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2018年全国卷高考化学复习专题突破《物质结构与性质》(原卷)
[题型分析]物质结构与性质的综合型题是近几年全国卷的选考题之一,一般为第37题,分值为15分.该题主要考查:(1)原子结构与性质:基态原子核外电子排布、第一电离能和电负性递变规律等;(2)分子结构与性质:共价键类型的判断、原子轨道杂化类型、分子构型判断等;(3)晶体结构与性质:晶体类型的判断、晶体熔沸点高低的比较、氢键对溶解性的影响、晶体密度和晶体参数的计算、晶体空间利用率的计算等.
一、原子结构与性质
1.基态原子的核外电子排布
(1)排布规律
能量最低原理 原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道
泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反的电子
洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同
特别提醒:能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低.如24Cr的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2.21教育网
(2)四种表示方法
表示方法 举例
电子排布式 Cr:1s22s22p63s23p63d54s1
简化表示式 Cu:[Ar]3d104s1
价电子排布式 Fe:3d64s2
电子排布图(或轨道表示式)
2.元素第一电离能和电负性的变化规律
同周期(从左到右) 同主族(自上而下)
第一电离能 增大趋势(注意ⅡA、ⅤA的特殊性) 依次减小
电负性 依次增大 依次减小
特别提醒:同周期元素,ⅡA族(np0)和ⅤA族(ns2np3),因p轨道处于全空或半满状态,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期右侧相邻的ⅢA族、ⅥA族元素,如第一电离能Mg>Al,P>S.
二、分子结构与性质
1.共价键的分类
分类依据 类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 σ键 “头碰头”重叠
π键 “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
【特别提醒】　
①单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键.
②配位键为一种特殊的共价键,共用电子由成键原子单方面提供.
③s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键.
2.价层电子对互斥理论的两大应用
应用Ⅰ:判断分子空间构型
(1)判断思路:价层电子对数目→价层电子对空间构型分子的空间构型
(2)各种电子对的计算方法及其关系
价层电子对数＝中心原子形成σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数
①中心原子形成σ键电子对数＝与中心原子结合的原子数目
②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
其中a为中心原子价电子数(若为离子,则加上阴离子所带的负电荷数或减去阳离子所带的正电荷数),x为与中心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数.
(3)常见的分子空间构型与价层电子对空间构型的关系
价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对空间构型 分子空间构型 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SnBr2
4 4 0 正四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
应用Ⅱ:判断杂化轨道类型
(1)判断思路:价层电子对数目→杂化轨道数目→杂化类型
(2)相互关系:
价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型
2 2 sp
3 3 sp2
4 4 sp3
3.分子构型与分子极性的关系
三、晶体结构与性质
1.晶体类型的判断
(1)据各类晶体的概念判断,即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断.如由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体.21世纪教育网版权所有
(2)据各类晶体的特征性质判断,如低熔、沸点的晶体属于分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的晶体属于原子晶体;能导电、传热、具有延展性的晶体属于金属晶体.21·cn·jy·com
2.立方体(长方体)晶胞组成的计算方法
3.晶胞各物理量的计算
对于立方晶胞,可简化成下面的公式进行各物理量的计算:a3×ρ×NA＝n×M,a表示晶胞的棱长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的值,n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量,M表示晶体的摩尔质量.www.21-cn-jy.com
注意:
(1)在书写基态原子核外电子排布时,区别电子排布式、价层电子排布式(或外围电子排布式)和电子排布图.【来源：21·世纪·教育·网】
(2)在计算晶体密度时,要注意单位换算.例如,1 m＝100 cm＝1×109 nm＝1×1012 pm.
(3)配位键属于共价键.
(4)分析物质性质时,容易混淆物质挥发性和稳定性,前者与分子间作用力有关,后者与分子中化学键强弱有关.氢键包括分子间氢键和分子内氢键.【来源：21cnj*y.co*m】
真题练习
1.锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛.回答下列问题:
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________________,有________个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键.从原子结构角度分析,原因是_______________________________.
(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因___________________.
