1、技能强化专练(十五) 物质结构与性质1随着科学的发展，许多新物质被发现或被合成出来，为新能源开发和新材料研制开拓出更大的空间。中科院科学家最近合成了一种新型材料，其结构简式为。请回答下列问题。(1)基态氟原子的最高能级的电子云有_种空间伸展方向，基态硒原子的价层电子排布式是_，用元素符号表示出氟、氧、氮、氢四种元素的第一电离能由大到小的顺序：_。(2)该物质结构简式中的氮原子共形成_个 键；该物质中氮原子的轨道杂化类型为_，该分子中含有氮、氧、氟三种电负性很大的原子，也含有氢原子，它_(填“能”或“不能”)形成分子内或者分子间氢键。(3)硒能形成两种常见的氧化物，属于 V 形分子的物质的分子式
2、为_，沸点较高的物质是_。(4)常压下，氨气在 300 时约有 10%分解，水蒸气在 2 000 时约有 5%分解，从物质结构的角度看，其原因是_。(5)硒化锌的晶胞结构如图所示，硒离子的配位数是_，若晶胞参数为 d pm，则硒化锌的密度为_ gcm 3 (不需要化简，1 m10 9 nm10 12 pm)。解析：(1)基态氟原子的最高能级为 2p，电子云有 3 种伸展方向。根据硫原子的价层电子排布式推断硒原子的价层电子排布式。依第一电离能的递变规律及特例易确定四种元素的第一电离能的大小顺序为 FNOH。(2)该分子中的氮原子共形成 2 个 键。该分子中有的氮原子形成了 3 个 键，有的氮原子
3、形成了 2 个 键和 1 个 键，它们均还有一个孤电子对，故该物质中氮原子的轨道杂化类型有 sp2、sp 3杂化；由于分子中没有 HF键、HO 键、HN 键，故无法形成相应的氢键。(3)硒的两种氧化物分别为SeO3、SeO 2，SeO 2中硒的价层电子对数为 3，分子构型为 V 形。SeO 3的相对分子质量较大，分子间作用力较大，沸点较高。(4)HN 键的键长大于 HO 键的键长，键能：NHNOH(2)2 sp 2、sp 3 不能(3)SeO2 SeO 3(4)HN 键的键长大于 HO 键的键长，键能：NHINi的原因是_。(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比
4、为_。若合金的密度为 d gcm3 ，晶胞参数 a_nm。解析：本题主要考查物质结构与性质，意在考查考生对原子、分子、晶体结构和性质的理解能力。(1)Ni 元素原子核外有 28 个电子，电子排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2。3d 能级上有 2 个未成对电子。(2)SO 中 S 无孤电子对，立体构型为正四面体。24Ni(NH 3)62 为配离子，Ni 2 与 NH3之间为配位键。配体 NH3中提供孤电子对的为N。NH 3分子间存在氢键，故沸点比 PH3高。NH 3中 N 有一个孤电子对，立体构型为三角锥形，因此 NH3为极性分子，N 的杂化轨道数为 314，
5、杂化类型为 sp3。(3)单质铜及镍都是由金属键形成的晶体，Cu，Ni 失去一个电子后电子排布式分别为Ar3d 10、Ar3d84s1，铜的 3d 轨道全充满，达到稳定状态，所以 Cu 的第二电离能相对较大。(4)Cu 原子位于面心，个数为 6 3，Ni 原子位于顶点，个数为 8 1，铜原子与镍原子的数12 18量比为 31 。以该晶胞为研究对象，则 g d gcm3 (a107 cm)3，解643 59NA得 a 107。3 2516.021023d答案：(1)1s 22s22p63s23p63d84s2或Ar3d 84s2 2(2)正四面体 配位键 N 高于 NH 3分子间可形成氢键 极性
6、 sp 3(3)金属 铜失去的是全充满的 3d10电子，镍失去的是 4s1电子(4)31 1072516.021023d133早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由 Al、Cu、Fe 三种金属元素组成。回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过_方法区别晶体、准晶体和非晶体。(2)基态 Fe 原子有_个未成对电子，Fe 3 的电子排布式为_。可用硫氰化钾检验 Fe3 ，形成的配合物的颜色为_。(3)新制的 Cu(OH)2可将乙醛(CH 3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成 Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol 乙醛分子中含有的 键数目为_。乙
7、酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。Cu 2O 为半导体材料，在其立方晶胞内部有 4 个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。(4)Al 单质为面心立方晶体，其晶胞参数 a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示 Al 单质的密度_gcm 3 。(不必计算出结果)解析：(1)区分晶体、准晶体、非晶体的科学方法是 X射线衍射法。(2)基态 Fe 原子核外电子排布为 1s22s22p63s23p63d64s2，所以有 4 个未成对电子，失掉 2 个 4s、1 个 3d 电子形成 Fe3 ，其电子排布为 1s22s22p63s23p63d5；形成的硫氰合铁配离子为血
8、红色。(3)乙醛分子中甲基碳原子采取 sp3杂化；醛基碳原子采取 sp2杂化；CH 3CHO 分子中的 1 个碳碳键、4 个碳氢键都是 键，碳氧双键中有 1 个 键，所以 1 mol 乙醛分子中共有 6 mol键；由于乙酸分子羟基极性更强，形成分子间氢键，导致沸点升高；根据分摊原则，Cu 2O晶胞中有 8 个氧原子，则应该有 16 个 Cu 原子。(4)面心立方最密堆积的配位数为 12；面心立方最密堆积的晶胞内有 4 个 Al 原子，其质量4 g，体积(4.0510 7 )3cm3，所27NA以其密度 gcm3 。427 4.0510 7 3NA答案：(1)X射线衍射法(2)4 1s 22s2
