资源简介

专题十四　物质结构与性质
【知识重构】
　电子层、能级与原子轨道
1.电子层(n):在多电子原子中,核外电子的能量是不同的,按照电子的能量差异将其分成不同电子层。通常用K、L、M、N……表示,能量依次升高。
2.能级:同一电子层里电子的能量也可能不同,又将其分成不同的能级,通常用s、p、d、f等表示,同一电子层里,各能级的能量按s、p、d、f的顺序依次升高,即E(s)3.原子轨道:电子在原子核外的一个空间运动状态。
原子轨道 轨道形状 轨道个数
s 球形 1
p 哑铃形 3
　　温馨提示:第一电子层(K),只有s能级;第二电子层(L),有s、p两种能级,p能级上有三个原子轨道px、py、pz,它们具有相同的能量;第三电子层(M),有s、p、d三种能级。
　原子核外电子的排布规律
构造原理 在构建基态原子时,原子核外电子按照以下顺序填入能级: 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s……
洪特规则 基态原子中,填入简并轨道的电子总是先单独分占,且自旋平行
泡利原理 每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反的电子
能量最 低原理 在构建基态原子时,电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道,使整个原子的能量最低
　基态原子核外电子排布的四种表示方法
表示方法 举例
电子排布式 K:1s22s22p63s23p64s1
简化电子排布式 Cu:[Ar]3d104s1
价层电子排布 Fe:3d64s2
轨道表示式 (或电子排布图) O:
　　①常见原子或离子基态简化电子排布式
微粒 简化电子 排布式 微粒 简化电子 排布式 微粒 简化电子 排布式
Fe原子 [Ar]3d64s2 Ni原子 [Ar]3d84s2 Cr原子 [Ar]3d54s1
Fe2+ [Ar]3d6 Cu+ [Ar]3d10 Cr3+ [Ar]3d3
Fe3+ [Ar]3d5 Cu2+ [Ar]3d9 Mn2+ [Ar]3d5
　　②基态原子轨道表示式书写的常见错误
错误类型 错因剖析 改正
违背能量最低原理
违背泡利原理
违背洪特规则
违背洪特规则
　电离能、电负性
1.元素第一电离能的周期性变化规律
一般 规律 同一周期,随着原子序数的增加,元素的第一电离能呈现增大的趋势,稀有气体元素的第一电离能最大,碱金属元素的第一电离能最小;同一主族,随着电子层数的增加,元素的第一电离能逐渐减小
特殊 情况 第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(s2、p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能
　　2.电离能、电负性大小判断
规律 一般来说,在元素周期表中,主族元素的电负性从左到右逐渐增大,从上到下逐渐减小
特性 同周期主族元素,ⅡA族(ns2)全充满、ⅤA族(np3)半充满,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的元素
方法 常常应用化合价及物质类别判断电负性的大小,如O与Cl的电负性比较:①HClO中Cl为+1价、O为-2价,可知O的电负性大于Cl;②Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物,可知O的电负性大于Cl
　共价键类型
分类依据 类型 特征
形成共价键的原子轨道重叠方式 σ键 两个原子轨道“头碰头”重叠
π键 两个原子轨道“肩并肩”重叠
形成共价键的电子对是否偏移 极性键 共用电子对发生偏移
非极性键 共用电子对不发生偏移
原子间共用电子对的数目 单键 原子间有一对共用电子对
双键 原子间有两对共用电子对
三键 原子间有三对共用电子对
　中心原子杂化类型和分子空间结构的判断
分子(A为 中心原子) 中心原子 杂化方式 中心原子孤 电子对数 空间结构 示例
AB2 sp 0 直线形 BeCl2
sp2 1 V形 SO2
sp3 2 V形 H2O
AB3 sp2 0 平面三角形 BF3
sp3 1 三角锥形 NH3
AB4 sp3 0 四面体形 CH4
　原子个数相同,价电子数相同的粒子
粒子 价电子总数 空间结构
CO2、SCN-、N、、N2O、COS、CS2 16 直线形
C、N、SO3 24 平面三角形
SO2、O3、N 18 V形
S、P 32 四面体形
P、S、Cl 26 三角锥形
CO、N2、 10 直线形
CH4、N 8 正四面体形
　键的极性与分子极性的关系
类型 实例 两个键之间的夹角 键的极性 分子的极性 空间结构
X2 H2、N2 — 非极 性键 非极性分子 直线形
XY HCl、NO — 极性键 极性分子 直线形
XY2 (X2Y) CO2、CS2 180° 极性键 非极性分子 直线形
H2O 105° 极性键 极性分子 V形
XY3 BF3 120° 极性键 非极性分子 平面三角形
NH3 107° 极性键 极性分子 三角锥形
XY4 CH4、CCl4 109°28' 极性键 非极性分子 正四面体形
　范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力 氢键 共价键
概念 分子间普遍存在的一种相互作用力,但不是化学键 已经与电负性很大的原子(N、O、F)形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子(N、O、F)之间的作用力 原子间通过共用电子对形成的化学键
存在 范围 分子之间 已经与N、O、F形成共价键的氢原子与另外的F、N、O原子之间 相邻原子间
特征 无方向性、无饱和性 有方向性、有饱和性 有方向性、有饱和性
强度 比较 共价键>氢键>范德华力
影响 强度 的因 素 ①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大; ②组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大 对于A—H…B,A、B原子的电负性越大,B原子的半径越小,氢键键能越大 一般来说,成键原子半径越小、键长越短,键能越大,共价键越稳定
对物 质性 质的 影响 ①影响物质的熔、沸点和溶解度等物理性质; ②组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高 分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大;分子内氢键会使物质的熔、沸点降低,在水中的溶解度减小 ①影响分子的稳定性,共价键键能越大,分子稳定性越强; ②影响共价晶体的熔、沸点和硬度
　共价键、离子键、金属键的比较
共价键 离子键 金属键
存在 分子或物质内部
强弱 判断 一般来说,键长越短,键能越大,共价键越强 ①电荷数越大,离子键越强;②成键的阴、阳离子的半径越小,离子键越强 ①与金属阳离子所带电荷成正比;②与阳离子半径成反比;③与价电子数成正比
对物质 性质的 影响 分子晶体的化学性质;共价晶体的物理性质和化学性质 物理性质和化学性质 物理性质和化学性质
　配合物
配合物 的组成 [中心离子(配体)n][外界]
典型配合物 [Cu(NH3)4]SO4 Fe(SCN)3 [Ag(NH3)2]OH
中心离子 Cu2+ Fe3+ Ag+
中心离子 结构特点 一般是金属离子,特别是过渡金属离子,必须有空轨道
配体 NH3 SCN- NH3
配体结构 特点 分子或离子,必须含有孤电子对(如NH3、H2O、CO、Cl-、SCN-等)
配位数(n) 4 3 2
外界 S 无 OH-
颜色 深蓝色 红色 无色
配离子所含 化学键 配体通过配位键与中心离子结合;配体中一般存在共价键
配合物所含 化学键 配位键、离子键;配体或外界中可能还含有共价键
