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专题跟踪检测（四）
1.（2024·北京房山区一模）氮元素能与金属或者非金属元素形成种类繁多、应用广泛的化合物。
（1）基态N原子的价层电子轨道表示式是。
（2）与碳氢化合物类似，N、H两元素之间也可以形成氮烷、氮烯。
①在最简单的氮烯分子中，N的杂化方式是sp2。
②N2H4具有很强的还原性，是常用的火箭推进剂，它在常温常压下为无色液体。判断N2H4是否溶于水并说明理由　能溶于水，因为N2H4与H2O分子间形成氢键（或N2H4是极性分子，根据相似相溶原理推测N2H4易溶于水）。
（3）配合物[Cu（NH3）4]SO4可用作广谱杀菌剂，其中Cu属于ds区元素，该配合物中的配位原子是N，配位数是4。
（4）C3N4的某种晶体结构中，原子间均以单键结合，其硬度比金刚石大，原因是原子半径：C＞N，键长：C—N＜C—C，键能：C—N＞C—C，所以硬度C3N4更大。
（5）N和Ga形成的化合物是一种重要的半导体材料。其某种晶胞形状为立方体，边长为a nm，结构如图所示。
①距离N最近的Ga有4个。
②已知阿伏加德罗常数的值为NA，氮化镓（GaN）的摩尔质量为M g·mol－1，该晶体的密度表达式为g·cm－3（1 nm＝10－7cm）。
解析：（1）N原子的价层电子排布式是2s22p3，价层电子轨道表示式为。（2）氮原子能形成三个价键，最简单的氮烯即含一个氮氮双键，另一个价键与氢原子结合，则其分子式：N2H2，N为sp2杂化；N2H4分子中含有N—H，和水分子间存在分子间氢键，因此易溶于水；或N2H4是极性分子，水是极性分子，根据相似相溶原理推测N2H4易溶于水。（3）Cu位于元素周期表第四周期第ⅠB族，属于ds区；[Cu（NH3）4]SO4的内界离子是[Cu（NH3）4]2＋，其中心Cu2＋结合的配体是NH3，配位原子为N；Cu2＋的配位数是4。（4）C3N4是由C与N通过共价键结合的共价晶体。原子半径：C＞N，键长：C—N＜C—C，键能：C—N＞C—C，所以硬度C3N4更大。（5）①GaN晶体中1个N原子和周围四个Ga原子形成极性共价键，1个Ga原子和周围四个N原子形成极性共价键，则N原子周围等距且最近的Ga原子有4个；②由题干晶胞示意图可知1个晶胞中N数目为8×＋6×＝4，Ga原子数目为4，化学式为GaN，则晶胞密度ρ＝＝＝ g·cm－3。
2.（2024·石嘴山平罗三模）铜及其化合物在生活、生产中用途广泛。以黄铜矿为原料冶炼铜涉及多个反应，其中一个反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2。回答下列问题：
（1）基态铜原子的价层电子的轨道表示式（电子排布图）为，基态铜原子核外电子的空间运动状态（原子轨道）有15种。
（2）高温下CuO能转化为Cu2O的原因是Cu2＋的价层电子排布式为3d9，较不稳定，Cu＋的价层电子排布式为全充满的3d10，比较稳定，故高温下CuO能转化为Cu2O（从原子结构角度分析）。
（3）SO2、SO3、S、S四种含硫微粒中，中心原子为sp3杂化的是S与S，属于极性分子的是SO2。
（4）Fe2O3、FeO的熔点是下列两个数值中的一个：1 360 ℃、1 565 ℃。Fe2O3、FeO两种氧化物的晶体类型都是离子晶体，1 360 ℃是FeO的熔点。
（5）CuFeS2晶体的晶胞结构如图1所示。晶胞中Fe的投影位置如图2所示。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标，例如图1中原子1（硫原子）的分数坐标为（ ，，），则原子2（铁原子）的分数坐标为（ ，1，）。晶胞参数分别为a pm、a pm、2a pm，CuFeS2晶体的密度为 g·cm－3g·cm－3（列出计算表达式，设阿伏加德罗常数的值为NA）。
