1、1题型五 物质结构与性质(选修选考)题型限时训练1.(2018山西太原模拟)前四周期原子序数依次增大的元素 A、B、C、D 中,A 和 B 的价电子层中未成对电子均只有 1 个,并且 A-和 B+的电子数相差 8;与 B 位于同一周期的 C 和 D,它们价电子层中的未成对电子数分别为 4 和 2,且原子序数相差 2。回答下列问题:(1)D2+的价层电子排布图为 。 (2)四种元素中第一电离能最小的是 ,电负性最大的是 (填元素符号)。 (3)A、B 和 D 三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。该化合物的化学式为 ;D 的配位数为 ; 列式计算该晶体的密度 gcm -3。 (4)A-、B +
2、和 C3+三种离子组成的化合物 B3CA6,其中化学键的类型有 ;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是 。 解析:(1)本题考查电子排布图的书写,A 和 B 的价电子层中未成对电子均只有 1 个,A 和 B 位于第A 族,或第A 族元素或A 族元素,A -和 B+的电子数相差 8,推出 A 为 F,B 为 K,与 B位于同一周期的 C 和 D,它们价电子层中的未成对电子数分别为 4 和 2,且原子序数相差为 2,则C 为 Fe,D 为 Ni,D2+为 Ni2+,其价层电子排布图为 。(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是 K;电负性最大,说
3、明非金属性最强,即 F 的电负性最强。(3)考查晶胞、配位键等,根据晶胞的结构,F 位于棱上、晶胞内部和面上,因此 F 的个数为 16 +4 +2=8,K 位于棱上和内部,个数为 8 +2=4,Ni 位于顶点和内部,个12 14数为 8 +1=2,因此化学式为 K2NiF4;由图可知 Ni 的配位数为 6;晶胞的质量为181(394+592+198)NA g,晶胞的体积为 4004001 30810-30cm3,因此晶胞的密度为 gcm-33.4 gcm-3。(4)组成的化合物为394+592+1986.02102340021 3081030K3FeF6,此化合物属于配合物,K +和 Fe 之
4、间是离子键,Fe 和 F 之间为配位键;该化合物中36的复杂离子是FeF 63-,配体为 F-。答案:(1) (2)K F2(3)K 2NiF4 6 gcm-33.4394+592+1986.02102340021 3081030(4)离子键、配位键 FeF 63- F -2.(2018河南信阳模拟)金属钛( 22Ti)号称航空材料。回答下列问题:(1)钛元素基态原子未成对电子数为 个,能量最高的电子占据的能级符号为 ,该能级所在能层具有的原子轨道数为 。 (2)Ti(OH)2(H2O)42+中的化学键有 。 a. 键 b. 键 c.离子键 d.配位键(3)纳米 TiO2是一种应用广泛的催化剂
5、,纳米 TiO2催化的一个实例如图所示。甲 乙化合物甲的分子中采取 sp2杂化方式的碳原子个数为 ,化合物乙中采取 sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为 。 (4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将 TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至 1 0001 100 K 进行氯化处理,生成 TiCl4。写出生成 TiCl4的化学反应方程式: 。 (5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为 ,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为 。已知晶体的密度为 gcm -3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长为 cm(用含 、N A的式子表示)。 解析:(1)钛元素价电子
