專練57結構與性質綜合應用1．[2024·全國甲卷][化學——選修3：物質結構與性質]將酞菁—鈷鈦菁—三氯化鋁復合嵌接在碳納米管上，制得一種高效催化還原二氧化碳的催化劑。回答下列問題：(1)圖1所示的幾種碳單質，它們互為________，其中屬于原子晶體的是________，C60間的作用力是________。(2)酞菁和鈷酞菁的分子結構如圖2所示。酞菁分子中全部原子共平面，其中p軌道能供應一對電子的N原子是________(填圖2酞菁中N原子的標號)。鈷酞菁分子中，鈷離子的化合價為________，氮原子供應孤對電子與鈷離子形成________鍵。(3)氣態AlCl3通常以二聚體Al2Cl6的形式存在，其空間結構如圖3a所示，二聚體中Al的軌道雜化類型為________。AlF3的熔點為1090℃，遠高于AlCl3的192℃，由此可以推斷鋁氟之間的化學鍵為________鍵。AlF3結構屬立方晶系，晶胞如圖3b所示，F－的配位數為________。若晶胞參數為apm，晶體密度ρ＝________g·cm－3(列出計算式，阿伏加德羅常數的值為NA)。2．[2024·湖南卷]鐵和硒(Se)都是人體所必需的微量元素，且在醫藥、催化、材料等領域有廣泛應用，回答下列問題：(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一種抗癌新藥，其結構式如下：①基態Se原子的核外電子排布式為[Ar]________；②該新藥分子中有________種不同化學環境的C原子；③比較鍵角大小：氣態SeO3分子________SeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))離子(填“>”“<”或“＝”)，緣由是____________________________________。(2)富馬酸亞鐵(FeC4H2O4)是一種補鐵劑。富馬酸分子的結構模型如圖所示：①富馬酸分子中σ鍵與π鍵的數目比為________；②富馬酸亞鐵中各元素的電負性由大到小的依次為________。(3)科學家近期合成了一種固氮酶模型協作物，該物質可以在溫柔條件下干脆活化H2，將N3－轉化NHeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))，反應過程如圖所示：①產物中N原子的雜化軌道類型為________；②與NHeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))互為等電子體的一種分子為________(填化學式)。(4)鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示：①該超導材料的最簡化學式為________________________________________________________________________；②Fe原子的配位數為________；③該晶胞參數a＝b＝0.4nm、c＝1.4nm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶體的密度為____________________________g·cm－3(列出計算式)。3．[2024·山東卷]探討籠形包合物結構和性質具有重要意義。化學式為Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的籠形包合物四方晶胞結構如圖所示(H原子未畫出)，每個苯環只有一半屬于該晶胞。晶胞參數為a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°。回答下列問題：(1)基態Ni原子的價電子排布式為________，在元素周期表中位置為__________________。(2)晶胞中N原子均參加形成配位鍵，Ni2＋與Zn2＋的配位數之比為________；x∶y∶z＝________。(3)吡啶()替代苯也可形成類似的籠形包合物。已知吡啶中含有與苯類似的eq\i\pr\in(6,6,)大π鍵，則吡啶中N原子的價層孤電子對占據________(填標號)。A．2s軌道 B．2p軌道C．sp雜化軌道 D．sp2雜化軌道(4)在水中的溶解度，吡啶遠大于苯，主要緣由是①________________________________________________________________________，②________________________________________________________________________。