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选考模块专练(选修3物质结构与性质)(每题:15分,每题建议用时:10分钟)1.X、Y、Z、R为前四周期原子序数依次增大的元素。X原子有3个能级,且每个能级上的电子数相等;Z原子的不成对电子数在同周期中最多,且Z的气态氢化物在同主族元素的氢化物中沸点最低;X、Y、R三元素在周期表中同族。(1)R元素基态原子的价层电子排布式为。(2)如图表示X、Y、R的四级电离能变化趋势,其中表示R的曲线是(填标号)。(3)化合物(XH2XO)分子中X原子杂化轨道类型分别是,1 mol(X2H5O)3ZO分子中含有的键与键的数目比为。(4)Z与氯气反应可生成一种各原子均满足8电子稳定结构的化合物,其分子的立体构型为 。(5)某R的氧化物立方晶胞结构如图所示,该物质的化学式为(用元素符号表示),已知该晶体密度为 g/cm3,距离最近的原子间距离为d pm,则R的相对原子质量为。(阿伏加德罗常数的值为NA)2.碳和硅是自然界中大量存在的元素,硅及其化合物是工业上最重要的材料。粗硅的制备有两种方法:方法一:SiO2+2CSi+2CO方法二:SiO2+2MgSi+2MgO(1)基态硅原子中存在 对自旋相反的电子,基态Mg的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是。(2)上述反应中所有元素第一电离能最小的元素是(填元素符号)。(3)试比较C(金刚石)、晶体Si、CO三种物质的熔沸点从高到低的顺序,试解释原因: 。(4)CO在配合物中可作为配体,在Cr(CO)6配合物中配原子是(填元素符号),1 mol该配合物中含有键的数目。(5)SiO2晶胞(如图)可理解成将金刚石晶胞(如图)中的C原子置换成Si原子,然后在SiSi之间插入O原子而形成。推测SiO2晶胞中Si采用 杂化,OSiO的键角为。SiO2晶胞中,含有Si原子个和O原子个。假设金刚石晶胞的边长为a nm,试计算该晶胞的密度g/cm3(写出表达式即可)。3.已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中A元素原子的核外p电子数比s电子数少1。C是电负性最大的元素。D原子次外层电子数是最外层电子数的2倍,E是第族中原子序数最小的元素。(1)写出基态C原子的电子排布式 。(2)A、B两种元素的第一电离能由大到小的顺序为(用元素符号表示),原因是 。(3)已知DC4常温下为气体,则该物质的晶体类型是,组成微粒的中心原子的轨道杂化类型为 ,空间构型是。(4)Cu2+容易与AH3形成配离子Cu(AH3)42+,但AC3不易与Cu2+形成配离子,其原因是 。(5)A、B两元素分别与D形成的共价键中,极性较强的是。A、B两元素间能形成多种二元化合物,其中与互为等电子体的物质的化学式为。(6)已知E单质的晶胞如图所示,则晶体中E原子的配位数为,一个E的晶胞质量为。4.第四周期的元素,如钛(22Ti)、铁(26Fe)、砷、硒、锌等及其相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)基态Ti原子中,最高能层电子的电子云轮廓形状为,与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有种。(2)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是 。(3)SCN-可用于Fe3+的检验,其对应的酸有两种,分别为硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HNCS)。写出与SCN-互为等电子体的一种微粒(分子或离子);硫氰酸分子中键和键的个数之比为;异硫氰酸的沸点比硫氰酸沸点高的原因是 。(4)成语“信口雌黄”中的雌黄分子式为As2S3,分子结构如图,As原子的杂化方式为,雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体,写出该反应方程式: 。SnCl4分子的空间构型为 。(5)离子化合物CaC2的一种晶体结构如图所示。该物质的电子式: 。一个晶胞含有的键平均有个。(6)硒化锌的晶胞结构如图所示,图中x和y点所堆积的原子均为(填元素符号);若该晶胞密度为 gcm-3,硒化锌的摩尔质量为M gmol-1。用NA代表阿伏加德罗常数的数值,则晶胞参数a为nm。5.根据下列五种短周期元素的电离能数据(单位:kJmol-1),回答下面各题。元素代号I1I2I3I4I5Q800.62 427.13 659.725 025.832 826.7R495.84 5626 910.39 54313 354S577.51 816.72 744.811 57714 842T1 402.32 8564 578.17 475.09 444.9U2 080.73 952.36 1229 37112 177(1)在这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是(填元素符号),S元素最可能是区元素。