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2020届高考化学二轮复习物质结构与性质作业 (1) 练习
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物质结构与性质(选考)
1.(2019山东聊城一模)二氟草酸硼酸锂[LiBF2(C2O4)]是新型锂离子电池的电解质,乙酸锰(CH3COO)3Mn]可用于制造离子电池的负极材料。合成方程式如下:
2H2C2O4+SiCl4+2LiBF42LiBF2(C2O4)+SiF4+4HCl
4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O
4(CH3COO)3Mn+8HNO2+3O2↑+40CH3COOH
(1)基态Mn原子的核外电子排布式为 。
(2)草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 mol草酸分子中含有σ键的数目为 (用含NA的式子表示)。
(3)与SiF4互为等电子体的两种阴离子的化学式为 。
(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为 。
(5)向硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成配离子[Cu(NH3)4]2+。已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子的原因是 。
(6)硼氢化钠的晶胞结构如图所示,该晶胞中Na+的配位数为 ,若硼氢化钠晶体的密度为d g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则a= (用含d、NA的代数式表示);若硼氢化钠晶胞上、下底心处的Na+被Li+取代,则得到晶体的化学式为 。
2.(2019陕西汉中一模)氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料,具有优良性能。
(1)基态氮原子的电子排布式为 ,基态硅原子未成对电子数是 ,碳、氮、硅的电负性由大到小的顺序是 。
(2)碳热还原法制氮化硅是在氮气中用碳还原SiO2,写出该反应的化学方程式: 。氮化硅一般不与酸反应,但能与氢氟酸反应,写出氮化硅与过量氢氟酸反应的化学方程式: 。
(3)三氯硅烷(SiHCl3)也可用于制备氮化硅,三氯硅烷分子的空间构型为 ,其分子中硅原子的杂化轨道类型为 。
(4)氮化硅与碳化硅、氮化硼等作用可产生性能更好的材料。氮化硅、碳化硅的化学性质都很稳定,其原因是 。
(5)碳化硅立方晶系晶胞如图所示,其中C—Si—C键的夹角是 ,其晶体类型是 ,若立方晶系的碳化硅密度为ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶胞的棱长为 。
3.(2019福建漳州二模)铂钴合金是以铂为基含钴的二元合金,在高温下,铂与钴可无限互溶,其固溶体为面心立方晶格。铂钴合金磁性极强,磁稳定性较高,耐化学腐蚀性很好,主要用于航天航空仪表电子钟表磁控管等。
(1)基态钴原子的价电子排布图(轨道表示式)为 。
(2)二氯二吡啶合铂是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物,有顺式和反式两种同分异构体(如图)。科学研究表明,顺式分子具有抗癌活性。
①吡啶分子是大体积平面配体,其结构简式如图所示,每个分子中含有的σ键数目为 。二氯二吡啶合铂分子中所含的C、N、Cl三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 。
②二氯二吡啶合铂中存在的微粒间作用力有 (填字母)。
a.范德华力 b.氢键
c.金属键 d非极性键
③反式二氯二吡啶合铂分子是 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
(3)某研究小组将平面型的铂配合物分子进行层状堆砌,使每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行,构成能导电的“分子金属”,其结构如图所示。
①“分子金属”可以导电,是因为 能沿着其中的金属原子链流动。
②“分子金属”中,铂原子 (填“是”或“不是”)以sp3的方式杂化?其理由是 。
(4)筑波材料科学国家实验室一个科研小组发现了在5 K下呈现超导性的晶体CoO2,该晶体具有层状结构(如图所示,小球表示Co原子,大球表示O原子),图中用粗线画出的重复结构单元示意图不能描述CoO2的化学组成的是 (填字母)。
(5)金属铂晶体中,铂原子的配位数为12,其立方晶胞沿x、y或z轴的投影图如图所示,若金属铂的密度为d g·m-3,则晶胞参数a= nm(列计算式)。
4.(2019四川泸州二模)钴、铜及其化合物在工业上有重要的用途,回答下列问题:
(1)请补充完基态Co的简化电子排布式:[Ar] ,Co2+有 个未成对电子。
(2)Na3[Co(NO2)6]常用作检验K+的试剂,配位体NO2-的中心原子的杂化形式为 ,空间构型为 。大π键可用符号πnm表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n为各原子的单电子数(形成σ键的电子除外)和得电子数的总和(如苯分子中的大π键可表示为π66),则NO2-中大π键应表示为 。
