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适用于老高考旧教材2024版高考化学二轮复习选修3物质结构与性质选考试题（附解析）
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这是一份适用于老高考旧教材2024版高考化学二轮复习选修3物质结构与性质选考试题（附解析），共16页。试卷主要包含了配合物顺铂，257 7等内容，欢迎下载使用。
1.(2023·内蒙古赤峰模拟)离子液体是指室温或接近室温时呈液态,而本身由阴、阳离子构成的化合物。GaCl3和氯化-1-乙基-3-甲基咪唑(,简称EMIC)混合形成的离子液体被认为是21世纪理想的绿色溶剂。请回答下列问题:
(1)请写出基态Ga原子的核外电子排布式: ,同周期主族元素中基态原子未成对电子数与Ga相同的是 (填元素符号,下同)。
(2)EMIC阳离子中的几种元素电负性由大到小顺序为 。
(3)EMIC中碳原子的杂化类型为 。
(4)已知分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表大π键中的电子数,则EMIC中大π键可表示为 。
(5)GaCl3熔点为77.8 ℃,GaF3熔点高于1 000 ℃,其原因是 。
(6)某种Ga的氧化物晶胞结构如图所示。O2-以六方密堆积形成晶胞,Ga3+位于由A、B、C、D四个O2-围成的四边形的中心,但晶胞中只有的四边形中心位置占据了Ga3+,另外的位置空置。
①Ga3+位于O2-围成的 面体空隙中。
②若该晶胞的体积为V cm3,用NA表示阿伏加德罗常数的值,该氧化物晶体密度为 g·cm-3。
2.(2023·宁夏银川一模)我国在新材料领域研究的重大突破,为“天宫”空间站的建设提供了坚实的物质基础。“天宫”空间站使用的材料中含有B、C、N、Ni、Fe等元素。请回答下列问题:
(1)下列不同状态的硼中,失去一个电子需要吸收能量最多的是 (填字母,下同),用光谱仪可捕捉到发射光谱的是 。
(2)B、C、N的第一电离能由大到小的顺序是 ,氮可形成多种氢化物,其中NH3的VSEPR模型名称是 ,N2H4中N原子杂化类型是 。
(3)H2O中H—O—H的键角 (填“>”“<”或“=”)S中O—S—O的键角。
(4)镍的某种氧化物常用作催化剂,其晶胞有如图结构特征:镍离子形成面心立方结构,氧离子填充在镍离子构成的八面体空隙中,填充率为100%。
①从该晶胞中能分割出来的结构图有 (填字母)。
②已知该晶体密度为ρ g·cm-3,NA为阿伏加德罗常数的值。该晶胞中镍离子周围与其等距离且最近的镍离子有 个,该距离为 pm(用含ρ和NA的代数式表示)。
3.(2023·陕西安康二模)磷是重要的生命元素之一,存在于细胞、蛋白质、骨骼和牙齿中。回答下列问题:
(1)基态P原子核外电子占据的原子轨道数为 。
(2)白磷与足量热的NaOH溶液反应产生磷化氢(PH3)和次磷酸钠(NaH2PO2),其反应的化学方程式为P4+3NaOH(热,浓)+3H2O3NaH2PO2+PH3。白磷(P4)中P的杂化类型为 ,次磷酸(H3PO2)的结构式为 ,次磷酸钠中各元素的电负性由大到小的顺序是 ,写出一种与PH3互为等电子体的离子 (填微粒符号)。
(3)PH3与过渡金属Pt形成的一种配合物
PtCl2(PH3)2比PtCl2(NH3)2稳定的原因是 。
(4)磷酸聚合可以生成链状多磷酸或环状多磷酸。其中环状多磷酸是由3个或3个以上磷氧四面体通过共用氧原子环状连接而成,常见的三聚环状多磷酸结构如图1所示,则n聚环状多磷酸的通式为 (用含n的式子表示)。
图1
(5)磷化铝熔点为2 000 ℃,其结构与晶体硅类似,磷化铝晶胞结构如图2所示,晶胞中磷原子空间堆积方式为 ,已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,则最近的Al和P原子间的核间距为 pm(用NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。
图2
4.(2023·陕西宝鸡市二模)配合物顺铂
[Pt(NH3)2Cl2]是临床使用的第一代铂类抗癌药物,其抗癌机理是在Cu转运蛋白的作用下,顺铂进入人体细胞发生水解,生成的Pt(NH3)2(OH)Cl与DNA结合,破坏DNA的结构阻止癌细胞增殖,如图1所示:
图1
(1)基态Cu原子价层电子排布图为 ,Cu属于 区元素。
(2)①鸟嘌呤分子中所含第二周期元素第一电离能由大到小的顺序为 (填元素符号)。
②在Pt(NH3)2Cl2中,配体与铂(Ⅱ)的结合能力:Cl (填“>”或“<”)NH3。
③与NH3互为等电子体的分子和离子有 、 (各举一例)。
(3)碳铂是1,1-环丁烷二羧酸二氨基合铂(Ⅱ)的简称,属第二代铂族抗癌药物,其毒副作用低于顺铂。碳铂的结构如图2所示:
图2
①碳铂中含有的作用力有 (填字母)。
A.极性共价键 B.非极性共价键 C.配位键
D.离子键 E.金属键 F.σ键 G.π键
②碳铂分子中采用sp3和sp2杂化的原子个数比为 。
(4)已知顺铂和反铂互为同分异构体,二者的结构和性质如下表。
①推测Pt(NH3)2Cl2中Pt的杂化轨道类型不是sp3,依据是 。
②顺铂在水中的溶解度大于反铂的原因是 。
(5)铂晶胞为正方体,晶胞参数为a pm,晶胞结构如图3所示:
图3
①晶胞中铂(Pt)原子的配位数为 。
②紧邻的两个Pt原子的距离为 pm,晶体的摩尔体积Vm= cm3·ml-1(用含a的代数式表示,设阿伏加德罗常数的值为NA,单位物质的量的物质所具有的体积叫做摩尔体积)。
5.(2023·四川成都一诊)含银卤化物胶片是摄影中常用的感光材料。请回答下列问题:
(1)卤化银AgX(X为Cl、Br)曝光后会产生Ag(黑色粉末)和X2。基态Br原子的价层电子排布式为 。
(2)加入显影剂(如等),使潜影银核中的AgX进一步还原为Ag。中(除H外)所含元素的第二电离能最大的是 (填元素符号);该物质能溶于冷水,原因是 。
(3)用Na2S2O3溶解胶片上多余的AgCl、AgBr,形成可溶的直线形配离子[Ag(S2O3)2]3-,从而定影.S2的VSEPR模型为 ,[Ag(S2O3)2]3-中中心Ag+的杂化轨道类型为 ,其中配位时给出孤电子对能力较强的是 (填“S”或“O”)。
(4)电解法可回收银单质。Ag单质为面心立方最密堆积,晶胞参数为c pm,则银原子的半径r1= pm。
(5)AgCl晶胞如图,晶胞参数为a pm。AgCl晶体中Ag+的配位数为 ;已知Cl-的离子半径为b pm,Cl-之间不相切,则AgCl晶体中Ag+的离子半径r2= pm。
6.(2023·江西赣州一模)碳元素是形成化合物最多的元素,碳及其化合物构成了丰富多彩的物质世界。回答下列问题:
(1)基态碳原子的电子占据的最高能级电子云形状为 ,与碳元素同主族的第四周期元素基态原子的价层电子排布式为 。
(2)CH3CH2OH是常见的含碳化合物,其组成元素的电负性从大到小的顺序为 ,该分子中具有孤电子对的原子是 。
(3)碳酸盐是构成岩石、土壤等的主要成分,其阴离子C的空间构型为 。已知碳酸镁的热分解温度比碳酸钙低,试解释原因: 。
(4)在碳酸氢盐中,存在阴离子HC的多聚链状结构(其结构单元如图),连接结构单元的主要作用力是氢键,请在下图中前后各连接一个结构单元,该结构中,碳原子杂化方式为 。
