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2020届高考化学二轮复习题型特训（精编25题）——物质结构与性质(选考)【 答案+解析】
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这是一份2020届高考化学二轮复习题型特训（精编25题）——物质结构与性质(选考)【 答案+解析】，共39页。
二轮题型特训
物质结构与性质(选考)
【精编25题 答案+解析】
1.钇钡铜氧(YBa2Cu3O7－x)是一种高温超导材料(其中Y显＋3价，Cu显＋2、＋3价)，最早是将BaCO3、Y2(CO3)3和CuCO3混合在高温下反应制备的。
请回答下列问题：
(1)Y(钇)是一种重要的稀土金属，与Sc(钪)同族相邻。则Y原子核外有________个价电子。Y位于元素周期表的________区。
(2)在BaCO3中，CO的空间构型为________，C原子采取________杂化；BaCO3、CaCO3受热分解分别生成BaO、CaO，BaO、CaO熔点较高的是________(填化学式)。
(3)基态Cu3＋的核外电子排布式为______________________________。
(4)若YBa2Cu3O7－x(0≤x≤0.5)材料在T ℃下有超导性，当x＝0.2时，n(Cu3＋)∶n(Cu2＋)＝________。
(5)铜有两种氧化物：CuO和Cu2O，后者比前者的热稳定性强，原因是__________________________________
_____________________________________________。
(6)如图是某种超导材料A的晶胞结构示意图，其化学式为________。若A的摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞参数为a pm、a pm、b pm，则晶体的密度为________g·cm－3。
CuSO4和Cu(NO3)2是自然界中重要的铜盐。回答下列问题：
(1)CuSO4和Cu(NO3)2中阳离子基态核外电子排布式为________________，S、O、N三种元素的第一电离能由大到小为________。
(2)SO的立体构型是________，与SO互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
(3)往Cu(NO3)2溶液中通入足量NH3能生成配合物[Cu(NH3)4](NO3)2。其中NO中心原子的杂化轨道类型为________，[Cu(NH3)4](NO3)2中存在的化学键类型除了极性共价键外，还有________。
(4)CuSO4的熔点为560 ℃，Cu(NO3)2的熔点为115 ℃，CuSO4熔点更高的原因是________________________________________________________。
(5)利用CuSO4和NaOH制备的Cu(OH)2检验醛基时，生成红色的Cu2O，其晶胞结构如图所示。
①该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)；C为(，，)。则D原子的坐标参数为________，它代表________原子。
②若Cu2O晶体密度为d g·cm－3，晶胞参数为a pm，则阿伏加德罗常数值NA＝________。
解析：(5)①将该晶胞分为8个小正方体，D位于小正方体的体心，其坐标参数为(，，)，该晶胞中黑球数为4，白球数为8×＋1＝2，则白球代表O，黑球代表Cu，故D为Cu。②该晶胞的质量为 g＝d g·cm－3×(a×10－10cm)3，解得NA＝。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 N>O>S (2)正四面体 CCl4(或SiF4等)
(3)sp2 配位键、离子键 (4)CuSO4和Cu(NO3)2均为离子晶体，SO所带电荷比NO大，故CuSO4晶格能较大，熔点较高 (5)①(，，) Cu ②
2．钴（Co）、镓（Ga）、硒（Se）等化合物薄膜和硅系薄膜是太阳能电池的新产品，锗（Ge）、砷（As）和硅是典型的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。
（1）Co2+基态时的电子排布式为____________________；1mol[Co（H2O）6]2+离子中，含σ键的数目为______________。
（2）GaCl3的熔点为77.9℃，其晶体类型为______，GaCl3中镓原子的杂化方式为_____。
（3）镓、锗、砷、硒四种元素中，第一电离能最大的是____（用元素符号表示）。
（4）金刚砂（SiC）的结构如图，可以看成金刚石晶体中 一半的C原子被Si原子替换，且同种原子不形成共价键，在SiC晶体结构中，每个C原子周围最近的C原子数目为____。
【答案】详见解析
【解析】（1）Co是27号元素，处于第四周期第Ⅷ族，Co原子失去4s能级2个电子变成Co2+，Co2+基态时的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d7．配合离子[Co（H2O）6]2+中形成4个配位键，水分子中形成2个σ键，配离子中含有18个σ键，故1mol[Co（H2O）6]2+离子中含σ键的数目为：18×6.02×1023，
故答案为：1s22s22p63s23p63d7；18×6.02×1023；
（2）GaCl3的熔点为77.9℃，熔点很低，其晶体类型为分子晶体。GaCl3分子中Ga原子孤电子对数==0，价层电子对数=3+0=3，Ga原子杂化方式为：sp2，
故答案为：分子晶体；sp2；
（3）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，As元素原子4p轨道为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：
As>Se>Ge>Ga，
故答案为：As；
（4）金刚砂中每个碳原子周围的4个Si原子形成正四面体，每个Si原子周围的4个C原子形成正四面体，晶胞中Si与C原子的位置相同，若Si处于晶胞内部，则C原子处于晶胞的顶点、面心位置。以顶点C原子研究，与之最近的C原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，故每个C原子周围最近的C原子数目为=12，故答案为：12。
3.硼及其化合物在新材料、工农业生产等方面用途很广。请回答下列问题：
(1)B元素的基态原子的价电子排布图为________，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为________。
(2)三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性气味的无色有毒腐蚀性气体，其分子的立体构型为________，B原子的杂化类型为________。
(3)自然界中，含B的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作Na2B4O7·10H2O，实际上它的阴离子结构单元是由两个H3BO3和两个[B(OH)4]－缩合而成的双六元环，应该写成Na2[B4O5(OH)4]·8H2O，其结构式如图1，它的阴离子可形成链状结构。该阴离子由极性键和配位键构成，请在图1中用“→”标出其中的配位键，该阴离子通过________相互结合形成链状结构。
(4)科学家发现硼化镁在39 K时有超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列。图2是该晶体微观结构中取出的部分原子沿z轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影。则硼化镁的化学式为________。
(5)磷化硼(BP)是一种有价值的超硬耐磨涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护薄膜。磷化硼晶胞如图3所示，在BP晶胞中B的堆积方式为________，当晶胞晶格参数为478 pm时，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为________cm。
解析：(1)B元素的基态原子的价电子排布图为
；元素的非金属性越强，第一电离能越大，由于氮原子2p能级上有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素，所以B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>B。
(2)BF3分子中，B原子形成了3个σ键，不含孤电子对，故杂化轨道数为3，杂化方式为sp2杂化，BF3分子的立体构型为平面正三角形。(3)B原子形成的4个键中含有1个配位键，氢氧根离子中氧原子与硼原子之间形成配位键，题图1中用“→”标出其中的配位键为，该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。(4)根据投影可知，6个B原子构成1个正六边形，中间是镁原子，1个B原子被周围的3个正六边形共用，所以1个正六边形含有的B原子数是6÷3＝2，因此硼化镁的化学式为MgB2。(5)由晶胞结构可知，在BP晶胞中B的堆积方式为面心立方最密堆积；P原子与周围的4个B原子最近且形成正四面体结构，二者连线处于体对角线上，B、P之间的最近距离为体对角线长的，立方体的边长为478 pm，则晶胞体对角线长为×478 pm，则P原子与B原子最近距离为×478 pm×＝ pm＝×10－10cm。
答案：(1)
N>O>B
(2)平面正三角形 sp2杂化
(3) 氢键
(4)MgB2
(5)面心立方最密堆积 ×10－10
4.Cu3N具有良好的电学和光学性能在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工程等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用。
(1)C、N、O 三种元素的第一电离能由大到小的顺序为______________。
(2)与N3－含有相同电子数的三原子微粒的空间构型是________。
(3)Cu＋的电子排布式为________，其在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应生成Cu2＋和Cu，但CuO在高温下会分解成Cu2O，试从结构角度解释高温下CuO为何会生成Cu2O：______________。
(4)在Cu的催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛，乙醛分子中碳原子的杂化方式是________，乙醛分子H－C－O的键角________(填“大于”“等于”或“小于”)乙醇分子中的H－C－O的键角。
(5)[Cu(H2O)4]2＋为平面正方形结构，其中的两个H2O被Cl－取代有两种不同的结构，试画出Cu(H2O)2Cl2具有极性的分子的结构式：________________。
(6)Cu3N的晶胞结构如图所示，N3－的配位数为________，Cu＋的半径为a pm，N3－的半径为b pm，Cu3N的密度为________ g·cm－3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
解析：(1)同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半充满稳定状态，能量降低，失去第一个电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N>O>C；(2)与N3－含有相同电子数的微粒为等电子体，如NO，等电子体结构相似，亚硝酸根离子中N原子价层电子对个数＝2＋1/2(5＋1－2×2)＝3且含有一个孤电子对，所以为V形结构；(3)Cu＋的核外有28个电子，根据构造原理知其基态离子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d10，原子轨道处于全空、半充满或全充满时最稳定，Cu＋的3d轨道上全充满，稳定；(4)乙醛分子中甲基上碳原子含有4个σ键，醛基上的碳原子含有3个σ键，所以甲基中的碳原子采用sp3杂化，醛基中的碳原子采用sp2杂化，乙醇中含有醇羟基的碳原子采用sp3杂化，导致乙醛分子中H－C－O的键角大于乙醇分子中的H－C－O的键角；(5)[Cu(H2O)4]2＋为平面正方形结构，其中的两个H2O被Cl－取代有两种不同的结构，[Cu(H2O)2(Cl)2]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称，则其结构式为；(6)Cu3N的晶胞结构如图，大球个数＝12×＝3，小球个数＝×8＝1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N3－的配位数＝3×2＝6，晶胞的体积＝[(2a＋2b)×10－10 cm]3，Cu3N的密度＝＝ g/cm3＝ g/cm3。
答案：(1)N>O>C (2)V形 (3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) Cu＋的3d轨道上电子全充满，其结构稳定 (4)sp3、sp2 大于 (5)
(6)6
5.磷存在于人体所有细胞中，是维持骨骼和牙齿的必要物质，几乎参与所有生理上的化学反应。回答下列问题：
(1)基态P原子的核外电子排布式为________，有________个未成对电子。
(2)磷的一种同素异形体——白磷(P4)的立体构型为________，其键角为________，推测其在CS2中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在水中的溶解度。
(3)两种三角锥形气态氢化物膦(PH3)和氨(NH3)的键角分别为93.6°和107°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_________________________________。
(4)常温下PCl5是一种白色晶体，其立方晶系晶体结构模型如图甲所示，由A、B两种微粒构成。将其加热至148 ℃熔化，形成一种能导电的熔体。已知A、B两种微粒分别与CCl4、SF6互为等电子体，则A为________，其中心原子杂化轨道类型为________，B为________。
(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，图乙为其立方晶胞，其中的每个原子均满足8电子稳定结构，试判断其熔点________(填“高于”或“低于”)金刚石熔点。已知其B—P键键长均为x cm，则其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)基态P原子核外有15个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，有3个未成对电子。(2)P4为正四面体结构，其键角为60°，P4为非极性分子，根据“相似相溶”原理，P4易溶于非极性溶剂CS2，难溶于极性溶剂H2O。(4)根据题意可知，PCl5为离子晶体，则晶体中存在阴、阳离子，A与CCl4互为等电子体，则A为PCl，根据价电子对互斥理论，其采用sp3杂化，B与SF6互为等电子体，则B为PCl。(5)BP与金刚石都是原子晶体，由于C—C键的键长比B—P键短，则C—C键的键能更大，故金刚石的熔点高于BP。解法一：将磷化硼晶胞中部分原子进行标号，如图所示：，图中1、2、3、4原子形成正四面体结构，5原子位于正四面体体心，1、5原子之间的距离为x cm，1、5原子形成的B—P键与4、5原子形成的B—P键之间的键角为109°28′，设1、4原子之间的距离为y cm，则在1、4、5原子形成的等腰三角形中存在：sin＝，解得y＝2xsin 54°44′，晶胞边长为 cm＝2xsin 54°44′ cm，磷化硼晶胞中含有的B原子数为4，含有的P原子数为8×＋6×＝4，一个磷化硼晶胞中含有4个BP，则晶体的密度为g·cm－3＝
g·cm－3；解法二：将上图1、2、3、4原子形成的正四面体记为ABCD，如图所示：，其中O为正四面体的体心，E为正三角形BCD的中心，则AE为正四面体的高，DF为正三角形BCD的高，三角形ADE为直角三角形，根据题意知，AO为x cm，由正四面体中顶点到体心的距离与体心到底面的距离之比为3∶1知，AE＝AO＝x cm，设正四面体的边长为y cm，则计算可得正三角形BCD的高DF为y cm，由正三角形中顶点到中心的距离与中心到底边的距离之比为2∶1知，DE为y cm×＝y cm，在直角三角形AED中，根据勾股定理可得：y2＝(y)2＋(x)2，解得y＝x，则1、4原子之间的距离为x cm，晶胞边长为 cm＝x cm，故晶体密度为 g·cm－3。
答案：(1)1s22s22p63s23p3 3 (2)正四面体形 60° 大于 (3)电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大 (4)PCl
sp3 PCl (5)低于
或
6.(1)基态溴原子的价层电子轨道排布式为__________。第四周期中，与溴原子未成对电子数相同的金属元素有___________种。
(2)铍与铝的元素性质相似。下列有关铍和铝的叙述正确的有___________(填标号)。
A．都属于p区主族元素 B．电负性都比镁大
C．第一电离能都比镁大 D．氯化物的水溶液pH均小于7
(3)Al元素可形成[AlF6]3－、[AlCl4]－配离子，而B元素只能形成[BF4]－配离子，由此可知决定配合物中配位数多少的因素是__________________；[AlCl4]－的立体构型名称为__________。
