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黃金押題15 物質(zhì)結構與性質(zhì) 【高考考綱】 1.原子結構與元素的性質(zhì)：(1)了解原子核外電子的運動狀態(tài)、能級分布和排布原理，能正確書寫1～36號元素原子核外電子、價電子的電子排布式和電子排布圖(軌道表達式)；(2)了解電離能的含義，并能用以說明元素的某些性質(zhì)；(3)了解電子在原子軌道之間的躍遷及其簡單應用；(4)了解電負性的概念并能用以說明元素的某些性質(zhì)。 2.化學鍵與分子結構：(1)理解離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結構特征解釋其物理性質(zhì)；(2)了解共價鍵的形成、極性、類型(σ鍵和π鍵)，了解配位鍵的含義；(3)能用鍵能、鍵長、鍵角等說明簡單分子的某些性質(zhì)；(4)了解雜化軌道理論及簡單的雜化軌道類型(sp、sp2、sp3)；(5)能用價層電子對互斥理論或雜化軌道理論推測簡單分子或離子的空間結構。 3.分子間作用力與物質(zhì)的性質(zhì)：(1)了解范德華力的含義及對物質(zhì)性質(zhì)的影響；(2)了解氫鍵的含義，能列舉存在氫鍵的物質(zhì)，并能解釋氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。 4.晶體結構與性質(zhì)：(1)了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別；(2)了解晶格能的概念，了解晶格能對離子晶體性質(zhì)的影響；(3)了解分子晶體結構與性質(zhì)的關系；(4)了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質(zhì)的關系；(5)理解金屬鍵的含義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)，了解金屬晶體常見的堆積方式；(6)了解晶胞的概念，能根據(jù)晶胞確定晶體的組成并進行相關的計算。 【真題感悟】 例1、 (2018高考全國卷Ⅰ)Li是最輕的固體金屬，采用Li作為負極材料的電池具有小而輕、能量密度大等優(yōu)良性能，得到廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}： (1)下列Li原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最低和最高的分別為______、______(填標號)。 A. B. C. D. (2)Li＋與H－具有相同的電子構型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是__________________。 (3)LiAlH4是有機合成中常用的還原劑，LiAlH4中的陰離子立體構型是__________、中心原子的雜化形式為________。LiAlH4中，存在________(填標號)。 A．離子鍵　　　 B．σ鍵 C．π鍵　　　 D．氫鍵 (4)Li2O是離子晶體，其晶格能可通過圖(a)的Born－Haber循環(huán)計算得到。 可知，Li原子的第一電離能為______kJmol－1，O===O鍵鍵能為______kJmol－1，Li2O晶格能為________kJmol－1。 (5)Li2O具有反螢石結構，晶胞如圖(b)所示。已知晶胞參數(shù)為0.466 5 nm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Li2O的密度為________ gcm－3(列出計算式)。 解析：(1)根據(jù)能級能量E(1s)600 (分解) －75.5 16.8 10.3 沸點/℃ －60.3 444.6 －10.0 45.0 337.0 回答下列問題： (1)基態(tài)Fe原子價層電子的電子排布圖(軌道表達式)為________，基態(tài)S原子電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為________形。 (2)根據(jù)價層電子對互斥理論，H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)不同于其他分子的是________。 (3)圖(a)為S8的結構，其熔點和沸點要比二氧化硫的熔點和沸點高很多，主要原因為________________________________________________________________________。 (4)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的立體構型為________形，其中共價鍵的類型有________種；固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子。該分子中S原子的雜化軌道類型為________。 (5)FeS2晶體的晶胞如圖(c)所示。晶胞邊長為a nm、FeS2相對式量為M、阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，其晶體密度的計算表達式為________gcm－3；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面體的體心，該正八面體的邊長為________nm。 解析：(1)基態(tài)Fe原子核外有26個電子，按照構造原理，其核外電子排布式為[Ar]3d64s2，按照洪特規(guī)則，價層電子3d上6個電子優(yōu)先占據(jù)5個不同軌道，故價層電子的電子排布圖為?；鶓B(tài)S原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，電子占據(jù)最高能級為3p，p能級的電子云輪廓圖為啞鈴形。(2)價層電子對數(shù)包括成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)，H2S中S的成鍵電子對數(shù)為2，孤電子對數(shù)為＝2，故價層電子對數(shù)為4，同理，SO2中S的價層電子對數(shù)為2＋＝3，SO3中S的價層電子對數(shù)為3＋＝3，H2S中S的價層電子對數(shù)不同于SO2、SO3。(3)S8和SO2均為分子晶體，分子間存在的作用力均為范德華力，S8的相對分子質(zhì)量大，分子間范德華力強，故熔點和沸點高。(4)氣態(tài)SO3為單分子，分子中S無孤電子對，其分子的立體構型為平面三角形，S和O之間形成雙鍵，故共價鍵有σ鍵和π鍵兩種。固態(tài)SO3為三聚分子，分子中每個S與4個O成鍵，S無孤電子對，故原子的雜化軌道類型為sp3。(5)該晶胞中Fe2＋位于棱上和體心，個數(shù)為12＋1＝4，S位于頂點和面心，個數(shù)為8＋6＝4，故晶體密度為4 g(a10－7 cm)3＝1021 gcm－3。根據(jù)晶胞結構，S所形成的正八面體的邊長為該晶胞中相鄰面的面心之間的連線之長，即為晶胞邊長的，故該正八面體的邊長為a nm。 答案：(1)　啞鈴 (2)H2S (3)S8相對分子質(zhì)量大，分子間范德華力強 (4)平面三角　2　sp3 (5)1021　a 【名師點睛】 1．σ鍵、π鍵的判斷 (1)由軌道重疊方式判斷：“頭碰頭”重疊為σ鍵，“肩并肩”重疊為π鍵。 (2)由共用電子對數(shù)判斷：單鍵為σ鍵；雙鍵或三鍵，其中一個為σ鍵，其余為π鍵。 (3)由成鍵軌道類型判斷：s軌道形成的共價鍵全是σ鍵；雜化軌道形成的共價鍵全為σ鍵。 2．中心原子雜化類型和分子立體構型的相互判斷 分子(A為 中心原子) 中心原子 孤電子對數(shù) 中心原子 雜化方式 分子構型 示例 AB2 0 sp 直線形 BeCl2 1 sp2 V形 SO2 2 sp3 V形 H2O AB3 0 sp2 平面三角形 BF3 1 sp3 三角錐形 NH3 AB4 0 sp3 正四面體形 CH4 3.常見等電子體 微粒 通式 價電子總數(shù) 立體構型 CH4、NH AX4 8e－ 正四面體形 CO、N2 AX 10e－ 直線形 CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 直線形 SO2、O3、NO AX2 18e－ V形 CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形 PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角錐形 SO、PO AX4 32e－ 正四面體形 4.分子性質(zhì) (1)分子構型與分子極性的關系 (2)溶解性 “相似相溶”規(guī)律：非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑，若存在氫鍵，則溶劑和溶質(zhì)之間的氫鍵作用力越大，溶解性越好。 (3)無機含氧酸分子的酸性 無機含氧酸可寫成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，則n值越大，R的正電性越高，使R—O—H中O的電子向R偏移，在水分子的作用下越易電離出H＋，酸性越強，如HClOCH3OH>CO2>H2，H2O與CH3OH均為非極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多，CO2分子量較大，范德華力較大 π鍵 離子鍵 0.148 0.076 【解析】（1）Co是27號元素，位于元素周期表第4周期第VIII族，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。