(5)一种碳化钨晶体的晶胞结构如图,若晶胞的高为b pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为ρ g·cm-3,则晶胞底面六边形的边长为 pm(列出计算式)。
B组 能力提升练
1.(2023·青海海东一模)铁、铬、锰及其合金统称为黑色金属,产量约占世界金属总产量的95%。回答下列问题:
(1)铁、铬、锰三种元素位于元素周期表中 区;其中基态铁原子最外层电子的电子云轮廓图为 。
(2)下列铬原子价层电子排布图表示的状态中,能量最低的是 (填字母)。
(3)CrCl3和Cr2O3均为离子晶体,二者熔点较高的是 (填化学式),原因为 。
(4)碳酸锰是合成二氧化锰和制造硫酸锰的原料:
①C中C原子的杂化轨道类型为 ;分别写出一种与C互为等电子体的离子和分子 。
②键角:C (填“>”“=”或“<”)S,原因为 。
③二氧化锰的正交晶胞(晶胞的六个面均为长方形)如图所示,已知该晶胞的体积为V pm3,锰原子和氧原子半径分别为r1 pm和r2 pm。
该晶胞中锰原子的配位数为 ;晶胞的空间利用率为 (用含V、r1、r2的代数式表示)。
2.(2023·四川成都第二次联考)蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物是一种治疗Ⅱ型糖尿病的药物,其结构简式如图所示。请回答下列相关问题:
(1)基态Cr原子核外有 种运动状态的电子,下列不同状态的Cr微粒中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填字母)。
A.[Ar]3d54s1
B.[Ar]3d5
C.[Ar]3d44s14p1
D.[Ar]3d54p1
(2)蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物的中心铬离子的配位数为 ;N的 杂化轨道与Cr的空轨道形成配位键。
(3)哈勃—韦斯(Haber—Weiss)原理表明,某些金属离子可以催化双氧水分解的原因是其次外层未排满的d轨道可以存取电子,降低活化能,使分解反应容易发生。Cr3+ (填“能”或“不能”)催化双氧水分解。
(4)化学式为CrCl3·6H2O的化合物有三种结构,一种呈紫罗兰色,一种呈暗绿色,一种呈亮绿色。在三种化合物中,Cr3+的配位数均为6,将它们配制成等体积等物质的量浓度的溶液,分别加入足量AgNO3溶液,依次所得AgCl沉淀的物质的量之比为3∶2∶1,则呈亮绿色的配合物,其内界离子的化学式为 。H2O分子与Cr3+形成配位键后H—O—H键角 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)氮化铬的晶体结构类型与氯化钠相似,其晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0),则B点分数坐标为 。已知氮化铬的晶体密度为d g·cm-3,摩尔质量为M g·ml-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数为 cm(只要求列表达式,不必计算数值)。
3.(2023·四川达州二诊)科学工作者合成了含镁、镍、碳、氮4种元素的超导材料,具有良好的应用前景。回答下列问题:
(1)下列属于碳原子激发态电子排布图(轨道表示式)的是 (填字母,下同),其中失去最外层上一个电子所需能量最低的是 。
(2)含有碳元素的有机化合物分布极广,最简单的为碳正离子C,该离子的立体构型为 ;乙醇的挥发性比水的强,原因是 ;
如图1是叶绿素的结构示意图,配体是一种平面大环有机物,该结构中N原子的杂化方式为 ,C—N σ键有 个。
图1
(3)某种半导体NiO具有NaCl型结构(如图2),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,半径r(O2-)=a nm。
图2
①设阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体密度为 g·cm-3。(用含a、NA的表达式表示)
②若该晶胞中氧原子有25%被氮原子替代,则该晶体的化学式为 ;N所替代的O的位置可能是 。
4.(2023·西藏拉萨一模)Na、Cl、Cu是中学化学中常见的成盐元素,它们之间能形成多种化合物。回答下列问题:
(1)Na和Cl两种元素能形成多种化合物,如常见的NaCl,其晶胞结构如图1所示,氯离子位于晶胞的顶角和面心。
①Cl的基态原子核外电子排布式为 。
②图1所示晶胞中,与钠离子最近的钠离子共有 个。
③在高压下,Na与Cl可产生新的化合物,晶胞结构如图2所示,钠离子位于晶胞的顶角和体心,该物质的化学式为 。
④Na与Cl在某条件下还能形成一种团簇分子,分子结构如图3所示,氯原子位于顶角和面心。该团簇分子的化学式为 。
(2)Cu、NH3、Cl可以形成[Cu(NH3)4]Cl2。NH3分子的立体构型为 ,[Cu(NH3)4]2+中提供空轨道的是 ,1 ml该配合物中含有σ键的数目为 (NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)金属铜采取面心立方最密堆积方式,Cu晶胞的边长为a pm,其晶胞及相关结构如图甲、乙、丙所示:
①铜晶体的密度ρ= g·cm-3。
②根据图丙求出铜原子的半径r= pm。
5.(2023·四川自贡二诊)CuO、Cu2S等含铜化合物可以催化合成HCOOH。回答下列问题:
(1)基态铜原子的价层电子排布式为 ,其核外电子占据的原子轨道共有 个。
(2)HCOOH中元素电负性从大到小的顺序为 (填元素符号);催化过程中可能产生C,C的立体构型为 ,碳氧键的平均键长C比CH3OH要 (填“长”或“短”);在有机溶剂中,H2SO4的电离平衡常数Ka1(H2SO4)比H2CO3的电离平衡常数Ka1(H2CO3)大,除S的非金属性比C强外,在分子结构上还存在的原因是 。
(3)已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示,Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。
S2-配位数为 ;已知图中A处(S2-)的分数坐标为(0,0,0),则晶胞中与A距离最近的Cu+的分数坐标为 ;若晶胞参数为a nm,晶体的密度为d g·cm-3,则阿伏加德罗常数的值为 (用含a和d的式子表示)。
参考答案
选修3 物质结构与性质(选考)
A组 基础巩固练
1.答案 (1)[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1) K、Br
(2)N>C>H(或者N、C、H)
(3)sp2、sp3
(4)
(5)GaCl3属于分子晶体,而GaF2属于离子晶体,熔化时前者克服分子间作用力,后者克服离子键,而离子键比分子间作用力更强,离子晶体熔点高于分子晶体熔点
(6)①正八 ②
解析 (1)Ga是31号元素,处于第四周期ⅢA族,基态Ga原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1;基态Ga原子未成对电子数为1,同周期主族元素中基态原子未成对电子数与Ga相同的元素原子价层电子排布式为4s1、4s24p5,分别为K元素、Br元素。