(3)配合物[Cu(En)2]SO4的名称是硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ),是铜的一种重要化合物。其中En是乙二胺(H2NCH2CH2NH2)的简写。
①配合物[Cu(En)2]SO4中N、O、Cu的第一电离能由小到大的顺序是 。
②乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,且相对分子质量相近,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是 。
(4)金属Cu晶体中的原子堆积方式如图所示,其配位数为 ,铜的原子半径为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Cu的密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。
5.(2019湖北武汉外国语学校一模)根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1),回答下面各题。
元素代号
I1
I2
I3
I4
I5
Q
800.6
2 427.1
3 659.7
25 025.8
32 826.7
R
495.8
4 562
6 910.3
9 543
13 354
S
577.5
1 816.7
2 744.8
11 577
14 842
T
1 402.3
2 856
4 578.1
7 475.0
9 444.9
U
2 080.7
3 952.3
6 122
9 371
12 177
(1)在这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是 (填元素符号),S元素最可能是 区元素。
(2)基态Q元素原子的价电子排布式为 。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为 ;同周期中第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有 种。
(3)化合物RT3中化学键类型为 ,RT3的阴离子的几何构型为 。
(4)下列元素中,化学性质和物理性质最像U元素的是 。
A.硼 B.铍 C.锂 D.氦 E.碳
(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,X的化学式为 ;列式并计算晶体X的密度 。
6.(2019广东广州天河二模)碳、氮、氧、氟、钙、铜等元素的化合物广泛存在于自然界,回答下列问题:
(1)将乙炔(C2H2)通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。乙炔分子中σ键与π键个数比值为 ,基态Cu+核外电子排布式为 ,[Cu(NH3)2]Cl中化学键类型为 。
(2)NF3是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体。元素第一电离能N (填“>”“<”或“=”)F,NF3中氮原子的杂化轨道类型为 ,NF3属于 (填“极性”或“非极性”)分子。
(3)C60可以用作储氢材料。已知金刚石中C—C键的键长为154.45 pm,C60中C—C键的键长为140~145 pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为 (填“正确”或“不正确”),理由是 。
(4)氮的氧化物和含氧酸在医疗上具有重要的应用。写出与N2O互为等电子体的分子 (任写一种),酸性HNO3>HNO2,试着从结构上解释其原因 。
(5)电石(CaC2)是有机合成化学工业的基本原料。CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但晶体中由于哑铃形C22-的存在,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中每个Ca2+周围距离最近的C22-的数目为 ,已知CaC2晶体的密度为2.22 g·cm-3,该晶胞的体积为 cm3。
参考答案
1.答案 (1)[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2)
(2)sp2 7NA (3)SO42-、PO43-
(4)乙酸与水分子之间可形成氢键
(5)F的电负性大于N,N—F成键电子对偏向F,导致NF3中的N原子核对孤对电子吸引力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子
(6)8 376×1021ρ·NA Na3Li(BH4)4或LiNa3(BH4)4
解析 (1)Mn为25号元素,核外电子数为25,基态Mn原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s2或1s22s22p63s23p63d54s2。
(2)由草酸(HOOCCOOH)分子的结构可知,一个中心碳原子有3个σ键和一个π键,没有孤电子对,属于sp2杂化,每个草酸(HOOCCOOH)分子中共含有7个σ键,则1 mol草酸分子中含有σ键的数目为7NA。