GeCl4 GeBr4 GeI4
熔点/℃ －49.5 26 146
沸点/℃ 83.1 186 约400
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂.Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________.【出处：21教育名师】
(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为________,微粒之间存在的作用力是____________.21cnjy.com
(6)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置.下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(，0，);C为(，，0).则D原子的坐标参数为________.
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm,其密度为________g·cm－3(列出计算式即可).21·世纪*教育网
2.东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:【版权所有：21教育】
(1)镍元素基态原子的电子排布式为____________________,3d能级上的未成对电子数为________.21教育名师原创作品
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液.
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是________.
②在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________,提供孤电子对的成键原子是________.21*cnjy*com
③氨的沸点________(填高于或低于)膦(PH3),原因是______________;氨是________分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为________.
(3)单质铜及镍都是由________键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1,ICu>INi的原因是_____________.
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________.
②若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝______________ nm.
3.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 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是
______________________________________________________________.
(5)GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm－3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_____,Ga与As以_____键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,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________________.
4.A、B、C、D为前四周期元素且原子序数依次增大.BA3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,A、B、C原子的电子数之和等于25,DC晶体中D＋的3d能级上已充满电子.
请回答下列问题:
(1)这四种元素中,第一电离能最大的是________(填元素符号);D的基态原子的核外电子排布式为__________.
(2)在BA3、AC中,沸点较高的是____________(填化学式),原因是______________.DA的晶体类型是________.
(3)BA4C晶体中含有离子键、极性键和________,在该晶体中B原子价层电子对数为________(填数字).
(4)化合物BC3的立体构型为________________,中心原子的轨道杂化类型为________.BC3溶于水,其水溶液具有漂白性。工业上,以石墨为电极,电解BA4C和AC溶液可以制得BC3,写出该电池总反应的化学方程式:_________________________________________.
(5)B、D形成晶体的晶胞如图所示(灰球表示D元素原子).
已知紧邻的白球与灰球之间的距离为a cm
①该晶胞的化学式为______________________________________________.
②B元素原子的配位数为________.
③该晶胞的密度为________g·cm－3.(NA代表阿伏加德罗常数的值)
5.现有前四周期元素A、B、C、D、E,原子序数依次增大.A的基态原子核外电子占据3个能级,最外层电子数是电子层数的2倍。基态B原子与A同周期,p能级达到半充满,C原子电子层数与最外层电子数相等,B和E同主族,基态D原子的价层电子排布通式为ns2np1.
请回答下列问题:
(1)基态E原子的价电子排布式为________.
(2)上述5种元素中,电负性最大的元素是________,1 mol AB－中含有π键的数目是________.2-1-c-n-j-y
(3)BO的空间构型为________,写出它的一种等电子体:________.
(白球为B,黑球为D)
(4)B、C可组成一种新型无机非金属材料CB,具有耐高温,耐磨性能。它的晶体类型为________,其晶胞与金刚石晶胞相似,已知晶胞边长为a pm,则该晶胞的密度为________(用含a、NA的代数式表示)g/cm3.www-2-1-cnjy-com
(5)D、B可组成第三代半导体材料,其晶胞如图所示,它的化学式为________.
6.A、B、C、D、E、F均为前四周期元素且原子序数依次增大,A是宇宙中最丰富的元素。B的基态原子中占据哑铃形原子轨道的电子数为1,C原子核外成对电子数比未成对电子数多1,前四周期元素中D的电负性只比氟元素小,E是第三周期中原子半径最小的元素,F位于ds区且原子的最外层电子数与A的相同。请回答下列问题:
(1)F晶体中原子堆积模型为________________,二价F离子的电子排布式为________________.
(2)B、C、D基态原子第一电离能由大到小的顺序为________________.
(3)CE3中C原子的杂化轨道类型为________,C的气态氢化物分子的空间构型为________,将其水溶液滴入F的氢氧化物悬浊液中,反应的离子方程式为________________________.
