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物质结构与性质(限时：45分钟)1(2016全国卷)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、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。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_。GeCl4GeBr4GeI4熔点/49.526146沸点/83.1186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_。(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_。(6)晶胞有两个基本要素：原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为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_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。解析：本题以锗为载体考查物质的结构与性质，意在考查考生的综合分析能力和空间想象能力。(1)在元素周期表中，锗位于硅正下方，锗的原子序数为141832，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或Ar3d104s24p2，由于4p能级有3个能量相同的轨道，根据洪特规则，4p上2个电子分别占据两个轨道且自旋方向相同，故未成对电子数为2。(2)本题从单键、双键、叁键的特点切入，双键、叁键中都含有键，难以形成双键、叁键，实质是难以形成键，因为锗的原子半径较大，形成单键的键长较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小。(3)根据表格数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次增高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，分子间相互作用力强弱与分子量大小有关。(4)锌、锗位于同周期，同一周期从左至右元素的电负性逐渐增大(除稀有气体元素外)，而氧位于元素周期表右上角，电负性仅次于氟，由此得出氧、锗、锌的电负性依次减小。(5)类比金刚石，晶体锗是原子晶体，每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键，故锗原子采用sp3杂化。微粒之间的作用力是共价键。(6)对照晶胞图示，坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置(体对角线处)，由B、C点坐标可以推知D点坐标。类似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，107gcm3。答案：(1)3d104s24p22(2)Ge原子半径大，原子间形成的单键的键长较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强(4)OGeZn(5)sp3共价键(6)(，)1072(2016全国卷)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)6SO4蓝色溶液。Ni(NH3)6SO4中阴离子的立体构型是_。在Ni(NH3)62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_。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：ICu1 958 kJmol1、INi1 753 kJmol1，ICuINi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。Ni(NH3)62为配离子，Ni2与NH3之间为配位键。配体NH3中提供孤电子对的为N。NH3分子间存在氢键，故沸点比PH3高。NH3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，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Ar3d10、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63，Ni原子位于顶点，个数为81，铜原子与镍原子的数量比为31。以该晶胞为研究对象，则gd gcm3(a107cm)3，解得a107。答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s22(2)正四面体配位键N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)311073(2016全国卷)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 gcm3，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。AsCl3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(1030r1030r)cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即()g，所以1个晶胞的体积V2(MAsMGa)cm3。最后V1/V2即得结果。答案：(1)Ar3d104s24p3(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(2015课标全国卷)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)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)CS2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，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spCO2、SCN(或COS等) (4)分子(5)321245(2015课标全国卷)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2和B具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题：(1)四种元素中电负性最大的是_(填元素符号)，其中C原子的核外电子排布式为_。