(3)原子数和电子数都相等的微粒互为等电子体。所以与SiF4互为等电子体的两种阴离子的化学式分别为SO42-、PO43-。
(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为CH3COOH分子与水分子之间可形成氢键。
(5)NF3不易与Cu2+形成配离子的原因是F的电负性大于N,N—F成键电子对偏向F,导致NF3中的N原子核对孤电子对吸引力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子。
(6)以上底面处的Na+为研究对象,与之距离最近的BH4-共有8个。该晶胞中Na+个数为4,BH4-个数是4,则晶体的化学式为NaBH4,该晶胞的质量为38×4NA g,该晶胞的体积为2a3 nm3=2a3×10-21 cm3,则2a3×10-21 cm3×ρ g·cm-3=38×4NA g,a=376×1021ρ·NA;若NaBH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,则晶胞中BH4-数目为4,钠离子个数为3,锂离子个数为1,晶体的化学式为Na3Li(BH4)4或LiNa3(BH4)4。
2.答案 (1)1s22s22p3 2 N>C>Si
(2)6C+2N2+3SiO2Si3N4+6CO Si3N4+16HF3SiF4↑+4NH4F
(3)四面体形 sp3杂化
(4)晶体中原子之间形成共价键,键能大
(5)109°28' 原子晶体 3160ρNA cm
解析 (1)N原子核外电子数为7,由能量最低原理可以知道核外电子排布式为1s22s22p3,基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,其中未成对电子数目为2;同周期自左而右元素电负性增大,同主族自上而下元素电负性减小,故电负性N>C>Si。
(2)碳热还原法制氮化硅是在氮气中用碳还原SiO2,反应生成Si3N4、CO,化学方程式为6C+2N2+3SiO2Si3N4+6CO。氮化硅一般不与酸反应,但能与氢氟酸反应,反应生成SiF4与NH4F,反应的化学方程式为Si3N4+16HF3SiF4+4NH4F。
(3)三氯硅烷(SiHCl3)分子中Si原子形成4个σ键,没有孤电子对,三氯硅烷分子的空间构型为四面体形,杂化轨道数目为4,Si原子采取sp3杂化。
(4)氮化硅、碳化硅晶体中原子之间形成共价键,键能大,化学性质稳定。
(5)碳化硅立方晶系晶胞中,立方体内Si原子与周围的4个C原子形成正四面体结构,C—Si—C键的夹角是109°28';原子之间形成共价键,形成向空间延伸的立体网状结构,属于原子晶体;晶胞中硅原子数目为4、碳原子数目为8×18+6×12=4,则一个晶胞质量为4×(28+12)NA g,碳化硅密度为ρ g·cm-3,则晶胞棱长=34×(28+12)NAgρg·cm-3=3160ρNA cm。
3.答案 (1)
(2)①11 N>Cl>C ②ad ③非极性分子
(3)①电子 ②不是 若铂原子轨道为sp3杂化,则该分子结构为四面体,非平面结构
(4)B (5)3780602d或3780NAd×10-21
解析 (1)过渡金属的价电子包含3d能级与4s能级的电子,基态钴原子的价电子排布图(轨道表示式)为。
(2)①相邻两原子间的第一条共价键为σ键,则吡啶分子()中的σ键数目为11;C、N、Cl三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>Cl>C。
②二氯二吡啶合铂中,C—C间存在非极性键,Pt和N之间存在配位键,分子间存在范德华力。③根据图像可知,反式二氯二吡啶合铂分子的结构为完全对称,正负电荷中心重合,分子是非极性分子。
(3)①已知每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行,构成能导电的“分子金属”,则Pt金属的价电子可在金属Pt间传递而导电。②“分子金属”中,铂原子的配位数为4,若铂原子以sp3的方式杂化,应为四面体构型,与题中信息不符。
(4)根据晶体的化学式可知,n(Co)∶n(O)=1∶2。以粗线画出的结构为基本单元,A中Co原子数为1,O原子数为4×12=2,符合比例;B中Co原子数为1,O原子数为4×14=1,不符合比例;C中Co原子数为1+4×14=2,O原子为4,符合比例;D中Co原子数为4×14=1,O原子数为4×12=2,符合比例。
(5)金属铂晶体中,铂原子的配位数为12,为最密堆积,根据投影图可知,则晶体为面心立方最密堆积,一个晶胞中含有的铂原子个数为8×18+6×12=4,金属铂晶体的棱长为a,ρ=mV=195×4a3×NA,则a=3780602d或3780NAd×10-21。
4.答案 (1)3d74s2 3 (2)sp2 V形 π34
(3)①Cu
解析 (1)Co为27号元素,根据构造原理可知其电子排布式为[Ar]3d74s2,Co2+电子排布式为[Ar]3d7,3d7轨道上有3个未成对的电子。
(2)NO2-中心原子N原子价层电子对数为3,故杂化轨道数为3,所以N原子的杂化方式为sp2杂化,空间构型为V形;NO2-中参与形成大π键的原子个数为3,每个原子提供一个单电子,得到电子为1个,所以NO2-的大π键可以表示为π34。