(5)的堿性隨N原子電子云密度的增大而增加，其中堿性最弱的是________。4．[2024·河北卷]含Cu、Zn、Sn及S的四元半導體化合物(簡寫為CZTS)，是一種低價、無污染的綠色環保型光伏材料，可應用于薄膜太陽能電池領域。回答下列問題：(1)基態S原子的價電子中，兩種自旋狀態的電子數之比為________。(2)Cu與Zn相比，其次電離能與第一電離能差值更大的是________，緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)SnCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的幾何構型為________，其中心離子雜化方式為________。(4)將含有未成對電子的物質置于外磁場中，會使磁場強度增大，稱其為順磁性物質。下列物質中，屬于順磁性物質的是________(填標號)。A．[Cu(NH3)2]Cl B．[Cu(NH3)4]SO4C．[Zn(NH3)4]SO4 D．Na2[Zn(OH)4](5)如圖是硫的四種含氧酸根的結構：依據組成和結構推斷，能在酸性溶液中將Mn2＋轉化為MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))的是________(填標號)，理由是________________________________________________________________________。(6)如圖是CZTS四元半導體化合物的四方晶胞。①該物質的化學式為____________。②以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數坐標，例如圖中A原子的坐標為(eq\f(3,4)，eq\f(1,4)，eq\f(1,8))，則B原子的坐標為____________。專練57結構與性質綜合應用1．答案：（1）同素異形體金剛石范德華力（2）③＋2配位（3）sp3離子2eq\f(84×1030,NA·a3)解析：（1）同一元素形成的不同單質之間互為同素異形體。圖1所示的幾種碳單質，它們的組成元素均為碳元素，因此，它們互為同素異形體；其中金剛石屬于原子晶體，石墨屬于混合型晶體，C60屬于分子晶體，碳納米管不屬于原子晶體；C60間的作用力是范德華力；（2）已知酞菁分子中全部原子共平面，則其分子中全部的C原子和全部的N原子均為sp2雜化，且分子中存在大π鍵，其中標號為①和②的N原子均有一對電子占據了一個sp2雜化軌道，其p軌道只能供應1個電子參加形成大π鍵，標號為③的N原子的p軌道能供應一對電子參加形成大π鍵，因此標號為③的N原子形成的N—H鍵易斷裂從而電離出H＋；鈷酞菁分子中，失去了2個H＋的酞菁離子與鈷離子通過配位鍵結合成分子，因此，鈷離子的化合價為＋2，氮原子供應孤對電子與鈷離子形成配位鍵。（3）由Al2Cl6的空間結構結合相關元素的原子結構可知，Al原子價層電子對數是4，其與其四周的4個氯原子形成四面體結構，因此，二聚體中Al的軌道雜化類型為sp3。AlF3的熔點為1090℃，遠高于AlCl3的192℃，由于F的電負性最大，其吸引電子的實力最強，因此，可以推斷鋁氟之間的化學鍵為離子鍵。由AlF3的晶胞結構可知，其中含大球的個數為12×eq\f(1,4)＝3，小球的個數為8×eq\f(1,8)＝1，則大球為F－，距F－最近且等距的Al3＋有2個，則F－的配位數為2。若晶胞參數為apm，則晶胞的體積為（apm）3＝a3×10－30cm3，晶胞的質量為eq\f(84g,NA)，則其晶體密度ρ＝eq\f(84×1030,NA·a3)g·cm－3。2．答案：（1）①3d104s24p4②8③＞前者中Se為sp2雜化、后者中Se為sp3雜化（2）①11∶3②O＞C＞H＞Fe（3）①sp3②H2O（4）①KFe2Se2②4③eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4)×1021解析：（1）①Se為34號元素，依據構造原理可寫出基態Se原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4。②該物質結構對稱，具有如圖所示8種不同化學環境的C原子：。