(2)EMIC阳离子含有C、N、H三种元素,根据元素周期律可知,电负性:N>C>H。
(3)EMIC中饱和碳原子的杂化类型为sp3杂化,五元环上的碳原子的杂化类型为sp2杂化。
(4)五元环上原子形成大π键,环上C、N原子都采取sp2杂化,每个C原子有1个未杂化的电子,每个N原子有2个未杂化的电子,该离子失去1个电子,故大π键中的电子数为6,则EMIC中大π键可表示为。
(6)①A、B、C、D位置上的氧离子与上底面面心的氧离子是氧离子构成的正八面体的一半,Ga3+位于O2-围成的正八面体空隙中。
②该晶胞中O2-数目为3+12×+2×=6,Ga3+的数目为6×=4,晶胞质量为g,故晶体密度为g·cm-3=g·cm-3。
2.答案 (1)A CD
(2)N>C>B 四面体形 sp3
(3)<
(4)①bc ②12 ×1010(或×1010)
解析 (1)A中各轨道都处于全充满状态比较稳定,较难失去电子,因此失去一个电子需要的能量最高;电子从高能量轨道跃迁到低能量轨道时,用光谱仪可捕捉到发射光谱,选项中处于激发态的为C、D。
(2)B、C、N为同一周期元素,根据元素周期律可知,第一电离能由大到小的顺序是C>N>B;NH3的价层电子对数为3+(5-3×1)=4,VSEPR模型为四面体形;N2H4分子中N形成一个N—N键和两个N—H键,还有一对孤电子对,故N原子杂化类型是sp3。
(3)水分子中氧原子的孤电子对数为2,硫酸根离子中硫原子的孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,故水中H—O—H键角小于硫酸根离子中O—S—O键角。
(4)镍离子形成面心立方结构,氧离子填充在镍离子构成的八面体空隙中,则该镍的氧化物的晶胞结构和NaCl的相似,镍离子位于晶胞顶角和面心,氧离子位于体心和棱上,故从晶胞分离出的结构可以为、,选bc;该晶体晶胞如图所示,,由图可知,该晶胞中镍离子周围与其等距离且最近的镍离子有12个;该晶胞中镍离子的数目为4,氧离子的数目为4,晶胞质量为g=g,该晶体密度为ρg·cm-3,设晶胞边长为a,则晶胞体积为a3=cm3,a=cm=×1010pm,晶胞中两个镍离子之间的最短距离为面对角线长度的一半,即为×1010pm。
3.答案 (1)9
(2)sp3 O>P>H>Na H3O+
(3)P的电负性小于N的电负性,形成配位键时更易给出电子
(4)(HPO3)n
(5)面心立方堆积 ×1010
解析 (1)基态P原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,占据的原子轨道数为9。
(2)白磷(P4)分子为正四面体结构,其中P的杂化类型为sp3;根据NaH2PO2可知,次磷酸(H3PO2)分子中有一个可电离的H原子,所以次磷酸(H3PO2)的结构式为;次磷酸钠中各元素的电负性由大到小的顺序是O>P>H>Na;等电子体是指价电子总数和原子总数相同的分子、离子或原子团,与PH3互为等电子体的离子为H3O+。
(3)PH3与过渡金属Pt形成的配合物PtCl2(PH3)2,由于P的电负性小于N的电负性,形成配位键时更易给出电子,故比PtCl2(NH3)2稳定。
(4)由图1可知,每个P原子连接3个O原子和1个H原子,所以该n聚环状多磷酸的通式为(HPO3)n。
(5)由图2可知,晶胞中磷原子空间堆积方式为面心立方堆积;已知该晶体的密度为ρg·cm-3,一个晶胞中含有4个Al原子和4个P原子,设晶胞边长为a,则a3=cm3,a=cm=×1010pm,故最近的Al和P原子间的核间距为×1010pm。
4.答案 (1) ds
(2)①N>O>C ②< ③PH3 H3O+
(3)①ABCFG ②4∶1
(4)①若Pt的杂化轨道类型为sp3,则Pt(NH3)2Cl2为四面体结构,不存在同分异构现象 ②顺铂是极性分子,反铂是非极性分子
(5)①12 ②a ×a3×10-30
解析 (1)基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价层电子排布式为3d104s1,价层电子排布图为,属于ds区的元素。
(2)①鸟嘌呤分子中所含第二周期元素有C、N、O,同周期主族元素,第一电离能从左到右呈增大趋势,但是N元素基态原子的3p轨道为半充满稳定状态,所以第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
②NH3具有较强的电子捕获能力,可以与Pt形成更紧密的配位键,所以在Pt(NH3)2Cl2中,配体与铂(Ⅱ)的结合能力:Cl③根据等电子体原理,与NH3互为等电子体的分子和离子有PH3和H3O+。
(3)①根据图2信息,在该分子中含有极性共价键、非极性共价键、配位键、σ键和π键;故选ABCFG。
②碳铂分子中采用sp3杂化方式的原子为4个碳原子、2个氧原子、2个氮原子,共8个原子;采用sp2杂化方式的原子为2个碳原子,所以二者原子个数比为4∶1。
(4)②根据“相似相溶”规律,因为水为极性分子,顺铂在水中的溶解度大于反铂的原因是顺铂也是极性分子。
(5)①根据图3可知,晶胞中铂(Pt)原子的配位数为12。
②晶胞参数为apm,Pt原子之间最近且相等的距离为apm;晶胞中Pt的个数为8×+6×=4,n(Pt)=ml,晶胞的体积为(a×10-10)3cm3,所以晶体的摩尔体积Vm=×a3×10-30cm3·ml-1。
5.答案 (1)4s24p5
(2)O 一方面该分子具有极性,与水相似相溶,另一方面可与水形成分子间氢键
(3)四面体(形) sp S
(4)
(5)6 -b
解析 (1)Br为35号元素,故基态Br原子的价层电子排布式为4s24p5。
(2)O、N、C原子失去1个电子后的价层电子排布式为2s22p3、2s22p2、2s22p1,此时O+的2p轨道处于半充满状态,较稳定,再失去一个电子需要更高的能量,故其第二电离能最大;一方面该分子为极性分子,易溶于同为极性分子的水中,另一方面可与水形成分子间氢键,故该物质能溶于冷水。
(3)S2与S互为等电子体,二者结构相似,故S2的VSEPR模型为四面体(形);[Ag(S2O3)2]3-中中心Ag+形成2个配位键,故其杂化轨道类型为sp杂化,S元素的电负性比O元素的小,故配位时S提供孤电子对的能力较强。
(4)Ag单质为面心立方最密堆积,故面对角线上的3个Ag原子相切,面对角线长度为cpm=4r1,故r1=pm。
(5)如图所示,以体心位置的Ag+为对象,距离最近的Cl-位于6个面心,故AgCl晶体中Ag+的配位数为6。在该晶胞中,棱上2个Cl-和1个Ag+相切,则边长为apm=2bpm+2r2,故r2=(-b)pm。
6.答案 (1)哑铃形 4s24p2
(2)O>C>H O
(3)平面正三角形 碳酸镁分解产物是MgO和CO2,碳酸钙分解产物是CaO和CO2,MgO的离子键强于CaO,更加稳定
(4)
sp2杂化
(5)
解析 (5)从图中可知,该晶胞含有C原子个数为3,含有W原子个数为2×+12×=3,则晶胞的质量为g=g,设晶胞底面六边形的边长为xpm,则晶胞的体积为x×x×3×b(pm)3=bx2(pm)3,晶胞的密度为ρg·cm-3,即=ρg·cm-3,则x=。
B组 能力提升练
1.答案 (1)d 球形
(2)B
(3)Cr2O3 O2-半径小于Cl-,带电量大于Cl-,所以Cr2O3的离子键键能较大,熔点较高