配合物的 常见性质 若为离子化合物,多数能溶解、能电离,多数有颜色
金属羰基 配合物 是过渡金属和一氧化碳配位形成的配合物,如四羰基镍[Ni(CO)4]。在许多有机化合物的合成反应中,金属羰基配合物常常作为这些反应的催化剂
二茂铁的结构为一个铁原子处在两个平行的环戊二烯的环之间。在固体状态下,两个戊环相互错开成全错位构型,温度升高时则绕垂直轴相对转动。二茂铁的化学性质稳定,类似芳香族化合物
　物质熔、沸点高低比较的规律
一般情况下,熔、沸点大小顺序为共价晶体>离子晶体>分子晶体,如金刚石>NaCl>Cl2;一般情况下,熔、沸点大小为金属晶体>分子晶体,如Na>Cl2。(金属晶体熔、沸点有的很高,如钨、铂等,有的则很低,如汞等)
共价 晶体 →键能越大→熔、沸点越高,如金刚石>石英>晶体硅
离子 晶体 一般来说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点就越高。如MgO>MgCl2,NaCl>CsCl
金属 晶体 金属离子半径越小,离子所带电荷数越多,其形成的金属键越强,金属单质的熔、沸点就越高,如Al>Mg>Na
分子 晶体 ①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S ②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4 ③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N2 ④在同分异构体中,一般支链越多,熔、沸点越低,如正戊烷>异戊烷>新戊烷
　几种典型晶体模型
1.常见共价晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
金刚石 原子半径(r)与棱长(a)的关系:a=8r (1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合,形成正四面体结构,键角均为109°28' (2)每个金刚石晶胞中含有8个碳原子,最小的碳环为六元环,并且不在同一平面(实际为椅式结构),碳原子为sp3杂化 (3)每个碳原子被12个六元环共用,每个共价键被6个六元环共用,一个六元环实际拥有个碳原子 (4)C原子数与C—C数之比为1∶2,12 g金刚石中有2 mol共价键 (5)密度=(a为晶胞棱长)
SiO2 (1)SiO2晶体中最小的环为十二元环,即每个十二元环上有6个O、6个Si (2)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构,每个正四面体占有1个Si、4个“O”,n(Si)∶n(O)=1∶2 (3)每个Si原子被12个十二元环共用,每个O原子被6个十二元环共用 (4)每个SiO2晶胞中含有8个Si原子,含有16个O原子 (5)硅原子与Si—O共价键之比为1∶4,1 mol SiO2晶体中有4 mol 共价键 (6)密度=(a为晶胞棱长)
SiC、 BP、 AlN (1)每个原子与4个另一种原子形成正四面体结构 (2)密度: ρ(SiC)=; ρ(BP)=; ρ(AlN)= (a为晶胞棱长) (3)若Si与C最近距离为d,则棱长(a)与最近距离(d)的关系:a=4d
　　2.常见分子晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
干冰 (1)面心立方最密堆积:立方体的每个顶点有一个CO2分子,每个面心上也有一个CO2分子,每个晶胞中有4个CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个 (3)密度=(a为晶胞棱长)
白磷 (1)面心立方最密堆积 (2)密度=(a为晶胞棱长)
冰 (1)每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连 (2)每个水分子实际拥有两个“氢键” (3)冰晶体和金刚石晶胞相似的原因:每个水分子与周围四个水分子形成氢键
【微点拨】 (1)若分子间只有范德华力,则分子晶体采取分子密堆积,每个分子周围有12个紧邻的分子。在分子晶体中,原子先以共价键形成分子,分子再以范德华力形成晶体。由于范德华力没有方向性和饱和性,分子间尽可能采取密堆积的排列方式。如干冰、O2、I2、C60等分子 (2)若分子间靠氢键形成的晶体,则采取非密堆积结构,每个分子周围紧邻的分子数要小于12个。因为氢键有方向性和饱和性,一个分子周围其他分子的位置和数目是一定的。如冰晶体、苯甲酸晶体
　　3.常见离子晶体结构分析
晶体 晶体结构 结构分析
NaCl (1)一个NaCl晶胞中,有4个Na+,有4个Cl- (2)在NaCl晶体中,每个Na+同时强烈吸引6个Cl-,形成正八面体;每个Cl-同时强烈吸引6个Na+ (3)在NaCl晶体中,Na+和Cl-的配位数分别为6、6 (4)在NaCl晶体中,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有12个,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有12个 (5)密度=(a为晶胞棱长)
CsCl (1)一个CsCl晶胞中,有1个Cs+,有1个Cl- (2)在CsCl晶体中,每个Cs+同时强烈吸引8个Cl-,即Cs+的配位数为8,每个Cl-同时强烈吸引8个Cs+,即Cl-的配位数为8 (3)在CsCl晶体中,每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有6个,形成正八面体,在CsCl晶体中,每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Cl-共有6个 (4)密度=(a为晶胞棱长)
ZnS (1)1个ZnS晶胞中,有4个S2-,有4个Zn2+ (2)Zn2+的配位数为4,S2-的配位数为4 (3)密度=
CaF2 (1)1个CaF2的晶胞中,有4个Ca2+,有8个F- (2)CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同,Ca2+配位数是8,F-的配位数是4 (3)密度=
离子晶体的配位数 离子晶体中与某离子距离最近的相反电性离子的数目叫该离子的配位数
影响离子晶体配位数 的因素 (1)正、负离子半径比。AB型离子晶体中,阴、阳离子的配位数相等,但正、负离子半径比越大,离子的配位数越大。如ZnS、NaCl、CsCl (2)正、负离子的电荷比。如CaF2晶体中,Ca2+和F-的配位数不同
　　4.常见金属晶体结构分析
(1)金属晶体的几种堆积模型分析
简单立方 堆积 体心立方 堆积 (钾型) 面心立方 最密堆积 (铜型) 六方最密 堆积 (镁型)
晶胞
代表金属 Po Na、K、Fe Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti
配位数 6 8 12 12
晶胞占有 的原子数 1 2 4 2
原子半径 (r)与立方体棱长为(a)的关系 a=2r a=4r a=4r —
　　(2)金属晶胞中原子空间利用率的计算:
空间利用率==
①简单立方堆积(如图1):原子的半径为r,立方体的棱长为2r,则V球=πr3,V晶胞=(2r)3=8r3,空间利用率=×100%=×100%=≈52%。
图1
②体心立方堆积(如图2):原子的半径为r,体对角线c为4r,面对角线b为a,由(4r)2=a2+b2得a=r。1个晶胞中有2个原子,故空间利用率=×100%=×100%=×100%=≈68%。
图2
③面心立方最密堆积(如图3):原子的半径为r,面对角线为4r,a=2r,V晶胞=a3=(2r)3=16r3,1个晶胞中有4个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%。
图3