③SeO3中Se的價層電子對數為3，孤電子對數為0，SeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))中Se的價層電子對數為3，孤電子對數為eq\f(6＋2－3×2,2)＝1，故SeO3和SeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))中Se原子分別為sp2和sp3雜化，則SeO3分子中鍵角大于SeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))中鍵角。（2）①由富馬酸分子的結構模型可確定其結構簡式為，由單鍵均為σ鍵，雙鍵有1個σ鍵和1個π鍵，知該分子中σ鍵和π鍵的數目比為11∶3。②富馬酸亞鐵中含C、H、O、Fe四種元素，由電負性遞變規律可知，電負性由大到小的依次為O>C>H>Fe。（3）①產物中N原子形成4個共價鍵，則其實行sp3雜化。（4）①分析晶胞在xz、yz、xy平面的投影圖可知，占據頂點和體心位置的為K原子，故K原子個數為8×eq\f(1,8)＋1＝2，每個豎直棱上有2個Se原子，體內有2個Se原子，故Se原子個數為8×eq\f(1,4)＋2＝4，每個豎直面上有2個Fe原子，故Fe原子個數為8×eq\f(1,2)＝4，該物質的晶胞結構如圖所示：其最簡化學式為KFe2Se2。③以1號Fe原子為探討對象，2號和3號鐵原子及其對稱位置的2個Fe原子距離1號Fe原子最近，故Fe的配位數為4。③該晶胞的質量為eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA)g，體積為0.4×0.4×1.4×10－21cm3，故該晶體的密度為eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.42×1.4)×1021g·cm－3。3．答案：（1）3d84s2第4周期（第）Ⅷ族（2）2∶32∶1∶1（3）D（4）①吡啶能與H2O分子形成分子間氫鍵②吡啶和H2O均為極性分子相像相溶，而苯為非極性分子（5）解析：（1）Ni是28號元素，故基態Ni原子的價電子排布式為：3d84s2，在周期表中第四橫行第10縱列即位于第4周期第Ⅷ族。（2）由題干晶胞示意圖可知，，Ni2＋四周連接四個原子團，形成的配位鍵數目為：4，空間結構為正方形，VSEPR模型為平面四邊形，采納dsp2雜化；Zn2＋四周形成的配位鍵數目為：6，VSEPR模型為正八面體，采納sp3d2雜化，所以Ni2＋與Zn2＋的配位數之比為4∶6＝2∶3；含有CN－（小黑球N＋小白球C）為：8×eq\f(1,2)＝4，含有NH3（棱上小黑球）個數為：8×eq\f(1,4)＝2，晶胞中苯環在四個側面且每個苯環只有一半屬于該晶胞，所以苯環個數為：4×eq\f(1,2)＝2，則該晶胞的化學式為：Ni（CN）4·Zn（NH3）2·2C6H6，即x∶y∶z＝4∶2∶2＝2∶1∶1，故答案為：2∶3；2∶1∶1。（3）已知吡啶中含有與苯類似的eq\i\pr\in(6,6,)大π鍵，則說明吡啶中N原子也是采納sp2雜化，雜化軌道只用于形成σ鍵和存在孤電子對，則吡啶中N原子的價層孤電子對占據sp2雜化軌道，答案為D。（4）已知苯分子為非極性分子，H2O分子為極性分子，且吡啶中N原子上含有孤電子對能與H2O分子形成分子間氫鍵，從而導致在水中的溶解度，吡啶遠大于苯。（5）已知—CH3為推電子基團，—Cl是吸電子基團，則導致N原子電子云密度大小依次為：，結合題干信息可知，其中堿性最弱的為：。4．答案：（1）2∶1（或1∶2）（2）CuCu的價電子排布式為3d104s1，Zn的價電子排布式為3d104s2，Zn為全充溢穩定結構，Cu的第一電離能比Zn的第一電離能小，Cu失去一個電子后形成的Cu＋的價電子排布式為3d10，為全充溢穩定結構，較難失去電子，Zn失去1個電子后形成的Zn＋的價電子排布式為3d104s1，較易失去一個電子達到更穩定狀態，Cu的其次電離能比Zn的其次電離能大（3）三角錐形sp3（4）B（5）DD（S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(8))）中含有過氧鍵，具有強氧化性（6）①Cu2ZnSnS4②（eq\f(1,4)，eq\f(3,4)，eq\f(5,8)）解析：（1）基態S原子的價電子排布式為3s23p4，價電子的軌道表示式為，兩種自旋狀態的電子數之比為2∶1。（3）SnCleq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))中Sn