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专题能力提升练 十八物质结构与性质(建议用时:20分钟)1.(2016漳州二模)已知A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,C、D同主族。E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满。根据以上信息填空:(1)基态D原子中,电子占据的最高能层符号是_,该能层具有的原子轨道数为_。(2)E2+的价层电子排布图是_,F原子的核外电子排布式是_。(3)A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为_,B元素的气态氢化物的分子模型为_。(4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB-互为等电子体,它们结构相似,DAB-的电子式为_。(5)某种化合物由D、E、F三种元素组成,其晶胞如图所示,则其化学式为_,该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度:d=_gcm-3。【解析】A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,则A原子核外电子排布式为1s22s22p2,C原子核外电子排布式为1s22s22p4,故A为碳元素、C为氧元素;B原子序数介于C、O之间,则B为氮元素;C、D同主族,则D为硫元素;E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,则E为Fe;F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满,F原子核外电子数=2+8+18+1=29,则F为铜元素。(1)基态硫原子中电子占据的最高能层为第3能层,符号为M,该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道,共有9个原子轨道。(2)Fe2+的价层电子排布式为3d6,其价层电子排布图是,F为铜元素,原子核外有29个电子,原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s1。(3)碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H2CO3,分子结构式为,中心碳原子成3个键、没有孤电子对,碳原子采取sp2杂化方式;B的气态氢化物为NH3,为三角锥形结构。(4)化合物CO2、N2O和阴离子SCN-互为等电子体,它们结构相似,SCN-中碳原子与硫、氮原子之间分别形成2对共用电子对,SCN-的电子式为(5)晶胞中D(S)原子位于晶胞内部,原子数目为8个,E(Fe)原子6个位于面上、4个位于棱上,E(Fe)原子数目=6+4=4,F(Cu)原子4个位于面上、1个位于内部、8个位于顶点上,原子数目=4+1+8=4,晶体中铜、铁、硫原子数目之比=448=112,故该晶体化学式为CuFeS2;晶胞质量=4,晶胞体积=(52410-10cm)2(1 03010-10)cm,该晶体的密度d=4(52410-10cm)2(1 03010-10)cm=4.32 gcm-3。答案:(1)M9(2)1s22s22p63s23p63d104s1(3)sp2三角锥形(4) (5)CuFeS24(52410-10cm)2(1 03010-10)cm=4.322.(2016潍坊一模)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关。回答下列问题:(1)基态氮原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是_。前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多的元素的价层电子排布式为_。(2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是_。(3)N2F2分子中氮原子的杂化方式是_,1 mol N2F2含有_mol键。(4)NF3的键角_NH3的键角(填“”或“=”),原因是_。(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_mol配位键。(6)安全气囊的设计原理为6NaN3+Fe2O33Na2O+2Fe+9N2。等电子体的原理是原子总数相同,价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征,具有许多相近的性质。写出两种与互为等电子体的分子或离子_;Na2O的晶胞结构如图所示,晶胞边长为566 pm,晶胞中氧离子的配位数为_,Na2O晶体的密度为_gcm-3(只要求列算式,不必计算出结果)。