④六方最密堆积(如图4):原子的半径为r,底面为菱形(棱长为2r,其中一个角为60°),则底面面积S=2r×r=2r2,h=r,V晶胞=S×2h=2r2×2×r=8r3,1个晶胞中有2个原子,则空间利用率=×100%=×100%=≈74%。
图4
　　(3)晶体密度的计算公式推导过程:
若1个晶胞中含有x个微粒,则晶胞的物质的量n==,晶胞的质量m=n·M=·M;密度ρ===。
【题型解码】
题型1　原子结构与性质(选择题)
例1　(2024·湖北高考)O2在超高压下转化为平行六面体的O8分子(如图)。下列说法错误的是 (　　)
A.O2和O8互为同素异形体
B.O8中存在不同的氧氧键
C.O2转化为O8是熵减反应
D.常压低温下O8能稳定存在
变式1　(2024·山东高考)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物,能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.图中代表F原子
B.该化合物中存在过氧键
C.该化合物中I原子存在孤电子对
D.该化合物中所有碘氧键的键长相等
题型2　分子结构与性质(选择题)
例2　(2024·浙江6月选考)Si5Cl10中的Si原子均通过sp3杂化轨道成键,与NaOH溶液反应Si元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是 (　　)
A.Si5Cl10分子结构可能是
B.Si5Cl10与水反应可生成一种强酸
C.Si5Cl10与NaOH溶液反应会产生H2
D.Si5Cl10沸点低于相同结构的Si5Br10
变式2　(2024·河北高考)NH4ClO4是火箭固体燃料重要的氧载体,与某些易燃物作用可全部生成气态产物,如NH4ClO4+2CNH3↑+2CO2↑+HCl↑。下列有关化学用语或表述正确的是 (　　)
A.HCl的形成过程可表示为H·+·H+]-
B.NH4ClO4中的阴、阳离子有相同的VSEPR模型和空间结构
C.在C60、石墨、金刚石中,碳原子有sp、sp2和sp3三种杂化方式
D.NH3和CO2都能作制冷剂是因为它们有相同类型的分子间作用力
题型3　晶体结构与性质(选择题)
例3　(2024·河北高考)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图如图所示,晶胞的棱长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 (　　)
A.该铋氟化物的化学式为BiF3
B.粒子S、T之间的距离为a pm
C.该晶体的密度为 g·cm-3
D.晶体中与铋离子距离最近且等距的氟离子有6个
变式3　(2024·辽宁高考)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是 (　　)
A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
B.晶胞2中S与S的最短距离为a
C.晶胞2中距Li最近的S有4个
D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体
题型4　物质结构与性质(综合题)
例4　(2024·全国甲卷)ⅣA族元素具有丰富的化学性质,其化合物有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)该族元素基态原子核外未成对电子数为　　　　,在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为　　　　。
(2)CaC2俗称电石,该化合物中不存在的化学键类型为　　　　(填字母)。
a.离子键　　　　　　　　b.极性共价键
c.非极性共价键 d.配位键
(3)一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷 ,其中电负性最大的元素是　　　(填元素符号),硅原子的杂化轨道类型为　　　　　　。
(4)早在青铜器时代,人类就认识了锡。锡的卤化物的熔点数据如表,结合变化规律说明原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　。
物质 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4
熔点/℃ 442 -34 29 143
(5)结晶型PbS可作为放射性探测器元件材料,其立方晶胞如图所示。其中Pb的配位数为　　　　。设NA为阿伏加德罗常数的值,则该晶体密度为　　　　　　(列出计算式)g·cm-3。
变式4　(2024·新课标卷节选)Ni(CO)4 (四羰合镍,沸点为43 ℃)可用于制备高纯镍,也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题:
(1)基态Ni原子价层电子的轨道表示式为　　　　　　　　　　。镍的晶胞结构类型与铜的相同,晶胞体积为a3,镍原子半径为　　　　　　。
(2)Ni(CO)4结构如图所示,其中含有σ键数目为　　　,Ni(CO)4晶体的类型为　　　。
　　1.立方体(长方体)晶胞组成的计算方法
　　2.有关晶胞各物理量之间的关系
3.晶体微粒与M、ρ之间的关系
若1个晶胞中含有x个微粒,则1 mol晶胞中含有x mol微粒,其质量为xM g(M为微粒的相对“分子”质量);又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积),则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g,因此有xM=ρa3NA。
【真题改编】
(选择题1~4题,每题3分;非选择题第5题12分;第6题11分;第7题8分,总计43分)
1.(2023·湖南高考改编)下列有关物质结构和性质的说法错误的是 (　　)
A.有机物分子中手性碳所连4个原子一定不同
B.邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸的
C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应
D.“杯酚”与C60通过分子间相互作用形成超分子可实现“分子识别”
2.(2023·湖北高考改编)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是 (　　)
选项 性质差异 结构因素
A 沸点:正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间作用力
B 硬度:金刚石远远大于石墨 晶体内部的作用力
C 酸性:CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa=4.76) 羟基极性
D 碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3 第一电离能
3.(2023·辽宁高考改编)某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法正确的是 (　　)
　　　图1　　　　　　　　图2
A.基态溴原子的简化电子排布式为[Ar]4s24p5
B.图1晶体中O原子周围距离最近且相等的Cl原子数目为4
C.图1晶体的化学式为Li2ClO
D.图2表示的化学式为LiMgOClxBr1-x
4.(2023·湖北高考改编)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法正确的是 (　　)
A.LaH2晶体中La周围等距紧邻的La有4个
B.晶体中H和H的最短距离:LaH2C.在LaHx晶胞中,H形成一个顶角数为40的闭合多面体笼
D.LaHx单位体积中含氢质量的计算式为 g·cm-3