(2)基态Q元素原子的价电子排布式是。Q和T同周期。化合物QT中T元素的化合价为;第一电离能介于Q、T之间的同周期元素有种。(3)化合物RT3中化学键类型为,RT3的阴离子的几何构型为。(4)下列元素中,化学性质和物理性质最像U元素的是。A.硼B.铍C.锂D.氦E.碳(5)R的某种氧化物X晶胞结构如图所示,晶胞参数a=0.566 nm,X的化学式为;列式并计算晶体X的密度(gcm-3)。1.解析:X原子有3个能级,且每个能级上的电子数相等,所以只能是1s22s22p2,所以X为C。X、Y、R三元素在周期表中同族,所以Y为Si,R为Ge。根据Z有气态氢化物可知,Z为非金属,根据不成对电子数最多,得到Z为P(其3p上有3个单电子)。(1)R为Ge,处于周期表的第四周期A族,所以价层电子排布式为4s24p2。(2)C、Si、Ge从上向下半径增大,第一电离能逐渐减小,所以R(Ge)的电离能曲线为c。(3)CH2CO中第一个C形成一个双键,所以是sp2杂化;第二个C形成两个双键,所以是sp杂化。单键一定是键,双键一定是一个键和一个键,分子为(CH3CH2O)3PO,其中的CH3CH2O基团都是单键,只有PO一个双键,所以分子中的键数为3(5+1+1+1)+1=25(每个CH3CH2O中有5个 CH,1个CC,1个CO,1个OP;还要计算分子中PO里的1个键);键只有1个,所以键与键的数目比为251。(4)P的最外层有5个电子,达到8电子稳定结构应该形成3个共价键,所以该化合物为PCl3。根据价层电子对互斥理论,中心原子P的价电子对为3+=4(对),其中一对为孤电子对,所以是三角锥形结构。(5)氧原子占据晶胞的8个顶点和6个面心,所以一共有8+6=4(个),Ge都在晶胞内部,也有4个,所以化学式为GeO。距离最近的原子间距离为d pm,明显指的是最近的O和Ge原子的距离,根据晶体的结构,这个距离是晶胞的体对角线的,所以体对角线长度为 4d pm,进而得到晶胞边长为pm,所以晶胞的体积为边长的立方,为pm3=10-30cm3。所以晶胞的质量为10-30 g。因为一个晶胞中有4个GeO,所以 1个 GeO的质量为10-30 g;1 mol GeO的质量为10-30 g,即GeO的相对分子质量为10-30,所以Ge的相对原子质量为10-30-16。答案:(1)4s24p2(2)c(3)sp、sp2251(4)三角锥形(5)GeO10-30-162.解析:(1)基态硅原子核外电子排布为1s22s22p63s23p2,每一个s能级有1个轨道,s轨道全满,有3对自旋相反的电子,2p能级有3个轨道,全充满电子,2p轨道有3对自旋相反的电子,所以基态硅原子中存在6对自旋相反的电子;Mg的基态核外电子排布为1s22s22p63s2,3s轨道是最外层,s能级的电子云图是球形的,所以基态Mg的最外层电子所占据的能级的电子云轮廓图是球形。(2)第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量,第一电离能数值越小,原子越容易失去一个电子,上述反应中涉及的元素有C、O、Mg、Si,其中C、O、Si是非金属元素,较难失去电子,Mg元素的金属性最强,最易失去电子,所有元素第一电离能最小的元素是Mg。(3)C(金刚石)、晶体Si都是原子晶体,熔点高,它们结构相似,但碳原子的半径比硅原子半径小,共价键的键能大,所以C(金刚石)的熔点比晶体Si高,而CO是分子晶体,熔沸点低,所以三种物质的熔沸点从高到低的顺序为CSiCO。(4)CO在Cr(CO)6中可作为配体,配原子是C,CO与N2是等电子体,其结构式是CO,1 mol CO中含键的数目是2NA,所以1 mol该配合物中含有键的数目12NA。(5)在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的4个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围4个碳原子成键的情况是相同的,所以SiO2晶胞中Si采用sp3杂化,金刚石是正四面体结构,其键角是10928,所以SiO2晶胞中OSiO的键角也是10928;SiO2晶体为面心立方结构,每个SiO2晶胞含有Si原子的个数为8+6+4=8,按Si、O原子个数比,O原子数是16;一个晶胞含有8个C原子,所以一个晶胞的质量为g,晶胞边长为a nm,所以金刚石晶体的密度=g/cm3。答案:(1)6球形(2)Mg(3)CSiCO金刚石和晶体硅都是原子晶体且晶体结构相似,C的原子半径小于硅的原子半径,所以金刚石中碳碳键键长短,键能大,所以金刚石的熔沸点比晶体硅大,CO是分子晶体,熔沸点最小(4)C12NA(5)sp3109288163.解析:由题意可知,A为氮、B为氧、C为氟、D为硅、E为铁。(1)氟的核电荷数为9,基态氟原子的电子排布式为1s22s22p5。