(3)①同一周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,第一电离能有增大趋势,但ⅡA族和ⅤA族元素例外,O的第一电离能小于N,O和N为非金属元素,Cu为金属元素,Cu比O、N易失电子,所以第一电离能由小到大的顺序是Cu
5.答案 (1)B和Al p
(2)2s22p1 -3 3
(3)离子键、共价键 直线形
(4)D (5)Na2O 4×62 g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27 g·cm-3
解析 Q元素的I4≫I3,Q元素的原子最外层有3个电子,Q处于ⅢA族;R元素的I2≫I1,R元素的原子最外层有1个电子,R处于ⅠA族;S元素的I4≫I3,S元素的原子最外层有3个电子,S处于ⅢA族;T、U元素的I1~I5没有突变,T、U的最外层电子至少有5个。
(1)根据上述分析,这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是Q和S,Q和S都处于ⅢA族,Q的I1大于S的I1,Q为硼元素,S为铝元素,即最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为铝元素,基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,最后一个电子填入3p能级,Al是p区元素。
(2)Q为硼元素,B原子核外有5个电子,基态B原子核外电子排布式为1s22s22p1,基态B原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为+3价,根据化合物中元素的正负化合价代数和为0,QT中T元素的化合价为-3价。Q属于第二周期,Q和T同周期,T也属于第二周期,则T为氮元素,同周期中第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O 3种元素。
(3)R为ⅠA族元素,R原子核外电子数大于5,R为钠元素;T为氮元素,RT3为NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为N3-,N3-与CO2互为等电子体,CO2为直线形,则N3-也为直线形。
(4)U的最外层电子至少有5个,U不可能是ⅠA族~ⅣA族元素,U的第一电离能较大,U可能是0族元素,化学性质和物理性质最像U元素的是氦。
(5)用“均摊法”分析,小球(Na+)有8个,大球(O2-)有8×18+6×12=4个,则X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3=(0.566×10-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为(0.566×10-7)3 cm3×NA,1 mol晶胞的质量为4×62 g,晶体X的密度为4×62 g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27 g·cm-3。
6.答案 (1)3∶2 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 离子键、共价键、配位键
(2)< sp3 极性
(3)不正确 金刚石是原子晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60熔点低于金刚石
(4)CO2或CS2(合理即可) 电负性O>N,—NO2中N的正电性大于—NO中的N,导致HO—NO2中O—H键的极性大于HO—NO中的O—H键的极性,因而在水分子作用下HO—NO2比HO—NO更容易电离出H+,即酸性HNO3>HNO2
(5)4 1.92×10-22
解析 (1)乙炔分子中有3个σ键与2个π键。Cu为29号元素,基态Cu+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+与NH3之间的化学键为配位键,N—H键为极性共价键,[Cu(NH3)2]+与Cl-之间为离子键。
(2)同周期主族元素从左到右电离能呈增大趋势,所以氟元素的第一电离能比氮元素的第一电离能大。NF3中N原子杂化轨道数目为4,采取sp3杂化。NF3分子构型与NH3相似,NH3分子构型是三角锥形,所以NF3分子构型也是三角锥形,三角锥形分子的结构不对称,正负电荷中心不重叠,为极性分子。
(3)金刚石是原子晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60熔点低于金刚石。
(4)与N2O互为等电子体的分子有CO2、CS2等。电负性O>N,—NO2中N的正电性大于—NO中的N,导致HO—NO2中O—H键的极性大于HO—NO中的O—H键的极性,因而在水分子作用下HO—NO2比HO—NO更容易电离出H+,即酸性HNO3>HNO2。
(5)依据晶胞示意图可以看出,晶胞的一个平面的长与宽不相等,再由图中体心可知1个Ca2+周围距离最近的C22-有4个。要特别注意题给的信息,CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似,该晶胞中含有Ca2+为12×14+1=4,一个晶胞中含有4个CaC2,CaC2晶体的密度为2.22 g·cm-3,该晶胞的体积V=mρ=4×64 g2.22 g·cm-3×6.02×1023≈1.92×10-22 cm3。