6、排布式为 3d24s2,基态原子价电子排布图为 ,可见钛元素基态原子未成对电子数为 2,能量最高的电子占据的能级符号为 3d,该能级所在能层为M 能层,有 3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为 1、3、5,具有的原子轨道数为 9。(2)OH-和 H2O 中 H 和 O 都是以 键结合在一起,Ti 4+提供空轨道,H 2O 和 OH-提供孤电子对,形成配位键,即Ti(OH) 2(H2O)42+中的化学键只有 键和配位键。(3)采取 sp2杂化的碳原子价层电子对数是 3,该分子中碳原子价层电子对数为 3 的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有 7 个;采取 sp3杂化的原子价层电子
7、对数是 4,价层电子对个数是 4 的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,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A 族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是 CCB。(2)根据结构可知,该晶体为离子晶体,含有离子键、共价键、配位键(HOB)。晶体 R中阴离子的中心原子 B 形成 3 个 键(BF 键)和 1 个配位键(HOB),配位键也属于 键,其立体构型为四面体形。(3)根据配离子的结构图可知,N 原子形成 3 个 键和 1 个配位键,采取 sp3杂化;乙二胺含有氨基,分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺比三甲胺
8、的沸点高得多。(4)B 原子最外层有 3 个电子,由图丙所示晶体结构中每个 B 原子形成 3 个单键可知,六方相氮化硼不含 键;已知六方相氮化硼与石墨相似,具有层状结构,层间作用力弱,可作高温润滑剂。(5)碳化硅晶体和金刚石一样,是原子晶体,具有空间网状结构,一个 C 与四个 Si 形成正四面体结构,一个晶胞内有 4 个碳原子和 4 个 Si 原子,故一个 SiC 晶胞含 4 个 SiC,晶体的密度= = gcm-3= gcm-3。 1603答案:(1)1s 22s22p63s23p2 NCB(2)abc 四面体形(3)sp3 乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键(4)不含
9、层间作用力弱(5)16034.(2018广东广州测试)C、N 和 Si 能形成多种高硬度材料,如 Si3N4、C 3N4、SiC。(1)Si3N4和 C3N4中硬度较高的是 ,理由是 。 (2)C 和 N 能形成一种类石墨结构材料,其合成过程如图所示。该类石墨结构材料化合物的化学式为 ,其合成过程中有三聚氰胺形成,三聚氰胺中 N 原子的杂化方式有 。 (3)C 和 N 还能形成一种五元环状有机物咪唑(im),其结构为 。化合物Co(im) 6SiF6的结构示意图如下:Co 原子的价层电子轨道表达式(价层电子排布图)为 。N 与 Co 之间5的化学键类型是 ,判断的理由是 。 阴离子 Si 中心
10、原子 Si 的价层电子对数为 。阳离子Co(im) 62+和 Si 之间26 26除了阴、阳离子间的静电作用力,还存在氢键作用,画出该氢键的表示式 。例如水中氢键的表示式为: (4)SiC 为立方晶系晶体,晶胞参数为 a,已知 Si 原子半径为 rsi,C 原子半径为 rc,该晶胞中原子的分数坐标为C:(0,0,0);( , ,0);( ,0, );(0, , );1212 12 12 1212Si:( , , );( , , );( , , );( , , )。141414 143434 341434 343414则 SiC 立方晶胞中含有 个 Si 原子、 个 C 原子;该晶胞中原子的体积
11、占晶胞体积的百分率为 (列出计算式即可)。 解析:(1)相同类型的晶体中,原子半径越小,键能越大,其硬度就越大,所以 Si3N4和 C3N4中硬度较高的是 C3N4,原因是两者同属原子晶体,C 的原子半径小于 Si,与 SiN 相比,CN 的键长短、键能大。(2)由结构可判断出化学式为 C6N8或(C 6N8)n或 C3N4或(C 3N4)n。环中 N 原子形成 2 个 键含有 1 对孤电子对,杂化轨道数目为 3,采取 sp2杂化,氨基中 N 原子形成 3 个 键,含有 1 对孤电子对,杂化轨道数目为 4,采取 sp3杂化。(3)Co 原子的价层电子为最外层和次外层电子,其电子轨道表达式为 。