(4)已知F和E的电负性分别为1.9和3.0，则F与E形成的化合物属于________(填“离子”或“共价”)化合物。
(5)立方BC的结构和硬度都与金刚石相似,晶胞边长为361.5 pm,立方BC的密度是_______(只要求列算式).21*cnjy*com
7.(2016·甘肃第一次诊断)E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素.E、G、M是位于p区的同一周期的元素,M的价层电子排布为nsnnp2n,E与M原子核外的未成对电子数相等;QM2与GM具有相等的价电子总数;T为过渡元素,其原子核外没有未成对电子.请回答下列问题:
(1)T元素原子的价电子排布式是__________________________________.
(2)E、G、M三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示),其原因为____________.2·1·c·n·j·y
(3)E、G、M的最简单氢化物中,键角由大到小的顺序为________________(用分子式表示)，其中G的最简单氢化物的分子立体构型名称为________,M的最简单氢化物的分子中中心原子的杂化类型为________.M和Q的最简单氢化物的沸点大小顺序为________________(写化学式).
(4)EM、GM＋、G2互为等电子体,EM的结构式为(若有配位键,请用“→”表示)________.E、M电负性相差1.0,由此可以判断EM应该为极性较强的分子,但实际上EM分子的极性极弱,请解释其原因:__________.
(5)TQ在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛.立方TQ晶体结构如图所示,该晶体的密度为ρ g·cm－3.如果TQ的摩尔质量为M g·mol－1,阿伏加德罗常数为NA mol－1,则a、b之间的距离为________cm.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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2018年全国卷高考化学复习专题突破《物质结构与性质》(解析卷)
[题型分析]物质结构与性质的综合型题是近几年全国卷的选考题之一,一般为第37题,分值为15分.该题主要考查:(1)原子结构与性质:基态原子核外电子排布、第一电离能和电负性递变规律等;(2)分子结构与性质:共价键类型的判断、原子轨道杂化类型、分子构型判断等;(3)晶体结构与性质:晶体类型的判断、晶体熔沸点高低的比较、氢键对溶解性的影响、晶体密度和晶体参数的计算、晶体空间利用率的计算等.21教育网
一、原子结构与性质
1.基态原子的核外电子排布
(1)排布规律
能量最低原理 原子核外电子总是先占有能量最低的原子轨道
泡利不相容原理 每个原子轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反的电子
洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同
特别提醒:能量相同的原子轨道在全满(p6、d10、f14)、半满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时,体系的能量最低.如24Cr的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,而不是1s22s22p63s23p63d44s2.21·cn·jy·com
(2)四种表示方法
表示方法 举例
电子排布式 Cr:1s22s22p63s23p63d54s1
简化表示式 Cu:[Ar]3d104s1
价电子排布式 Fe:3d64s2
电子排布图(或轨道表示式)
2.元素第一电离能和电负性的变化规律
同周期(从左到右) 同主族(自上而下)
第一电离能 增大趋势(注意ⅡA、ⅤA的特殊性) 依次减小
电负性 依次增大 依次减小
特别提醒:同周期元素,ⅡA族(np0)和ⅤA族(ns2np3),因p轨道处于全空或半满状态,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期右侧相邻的ⅢA族、ⅥA族元素,如第一电离能Mg>Al,P>S.
二、分子结构与性质
1.共价键的分类
分类依据 类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 σ键 “头碰头”重叠
π键 “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
【特别提醒】　
①单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键.
②配位键为一种特殊的共价键,共用电子由成键原子单方面提供.
③s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键.
2.价层电子对互斥理论的两大应用
应用Ⅰ:判断分子空间构型
(1)判断思路:价层电子对数目→价层电子对空间构型分子的空间构型
(2)各种电子对的计算方法及其关系
价层电子对数＝中心原子形成σ键电子对数＋中心原子上的孤电子对数
①中心原子形成σ键电子对数＝与中心原子结合的原子数目
②中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)
其中a为中心原子价电子数(若为离子,则加上阴离子所带的负电荷数或减去阳离子所带的正电荷数),x为与中心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数.