解析：（1）①铜原子的价层电子排布式为3d104s1，价层电子的轨道表示式（电子排布图）为；②铜原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，则基态铜原子核外电子的空间运动状态（原子轨道）有15种。（2）Cu2＋的价层电子排布式为3d9，较不稳定，Cu＋的价层电子排布式为全充满的3d10，比较稳定，故高温下CuO能转化为Cu2O。（3）SO2有2个σ键，孤电子对数为1，sp2杂化，SO3有3个σ键，孤电子对数为0，sp2杂化，S有3个σ键，孤电子对数为1，sp3杂化，S有4个σ键，孤电子对数为0，sp3杂化，中心原子为sp3杂化的是S与S；属于极性分子的是SO2。（4）两种物质的熔点都比较高，因此两种氧化物的晶体类型都是离子晶体；由于氧化铁中的铁带三个单位正电荷，而氧化亚铁中的铁带两个单位正电荷，因此氧化铁中离子键强于氧化亚铁中的离子键，因此氧化亚铁的熔点较低；则1 360 ℃是FeO的熔点。（5）根据图1与图2可知，原子2（铁原子）的分数坐标为（ ，1，）；根据晶胞结构图得Fe的数目为8×＋4×＋1＝4个，Cu的数目为6×＋4×＝4个，S的数目为8个，则1个晶胞质量为×184 g，晶胞的体积为2a3×10－30 cm3，该晶体的密度为 g·cm－3。
3.（2024·厦门松柏中学段考）中国科学技术大学吴长征教授团队通过四烷基铵阳离子的插层及随后对合适氧化还原电位的选择，成功剥离制备出二维非范德华AgCrS2纳米片。
（1）47Ag与铜元素同族，其基态原子价层电子轨道表示式为。
（2）N、O、S的第一电离能由小到大的顺序为S＜O＜N，Se的空间结构为三角锥形，H2Te中碲的杂化轨道类型是sp3。
（3）高氧化态Cr的过氧化物大多不稳定，容易分解，但Cr（O2）2[NH（C2H4NH2）2]却是稳定的。
这种配合物仍保持Cr的过氧化物的结构特点，具体如图所示，1 mol该配合物含有7mol配位键；该结构中H—N—H键角大于H2NCH2CH2NH2中的H—N—H键角（填“大于”“小于”或“等于”）。
（4）ZnSe晶胞与ZnS晶胞相似（如图），ZnSe晶胞中部分原子的分数坐标为A点Se2－（0，0，0），从该晶胞中找出距离B点Se2－最远的Zn2＋的位置（ ，，）（用分数坐标表示），晶胞中距离最近的两个Se2－的距离为a nm，请计算ZnSe晶胞的密度为g·cm－3。
解析：（1）银元素的原子序数为47，位于元素周期表第五周期第ⅠB族，基态原子价层电子排布式为4d105s1，轨道表示式为（2）N、O元素属于同一周期，基态N原子2p轨道容纳3个电子，处于半充满状态，比较稳定，N元素的第一电离能大于O元素的第一电离能，O、S属于同一主族，S元素的第一电离能小于O元素的第一电离能，所以第一电离能由小到大的顺序是S＜O＜N；Se中心原子价层电子对数为3＋（6＋2－3×2）＝4，含有1个孤电子对，空间结构为三角锥形，H2Te中碲的价层电子对数为2＋（6－1×2）＝4，杂化轨道类型是sp3。（3）由配合物仍保持铬的过氧化物的结构特点，铬与氧、氮均形成了配位键，由结构简式可知，1 mol该配合物含有7 mol配位键；H2NCH2CH2NH2分子中氮原子具有孤电子对，配合物中氮原子与铬原子形成配位键，孤电子对对成键电子对的排斥力大于成键电子对，所以配合物中H—N—H键角大于H2NCH2CH2NH2分子。（4）由顶角A硒离子的分数坐标为（0，0，0）可知，晶胞的边长为1，与顶角B硒离子距离最远的锌离子是距离A点距离最近的锌离子，该离子位于体对角线的处，在x、y、z轴上的位移均为，则离子的分数坐标为（ ，，）；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶角和面心的硒离子的个数为8×＋6×＝4，位于体内的锌离子的个数为4，晶胞中距离最近的两个硒离子的距离为面对角线的，由两个硒离子的最近距离为a nm可知，晶胞的边长为a nm，设晶体的密度为d g·cm－3，由晶胞的质量公式可得：＝（a×10－7）3d，解得d＝。
4.（2024·潍坊一模）硼族元素可形成许多结构和性质特殊的化合物。回答下列问题：