【解析】(1)2p能级3个电子分别单独优先占据一个轨道,符合洪特规则;前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多,只能处于第4周期,由洪特规则特例可知价层电子排布式为3d54s1。(2)同周期随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,氮元素2p能级为半满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:NOC。(3)N2F2分子结构式为FNNF,分子中氮原子含有1对孤电子对,氮原子的杂化方式是sp2杂化,l mol N2F2含有3 mol键。(4)F电负性比H大,NF3中N周围电子密度小于NH3中N周围电子密度,成键电子对之间的排斥力较小,因而NF3的键角OC(3)sp2杂化3(4)AsSe。(3)气态SeO3分子中中心原子的价层电子对数为=3,无孤电子对,所以分子构型为平面三角形,又因为等电子体要求原子总数相同,价电子总数相同,所以与SeO3互为等电子体的一种离子为C或N。(4)硼酸为一元弱酸,在水溶液里电离出阴阳离子,其电离方程式为H3BO3+H2OB(OH)4-+H+;根据1个硼酸分子能形成3个氢键,1个硼酸分子能形成6个键,则1 mol H3BO3的晶体中氢键物质的量是3 mol,键是6 mol;根据图知,硼酸(H3BO3)中每个硼原子连接3个氧原子且不含孤电子对,据此确定硼原子杂化方式为sp2。(5)该晶胞中Si个数=8+6+4=8,故晶胞质量为g=g,硅晶体的密度为gcm-3,则晶胞棱长=cm,则晶胞体对角线长度为cm,故最近的两个硅原子之间的距离为cm=cm。答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或Ar3d104s24p3)(2)BrAsSe(3)平面三角形C或N(4)H3BO3+H2OB(OH)4-+H+36sp2(5)(建议用时:25分钟)1.硒(Se)是一种有抗癌、抗氧化作用的元素,可以形成多种化合物。(1)基态硒原子的价层电子排布式为_。(2)锗、砷、硒的第一电离能大小排序为_。H2SeO4的酸性比H2SeO3的强,其原因是_。(3)H2SeO3的中心原子杂化类型是_;Se的立体构型是_。与Se互为等电子体的分子有(写一种物质的化学式即可)_ _。(4)H2Se属于_(填“极性”或“非极性”)分子;单质硒的熔点为217,它属于_晶体。(5)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图所示,该晶胞中硒原子的配位数为_;若该晶胞密度为gcm-3,硒化锌的摩尔质量为Mgmol-1。NA代表阿伏加德罗常数,则晶胞参数a为_pm。【解析】(1)硒的质子数为16+18=34,基态硒原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4,故硒原子价层电子排布式为4s24p4。(2)砷原子的4p轨道达到半充满状态,故砷的第一电离能大于硒。硒酸分子中有2个非羟基氧,亚硒酸分子中有1个非羟基氧,非羟基氧越多,硒元素的价态越高,导致氢氧键上电子向氧原子偏移程度增大,电离氢离子能力增强,故硒酸的酸性比亚硒酸的强。(3)H2SeO3中硒原子价层电子对数为=4,中心原子的杂化类型为sp3杂化。Se的硒原子价层电子对数为4,其中,一个孤电子对、三个成键电子对,立体构型为三角锥形;Se的等电子体有CCl4、SiCl4、SiF4、CBr4等。(4)硒化氢类似水分子,V形结构,它是极性分子。根据硒单质的熔点可判断其为分子晶体。(5)观察图示知,该晶胞中含4个锌离子,4个硒离子,故硒化锌的化学式为ZnSe。硒或锌的配位数为4,由密度公式知,=,单位换算:1 m=100 cm=109nm=1012pm。答案:(1)4s24p4(2)AsSeGeH2SeO4分子中非羟基氧数大于H2SeO3(3)sp3三角锥形CCl4(或SiF4)(4)极性分子(5)410102.已知A、B、C、D、E五种元素是元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。其中A、B、C为同周期的非金属元素,且B、C原子中均有两个未成对电子。D、E为同周期元素且分别位于s区和d区。五种元素所有的s能级电子均为全充满。E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和。回答下列问题:(1)五种元素中,电负性最大的是_(填元素符号)。(2)E常有+2、+3两种价态,画出E2+的价电子排布图_。(3)自然界中,含A的钠盐是一种天然矿藏,其化学式写作Na2A4O710H2O,实际上它的结构单元是由两个H3AO3和两个A(OH)4-缩合而成的双六元环,应该写成Na2A4O5(OH)48H2O,其结构如图1,它的阴离子可形成链状结构。A原子的杂化轨道类型为_。该阴离子由极性键和配位键构成,请在图1中用“”标出其中的配位键。