(3)常见的分子空间构型与价层电子对空间构型的关系
价层电子对数 σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对空间构型 分子空间构型 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SnBr2
4 4 0 正四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
应用Ⅱ:判断杂化轨道类型
(1)判断思路:价层电子对数目→杂化轨道数目→杂化类型
(2)相互关系:
价层电子对数 杂化轨道数 杂化类型
2 2 sp
3 3 sp2
4 4 sp3
3.分子构型与分子极性的关系
三、晶体结构与性质
1.晶体类型的判断
(1)据各类晶体的概念判断,即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断.如由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体.21世纪教育网版权所有
(2)据各类晶体的特征性质判断,如低熔、沸点的晶体属于分子晶体;熔、沸点较高,且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体;熔、沸点很高,不导电,不溶于一般溶剂的晶体属于原子晶体;能导电、传热、具有延展性的晶体属于金属晶体.21cnjy.com
2.立方体(长方体)晶胞组成的计算方法
3.晶胞各物理量的计算
对于立方晶胞,可简化成下面的公式进行各物理量的计算:a3×ρ×NA＝n×M,a表示晶胞的棱长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数的值,n表示1 mol晶胞中所含晶体的物质的量,M表示晶体的摩尔质量.2·1·c·n·j·y
注意:
(1)在书写基态原子核外电子排布时,区别电子排布式、价层电子排布式(或外围电子排布式)和电子排布图.【来源：21·世纪·教育·网】
(2)在计算晶体密度时,要注意单位换算.例如,1 m＝100 cm＝1×109 nm＝1×1012 pm.
(3)配位键属于共价键.
(4)分析物质性质时,容易混淆物质挥发性和稳定性,前者与分子间作用力有关,后者与分子中化学键强弱有关.氢键包括分子间氢键和分子内氢键.2-1-c-n-j-y
真题练习
1.锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛.回答下列问题:
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________________,有________个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键.从原子结构角度分析,原因是_______________________________.
(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因___________________.
GeCl4 GeBr4 GeI4
熔点/℃ －49.5 26 146
沸点/℃ 83.1 186 约400
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂.Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________.21*cnjy*com
(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为________,微粒之间存在的作用力是____________.【来源：21cnj*y.co*m】
(6)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置.下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为(，0，);C为(，，0).则D原子的坐标参数为________.
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm,其密度为________g·cm－3(列出计算式即可).【版权所有：21教育】
[解析]　(1)锗元素在周期表的第四周期、第ⅣA族,因此核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2,p轨道上的2个电子是未成对电子.21*cnjy*com
(2)锗虽然与碳为同族元素,但比碳多了两个电子层,因此锗的原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键.
(3)由锗卤化物的熔沸点由Cl到I呈增大的趋势且它们的熔沸点较低,可判断它们均为分子晶体,而相同类型的分子晶体,其熔沸点取决于分子量的大小,因为分子量越大,分子间的作用力就越大,熔沸点就越高.
(4)Zn和Ge为同周期元素,Ge在Zn的右边,因此Ge的电负性比Zn的强;O为活泼的非金属元素,电负性强于Ge和Zn,因此三者电负性由大至小的顺序为O、Ge、Zn.
(5)Ge单晶为金刚石型结构,金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3.微粒之间存在的作用力为共价键.
(6)①根据题给图示可知,D原子的坐标参数为(,,).
②每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8(个),每个晶胞的质量为,晶胞的体积为(565.76×10－10cm)3,所以晶胞的密度为.
[答案]　(1)3d104s24p2　2
(2)Ge原子半径大,原子间形成的σ单键较长,p p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键
(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高.原因是分子结构相似,相对分子量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强
(4)O>Ge>Zn
(5)sp3　共价键
(6)①　②×107
2.东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为____________________,3d能级上的未成对电子数为________.
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液.
①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是________.
②在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________,提供孤电子对的成键原子是________.21·世纪*教育网
③氨的沸点________(填高于或低于)膦(PH3),原因是______________;氨是________分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为________.
(3)单质铜及镍都是由________键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu＝1 958 kJ·mol－1、INi＝1 753 kJ·mol－1,ICu>INi的原因是_____________.
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________.
②若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝______________ nm.
