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第15讲 物质结构与性质专题跟踪训练(十五)能力练(20分钟50分)非选择题(共50分)1(12分) A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其基态原子的电子排布图为_。(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的结构示意图为_，C元素在元素周期表的_区。(3)D元素的正三价离子的3d能级为半充满状态，其基态原子的电子排布式为_。试根据原子核外电子排布所遵循的原理解释D的二价阳离子具有较强的还原性，易被氧化为正三价离子的原因：_。(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，其基态原子的价电子排布式为_。解析(1)A元素为N，核外7个电子分别在1s、2s、2p轨道上。(2)B与C的电子层结构都与氩相同，即核外都有18个电子，则B为Cl，C为K。(3)D元素原子失去2个4s电子和1个3d电子后变成3价离子，其原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，即26号元素铁。(4)E元素基态原子的M层全充满，说明M层上的3s、3p、3d能级都充满电子，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，故电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，价电子排布式为3d104s1，为铜元素。答案(1) (2)s(3)1s22s22p63s23p63d64s2(或Ar3d64s2)Fe3的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,3d轨道为半充满稳定结构，故Fe2容易失去一个电子，被氧化为Fe3(4)3d104s12(18分)氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为_。(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为_，羰基碳原子的杂化轨道类型为_。(3)查文献可知，可用2氯4氨基吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲：(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：_。H2O、NH3、CO2分子的空间构型分别是_，中心原子的杂化类型分别是_。解析(1)根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化。(3)由于键比键更稳定，根据反应方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N=C键中的键和2氯4氨基吡啶分子中的NH键。(4)O、N属于同周期元素，O的非金属性大于N，HO键的键能大于HN键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。H2O分子中O原子的价层电子对数24，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采用sp3杂化；NH3分子中N原子的价层电子对数34，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采用sp3杂化；CO2分子中C原子的价层电子对数22，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采用sp杂化。答案(1)1(2)sp2、sp3sp2(3)NANA(4)HO键的键能大于HN键的键能V形、三角锥形、直线形sp3、sp3、sp3(20分)(2018安徽六安三模)H、C、N、O、W、Fe、V都是生活与化学工业中常见元素，设NA代表阿伏加德罗常数的值。请回答下列问题：(1)碳负离子CH的空间构型为_；根据等电子原理，NO的电子式为_。(2)N、Na、Fe3、Cu2四种微粒基态的核外电子排布式中未成对电子数最多的是_；Cu2在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为_。(3)钒可用于人工合成二价钒固氮酶(结构如图甲)。钒固氮酶中钒的配位原子有_(填元素符号)。(4)烟酰胺(结构如图乙)可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有_，1 mol该分子中含键的数目为_。(5)上图为碳化钨晶体的一部分结构，碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙固溶体，也称为填隙化合物。在此结构中，其中钨原子有_个，1个钨原子周围距离最近的碳原子有_个，假设该部分晶体的体积为V cm3，碳化钨的摩尔质量为M gmol1，密度为b gcm3，则阿伏加德罗常数的值NA可表示为_。(6)12 g石墨烯(结构如图丙)中含有的正六边形的物质的量为_mol；请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构，并说明理由_。