1.(2019山东聊城一模)二氟草酸硼酸锂[LiBF2(C2O4)]是新型锂离子电池的电解质,乙酸锰(CH3COO)3Mn]可用于制造离子电池的负极材料。合成方程式如下:
2H2C2O4+SiCl4+2LiBF42LiBF2(C2O4)+SiF4+4HCl
4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O
4(CH3COO)3Mn+8HNO2+3O2↑+40CH3COOH
(1)基态Mn原子的核外电子排布式为 。
(2)草酸(HOOCCOOH)分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 mol草酸分子中含有σ键的数目为 (用含NA的式子表示)。
(3)与SiF4互为等电子体的两种阴离子的化学式为 。
(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为 。
(5)向硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成配离子[Cu(NH3)4]2+。已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子的原因是 。
(6)硼氢化钠的晶胞结构如图所示,该晶胞中Na+的配位数为 ,若硼氢化钠晶体的密度为d g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则a= (用含d、NA的代数式表示);若硼氢化钠晶胞上、下底心处的Na+被Li+取代,则得到晶体的化学式为 。
2.(2019陕西汉中一模)氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料,具有优良性能。
(1)基态氮原子的电子排布式为 ,基态硅原子未成对电子数是 ,碳、氮、硅的电负性由大到小的顺序是 。
(2)碳热还原法制氮化硅是在氮气中用碳还原SiO2,写出该反应的化学方程式: 。氮化硅一般不与酸反应,但能与氢氟酸反应,写出氮化硅与过量氢氟酸反应的化学方程式: 。
(3)三氯硅烷(SiHCl3)也可用于制备氮化硅,三氯硅烷分子的空间构型为 ,其分子中硅原子的杂化轨道类型为 。
(4)氮化硅与碳化硅、氮化硼等作用可产生性能更好的材料。氮化硅、碳化硅的化学性质都很稳定,其原因是 。
(5)碳化硅立方晶系晶胞如图所示,其中C—Si—C键的夹角是 ,其晶体类型是 ,若立方晶系的碳化硅密度为ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶胞的棱长为 。
3.(2019福建漳州二模)铂钴合金是以铂为基含钴的二元合金,在高温下,铂与钴可无限互溶,其固溶体为面心立方晶格。铂钴合金磁性极强,磁稳定性较高,耐化学腐蚀性很好,主要用于航天航空仪表电子钟表磁控管等。
(1)基态钴原子的价电子排布图(轨道表示式)为 。
(2)二氯二吡啶合铂是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物,有顺式和反式两种同分异构体(如图)。科学研究表明,顺式分子具有抗癌活性。
①吡啶分子是大体积平面配体,其结构简式如图所示,每个分子中含有的σ键数目为 。二氯二吡啶合铂分子中所含的C、N、Cl三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 。
②二氯二吡啶合铂中存在的微粒间作用力有 (填字母)。
a.范德华力 b.氢键
c.金属键 d非极性键
③反式二氯二吡啶合铂分子是 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
(3)某研究小组将平面型的铂配合物分子进行层状堆砌,使每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行,构成能导电的“分子金属”,其结构如图所示。
①“分子金属”可以导电,是因为 能沿着其中的金属原子链流动。
②“分子金属”中,铂原子 (填“是”或“不是”)以sp3的方式杂化?其理由是 。
(4)筑波材料科学国家实验室一个科研小组发现了在5 K下呈现超导性的晶体CoO2,该晶体具有层状结构(如图所示,小球表示Co原子,大球表示O原子),图中用粗线画出的重复结构单元示意图不能描述CoO2的化学组成的是 (填字母)。
(5)金属铂晶体中,铂原子的配位数为12,其立方晶胞沿x、y或z轴的投影图如图所示,若金属铂的密度为d g·m-3,则晶胞参数a= nm(列计算式)。
4.(2019四川泸州二模)钴、铜及其化合物在工业上有重要的用途,回答下列问题:
(1)请补充完基态Co的简化电子排布式:[Ar] ,Co2+有 个未成对电子。
(2)Na3[Co(NO2)6]常用作检验K+的试剂,配位体NO2-的中心原子的杂化形式为 ,空间构型为 。大π键可用符号πnm表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n为各原子的单电子数(形成σ键的电子除外)和得电子数的总和(如苯分子中的大π键可表示为π66),则NO2-中大π键应表示为 。