[解析]　(1)Ni是28号元素,根据核外电子的排布规律可知,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2.根据洪特规则可知,Ni原子3d能级上8个电子尽可能分占5个不同的轨道,其未成对电子数为2.
(2)①SO中,S原子的价层电子对数为＝4,成键电子对数为4,故SO的立体构型为正四面体。
②[Ni(NH3)6]2＋中,由于Ni2＋具有空轨道,而NH3中N原子含有孤电子对,两者可通过配位键形成配离子.www.21-cn-jy.com
③由于NH3分子间可形成氢键,故NH3的沸点高于PH3.NH3分子中,N原子形成3个σ键,且有1个孤电子对,N原子的轨道杂化类型为sp3,立体构型为三角锥形.由于空间结构不对称,NH3属于极性分子.
(3)Cu、Ni均属于金属晶体,它们均通过金属键形成晶体.因Cu元素基态原子的价层电子排布式为3d104s1,3d能级全充满,较稳定,失去第2个电子较难,因此ICu>INi.
(4)①由晶胞结构图可知,Ni原子处于立方晶胞的顶点,Cu原子处于立方晶胞的面心,根据均摊法,每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×＝3,含有Ni原子的个数为8×＝1,故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1.21教育名师原创作品
②根据m＝ρV可得,1 mol晶胞的质量为(64×3＋59)g＝a3×d g·cm－3×NA,则a＝cm＝×107 nm.
[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2 (2)①正四面体　②配位键　N　③高于　NH3分子间可形成氢键　极性　sp3　(3)金属　铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子　(4)①3∶1 ②×107
3.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 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是
______________________________________________________________.
(5)GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm－3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为_____,Ga与As以_____键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,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]　(1)As元素在周期表中处于第ⅤA族,位于P元素的下一周期,则基态As原子核外有33个电子,根据核外电子排布规律写出其核外电子排布式:1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3.(2)同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小,Ga与As在周期表中同位于第四周期,Ga位于第ⅢA族,则原子半径:Ga>As.Ga、As原子的价电子排布式分别为4s24p1、4s24p3,其中As原子的4p轨道处于半充满的稳定状态,其第一电离能较大,则第一电离能:Ga(4)GaF3的熔点高于1 000 ℃,GaCl3的熔点为77.9 ℃,其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体,而离子晶体的熔点高于分子晶体.(5)GaAs的熔点为1 238 ℃,其熔点较高,据此推知GaAs为原子晶体,Ga与As原子之间以共价键键合.分析GaAs的晶胞结构,4个Ga原子处于晶胞体内,8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心,结合“均摊法”计算可知,每个晶胞中含有4个Ga原子,含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个),Ga和As的原子半径分别为rGa pm＝rGa×10－10 cm，rAs pm＝rAs×10－10 cm,则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×10－10 cm)3＋(rAs×10－10 cm)3]＝×10－30(r＋r)cm3.又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1,晶胞的密度为ρ g·cm－3,则晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNA cm3,故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%＝×100%.
[答案]　(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3　(2)大于　小于　(3)三角锥形　sp3　(4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体　(5)原子晶体　共价
×100%
4.A、B、C、D为前四周期元素且原子序数依次增大.BA3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,A、B、C原子的电子数之和等于25,DC晶体中D＋的3d能级上已充满电子.
请回答下列问题:
(1)这四种元素中,第一电离能最大的是________(填元素符号);D的基态原子的核外电子排布式为__________.
(2)在BA3、AC中,沸点较高的是____________(填化学式),原因是______________.DA的晶体类型是________.
(3)BA4C晶体中含有离子键、极性键和________,在该晶体中B原子价层电子对数为________(填数字).
(4)化合物BC3的立体构型为________________,中心原子的轨道杂化类型为________.BC3溶于水,其水溶液具有漂白性。工业上,以石墨为电极,电解BA4C和AC溶液可以制得BC3,写出该电池总反应的化学方程式:
______________________________________________________________.
(5)B、D形成晶体的晶胞如图所示(灰球表示D元素原子).
已知紧邻的白球与灰球之间的距离为a cm
①该晶胞的化学式为______________________________________________.
②B元素原子的配位数为________.