(2)元素A为氮元素,元素B为氧元素,由于N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态,第一电离能较大,所以氮元素、氧元素的第一电离能由大到小的顺序为NO。(3)已知四氟化硅常温下为气体,所以四氟化硅是分子晶体,中心原子硅含有价层电子对数=4+(4-4)=4,没有孤电子对,属于sp3杂化,空间构型是正四面体结构。(4)由于电负性FNH,在NF3分子中,共用电子对偏向F原子,使得N原子上孤电子对难与铜离子形成配位键,所以NF3不易与Cu2+形成配离子。(5)因为O元素的非金属性大于N,则极性OSi键大于NSi键;等电子体中原子个数相等及电子总数相等,中含有3个原子、电子总数是22,与该离子互为等电子体的氮氧化物为N2O。(6)该晶胞是体心立方晶胞,所以铁原子的配位数为8,该晶胞中Fe原子个数为1+8=2,每个Fe原子的质量= g,则该晶胞质量就是两个Fe原子质量=2 g=g。答案:(1)1s22s22p5(2)NON原子的2p能级处于较稳定的半充满状态(3)分子晶体sp3正四面体形(4)电负性FNH,在NF3分子中,共用电子对偏向F原子,使得N原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键(5)SiO键N2O(6)8 g4.解析:(1)基态Ti原子的价层电子排布式为3d24s2,最高能层为第四能层,s电子云轮廓形状为球形;与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有Cr:3d54s1,Cu:3d104s1,共两种。(2)从结构角度来看,Fe2+的价电子排布式是3d6,再失一个电子就是3d5半充满稳定结构,故易被氧化成Fe3+。(3)与SCN-互为等电子体的一种微粒是N2O(或CO2、CS2、OCN-)。硫氰酸(HSCN)中键和键的个数之比为23。异硫氰酸分子间可以形成氢键,故其沸点比硫氰酸沸点高。(4)雌黄分子式为As2S3,As有四对价层电子对,As原子的杂化方式为sp3杂化。雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体,故其反应方程式为2As2S3+2SnCl2+4HClAs4S4+2SnCl4+2H2S;SnCl4分子的空间构型为正四面体形。(5)CaC2为离子化合物,电子式为Ca2+C2-;一个晶胞含有4个Ca2+、4个,一个中有两个键,一个晶胞含有的键平均有8个。(6)硒化锌的晶胞结构中x和y点所堆积的原子均为Zn;若该晶胞密度为 gcm-3,硒化锌的摩尔质量为M gmol-1,用NA代表阿伏加德罗常数的值,则晶胞参数a为107 nm。答案:(1)球形2(2)Fe3+的3d5半满状态更稳定(3)N2O(或CO2、CS2、OCN-)23异硫氰酸分子间可以形成氢键(4)sp32As2S3+2SnCl2+4HClAs4S4+2SnCl4+2H2S正四面体形(5)Ca2+C2-8(6)Zn1075.解析:Q元素的I4I3,Q元素的原子最外层有3个电子,Q处于 A族;R元素的I2I1,R元素的原子最外层有1个电子,R处于A族;S元素的I4I3,S元素的原子最外层有3个电子,S处于A族;T、U元素的I1I5没有突变,T、U的最外层电子数至少5个。(1)根据上述分析,这五种元素中,最可能处于同一族的两种元素是Q和S,Q和S都处于A族,Q的I1大于S的I1,Q为B元素,S为Al元素。最可能处于同一族的两种元素是B和Al。S元素为Al元素,基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1,最后一个电子填入3p能级,Al是p区元素。(2)Q为B元素,B原子核外有5个电子,基态B原子核外电子排布式为1s22s22p1,基态B原子的价电子排布式为2s22p1。Q的化合价为+3价,根据化合物中元素的正负化合价代数和为0,QT中T元素的化合价为-3价。Q属于第二周期,Q和T同周期,T也属于第二周期,T为N元素,第一电离能介于B和N之间的有Be、C、O,共3种元素。(3)R为A族元素,R原子核外电子数大于5,R为Na元素;T为N元素,RT3为NaN3,其中含有离子键和共价键。NaN3中阴离子为,与CO2互为等电子体,CO2为直线形,则也为直线形。(4)U的最外层电子数至少5个,U不可能是A族A族元素,U的第一电离能较大,U可能是0族元素,化学性质和物理性质最像U元素的是氦。(5)用“均摊法”,小黑球(Na+):8个,大白球(O2-):8+6=4,X的化学式为Na2O。晶胞的体积为(0.566 nm)3=(0.56610-7)3 cm3,1 mol晶胞的体积为(0.56610-7)3cm3NA,1 mol晶胞的质量为462 g,晶体X的密度为=2.27 gcm-3。答案:(1)B和Alp(2)2s22p1-33(3)离子键、共价键直线形(4)D(5)Na2O=2.27 gcm-3
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