5.(2023·浙江1月选考改编)硅材料在生活中占有重要地位。请回答:
(1)Si位于元素周期表的位置为　　　　　　　　。基态Si原子核外电子共具有　　　　种不同的能量,其中电子占据最高能级的电子云轮廓图的形状为　　　　　　。(3分)
(2)工业制备粗硅的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。(2分)
(3)由硅原子核形成的3种微粒,电子排布式分别为①[Ne]3s23p2,②[Ne]3s23p1,③[Ne]3s23p14s1,有关这些微粒的叙述,正确的是　　　　(填字母)。(1分)
A.微粒半径:③>①>②
B.电子排布属于基态原子(或离子)的是①②
C.电离一个电子所需最低能量:①>②>③
D.得电子能力:①>②
(4)Si与P形成的某化合物晶体的晶胞为立方体,棱长为a nm,结构如图1所示。该晶体类型是　　　　　,已知该化合物的最简式的式量为Mr,则该晶体密度为　　　　　　g·cm-3。(列出算式,已知NA为阿伏加德罗常数的数值)(3分)
图1
(5)在硅酸盐中,Si四面体(如图2所示)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图3为一种无限长单链结构的多硅酸根离子,其中Si原子的杂化方式为　　　　,Si与O的原子数之比为　　　　。(3分)
　　图2　　　　　　　　　　　图3
6.(2023·山东高考改编)卤素(F、Cl、Br、I)可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题。
(1)F原子的核外电子有　　　　种空间运动状态,F的第一电离能　　　　(填“<”或“>”)Ne的第一电离能。(2分)
(2)-40 ℃时,F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下,HOF为无色气体,固态HOF的晶体类型为　　　　　　,HOF水解的产物为　　　　　　(填化学式)。(2分)
(3)Cl2O的中心原子为O,O原子的轨道杂化类型为　　　　;ClO2的中心原子为Cl,其分子空间结构与Cl2O相同,但ClO2中存在大π键(),则ClO2中O—Cl—O的键角　　　(填“>”“<”或“=”)Cl2O中Cl—O—Cl的键角。(2分)
(4)卤化钠(NaX) 和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示,TiX4的熔点呈如图变化趋势的原因为 　　　　　　　　　　　　　　　　　。(2分)
(5)一定条件下,K、CuCl2和 F2反应生成 KCl和化合物 X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu 的化合价为+2价,X 的化学式为　　　　,若阿伏加德罗常数的值为NA,则化合物X 的密度为　　　　　　(用含NA、a、c的代数式表示)g·cm-3。(3分)
7.(2023·全国甲卷改编)将酞菁-钴钛菁-三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题:
(1)酞菁和钴酞菁的分子结构如图所示。
酞菁分子中所有原子共平面,利用杂化轨道理论判断,其中p轨道能提供一对电子的N原子是　　　(填图酞菁中N原子的标号)。钴酞菁
分子中,钴离子的化合价为　　　,氮原子提供孤电子对与钴离子形成　　　　键。(3分)
(2)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图a所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为　　　　。若AlF3晶胞棱长为a pm,晶体密度ρ=　　　　(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)g·cm-3。(3分)
图a　Al2Cl6的分子结构　　图b　AlF3的晶体结构
(3)氮(N)镓(Ga)合金由于其良好的电学传导和光学透明性被广泛用于薄膜太阳能电池领域,氮化镓晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替,顶角和面心的碳原子被Ga原子代替。(2分)
①晶胞中与Ga原子距离相等且最近的Ga原子个数为　　　　。
②以晶胞棱长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中的原子位置,称作原子分数坐标。A原子分数坐标为0,,,则B原子分数坐标为　　　　　　。
【新题快递】
(选择题1~5题,每题3分;非选择题第6题15分;第7题13分;第8题12分;第9题9分,总计6分)
1.下列关于物质结构与性质的说法正确的是 (　　)
A.臭氧是由极性键构成的极性分子,因此其在水中的溶解度大于在四氯化碳中的溶解度
B.O—H…O的键能大于F—H…F的键能,因此水的沸点高于氟化氢的沸点
C.石墨层间靠范德华力维系,因此石墨的熔点较低
D.水晶内部微观粒子呈现周期性有序排列,因此水晶不同方向的导热性不同
2.下列有关物质结构与性质的表述正确的是 (　　)
A.I2易溶于CCl4,可从I2和CCl4都是非极性分子的角度解释
B.N—H的极性大于C—H的极性,NH3分子的极性小于CH4
C.HNO3中氢键数目比H3PO4的少,可推断HNO3的稳定性比H3PO4的弱
D.超分子是两种或两种以上的分子(或离子)通过化学键形成的分子聚集体
3.有机物M[2-(2-噻吩基)苯并咪唑]可用于制备杀菌剂抑霉唑和咪鲜胺的中间体,其分子结构如图所示,分子中所有原子均在同一平面上。下列说法错误的是 (　　)
A.有机物M的晶体中存在N—H…N氢键
B.基态原子的第一电离能:SC.基态原子未成对电子数:CD.有机物M中两个N原子的杂化轨道类型相同
4.意大利化学家阿伏加德罗的重大贡献之一是提出分子学说。下列说法不正确的是 (　　)
A.18个碳原子构成的碳环分子的结构如图甲所示,该物质也是碳的一种同素异形体
B.N2O5的结构如图乙所示,可看作H2O分子中H原子被硝基取代,N2O5是极性分子
C.白磷(P4)晶胞结构如图丙所示,白磷晶体中1个P4分子周围有8个紧邻的P4分子
D.图丁中,环戊二烯中的碳原子的杂化方式有sp2和sp3,环戊二烯负离子和亚铁离子形成的二茂铁中无离子键
5.PX5(X代表Cl或Br)是有机合成中常用的卤化剂,PCl5和PBr5的晶胞结构分别如图1和图2所示。下列叙述错误的是 (　　)
图1
图2
A.PCl5晶体由PC和PC构成,PBr5晶体由PB和Br-构成
B.每个PCl5晶胞中含有6个P原子,每个PBr5晶胞中含有8个P原子
C.1、2号原子之间的距离与3、4号原子之间的距离相等
D.PCl5晶体和PBr5晶体的构成微粒不同,可能的原因是r(Cl)6.镍是一种性能优良的金属,在许多领域应用广泛。Ni-NTA-Nangold可用于检测或定位6×组氨酸(His)或Poly-His标记的重组蛋白,Ni(Ⅱ)-NTA的结构简式如图1所示。
图1
回答下列问题:
(1)基态Ni原子核外电子的空间运动状态有　　　　种,其价层电子的轨道表示式为　　　　　　　　。(2分)
(2)Ni(Ⅱ)-NTA的配体之一为N(CH2COO-)3。(5分)
①Ni(Ⅱ)-NTA中与Ni2+配位的原子形成的空间结构为　　　　形。
②N(CH2COO-)3中第二周期元素的第一电离能(I1)从大到小的顺序为　　　　(用元素符号表示),其中N原子的杂化方式为　　　。
(3)Ni与Ca都位于第四周期且最外层电子数相同,但相应单质的熔点Ni明显高于Ca,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(2分)
(4)某笼形包合物Ni(CN)a(NH3)b(C6H6)c的晶胞结构如图2所示,其中C6H6位于面心。(6分)
图2
①该笼形包合物溶于酸能形成一种弱酸HCN,1个HCN分子中含有π键的数目为　　　　。