③该晶胞的密度为________g·cm－3.(NA代表阿伏加德罗常数的值)
[解析]　BA3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,说明B为N，A为H。C元素原子的电子数为25－1－7＝17,C的原子序数为17,故C为Cl;又因为DC晶体中D＋的3d能级上已充满电子,说明D的原子序数为29,故D为Cu.
(1)四种元素中,第一电离能最大的是N,不是Cl,因为基态氮原子的2p能级上达到半充满结构,N的第一电离能大于O的,而Cl的第一电离能小于O的,故N的第一电离能大于Cl的.
(2)NH3分子间存在氢键,故NH3的沸点高于HCl的.氢化亚铜晶体属于离子晶体.
(3)NH4Cl晶体中存在离子键、极性键和配位键,氮原子的价层电子对数为＝4.
(4)NCl3的中心原子是N原子,其中N的价层电子对数为4,成键电子对数为3,孤电子对数为1,故NCl3的立体构型为三角锥形,中心原子的杂化轨道类型为sp3.电解氯化铵溶液和盐酸可生成三氯化氮和氢气.
(5)①观察晶胞图示知,12个铜原子位于棱上、8个氮原子位于顶点,1个晶胞中含氮原子个数为8×＝1;含铜原子个数为12×＝3,故氮化铜的化学式为Cu3N.【出处：21教育名师】
②顶点上1个氮原子周围紧密相邻的铜原子有3个,设想由8个立方体构成大立方体,可知氮原子上下、前后、左右共有6个铜原子紧密相邻,即氮的配位数为6。
③ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3.
[答案]　(1)N　1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1　(2)NH3　分子间存在氢键　离子晶体　(3)配位键　4
(4)三角锥形　sp3　NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑
(5)①Cu3N　②6　③
5.现有前四周期元素A、B、C、D、E,原子序数依次增大.A的基态原子核外电子占据3个能级,最外层电子数是电子层数的2倍。基态B原子与A同周期,p能级达到半充满,C原子电子层数与最外层电子数相等,B和E同主族,基态D原子的价层电子排布通式为ns2np1.
请回答下列问题:
(1)基态E原子的价电子排布式为________.
(2)上述5种元素中,电负性最大的元素是________,1 mol AB－中含有π键的数目是________.
(3)BO的空间构型为________,写出它的一种等电子体:________.
(白球为B,黑球为D)
(4)B、C可组成一种新型无机非金属材料CB,具有耐高温,耐磨性能。它的晶体类型为________,其晶胞与金刚石晶胞相似,已知晶胞边长为a pm,则该晶胞的密度为________(用含a、NA的代数式表示)g/cm3.
(5)D、B可组成第三代半导体材料,其晶胞如图所示,它的化学式为________.
[解析]　根据提供信息,可以推断A为C，B为N，C为Al,D为Ga,E为As.(1)基态As原子的价电子排布式为4s24p3.(2)根据电负性大的元素位于元素周期表右上方,则5种元素中,电负性最大的为N,CN－的电子式为[：C N：]－,C和N之间为三键,而1个三键中含有1个σ键,2个π键,则1 mol CN－含有2 mol π键.(3)NO中N无孤电子对,空间构型为平面三角形;NO与CO互为等电子体.
(4)AlN具有耐高温、耐磨性能,则为原子晶体,AlN晶胞与金刚石晶胞相似,则一个AlN晶胞中含4个Al、4个N,故晶胞的密度为＝ g·cm－3.(5)N的个数为6×＋4＝6,Ga的个数为12×＋2×＋3＝6，故该晶体的化学式为GaN.
[答案]　(1)4s24p3
(2)N　2NA
(3)平面三角形　CO
(4)原子晶体　
(5)GaN
6.A、B、C、D、E、F均为前四周期元素且原子序数依次增大,A是宇宙中最丰富的元素。B的基态原子中占据哑铃形原子轨道的电子数为1,C原子核外成对电子数比未成对电子数多1,前四周期元素中D的电负性只比氟元素小,E是第三周期中原子半径最小的元素,F位于ds区且原子的最外层电子数与A的相同。请回答下列问题:www-2-1-cnjy-com
(1)F晶体中原子堆积模型为________________,二价F离子的电子排布式为________________.