解析(1)碳负离子CH中碳原子的价层电子对数34，含有一对孤对电子，所以空间构型为三角锥形；NO与氮气互为等电子体，则根据等电子原理，NO的电子式为NO。(2)N、Na、Fe3、Cu2四种微粒基态的核外电子排布式中未成对电子数分别是3、0、5、1，所以未成对电子数最多的是Fe3；Cu2在水中呈现蓝色是因为形成了水合铜离子，其化学式为Cu(H2O)42。(3)由图可知，钒固氮酶中，N、S均能提供孤电子对，钒的配位原子为S与N。(4)由烟酰胺结构可知，分子中氨基中的N原子形成3个键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4，采取sp3杂化，而环中N原子形成2个键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为3，采取sp2杂化；1个分子中含有4个CH键、2个NH键、3个CC键、2个CN键、4个双键，单键为键，双键含有1个键、1个键，故1个分子中含有键的数目为15,1 mol该分子中含键的数目为15NA。(5)在此结构中钨原子数目为121266，以体内钨原子可知，1个钨原子周围距离最近的碳原子有6个；结构中钨原子数目为6、碳原子数目为6，则晶胞的质量为6，则6V cm3b gcm3，故NA。(6)12 g石墨烯中碳原子的物质的量为12 g12 gmol11 mol，由石墨烯的结构图可知，每个碳原子被3个正六边形所共有，则一个正六边形含有62个碳原子，则含有的正六边形数目为1 molNA mol10.5NA，物质的量是0.5 mol；Si原子半径比碳原子半径大，3p轨道不易重叠形成键，因此硅不容易形成类似石墨烯的结构。答案(1)三角锥形(2)Fe3Cu(H2O)42(3)N、S(4)sp3、sp215NA(5)66(6)0.5不容易，硅原子半径大于碳原子半径，且3p轨道不易重叠形成键拔高练(25分钟50分)非选择题(共50分)1(16分)A、B、C、D、E五种元素，位于元素周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增大，有如下信息：元素信息A最外层电子数等于电子层数，常温下其单质为气体B基态原子的L层p轨道上有2个电子C基态原子核外有3个未成对电子D主族元素，原子与B原子的价电子数相同E基态原子的K层电子数与最外层电子数之比为21，M层处于全充满状态请回答下列问题：(1)B与C相比，电负性较大的是_(填元素符号)，E2的核外电子排布式为_。(2)B可与A形成B2A4化合物，其含有的键和键的个数比为_；C可与A形成C2A4化合物，其中C原子的杂化轨道类型为_；B与C可以形成BC，五种元素形成的单质中，与BC互为等电子体的是_。(3)B的最高价氧化物与D的最高价氧化物的沸点相差较大的原因是_。(4)向含有E2的溶液中通入C的常见气态氢化物，先产生沉淀，继续通入该气体，沉淀溶解。请用物质结构解释沉淀溶解的原因：_。(5)E单质的晶胞结构如图所示，原子采取面心立方最密堆积。若已知E原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，摩尔质量为M。E原子的配位数为_；该晶体的密度可表示为_；E原子采取的面心立方最密堆积的空间利用率为_。解析A、B、C、D、E五种元素，均位于元素周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增大。前四周期元素原子最外层电子数等于电子层数的有H、Be、Al、Ge，而A的单质在常温下为气体，故A是H；B元素基态原子的L层p轨道上有2个电子，则其基态原子核外电子排布式为1s22s22p2，则B为C(碳)；E元素基态原子的K层电子数与最外层电子数之比为21，M层处于全充满状态，则E原子核外电子数2818129，故E为Cu；D为主族元素，D原子与B原子的价电子数相同，且原子序数小于29，则D为Si；C的基态原子核外有3个未成对电子，且原子序数小于14，则其核外电子排布式为1s22s22p3，故C为N。(1)一般来说，周期表从左到右，元素的电负性逐渐变大，故电负性NC；Cu2的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或Ar3d9。(2)B可与A形成CH2=CH2，其含有的键和键的个数比为15；C可与A形成NH2NH2，其中N原子的价层电子对数为314，杂化轨道类型为sp3；B与C可形成CN，为14电子离子，五种元素形成的单质中，与其互为等电子体的是N2。(3)碳元素的最高价氧化物为CO2，其为分子晶体；Si元素的最高价氧化物为SiO2，其为原子晶体。(4)向含有Cu2的溶液中通入NH3，先生成Cu(OH)2沉淀，通入过量NH3，Cu(OH)2中的Cu2提供空轨道，NH3提供孤对电子，形成配位键，生成Cu(NH3)42，Cu(OH)2沉淀溶解。(5)由图可知，以顶点的Cu原子分析，位于面心的原子与之相距最近，则其配位数为12；Cu原子半径为d，其面对角线长度为4d，立方体的棱长为4d2d，则晶胞体积为(2d)3 16d3，晶胞中含有的Cu原子数目为864，故晶体的密度；晶胞为面心立方最密堆积，空间利用率100%100%74%。