1、1选考模块专练(选修 3 物质结构与性质)(每题:15 分,每题建议用时:10 分钟)1.X、Y、Z、R 为前四周期原子序数依次增大的元素。X 原子有 3个能级,且每个能级上的电子数相等;Z 原子的不成对电子数在同周期中最多,且 Z的气态氢化物在同主族元素的氢化物中沸点最低;X、Y、R 三元素在周期表中同族。(1)R元素基态原子的价层电子排布式为 。 (2)如图表示 X、Y、R 的四级电离能变化趋势,其中表示 R的曲线是 (填标号)。 (3)化合物(XH 2 X O)分子中 X原子杂化轨道类型分别是 ,1 mol(X 2H5O)3Z O分子中含有的 键与 键的数目比为 。 (4)Z与氯气反应可
2、生成一种各原子均满足 8电子稳定结构的化合物,其分子的立体构型为 。(5)某 R的氧化物立方晶胞结构如图所示,该物质的化学式为 (用元素符号表示),已知该晶体密度为 g/cm 3,距离最近的原子间距离为 d pm,则 R的相对原子质量为 。(阿伏加德罗常数的值为 NA) 2.碳和硅是自然界中大量存在的元素,硅及其化合物是工业上最重要的材料。粗硅的制备有两种方法:方法一:SiO 2+2C Si+2CO方法二:SiO 2+2Mg Si+2MgO(1)基态硅原子中存在 对自旋相反的电子,基态 Mg的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是 。 (2)上述反应中所有元素第一电离能最小的元素是 (填元素符
3、号)。 (3)试比较 C(金刚石)、晶体 Si、CO 三种物质的熔沸点从高到低的顺序 ,试解释原因: 。 (4)CO在配合物中可作为配体,在 Cr(CO)6配合物中配原子是 (填元素符号),1 mol该配合物中含有 键的数目 。 (5)SiO2晶胞(如图)可理解成将金刚石晶胞(如图)中的 C原子置换成 Si原子,然后在 SiSi之间插入 O原子而形成。2推测 SiO2晶胞中 Si采用 杂化,O SiO的键角为 。 SiO 2晶胞中,含有 Si原子 个和 O原子 个。 假设金刚石晶胞的边长为 a nm,试计算该晶胞的密度 g/cm 3(写出表达式即可)。 3.已知 A、B、C、D、E 都是周期表
4、中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中 A元素原子的核外 p电子数比 s电子数少 1。C 是电负性最大的元素。D 原子次外层电子数是最外层电子数的 2倍,E 是第族中原子序数最小的元素。(1)写出基态 C原子的电子排布式 。(2)A、B 两种元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示),原因是 。(3)已知 DC4常温下为气体,则该物质的晶体类型是 ,组成微粒的中心原子的轨道杂化类型为 ,空间构型是 。(4)Cu2+容易与 AH3形成配离子Cu(AH 3)42+,但 AC3不易与 Cu2+形成配离子,其原因是 。 (5)A、B 两元素分别与 D形成的共价键中,极性较强的是 。A
5、、B 两元素间能形成多种二元化合物,其中与 互为等电子体的物质的化学式为 。 (6)已知 E单质的晶胞如图所示,则晶体中 E原子的配位数为 ,一个 E的晶胞质量为 。 4.第四周期的元素,如钛( 22Ti)、铁( 26Fe)、砷、硒、锌等及其相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)基态 Ti原子中,最高能层电子的电子云轮廓形状为 ,与 Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有 种。 (2)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,临床建议服用维生素 C促进“亚铁”的吸收,避免生成 Fe3+,从结构角度来看,Fe 2+易被氧化成
6、Fe3+的原因是 。(3)SCN-可用于 Fe3+的检验,其对应的酸有两种,分别为硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HN C S)。写出与 SCN-互为等电子体的一种微粒 (分子或离子); 硫氰酸分子中 键和 键的个数之比为 ; 异硫氰酸的沸点比硫氰酸沸点高的原因是 。3(4)成语“信口雌黄”中的雌黄分子式为 As2S3,分子结构如图,As 原子的杂化方式为 ,雌黄和 SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As 4S4)和 SnCl4并放出 H2S气体,写出该反应方程式: 。SnCl4分子的空间构型为 。(5)离子化合物 CaC2的一种晶体结构如图所示。该物质的电子式: 。一个晶胞含有的 键平均有 个
7、。 (6)硒化锌的晶胞结构如图所示,图中 x和 y点所堆积的原子均为 (填元素符号);若该晶胞密度为 gcm -3,硒化锌的摩尔质量为 M gmol-1。用 NA代表阿伏加德罗常数的数值,则晶胞参数 a为 nm。 5.根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJmol -1),回答下面各题。元素代号 I1 I2 I3 I4 I5Q 800.6 2 427.1 3 659.7 25 025.8 32 826.7R 495.8 4 562 6 910.3 9 543 13 354S 577.5 1 816.7 2 744.8 11 577 14 842T 1 402.3 2 856 4 578.