12、因 N 有孤对电子,Co 2+有空轨道,所以 N 与 Co 之间可形成配位键。价层电子对数=成键数+孤电子对数,孤电子对数= (a-xb),Si 孤电子对数= (4+2-61)12 26 12=0,由此可算出中心原子 Si 的价层电子对数为 6。氢键发生在非金属强的原子和氢原子之间,在该物质中氢键可表示为 。(4)从该晶胞中原子的分数坐标可看出,每个 C 原子周围有 4 个 Si 原子,每个 Si 原子周围有4 个 C 原子,形成正四面体结构,如图,所以 SiC 立方晶胞中含有 4 个 Si 原子、4 个 C 原子。其总体积为 4+ 4= ,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率433 433
13、为 100%。答案:(1)C 3N4 两者同属原子晶体,C 的原子半径小于 Si,与 SiN 相比,CN 的键长短、键能大(2)C6N8 sp 2、sp 36(3)配位键 N 有孤对电子,Co 2+有空轨道6 (4)4 4 100%5.(2018内蒙古包头一模)镍(Ni)是一种重要的金属,在材料科学等领域有广泛应用。(1)Ni 在元素周期表中的位置是 ,其价电子层中有 个未成对电子。(2)镍易形成配合物,如 Ni(CO)4、Ni(NH 3)62+等。Ni(CO) 4熔点为-19.3 ,沸点 43 ,则其熔、沸点较低的原因是 。 Ni(CO) 4分子中 键与 键数目之比为 。 写出一种与配体 C
14、O 互为等电子体的阴离子符号: 。 Ni(NH 3)62+中配体 NH3中 N 原子的杂化类型为 ,若Ni(NH 3)62+为正八面体构型,则Ni(CO) 2(NH3)42+的结构有 种。 (3)金属 Ni 与富勒烯(C 60)可制备一种低温超导材料,晶胞如图所示,Ni 原子位于晶胞的棱上与内部,该超导材料的化学式为 。 (4)NiO 的晶体结构与氯化钠的晶体结构相同。将 NiO 晶体在氧气中加热,部分 Ni2+被氧化为 Ni3+,晶体结构产生镍离子缺位的缺陷,其组成为 Ni0.97O,但晶体仍保持电中性,则晶体中Ni2+与 Ni3+离子的数目之比为 ;若阿伏加德罗常数的值为 NA,晶体密度为
15、 d gcm-3,则该晶胞中最近的 O2-之间的距离为 pm。 解析:(1)Ni 的原子序数为 28,位于周期表第四周期第族,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,3d 能级有 2 个未成对的电子。(2)Ni(CO) 4属于分子晶体,分子间以范德华力结合,较弱,容易被破坏,故其熔、沸点较低;Ni(CO) 4分子中含有 4+4=8(个)键和 24=8(个) 键;所以 键和 键数目之比为 11;CO 为 2 原子分子,电子数为14,对应的等电子体为 CN-或 ;NH 3中 N 原子形成 3 个 键,孤电子对数为 =1,22则为 sp3杂化;两个 CO 可以位于同一条棱上或
16、体对角线上,所以Ni(CO) 2(NH3)42+有 2 种结构。(3)该晶胞中 Ni 原子的个数为 12 +8+1=12;在该晶胞中含有的 C60的个数是148 +6 =4,n(Ni)n(C 60)=124=31,所以该材料的化学式为 Ni3C60。(4)设 1 mol 18 12Ni0.97 O 中含 Ni2+ x mol,Ni3+(0.97-x)mol,根据晶体仍呈中性,可知 2x+3(0.97-x)=21,x=0.91 mol,(0.97-x)mol=0.06 mol,即晶体中 Ni2+与 Ni3+离子的数目之比为 0.91 mol0.06 mol=916;每个晶胞中氧原子个数为 4,镍原子个数为 4,若阿伏加德罗常数的值7为 NA,晶体密度为 d gcm-3,则晶胞的体积为 V= = cm3= cm3,晶0.9759+16 4 292.92胞的边长为 cm= 1010 pm,该晶胞中最近的 O2-之间的距离为边长的 倍,故3292.92 3292.92为 1010 pm。3292.92答案:(1)第四周期第族 2(2)Ni(CO) 4属于分子晶体,分子间以范德华力结合,较弱,容易被破坏11CN -(或 )(其他合理答案皆可 )22sp 3 2(3)Ni3C60(或 C60Ni3也可)(4)916 1010或 10103292.92 2 336.615