答案(1)N1s22s22p63s23p63d9(或Ar3d9)(2)15sp3N2(3)碳元素的最高价氧化物为CO2，其为分子晶体；Si元素的最高价氧化物为SiO2，其为原子晶体(4)Cu(OH)2中的Cu2提供空轨道，NH3提供孤对电子，形成配位键，生成Cu(NH3)42，Cu(OH)2沉淀溶解(5)1274%2(16分)金属单质及其化合物在工农业生产中有广泛的应用。回答下列问题：(1)有机铁肥三硝酸六尿素合铁()，化学式为Fe(H2NCONH2)6(NO3)3。尿素分子中C原子的杂化方式是_。该有机铁肥中“H2NCONH2”与Fe()之间的作用力是_。根据价层电子对互斥理论推测NO的空间构型为_。(2)Fe3可用SCN检验。类卤素(SCN)2对应的酸有两种，分别为硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HN=C=S)，这两种酸中沸点较高的是_，原因是_。(3)一种磁性材料的单晶胞结构如图所示。该晶胞中碳原子的原子坐标为_。若该晶胞的边长为a pm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度的表达式为_g/cm3。解析(1)尿素的结构式为，其中C原子形成3个键和一个键，杂化方式是sp2。Fe()提供空轨道，配体H2NCONH2中的两个N原子提供孤对电子，故“H2NCONH2”与Fe()之间的作用力是配位键；根据价层电子对互斥理论，NO中中心原子N的价层电子对数为33，杂化方式是sp2，推测NO的空间构型为平面三角形。(2)硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HN=C=S)中沸点较高的是HN=C=S，该分子中N原子电负性较大，且存在NH键，能形成分子间氢键。(3)根据A、B的坐标可知，两个最近的Sn原子的距离为1，根据晶胞的结构，C位于体心，因此C的坐标是；Sn位于顶点，个数为81，Mn位于面心，个数为63，C位于体心，全部属于晶胞，因此该晶体的化学式为SnMn3C，晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(a1010)3 cm3，根据密度的定义， g/cm3。答案(1)sp2配位键平面三角形(2)异硫氰酸(HN=C=S)异硫氰酸能形成分子间氢键(3)3(18分)(2018湖南郴州质检)硼及其化合物在材料制造、有机合成等方面用途非常广泛。回答下列问题：(1)VB2是一种导电陶瓷材料，基态钒原子的价电子排布图为_。(2)B、C、N、O四种元素第一电离能由小到大的顺序为_。(3)硼的卤化物在工业中有重要作用，硼的四种卤化物的沸点如下表所示。卤化物BF3BCl3BBr3BI3沸点/K172285364483四种卤化物沸点依次升高的原因是_。用BF3分子结构解释反应BF3(g)NH4F(s)=NH4BF4(s)能够发生的原因：_。制备环硼氨烷的方法如下：BCl3H3B3N3Cl3B3N3H6BCl3、LiBH4中硼原子的杂化轨道类型依次为_；与B3N3H6互为等电子体的分子的结构简式为_。(4)立方氮化硼的晶胞结构与金刚石结构相似(如图所示)，是超硬材料。晶胞中每个氮原子周围与其最近且等距离的硼原子有_个。结构化学上常用原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置，立方氮化硼的晶胞中，B原子的坐标参数分别有：B(0,0,0)；B；B等，则距离上述三个B原子最近且等距离的N原子的坐标参数为_。已知氮化硼晶胞边长为a pm，则氮化硼晶体的密度为_gcm3(设NA为阿伏加德罗常数的值，只要求列出计算式)。解析(1)V的核电荷数为23，其价电子排布式为3d34s2，则基态钒原子的价电子排布图为。(2)依据元素周期律及N原子第一电离能的反常可知，B、C、N、O四种元素第一电离能由小到大的顺序为BCON。(3)四种卤化物均为分子晶体且结构相似，分子晶体的沸点受分子间作用力影响，而相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高。因BF3分子中硼原子有空轨道，NH4F中F有孤对电子，能通过配位键形成BF，则反应BF3(g)NH4F(s)=NH4BF4(s)能够发生。BCl3分子的中心原子B形成3个键，其孤电子对数(331)0，所以BCl3分子中B原子属于sp2杂化；LiBH4中B原子的价层电子对数为4，所以杂化方式为sp3杂化；C6H6与B3N3H6互为等电子体，苯分子的结构简式为。(4)晶胞中每个氮原子周围与其最近且等距离的硼原子形成正四面体结构，硼原子数为4。设晶胞左下边顶点的B原子坐标为(0,0,0)，则另外两个B原子位于面心，距离这三个B原子最近且等距离的N原子位于体对角线的处，故其坐标参数为。该晶胞中N原子个数是4、B原子个数864，晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(a1010cm)3，则氮化硼晶体的密度为 g(a1010 cm)31030 gcm3。答案(1) (2)BCON(3)分子结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高BF3分子中硼原子有空轨道，NH4F中F有孤对电子，能通过配位键形成BFsp2、sp3(4)41030
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