(4)①sp2 N、SO3 ②> S的中心原子采取sp3杂化,键角为109°28',C的中心原子采取sp2杂化,键角为120° ③6 ×100%
解析 (1)基态铁原子最外层电子排布式为4s2,s轨道电子云轮廓图为球形。
(2)根据能量最低原理、泡利原理和洪特规则,先填充能量低的4s轨道,再排3d轨道,其中d轨道填充5个自旋状态相同的电子,处于半充满状态,更稳定,所以应选B。
(3)CrCl3和Cr2O3均为离子晶体,晶体的熔点与离子键键能有关,O2-的半径小于Cl-,带电量大于Cl-,所以Cr2O3的离子键键能较大,熔点较高。
(4)①C中C原子的价层电子对数为3+=3,所以其杂化轨道类型为sp2;每个C有4个原子、24个价电子,与其互为等电子体的离子有N,分子有SO3。
②S中硫原子的价层电子对数为4+=4,中心原子的杂化轨道类型为sp3,孤电子对数为0,其立体构型为正四面体形,键角为109°28';C中心原子的杂化轨道类型为sp2,孤电子对数为0,其立体构型为平面三角形,键角为120°,所以键角:C>S。
③由图可知,黑球表示的原子位于晶胞的顶角和体心,一个晶胞含有该原子的个数为×8+1=2,白球位于晶胞的面上和体内,一个晶胞含有该原子的个数为×4+2=4,因此白球代表O原子,黑球代表Mn原子,以体心位置的Mn原子为例,可知Mn原子的配位数为6;该晶胞中原子的总体积为(×2+×4)pm3,晶胞的体积为Vpm3,所以空间利用率为×100%。
2.答案 (1)24 B
(2)6 sp3
(3)能
(4)[Cr(H2O)4Cl2]+ 变大
(5)(,1,1)
解析 (1)Cr为24号元素,其原子核外有24个电子,则基态Cr原子核外有24种运动状态的电子;题给不同状态的Cr微粒中,电离最外层一个电子所需能量最大的是能量最低的状态即基态或者半充满、全充满状态,[Ar]3d5为基态且3d能级轨道处于半充满状态,能量低,稳定,故选B。
(2)根据蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物的结构得到中心铬离子的配位数为6;N价层电子对数为4,其杂化类型为sp3。
(3)Cr3+的电子排布式为[Ar]3d3,其次外层未排满的d轨道可以存取电子,降低活化能,因此Cr3+能催化双氧水分解。
(4)根据题干信息可推知,呈亮绿色的配合物的化学式中,外界有一个氯离子,则内界有4个H2O和2个氯离子,故其内界离子的化学式为[Cr(H2O)4Cl2]+。由于孤电子对有较大斥力,使得键角减小,因此H2O分子与Cr3+形成配位键后H—O—H键角变大。
(5)A点分数坐标为(0,0,0),根据坐标系,B点分数坐标为(,1,1)。该晶胞中N个数为8×+6×=4,Cr个数为12×+1=4,氮化铬的晶体密度为dg·cm-3,摩尔质量为Mg·ml-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,根据V=cm3=cm3,解得晶胞参数为cm。
3.答案 (1)BC B
(2)平面三角形 与水相比,乙醇形成的分子间氢键数目少,分子间作用力小 sp2、sp3 8
(3)①×1021 ②Ni4O3N 顶角或一对平行平面的面心
解析 (1)基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,根据基态碳原子受到激发,电子从低能级跃迁到较高能级,则四个选项中属于碳原子激发态电子排布图(轨道表示式)的是BC;根据电子离核越远,越容易失去,则失去最外层上一个电子所需能量最低的是选项B。
(2)C的价层电子对数为3,孤电子对数为0,根据价层电子对互斥理论,其立体构型为平面三角形;乙醇的挥发性比水的强,说明乙醇的沸点比水低,二者同为分子晶体,沸点和分子间作用力有关,与水相比,乙醇形成的分子间氢键数目少,分子间作用力小,故乙醇的沸点比水低,乙醇的挥发性比水的强;根据叶绿素结构示意图可知,位于右上角位置的N原子采用sp3杂化,其他N原子采用sp2杂化;C—N形成的共价单键都是σ键,形成的双键中有一个是σ键,则该结构中C—Nσ键有8个。
(3)①根据NiO晶胞结构可知,1个晶胞中含有4个O2-、4个Ni2+,则其晶胞质量m=g,O2-采用面心立方最密堆积方式,半径r(O2-)=anm,设晶胞边长为xnm,则可得关系式2x2=16a2,解得x=2a,则晶胞的体积V=16a3nm3,晶体的密度ρ=g·nm-3=×1021g·cm-3。
②根据均摊法,1个NiO晶胞中含有4个O2-、4个Ni2+,若该晶胞中氧原子有25%被氮原子替代,则该晶体的化学式为Ni4O3N;在晶胞中,有一个O原子被N原子取代,可能是顶角8×=1或一对平行平面的面心2×=1。
4.答案 (1)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5) ②12 ③NaCl3 ④Na13Cl14
(2)三角锥形 Cu或Cu2+ 16NA
(3)① ②a
解析 (1)①Cl为17号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5。②由图可知,图1所示晶胞中,与钠离子最近的钠离子共有12个。③根据均摊法,图2所示晶胞中Na的个数为8×+1=2,Cl的个数为12×=6,该晶体的化学式为NaCl3。④图3为气态团簇分子,该分子中Cl原子个数为14,Na原子个数为13,该团簇分子的化学式为Na13Cl14。
(2)NH3分子的中心N原子采取sp3杂化,其中1个杂化轨道被孤电子对占据,故NH3分子的立体构型为三角锥形;[Cu(NH3)4]2+中Cu2+提供空轨道,N原子提供孤电子对;在[Cu(NH3)4]Cl2中,每个N原子形成4个σ键,故1ml[Cu(NH3)4]Cl2中含有16mlσ键,数目为16NA。
(3)①根据铜晶胞结构和密度公式可知,ρ=g·cm-3=g·cm-3。
②由图中几何关系可知,晶胞面对角线长度等于4倍的铜原子半径,则r=apm。
5.答案 (1)3d104s1 15
(2)O>C>H 平面三角形 短 H2SO4中有2个非羟基氧而H2CO3中只有1个,中心原子的非羟基氧个数越多,其酸性越强
(3)8 () (或)
解析 (1)Cu为29号元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故其价层电子排布式为3d104s1,其核外电子占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。
(2)根据元素周期律,H、C、O电负性从大到小的顺序为O>C>H;C的中心原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,所以C的立体构型为平面三角形;由于C有大π键,所以C中C—O键长较短;H2SO4中有2个非羟基氧而H2CO3中只有1个,中心原子的非羟基氧个数越多,吸引电子能力越强,H—O的电子云密度(电子出现概率)越小,H越易电离,其酸性越强。
(3)在Cu2S晶胞中,四面体中心共有8个,每个四面体中心均分布着一个Cu+,每个S2-周围有8个Cu+,故S2-配位数为8;图中A处(S2-)的分数坐标为(0,0,0),A与相邻的3个面心S2-形成一个正四面体,与A距离最近的Cu+位于此正四面体的中心,则该Cu+的分数坐标为();晶胞的体积为(a×10-7)3cm3,每个晶胞的质量为g,则dg·cm-3=g·cm-3,则NA=ml-1,只涉及数值,省略单位ml-1,其数值为。物质