(4)P元素有白磷、红磷、黑磷三种常见的单质。
①白磷(P4)易溶于CS2，难溶于水，原因是_______________________________________。
②黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。白磷、红磷都是分子晶体，黑磷晶体与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是________。
A．黑磷晶体中磷原子杂化方式为sp2杂化
B．黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力
C．黑磷晶体的每一层中磷原子都在同一平面上
D．P元素三种常见的单质中，黑磷的熔沸点最高
(5)F2中F—F键的键能(157 kJ/mol)小于Cl2中Cl—Cl键的键能(242.7 kJ/mol)，原因是_______________________。
(6)金属钾的晶胞结构如图。若该晶胞的密度为a g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则表示K原子半径的计算式为______________。
解析：(1)溴原子为35号元素，基态原子电子排布式[Ar] 3d104s24p5，价层电子排布图为，溴原子未成对电子数为1，与溴原子未成对电子数相同的金属元素有：K、Sc、Cr、Cu，共4种；(2)铍与相邻主族的铝元素性质相似。A.Be属于s区，Al属于p区，故A错误；B.铍和铝的电负性都比镁大，故B正确；C.元素Be的第一电离能比Mg大，元素Al的第一电离能比Mg小，故C错误；D.铍和铝的氯化物的水溶液均发生水解，溶液显酸性，则pH<7, D项正确；(3)B3＋离子半径明显小于Al3＋，则Al元素可形成[AlF6]3－、[AlCl4]－配离子，而B只能形成[BF4]－配离子，因此，决定配合物中配位数多少的因素是中心原子(或离子)及配位原子半径的大小；[AlCl4]－的配位数是4，故立体构型为正四面体形；(4)①P4、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水；②A.由结构可知磷原子杂化方式为sp3杂化，故A错误；B.晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，故B正确；C.石墨中碳原子为sp2杂化，每层原子均在同一平面内，但磷原子杂化方式为sp3杂化，每一层的各原子不可能在同一平面内，故C错误；D.黑磷为原子晶体，而其他二种单质为分子晶体，则黑磷的熔沸点最高，故D正确；(5)可以根据键长的大小来判断，具体来说就是根据相结合的2个原子的半径来比较，半径越小键能越大，而F的原子半径小，孤电子对之间的斥力大，导致F2中F—F键的键能(157 kJ/mol)小于Cl2中Cl—Cl键的键能(242.7 kJ/mol)；(6)金属钾的晶胞结构为体心立方，晶胞中K原子数目为：1＋8×＝2，阿伏加德罗常数为NA，K原子的摩尔质量为M，故晶胞质量为：；设K原子半径为r，设晶胞棱长为l，晶胞中体对角线为4r，则(4r)2＝l2＋l2＋l2，则l＝r，晶胞体积V＝l3＝r3，若该晶胞的密度为a g/cm3，则r3×a＝，且M＝39 g/mol整理得：r＝ cm。
答案：(1) 4 (2)BD (3)中心原子半径、配位原子的半径 正四面体 (4)①P4 、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水 ②BD (5)F的原子半径小，孤电子对之间的斥力大 (6)
7.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 。
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。
8.决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：
(1)已知元素M是组成物质Ca5(PO4)3F的一种元素。元素M的气态原子逐个失去第1个至第5个电子所需能量(即电离能，用符号I1至I5表示)如表所示：
I1
I2
I3
I4
I5
电离能(kJ·mol－1)
589.8
1 145.4
4 912.4
6 491
8 153
元素M化合态常见化合价是_________价，其基态原子电子排布式为_________。
(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素电负性由大到小的顺序为_________。
(3)PO的中心原子的杂化方式为_________，该离子的空间构型为_________，键角为________，其等电子体有_________ (请写出两种)。
(4)CaF2晶胞结构如图所示，则CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的Ca2＋数目为_________；已知Ca2＋和F－半径分别为a cm、b cm，阿伏加德罗常数为NA，M为摩尔质量，则晶体密度为________g·cm－3(不必化简)。
(5)已知MgO与CaO的晶体结构相似，其摩氏硬度的大小关系为_________，原因为___________________。
解析：(1)根据元素M的气态原子的第I1～I5电离能大小可以看出：I1、I2相差不大，I2、I3电离能相差较多，说明M原子最外层有2个电子。在Ca5(PO4)3F中有Ca、P、O、F四种元素，只有Ca元素最外层有2个电子，原子半径大，容易失去最外层的2个电子，化合价为＋2价；根据原子核外电子排布规律可知Ca基态原子电子排布式为[Ar]4s2或写为1s22s22p63s23p64s2；(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素有P、O、F三种，元素的非金属性F>O>P，元素的非金属性越强，其电负性就越大，所以按电负性由大到小的顺序排列为F>O>P；(3)PO的中心原子P的价层电子对数是4，故P原子杂化为sp3杂化；由于孤对电子对数为0，该离子的空间构型为正四面体形，键角为109°28′，其等电子体有SO、CCl4；(4)根据CaF2晶胞结构可知：在每个晶胞中与Ca2＋离子距离最近且等距离的Ca2＋有3个，通过每个Ca2＋可形成8个晶胞，每个Ca2＋计算了2次，所以与Ca2＋离子距离最近且等距离的Ca2＋有(3×8)÷2＝12个；将CaF2晶胞分成8个小正方体，正方体中心为F－离子，顶点为Ca2＋，晶胞中共有4个钙离子、8个氟离子。小立方体的对角线长为2(a＋b) cm，则晶胞的对角线长为4(a＋b) cm，晶胞的边长为 cm，根据晶体密度计算公式可得该晶体的密度ρ＝＝ g/cm3；(5)MgO与CaO的晶体结构相似，由于离子半径Ca2＋>Mg2＋，离子半径越大，与O2－形成的离子键的键长就越大，晶格能就越小，物质的硬度就越小，故其摩氏硬度的大小关系为MgO>CaO。
答案：(1)＋2 [Ar]4s2 (2)F>O>P (3)sp3 正四面体形 109°28′ SO、CCl4等 (4)12
9.B、N、Co均为新型材料的重要组成元素。请回答下列问题：
(1)基态氮原子的价电子排布图为________________。
(2)Co能形成[Co(CNO)6]3－。
①1 mol该离子中含有σ 键的数目为_____________。
②与CNO—互为等电子体的分子为_____________(任写一种，填化学式)。
(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋ 配离子，已知NF3和NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配合离子，其原因是________________________________________________________________________。
(4)分子中的大 π键可用符号Π 表示，其中m表示形成大π键的原子数，n表示参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)。则NO中的大π键应表示为____________________。
(5)多硼酸根的结构之一为链状(如图1)，其化学式为________________。
图1 图2
(5) 氮化硼晶体有多种结构，其中立方氮化硼具有金刚石的结构(如图2)。若晶胞边长为a nm，晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，则B—N键的键长为________nm，这种氮化硼晶体的密度为________g/cm3(用含有a和NA的代数式表示)。
解析：(1)N是7号元素，根据原子构造原理可知N核外电子排布式是1s22s22p3，价电子排布式是2s22p3，所以基态氮原子的价电子排布图为；(2)①1个Co3＋与6个CNO－形成6个配位键，属于σ键，1个CNO－含有2个σ键，故1个[Co(CNO)6]3－含有18个σ键，所以1 mol该离子中含有σ 键的数目为18NA；②与CNO－互为等电子体的分子可以用O原子替换N原子与1个单位负电荷，其电子体为CO2或N2O；(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋ 配离子，是由于中心离子Cu2＋有空轨道，NH3分子中N原子有孤对电子，N—H偏向N原子一方，N原子周围相对来说电子多，而NF3和NH3的空间构型尽管都是三角锥形，但电负性F>N>H，在NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键，所以NF3不易与Cu2＋形成配合离子；(4)中NO中的大 π键是每个O原子提供1个电子，每个N原子提供3个电子形成，所以成键原子数是4，成键电子数是6，故NO中的大 π键表示为Π；(5)由均摊法，可知每个B原子独自占有2个O原子，B元素化合价为＋3，O元素化合价为－2，多硼酸根的化合价代数和为3n＋2×n(－2)＝－n，故多硼酸根组成可表示为：(BO2)，也可写为BO；(6)晶胞边长为a nm，则立方氮化硼的结构可知晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，可看作是将晶胞均分为8个小立方体，B—N键的键长为晶胞体对角线的，由于晶胞边长为a nm，则体对角线为，所以B—N键的键长·a nm；一个晶胞中含有B原子数目为：4；含有N原子数目为×8＋×6＝4，即一个晶胞中含有4个BN，所以晶胞的密度为ρ＝＝＝ g/cm3。
答案：(1) (2)①18NA ②CO2或N2O (3)电负性F>N>H，NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键 (4)Π
(5) BO (6)·a
10.Ⅰ.2016年7月8日，世界首款石墨烯基锂离子电池产品在北京发布。在石墨烯基锂离子电池中，由纯度在99%以上的单层石墨烯包覆的磷酸铁锂作正极材料，加强导电性，实现快速充电。
(1)碳原子的核外电子排布式为________。
(2)石墨烯的结构如图所示，在石墨烯中碳原子的杂化方式为________。
Ⅱ.Fe、Ni、Pt在周期表中同族，该族元素的化合物在科学研究和实际生产中有许多重要用途。
(1)①Fe在元素周期表中的位置为________。
②铁有δ、γ、α三种晶型，各晶胞结构如图，则δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为________。γFe的晶胞边长为a pm，则Fe原子半径为________pm。
③已知FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离相等且最近的亚铁离子围成的空间构型为________。
(2)铂可与不同的配体形成多种配合物。分子式为[Pt(NH3)2Cl4]的配合物的配体是________；该配合物有两种不同的结构，其中呈橙黄色的物质的结构比较不稳定，在水中的溶解度大；呈亮黄色的物质的结构较稳定，在水中的溶解度小，图1所示的物质中呈亮黄色的是________(填“A”或“B”)，理由是_______________________________________________________________。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如图2所示。
①储氢原理为：镧镍合金吸咐H2，H2解离为H储存在其中形成化合物。若储氢后，氢原子占据晶胞中上下底面的棱和面心，则形成的储氢化合物的化学式为________________________________________________________。
②测知镧镍合金晶胞体积为9.0×10－23cm3，则镧镍合金的晶体密度为________g·cm－3。(不必计算出结果)
解析：Ⅰ.(1)碳位于第二周期第ⅣA族，核外有6个电子，核外电子排布式为1s22s22p2。(2)石墨烯结构单元为正六边形平面结构，每个碳原子形成3个单键，C采取sp2杂化。Ⅱ.(1)②δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别是8和6，所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比是4∶3。根据题图可知，在γFe晶胞中Fe原子半径为面对角线长的，即 pm。③FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离相等且最近的亚铁离子有6个，6个亚铁离子构成的空间构型为正八面体形。
(2)Pt为中心原子，配体为NH3、Cl－；A的结构对称程度高，较稳定，为非极性分子，B和H2O均为极性分子，根据相似相溶原理，A在水中的溶解度小。(3)①根据题意，晶胞中含La原子数为8×＝1，含Ni原子数为1＋8×＝5，上下底面各有四条棱，每条棱为四个晶胞共用，所以棱上含氢原子数为2×4×＝2，上下两个面，每个面上的氢原子为两个晶胞共用，所以面上含有的氢原子数为2×1×＝1，所以每个晶胞储存3个氢原子。所以形成化合物的化学式为LaNi5H3。②晶胞质量除以晶胞体积得晶体密度。
答案：Ⅰ.(1)1s22s22p2 (2)sp2
Ⅱ.(1)①第四周期第Ⅷ族 ②4∶3
③正八面体形
(2)NH3、Cl－ A A的结构对称程度高，较稳定，为非极性分子，根据相似相溶原理，A在水中的溶解度小
(3)①LaNi5H3 ②
11.以铁矿石(Fe2O3)为起始物，经过一系物反应可以得到Fe3[Fe(CN)6]2和Fe(SCN)3。请回答下列问题：
(1)画出Fe的原子结构示意图________，O原子核外电子排布图为________。
(2)KSCN是检验Fe3＋的试剂之一，与SCN－互为等电子体的一种分子为________。如图1是SCN－与Fe3＋形成的一种配离子，画出该配离子中的配位键(以箭头表示)。
(3)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为________，该化学键能够形成的原因是________________________________________________________。
(4)K3[Fe(CN)5NO]的组成元素中，属于第二周期的元素的第一电离能由小到大的顺序是________，配合物中原子序数最小的元素与氢元素形成的相对分子质量为92的芳香化合物中，中心原子的杂化轨道类型是________。
(5)把氯气通入黄血盐(K4[Fe(CN)6])溶液中，得到赤血盐(K3[Fe(CN)6])，写出该变化的化学方程式___________________________________________。
(6)FeO晶胞结构如图2所示，FeO晶体中Fe2＋配位数为________，若该晶胞边长为a cm，则该晶体密度为________g·cm－3(阿伏加德罗常数的值为NA)。
解析：(1)Fe为26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，最外层有2个电子，则次外层有14个电子；O原子有1s、2s、2p三个能级，其电子排布图为
。(2)SCN－中含有3个原子，且其价电子数是16，与SCN－互为等电子体的分子有CO2、N2O、CS2、COS等；S、O都有孤对电子，可以提供孤对电子，与铁离子形成配位键。(3)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为配位键，因为CN－能提供孤对电子，Fe3＋能接受孤对电子(或Fe3＋有空轨道)，所以二者之间存在配位键。(4)配合物中处于第二周期的元素为C、N、O，同周期元素，第一电离能从左到右，呈增大趋势，故C最小；N原子2p轨道处于半充满状态，较为稳定，第一电离能高于O，故C
答案：(1)
(2)CO2、N2O、CS2、COS等(任写一种即可)
(3)配位键 CN－能提供孤对电子，Fe3＋能接受孤对电子(或Fe3＋有空轨道) (4)C
(6)6
12.“黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫。”“黄铜”一词专指铜锌合金，则始于明代，其记载见于《明会典》：“嘉靖中则例，通宝钱六百万文，合用二火黄铜四万七千二百七十二斤……。”
(1)某同学书写基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2，该排布式违背了________。简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层含有未成对电子有关，Cu＋呈无色，其主要原因可能是________。
(2)在10 mL 1 mol·L－1氯化锌溶液中滴加浓氨水至过量，先产生白色沉淀，后沉淀溶解，生成了[Zn(NH3)4]2＋，配体的空间构型是________；画出该配离子的结构图：________。