8、1 7 475.0 9 444.9U 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是 。Q 和 T同周期。化合物 QT中 T元素的化合价为 ;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 ,RT 3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
9、为 ;列式并计算晶体 X的密度(gcm -3) 。 41.解析:X 原子有 3个能级,且每个能级上的电子数相等,所以只能是 1s22s22p2,所以 X为C。X、Y、R 三元素在周期表中同族,所以 Y为 Si,R为 Ge。根据 Z有气态氢化物可知,Z 为非金属,根据不成对电子数最多,得到 Z为 P(其 3p上有 3个单电子)。(1)R为 Ge,处于周期表的第四周期A 族,所以价层电子排布式为 4s24p2。(2)C、Si、Ge 从上向下半径增大,第一电离能逐渐减小,所以 R(Ge)的电离能曲线为 c。(3)CH2 C O中第一个 C形成一个双键,所以是 sp2杂化;第二个 C形成两个双键,所以
10、是 sp杂化。单键一定是 键,双键一定是一个 键和一个 键,分子为(CH 3CH2O)3P O,其中的CH3CH2O基团都是单键,只有 P O一个双键,所以分子中的 键数为 3(5+1+1+1)+1=25(每个 CH3CH2O中有 5个 CH,1个 CC,1个 CO,1个 OP;还要计算分子中 P O里的 1个 键); 键只有 1个,所以 键与 键的数目比为 251。(4)P的最外层有 5个电子,达到 8电子稳定结构应该形成 3个共价键,所以该化合物为PCl3。根据价层电子对互斥理论,中心原子 P的价电子对为 3+ =4(对),其中一对为孤电子对,所以是三角锥形结构。(5)氧原子占据晶胞的 8
11、个顶点和 6个面心,所以一共有 8 +6 =4(个),Ge 都在晶胞内部,也有 4个,所以化学式为 GeO。距离最近的原子间距离为 d pm,明显指的是最近的 O和Ge原子的距离,根据晶体的结构,这个距离是晶胞的体对角线的 ,所以体对角线长度为 4d pm,进而得到晶胞边长为 pm,所以晶胞的体积为边长的立方,为 pm3= 10-30cm3。所以晶胞的质量为 10-30 g。因为一个晶胞中有 4个 GeO,所以 1个 GeO的质量为510-30 g;1 mol GeO的质量为 10-30 g,即 GeO的相对分子质量为10-30,所以 Ge的相对原子质量为 10-30-16。答案:(1)4s
12、24p2 (2)c (3)sp、sp 2 251 (4)三角锥形 (5)GeO 10-30-162.解析:(1)基态硅原子核外电子排布为 1s22s22p63s23p2,每一个 s能级有 1个轨道,s 轨道全满,有 3对自旋相反的电子,2p 能级有 3个轨道,全充满电子,2p 轨道有 3对自旋相反的电子,所以基态硅原子中存在 6对自旋相反的电子;Mg 的基态核外电子排布为 1s22s22p63s2,3s轨道是最外层,s 能级的电子云图是球形的,所以基态 Mg的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是球形。(2)第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量,第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电
13、子,上述反应中涉及的元素有 C、O、Mg、Si,其中 C、O、Si 是非金属元素,较难失去电子,Mg 元素的金属性最强,最易失去电子,所有元素第一电离能最小的元素是 Mg。(3)C(金刚石)、晶体 Si都是原子晶体,熔点高,它们结构相似,但碳原子的半径比硅原子半径小,共价键的键能大,所以 C(金刚石)的熔点比晶体 Si高,而 CO是分子晶体,熔沸点低,所以三种物质的熔沸点从高到低的顺序为 CSiCO。(4)CO在 Cr(CO)6中可作为配体,配原子是 C,CO与 N2是等电子体,其结构式是 CO,1 mol CO中含 键的数目是 2NA,所以 1 mol该配合物中含有 键的数目 12NA。(5
14、)在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的 4个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围 4个碳原子成键的情况是相同的,所以 SiO2晶胞中 Si采用 sp3杂化,金刚石是正四面体结构,其键角是 10928,所以 SiO2晶胞中 OSiO的键角也是 10928;SiO 2晶体为面心立方结构,每个 SiO2晶胞含有 Si原子的个数为 8 +6 +4=8,按Si、O 原子个数比,O 原子数是 16;一个晶胞含有 8个 C原子,所以一个晶胞的质量为 g,晶胞边长为 a nm,所以金刚石晶体的密度 = = g/cm3。答案:(1)6 球形 (2)Mg(3)CSiCO 金刚石和晶体硅都是原子晶体且晶体结构
15、相似,C 的原子半径小于硅的原子半径,所以金刚石中碳碳键键长短,键能大,所以金刚石的熔沸点比晶体硅大,CO 是分子晶体,熔沸点最小(4)C 12N A(5)sp 3 10928 8 16 3.解析:由题意可知,A 为氮、B 为氧、C 为氟、D 为硅、E 为铁。6(1)氟的核电荷数为 9,基态氟原子的电子排布式为 1s22s22p5。(2)元素 A为氮元素,元素 B为氧元素,由于 N原子的 2p能级处于较稳定的半充满状态,第一电离能较大,所以氮元素、氧元素的第一电离能由大到小的顺序为 NO。(3)已知四氟化硅常温下为气体,所以四氟化硅是分子晶体,中心原子硅含有价层电子对数=4+ (4-4)=4,