②该包合物中氨与苯分子的数目之比为　　　　,NH3极易溶于水,而PH3微溶于水,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③若此晶胞体积为V nm3,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体密度为　　　　g·cm-3。
7.某钠离子电池以NaClO4的碳酸丙烯酯溶液作电解质溶液,Nax[MnFe(CN)6]作正极材料,Na作负极材料。
(1)CO2与环氧丙烷()在一定条件下反应制得碳酸丙烯酯。(5分)
①CO2是　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。
②环氧丙烷中,O原子的杂化轨道类型是　　　　　　。
③沸点:环氧丙烷　　　　(填“>”或“<”)CO2。其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2) MnCl2溶液与Na4[Fe(CN)6]溶液混合可制备Nax[MnFe(CN)6]晶体。(6分)
①基态Mn原子的核外电子排布式是　　　　　　　。
②CN-的性质与卤素离子相近,被称为拟卤离子,(CN)2被称为拟卤素。
ⅰ.(CN)2与H2O反应的生成物的结构式分别是H—C ≡N、　　　　　。
ⅱ.HCN有酸性,但乙炔无明显酸性,HCN的酸性比乙炔强的原因是　　　　　　　　　　　　　。
③为防止晶体缺陷过多,制备时反应需缓慢且平稳。先将MnCl2溶液与柠檬酸钠(Na3C6H5O7)溶液混合,发生反应3Mn2++2C6H5Mn3(C6H5O7)2,再加入Na4[Fe(CN)6]溶液以制备Nax[MnFe(CN)6]晶体。阐述制备晶体过程中柠檬酸钠溶液的作用:　　　　　　　　　　　　　。
(3)钠离子电池的正极材料Nax[MnFe(CN)6]在充、放电过程中某时刻的晶胞示意图如图所示。(2分)
①Nax[MnFe(CN)6]中存在的化学键有配位键、　　　　　　　　　。
②该时刻的晶胞所示的Nax[MnFe(CN)6]中,x=　　　　。
8.N、P及其化合物在工业生产中起着重要的作用。回答下列问题:
(1)基态氮原子的核外电子排布式为　　　　　　,其最高能级的轨道形状为　　　　　。(2分)
(2)比较键角大小:H2O　　　　(填“>”或“<”)NH3。第一电离能用I1表示,已知I1(N)大于I1(O),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(3分)
(3)镍能形成多种配合物,其中常温下Ni(CO)4是无色液体,K2[Ni(CN)4]是红黄色晶体且熔融态下可以导电。K2[Ni(CN)4]的熔点高于Ni(CO)4的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(2分)
(4)某有机物,其环上所有原子与甲基上的碳原子共平面,则分子中N原子的杂化方式为　　　　。(1分)
(5)P的空间结构为　　　　　。(1分)
(6)PCl5是一种离子化合物,为白色晶体,其晶胞结构如图所示。晶胞中含有由P原子和Cl原子构成的一种正四面体形阳离子和一种正八面体形阴离子(黑色球表示P原子,灰色球表示Cl原子)。阳离子和阴离子中P原子的配位数之比为　　　　,若晶胞棱长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值,则晶体的密度为　　　　　　　　　(列出计算式)g·cm-3。(3分)
9.高熵合金是指由多种元素(如Al、Fe、Cu、Co、Cr、Mn、Zn等)形成的合金,因其独特的元素组成、微观结构和性能,被认为是极具应用潜力的新型结构材料。
(1)AlCrFeNi是目前采用最多的高熵合金元素组合。(3分)
①Al元素与同周期相邻的元素比较,第一电离能由大到小的顺序是　　　　　　(用元素符号表示)。
②基态Fe原子的价层电子的轨道表示式为　　　　　　　　。
③Ni元素位于元素周期表的　　　　区。
(2)研究人员发现,在离子液体中可制备均一粒径分布的高熵合金纳米颗粒。离子液体是在室温和接近室温时呈液态的盐类物质,一般由有机阳离子和无机阴离子构成。一种离子液体的结构如图所示。(3分)
①B的空间结构为　　　　　　。
②研究发现通过改变阳离子侧链可调控离子化合物的熔点。A、B两种离子液体的结构如图所示。熔点A>B的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)一种由Cu、Te、In元素形成的高熵合金,其晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°。(3分)
①Te原子与邻近的Cu、In原子构成的空间结构为　　　　　　。
②设阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的密度为　　　　　　　　(列出计算式)g·cm-3。
【原创好题】
(选择题1~2题,每题3分;非选择题第3题11分;第4题13分,总计30分)
1.(分子结构与性质)九氟丁烷磺酰氟(NfF,沸点为64 ℃)被开发为一种双功能添加剂,用于增强锂金属阳极的稳定。NfF的结构式如图所示。
下列叙述错误的是 (　　)
A.NfF中C、S原子都采取sp3杂化
B.NfF中第一电离能最大的元素是氟
C.NfF挥发时破坏了极性键和非极性键
D.NfF分子中σ键、π键数目之比为8∶1
2.(晶胞结构与计算)已知铝、氧化镁的晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,晶胞的棱长为a nm。
下列叙述正确的是 (　　)
A.5.4 g Al可切割成铝晶胞的数目为
B.铝晶胞中两个Al原子的最近距离为×405 nm
C.MgO晶胞中阳离子位于顶角和面心
D.铝、氧化镁的密度之比为
3.(物质结构)某大学科研团队开发铜基催化剂并用于催化还原CO2制取CH4,铜基催化剂结构如图所示。
回答下列问题:
(1)基态N原子的价层电子的轨道表示式为　　　。Cu位于元素周期表　　区。(2分)
(2)在Cu—C3N4、Cu—NC中,配位原子是　　　　(填元素符号)。(1分)
(3)在Cu—NC中,C原子采用　　　　杂化,6个C原子形成的六元环中,原子数与共价键数之比为　　　　。(2分)
(4)在铜表面CO2被催化还原成CH4。CO2分子的空间结构是　　　;CH4是　　　　(填“极性”或“非极性”)分子。(2分)
(5)一种铜化合物的晶胞结构如图所示(有缺陷)。晶胞参数如图,α=β=γ=90°,设阿伏加德罗常数的值为NA。(4分)
①Y是钇。该晶体中第一电离能最大的元素是　　　　(填元素符号)。
②该晶体的化学式为　　　　(填原子个数最简整数比)。该晶体的密度为　　　　g·cm-3。(相对原子质量:O-16、Cu-64、Y-89、Ba-137)
4.(原子坐标与结构)近日,中国科学院化学研究所科研人员研制了一种新催化剂,能在低温(240 ℃)、无贵金属、无氢气、无溶剂的条件下,将废弃聚乙烯塑料“变”为高品质汽油。
回答下列问题:
(1)基态氧原子核外s轨道、p轨道上电子总数之比为　　　　。基态Al原子核外L层的电子云有　　　　个伸展方向。(2分)
(2)在上述催化剂(含Al、Si和O元素)中,电负性最大的元素是　　　　(填元素符号)。(1分)
(3)甲是　　　(填“线型”或“网状”)结构的高分子。乙中C原子杂化类型是　　　。(2分)
(4)沸点:乙　　　　(填“高于”或“低于”)丙,判断依据是　　　　　　　　　　。(3分)
(5)由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶胞结构如图所示:(5分)
①该晶体中与Al原子紧邻的Li原子有n个,与Si原子紧邻的Si原子有m个,则m∶n=　　　　。