顺铂
反铂
结构
25℃时溶解度/g
0.257 7
0.036 6
1.(2023·内蒙古赤峰模拟)离子液体是指室温或接近室温时呈液态,而本身由阴、阳离子构成的化合物。GaCl3和氯化-1-乙基-3-甲基咪唑(,简称EMIC)混合形成的离子液体被认为是21世纪理想的绿色溶剂。请回答下列问题:
(1)请写出基态Ga原子的核外电子排布式: ,同周期主族元素中基态原子未成对电子数与Ga相同的是 (填元素符号,下同)。
(2)EMIC阳离子中的几种元素电负性由大到小顺序为 。
(3)EMIC中碳原子的杂化类型为 。
(4)已知分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表大π键中的电子数,则EMIC中大π键可表示为 。
(5)GaCl3熔点为77.8 ℃,GaF3熔点高于1 000 ℃,其原因是 。
(6)某种Ga的氧化物晶胞结构如图所示。O2-以六方密堆积形成晶胞,Ga3+位于由A、B、C、D四个O2-围成的四边形的中心,但晶胞中只有的四边形中心位置占据了Ga3+,另外的位置空置。
①Ga3+位于O2-围成的 面体空隙中。
②若该晶胞的体积为V cm3,用NA表示阿伏加德罗常数的值,该氧化物晶体密度为 g·cm-3。
2.(2023·宁夏银川一模)我国在新材料领域研究的重大突破,为“天宫”空间站的建设提供了坚实的物质基础。“天宫”空间站使用的材料中含有B、C、N、Ni、Fe等元素。请回答下列问题:
(1)下列不同状态的硼中,失去一个电子需要吸收能量最多的是 (填字母,下同),用光谱仪可捕捉到发射光谱的是 。
(2)B、C、N的第一电离能由大到小的顺序是 ,氮可形成多种氢化物,其中NH3的VSEPR模型名称是 ,N2H4中N原子杂化类型是 。
(3)H2O中H—O—H的键角 (填“>”“<”或“=”)S中O—S—O的键角。
(4)镍的某种氧化物常用作催化剂,其晶胞有如图结构特征:镍离子形成面心立方结构,氧离子填充在镍离子构成的八面体空隙中,填充率为100%。
①从该晶胞中能分割出来的结构图有 (填字母)。
②已知该晶体密度为ρ g·cm-3,NA为阿伏加德罗常数的值。该晶胞中镍离子周围与其等距离且最近的镍离子有 个,该距离为 pm(用含ρ和NA的代数式表示)。
3.(2023·陕西安康二模)磷是重要的生命元素之一,存在于细胞、蛋白质、骨骼和牙齿中。回答下列问题:
(1)基态P原子核外电子占据的原子轨道数为 。
(2)白磷与足量热的NaOH溶液反应产生磷化氢(PH3)和次磷酸钠(NaH2PO2),其反应的化学方程式为P4+3NaOH(热,浓)+3H2O3NaH2PO2+PH3。白磷(P4)中P的杂化类型为 ,次磷酸(H3PO2)的结构式为 ,次磷酸钠中各元素的电负性由大到小的顺序是 ,写出一种与PH3互为等电子体的离子 (填微粒符号)。
(3)PH3与过渡金属Pt形成的一种配合物
PtCl2(PH3)2比PtCl2(NH3)2稳定的原因是 。
(4)磷酸聚合可以生成链状多磷酸或环状多磷酸。其中环状多磷酸是由3个或3个以上磷氧四面体通过共用氧原子环状连接而成,常见的三聚环状多磷酸结构如图1所示,则n聚环状多磷酸的通式为 (用含n的式子表示)。
图1
(5)磷化铝熔点为2 000 ℃,其结构与晶体硅类似,磷化铝晶胞结构如图2所示,晶胞中磷原子空间堆积方式为 ,已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,则最近的Al和P原子间的核间距为 pm(用NA表示阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。
图2
4.(2023·陕西宝鸡市二模)配合物顺铂
[Pt(NH3)2Cl2]是临床使用的第一代铂类抗癌药物,其抗癌机理是在Cu转运蛋白的作用下,顺铂进入人体细胞发生水解,生成的Pt(NH3)2(OH)Cl与DNA结合,破坏DNA的结构阻止癌细胞增殖,如图1所示:
图1
(1)基态Cu原子价层电子排布图为 ,Cu属于 区元素。
(2)①鸟嘌呤分子中所含第二周期元素第一电离能由大到小的顺序为 (填元素符号)。
②在Pt(NH3)2Cl2中,配体与铂(Ⅱ)的结合能力:Cl (填“>”或“<”)NH3。
③与NH3互为等电子体的分子和离子有 、 (各举一例)。
(3)碳铂是1,1-环丁烷二羧酸二氨基合铂(Ⅱ)的简称,属第二代铂族抗癌药物,其毒副作用低于顺铂。碳铂的结构如图2所示:
图2
①碳铂中含有的作用力有 (填字母)。
A.极性共价键 B.非极性共价键 C.配位键
D.离子键 E.金属键 F.σ键 G.π键
②碳铂分子中采用sp3和sp2杂化的原子个数比为 。
(4)已知顺铂和反铂互为同分异构体,二者的结构和性质如下表。
①推测Pt(NH3)2Cl2中Pt的杂化轨道类型不是sp3,依据是 。
②顺铂在水中的溶解度大于反铂的原因是 。
(5)铂晶胞为正方体,晶胞参数为a pm,晶胞结构如图3所示:
图3
①晶胞中铂(Pt)原子的配位数为 。
②紧邻的两个Pt原子的距离为 pm,晶体的摩尔体积Vm= cm3·ml-1(用含a的代数式表示,设阿伏加德罗常数的值为NA,单位物质的量的物质所具有的体积叫做摩尔体积)。
5.(2023·四川成都一诊)含银卤化物胶片是摄影中常用的感光材料。请回答下列问题:
(1)卤化银AgX(X为Cl、Br)曝光后会产生Ag(黑色粉末)和X2。基态Br原子的价层电子排布式为 。
(2)加入显影剂(如等),使潜影银核中的AgX进一步还原为Ag。中(除H外)所含元素的第二电离能最大的是 (填元素符号);该物质能溶于冷水,原因是 。
(3)用Na2S2O3溶解胶片上多余的AgCl、AgBr,形成可溶的直线形配离子[Ag(S2O3)2]3-,从而定影.S2的VSEPR模型为 ,[Ag(S2O3)2]3-中中心Ag+的杂化轨道类型为 ,其中配位时给出孤电子对能力较强的是 (填“S”或“O”)。
(4)电解法可回收银单质。Ag单质为面心立方最密堆积,晶胞参数为c pm,则银原子的半径r1= pm。
(5)AgCl晶胞如图,晶胞参数为a pm。AgCl晶体中Ag+的配位数为 ;已知Cl-的离子半径为b pm,Cl-之间不相切,则AgCl晶体中Ag+的离子半径r2= pm。
6.(2023·江西赣州一模)碳元素是形成化合物最多的元素,碳及其化合物构成了丰富多彩的物质世界。回答下列问题:
(1)基态碳原子的电子占据的最高能级电子云形状为 ,与碳元素同主族的第四周期元素基态原子的价层电子排布式为 。
(2)CH3CH2OH是常见的含碳化合物,其组成元素的电负性从大到小的顺序为 ,该分子中具有孤电子对的原子是 。
(3)碳酸盐是构成岩石、土壤等的主要成分,其阴离子C的空间构型为 。已知碳酸镁的热分解温度比碳酸钙低,试解释原因: 。
(4)在碳酸氢盐中,存在阴离子HC的多聚链状结构(其结构单元如图),连接结构单元的主要作用力是氢键,请在下图中前后各连接一个结构单元,该结构中,碳原子杂化方式为 。
(5)一种碳化钨晶体的晶胞结构如图,若晶胞的高为b pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为ρ g·cm-3,则晶胞底面六边形的边长为 pm(列出计算式)。