16、没有孤电子对,属于 sp3杂化,空间构型是正四面体结构。(4)由于电负性 FNH,在 NF3分子中,共用电子对偏向 F原子,使得 N原子上孤电子对难与铜离子形成配位键,所以 NF3不易与 Cu2+形成配离子。(5)因为 O元素的非金属性大于 N,则极性 OSi键大于 NSi键;等电子体中原子个数相等及电子总数相等, 中含有 3个原子、电子总数是 22,与该离子互为等电子体的氮氧化物为 N2O。(6)该晶胞是体心立方晶胞,所以铁原子的配位数为 8,该晶胞中 Fe原子个数为 1+8 =2,每个 Fe原子的质量= g,则该晶胞质量就是两个 Fe原子质量= 2 g= g。答案:(1)1s 22s22p
17、5(2)NO N 原子的 2p能级处于较稳定的半充满状态(3)分子晶体 sp 3 正四面体形(4)电负性 FNH,在 NF3分子中,共用电子对偏向 F原子,使得 N原子上的孤电子对难与 Cu2+形成配位键(5)SiO键 N 2O(6)8 g4.解析:(1)基态 Ti原子的价层电子排布式为 3d24s2,最高能层为第四能层,s 电子云轮廓形状为球形;与 Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有Cr:3d54s1,Cu:3d104s1,共两种。(2)从结构角度来看,Fe 2+的价电子排布式是 3d6,再失一个电子就是 3d5半充满稳定结构,故易被氧化成 Fe3+。(3)与
18、 SCN-互为等电子体的一种微粒是 N2O(或 CO2、CS 2、OCN -)。硫氰酸(HSCN)中 键和 键的个数之比为 23。异硫氰酸分子间可以形成氢键,故其沸点比硫氰酸沸点高。(4)雌黄分子式为 As2S3,As有四对价层电子对,As 原子的杂化方式为 sp3杂化。雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As 4S4)和 SnCl4并放出 H2S气体,故其反应方程式为2As2S3+2SnCl2+4HCl As4S4+2SnCl4+2H2S;SnCl 4分子的空间构型为正四面体形。(5)CaC2为离子化合物,电子式为 Ca2+ C 2-;一个晶胞含有 4个 Ca2+、4 个 ,一个中有两个
19、 键,一个晶胞含有的 键平均有 8个。7(6)硒化锌的晶胞结构中 x和 y点所堆积的原子均为 Zn;若该晶胞密度为 gcm -3,硒化锌的摩尔质量为 M gmol-1,用 NA代表阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数 a为 107 nm。答案:(1)球形 2(2)Fe3+的 3d5半满状态更稳定(3)N 2O(或 CO2、CS 2、OCN -) 23 异硫氰酸分子间可以形成氢键(4)sp3 2As 2S3+2SnCl2+4HCl As4S4+2SnCl4+2H2S 正四面体形(5)Ca2+ C 2- 8(6)Zn 1075.解析:Q 元素的 I4I3,Q元素的原子最外层有 3个电子,Q 处于 A 族
20、;R 元素的 I2I1,R元素的原子最外层有 1个电子,R 处于A 族;S 元素的 I4I3,S元素的原子最外层有 3个电子,S 处于A 族;T、U 元素的 I1I5没有突变,T、U 的最外层电子数至少 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A族,Q 的 I1大于 S的 I1,Q为 B元素,S 为 Al元素。最可能处于同一族的两种元素是 B和Al。S 元素为 Al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 B元素,B 原子核外有 5个电子,基态 B原子
21、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,T 为 N元素,第一电离能介于 B和 N之间的有 Be、C、O,共 3种元素。(3)R为A 族元素,R 原子核外电子数大于 5,R为 Na元素;T 为 N元素,RT 3为 NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN 3中阴离子为 , 与 CO2互为等电子体,CO 2为直线形,则 也为直线形。(4)U的最外层电子数至少 5个,U 不可能是A 族A 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”,小黑球(Na +):8个,大白球(O 2-):8 +6 =4,X的化学式为 Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3=(0.56610-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为(0.56610 -7)3cm3NA,1 mol晶胞的质量为 462 g,晶体 X的密度为=2.27 gcm-3。答案:(1)B 和 Al p (2)2s 22p1 -3 3 (3)离子键、共价键 直线形 (4)D (5)Na 2O =2.27 gcm-38