②晶体中Al和Li构成X型晶体结构,Al原子和Si原子构成Y型晶体结构。则X、Y依次是　　　　(填字母)。
A.CsCl、CaF2　　　　　B.NaCl、金刚石
C.NaCl、CsCl D.金刚石、NaCl
③图中所指Si原子的坐标为　　　　　　。
④该晶体密度为ρ g·cm-3,则它的摩尔体积Vm=　　　　cm3·mol-1。
参考答案
例1　D　解析　O2和O8是由O元素组成的不同单质,二者互为同素异形体,A项正确;O8分子为平行六面体,由其结构可知,O8中存在两种氧氧键,为上下底面中的氧氧键和上下底面间的氧氧键,B项正确;O2转化为O8的反应可表示为4O2O8,反应后气体分子数减少,故O2转化为O8是熵减反应,C项正确;O2在超高压下转化成O8,则在常压、低温下O8会转化成O2,O8不能稳定存在,D项错误。
变式1　C　解析　由图中信息可知,白色的小球可形成2个共价键,代表O原子,灰色的小球只形成1个共价键,代表F原子,则黑色的大球代表I原子,A项错误;根据均摊法可知,形成两个共价单键的O原子被I原子各占0.5个O原子(),刚好符合其化合物的化学式IO2F,若存在过氧键,其化学式为IO2.5F, B项错误;由上述推测可知,该化合物片段结构为,I原子形成4个σ键和1个π键,存在1个孤电子对,C项正确;该化合物中既存在I—O,又存在IO,单键和双键的键长是不相等的,D 项错误。
例2　A　解析　Cl元素原子最外层有7个电子,该结构中,的两个Cl原子(被框住)分别形成了2个共价键,因此其中1个键应为配位键,而Si原子均通过sp3杂化轨道成键,则这两个硅原子(被框住)含有单电子,不稳定,因此Si5Cl10分子结构不是,A项错误;Si5Cl10与水反应可生成HCl,HCl是一种强酸,B项正确;Si5Cl10与NaOH溶液反应,Si元素均转化成Na2SiO3,Si元素的化合价升高,根据得失电子守恒可知,H元素的化合价降低,会有H2生成,C项正确;Si5Br10的相对分子质量大于Si5Cl10的,因此Si5Br10的范德华力更大,沸点更高,D项正确。
变式2　B　解析　HCl是共价化合物,其电子式为,HCl的形成过程可表示为H×+·,A项错误;NH4ClO4中N的中心N原子的孤电子对数为×(5-1-4)=0,价层电子对数为4,Cl的中心Cl原子的孤电子对数为×(7+1-2×4)=0,价层电子对数为4,则二者的VSEPR模型和空间结构均为四面体形,B项正确;C60、石墨、金刚石中碳原子的杂化方式分别为sp2、sp2、sp3,共有2种杂化方式,C项错误;NH3易液化,其汽化时吸收热量,可作制冷剂,干冰易升华,其升华时吸收热量,也可作制冷剂,NH3的分子间作用力为氢键和范德华力,CO2的分子间作用力仅存在范德华力,D项错误。
例3　D　解析　根据题给晶胞结构,由均摊法可知,每个晶胞中含有1+12×=4个Bi3+,含有8+8×+6×=12个F-,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A项正确;将晶胞均分为8个小立方体,由晶胞中MNPQ点的截面图可知,晶胞体内的8个F-位于8个小立方体的体心,以M为原点建立坐标系,令N的原子分数坐标为(0,0,1),与Q、M均在同一条棱上的F-的原子分数坐标为(1,0,0),则T的原子分数坐标为1,,,S的原子分数坐标为,,,所以粒子S、T之间的距离为×a pm=a pm,B项正确;由A项分析可知,每个晶胞中有4个Bi3+、12个F-,晶胞体积为(a pm)3=a3×10-30 cm3,则晶体密度为= g·cm-3= g·cm-3,C项正确;以晶胞体心处的铋离子为分析对象,距离其最近且等距的氟离子位于晶胞体内,有8个,D项错误。
变式3　B　解析　由均摊法得,结构1中含有Co的数目为4+4×=4.5,含有S的数目为1+12×=4,Co与S的原子个数之比为9∶8,因此结构1钴硫化物的化学式为Co9S8,A项正确;由图可知,晶胞2中S与S的最短距离为面对角线长的,晶胞棱长为a,即S与S的最短距离为a,B项错误;,以图中的Li(图中画圈的灰球)为例,与其最近的S(图中画圈的白球)共4个,C项正确;(如图所示)当2个晶胞2放在一起时,图中加粗黑框截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D项正确。
例4　答案　(1)2　+4
(2)bd
(3)C　sp3
(4)SnF4属于离子晶体,SnCl4、SnBr4、SnI4属于分子晶体,离子晶体的熔点一般比分子晶体的高,分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高
(5)6　[或]
解析　(1)ⅣA族元素基态原子的价层电子排布为ns2np2,其核外未成对电子数为2,因最外层电子数均为4,所以在与其他元素形成化合物时,呈现的最高化合价为+4。(2)CaC2俗称电石,其为离子化合物,由Ca2+和构成,两种离子之间存在离子键,中两个C原子之间存在非极性共价键,因此,该化合物中不存在的化学键类型为极性共价键和配位键,故选bd。(3)一种光刻胶薄膜成分为聚甲基硅烷,含C、Si、H三种元素,其电负性大小为C>H>Si,则电负性最大的元素是C,硅原子与周围的4个原子形成共价键,没有孤电子对,价层电子对数为4,则硅原子的杂化轨道类型为sp3。(5)由PbS晶胞结构图可知,该晶胞中有4个Pb和4个S,且距离每个原子周围最近的其他元素的原子数均为6,因此Pb的配位数为6。设NA为阿伏加德罗常数的值,则NA个晶胞的质量为4×(207+32) g,NA个晶胞的体积为NA×(594×10-10 cm)3,因此该晶体密度为 g·cm-3= g·cm-3。
变式4　答案　(1)　a
(2)8　分子晶体
解析　(1)Ni为28号元素,其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d84s2,则其价层电子的轨道表示式为;铜晶胞示意图为,镍的晶胞结构类型与铜的相同,则镍原子半径为晶胞面对角线长度的,因为晶胞体积为a3,所以晶胞棱长为a,面对角线长为a,则镍原子半径为a。(2)由Ni(CO)4的结构可知,4个配体CO与中心原子Ni形成的4个配位键均为σ键,而每个配体CO中含有1个σ键和2个π键,因此1个Ni(CO)4分子中含有8个σ键。Ni(CO)4的沸点很低,结合其结构可知,该物质由分子构成,因此其晶体类型为分子晶体。
1.A　解析　有机物分子中手性碳所连4个原子或原子团一定不同,但不同原子团可能有相同的中心原子,如—CH3和—CH2CH3,A项错误;邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,对羟基苯甲酸形成分子间氢键,前者的沸点低于后者,B项正确;酰胺在酸性条件下反应生成羧酸和铵盐,在碱性条件下反应生成羧酸盐和氨气,二者均为水解反应,C项正确;“杯酚”与C60通过分子间相互作用形成超分子,通过尺寸适配可实现“分子识别”,D项正确。
2.D　解析　正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体,由于新戊烷支链多,对称性好,分子间作用力小,所以沸点较低,A项正确;金刚石是共价晶体,粒子间作用力为共价键,石墨是混合型晶体,层状结构,层内碳原子间是共价键,层间是分子间作用力,由于共价键强于分子间作用力,故金刚石的硬度远大于石墨的,性质差异与结构因素匹配正确,B项正确;—CF3是吸电子基团,使得三氟乙酸中羧基上的羟基极性更大,氢原子更容易电离,故三氟乙酸的酸性更强,C项正确;元素的金属性越强,其最高价氧化物的水化物的碱性越强,D项错误。
3.D　解析　溴原子核外有35个电子,则基态Br原子的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p5,A项错误;由图可知,图1中与O原子距离最近且相等的Cl原子的个数为8,B项错误;由均摊法可知,图1晶体含有Li原子的个数为8×+1=3,Cl原子的个数为4×=1,O原子的个数为2×=1,则该晶体的化学式为Li3ClO,C项错误;由图可知,晶胞中含有Cl或Br原子的个数为4×=1,含有O原子的个数为2×=1,含有Li原子的个数为1,含有Mg或空位数为8×=2,根据化合物中各元素化合价代数和为0可知,图2晶体的化学式为LiMgOClxBr1-x,D项正确。