(3)乙二胺(缩写en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(en)2]SO4，在该配合物中，N原子的杂化类型是________。C、N、O、Cu的第一电离能由大到小的顺序为________。
(4)铜晶体类型是________；锌晶体中存在的化学键类型是________。
(5)Cu、N两元素形成某种化合物的晶胞结构如图。
①该晶胞的化学式为________。
②该晶胞中，氮的配位数为________。
③已知紧邻的白球与黑球之间的距离为a cm，该晶胞的密度为ρ g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数值，a＝________nm。(用代数式表示)
解析：(1)根据洪特规则特例，基态铜原子价层电子排布式为3d104s1。Cu＋的价层没有未成对电子，故亚铜离子在水溶液中呈无色。(2)四氨合锌(Ⅱ)离子中配体为NH3，其空间构型为三角锥形；四氨合锌(Ⅱ)离子类似四氨合铜(Ⅱ)离子，该配离子结构图：。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子价层上有3个成键电子对，1个孤电子对，故氮原子采取sp3杂化。N、O、C、Cu的第一电离能依次减小。(4)铜晶体是金属晶体，锌晶体也是金属晶体，金属晶体中的化学键是金属键。(5)①晶胞中Cu原子数目＝12×＝3，N原子数目＝8×＝1，故化学式为Cu3N。②观察晶胞知，1个氮原子与其上、下、左、右、前、后6个铜原子距离最近，配位数为6。③晶胞的质量＝g，紧邻的白球与黑球之间的距离为a cm，则晶胞棱长＝2a cm，则晶胞体积＝(2a cm)3，故晶体的密度ρ＝× g·cm－3，得a＝×107nm。
答案：(1)洪特规则特例 价层无未成对电子
(2)三角锥形
(3)sp3 N>O>C>Cu
(4)金属晶体 金属键
(5)①Cu3N ②6 ③×107
13.磷、硫、氯、砷等是农药中的重要组成元素。回答下列问题：
(1)基态砷原子的核外价电子排布式为________。
(2)生产农药的原料PSCl3中P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为________，电负性由大到小的顺序为________。
(3)COS(羰基硫)可用作粮食的熏蒸剂，其中碳原子的杂化轨道类型为________，所含共价键的类型为________，写出一种与COS键合方式相同且空间构型也相同的微粒：________。
(4)H2O与H2S为同族元素的氢化物，H2O可以形成H9O或H3O＋，而H2S几乎不能形成类似的H9S或H3S＋，其原因是_________________________。
(5)AlP因杀虫效率高、廉价易得而被广泛应用。已知AlP的熔点为2 000 ℃，其晶胞结构如图所示。
①磷化铝的晶体类型为________。
②A、B点的原子坐标如图所示，则C点的原子坐标为________。
③磷化铝的晶胞参数a＝546.35 pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的数值)。
解析：(3)COS中C原子的孤电子对数是＝0，价层电子对数是1＋1＋0＝2，所以碳原子的杂化轨道类型是sp，COS的空间结构是直线形，结构式是O===C===S，含有2个σ键和2个π键；与COS键合方式相同且空间构型也相同的微粒应与COS是等电子体，最容易想到的就是CO2和CS2。
(4)H3O＋是由H2O和H＋通过配位键形成的，H9O是由(H2O)4和H＋通过配位键形成的，其中(H2O)4是H2O分子间通过氢键形成的缔合分子，因此应从氢键的形成条件去考虑H2S不能形成H9S或H3S＋的原因。
(5)①磷化铝的晶胞结构类似金刚石，且其熔点很高，因此磷化铝属于原子晶体。②由磷化铝的晶胞结构可以看出，Al原子位于立方体的体对角线的处，因此C点的原子坐标为(，，)。③1个AlP晶胞中含有的P原子数是8×＋6×＝4，Al原子数也是4，因此一个晶胞的质量m＝ g，而晶胞的体积V＝(a×10－10)3cm3＝(5.463 5×10－8)3cm3，所以磷化铝的密度ρ＝＝ g·cm－3。
答案：(1)4s24p3 (2)Cl>P>S Cl>S>P (3)sp
σ键和π键(写“极性键”也可) CO2(或CS2、BeF2等)
(4)氧的电负性大且原子半径小，H2O分子间及与H＋可形成氢键，而硫的电负性较小且原子半径大，几乎不能形成氢键 (5)①原子晶体 ②(，，) ③
14.磷是生物体中不可缺少的元素之一，它能形成多种化合物。
(1)基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为________；该能层能量最高的电子云在空间有____________个伸展方向，原子轨道呈________形。
(2)磷元素与同周期相邻两元素相比，第一电离能由大到小的顺序为________。
(3)单质磷与Cl2反应，可以生成PCl3和PCl5，其中各原子均满足8电子稳定结构的化合物中，P原子的杂化轨道类型为________，其分子的空间构型为________。
(4)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，图甲为其晶胞，硼原子与磷原子最近的距离为a cm。用M g·mol－1表示磷化硼的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，则磷化硼晶体的密度为________。
(5)H3PO4为三元中强酸，与Fe3＋形成H3[Fe(PO4)2]，此性质常用于掩蔽溶液中的Fe3＋。基态Fe3＋的核外电子排布式为____________________；PO作为__________________为Fe提供_____________________________________。
(6)磷酸盐分为直链多磷酸盐、支链状超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐三类。某直链多磷酸钠的阴离子呈如图乙所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶角氧原子相连。则该多磷酸钠的化学式为________。
解析：(3)PCl3中各原子均满足8电子稳定结构，PCl5中P原子为10电子结构，PCl3中P原子采取sp3杂化，其分子的空间构型为三角锥形。(4)设该晶胞的边长为x cm，硼原子与磷原子最近的距离为晶胞体对角线的，则x＝a，x＝a。该晶胞中含有的B原子数为4，P原子数为8×＋6×＝4，即含有4个BP，故磷化硼晶体的密度为 g÷(a cm)3＝ g·cm－3。(6)由图乙可知，每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为＋5，则该多磷酸钠的化学式为NaPO3或(NaPO3)n。
答案：(1)M 3 哑铃
(2)P>S>Si
(3)sp3 三角锥形
(4) g·cm－3(其他合理答案均可)
(5)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 配体 孤电子对
(6)NaPO3或(NaPO3)n
15.铁氧体是一种磁性材料，具有广泛的应用。
(1)基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]________。
(2)工业制备铁氧体常使用水解法，制备时常加入尿素[CO(NH)2]2、醋酸钠等碱性物质。尿素分子中四种不同元素的电负性由大至小的顺序是________；醋酸钠中碳原子的杂化类型是________。
(3)工业制备铁氧体也可使用沉淀法，制备时常加入氨(NH3)、联氨(N2H4)等弱碱。比较下表中氨(NH3)、联氨(N2H4)的熔沸点，解释其高低的主要原因____________________________________________________________。
N2H4
NH3
熔点/℃
2
－77.8
沸点/℃
113.5
－33.5
(4)如图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体，则晶体中的氧离子是否构成了面心立方最密堆积？________(填“是”或“否”)；该立方体是不是Fe3O4的晶胞？_____________________________
(填“是”或“否”)；立方体中铁离子处于氧离子围成的________(填空间结构)空隙。
(5)解释该Fe3O4晶体能导电的原因______________________________，
根据上图计算Fe3O4晶体的密度为________g·cm－3。(图中a＝0.42 nm，计算结果保留两位有效数字)
解析：(2)根据元素周期表中电负性的变化规律知，电负性：O>N>C>H。CH3COONa中甲基碳原子的杂化类型为sp3杂化，—COO—中碳原子的杂化类型为sp2杂化。(4)由题图知，氧离子构成了面心立方最密堆积。该立方体不是最小的能够重复的结构单元，故不是Fe3O4的晶胞。根据该立方体的结构，立方体中铁离子处于氧离子围成的正八面体的空隙。(5)该立方体中O2－的个数为12×＋1＝4，Fe3＋的个数为4×＋3×＝2，Fe2＋的个数为1，故Fe3O4晶体的密度为 g÷(0.42×10－7cm)3＝5.2 g·cm－3。
答案：(1)3d64s2 (2)O>N>C>H sp3杂化、sp2杂化 (3)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键数目 (4)是 否 正八面体 (5)电子可在两种不同价态的铁的离子间快速发生转移 5.2
16.A、B、C、D、E是元素周期表中五种常见元素，其原子序数依次增大。详细信息见表：
①
A的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代
②
B的氧化物是导致光化学烟雾的主要物质之一
③
C的某一种单质是空气的主要成分之一
④
D的基态原子核外有6个原子轨道处于半充满状态
⑤
E能形成红色的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题：
(1)D的价电子排布式可表示为________。
(2)BC的空间构型为________(用文字描述)。
(3)根据等电子原理，AC分子的结构式为________。
(4)1 mol AC2中σ键、π键数目之比为________。
(5)A、B、C的第一电离能由大到小顺序为________。
(6)E为________堆积金属，已知E原子的半径为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则E晶体的密度是________g·cm－3。(列出算式即可)。
(7)E晶胞结构如图所示，E晶体中每个E原子周围距离最近的E原子数目为________；E2S为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个S原子，其余S原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个E原子。
(8)将E单质的粉末加入NH3的浓溶液中，通入O2，充分反应后溶液呈深蓝色，写出该反应的离子方程式____________________________________。
解析：根据题意可推出A为C，B为N，C为O，D为Cr，E为Cu。(1)Cr的价电子排布式为3d54s1。(2)根据价层电子对互斥理论，中心N原子的孤电子对数为0，价层电子对数为3，所以NO的空间构型为平面三角形。(3)CO与N2互为等电子体，则CO的结构式为C≡O。(4)1个CO2中含有2个σ键，2个π键。(6)Cu原子的半径为a cm，则晶胞边长为 cm，晶胞体积V＝( cm)3，每个晶胞中含有4个铜原子，故晶体密度ρ＝＝＝ g·cm－3。(7)根据题意，Cu2S晶胞中含有的S原子数为8×＋6×＋4＝8，故该晶胞中含有的Cu原子数为16。
答案：(1)3d54s1
(2)平面三角形
(3)C≡O
(4)1∶1
(5)N>O>C
(6)面心立方
(7)12 16
(8)2Cu＋8NH3·H2O＋O2===2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O
17.铁触媒是重要的催化剂，铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。请回答下列问题：
(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]________；C、N、O的电负性由大到小的顺序为________。
(2)Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为________；配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化轨道类型是________，NH3价电子对互斥理论模型是________。
(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________(填字母)形成。
A．离子键 B．配位键 C．非极性键 D．σ键
(4)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe(CO)5的晶体类型是________。
(5)单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为________(写出已化简的比例式即可)。
解析：(1)铁为26号元素，根据构造原理确定，基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2。同周期由左向右元素的电负性呈递增趋势，C、N、O的电负性由大到小的顺序为O>N>C。(2)Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu(H2O)4]2＋。配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中，碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3杂化。NH3的价电子对互斥理论模型是四面体形。(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，一定有配位键、σ键形成。(4)Fe(CO)5常温下为黄色油状液体，熔点较低，则Fe(CO)5为分子晶体。(5)根据晶胞结构可知，面心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋6×1/2＝4，体心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋1＝2，实际含有的铁原子个数之比为2∶1；设铁原子半径为r，面心立方堆积晶胞的棱长为a1，则a1＝，ρ＝，体心立方堆积晶胞的棱长为a2，则a2＝，ρ＝，两种铁晶体的密度之比为4∶3。
答案：(1)3d64s2 O>N>C
(2)[Cu(H2O)4]2＋ sp2、sp3杂化 四面体形
(3)BD
(4)分子晶体
(5)2∶1 4∶3
18.A、B、C、D、E代表前四周期原子序数依次增大的五种元素。A、D同主族且有两种常见化合物DA2和DA3；工业上电解熔融C2A3制取单质C；B、E除最外层均只有2个电子外，其余各层全充满，E位于元素周期表的ds区。回答下列问题：
(1)B、C中第一电离能较大的是________，基态D原子价电子的排布图为________。
(2)DA2分子的VSEPR模型是________。H2A比H2D熔沸点高得多的原因是________。
(3)实验测得C与氯元素形成的化合物的实际组成为C2Cl6，其球棍模型如图所示。已知C2Cl6在加热时易升华，与过量的NaOH溶液反应可生成Na[C(OH)4]。
①C2Cl6属于________(填晶体类型)晶体，其中C原子的杂化轨道类型为________杂化。
②[C(OH)4]－中存在的化学键有________。
(4)工业上制备B的单质是电解熔融B的氯化物，而不是电解BA，原因是________________________________________________________________。
(5)B、C的氟化物晶格能分别是2 957 kJ·mol－1、5 492 kJ·mol－1，二者相差很大的原因是____________________________________________________。
(6)D与E所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
①在该晶胞中，E的配位数为________。
②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数a为(0,0,0)；b为(，0，)；c为(，，0)。则d的坐标参数为________。
③已知该晶胞的密度为ρ g·cm－3，则其中两个D原子之间的距离为________pm。(列出计算式即可)
解析：根据题给信息，可以推出A为O，B为Mg，C为Al，D为S，E为Zn。(1)同周期主族元素从左到右第一电离能逐渐增大，但由于Mg原子3s轨道上电子全充满，比较稳定，故第一电离能：Mg>Al。基态S原子的价电子数为6，其电子排布图为