该阴离子通过_相互结合形成链状结构。已知H3AO3为一元弱酸,根据上述信息,用离子方程式解释分析H3AO3为一元酸的原因(用元素符号表示)_。(4)E2+在水溶液中以E(H2O)62+形式存在,向含E2+的溶液中加入氨水,可生成更稳定的E(NH3)62+,其原因是_。E(NH3)62+的立体构型为_。(5)由元素B、D组成的某离子化合物的晶胞结构如图2,写出该物质的电子式_,若晶胞的长、宽、高分别为520 pm、520 pm和690 pm,该晶体密度为_gcm-3(保留到小数点后两位)。【解析】A、B、C、D、E五种元素是元素周期表中前四周期元素,且原子序数依次增大。其中A、B、C为同周期的非金属元素,三元素处于短周期,且B、C原子中均有两个未成对电子,二者外围电子排布分别为ns2np2、ns2np4,结合A为非金属元素,可知A为硼元素、B为碳元素、C为氧元素;D、E为同周期元素且分别位于s区和d区,则二者处于第4周期,五种元素所有的s能级电子均为全充满,则D为Ca;E的d能级电子数等于A、B、C最高能层的p能级电子数之和,则E的d能级电子数为1+2+4=7,即E的外围电子排布为3d74s2,故E为Co。(1)非金属性越强电负性越大,同周期自左而右电负性增大,五种元素中,氧元素电负性最大。(2)E为Co,Co2+的价电子排布图为。(3)A为硼原子,结构中硼原子形成3个单键、4个单键(含有1个配位键),硼原子核外最外层的3个电子全部参与成键,杂化轨道类型为sp2、sp3。形成4个键的硼原子中含有1个配位键,氢氧根离子中氧原子与硼原子之间形成配位键,图1中用“”标出其中的配位键为,该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构。H3AO3为一元弱酸,与OH-形成配位键,电离出A(OH)4-与氢离子,用离子方程式表示为H3BO3+H2OB(OH)4-+H+。(4)Co2+在水溶液中以Co(H2O)62+形式存在,向含Co2+的溶液中加入氨水,可生成更稳定的Co(NH3)62+。其原因是氮元素电负性更小,更易给出孤电子对形成配位键,Co(NH3)62+的立体构型为正八面体。(5)由元素C、Ca组成的某离子化合物为CaC2,该物质的电子式为晶胞中钙离子、数目相等,数目为8+6=4,则晶胞质量为4g,若晶胞的长、宽、高分别为520 pm、520 pm和690 pm,该晶体密度为4g(52010-10cm52010-10cm69010-10cm)=2.28 gcm-3。答案:(1)O(2)(3)sp2、sp3H3BO3+H2OB(OH)4-+H+(4)氮元素电负性更小,更易给出孤电子对形成配位键正八面体3.2015年10月中国药学家屠呦呦因发现青蒿素(一种用于治疗疟疾的药物)而获得诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素(C15H22O5)的结构如图1所示。请回答下列问题:(1)组成青蒿素的三种元素电负性由大到小排序是_,在基态氧原子中,核外存在_对自旋相反的电子。(2)下列关于青蒿素的说法正确的是_(填序号)。a.青蒿素中既存在极性键又存在非极性键b.在青蒿素分子中,所有碳原子均处于同一平面c.图中数字标识的五个碳原子均只以键与其他原子成键(3)在确定青蒿素结构的过程中,可采用NaBH4作为还原剂,其制备方法为4NaH+B(OCH3)3NaBH4+3CH3ONaNaH为_晶体,如图2是NaH晶胞结构,则NaH晶体的配位数是_,若晶胞棱长为a,则钠原子间最小核间距为_。B(OCH3)3中B采用的杂化类型是_。写出两个与B(OCH3)3具有相同空间构型的分子或离子_。NaBH4结构如图3所示,结构中存在的作用力有_。【解析】(1)组成青蒿素的三种元素为H、C、O,元素的非金属性越强,电负性越强,非金属性:OCH,则H、C、O三种元素的电负性由大到小的顺序是OCH;在基态氧原子中,核外有8个电子,其中有3个轨道有成对电子,则核外存在3对自旋相反的电子。(2)青蒿素中存在OO键、CC键,为非极性键,CO、CH键为极性键,故a正确;含有饱和碳原子,具有烷烃的结构,则所有碳原子不处于同一平面,故b错误;CO键含有键,故c错误。(3)NaH为离子晶体,NaH晶体中每个钠离子周围有6个氢负离子,若晶胞棱长为a,则钠原子间最小核间距为a。B(OCH3)3中B与3个O成键,为sp2杂化,B(OCH3)3的空间构型是平面三角形,与B(OCH3)3具有相同空间构型的分子或离子为SO3、C。硼原子核最外层有3个电子,NaBH4存在离子键、配位键和共价键。答案:(1)OCH3(2)a(3)离子6asp2SO3、C离子键、配位键、共价键【方法规律】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。(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。- 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