4.D　解析　由LaH2的晶胞结构可知,La位于顶角和面心,若以顶角La研究,与其周围等距紧邻的La有12个,A项错误;由LaHx的晶胞结构可知,每个H结合4个H形成类似CH4的结构,H和H之间的最短距离变小,则晶体中H和H的最短距离大小为LaH2>LaHx,B项错误;由题干信息可知,在LaHx晶胞中,每个H结合4个H形成类似CH4的结构,这样的结构有8个,顶角数为4×8=32,但不是闭合的结构,C项错误;1个LaHx晶胞中含有5×8=40个H原子,含H质量为 g,晶胞的体积为(484.0×10-10 cm)3=(4.84×10-8)3 cm3,则LaHx单位体积中含氢质量的计算式为 g·cm-3,D项正确。
5.答案　(1)第三周期第ⅣA族　5　哑铃形
(2)SiO2+2CSi+2CO↑
(3)AB
(4)共价晶体　
(5)sp3　1∶3
解析　(1)Si的原子序数为14,位于元素周期表第三周期第ⅣA族,核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,电子共占据5个不同能级,所以核外电子共具有5种不同的能量,其中电子占据的最高能级为3p,p轨道的电子云轮廓图呈哑铃形。(2)工业制备粗硅是在高温下用C还原SiO2得粗硅,化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。(3)由①②③的电子排布式可推知其分别为基态Si原子、Si+、激发态Si原子。激发态Si原子有4个电子层,Si+失去了一个电子,根据微粒电子层数及各层电子数可推知,微粒半径③>①>②,A项正确;电子排布属于基态原子(或离子)的是①②,B项正确;激发态Si原子不稳定,容易失去电子,基态Si原子失去一个电子所需要的最低能量是硅的第一电离能,Si+失去一个电子所需要的最低能量是硅的第二电离能,由于I2>I1,可以得出电离一个电子所需最低能量②>①>③,C项错误;由C项分析可知,②比①更难失电子,则②比①更容易得电子,即得电子能力②>①,D项错误。(4)根据均摊法可知,一个晶胞中含有4个Si原子、8个P原子,故该化合物的最简式为SiP2,该晶体密度为 g·cm-3。(5)由图2可知,硅酸盐中的硅酸根离子(Si)为四面体形结构,所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式;图3的一个结构单元中含有1个Si原子、2+×2=3个O原子,Si与O的原子数之比为1∶3。
6.答案　(1)5　<
(2)分子晶体　HF、H2O2
(3)sp3　>
(4)TiCl4、TiBr4、TiI4为结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,熔点依次升高,TiF4为离子晶体,熔点最高
(5)K2CuF4　
解析　(1)F原子的核外电子排布式为1s22s22p5,核外电子占据5个轨道,有5种空间运动状态;Ne原子轨道全充满,比较稳定,故F的第一电离能小于Ne的第一电离能。(2)常温常压下,HOF为无色气体,可知HOF的沸点较低,为分子晶体;HOF中F为-1价,水解时会与水电离出的H+结合生成HF,则HO+会与水电离出的OH-反应生成H2O2。(3)Cl2O的中心原子O的价层电子对数为2+=4,为sp3杂化,有2个孤电子对,分子的空间结构为V形;ClO2的中心原子为Cl,其分子的空间结构也为V形,ClO2中存在大π键,VSEPR模型为平面三角形,故ClO2中O—Cl—O的键角大于Cl2O中Cl—O—Cl的键角。(5)由晶胞结构可知,该晶胞中含有黑球个数为8×+2=4,白球个数为16×+4×+2=8,灰球个数为8×+1=2,X含有3种元素,Cu、K、F的原子个数之比为1∶2∶4,由于Cu元素的化合价为+2价,F元素的化合价为-1价,K元素的化合价为+1价,根据化合价代数和为0,可推断X的化学式为K2CuF4;该晶胞中含有4个K、8个F、2个Cu,晶胞的体积为a2c×10-30 cm3,则该化合物的密度为= g·cm-3= g·cm-3。
7.答案　(1)③　+2　配位
(2)sp3　
(3)①12　②,,
解析　(1)已知酞菁分子中所有原子共平面,则其分子中所有C原子和所有N原子均为sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp2杂化轨道,其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键,标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键;钴酞菁分子中,失去了2个H+的酞菁离子与钴离子通过配位键结合,因此钴离子的化合价为+2价,氮原子提供孤电子对与钴离子形成配位键。(2)由Al2Cl6的空间结构结合相关元素的原子结构可知,Al原子与其周围的4个氯原子形成四面体结构,因此,二聚体中Al的轨道杂化类型为sp3。由AlF3的晶胞结构可知,其中含F-的个数为12×=3,含Al3+的个数为8×=1,若AlF3晶胞棱长为a pm,则晶胞的体积为(a pm)3=a3×10-30 cm3,晶胞的质量为,则其晶体密度为 g·cm-3。(3)晶胞中,以上底面的Ga原子为参照,与上底面顶角的4个Ga原子、下面晶胞和上面晶胞面上的Ga原子距离都相等,故晶胞中与Ga原子距离相等且最近的Ga原子个数为12。
1.D　解析　臭氧的极性微弱,H2O是极性分子,四氯化碳是非极性分子,臭氧在水中的溶解度小于在四氯化碳中的溶解度,A项错误;因为水分子间形成的氢键数目大于氟化氢分子间形成的氢键数目,因此水的沸点高于氟化氢的沸点,B项错误;石墨层间靠范德华力维系,但是其共价键的键能大,故石墨的熔点很高,C项错误;水晶内部质点排列的有序性,导致水晶的导热具有各向异性,D项正确。
2.A　解析　I2和CCl4都是非极性分子,根据“相似相溶”规律可知,I2在CCl4中的溶解度较大,A项正确;NH3分子的空间结构为三角锥形,分子的正电中心和负电中心不重合,为极性分子,CH4分子的空间结构为正四面体形,分子的正电中心和负电中心重合,为非极性分子,则分子的极性NH3>CH4,B项错误;氢键为分子间作用力,只影响物质的物理性质,不影响物质的化学性质,则HNO3的稳定性比H3PO4的弱,与HNO3中的氢键数目比H3PO4少无关,C项错误;超分子是由两种或两种以上的分子(或离子)通过分子间相互作用形成的分子聚集体,D项错误。
3.C　解析　根据分子结构,有机物M的晶体中存在N—H…N氢键,A项正确;基态原子的第一电离能S4.C　解析　18个碳原子构成的碳环分子的结构如图甲所示,分子式为C18,属于碳单质,该物质也是碳的一种同素异形体,A项正确;N2O5的结构如图乙所示,可看作H2O分子中H原子被硝基取代而形成,N2O5分子的正电中心和负电中心不重合,是极性分子,B项正确;白磷(P4)晶胞结构如图丙所示,属于面心立方晶胞,白磷晶体中1个P4分子周围有12个紧邻的白磷分子,C项错误;图丁中,环戊二烯中的碳原子有sp2、sp3两种杂化方式,已知二茂铁的沸点较低,应属于分子晶体,故环戊二烯负离子(C5)与Fe2+形成配位键,无离子键,D项正确。
5.B　解析　PCl5晶体分别是由正四面体结构和正八面体结构的两种离子构成的,即由PC和PC构成,PBr5晶体由PB和Br-构成,A项正确;根据晶胞结构,每个PCl5晶胞中含有4个P原子,每个PBr5晶胞中含有4个P原子,B项错误;根据晶胞结构可知,1、2号原子之间的距离与3、4号原子之间的距离相等,C项正确;r(Br-)较大,而r(Cl-)较小,所以P周围可以容纳6个Cl-,而无法容纳6个Br-,所以无法形成PB,D项正确。