(2)SO2中S有1对孤对电子，价层电子对数为3，故其VSEPR模型是平面三角形。由于H2O分子间存在氢键，故其熔沸点比H2S高。(3)①由题意知，Al2Cl6的沸点低，属于分子晶体。Al无孤电子对，杂化轨道数为4，故其杂化类型为sp3。②[Al(OH)4]－中存在极性共价键和配位键。(5)晶格能大小与离子所带电荷及离子半径有关，由于Al3＋比Mg2＋电荷高、半径小，故AlF3的晶格能比MgCl2大得多。(6)①该晶胞中E的个数为8×＋6×＝4，D的个数为4，故E、D的配位数相同，根据D的配位数为4，可知E的配位数为4。②根据d的位置，可知其坐标参数为(1，，)。③根据D原子的位置可知，两个D原子之间的距离为晶胞边长的，设晶胞边长为a pm，则该晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×(a×10－10 cm)3，解得a＝×1010，故两个D原子之间的距离为××1010pm。
答案：(1)镁(或Mg)
(2)平面三角形 H2O分子间存在氢键
(3)①分子 sp3 ②极性共价键、配位键(或共价键、配位键)
(4)熔融MgCl2能导电，可电解；MgO熔沸点高，电解熔融MgO能耗大
(5)Al3＋比Mg2＋电荷多、半径小
(6)①4 ②(1，，) ③× ×1010
19.2016年诺贝尔化学奖授予在“分子机器设计和合成”领域有突出成就的三位科学家，其研究对象之一“分子开关”即与大环主体分子苯芳烃、硫或氮杂环杯芳烃等有关。回答下列问题：
(1)对叔丁基杯[4]芳烃(如图Ⅰ所示)可用于ⅢB族元素对应离子的萃取，如La3＋、Sc2＋。写出基态二价钪离子(Sc2＋)的核外电子排布式：________，其中电子占据的轨道数为________个。
(2)对叔丁基杯[4]芳烃由4个羟基构成，其中羟基氧原子的杂化方式为________，羟基间的相互作用力为________。
(3)不同大小的苯芳烃能识别某些离子，如：N、SCN－等。根据等电子体原理判断N的空间构型为________；一定条件下，SCN－与MnO2反应可得到(SCN)2，试写出(SCN)2的结构式：________。
(4)已知C60分子结构和C60晶胞示意图(如图Ⅱ、图Ⅲ所示)：
则一个C60分子中含有σ键的个数为________，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有________个，C60晶体的密度为________。(计算结果保留两位小数)
解析：(3)N、SCN－与CO2互为等电子体，根据CO2为直线形分子，可以判断N的空间构型为直线形。根据题意知，(SCN)2与Cl2类似，其分子中S、C、N的价键总数分别为2、4、3，故其结构式为N≡C—S—S—C≡N。(4)C60分子中每个C原子形成3个σ键，每个σ键被2个C原子共用，1个C60分子中含有σ键的个数为＝90。C60晶胞为面心立方晶胞，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个。每个晶胞中含有的C60的个数为8×＋6×＝4，则C60晶体的密度为 g÷(1.42×10－7cm)3＝1.67 g·cm－3。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 10 (2)sp3
氢键 (3)直线形 N≡C—S—S—C≡N (4)90 12
1．67 g·cm－3
20.H、C、N、O、Na、Fe、Cu是常见的七种元素，请回答下列问题：
(1)N、O、Na原子第一电离能由小到大的顺序是________(用元素符号和“＜”表示)；Cu原子的价电子排布图为________。
(2)N、Na＋、Fe3＋、Cu2＋四种微粒基态的核外电子排布式中未成对电子数最多的是________；Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为________，水分子与铜离子间结合的化学键名称为________。
(3)根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子中空间构型是V形的是________(填序号)。
①H3O＋ ②H2O ③NO
(4)分子(CN)2中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，其结构式为________，1个分子中含有________个π键；(CN)2称为“拟卤素”，具有类似Cl2的化学性质，则(CN)2与NaOH水溶液反应的化学方程式为_________________________________________。
(5)O和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物，其晶胞结构如图，该离子化合物的化学式为________；已知该晶胞的密度为ρ g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，求晶胞边长a＝________cm。(用含ρ、NA的代数式表示)
解析：(1)N、O属于非金属，钠是金属，故钠的第一电离能最小，N、O属于同周期，由于N的2p能级为半充满的稳定状态则N>O；Cu原子的核外电子排布式为：[Ar]3d104s1，故价电子排布图为
。
(2)在N、Na＋、Fe3＋、Cu2＋四种微粒基态的核外电子排布式中，未成对电子数依次是3、0、5、1，故未成对电子数最多的是Fe3＋，Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu(H2O)4]2＋，水分子与铜离子间结合的化学键名称为配位键。 (3)H3O＋中中心原子O的价层电子对数为(6＋3－1)/2＝4，孤电子对数为1，所以空间构型是三角锥形；H2O中中心原子O的价层电子对数为(6＋2)/2＝4，孤电子对数为2，所以空间构型是V形；NO中中心原子N的价层电子对数为(5－1)/2＝2，孤电子对数为0，所以空间构型是直线形。(4)分子(CN)2中碳原子按sp杂化，碳碳之间是单键，碳氮之间是叁键，其结构式为N≡C—C≡N，碳氮叁键中有两个π键，所以1个分子中含有4个π键；(CN)2与NaOH水溶液反应的化学方程式为(CN)2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O。(5)根据晶胞结构图，利用均摊法可知，晶胞中含有氧离子个数为8×1/8＋6×1/2＝4，含有钠离子个数为8，所以化学式为Na2O，根据ρ＝m/V可知晶胞体积V＝m/ρ cm3＝ cm3，故所以晶胞边长＝。
答案：(1)Na＜O＜N
(2)Fe3＋ [Cu(OH)4]2＋ 配位键 (3)②
(4)N≡C—C≡N 4 (CN)2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O (5)Na2O
21.X、Y、Z、W、R是周期表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。X原子p轨道上有两个未成对电子；Y的气态氢化物能使石蕊试液变蓝色；Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍；W的价电子排布式为ns(n－1)np2(n－1)；R的最外层只有1个电子，次外层有18个电子。
(1)X、Y、Z、W四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，基态R原子的核外电子排布式为
____________________________________________________________。
(2)X、Y、Z的最简单氢化物中，键角由大到小的顺序为________(用氢化物的化学式表示)。
(3)Z、W元素构成的微粒WZ的立体构型是________，与WZ互为等电子体的一种分子为________(填化学式，任写一种)。
(4)每个XY－离子中含有________个π键。
(5)已知Z、R能形成一种化合物R2Z，其晶胞结构如图所示。
①该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)；C为( ， ， )。则D原子的坐标参数为________，它代表________(填元素符号)原子。
②若R2Z晶体密度dg·cm－3，晶胞参数为a pm，则阿伏加德罗常数值NA＝________。
解析：X的p轨道上有两个未成对电子，即属于ⅣA或ⅥA族元素，Y的气态氢化物能使石蕊试液变蓝，说明此氢化物是NH3，即Y为N，五种元素原子序数依次增大，即X为C，Z的最外层电子数为内层电子数的3倍，则Z为O，W的价电子排布式n－1应等于2，即n为3，则W为S，R的最外层只有1个电子，次外层有18个电子，即R为Cu。(1)非金属性越强其电负性越大，同周期从左向右电负性增强，即电负性最强的是O，R位于第四周期ⅠB族元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)；(2)氢化物分别是CH4、NH3、H2O，含有孤电子对数分别是0、1、2，孤电子对之间的斥力大于孤电子对一成键电子之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，因此键角的大小是CH4>NH3>H2O；(3)组成的微粒是SO，中心原子S含有4个σ键，孤电子对数为(6＋2－2×4)/2＝0，空间构型为正四面体，等电子体是原子总数相等，价电子总数相等的微粒，与SO互为等电子体的是CCl4(或CF4、SiCl4、SiF4等)；(4)构成的离子是CN－，C和N之间共用叁键，因此1个CN－中含有2个π键；
(5)①D的距离是A和C距离的一半，因此D原子的坐标为( ， ， )；A位于晶胞的顶点和体心，个数为8×1/8＋1＝2，D位于晶胞内部，有4个，因此化学式为Cu2O，即D为Cu；②晶胞的质量为2×144/NA g，体积为(a×10－10)3cm3，根据密度的定义，密度为d＝2×144/(NA×a3×10－30) g/cm3，因此推出阿伏加德罗常数为288/(da3×10－30)。
答案：(1)O ls22s22p63s23p63d104s1(或 3d104s1)
(2)CH4>NH3>H2O
(3)正四面体 CCl4(或CF4、SiCl4、SiF4等) (4)2 (5) ①( ， ， ) Cu ②288/(da3×10－30)
22.已知：A、B、C、D四种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，B元素3p能级半充满；C是所在周期电负性最大的元素；D是第四周期未成对电子最多的元素。
试回答下列有关的问题：
(1)写出D元素价电子的电子排布式：________。
(2)D可形成化合物D(NO3)3。
D(NO3)3中阴离子的立体构型是________。NO中心原子的轨道杂化类型为________。
(3)已知B、C两种元素形成的化合物通常有两种。这两种化合物中________(填化学式)为非极性分子。另一种物质的电子式为________。
(4)由A、C两元素形成的化合物组成的晶体中，阴、阳离子都具有球型对称结构，它们都可以看做刚性圆球，并彼此“相切”。如下图所示为A、C形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的剖面图：
晶胞中距离一个A＋最近的C－有________个，这些C－围成的图形是________，若晶体密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值用NA表示，则A＋的离子半径为________cm(用含NA与ρ的式子表达)。
解析：A、B、C、D四种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，A为Na元素；B元素3p能级半充满，B为P元素。D是第四周期未成对电子最多的元素，D为Cr元素；C是所在周期电负性最大的元素，C为第ⅦA族元素，C为Cl元素。
(1)D为Cr元素，D元素价电子的电子排布式为3d54s1；(2)D(NO3)3中NO中价层电子对个数＝3＋(5＋1－3×2)＝3，且不含孤电子对，所以该分子为平面三角形，中心原子采用sp2杂化；(3)已知B、C两种元素形成的化合物为PCl3和PCl5，PCl3为三角锥形结构，属于极性分子，PCl5为三角双锥结构，属于非极性分子，其中PCl3的电子式为；(4)由Na、Cl两元素形成的化合物为NaCl，以中间的黑色球为Na＋离子研究，与之最近的氯离子有6个，这些氯离子围成的图形是正八面体；晶胞中Na＋离子数目＝1＋12×＝4，Cl－离子数目＝8×＋6×＝4，故晶胞质量＝ g，晶胞体积＝[ g÷ρ] cm3＝
cm3，令Na＋离子半径为r，则棱长为×4r＝2r，故(2r)3＝cm3，解得r＝×cm。
答案：(1)3d54s1 (2)平面三角形 sp2杂化
(3)PCl5 (4)6 正八面体 ×cm。
23.氮的化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列相关问题：
(1)基态氮原子的价层电子排布式为________，碳、氮、氧元素的第一电离能由小到大的顺序为________________(用元素符号表示)。
(2)NH4Cl中氮原子的杂化方式为________，与NH互为等电子体的一种非极性分子的化学式为________________。
(3)NH4Cl受热易分解产生氨气，向CuSO4溶液中通入氨气至过量，产生蓝色沉淀，随后沉淀溶解得到深蓝色溶液，该溶液中存在的配离子的结构式为________。
(4)氨(NH3)和膦(PH3)是两种三角锥形气态氢化物，其键角分别为107°和93.6°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_____________________________。
(5)第ⅤA族气态氢化物沸点如图所示，试解释沸点PH3
(6)氮化镓是具有重要应用价值的半导体，其部分晶体结构如图所示，每个晶胞中Ga原子个数为________个，若晶胞底边长为a nm，高为c nm，则氮化镓的晶体密度为________g/cm3(用含a、c的代数式表示，阿伏加德罗常数用NA表示)。
解析：(1)氮元素的核电荷数为7，其原子最外层有5个电子，则基态氮原子的价层电子排布式为2s22p3，碳、氮、氧元素均为第二周期主族元素，第一电离呈增大趋势，但氮的2p轨道为半充满结构，相对稳定，第一电离偏大，则三种元素的第一电离能由小到大的顺序为C
(4)N的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而PH3的键角小于NH3
(5)NH3分子间存在氢键、分子结构相似，相对分子质量不断增大，分子间作用力不断增强 (6)6
24.太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等元素组成的化学物质。
(1)钙原子基态时的电子排布式为________，金属钴堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是________。
(2)氮元素的第一电离能在同周期中(稀有气体除外)从大到小排第________位；写出与NO互为等电子体的一种非极性分子的化学式________。
(3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子(如图)，其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有________种不同的结构类型。已知硼酸(H3BO3)为一元弱酸，解释其为一元弱酸的原因
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
硼酸的结构与石墨相似，层内的分子以氢键相连，含1 mol硼酸的晶体中有________mol氢键。
(4)硒是动物体必需的营养元素。SeO2是硒的重要化合物，SeO2的价层电子对互斥模型是________。
(5)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6，组成为TiCl3·6H2O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为________。
(6)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方结构(如图所示)，若该晶胞的边长为a nm，密度为ρ g/cm3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为________。
解析：(1)钙的核电荷数为20，基态钙原子的电子排布式1s22s22p63s23p64s2，Mg晶体属于六方最密堆积，配位数为12；(2)同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的，稀有气体的第一电离能最大，故第二周期第一电离能：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，与NO互为等电子体的一种非极性分子化为SO3等；(3)两个10B有3种位置，为图中上下顶点位置，其中1个处于上顶点，另外的1个处于上层阴影中顶点，或者下层阴影中顶点，有3种结构，H3BO3与1个水分子可形成配位键，产生1个H4BO和1个H＋ ，可推知硼酸为一元弱酸；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键；(4)SeO2的价层电子对互斥模型与SO2相似，为平面三角形；(5)配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，而晶体中只含有3个Cl－，所以配体数目多的是H2O，H2O和Cl－比值为5∶1，所以该配离子的化学式为[TiCl(H2O)5]2＋；(6)根据晶胞结构，在晶胞中含有钴原子数为1＋8×＝2，晶胞边长为a nm＝a×10－10cm，晶胞体积V＝(a×10－10cm)3，钴的相对原子质量为M，则1 mol的质量为2M g，ρ＝m/V＝2M/(NA×V)，M＝5 a3ρN A ×10－22。