(2)B、C、D基态原子第一电离能由大到小的顺序为________________.
(3)CE3中C原子的杂化轨道类型为________,C的气态氢化物分子的空间构型为________,将其水溶液滴入F的氢氧化物悬浊液中,反应的离子方程式为________________________.
(4)已知F和E的电负性分别为1.9和3.0，则F与E形成的化合物属于________(填“离子”或“共价”)化合物。
(5)立方BC的结构和硬度都与金刚石相似,晶胞边长为361.5 pm,立方BC的密度是_______(只要求列算式).
[解析]　根据题给信息推断A、B、C、D、E、F依次为H、B、N、O、Cl、Cu.(1)金属铜、银、金均为面心立方最密堆积;铜原子失去最外层的一个电子和次外层的一个电子,得到铜离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9.(2)因N原子的2p轨道处于半充满状态,相对较稳定,第一电离能大于后面的O,所以B、N、O第一电离能由大到小的顺序为N>O>B.(3)NCl3的中心原子N的价层电子对数为4,为sp3杂化;NH3空间构型为三角锥形；NH3和氢氧化铜悬浊液反应的离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－.(4)二者电负性之差为3.0－1.9＝1.10<1.7,属于共价化合物.(5)BN结构与金刚石相似,晶胞中含有8个原子,即4个B原子,4个N原子,则晶胞中含有4个BN.晶胞质量为,则密度为.
[答案]　(1)面心立方最密堆积　1s22s22p63s23p63d9
(2)N>O>B
(3)sp3杂化　三角锥形　4NH3＋Cu(OH)2===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
(4)共价
(5)
7.(2016·甘肃第一次诊断)E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素.E、G、M是位于p区的同一周期的元素,M的价层电子排布为nsnnp2n,E与M原子核外的未成对电子数相等;QM2与GM具有相等的价电子总数;T为过渡元素,其原子核外没有未成对电子.请回答下列问题:
(1)T元素原子的价电子排布式是__________________________________.
(2)E、G、M三种元素的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示),其原因为____________.
(3)E、G、M的最简单氢化物中,键角由大到小的顺序为________________(用分子式表示)，其中G的最简单氢化物的分子立体构型名称为________,M的最简单氢化物的分子中中心原子的杂化类型为________.M和Q的最简单氢化物的沸点大小顺序为________________(写化学式).
(4)EM、GM＋、G2互为等电子体,EM的结构式为(若有配位键,请用“→”表示)________.E、M电负性相差1.0,由此可以判断EM应该为极性较强的分子,但实际上EM分子的极性极弱,请解释其原因:__________.
(5)TQ在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛.立方TQ晶体结构如图所示,该晶体的密度为ρ g·cm－3.如果TQ的摩尔质量为M g·mol－1,阿伏加德罗常数为NA mol－1,则a、b之间的距离为________cm.
[解析]　E为C元素,G为N元素,M为O元素,Q为S元素,T为Zn元素.(1)锌为30号元素,基态锌原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2,价电子排布式为3d104s2.(3)甲烷为正四面体形,氨气为三角锥形,水为V形,水分子中氧原子采取sp3杂化;由于H2O、H2S都为分子晶体,沸点与相对分子质量有关,相对分子质量越大,沸点越高,但是由于水分子间存在氢键,所以H2O的沸点高于H2S.(5)该晶胞中共含有4个ZnS,所以其晶胞的边长为 cm,Zn2＋与S2－的距离为晶胞边长的.
[答案]　(1)3d104s2
(2)N>O>C　同周期从左至右随原子序数递增,元素第一电离能依次增大,但N原子的价电子排布为2s22p3,属于半充满状态,较稳定,导致氮元素第一电离能大于氧元素
(3)CH4>NH3>H2O　三角锥形　sp3　H2O>H2S
(4)CO　从电负性分析,CO中的共用电子对偏向氧原子,但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的,抵消了共用电子对偏向O而产生的极性
(5)
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