B组 能力提升练
1.(2023·青海海东一模)铁、铬、锰及其合金统称为黑色金属,产量约占世界金属总产量的95%。回答下列问题:
(1)铁、铬、锰三种元素位于元素周期表中 区;其中基态铁原子最外层电子的电子云轮廓图为 。
(2)下列铬原子价层电子排布图表示的状态中,能量最低的是 (填字母)。
(3)CrCl3和Cr2O3均为离子晶体,二者熔点较高的是 (填化学式),原因为 。
(4)碳酸锰是合成二氧化锰和制造硫酸锰的原料:
①C中C原子的杂化轨道类型为 ;分别写出一种与C互为等电子体的离子和分子 。
②键角:C (填“>”“=”或“<”)S,原因为 。
③二氧化锰的正交晶胞(晶胞的六个面均为长方形)如图所示,已知该晶胞的体积为V pm3,锰原子和氧原子半径分别为r1 pm和r2 pm。
该晶胞中锰原子的配位数为 ;晶胞的空间利用率为 (用含V、r1、r2的代数式表示)。
2.(2023·四川成都第二次联考)蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物是一种治疗Ⅱ型糖尿病的药物,其结构简式如图所示。请回答下列相关问题:
(1)基态Cr原子核外有 种运动状态的电子,下列不同状态的Cr微粒中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填字母)。
A.[Ar]3d54s1
B.[Ar]3d5
C.[Ar]3d44s14p1
D.[Ar]3d54p1
(2)蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物的中心铬离子的配位数为 ;N的 杂化轨道与Cr的空轨道形成配位键。
(3)哈勃—韦斯(Haber—Weiss)原理表明,某些金属离子可以催化双氧水分解的原因是其次外层未排满的d轨道可以存取电子,降低活化能,使分解反应容易发生。Cr3+ (填“能”或“不能”)催化双氧水分解。
(4)化学式为CrCl3·6H2O的化合物有三种结构,一种呈紫罗兰色,一种呈暗绿色,一种呈亮绿色。在三种化合物中,Cr3+的配位数均为6,将它们配制成等体积等物质的量浓度的溶液,分别加入足量AgNO3溶液,依次所得AgCl沉淀的物质的量之比为3∶2∶1,则呈亮绿色的配合物,其内界离子的化学式为 。H2O分子与Cr3+形成配位键后H—O—H键角 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)氮化铬的晶体结构类型与氯化钠相似,其晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0),则B点分数坐标为 。已知氮化铬的晶体密度为d g·cm-3,摩尔质量为M g·ml-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数为 cm(只要求列表达式,不必计算数值)。
3.(2023·四川达州二诊)科学工作者合成了含镁、镍、碳、氮4种元素的超导材料,具有良好的应用前景。回答下列问题:
(1)下列属于碳原子激发态电子排布图(轨道表示式)的是 (填字母,下同),其中失去最外层上一个电子所需能量最低的是 。
(2)含有碳元素的有机化合物分布极广,最简单的为碳正离子C,该离子的立体构型为 ;乙醇的挥发性比水的强,原因是 ;
如图1是叶绿素的结构示意图,配体是一种平面大环有机物,该结构中N原子的杂化方式为 ,C—N σ键有 个。
图1
(3)某种半导体NiO具有NaCl型结构(如图2),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,半径r(O2-)=a nm。
图2
①设阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体密度为 g·cm-3。(用含a、NA的表达式表示)
②若该晶胞中氧原子有25%被氮原子替代,则该晶体的化学式为 ;N所替代的O的位置可能是 。
4.(2023·西藏拉萨一模)Na、Cl、Cu是中学化学中常见的成盐元素,它们之间能形成多种化合物。回答下列问题:
(1)Na和Cl两种元素能形成多种化合物,如常见的NaCl,其晶胞结构如图1所示,氯离子位于晶胞的顶角和面心。
①Cl的基态原子核外电子排布式为 。
②图1所示晶胞中,与钠离子最近的钠离子共有 个。
③在高压下,Na与Cl可产生新的化合物,晶胞结构如图2所示,钠离子位于晶胞的顶角和体心,该物质的化学式为 。
④Na与Cl在某条件下还能形成一种团簇分子,分子结构如图3所示,氯原子位于顶角和面心。该团簇分子的化学式为 。
(2)Cu、NH3、Cl可以形成[Cu(NH3)4]Cl2。NH3分子的立体构型为 ,[Cu(NH3)4]2+中提供空轨道的是 ,1 ml该配合物中含有σ键的数目为 (NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)金属铜采取面心立方最密堆积方式,Cu晶胞的边长为a pm,其晶胞及相关结构如图甲、乙、丙所示:
①铜晶体的密度ρ= g·cm-3。
②根据图丙求出铜原子的半径r= pm。
5.(2023·四川自贡二诊)CuO、Cu2S等含铜化合物可以催化合成HCOOH。回答下列问题:
(1)基态铜原子的价层电子排布式为 ,其核外电子占据的原子轨道共有 个。
(2)HCOOH中元素电负性从大到小的顺序为 (填元素符号);催化过程中可能产生C,C的立体构型为 ,碳氧键的平均键长C比CH3OH要 (填“长”或“短”);在有机溶剂中,H2SO4的电离平衡常数Ka1(H2SO4)比H2CO3的电离平衡常数Ka1(H2CO3)大,除S的非金属性比C强外,在分子结构上还存在的原因是 。
(3)已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示,Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。
S2-配位数为 ;已知图中A处(S2-)的分数坐标为(0,0,0),则晶胞中与A距离最近的Cu+的分数坐标为 ;若晶胞参数为a nm,晶体的密度为d g·cm-3,则阿伏加德罗常数的值为 (用含a和d的式子表示)。
参考答案
选修3 物质结构与性质(选考)
A组 基础巩固练
1.答案 (1)[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1) K、Br
(2)N>C>H(或者N、C、H)
(3)sp2、sp3
(4)
(5)GaCl3属于分子晶体,而GaF2属于离子晶体,熔化时前者克服分子间作用力,后者克服离子键,而离子键比分子间作用力更强,离子晶体熔点高于分子晶体熔点
(6)①正八 ②
解析 (1)Ga是31号元素,处于第四周期ⅢA族,基态Ga原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p1或1s22s22p63s23p63d104s24p1;基态Ga原子未成对电子数为1,同周期主族元素中基态原子未成对电子数与Ga相同的元素原子价层电子排布式为4s1、4s24p5,分别为K元素、Br元素。
(2)EMIC阳离子含有C、N、H三种元素,根据元素周期律可知,电负性:N>C>H。