9、2p63s23p63d5 血红色(3)sp3、sp 2 6 NA 乙酸存在分子间氢键 16(4)12 427 4.0510 7 3NA4砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：(1)写出基态 As 原子的核外电子排布式_。(2)根据元素周期律，原子半径 Ga_As，第一电离能 Ga_As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为_，其中 As 的杂化轨道类型为_。(4)GaF3的熔点高于 1 000，GaCl 3的熔点为 77.9，其原因是_。(5)GaAs 的熔点为 1 238，密度为 gcm3 ，其晶胞结构如图所示。该晶
10、体的类型为_，Ga 与 As 以_键键合。Ga 和 As 的摩尔质量分别为 MGagmol1 和MAsgmol1 ，原子半径分别为 rGapm 和 rAspm，阿伏加德罗常数值为 NA，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_。解析：本题考查物质结构与性质知识，意在考查考生对相关原理的应用能力。(1)根据构造原理可写出基态 As 原子的核外电子排布式。(2)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。Ga 的原子半径大于 As，Ga 的第一电离能小于 As。(3)AsCl3的中心原子(As 原子)的价层电子对数为(513)/24，所以是 sp3杂化。AsCl 3
11、的立体构型为三角锥形。(4)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。(5)根据晶胞结构示意图可以看出，As 原子与 Ga 原子形成了空间网状结构的晶体，结合 GaAs 的熔点知 GaAs 是原子晶体。首先用均摊法计算出 1 个晶胞中含有 As 原子的个数：81/861/24，再通过观察可知 1 个晶胞中含有 4 个 Ga 原子。4 个 As 原子和 4 个 Ga原子的总体积 V14( 10 30 r 10 30 r )cm3；1 个晶胞的质量为 4 个43 3As 43 3GaAs 原子和 4 个 Ga 原子的质量之和，即( )g，所以 1 个晶胞的体积4MAsNA
12、4MGaNAV2 (MAs MGa)cm3。最后 V1/V2即得结果。4 NA答案：(1)Ar3d 104s24p3或 1s22s22p63s23p63d104s24p3(2)大于 小于 (3)三角锥形 sp 3(4)GaF3为离子晶体，GaCl 3为分子晶体，离子晶体的熔点高(5)原子晶体 共价 4 10 30NA r3Ga r3As3 MGa MAs100%5碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象化描述。在基态 14C 原子中，核外存在_对自旋相反的电子。(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_。(3
13、)CS2分子中，共价键的类型有_，C 原子的杂化轨道类型是_，写出两个与 CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子_。(4)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO)5，该化合物的熔点为 253 K，沸点为 376 K，其固体属于_晶体。(5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接_个六元环，每个六元环占有_个C 原子。在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个 C 原子连接_个六元环，六元环中最多有_个 C 原子在同一平面。解析：本题主要考查物质结构知识，意在考查考生的抽象思维能力、空间想象能力以及知识迁移能力。(1)处于一
14、定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用“电子云”形象化描述。根据碳的基态原子核外电子排布图可知，自旋相反的电子有 2 对。(2)碳原子有 4 个价电子，且碳原子半径小，很难通过得或失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。(3)CS 2中 C 为中心原子，采用 sp 杂化，与 CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有 CO2、SCN 等。(4)Fe(CO) 5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。(5)由石墨烯晶体结构图可知，每个 C 原子连接 3 个六元环，每个六元环占有的 C 原子数为 62。观察金刚石晶体的空间构型，13以 1 个 C 原子为标准计算，1 个 C 原子和 4 个 C 原子相连，则它必然在 4 个六元环上，这4 个 C 原子中每个 C 原子又和另外 3 个 C 原子相连，必然又在另外 3 个六元环上，3412，所以每个 C 原子连接 12 个六元环；六元环中最多有 4 个 C 原子在同一平面。答案：(1)电子云 2(2)C 有 4 个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构(3) 键和 键 sp CO 2、SCN (或 COS 等) (4)分子 (5)3 2 12 4