(2)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是_(填分子式)，原因是_；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为_和_。(3)C和D反应可生成组成比为13的化合物E，E的立体构型为_，中心原子的杂化轨道类型为_。(4)化合物D2A的立体构型为_，中心原子的价层电子对数为_，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为_。(5)A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a0.566 nm，F的化学式为_；晶胞中A原子的配位数为_；列式计算晶体F的密度(gcm3)_。解析：本题考查物质结构与性质，意在考查考生对原子、分子以及晶体知识的掌握程度。C的核外电子总数是最外层电子数的3倍则C可能是Li或P，但是A、B、C、D原子序数依次增大，所以C应为P，D的最外层只有一个未成对电子，所以D为Cl。A2和B的电子层结构相同，则A为O，B为Na。(1)电负性最大，也即非金属性最强的为O。P为15号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(2)氧的两种同素异形体分别为O2和O3，均为分子晶体，分子晶体中相对分子质量越高，沸点越高。H2O为分子晶体，NaH为离子晶体。(3)PCl3中P有一对孤对电子，价层电子对数为134，所以P为sp3杂化，PCl3的空间构型为三角锥形。(4)Cl2O中O有两对孤对电子，价层电子对数为224，所以O为sp3杂化，Cl2O的空间构型为V形。Cl2O中Cl为1价，Cl2发生歧化反应生成Cl2O和NaCl。(5)由晶胞图知，小黑球有8个，大黑球有81/861/24，所以化学式为Na2O。小黑球为Na，大黑球为O。A为O，由晶胞结构知，面心上的1个O连有4个钠，在相邻的另一个晶胞中，O也连有4个钠，故O的配位数为8。1个晶胞中含有4个Na2O，根据密度公式有：2.27(gcm3)。答案：(1)O1s22s22p63s23p3(或Ne3s23p3)(2)O3O3相对分子质量较大，范德华力大分子晶体离子晶体(3)三角锥形sp3(4)V形42Cl22Na2CO3H2O=Cl2O2NaHCO32NaCl(或2Cl2Na2CO3=Cl2OCO22NaCl)(5)Na2O82.27 gcm36填写下列空白。(1)(2014新课标卷，节选)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：b、c、d中第一电离能最大的是_(填元素符号)，e的价层电子轨道示意图为_。(2)现有部分前36号元素的性质或原子结构如下表。元素编号元素性质或原子结构R基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子S单质能与水剧烈反应，所得溶液呈弱酸性T基态原子3d轨道上有1个电子XR元素的第一电离能大于其同周期相邻元素的第一电离能，原因是_。S元素的常见化合价为_，原因是_。T元素的原子N能层上电子数为_。X的核外电子排布图违背了_。用X单质、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。解析：(1)根据题意知，周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，则a为氢元素；b的价电子层中的未成对电子有3个，则b为氮元素；c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，则c为氧元素；d与c同主族，则d为硫元素；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，则e为铜元素。同周期由左向右第一电离能呈递增趋势，但当元素原子的轨道呈全满、全空、半充满状态时，较稳定；同主族由上到下第一电离能逐渐减小，氮原子2p轨道为半充满状态，较稳定，则N、O、S中第一电离能最大的是N；e为铜元素，价层电子轨道示意图为。(2)R元素基态原子的电子排布式可表示为 ，可知R为氮，氮原子2p轨道半充满，能量低，稳定，所以其第一电离能较大。由题目所给信息可知S为氟元素，氟的电负性最强，只能得电子，无正价，其常见化合价为1价。由构造原理可知T的基态原子核外电子排布规律为1s22s22p63s23p64s23d1，根据能量最低原理，先排4s轨道再排3d轨道，则N能层只有2个电子。X元素的核外电子排布先应排能量低的3s轨道。发射光谱是电子从较高能量的激发态跃迁至较低能量的激发态或基态时释放能量产生的。答案：(1)N (2)N原子2p轨道半充满，能量低，稳定1F的电负性最强，只能得1个电子2能量最低原理电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光(子)的形式释放能量7已知X、Y、Z、W、K五种元素均位于元素周期表的前四周期，且原子序数依次增大。元素X是周期表中原子半径最小的元素；Y的基态原子中电子占据了三种能量不同的原子轨道，且这三种轨道中的电子数相同；W位于第二周期，其原子核外成对电子数是未成对电子数的3倍；K位于ds区且原子的最外层电子数与X的相同。请回答下列问题(答题时，X、Y、Z、W、K用所对应的元素符号表示)：(1)Y、Z、W元素的第一电离能由大到小的顺序是_。(2)K的电子排布式是_。(3)Y、Z元素的某些氢化物的分子中均含有18个电子，则Y的这种氢化物的化学式是_；Y、Z的这些氢化物的沸点相差较大的主要原因是_。(4)若X、Y、W形成的某化合物(相对分子质量为46)呈酸性，则该化合物分子中Y原子轨道的杂化类型是_；1 mol该分子中含有键的数目是_。(5)Z、K两元素形成的某化合物的晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式是_，Z原子的配位数是_。解析：X、Y、Z、W、K分别为H、C、N、O、Cu。(1)同周期元素的第一电离能从左到右有增大的趋势，但第A族和第A族最外层电子为全满和半满的相对稳定结构，能量低，第一电离能大于相邻元素，故为NOC。(3)碳的18电子的氢化物在有机物中寻找，故为C2H6；含有N、O、F三种元素的氢化物中含有氢键，氢键的存在显著影响物质的物理性质如熔点、沸点、溶解性等。(4)该化合物为甲酸HCOOH，碳原子的价电子对数为3，为sp2杂化；甲酸结构式为,1 mol该分子中含有4 mol 键。(5)晶胞中黑球在棱上，123，白球在顶点，81，所以化学式为Cu3N；白球为氮原子，配位数是6个。答案：(1)NOC(2)1s22s22p63s23p63d104s1(或Ar3d104s1)(3)C2H6氮的氢化物(N2H4)分子间存在氢键(4)sp24NA(5)Cu3N 6
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