(3)EMIC中饱和碳原子的杂化类型为sp3杂化,五元环上的碳原子的杂化类型为sp2杂化。
(4)五元环上原子形成大π键,环上C、N原子都采取sp2杂化,每个C原子有1个未杂化的电子,每个N原子有2个未杂化的电子,该离子失去1个电子,故大π键中的电子数为6,则EMIC中大π键可表示为。
(6)①A、B、C、D位置上的氧离子与上底面面心的氧离子是氧离子构成的正八面体的一半,Ga3+位于O2-围成的正八面体空隙中。
②该晶胞中O2-数目为3+12×+2×=6,Ga3+的数目为6×=4,晶胞质量为g,故晶体密度为g·cm-3=g·cm-3。
2.答案 (1)A CD
(2)N>C>B 四面体形 sp3
(3)<
(4)①bc ②12 ×1010(或×1010)
解析 (1)A中各轨道都处于全充满状态比较稳定,较难失去电子,因此失去一个电子需要的能量最高;电子从高能量轨道跃迁到低能量轨道时,用光谱仪可捕捉到发射光谱,选项中处于激发态的为C、D。
(2)B、C、N为同一周期元素,根据元素周期律可知,第一电离能由大到小的顺序是C>N>B;NH3的价层电子对数为3+(5-3×1)=4,VSEPR模型为四面体形;N2H4分子中N形成一个N—N键和两个N—H键,还有一对孤电子对,故N原子杂化类型是sp3。
(3)水分子中氧原子的孤电子对数为2,硫酸根离子中硫原子的孤电子对数为0,孤电子对数越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,故水中H—O—H键角小于硫酸根离子中O—S—O键角。
(4)镍离子形成面心立方结构,氧离子填充在镍离子构成的八面体空隙中,则该镍的氧化物的晶胞结构和NaCl的相似,镍离子位于晶胞顶角和面心,氧离子位于体心和棱上,故从晶胞分离出的结构可以为、,选bc;该晶体晶胞如图所示,,由图可知,该晶胞中镍离子周围与其等距离且最近的镍离子有12个;该晶胞中镍离子的数目为4,氧离子的数目为4,晶胞质量为g=g,该晶体密度为ρg·cm-3,设晶胞边长为a,则晶胞体积为a3=cm3,a=cm=×1010pm,晶胞中两个镍离子之间的最短距离为面对角线长度的一半,即为×1010pm。
3.答案 (1)9
(2)sp3 O>P>H>Na H3O+
(3)P的电负性小于N的电负性,形成配位键时更易给出电子
(4)(HPO3)n
(5)面心立方堆积 ×1010
解析 (1)基态P原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,占据的原子轨道数为9。
(2)白磷(P4)分子为正四面体结构,其中P的杂化类型为sp3;根据NaH2PO2可知,次磷酸(H3PO2)分子中有一个可电离的H原子,所以次磷酸(H3PO2)的结构式为;次磷酸钠中各元素的电负性由大到小的顺序是O>P>H>Na;等电子体是指价电子总数和原子总数相同的分子、离子或原子团,与PH3互为等电子体的离子为H3O+。
(3)PH3与过渡金属Pt形成的配合物PtCl2(PH3)2,由于P的电负性小于N的电负性,形成配位键时更易给出电子,故比PtCl2(NH3)2稳定。
(4)由图1可知,每个P原子连接3个O原子和1个H原子,所以该n聚环状多磷酸的通式为(HPO3)n。
(5)由图2可知,晶胞中磷原子空间堆积方式为面心立方堆积;已知该晶体的密度为ρg·cm-3,一个晶胞中含有4个Al原子和4个P原子,设晶胞边长为a,则a3=cm3,a=cm=×1010pm,故最近的Al和P原子间的核间距为×1010pm。
4.答案 (1) ds
(2)①N>O>C ②< ③PH3 H3O+
(3)①ABCFG ②4∶1
(4)①若Pt的杂化轨道类型为sp3,则Pt(NH3)2Cl2为四面体结构,不存在同分异构现象 ②顺铂是极性分子,反铂是非极性分子
(5)①12 ②a ×a3×10-30
解析 (1)基态Cu原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,价层电子排布式为3d104s1,价层电子排布图为,属于ds区的元素。
(2)①鸟嘌呤分子中所含第二周期元素有C、N、O,同周期主族元素,第一电离能从左到右呈增大趋势,但是N元素基态原子的3p轨道为半充满稳定状态,所以第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
②NH3具有较强的电子捕获能力,可以与Pt形成更紧密的配位键,所以在Pt(NH3)2Cl2中,配体与铂(Ⅱ)的结合能力:Cl
(3)①根据图2信息,在该分子中含有极性共价键、非极性共价键、配位键、σ键和π键;故选ABCFG。
②碳铂分子中采用sp3杂化方式的原子为4个碳原子、2个氧原子、2个氮原子,共8个原子;采用sp2杂化方式的原子为2个碳原子,所以二者原子个数比为4∶1。
(4)②根据“相似相溶”规律,因为水为极性分子,顺铂在水中的溶解度大于反铂的原因是顺铂也是极性分子。
(5)①根据图3可知,晶胞中铂(Pt)原子的配位数为12。
②晶胞参数为apm,Pt原子之间最近且相等的距离为apm;晶胞中Pt的个数为8×+6×=4,n(Pt)=ml,晶胞的体积为(a×10-10)3cm3,所以晶体的摩尔体积Vm=×a3×10-30cm3·ml-1。
5.答案 (1)4s24p5
(2)O 一方面该分子具有极性,与水相似相溶,另一方面可与水形成分子间氢键
(3)四面体(形) sp S
(4)
(5)6 -b
解析 (1)Br为35号元素,故基态Br原子的价层电子排布式为4s24p5。
(2)O、N、C原子失去1个电子后的价层电子排布式为2s22p3、2s22p2、2s22p1,此时O+的2p轨道处于半充满状态,较稳定,再失去一个电子需要更高的能量,故其第二电离能最大;一方面该分子为极性分子,易溶于同为极性分子的水中,另一方面可与水形成分子间氢键,故该物质能溶于冷水。
(3)S2与S互为等电子体,二者结构相似,故S2的VSEPR模型为四面体(形);[Ag(S2O3)2]3-中中心Ag+形成2个配位键,故其杂化轨道类型为sp杂化,S元素的电负性比O元素的小,故配位时S提供孤电子对的能力较强。
(4)Ag单质为面心立方最密堆积,故面对角线上的3个Ag原子相切,面对角线长度为cpm=4r1,故r1=pm。
(5)如图所示,以体心位置的Ag+为对象,距离最近的Cl-位于6个面心,故AgCl晶体中Ag+的配位数为6。在该晶胞中,棱上2个Cl-和1个Ag+相切,则边长为apm=2bpm+2r2,故r2=(-b)pm。
6.答案 (1)哑铃形 4s24p2
(2)O>C>H O
(3)平面正三角形 碳酸镁分解产物是MgO和CO2,碳酸钙分解产物是CaO和CO2,MgO的离子键强于CaO,更加稳定
(4)
sp2杂化
(5)
解析 (5)从图中可知,该晶胞含有C原子个数为3,含有W原子个数为2×+12×=3,则晶胞的质量为g=g,设晶胞底面六边形的边长为xpm,则晶胞的体积为x×x×3×b(pm)3=bx2(pm)3,晶胞的密度为ρg·cm-3,即=ρg·cm-3,则x=。
B组 能力提升练
1.答案 (1)d 球形
(2)B
(3)Cr2O3 O2-半径小于Cl-,带电量大于Cl-,所以Cr2O3的离子键键能较大,熔点较高
(4)①sp2 N、SO3 ②> S的中心原子采取sp3杂化,键角为109°28',C的中心原子采取sp2杂化,键角为120° ③6 ×100%