答案：(1)1s22s22p63s23p64s2 12 (2)2 SO3(SeO3、BF3等合理答案均可) (3)3 H3BO3与1个水分子可形成配位键，电离产生1个H4BO和1个H＋ 3
(4)平面三角形 (5)[TiCl(H2O)5]2＋ (6)5a3ρNA×10－22
25.二氟草酸硼酸锂[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 。
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。
二轮题型特训
物质结构与性质(选考)
【精编25题 答案+解析】
1.钇钡铜氧(YBa2Cu3O7－x)是一种高温超导材料(其中Y显＋3价，Cu显＋2、＋3价)，最早是将BaCO3、Y2(CO3)3和CuCO3混合在高温下反应制备的。
请回答下列问题：
(1)Y(钇)是一种重要的稀土金属，与Sc(钪)同族相邻。则Y原子核外有________个价电子。Y位于元素周期表的________区。
(2)在BaCO3中，CO的空间构型为________，C原子采取________杂化；BaCO3、CaCO3受热分解分别生成BaO、CaO，BaO、CaO熔点较高的是________(填化学式)。
(3)基态Cu3＋的核外电子排布式为______________________________。
(4)若YBa2Cu3O7－x(0≤x≤0.5)材料在T ℃下有超导性，当x＝0.2时，n(Cu3＋)∶n(Cu2＋)＝________。
(5)铜有两种氧化物：CuO和Cu2O，后者比前者的热稳定性强，原因是__________________________________
_____________________________________________。
(6)如图是某种超导材料A的晶胞结构示意图，其化学式为________。若A的摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞参数为a pm、a pm、b pm，则晶体的密度为________g·cm－3。
CuSO4和Cu(NO3)2是自然界中重要的铜盐。回答下列问题：
(1)CuSO4和Cu(NO3)2中阳离子基态核外电子排布式为________________，S、O、N三种元素的第一电离能由大到小为________。
(2)SO的立体构型是________，与SO互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。
(3)往Cu(NO3)2溶液中通入足量NH3能生成配合物[Cu(NH3)4](NO3)2。其中NO中心原子的杂化轨道类型为________，[Cu(NH3)4](NO3)2中存在的化学键类型除了极性共价键外，还有________。
(4)CuSO4的熔点为560 ℃，Cu(NO3)2的熔点为115 ℃，CuSO4熔点更高的原因是________________________________________________________。
(5)利用CuSO4和NaOH制备的Cu(OH)2检验醛基时，生成红色的Cu2O，其晶胞结构如图所示。
①该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)；C为(，，)。则D原子的坐标参数为________，它代表________原子。
②若Cu2O晶体密度为d g·cm－3，晶胞参数为a pm，则阿伏加德罗常数值NA＝________。
解析：(5)①将该晶胞分为8个小正方体，D位于小正方体的体心，其坐标参数为(，，)，该晶胞中黑球数为4，白球数为8×＋1＝2，则白球代表O，黑球代表Cu，故D为Cu。②该晶胞的质量为 g＝d g·cm－3×(a×10－10cm)3，解得NA＝。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 N>O>S (2)正四面体 CCl4(或SiF4等)
(3)sp2 配位键、离子键 (4)CuSO4和Cu(NO3)2均为离子晶体，SO所带电荷比NO大，故CuSO4晶格能较大，熔点较高 (5)①(，，) Cu ②
2．钴（Co）、镓（Ga）、硒（Se）等化合物薄膜和硅系薄膜是太阳能电池的新产品，锗（Ge）、砷（As）和硅是典型的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。
（1）Co2+基态时的电子排布式为____________________；1mol[Co（H2O）6]2+离子中，含σ键的数目为______________。
（2）GaCl3的熔点为77.9℃，其晶体类型为______，GaCl3中镓原子的杂化方式为_____。
（3）镓、锗、砷、硒四种元素中，第一电离能最大的是____（用元素符号表示）。
（4）金刚砂（SiC）的结构如图，可以看成金刚石晶体中 一半的C原子被Si原子替换，且同种原子不形成共价键，在SiC晶体结构中，每个C原子周围最近的C原子数目为____。
【答案】详见解析
【解析】（1）Co是27号元素，处于第四周期第Ⅷ族，Co原子失去4s能级2个电子变成Co2+，Co2+基态时的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d7．配合离子[Co（H2O）6]2+中形成4个配位键，水分子中形成2个σ键，配离子中含有18个σ键，故1mol[Co（H2O）6]2+离子中含σ键的数目为：18×6.02×1023，
故答案为：1s22s22p63s23p63d7；18×6.02×1023；
（2）GaCl3的熔点为77.9℃，熔点很低，其晶体类型为分子晶体。GaCl3分子中Ga原子孤电子对数==0，价层电子对数=3+0=3，Ga原子杂化方式为：sp2，
故答案为：分子晶体；sp2；
（3）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，As元素原子4p轨道为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：
As>Se>Ge>Ga，
故答案为：As；
（4）金刚砂中每个碳原子周围的4个Si原子形成正四面体，每个Si原子周围的4个C原子形成正四面体，晶胞中Si与C原子的位置相同，若Si处于晶胞内部，则C原子处于晶胞的顶点、面心位置。以顶点C原子研究，与之最近的C原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，故每个C原子周围最近的C原子数目为=12，故答案为：12。
3.硼及其化合物在新材料、工农业生产等方面用途很广。请回答下列问题：
(1)B元素的基态原子的价电子排布图为________，B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为________。
(2)三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性气味的无色有毒腐蚀性气体，其分子的立体构型为________，B原子的杂化类型为________。
(3)自然界中，含B的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作Na2B4O7·10H2O，实际上它的阴离子结构单元是由两个H3BO3和两个[B(OH)4]－缩合而成的双六元环，应该写成Na2[B4O5(OH)4]·8H2O，其结构式如图1，它的阴离子可形成链状结构。该阴离子由极性键和配位键构成，请在图1中用“→”标出其中的配位键，该阴离子通过________相互结合形成链状结构。
(4)科学家发现硼化镁在39 K时有超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，一层镁一层硼相间排列。图2是该晶体微观结构中取出的部分原子沿z轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影。则硼化镁的化学式为________。
(5)磷化硼(BP)是一种有价值的超硬耐磨涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护薄膜。磷化硼晶胞如图3所示，在BP晶胞中B的堆积方式为________，当晶胞晶格参数为478 pm时，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为________cm。
解析：(1)B元素的基态原子的价电子排布图为
；元素的非金属性越强，第一电离能越大，由于氮原子2p能级上有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素，所以B、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>B。
(2)BF3分子中，B原子形成了3个σ键，不含孤电子对，故杂化轨道数为3，杂化方式为sp2杂化，BF3分子的立体构型为平面正三角形。(3)B原子形成的4个键中含有1个配位键，氢氧根离子中氧原子与硼原子之间形成配位键，题图1中用“→”标出其中的配位键为，该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。(4)根据投影可知，6个B原子构成1个正六边形，中间是镁原子，1个B原子被周围的3个正六边形共用，所以1个正六边形含有的B原子数是6÷3＝2，因此硼化镁的化学式为MgB2。(5)由晶胞结构可知，在BP晶胞中B的堆积方式为面心立方最密堆积；P原子与周围的4个B原子最近且形成正四面体结构，二者连线处于体对角线上，B、P之间的最近距离为体对角线长的，立方体的边长为478 pm，则晶胞体对角线长为×478 pm，则P原子与B原子最近距离为×478 pm×＝ pm＝×10－10cm。
答案：(1)
N>O>B
(2)平面正三角形 sp2杂化
(3) 氢键
(4)MgB2
(5)面心立方最密堆积 ×10－10
4.Cu3N具有良好的电学和光学性能在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工程等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用。
(1)C、N、O 三种元素的第一电离能由大到小的顺序为______________。
(2)与N3－含有相同电子数的三原子微粒的空间构型是________。
(3)Cu＋的电子排布式为________，其在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应生成Cu2＋和Cu，但CuO在高温下会分解成Cu2O，试从结构角度解释高温下CuO为何会生成Cu2O：______________。
(4)在Cu的催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛，乙醛分子中碳原子的杂化方式是________，乙醛分子H－C－O的键角________(填“大于”“等于”或“小于”)乙醇分子中的H－C－O的键角。
(5)[Cu(H2O)4]2＋为平面正方形结构，其中的两个H2O被Cl－取代有两种不同的结构，试画出Cu(H2O)2Cl2具有极性的分子的结构式：________________。
(6)Cu3N的晶胞结构如图所示，N3－的配位数为________，Cu＋的半径为a pm，N3－的半径为b pm，Cu3N的密度为________ g·cm－3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
解析：(1)同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半充满稳定状态，能量降低，失去第一个电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N>O>C；(2)与N3－含有相同电子数的微粒为等电子体，如NO，等电子体结构相似，亚硝酸根离子中N原子价层电子对个数＝2＋1/2(5＋1－2×2)＝3且含有一个孤电子对，所以为V形结构；(3)Cu＋的核外有28个电子，根据构造原理知其基态离子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d10，原子轨道处于全空、半充满或全充满时最稳定，Cu＋的3d轨道上全充满，稳定；(4)乙醛分子中甲基上碳原子含有4个σ键，醛基上的碳原子含有3个σ键，所以甲基中的碳原子采用sp3杂化，醛基中的碳原子采用sp2杂化，乙醇中含有醇羟基的碳原子采用sp3杂化，导致乙醛分子中H－C－O的键角大于乙醇分子中的H－C－O的键角；(5)[Cu(H2O)4]2＋为平面正方形结构，其中的两个H2O被Cl－取代有两种不同的结构，[Cu(H2O)2(Cl)2]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称，则其结构式为；(6)Cu3N的晶胞结构如图，大球个数＝12×＝3，小球个数＝×8＝1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N3－的配位数＝3×2＝6，晶胞的体积＝[(2a＋2b)×10－10 cm]3，Cu3N的密度＝＝ g/cm3＝ g/cm3。
答案：(1)N>O>C (2)V形 (3)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10) Cu＋的3d轨道上电子全充满，其结构稳定 (4)sp3、sp2 大于 (5)
(6)6
5.磷存在于人体所有细胞中，是维持骨骼和牙齿的必要物质，几乎参与所有生理上的化学反应。回答下列问题：
(1)基态P原子的核外电子排布式为________，有________个未成对电子。
(2)磷的一种同素异形体——白磷(P4)的立体构型为________，其键角为________，推测其在CS2中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在水中的溶解度。
(3)两种三角锥形气态氢化物膦(PH3)和氨(NH3)的键角分别为93.6°和107°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_________________________________。
(4)常温下PCl5是一种白色晶体，其立方晶系晶体结构模型如图甲所示，由A、B两种微粒构成。将其加热至148 ℃熔化，形成一种能导电的熔体。已知A、B两种微粒分别与CCl4、SF6互为等电子体，则A为________，其中心原子杂化轨道类型为________，B为________。
(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，图乙为其立方晶胞，其中的每个原子均满足8电子稳定结构，试判断其熔点________(填“高于”或“低于”)金刚石熔点。已知其B—P键键长均为x cm，则其密度为________g·cm－3(列出计算式即可)。
解析：(1)基态P原子核外有15个电子，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，有3个未成对电子。(2)P4为正四面体结构，其键角为60°，P4为非极性分子，根据“相似相溶”原理，P4易溶于非极性溶剂CS2，难溶于极性溶剂H2O。(4)根据题意可知，PCl5为离子晶体，则晶体中存在阴、阳离子，A与CCl4互为等电子体，则A为PCl，根据价电子对互斥理论，其采用sp3杂化，B与SF6互为等电子体，则B为PCl。(5)BP与金刚石都是原子晶体，由于C—C键的键长比B—P键短，则C—C键的键能更大，故金刚石的熔点高于BP。解法一：将磷化硼晶胞中部分原子进行标号，如图所示：，图中1、2、3、4原子形成正四面体结构，5原子位于正四面体体心，1、5原子之间的距离为x cm，1、5原子形成的B—P键与4、5原子形成的B—P键之间的键角为109°28′，设1、4原子之间的距离为y cm，则在1、4、5原子形成的等腰三角形中存在：sin＝，解得y＝2xsin 54°44′，晶胞边长为 cm＝2xsin 54°44′ cm，磷化硼晶胞中含有的B原子数为4，含有的P原子数为8×＋6×＝4，一个磷化硼晶胞中含有4个BP，则晶体的密度为g·cm－3＝
g·cm－3；解法二：将上图1、2、3、4原子形成的正四面体记为ABCD，如图所示：，其中O为正四面体的体心，E为正三角形BCD的中心，则AE为正四面体的高，DF为正三角形BCD的高，三角形ADE为直角三角形，根据题意知，AO为x cm，由正四面体中顶点到体心的距离与体心到底面的距离之比为3∶1知，AE＝AO＝x cm，设正四面体的边长为y cm，则计算可得正三角形BCD的高DF为y cm，由正三角形中顶点到中心的距离与中心到底边的距离之比为2∶1知，DE为y cm×＝y cm，在直角三角形AED中，根据勾股定理可得：y2＝(y)2＋(x)2，解得y＝x，则1、4原子之间的距离为x cm，晶胞边长为 cm＝x cm，故晶体密度为 g·cm－3。
答案：(1)1s22s22p63s23p3 3 (2)正四面体形 60° 大于 (3)电负性N强于P，中心原子的电负性越大，成键电子对离中心原子越近，成键电子对之间距离越小，成键电子对之间的排斥力增大，键角变大 (4)PCl
sp3 PCl (5)低于
或
6.(1)基态溴原子的价层电子轨道排布式为__________。第四周期中，与溴原子未成对电子数相同的金属元素有___________种。
(2)铍与铝的元素性质相似。下列有关铍和铝的叙述正确的有___________(填标号)。
A．都属于p区主族元素 B．电负性都比镁大
C．第一电离能都比镁大 D．氯化物的水溶液pH均小于7
(3)Al元素可形成[AlF6]3－、[AlCl4]－配离子，而B元素只能形成[BF4]－配离子，由此可知决定配合物中配位数多少的因素是__________________；[AlCl4]－的立体构型名称为__________。
