),N原子的價(jià)電子數(shù)為5,所以在NH3中,N原子有一對(duì)孤電子對(duì),孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)的斥力,所以BCl3的鍵角比NH3大;(2)基態(tài)P原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p3,將一個(gè)3s電子激發(fā)到3d能級(jí)后,核外電子排布為1s22s22p63s13p33d1;(3)Co元素位于第四周期Ⅷ族,屬于d區(qū);[Co(NH3)6]3+為正八面體結(jié)構(gòu),[CoCl2(NH3)4]+即兩個(gè)Cl-取代兩個(gè)NH3分子的位置,有相鄰和相對(duì)兩種不同情況,所以[CoCl2(NH3)4]+的空間構(gòu)型有2種;晶胞中O原子的個(gè)數(shù)為4,化學(xué)式為CoO(OH),所以一個(gè)晶胞中有2個(gè)CoO(OH)單元,則晶胞的質(zhì)量為92×2NAg,晶胞底面為邊長為apm的菱形,所以底面積為32a2pm2,高為cpm,則體積為32a2cpm3=32a2c×10-30cm3,所以密度為3.答案(1)3d104s1(2)5(3)4(4)3∶5(5)①共價(jià)鍵原子②3解析(1)銅元素的原子序數(shù)為29,核外電子數(shù)為29,根據(jù)能量最低原理和洪特規(guī)則寫出基態(tài)銅原子核外電子排布式:1s22s22p63s23p63d104s1,價(jià)電子排布式為3d104s1。(2)XeF2中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=8+2×1(3)Ni提供空軌道,N原子提供孤電子對(duì),故1mol該配合物中通過螯合作用形成的配位鍵有4mol。(4)晶胞中H2分子位于面上和棱上,所以H2分子數(shù)目=2×12+8×14=3,Ni原子在面上和體內(nèi),所以Ni原子數(shù)目=1+8×12=5,二者物質(zhì)的量之比為3(5)由于氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu),所以氮化鎵為原子晶體,原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合在一起;GaN晶胞中,Ga位于頂點(diǎn)和體內(nèi),所以含有Ga原子數(shù)目=1+8×18=2,N原子位于棱上和體內(nèi),所以含有N原子數(shù)目=1+4×14=2,所以晶胞密度ρ=mV=2×84NA×a3g·cm4.答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1Ga<O<N(2)氟化鎵是離子晶體,氯化鎵是分子晶體,離子晶體的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分子晶體(3)①四面體結(jié)構(gòu)②[Ga(NH3)4Cl2]Cl(4)BEsp3和sp2(5)43π解析(1)鎵是31號(hào)元素,故其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1;Ga是金屬元素,其第一電離能最小,氮元素的電子排布式為1s22s22p3,2p能級(jí)半充滿,較穩(wěn)定,所以第一電離能O<N,故Ga、N和O的第一電離能由小到大的順序?yàn)镚a<O<N。(2)氟化鎵是離子晶體,氯化鎵是分子晶體,離子晶體的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于分子晶體。(3)中心原子N的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5+1×32=4,故NH3的VSEPR模型名稱為四面體結(jié)構(gòu);加入足量AgNO3溶液,有沉淀生成,說明有氯離子;過濾后,充分加熱濾液,使配位鍵斷裂,產(chǎn)生NH3和Cl-,有4mol氨氣逸出,Cl-與Ag+生成沉淀,兩次沉淀的物質(zhì)的量之比為1∶2,則有配位鍵的Cl-與沒有配位鍵的Cl-的個(gè)數(shù)比為2∶1,Ga3+配位數(shù)為6,則該溶液中溶質(zhì)的化學(xué)式為[Ga(NH3)4Cl(4)由[B4O5(OH)4]2-的結(jié)構(gòu)可知,上下兩個(gè)B原子周圍有四個(gè)化學(xué)鍵,但是B原子最外層只有三個(gè)電子,可以與三個(gè)氧原子形成σ鍵,多余的一個(gè)化學(xué)鍵是硼原子提供空軌道,氧原子提供孤電子對(duì)形成的配位鍵,故上下兩個(gè)硼原子為sp3雜化;左右兩個(gè)硼原子周圍有三個(gè)化學(xué)鍵,均為極性共價(jià)單鍵,故左右兩個(gè)硼原子為sp2雜化。(5)由題圖可知,晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)有8個(gè)鎵原子,還有1個(gè)鎵原子全部屬于該晶胞,故該晶胞擁有的鎵原子個(gè)數(shù)為8×18+1=2,晶胞的4個(gè)棱中有4個(gè)氮原子,還有1個(gè)氮原子全部屬于該晶胞,故該晶胞擁有的氮原子個(gè)數(shù)為4×14+1=2,則該晶胞的空間利用率為43π(a5.答案(1)[Ne]3s23p5sp2sp3N(2)Π66(3)12NA3NA極性(4)異氰尿酸分子和氰尿酸分子的分子間存在氫鍵,而三氯異氰尿酸分子間不能形成氫鍵(5)176a3N解析(1)Cl的原子序數(shù)是17,其基態(tài)原子核外電子排布式為[Ne]3s23p5。在三氯異氰尿酸分子中,C是不飽和碳原子,屬于sp2雜化,N全部形成單鍵,N原子的雜化類型為sp3,基態(tài)C和N原子的核外未成對(duì)電子數(shù)分別是2、3,因此核外未成對(duì)電子數(shù)較多的是N。(2)氰尿酸分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和苯環(huán)結(jié)構(gòu)是類似的,則氰尿酸分子中存在的大π鍵可表示為Π6(3)設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。單鍵都是σ鍵,雙鍵中也含有1個(gè)σ鍵,根據(jù)異氰尿酸分子的結(jié)構(gòu)簡式可知,1mol異氰尿酸分子中σ鍵的數(shù)目為12NA,雙鍵中也含有1個(gè)π鍵,π鍵的數(shù)目為3NA。HClO分子的結(jié)構(gòu)式為H—O—Cl,結(jié)構(gòu)不對(duì)稱,屬于極性分子,中心原子氧含有2對(duì)孤電子對(duì),其立體構(gòu)型為V形。(4)由于異氰尿酸分子和氰尿酸分子的分子間存在氫鍵,而三氯異氰尿酸分子間不能形成氫鍵,所以異氰尿酸分子和氰尿酸分子的熔點(diǎn)都高于三氯異氰尿酸分子。(5)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知,含有二氧化碳分子的個(gè)數(shù)是8×18+6×12=4,晶胞邊長為apm,所以