（1）基态Ga原子价层电子排布式为4s24p1。
（2）常温下，F2与硼单质反应生成BF3，BF3为缺电子结构，通入水中产生三种酸，分别为HBF4、HF和H3BO3（填化学式）。BF3和NF3BF3中F—B—F的键角大小顺序是BF3＞NF3BF3，实验测得BF3中3个B—F键长远比B和F的半径之和小，原因是中心硼原子为sp2杂化，B有一条未杂化的p轨道，此p轨道与三个F原子的p轨道重叠，生成大π键（），从而使B—F键长远比B和F的半径之和小。
（3）一定条件下，NH4F、NaF和Na[Al（OH）4]反应生成NH3、H2O和化合物X。X晶胞及晶胞中某一原子的俯视投影如图所示，晶胞参数为a pm、c pm，α＝β＝γ＝90°。
上述反应的化学方程式为4NH4F＋2NaF＋Na[Al（OH）4]Na3AlF6＋4NH3↑＋4H2O，
X晶体内含有的作用力有ab（填字母）。
a.配位键 b.离子键
c.氢键 d.金属键
（4）阿伏加德罗常数的值为NA。化合物X的密度为g·cm－3（用含a、c的代数式表示）。
解析：（1）Ga为31号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，则基态Ga原子价层电子排布式为4s24p1。（2）BF3为缺电子化合物，通入水中发生水解反应，生成HF、H3BO3，HF可能与BF3作用生成HBF4，则产生的三种酸分别为HBF4、HF和H3BO3。在NF3BF3中，N原子与B原子形成配位键，受成键电子对的影响，F—B—F键角减小，则BF3和NF3BF3相比较，F—B—F的键角大小顺序是BF3＞NF3BF3，实验测得BF3中3个B—F键长远比B和F的半径之和小，则表明B、F原子的电子云重叠程度大，形成了新的化学键即大π键（）。（3）一定条件下，NH4F、NaF和Na[Al（OH）4]反应生成NH3、H2O和化合物X。则X中含有Na、F、Al三种元素，从构成的正八面体可能看出，此离子应为[AlF6]3－，从X晶胞及晶胞中某一原子的俯视投影图可以看出，表示Na＋，在晶胞中含有Na＋的数目为4×＋6×＋2＝6，而含[AlF6]3－的数目为8×＋1＝2，由此得出X的化学式为Na3AlF6，所以上述反应的化学方程式为4NH4F＋2NaF＋Na[Al（OH）4]Na3AlF6＋4NH3↑＋4H2O，X晶体内，Na＋与[AlF6]3－间形成离子键，[AlF6]3－内Al3＋与F－之间形成配位键，则含有的作用力有ab。（4）阿伏加德罗常数的值为NA。化合物X的密度为＝ g·cm－3。
5.（2024·济南质检）研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为[Ni（CN）x（NH3）y]·zC6H6的笼形包合物四方晶胞部分结构如图所示（H原子未画出）。晶胞参数为a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°。
（1）基态Ni2＋的价层电子排布式为3d8。
（2）晶体中有2种化学环境的镍离子；x∶y＝2∶1；当z＝0.5时，1 mol晶胞可以俘获4mol苯分子。
（3）NH3、H2O、C6H6的键角由大到小的顺序为C6H6＞NH3＞H2O（填化学式）；常温常压下BiH3为无色气体，其固体的晶体类型为分子晶体；沸点NH3＞PH3（填“＞”“＜”或“＝”）；BiH3的沸点高于NH3，原因是BiH3的相对分子质量大，使范德华力对沸点的影响超过NH3分子间氢键。
（4）吡咯（）替代苯也可形成类似的笼形包合物。吡咯分子所有原子处于同一平面，则吡咯中N原子的价层孤电子对占据B（填字母）。
A.2s轨道 B.2p轨道
C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
吡咯与NH3相比，结合质子的能力较弱（填“强”或“弱”）。