(4)P元素有白磷、红磷、黑磷三种常见的单质。
①白磷(P4)易溶于CS2，难溶于水，原因是_______________________________________。
②黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。白磷、红磷都是分子晶体，黑磷晶体与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是________。
A．黑磷晶体中磷原子杂化方式为sp2杂化
B．黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力
C．黑磷晶体的每一层中磷原子都在同一平面上
D．P元素三种常见的单质中，黑磷的熔沸点最高
(5)F2中F—F键的键能(157 kJ/mol)小于Cl2中Cl—Cl键的键能(242.7 kJ/mol)，原因是_______________________。
(6)金属钾的晶胞结构如图。若该晶胞的密度为a g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则表示K原子半径的计算式为______________。
解析：(1)溴原子为35号元素，基态原子电子排布式[Ar] 3d104s24p5，价层电子排布图为，溴原子未成对电子数为1，与溴原子未成对电子数相同的金属元素有：K、Sc、Cr、Cu，共4种；(2)铍与相邻主族的铝元素性质相似。A.Be属于s区，Al属于p区，故A错误；B.铍和铝的电负性都比镁大，故B正确；C.元素Be的第一电离能比Mg大，元素Al的第一电离能比Mg小，故C错误；D.铍和铝的氯化物的水溶液均发生水解，溶液显酸性，则pH<7, D项正确；(3)B3＋离子半径明显小于Al3＋，则Al元素可形成[AlF6]3－、[AlCl4]－配离子，而B只能形成[BF4]－配离子，因此，决定配合物中配位数多少的因素是中心原子(或离子)及配位原子半径的大小；[AlCl4]－的配位数是4，故立体构型为正四面体形；(4)①P4、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水；②A.由结构可知磷原子杂化方式为sp3杂化，故A错误；B.晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，故B正确；C.石墨中碳原子为sp2杂化，每层原子均在同一平面内，但磷原子杂化方式为sp3杂化，每一层的各原子不可能在同一平面内，故C错误；D.黑磷为原子晶体，而其他二种单质为分子晶体，则黑磷的熔沸点最高，故D正确；(5)可以根据键长的大小来判断，具体来说就是根据相结合的2个原子的半径来比较，半径越小键能越大，而F的原子半径小，孤电子对之间的斥力大，导致F2中F—F键的键能(157 kJ/mol)小于Cl2中Cl—Cl键的键能(242.7 kJ/mol)；(6)金属钾的晶胞结构为体心立方，晶胞中K原子数目为：1＋8×＝2，阿伏加德罗常数为NA，K原子的摩尔质量为M，故晶胞质量为：；设K原子半径为r，设晶胞棱长为l，晶胞中体对角线为4r，则(4r)2＝l2＋l2＋l2，则l＝r，晶胞体积V＝l3＝r3，若该晶胞的密度为a g/cm3，则r3×a＝，且M＝39 g/mol整理得：r＝ cm。
答案：(1) 4 (2)BD (3)中心原子半径、配位原子的半径 正四面体 (4)①P4 、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水 ②BD (5)F的原子半径小，孤电子对之间的斥力大 (6)
7.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 。
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。
8.决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：
(1)已知元素M是组成物质Ca5(PO4)3F的一种元素。元素M的气态原子逐个失去第1个至第5个电子所需能量(即电离能，用符号I1至I5表示)如表所示：
I1
I2
I3
I4
I5
电离能(kJ·mol－1)
589.8
1 145.4
4 912.4
6 491
8 153
元素M化合态常见化合价是_________价，其基态原子电子排布式为_________。
(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素电负性由大到小的顺序为_________。
(3)PO的中心原子的杂化方式为_________，该离子的空间构型为_________，键角为________，其等电子体有_________ (请写出两种)。
(4)CaF2晶胞结构如图所示，则CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的Ca2＋数目为_________；已知Ca2＋和F－半径分别为a cm、b cm，阿伏加德罗常数为NA，M为摩尔质量，则晶体密度为________g·cm－3(不必化简)。
(5)已知MgO与CaO的晶体结构相似，其摩氏硬度的大小关系为_________，原因为___________________。
解析：(1)根据元素M的气态原子的第I1～I5电离能大小可以看出：I1、I2相差不大，I2、I3电离能相差较多，说明M原子最外层有2个电子。在Ca5(PO4)3F中有Ca、P、O、F四种元素，只有Ca元素最外层有2个电子，原子半径大，容易失去最外层的2个电子，化合价为＋2价；根据原子核外电子排布规律可知Ca基态原子电子排布式为[Ar]4s2或写为1s22s22p63s23p64s2；(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素有P、O、F三种，元素的非金属性F>O>P，元素的非金属性越强，其电负性就越大，所以按电负性由大到小的顺序排列为F>O>P；(3)PO的中心原子P的价层电子对数是4，故P原子杂化为sp3杂化；由于孤对电子对数为0，该离子的空间构型为正四面体形，键角为109°28′，其等电子体有SO、CCl4；(4)根据CaF2晶胞结构可知：在每个晶胞中与Ca2＋离子距离最近且等距离的Ca2＋有3个，通过每个Ca2＋可形成8个晶胞，每个Ca2＋计算了2次，所以与Ca2＋离子距离最近且等距离的Ca2＋有(3×8)÷2＝12个；将CaF2晶胞分成8个小正方体，正方体中心为F－离子，顶点为Ca2＋，晶胞中共有4个钙离子、8个氟离子。小立方体的对角线长为2(a＋b) cm，则晶胞的对角线长为4(a＋b) cm，晶胞的边长为 cm，根据晶体密度计算公式可得该晶体的密度ρ＝＝ g/cm3；(5)MgO与CaO的晶体结构相似，由于离子半径Ca2＋>Mg2＋，离子半径越大，与O2－形成的离子键的键长就越大，晶格能就越小，物质的硬度就越小，故其摩氏硬度的大小关系为MgO>CaO。
答案：(1)＋2 [Ar]4s2 (2)F>O>P (3)sp3 正四面体形 109°28′ SO、CCl4等 (4)12
9.B、N、Co均为新型材料的重要组成元素。请回答下列问题：
(1)基态氮原子的价电子排布图为________________。
(2)Co能形成[Co(CNO)6]3－。
①1 mol该离子中含有σ 键的数目为_____________。
②与CNO—互为等电子体的分子为_____________(任写一种，填化学式)。
(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋ 配离子，已知NF3和NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配合离子，其原因是________________________________________________________________________。
(4)分子中的大 π键可用符号Π 表示，其中m表示形成大π键的原子数，n表示参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)。则NO中的大π键应表示为____________________。
(5)多硼酸根的结构之一为链状(如图1)，其化学式为________________。
图1 图2
(5) 氮化硼晶体有多种结构，其中立方氮化硼具有金刚石的结构(如图2)。若晶胞边长为a nm，晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，则B—N键的键长为________nm，这种氮化硼晶体的密度为________g/cm3(用含有a和NA的代数式表示)。
解析：(1)N是7号元素，根据原子构造原理可知N核外电子排布式是1s22s22p3，价电子排布式是2s22p3，所以基态氮原子的价电子排布图为；(2)①1个Co3＋与6个CNO－形成6个配位键，属于σ键，1个CNO－含有2个σ键，故1个[Co(CNO)6]3－含有18个σ键，所以1 mol该离子中含有σ 键的数目为18NA；②与CNO－互为等电子体的分子可以用O原子替换N原子与1个单位负电荷，其电子体为CO2或N2O；(3)往CuSO4溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋ 配离子，是由于中心离子Cu2＋有空轨道，NH3分子中N原子有孤对电子，N—H偏向N原子一方，N原子周围相对来说电子多，而NF3和NH3的空间构型尽管都是三角锥形，但电负性F>N>H，在NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键，所以NF3不易与Cu2＋形成配合离子；(4)中NO中的大 π键是每个O原子提供1个电子，每个N原子提供3个电子形成，所以成键原子数是4，成键电子数是6，故NO中的大 π键表示为Π；(5)由均摊法，可知每个B原子独自占有2个O原子，B元素化合价为＋3，O元素化合价为－2，多硼酸根的化合价代数和为3n＋2×n(－2)＝－n，故多硼酸根组成可表示为：(BO2)，也可写为BO；(6)晶胞边长为a nm，则立方氮化硼的结构可知晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心，可看作是将晶胞均分为8个小立方体，B—N键的键长为晶胞体对角线的，由于晶胞边长为a nm，则体对角线为，所以B—N键的键长·a nm；一个晶胞中含有B原子数目为：4；含有N原子数目为×8＋×6＝4，即一个晶胞中含有4个BN，所以晶胞的密度为ρ＝＝＝ g/cm3。
答案：(1) (2)①18NA ②CO2或N2O (3)电负性F>N>H，NH3中氮原子显－3价，而在NF3中氮原子显＋3价，高度缺电子，不易提供孤电子对给Cu2＋的空轨道形成配位键 (4)Π
(5) BO (6)·a
10.Ⅰ.2016年7月8日，世界首款石墨烯基锂离子电池产品在北京发布。在石墨烯基锂离子电池中，由纯度在99%以上的单层石墨烯包覆的磷酸铁锂作正极材料，加强导电性，实现快速充电。
(1)碳原子的核外电子排布式为________。
(2)石墨烯的结构如图所示，在石墨烯中碳原子的杂化方式为________。
Ⅱ.Fe、Ni、Pt在周期表中同族，该族元素的化合物在科学研究和实际生产中有许多重要用途。
(1)①Fe在元素周期表中的位置为________。
②铁有δ、γ、α三种晶型，各晶胞结构如图，则δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为________。γFe的晶胞边长为a pm，则Fe原子半径为________pm。
③已知FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离相等且最近的亚铁离子围成的空间构型为________。
(2)铂可与不同的配体形成多种配合物。分子式为[Pt(NH3)2Cl4]的配合物的配体是________；该配合物有两种不同的结构，其中呈橙黄色的物质的结构比较不稳定，在水中的溶解度大；呈亮黄色的物质的结构较稳定，在水中的溶解度小，图1所示的物质中呈亮黄色的是________(填“A”或“B”)，理由是_______________________________________________________________。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如图2所示。
①储氢原理为：镧镍合金吸咐H2，H2解离为H储存在其中形成化合物。若储氢后，氢原子占据晶胞中上下底面的棱和面心，则形成的储氢化合物的化学式为________________________________________________________。
②测知镧镍合金晶胞体积为9.0×10－23cm3，则镧镍合金的晶体密度为________g·cm－3。(不必计算出结果)
解析：Ⅰ.(1)碳位于第二周期第ⅣA族，核外有6个电子，核外电子排布式为1s22s22p2。(2)石墨烯结构单元为正六边形平面结构，每个碳原子形成3个单键，C采取sp2杂化。Ⅱ.(1)②δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别是8和6，所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比是4∶3。根据题图可知，在γFe晶胞中Fe原子半径为面对角线长的，即 pm。③FeO晶体晶胞结构为NaCl型，与O2－距离相等且最近的亚铁离子有6个，6个亚铁离子构成的空间构型为正八面体形。
(2)Pt为中心原子，配体为NH3、Cl－；A的结构对称程度高，较稳定，为非极性分子，B和H2O均为极性分子，根据相似相溶原理，A在水中的溶解度小。(3)①根据题意，晶胞中含La原子数为8×＝1，含Ni原子数为1＋8×＝5，上下底面各有四条棱，每条棱为四个晶胞共用，所以棱上含氢原子数为2×4×＝2，上下两个面，每个面上的氢原子为两个晶胞共用，所以面上含有的氢原子数为2×1×＝1，所以每个晶胞储存3个氢原子。所以形成化合物的化学式为LaNi5H3。②晶胞质量除以晶胞体积得晶体密度。
答案：Ⅰ.(1)1s22s22p2 (2)sp2
Ⅱ.(1)①第四周期第Ⅷ族 ②4∶3
③正八面体形
(2)NH3、Cl－ A A的结构对称程度高，较稳定，为非极性分子，根据相似相溶原理，A在水中的溶解度小
(3)①LaNi5H3 ②
11.以铁矿石(Fe2O3)为起始物，经过一系物反应可以得到Fe3[Fe(CN)6]2和Fe(SCN)3。请回答下列问题：
(1)画出Fe的原子结构示意图________，O原子核外电子排布图为________。
(2)KSCN是检验Fe3＋的试剂之一，与SCN－互为等电子体的一种分子为________。如图1是SCN－与Fe3＋形成的一种配离子，画出该配离子中的配位键(以箭头表示)。
(3)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为________，该化学键能够形成的原因是________________________________________________________。
(4)K3[Fe(CN)5NO]的组成元素中，属于第二周期的元素的第一电离能由小到大的顺序是________，配合物中原子序数最小的元素与氢元素形成的相对分子质量为92的芳香化合物中，中心原子的杂化轨道类型是________。
(5)把氯气通入黄血盐(K4[Fe(CN)6])溶液中，得到赤血盐(K3[Fe(CN)6])，写出该变化的化学方程式___________________________________________。
(6)FeO晶胞结构如图2所示，FeO晶体中Fe2＋配位数为________，若该晶胞边长为a cm，则该晶体密度为________g·cm－3(阿伏加德罗常数的值为NA)。
解析：(1)Fe为26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，最外层有2个电子，则次外层有14个电子；O原子有1s、2s、2p三个能级，其电子排布图为
。(2)SCN－中含有3个原子，且其价电子数是16，与SCN－互为等电子体的分子有CO2、N2O、CS2、COS等；S、O都有孤对电子，可以提供孤对电子，与铁离子形成配位键。(3)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为配位键，因为CN－能提供孤对电子，Fe3＋能接受孤对电子(或Fe3＋有空轨道)，所以二者之间存在配位键。(4)配合物中处于第二周期的元素为C、N、O，同周期元素，第一电离能从左到右，呈增大趋势，故C最小；N原子2p轨道处于半充满状态，较为稳定，第一电离能高于O，故C
答案：(1)
(2)CO2、N2O、CS2、COS等(任写一种即可)
(3)配位键 CN－能提供孤对电子，Fe3＋能接受孤对电子(或Fe3＋有空轨道) (4)C
(6)6
12.“黄铜”一词最早见于西汉东方朔所撰的《申异经·中荒经》：“西北有宫，黄铜为墙，题曰地皇之宫。”“黄铜”一词专指铜锌合金，则始于明代，其记载见于《明会典》：“嘉靖中则例，通宝钱六百万文，合用二火黄铜四万七千二百七十二斤……。”
(1)某同学书写基态铜原子的价层电子排布式为3d94s2，该排布式违背了________。简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层含有未成对电子有关，Cu＋呈无色，其主要原因可能是________。
(2)在10 mL 1 mol·L－1氯化锌溶液中滴加浓氨水至过量，先产生白色沉淀，后沉淀溶解，生成了[Zn(NH3)4]2＋，配体的空间构型是________；画出该配离子的结构图：________。