解析 (1)基态铁原子最外层电子排布式为4s2,s轨道电子云轮廓图为球形。
(2)根据能量最低原理、泡利原理和洪特规则,先填充能量低的4s轨道,再排3d轨道,其中d轨道填充5个自旋状态相同的电子,处于半充满状态,更稳定,所以应选B。
(3)CrCl3和Cr2O3均为离子晶体,晶体的熔点与离子键键能有关,O2-的半径小于Cl-,带电量大于Cl-,所以Cr2O3的离子键键能较大,熔点较高。
(4)①C中C原子的价层电子对数为3+=3,所以其杂化轨道类型为sp2;每个C有4个原子、24个价电子,与其互为等电子体的离子有N,分子有SO3。
②S中硫原子的价层电子对数为4+=4,中心原子的杂化轨道类型为sp3,孤电子对数为0,其立体构型为正四面体形,键角为109°28';C中心原子的杂化轨道类型为sp2,孤电子对数为0,其立体构型为平面三角形,键角为120°,所以键角:C>S。
③由图可知,黑球表示的原子位于晶胞的顶角和体心,一个晶胞含有该原子的个数为×8+1=2,白球位于晶胞的面上和体内,一个晶胞含有该原子的个数为×4+2=4,因此白球代表O原子,黑球代表Mn原子,以体心位置的Mn原子为例,可知Mn原子的配位数为6;该晶胞中原子的总体积为(×2+×4)pm3,晶胞的体积为Vpm3,所以空间利用率为×100%。
2.答案 (1)24 B
(2)6 sp3
(3)能
(4)[Cr(H2O)4Cl2]+ 变大
(5)(,1,1)
解析 (1)Cr为24号元素,其原子核外有24个电子,则基态Cr原子核外有24种运动状态的电子;题给不同状态的Cr微粒中,电离最外层一个电子所需能量最大的是能量最低的状态即基态或者半充满、全充满状态,[Ar]3d5为基态且3d能级轨道处于半充满状态,能量低,稳定,故选B。
(2)根据蛋氨酸铬(Ⅲ)配合物的结构得到中心铬离子的配位数为6;N价层电子对数为4,其杂化类型为sp3。
(3)Cr3+的电子排布式为[Ar]3d3,其次外层未排满的d轨道可以存取电子,降低活化能,因此Cr3+能催化双氧水分解。
(4)根据题干信息可推知,呈亮绿色的配合物的化学式中,外界有一个氯离子,则内界有4个H2O和2个氯离子,故其内界离子的化学式为[Cr(H2O)4Cl2]+。由于孤电子对有较大斥力,使得键角减小,因此H2O分子与Cr3+形成配位键后H—O—H键角变大。
(5)A点分数坐标为(0,0,0),根据坐标系,B点分数坐标为(,1,1)。该晶胞中N个数为8×+6×=4,Cr个数为12×+1=4,氮化铬的晶体密度为dg·cm-3,摩尔质量为Mg·ml-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,根据V=cm3=cm3,解得晶胞参数为cm。
3.答案 (1)BC B
(2)平面三角形 与水相比,乙醇形成的分子间氢键数目少,分子间作用力小 sp2、sp3 8
(3)①×1021 ②Ni4O3N 顶角或一对平行平面的面心
解析 (1)基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2,根据基态碳原子受到激发,电子从低能级跃迁到较高能级,则四个选项中属于碳原子激发态电子排布图(轨道表示式)的是BC;根据电子离核越远,越容易失去,则失去最外层上一个电子所需能量最低的是选项B。
(2)C的价层电子对数为3,孤电子对数为0,根据价层电子对互斥理论,其立体构型为平面三角形;乙醇的挥发性比水的强,说明乙醇的沸点比水低,二者同为分子晶体,沸点和分子间作用力有关,与水相比,乙醇形成的分子间氢键数目少,分子间作用力小,故乙醇的沸点比水低,乙醇的挥发性比水的强;根据叶绿素结构示意图可知,位于右上角位置的N原子采用sp3杂化,其他N原子采用sp2杂化;C—N形成的共价单键都是σ键,形成的双键中有一个是σ键,则该结构中C—Nσ键有8个。
(3)①根据NiO晶胞结构可知,1个晶胞中含有4个O2-、4个Ni2+,则其晶胞质量m=g,O2-采用面心立方最密堆积方式,半径r(O2-)=anm,设晶胞边长为xnm,则可得关系式2x2=16a2,解得x=2a,则晶胞的体积V=16a3nm3,晶体的密度ρ=g·nm-3=×1021g·cm-3。
②根据均摊法,1个NiO晶胞中含有4个O2-、4个Ni2+,若该晶胞中氧原子有25%被氮原子替代,则该晶体的化学式为Ni4O3N;在晶胞中,有一个O原子被N原子取代,可能是顶角8×=1或一对平行平面的面心2×=1。
4.答案 (1)①1s22s22p63s23p5(或[Ne]3s23p5) ②12 ③NaCl3 ④Na13Cl14
(2)三角锥形 Cu或Cu2+ 16NA
(3)① ②a
解析 (1)①Cl为17号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5。②由图可知,图1所示晶胞中,与钠离子最近的钠离子共有12个。③根据均摊法,图2所示晶胞中Na的个数为8×+1=2,Cl的个数为12×=6,该晶体的化学式为NaCl3。④图3为气态团簇分子,该分子中Cl原子个数为14,Na原子个数为13,该团簇分子的化学式为Na13Cl14。
(2)NH3分子的中心N原子采取sp3杂化,其中1个杂化轨道被孤电子对占据,故NH3分子的立体构型为三角锥形;[Cu(NH3)4]2+中Cu2+提供空轨道,N原子提供孤电子对;在[Cu(NH3)4]Cl2中,每个N原子形成4个σ键,故1ml[Cu(NH3)4]Cl2中含有16mlσ键,数目为16NA。
(3)①根据铜晶胞结构和密度公式可知,ρ=g·cm-3=g·cm-3。
②由图中几何关系可知,晶胞面对角线长度等于4倍的铜原子半径,则r=apm。
5.答案 (1)3d104s1 15
(2)O>C>H 平面三角形 短 H2SO4中有2个非羟基氧而H2CO3中只有1个,中心原子的非羟基氧个数越多,其酸性越强
(3)8 () (或)
解析 (1)Cu为29号元素,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故其价层电子排布式为3d104s1,其核外电子占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。
(2)根据元素周期律,H、C、O电负性从大到小的顺序为O>C>H;C的中心原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,所以C的立体构型为平面三角形;由于C有大π键,所以C中C—O键长较短;H2SO4中有2个非羟基氧而H2CO3中只有1个,中心原子的非羟基氧个数越多,吸引电子能力越强,H—O的电子云密度(电子出现概率)越小,H越易电离,其酸性越强。
(3)在Cu2S晶胞中,四面体中心共有8个,每个四面体中心均分布着一个Cu+,每个S2-周围有8个Cu+,故S2-配位数为8;图中A处(S2-)的分数坐标为(0,0,0),A与相邻的3个面心S2-形成一个正四面体,与A距离最近的Cu+位于此正四面体的中心,则该Cu+的分数坐标为();晶胞的体积为(a×10-7)3cm3,每个晶胞的质量为g,则dg·cm-3=g·cm-3,则NA=ml-1,只涉及数值,省略单位ml-1,其数值为。物质
顺铂
反铂
结构
25℃时溶解度/g
0.257 7
0.036 6
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