6.答案　(1)15　
(2)①八面体　②N>O>C　sp3
(3)Ni与Ca同周期,Ni的原子半径比Ca小且价电子数多,形成的金属键比较强,熔、沸点比Ca的高
(4)①2　②1∶1　NH3分子可与H2O分子形成氢键,PH3不可以与H2O分子形成氢键　③
解析　(1)Ni是28号元素,基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2,核外电子共占据15个原子轨道,故基态Ni原子核外电子的空间运动状态有15种,其价层电子的轨道表示式为。(2)①由Ni(Ⅱ)-NTA的结构简式可知,有6个原子与 Ni2+配位,根据价层电子对互斥模型可知,原子形成的空间结构为八面体形。②N(CH2COO-)3中第二周期元素为C、N、O,第一电离能(I1)从大到小的顺序为N>O>C,其中N原子的价层电子对数为4,杂化方式为sp3。(4)①HCN的结构式为H—C ≡N,单键为σ键,三键中有1个σ键和2个π键。②根据均摊法,该包合物中氨分子个数为8×=2,苯分子个数为4×=2,所以该包合物中氨分子与苯分子的数目之比为1∶1。NH3极易溶于水,而PH3微溶于水,其原因是NH3分子可与H2O分子形成氢键,PH3分子不可以与H2O分子形成氢键。③该晶胞中含有Ni2+、CN-、NH3、C6H6的个数依次为8×+2×=2、8×=4、2、2,则晶体的化学式为Ni(CN)2(NH3)(C6H6),则晶体密度为 g·cm-3= g·cm-3。
7.答案　(1)①非极性　②sp3　③>　二者均为分子晶体,环氧丙烷的相对分子质量更大,范德华力更大
(2)①1s22s22p63s23p63d54s2　②ⅰ.H—O—C≡N　ⅱ.N原子的电负性大,—CN具有吸电子效应,使HCN中H—C的极性更大,更易断裂　③柠檬酸钠与Mn2+反应生成Mn3(C6H5O7)2,降低了Mn2+的浓度,使制备晶体的反应速率减小;随着反应进行,Mn2+的浓度持续降低,反应3Mn2++2C6H5Mn3(C6H5O7)2逆向进行,释放出Mn2+,使制备晶体的反应缓慢且平稳
(3)①离子键、(极性)共价键　②1
解析　(1)①CO2分子中碳原子为sp杂化,分子的空间结构是直线形,分子中的正电中心和负电中心重合,是非极性分子。②环氧丙烷中,O原子的孤电子对数为×(6-1×2)=2,成键电子对数为2,所以其价层电子对数为2+2=4,所以O的杂化轨道类型是sp3。③环氧丙烷和CO2均为分子晶体,分子晶体的相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,环氧丙烷的相对分子质量大于CO2的,所以环氧丙烷的沸点大于CO2的。(2)①Mn是25号元素,所以基态Mn原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d54s2。②ⅰ.由CN-的性质与卤素离子相近,被称为拟卤离子,(CN)2被称为拟卤素可知,(CN)2与H2O发生反应生成HCN和HOCN,其结构式分别是H—C≡N、H—O—C≡N。(3)①Nax[MnFe(CN)6]中,Na+和[MnFe(CN)6]x-之间以离子键结合,C、N原子之间以(极性)共价键结合。②由晶胞示意图可知,每个晶胞中含有Na+的个数为4,Mn2+或Mn3+的个数为8×+6×=4,即Na原子和Mn原子的个数之比为4∶4=1∶1,所以x=1。
8.答案　(1)1s22s22p3　哑铃形
(2)<　O原子的价层电子排布为2s22p4,N原子的价层电子排布为2s22p3,N原子的2p轨道处于半充满状态,能量较低,较稳定
(3)K2[Ni(CN)4]属于离子晶体,Ni(CO)4属于分子晶体,离子晶体的熔点一般高于分子晶体的
(4)sp2
(5)四面体形
(6)2∶3　
解析　(1)N为7号元素,基态氮原子的核外电子排布式为1s22s22p3,其最高能级为2p,p轨道形状为哑铃形。(2)H2O和NH3分子中的中心原子均采取sp3杂化,H2O分子的中心原子含有2个孤电子对,NH3分子的中心原子含有1个孤电子对,由于孤电子对有较大斥力,孤电子对数越多,键角越小,故键角H2O9.答案　(1)①Si>Mg>Al
②　③d
(2)①正四面体形　②A、B均为离子晶体,阴离子相同,阳离子所带电荷量也相同,当阳离子侧链从乙基增长到丙基时,阳离子的体积(或半径)增大,离子键的强度减弱,熔点也随之降低
(3)①四面体形　②
解析　(1)①同周期元素从左到右,第一电离能呈增大的趋势,Mg原子2s能级全充满,比较稳定,Mg的第一电离能大于同周期相邻元素,所以Al元素与同周期相邻元素的第一电离能由大到小的顺序是Si>Mg>Al。②Fe是26号元素,基态Fe原子的价层电子排布为3d64s2,价层电子的轨道表示式为。③Ni元素是第Ⅷ族元素,位于元素周期表的d区。(2)①B中心原子B的价层电子对数为4,无孤电子对,空间结构为正四面体形。(3)①根据图示,Te原子与邻近的Cu、In原子构成的空间结构为四面体形。②根据均摊法,晶胞中Cu原子数为8×+4×+1=4、In原子数为6×+4×=4、Te原子数为8,该晶体的密度为 g·cm-3。
1.C　解析　该分子中C、S原子的价层电子对数都为4,均采取sp3杂化,A项正确;该有机物含C、O、F、S元素,第一电离能最大的元素是F,B项正确;NfF的沸点低,由沸点可知,它是由分子构成的物质,挥发时只破坏分子间作用力,不破坏共价键,C项错误;1个NfF分子含16个σ键、2个π键,D项正确。
2.D　解析　1个铝晶胞含4个铝原子,5.4 g Al的物质的量为0.2 mol,可切割成铝晶胞的数目为,A项错误;铝晶胞中,铝原子位于顶角和面心,两个铝原子的最近距离等于面对角线长的一半,即d=×405 pm,B项错误;氧化镁中,阳离子半径小于阴离子半径,阳离子位于立方晶胞的棱上和体心,C项错误;铝、氧化镁晶胞都是立方晶胞,1个铝晶胞含4个铝原子,1个氧化镁晶胞含4个“MgO”,根据密度公式计算,这两种晶体密度分别为ρ(Al)= g·cm-3,ρ(MgO)= g·cm-3,这两种晶体的密度之比为=,D项正确。
3.答案　(1)　ds
(2)N
(3)sp2　2∶3
(4)直线形　非极性
(5)①O　②Ba4Y2Cu6O11　
解析　(1)铜位于元素周期表ds区。(2)观察图示,前者3个N原子与铜形成配位键,后者4个N原子与铜形成配位键。(3)六元碳环中每个碳被3个六元环分摊,每条边被2个六元环分摊。所以,每个六元碳环中含碳原子数为6×=2,共价键数为6×=3,原子数与共价键数之比为2∶3。(5)观察晶胞结构图可知,钡离子和钇离子位于体内,铜离子位于顶角和棱上,氧离子位于棱上和面上。1个晶胞中,N(Y+)=1,N(Ba2+)=2,N(Cu2+)=8×+8×=3,N(O2-)=8×+7×=5.5,化学式为Ba4Y2Cu6O11,该晶体密度为 g·cm-3= g·cm-3。
4.答案　(1)1∶1　4
(2)O
(3)线型　sp2、sp3
(4)低于　乙、丙都是由分子构成的物质,丙的相对分子质量大于乙,丙的范德华力大于乙
(5)①2∶1　②B　③,,　④
解析　(1)基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,2s能级的电子云有1个伸展方向,2p能级的电子云有3个伸展方向。(3)聚乙烯是线型高分子材料。(4)烃类都是由分子构成的物质,根据相对分子质量大小判断烃类的熔、沸点高低。(5)①根据晶胞结构图可得,晶体中与Al原子距离最近的Li原子有6个,与Si距离最近的Si有12个。②晶体中Al原子和Li原子构成类似NaCl晶胞的结构;晶体中Al、Si原子构成四面体形结构,与金刚石的空间结构相同。③根据晶胞结构图可得,图中所指Si原子的坐标为。④该晶胞中,Li原子个数为12×+1=4,Al原子个数为8×+6×=4,Si原子个数为4,原子个数之比为1∶1∶1。根据密度公式计算,ρ g·cm-3==,Vm= cm3·mol-1。

展开更多......

收起↑