(3)乙二胺(缩写en)是H2NCH2CH2NH2。硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)的化学式为[Cu(en)2]SO4，在该配合物中，N原子的杂化类型是________。C、N、O、Cu的第一电离能由大到小的顺序为________。
(4)铜晶体类型是________；锌晶体中存在的化学键类型是________。
(5)Cu、N两元素形成某种化合物的晶胞结构如图。
①该晶胞的化学式为________。
②该晶胞中，氮的配位数为________。
③已知紧邻的白球与黑球之间的距离为a cm，该晶胞的密度为ρ g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数值，a＝________nm。(用代数式表示)
解析：(1)根据洪特规则特例，基态铜原子价层电子排布式为3d104s1。Cu＋的价层没有未成对电子，故亚铜离子在水溶液中呈无色。(2)四氨合锌(Ⅱ)离子中配体为NH3，其空间构型为三角锥形；四氨合锌(Ⅱ)离子类似四氨合铜(Ⅱ)离子，该配离子结构图：。(3)H2NCH2CH2NH2中氮原子价层上有3个成键电子对，1个孤电子对，故氮原子采取sp3杂化。N、O、C、Cu的第一电离能依次减小。(4)铜晶体是金属晶体，锌晶体也是金属晶体，金属晶体中的化学键是金属键。(5)①晶胞中Cu原子数目＝12×＝3，N原子数目＝8×＝1，故化学式为Cu3N。②观察晶胞知，1个氮原子与其上、下、左、右、前、后6个铜原子距离最近，配位数为6。③晶胞的质量＝g，紧邻的白球与黑球之间的距离为a cm，则晶胞棱长＝2a cm，则晶胞体积＝(2a cm)3，故晶体的密度ρ＝× g·cm－3，得a＝×107nm。
答案：(1)洪特规则特例 价层无未成对电子
(2)三角锥形
(3)sp3 N>O>C>Cu
(4)金属晶体 金属键
(5)①Cu3N ②6 ③×107
13.磷、硫、氯、砷等是农药中的重要组成元素。回答下列问题：
(1)基态砷原子的核外价电子排布式为________。
(2)生产农药的原料PSCl3中P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为________，电负性由大到小的顺序为________。
(3)COS(羰基硫)可用作粮食的熏蒸剂，其中碳原子的杂化轨道类型为________，所含共价键的类型为________，写出一种与COS键合方式相同且空间构型也相同的微粒：________。
(4)H2O与H2S为同族元素的氢化物，H2O可以形成H9O或H3O＋，而H2S几乎不能形成类似的H9S或H3S＋，其原因是_________________________。
(5)AlP因杀虫效率高、廉价易得而被广泛应用。已知AlP的熔点为2 000 ℃，其晶胞结构如图所示。
①磷化铝的晶体类型为________。
②A、B点的原子坐标如图所示，则C点的原子坐标为________。
③磷化铝的晶胞参数a＝546.35 pm，其密度为________g·cm－3(列出计算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的数值)。
解析：(3)COS中C原子的孤电子对数是＝0，价层电子对数是1＋1＋0＝2，所以碳原子的杂化轨道类型是sp，COS的空间结构是直线形，结构式是O===C===S，含有2个σ键和2个π键；与COS键合方式相同且空间构型也相同的微粒应与COS是等电子体，最容易想到的就是CO2和CS2。
(4)H3O＋是由H2O和H＋通过配位键形成的，H9O是由(H2O)4和H＋通过配位键形成的，其中(H2O)4是H2O分子间通过氢键形成的缔合分子，因此应从氢键的形成条件去考虑H2S不能形成H9S或H3S＋的原因。
(5)①磷化铝的晶胞结构类似金刚石，且其熔点很高，因此磷化铝属于原子晶体。②由磷化铝的晶胞结构可以看出，Al原子位于立方体的体对角线的处，因此C点的原子坐标为(，，)。③1个AlP晶胞中含有的P原子数是8×＋6×＝4，Al原子数也是4，因此一个晶胞的质量m＝ g，而晶胞的体积V＝(a×10－10)3cm3＝(5.463 5×10－8)3cm3，所以磷化铝的密度ρ＝＝ g·cm－3。
答案：(1)4s24p3 (2)Cl>P>S Cl>S>P (3)sp
σ键和π键(写“极性键”也可) CO2(或CS2、BeF2等)
(4)氧的电负性大且原子半径小，H2O分子间及与H＋可形成氢键，而硫的电负性较小且原子半径大，几乎不能形成氢键 (5)①原子晶体 ②(，，) ③
14.磷是生物体中不可缺少的元素之一，它能形成多种化合物。
(1)基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为________；该能层能量最高的电子云在空间有____________个伸展方向，原子轨道呈________形。
(2)磷元素与同周期相邻两元素相比，第一电离能由大到小的顺序为________。
(3)单质磷与Cl2反应，可以生成PCl3和PCl5，其中各原子均满足8电子稳定结构的化合物中，P原子的杂化轨道类型为________，其分子的空间构型为________。
(4)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，图甲为其晶胞，硼原子与磷原子最近的距离为a cm。用M g·mol－1表示磷化硼的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，则磷化硼晶体的密度为________。
(5)H3PO4为三元中强酸，与Fe3＋形成H3[Fe(PO4)2]，此性质常用于掩蔽溶液中的Fe3＋。基态Fe3＋的核外电子排布式为____________________；PO作为__________________为Fe提供_____________________________________。
(6)磷酸盐分为直链多磷酸盐、支链状超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐三类。某直链多磷酸钠的阴离子呈如图乙所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶角氧原子相连。则该多磷酸钠的化学式为________。
解析：(3)PCl3中各原子均满足8电子稳定结构，PCl5中P原子为10电子结构，PCl3中P原子采取sp3杂化，其分子的空间构型为三角锥形。(4)设该晶胞的边长为x cm，硼原子与磷原子最近的距离为晶胞体对角线的，则x＝a，x＝a。该晶胞中含有的B原子数为4，P原子数为8×＋6×＝4，即含有4个BP，故磷化硼晶体的密度为 g÷(a cm)3＝ g·cm－3。(6)由图乙可知，每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为＋5，则该多磷酸钠的化学式为NaPO3或(NaPO3)n。
答案：(1)M 3 哑铃
(2)P>S>Si
(3)sp3 三角锥形
(4) g·cm－3(其他合理答案均可)
(5)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 配体 孤电子对
(6)NaPO3或(NaPO3)n
15.铁氧体是一种磁性材料，具有广泛的应用。
(1)基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]________。
(2)工业制备铁氧体常使用水解法，制备时常加入尿素[CO(NH)2]2、醋酸钠等碱性物质。尿素分子中四种不同元素的电负性由大至小的顺序是________；醋酸钠中碳原子的杂化类型是________。
(3)工业制备铁氧体也可使用沉淀法，制备时常加入氨(NH3)、联氨(N2H4)等弱碱。比较下表中氨(NH3)、联氨(N2H4)的熔沸点，解释其高低的主要原因____________________________________________________________。
N2H4
NH3
熔点/℃
2
－77.8
沸点/℃
113.5
－33.5
(4)如图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体，则晶体中的氧离子是否构成了面心立方最密堆积？________(填“是”或“否”)；该立方体是不是Fe3O4的晶胞？_____________________________
(填“是”或“否”)；立方体中铁离子处于氧离子围成的________(填空间结构)空隙。
(5)解释该Fe3O4晶体能导电的原因______________________________，
根据上图计算Fe3O4晶体的密度为________g·cm－3。(图中a＝0.42 nm，计算结果保留两位有效数字)
解析：(2)根据元素周期表中电负性的变化规律知，电负性：O>N>C>H。CH3COONa中甲基碳原子的杂化类型为sp3杂化，—COO—中碳原子的杂化类型为sp2杂化。(4)由题图知，氧离子构成了面心立方最密堆积。该立方体不是最小的能够重复的结构单元，故不是Fe3O4的晶胞。根据该立方体的结构，立方体中铁离子处于氧离子围成的正八面体的空隙。(5)该立方体中O2－的个数为12×＋1＝4，Fe3＋的个数为4×＋3×＝2，Fe2＋的个数为1，故Fe3O4晶体的密度为 g÷(0.42×10－7cm)3＝5.2 g·cm－3。
答案：(1)3d64s2 (2)O>N>C>H sp3杂化、sp2杂化 (3)联氨分子间形成的氢键数目多于氨分子间形成的氢键数目 (4)是 否 正八面体 (5)电子可在两种不同价态的铁的离子间快速发生转移 5.2
16.A、B、C、D、E是元素周期表中五种常见元素，其原子序数依次增大。详细信息见表：
①
A的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代
②
B的氧化物是导致光化学烟雾的主要物质之一
③
C的某一种单质是空气的主要成分之一
④
D的基态原子核外有6个原子轨道处于半充满状态
⑤
E能形成红色的E2O和黑色的EO两种氧化物
请回答下列问题：
(1)D的价电子排布式可表示为________。
(2)BC的空间构型为________(用文字描述)。
(3)根据等电子原理，AC分子的结构式为________。
(4)1 mol AC2中σ键、π键数目之比为________。
(5)A、B、C的第一电离能由大到小顺序为________。
(6)E为________堆积金属，已知E原子的半径为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则E晶体的密度是________g·cm－3。(列出算式即可)。
(7)E晶胞结构如图所示，E晶体中每个E原子周围距离最近的E原子数目为________；E2S为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个S原子，其余S原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个E原子。
(8)将E单质的粉末加入NH3的浓溶液中，通入O2，充分反应后溶液呈深蓝色，写出该反应的离子方程式____________________________________。
解析：根据题意可推出A为C，B为N，C为O，D为Cr，E为Cu。(1)Cr的价电子排布式为3d54s1。(2)根据价层电子对互斥理论，中心N原子的孤电子对数为0，价层电子对数为3，所以NO的空间构型为平面三角形。(3)CO与N2互为等电子体，则CO的结构式为C≡O。(4)1个CO2中含有2个σ键，2个π键。(6)Cu原子的半径为a cm，则晶胞边长为 cm，晶胞体积V＝( cm)3，每个晶胞中含有4个铜原子，故晶体密度ρ＝＝＝ g·cm－3。(7)根据题意，Cu2S晶胞中含有的S原子数为8×＋6×＋4＝8，故该晶胞中含有的Cu原子数为16。
答案：(1)3d54s1
(2)平面三角形
(3)C≡O
(4)1∶1
(5)N>O>C
(6)面心立方
(7)12 16
(8)2Cu＋8NH3·H2O＋O2===2[Cu(NH3)4]2＋＋4OH－＋6H2O
17.铁触媒是重要的催化剂，铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。请回答下列问题：
(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]________；C、N、O的电负性由大到小的顺序为________。
(2)Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为________；配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化轨道类型是________，NH3价电子对互斥理论模型是________。
(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________(填字母)形成。
A．离子键 B．配位键 C．非极性键 D．σ键
(4)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe(CO)5的晶体类型是________。
(5)单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为________(写出已化简的比例式即可)。
解析：(1)铁为26号元素，根据构造原理确定，基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2。同周期由左向右元素的电负性呈递增趋势，C、N、O的电负性由大到小的顺序为O>N>C。(2)Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu(H2O)4]2＋。配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中，碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3杂化。NH3的价电子对互斥理论模型是四面体形。(3)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，一定有配位键、σ键形成。(4)Fe(CO)5常温下为黄色油状液体，熔点较低，则Fe(CO)5为分子晶体。(5)根据晶胞结构可知，面心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋6×1/2＝4，体心立方晶胞中含有的铁原子数为8×1/8＋1＝2，实际含有的铁原子个数之比为2∶1；设铁原子半径为r，面心立方堆积晶胞的棱长为a1，则a1＝，ρ＝，体心立方堆积晶胞的棱长为a2，则a2＝，ρ＝，两种铁晶体的密度之比为4∶3。
答案：(1)3d64s2 O>N>C
(2)[Cu(H2O)4]2＋ sp2、sp3杂化 四面体形
(3)BD
(4)分子晶体
(5)2∶1 4∶3
18.A、B、C、D、E代表前四周期原子序数依次增大的五种元素。A、D同主族且有两种常见化合物DA2和DA3；工业上电解熔融C2A3制取单质C；B、E除最外层均只有2个电子外，其余各层全充满，E位于元素周期表的ds区。回答下列问题：
(1)B、C中第一电离能较大的是________，基态D原子价电子的排布图为________。
(2)DA2分子的VSEPR模型是________。H2A比H2D熔沸点高得多的原因是________。
(3)实验测得C与氯元素形成的化合物的实际组成为C2Cl6，其球棍模型如图所示。已知C2Cl6在加热时易升华，与过量的NaOH溶液反应可生成Na[C(OH)4]。
①C2Cl6属于________(填晶体类型)晶体，其中C原子的杂化轨道类型为________杂化。
②[C(OH)4]－中存在的化学键有________。
(4)工业上制备B的单质是电解熔融B的氯化物，而不是电解BA，原因是________________________________________________________________。
(5)B、C的氟化物晶格能分别是2 957 kJ·mol－1、5 492 kJ·mol－1，二者相差很大的原因是____________________________________________________。
(6)D与E所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
①在该晶胞中，E的配位数为________。
②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置。如图晶胞中，原子坐标参数a为(0,0,0)；b为(，0，)；c为(，，0)。则d的坐标参数为________。
③已知该晶胞的密度为ρ g·cm－3，则其中两个D原子之间的距离为________pm。(列出计算式即可)
解析：根据题给信息，可以推出A为O，B为Mg，C为Al，D为S，E为Zn。(1)同周期主族元素从左到右第一电离能逐渐增大，但由于Mg原子3s轨道上电子全充满，比较稳定，故第一电离能：Mg>Al。基态S原子的价电子数为6，其电子排布图为
(2)SO2中S有1对孤对电子，价层电子对数为3，故其VSEPR模型是平面三角形。由于H2O分子间存在氢键，故其熔沸点比H2S高。(3)①由题意知，Al2Cl6的沸点低，属于分子晶体。Al无孤电子对，杂化轨道数为4，故其杂化类型为sp3。②[Al(OH)4]－中存在极性共价键和配位键。(5)晶格能大小与离子所带电荷及离子半径有关，由于Al3＋比Mg2＋电荷高、半径小，故AlF3的晶格能比MgCl2大得多。(6)①该晶胞中E的个数为8×＋6×＝4，D的个数为4，故E、D的配位数相同，根据D的配位数为4，可知E的配位数为4。②根据d的位置，可知其坐标参数为(1，，)。③根据D原子的位置可知，两个D原子之间的距离为晶胞边长的，设晶胞边长为a pm，则该晶胞的质量为 g＝ρ g·cm－3×(a×10－10 cm)3，解得a＝×1010，故两个D原子之间的距离为××1010pm。