(3)配合物[Cu(En)2]SO4的名称是硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ),是铜的一种重要化合物。其中En是乙二胺(H2NCH2CH2NH2)的简写。
①配合物[Cu(En)2]SO4中N、O、Cu的第一电离能由小到大的顺序是 。
②乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,且相对分子质量相近,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是 。
(4)金属Cu晶体中的原子堆积方式如图所示,其配位数为 ,铜的原子半径为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Cu的密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。
5.(2019湖北武汉外国语学校一模)根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1),回答下面各题。
元素代号
I1
I2
I3
I4
I5
Q
800.6
2 427.1
3 659.7
25 025.8
32 826.7
R
495.8
4 562
6 910.3
9 543
13 354
S
577.5
1 816.7
2 744.8
11 577
14 842
T
1 402.3
2 856
4 578.1
7 475.0
9 444.9
U
2 080.7
3 952.3
6 122
9 371
12 177
(1)在这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是 (填元素符号),S元素最可能是 区元素。
(2)基态Q元素原子的价电子排布式为 。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为 ;同周期中第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有 种。
(3)化合物RT3中化学键类型为 ,RT3的阴离子的几何构型为 。
(4)下列元素中,化学性质和物理性质最像U元素的是 。
A.硼 B.铍 C.锂 D.氦 E.碳
(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,X的化学式为 ;列式并计算晶体X的密度 。
6.(2019广东广州天河二模)碳、氮、氧、氟、钙、铜等元素的化合物广泛存在于自然界,回答下列问题:
(1)将乙炔(C2H2)通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。乙炔分子中σ键与π键个数比值为 ,基态Cu+核外电子排布式为 ,[Cu(NH3)2]Cl中化学键类型为 。
(2)NF3是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体。元素第一电离能N (填“>”“<”或“=”)F,NF3中氮原子的杂化轨道类型为 ,NF3属于 (填“极性”或“非极性”)分子。
(3)C60可以用作储氢材料。已知金刚石中C—C键的键长为154.45 pm,C60中C—C键的键长为140~145 pm,有同学据此认为C60的熔点高于金刚石,你认为 (填“正确”或“不正确”),理由是 。
(4)氮的氧化物和含氧酸在医疗上具有重要的应用。写出与N2O互为等电子体的分子 (任写一种),酸性HNO3>HNO2,试着从结构上解释其原因 。
(5)电石(CaC2)是有机合成化学工业的基本原料。CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但晶体中由于哑铃形C22-的存在,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中每个Ca2+周围距离最近的C22-的数目为 ,已知CaC2晶体的密度为2.22 g·cm-3,该晶胞的体积为 cm3。
参考答案
1.答案 (1)[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2)
(2)sp2 7NA (3)SO42-、PO43-
(4)乙酸与水分子之间可形成氢键
(5)F的电负性大于N,N—F成键电子对偏向F,导致NF3中的N原子核对孤对电子吸引力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子
(6)8 376×1021ρ·NA Na3Li(BH4)4或LiNa3(BH4)4
解析 (1)Mn为25号元素,核外电子数为25,基态Mn原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s2或1s22s22p63s23p63d54s2。
(2)由草酸(HOOCCOOH)分子的结构可知,一个中心碳原子有3个σ键和一个π键,没有孤电子对,属于sp2杂化,每个草酸(HOOCCOOH)分子中共含有7个σ键,则1 mol草酸分子中含有σ键的数目为7NA。
(3)原子数和电子数都相等的微粒互为等电子体。所以与SiF4互为等电子体的两种阴离子的化学式分别为SO42-、PO43-。