解析：（1）基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2，则基态Ni2＋的价层电子排布式为3d8。（2）图示结构中8个顶角处为镍离子，部分Ni2＋连接NH3，部分未连NH3，共有2种化学环境的Ni2＋。CN－位于棱上，个数为8×＝2，NH3位于棱上，个数为4×＝1，故x∶y＝2∶1。图示结构为晶胞的，该结构中含有1个Ni2＋，则1 mol晶胞含有8 mol Ni2＋，结合晶体化学式及z＝0.5知，1 mol晶胞可以俘获4 mol苯分子。（3）NH3、H2O中N、O均为sp3杂化，N有1个孤电子对，O有2个孤电子对，根据孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对与成键电子对的斥力，知H2O中键角＜NH3中键角＜109°28'，而C6H6中C为sp2杂化，无孤电子对，键角为120°，故键角由大到小的顺序为C6H6＞NH3＞H2O。常温常压下BiH3为无色气体，说明晶体内作用力比较微弱，则其固体的晶体类型为分子晶体。NH3分子间存在氢键，而PH3分子间为范德华力，故沸点：NH3＞PH3。BiH3的相对分子质量大，分子间为范德华力，其沸点高于NH3，说明范德华力对沸点的影响超过了NH3分子间氢键对沸点的影响。（4）吡咯分子所有原子处于同一平面，则吡咯分子中存在大π键，N原子为sp2杂化，故吡咯中N原子的价层孤电子对占据未参与杂化的2p轨道。吡咯中孤电子对参与形成大π键，不容易给出孤电子对，因此结合质子的能力较NH3弱。
6.（2024·安康联考）近年来，我国半导体材料市场发展迅速，其中以氮化镓、碳化硅、氧化锌、金刚石等为主的材料备受关注。回答下列问题：
（1）基态Ga原子的价层电子轨道表示式为，基态N原子核外电子有5种空间运动状态。Zn在元素周期表中位于ds区。
（2）C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C。N的空间结构为V形。
（3）SiC的立方晶胞结构如图1所示，已知1号C原子的坐标参数为（ ，，），晶胞参数为a pm。则晶胞中2号C原子的坐标参数为（ ，，），C和Si原子的最短距离为a pm。
（4）GaN是拥有稳定六边形晶体结构的宽禁带半导体材料，其晶胞结构如图2所示。已知：六棱柱底边边长为b pm，高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
①GaN晶体中N原子的杂化轨道类型为sp3。
②GaN晶体的密度为g·cm－3（列出计算式，用含b、c、NA的代数式表示）。
解析：（1）Ga是31号元素，价层电子排布式为4s24p1，价层电子轨道表示式为，N是7号元素，其核外电子排布式：1s22s22p3，占有5个轨道，故基态N原子核外电子有5种空间运动状态，Zn位于元素周期表第四周期第ⅡB族，位于ds区。（2）同一周期从左向右元素的第一电离能呈增大趋势，第ⅡA族、第ⅤA族反常，故C、N、O第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C，N中中心原子N的价层电子对数为2＋（5＋1－2×2）＝3，含1个孤电子对，其空间结构为V形。（3）由题干SiC的立方晶胞结构图1可知，根据1号C原子的坐标参数为（ ，，），则晶胞中2号C原子的坐标参数为（ ，，），C和Si原子的最短距离为体对角线的，晶胞参数为a pm，C和Si原子的最短距离为a pm。（4）①由题干晶胞结构可知，晶胞中每个N原子与周围的4个Ga原子形成4个单键，N原子的杂化轨道类型为sp3；②由GaN的六边形结构图知，晶胞中N原子数为1＋4×＋4×＝2，Ga原子数为1＋2×＋2×＝2，晶胞的质量m＝ g，晶胞体积V＝sin 60°×（b×10－10）2c×10－10 cm3＝（b×10－10）2c×10－10 cm3，晶体密度ρ＝＝＝ g·cm－3。
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