答案：(1)镁(或Mg)
(2)平面三角形 H2O分子间存在氢键
(3)①分子 sp3 ②极性共价键、配位键(或共价键、配位键)
(4)熔融MgCl2能导电，可电解；MgO熔沸点高，电解熔融MgO能耗大
(5)Al3＋比Mg2＋电荷多、半径小
(6)①4 ②(1，，) ③× ×1010
19.2016年诺贝尔化学奖授予在“分子机器设计和合成”领域有突出成就的三位科学家，其研究对象之一“分子开关”即与大环主体分子苯芳烃、硫或氮杂环杯芳烃等有关。回答下列问题：
(1)对叔丁基杯[4]芳烃(如图Ⅰ所示)可用于ⅢB族元素对应离子的萃取，如La3＋、Sc2＋。写出基态二价钪离子(Sc2＋)的核外电子排布式：________，其中电子占据的轨道数为________个。
(2)对叔丁基杯[4]芳烃由4个羟基构成，其中羟基氧原子的杂化方式为________，羟基间的相互作用力为________。
(3)不同大小的苯芳烃能识别某些离子，如：N、SCN－等。根据等电子体原理判断N的空间构型为________；一定条件下，SCN－与MnO2反应可得到(SCN)2，试写出(SCN)2的结构式：________。
(4)已知C60分子结构和C60晶胞示意图(如图Ⅱ、图Ⅲ所示)：
则一个C60分子中含有σ键的个数为________，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有________个，C60晶体的密度为________。(计算结果保留两位小数)
解析：(3)N、SCN－与CO2互为等电子体，根据CO2为直线形分子，可以判断N的空间构型为直线形。根据题意知，(SCN)2与Cl2类似，其分子中S、C、N的价键总数分别为2、4、3，故其结构式为N≡C—S—S—C≡N。(4)C60分子中每个C原子形成3个σ键，每个σ键被2个C原子共用，1个C60分子中含有σ键的个数为＝90。C60晶胞为面心立方晶胞，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个。每个晶胞中含有的C60的个数为8×＋6×＝4，则C60晶体的密度为 g÷(1.42×10－7cm)3＝1.67 g·cm－3。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 10 (2)sp3
氢键 (3)直线形 N≡C—S—S—C≡N (4)90 12
1．67 g·cm－3
20.H、C、N、O、Na、Fe、Cu是常见的七种元素，请回答下列问题：
(1)N、O、Na原子第一电离能由小到大的顺序是________(用元素符号和“＜”表示)；Cu原子的价电子排布图为________。
(2)N、Na＋、Fe3＋、Cu2＋四种微粒基态的核外电子排布式中未成对电子数最多的是________；Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为________，水分子与铜离子间结合的化学键名称为________。
(3)根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子中空间构型是V形的是________(填序号)。
①H3O＋ ②H2O ③NO
(4)分子(CN)2中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，其结构式为________，1个分子中含有________个π键；(CN)2称为“拟卤素”，具有类似Cl2的化学性质，则(CN)2与NaOH水溶液反应的化学方程式为_________________________________________。
(5)O和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物，其晶胞结构如图，该离子化合物的化学式为________；已知该晶胞的密度为ρ g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，求晶胞边长a＝________cm。(用含ρ、NA的代数式表示)
解析：(1)N、O属于非金属，钠是金属，故钠的第一电离能最小，N、O属于同周期，由于N的2p能级为半充满的稳定状态则N>O；Cu原子的核外电子排布式为：[Ar]3d104s1，故价电子排布图为
。
(2)在N、Na＋、Fe3＋、Cu2＋四种微粒基态的核外电子排布式中，未成对电子数依次是3、0、5、1，故未成对电子数最多的是Fe3＋，Cu2＋在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为[Cu(H2O)4]2＋，水分子与铜离子间结合的化学键名称为配位键。 (3)H3O＋中中心原子O的价层电子对数为(6＋3－1)/2＝4，孤电子对数为1，所以空间构型是三角锥形；H2O中中心原子O的价层电子对数为(6＋2)/2＝4，孤电子对数为2，所以空间构型是V形；NO中中心原子N的价层电子对数为(5－1)/2＝2，孤电子对数为0，所以空间构型是直线形。(4)分子(CN)2中碳原子按sp杂化，碳碳之间是单键，碳氮之间是叁键，其结构式为N≡C—C≡N，碳氮叁键中有两个π键，所以1个分子中含有4个π键；(CN)2与NaOH水溶液反应的化学方程式为(CN)2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O。(5)根据晶胞结构图，利用均摊法可知，晶胞中含有氧离子个数为8×1/8＋6×1/2＝4，含有钠离子个数为8，所以化学式为Na2O，根据ρ＝m/V可知晶胞体积V＝m/ρ cm3＝ cm3，故所以晶胞边长＝。
答案：(1)Na＜O＜N
(2)Fe3＋ [Cu(OH)4]2＋ 配位键 (3)②
(4)N≡C—C≡N 4 (CN)2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O (5)Na2O
21.X、Y、Z、W、R是周期表前四周期的五种元素，原子序数依次增大。X原子p轨道上有两个未成对电子；Y的气态氢化物能使石蕊试液变蓝色；Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍；W的价电子排布式为ns(n－1)np2(n－1)；R的最外层只有1个电子，次外层有18个电子。
(1)X、Y、Z、W四种元素中电负性最大的是________(填元素符号)，基态R原子的核外电子排布式为
____________________________________________________________。
(2)X、Y、Z的最简单氢化物中，键角由大到小的顺序为________(用氢化物的化学式表示)。
(3)Z、W元素构成的微粒WZ的立体构型是________，与WZ互为等电子体的一种分子为________(填化学式，任写一种)。
(4)每个XY－离子中含有________个π键。
(5)已知Z、R能形成一种化合物R2Z，其晶胞结构如图所示。
①该晶胞原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1,0,0)；C为( ， ， )。则D原子的坐标参数为________，它代表________(填元素符号)原子。
②若R2Z晶体密度dg·cm－3，晶胞参数为a pm，则阿伏加德罗常数值NA＝________。
解析：X的p轨道上有两个未成对电子，即属于ⅣA或ⅥA族元素，Y的气态氢化物能使石蕊试液变蓝，说明此氢化物是NH3，即Y为N，五种元素原子序数依次增大，即X为C，Z的最外层电子数为内层电子数的3倍，则Z为O，W的价电子排布式n－1应等于2，即n为3，则W为S，R的最外层只有1个电子，次外层有18个电子，即R为Cu。(1)非金属性越强其电负性越大，同周期从左向右电负性增强，即电负性最强的是O，R位于第四周期ⅠB族元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)；(2)氢化物分别是CH4、NH3、H2O，含有孤电子对数分别是0、1、2，孤电子对之间的斥力大于孤电子对一成键电子之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，因此键角的大小是CH4>NH3>H2O；(3)组成的微粒是SO，中心原子S含有4个σ键，孤电子对数为(6＋2－2×4)/2＝0，空间构型为正四面体，等电子体是原子总数相等，价电子总数相等的微粒，与SO互为等电子体的是CCl4(或CF4、SiCl4、SiF4等)；(4)构成的离子是CN－，C和N之间共用叁键，因此1个CN－中含有2个π键；
(5)①D的距离是A和C距离的一半，因此D原子的坐标为( ， ， )；A位于晶胞的顶点和体心，个数为8×1/8＋1＝2，D位于晶胞内部，有4个，因此化学式为Cu2O，即D为Cu；②晶胞的质量为2×144/NA g，体积为(a×10－10)3cm3，根据密度的定义，密度为d＝2×144/(NA×a3×10－30) g/cm3，因此推出阿伏加德罗常数为288/(da3×10－30)。
答案：(1)O ls22s22p63s23p63d104s1(或 3d104s1)
(2)CH4>NH3>H2O
(3)正四面体 CCl4(或CF4、SiCl4、SiF4等) (4)2 (5) ①( ， ， ) Cu ②288/(da3×10－30)
22.已知：A、B、C、D四种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，B元素3p能级半充满；C是所在周期电负性最大的元素；D是第四周期未成对电子最多的元素。
试回答下列有关的问题：
(1)写出D元素价电子的电子排布式：________。
(2)D可形成化合物D(NO3)3。
D(NO3)3中阴离子的立体构型是________。NO中心原子的轨道杂化类型为________。
(3)已知B、C两种元素形成的化合物通常有两种。这两种化合物中________(填化学式)为非极性分子。另一种物质的电子式为________。
(4)由A、C两元素形成的化合物组成的晶体中，阴、阳离子都具有球型对称结构，它们都可以看做刚性圆球，并彼此“相切”。如下图所示为A、C形成化合物的晶胞结构图以及晶胞的剖面图：
晶胞中距离一个A＋最近的C－有________个，这些C－围成的图形是________，若晶体密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值用NA表示，则A＋的离子半径为________cm(用含NA与ρ的式子表达)。
解析：A、B、C、D四种元素，原子序数依次增大。A是短周期中原子半径最大的元素，A为Na元素；B元素3p能级半充满，B为P元素。D是第四周期未成对电子最多的元素，D为Cr元素；C是所在周期电负性最大的元素，C为第ⅦA族元素，C为Cl元素。
(1)D为Cr元素，D元素价电子的电子排布式为3d54s1；(2)D(NO3)3中NO中价层电子对个数＝3＋(5＋1－3×2)＝3，且不含孤电子对，所以该分子为平面三角形，中心原子采用sp2杂化；(3)已知B、C两种元素形成的化合物为PCl3和PCl5，PCl3为三角锥形结构，属于极性分子，PCl5为三角双锥结构，属于非极性分子，其中PCl3的电子式为；(4)由Na、Cl两元素形成的化合物为NaCl，以中间的黑色球为Na＋离子研究，与之最近的氯离子有6个，这些氯离子围成的图形是正八面体；晶胞中Na＋离子数目＝1＋12×＝4，Cl－离子数目＝8×＋6×＝4，故晶胞质量＝ g，晶胞体积＝[ g÷ρ] cm3＝
cm3，令Na＋离子半径为r，则棱长为×4r＝2r，故(2r)3＝cm3，解得r＝×cm。
答案：(1)3d54s1 (2)平面三角形 sp2杂化
(3)PCl5 (4)6 正八面体 ×cm。
23.氮的化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列相关问题：
(1)基态氮原子的价层电子排布式为________，碳、氮、氧元素的第一电离能由小到大的顺序为________________(用元素符号表示)。
(2)NH4Cl中氮原子的杂化方式为________，与NH互为等电子体的一种非极性分子的化学式为________________。
(3)NH4Cl受热易分解产生氨气，向CuSO4溶液中通入氨气至过量，产生蓝色沉淀，随后沉淀溶解得到深蓝色溶液，该溶液中存在的配离子的结构式为________。
(4)氨(NH3)和膦(PH3)是两种三角锥形气态氢化物，其键角分别为107°和93.6°，试分析PH3的键角小于NH3的原因_____________________________。
(5)第ⅤA族气态氢化物沸点如图所示，试解释沸点PH3
(6)氮化镓是具有重要应用价值的半导体，其部分晶体结构如图所示，每个晶胞中Ga原子个数为________个，若晶胞底边长为a nm，高为c nm，则氮化镓的晶体密度为________g/cm3(用含a、c的代数式表示，阿伏加德罗常数用NA表示)。
解析：(1)氮元素的核电荷数为7，其原子最外层有5个电子，则基态氮原子的价层电子排布式为2s22p3，碳、氮、氧元素均为第二周期主族元素，第一电离呈增大趋势，但氮的2p轨道为半充满结构，相对稳定，第一电离偏大，则三种元素的第一电离能由小到大的顺序为C
(4)N的电负性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而PH3的键角小于NH3
(5)NH3分子间存在氢键、分子结构相似，相对分子质量不断增大，分子间作用力不断增强 (6)6
24.太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等元素组成的化学物质。
(1)钙原子基态时的电子排布式为________，金属钴堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是________。
(2)氮元素的第一电离能在同周期中(稀有气体除外)从大到小排第________位；写出与NO互为等电子体的一种非极性分子的化学式________。
(3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子(如图)，其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有________种不同的结构类型。已知硼酸(H3BO3)为一元弱酸，解释其为一元弱酸的原因
_______________________________________________________________
____________________________________________________________。
硼酸的结构与石墨相似，层内的分子以氢键相连，含1 mol硼酸的晶体中有________mol氢键。
(4)硒是动物体必需的营养元素。SeO2是硒的重要化合物，SeO2的价层电子对互斥模型是________。
(5)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6，组成为TiCl3·6H2O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为________。
(6)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方结构(如图所示)，若该晶胞的边长为a nm，密度为ρ g/cm3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为________。
解析：(1)钙的核电荷数为20，基态钙原子的电子排布式1s22s22p63s23p64s2，Mg晶体属于六方最密堆积，配位数为12；(2)同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的，稀有气体的第一电离能最大，故第二周期第一电离能：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，与NO互为等电子体的一种非极性分子化为SO3等；(3)两个10B有3种位置，为图中上下顶点位置，其中1个处于上顶点，另外的1个处于上层阴影中顶点，或者下层阴影中顶点，有3种结构，H3BO3与1个水分子可形成配位键，产生1个H4BO和1个H＋ ，可推知硼酸为一元弱酸；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键；(4)SeO2的价层电子对互斥模型与SO2相似，为平面三角形；(5)配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，而晶体中只含有3个Cl－，所以配体数目多的是H2O，H2O和Cl－比值为5∶1，所以该配离子的化学式为[TiCl(H2O)5]2＋；(6)根据晶胞结构，在晶胞中含有钴原子数为1＋8×＝2，晶胞边长为a nm＝a×10－10cm，晶胞体积V＝(a×10－10cm)3，钴的相对原子质量为M，则1 mol的质量为2M g，ρ＝m/V＝2M/(NA×V)，M＝5 a3ρN A ×10－22。
答案：(1)1s22s22p63s23p64s2 12 (2)2 SO3(SeO3、BF3等合理答案均可) (3)3 H3BO3与1个水分子可形成配位键，电离产生1个H4BO和1个H＋ 3
(4)平面三角形 (5)[TiCl(H2O)5]2＋ (6)5a3ρNA×10－22
25.二氟草酸硼酸锂[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 。
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。
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