(4)CH3COOH易溶于水,除了它是极性分子外,还因为CH3COOH分子与水分子之间可形成氢键。
(5)NF3不易与Cu2+形成配离子的原因是F的电负性大于N,N—F成键电子对偏向F,导致NF3中的N原子核对孤电子对吸引力增强,难以形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子。
(6)以上底面处的Na+为研究对象,与之距离最近的BH4-共有8个。该晶胞中Na+个数为4,BH4-个数是4,则晶体的化学式为NaBH4,该晶胞的质量为38×4NA g,该晶胞的体积为2a3 nm3=2a3×10-21 cm3,则2a3×10-21 cm3×ρ g·cm-3=38×4NA g,a=376×1021ρ·NA;若NaBH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,则晶胞中BH4-数目为4,钠离子个数为3,锂离子个数为1,晶体的化学式为Na3Li(BH4)4或LiNa3(BH4)4。
2.答案 (1)1s22s22p3 2 N>C>Si
(2)6C+2N2+3SiO2Si3N4+6CO Si3N4+16HF3SiF4↑+4NH4F
(3)四面体形 sp3杂化
(4)晶体中原子之间形成共价键,键能大
(5)109°28' 原子晶体 3160ρNA cm
解析 (1)N原子核外电子数为7,由能量最低原理可以知道核外电子排布式为1s22s22p3,基态硅原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,其中未成对电子数目为2;同周期自左而右元素电负性增大,同主族自上而下元素电负性减小,故电负性N>C>Si。
(2)碳热还原法制氮化硅是在氮气中用碳还原SiO2,反应生成Si3N4、CO,化学方程式为6C+2N2+3SiO2Si3N4+6CO。氮化硅一般不与酸反应,但能与氢氟酸反应,反应生成SiF4与NH4F,反应的化学方程式为Si3N4+16HF3SiF4+4NH4F。
(3)三氯硅烷(SiHCl3)分子中Si原子形成4个σ键,没有孤电子对,三氯硅烷分子的空间构型为四面体形,杂化轨道数目为4,Si原子采取sp3杂化。
(4)氮化硅、碳化硅晶体中原子之间形成共价键,键能大,化学性质稳定。
(5)碳化硅立方晶系晶胞中,立方体内Si原子与周围的4个C原子形成正四面体结构,C—Si—C键的夹角是109°28';原子之间形成共价键,形成向空间延伸的立体网状结构,属于原子晶体;晶胞中硅原子数目为4、碳原子数目为8×18+6×12=4,则一个晶胞质量为4×(28+12)NA g,碳化硅密度为ρ g·cm-3,则晶胞棱长=34×(28+12)NAgρg·cm-3=3160ρNA cm。
3.答案 (1)
(2)①11 N>Cl>C ②ad ③非极性分子
(3)①电子 ②不是 若铂原子轨道为sp3杂化,则该分子结构为四面体,非平面结构
(4)B (5)3780602d或3780NAd×10-21
解析 (1)过渡金属的价电子包含3d能级与4s能级的电子,基态钴原子的价电子排布图(轨道表示式)为。
(2)①相邻两原子间的第一条共价键为σ键,则吡啶分子()中的σ键数目为11;C、N、Cl三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>Cl>C。
②二氯二吡啶合铂中,C—C间存在非极性键,Pt和N之间存在配位键,分子间存在范德华力。③根据图像可知,反式二氯二吡啶合铂分子的结构为完全对称,正负电荷中心重合,分子是非极性分子。
(3)①已知每个分子中的铂原子在某一方向上排列成行,构成能导电的“分子金属”,则Pt金属的价电子可在金属Pt间传递而导电。②“分子金属”中,铂原子的配位数为4,若铂原子以sp3的方式杂化,应为四面体构型,与题中信息不符。
(4)根据晶体的化学式可知,n(Co)∶n(O)=1∶2。以粗线画出的结构为基本单元,A中Co原子数为1,O原子数为4×12=2,符合比例;B中Co原子数为1,O原子数为4×14=1,不符合比例;C中Co原子数为1+4×14=2,O原子为4,符合比例;D中Co原子数为4×14=1,O原子数为4×12=2,符合比例。
(5)金属铂晶体中,铂原子的配位数为12,为最密堆积,根据投影图可知,则晶体为面心立方最密堆积,一个晶胞中含有的铂原子个数为8×18+6×12=4,金属铂晶体的棱长为a,ρ=mV=195×4a3×NA,则a=3780602d或3780NAd×10-21。
4.答案 (1)3d74s2 3 (2)sp2 V形 π34
(3)①Cu
解析 (1)Co为27号元素,根据构造原理可知其电子排布式为[Ar]3d74s2,Co2+电子排布式为[Ar]3d7,3d7轨道上有3个未成对的电子。
(2)NO2-中心原子N原子价层电子对数为3,故杂化轨道数为3,所以N原子的杂化方式为sp2杂化,空间构型为V形;NO2-中参与形成大π键的原子个数为3,每个原子提供一个单电子,得到电子为1个,所以NO2-的大π键可以表示为π34。
(3)①同一周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,第一电离能有增大趋势,但ⅡA族和ⅤA族元素例外,O的第一电离能小于N,O和N为非金属元素,Cu为金属元素,Cu比O、N易失电子,所以第一电离能由小到大的顺序是Cu
5.答案 (1)B和Al p
(2)2s22p1 -3 3
(3)离子键、共价键 直线形
(4)D (5)Na2O 4×62 g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27 g·cm-3
解析 Q元素的I4≫I3,Q元素的原子最外层有3个电子,Q处于ⅢA族;R元素的I2≫I1,R元素的原子最外层有1个电子,R处于ⅠA族;S元素的I4≫I3,S元素的原子最外层有3个电子,S处于ⅢA族;T、U元素的I1~I5没有突变,T、U的最外层电子至少有5个。
(1)根据上述分析,这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是Q和S,Q和S都处于ⅢA族,Q的I1大于S的I1,Q为硼元素,S为铝元素,即最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为铝元素,基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,最后一个电子填入3p能级,Al是p区元素。
(2)Q为硼元素,B原子核外有5个电子,基态B原子核外电子排布式为1s22s22p1,基态B原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为+3价,根据化合物中元素的正负化合价代数和为0,QT中T元素的化合价为-3价。Q属于第二周期,Q和T同周期,T也属于第二周期,则T为氮元素,同周期中第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O 3种元素。
(3)R为ⅠA族元素,R原子核外电子数大于5,R为钠元素;T为氮元素,RT3为NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为N3-,N3-与CO2互为等电子体,CO2为直线形,则N3-也为直线形。
(4)U的最外层电子至少有5个,U不可能是ⅠA族~ⅣA族元素,U的第一电离能较大,U可能是0族元素,化学性质和物理性质最像U元素的是氦。
(5)用“均摊法”分析,小球(Na+)有8个,大球(O2-)有8×18+6×12=4个,则X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3=(0.566×10-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为(0.566×10-7)3 cm3×NA,1 mol晶胞的质量为4×62 g,晶体X的密度为4×62 g·mol-1(0.566×10-7)3cm3×6.02×1023mol-1≈2.27 g·cm-3。
6.答案 (1)3∶2 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 离子键、共价键、配位键
(2)< sp3 极性
(3)不正确 金刚石是原子晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60熔点低于金刚石
(4)CO2或CS2(合理即可) 电负性O>N,—NO2中N的正电性大于—NO中的N,导致HO—NO2中O—H键的极性大于HO—NO中的O—H键的极性,因而在水分子作用下HO—NO2比HO—NO更容易电离出H+,即酸性HNO3>HNO2
(5)4 1.92×10-22
解析 (1)乙炔分子中有3个σ键与2个π键。Cu为29号元素,基态Cu+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+与NH3之间的化学键为配位键,N—H键为极性共价键,[Cu(NH3)2]+与Cl-之间为离子键。
(2)同周期主族元素从左到右电离能呈增大趋势,所以氟元素的第一电离能比氮元素的第一电离能大。NF3中N原子杂化轨道数目为4,采取sp3杂化。NF3分子构型与NH3相似,NH3分子构型是三角锥形,所以NF3分子构型也是三角锥形,三角锥形分子的结构不对称,正负电荷中心不重叠,为极性分子。
(3)金刚石是原子晶体,熔化时需要破坏共价键,C60为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,无需破坏共价键,所以C60熔点低于金刚石。
(4)与N2O互为等电子体的分子有CO2、CS2等。电负性O>N,—NO2中N的正电性大于—NO中的N,导致HO—NO2中O—H键的极性大于HO—NO中的O—H键的极性,因而在水分子作用下HO—NO2比HO—NO更容易电离出H+,即酸性HNO3>HNO2。
(5)依据晶胞示意图可以看出,晶胞的一个平面的长与宽不相等,再由图中体心可知1个Ca2+周围距离最近的C22-有4个。要特别注意题给的信息,CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似,该晶胞中含有Ca2+为12×14+1=4,一个晶胞中含有4个CaC2,CaC2晶体的密度为2.22 g·cm-3,该晶胞的体积V=mρ=4×64 g2.22 g·cm-3×6.02×1023≈1.92×10-22 cm3。
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