元素Mn與O中，由于O元素是非金屬性而Mn是過渡元素，所以第一電離能較大的是O。O基態(tài)原子價電子為2s22p4，所以其核外未成對電子數(shù)是2，而Mn基態(tài)原子價電子排布為3d54s2，所以其核外未成對電子數(shù)是5，因此核外未成對電子數(shù)較多的是Mn。 （2）CO2和CH3OH的中心原子C原子的價層電子對數(shù)分別為2和4，所以CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為sp和sp3。 （3）在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為H2O>CH3OH>CO2>H2，原因是常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；H2O與CH3OH均為非極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多，所以水的沸點高于甲醇；二氧化碳的相對分子質(zhì)量比氫氣大，所以二氧化碳分子間作用力較大、沸點較高。 （4）硝酸錳是離子化合物，硝酸根和錳離子之間形成離子鍵，硝酸根中N原子與3個氧原子形成 3個σ鍵，硝酸根中有一個氮氧雙鍵，所以還存在π鍵。 （5）因為O2－是面心立方最密堆積方式，面對角線是O2－半徑的4倍，即4r=a，解得r= nm=0.148nm；MnO也屬于NaCl型結構，根據(jù)晶胞的結構，Mn2＋構成的是體心立方堆積，體對角線是Mn2＋半徑的4倍，面上相鄰的兩個Mn2＋距離是此晶胞的一半，因此有=0.076nm。 例3、(2017高考全國卷Ⅰ)(1)K和Cr屬于同一周期，且核外最外層電子構型相同，但金屬K的熔點、沸點等都比金屬Cr低，原因是________________________。 (2)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學材料，具有鈣鈦礦型的立方結構，邊長為a＝0.446 nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示。K與O間的最短距離為____________nm，與K緊鄰的O個數(shù)為____________。 (3)在KIO3晶胞結構的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于________位置，O處于________位置。 解析：(1)金屬原子半徑越小、價電子數(shù)越多，金屬鍵越強，其熔、沸點越高。(2)二者間的最短距離為晶胞面對角線長的一半，即0.446 nm≈0.315 nm。與鉀緊鄰的氧原子有12個。(3)想象4個晶胞緊密堆積，則I處于頂角，K處于體心，O處于棱心。 答案：(1)K原子半徑較大且價電子數(shù)較少，金屬鍵較弱 (2)0.315　12　(3)體心　棱心 【舉一反三】(2017高考全國卷Ⅱ)R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]的晶體密度為d gcm－3，其立方晶胞參數(shù)為a nm，晶胞中含有y個[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]單元，該單元的相對質(zhì)量為M，則y的計算表達式為________________________。 解析：該晶胞的體積為(a10－7 cm)3，根據(jù)M＝(a10－7)3d，可求出y＝(或10－21)。 答案：(或10－21) 【名師點睛】 1． 典型晶體模型 晶體 晶體結構 晶體詳解 離子 晶體 NaCl (型) (1)每個Na＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cl－(Na＋)有6個，每個Na＋周圍等距且緊鄰的Na＋有12個；(2)每個晶胞中含4個Na＋和4個Cl－ CsCl (型) (1)每個Cs＋周圍等距且緊鄰的Cl－有8個，每個Cs＋(Cl－)周圍等距且緊鄰的Cs＋(Cl－)有6個；(2)如圖為8個晶胞，每個晶胞中含1個Cs＋、1個Cl－ CaF2 (型) 在晶體中，每個F－吸引4個Ca2＋，每個Ca2＋吸引8個F－，Ca2＋的配位數(shù)為8，F(xiàn)－的配位數(shù)為4 金屬 晶體 簡單立 方堆積 典型代表為Po，空間利用率為52%，配位數(shù)為6 體心立 方堆積 典型代表為Na、K、Fe，空間利用率為68%，配位數(shù)為8 六方最 密堆積 典型代表為Mg、Zn、Ti，空間利用率為74%，配位數(shù)為12 面心立方最密 堆積 典型代表為Cu、Ag、Au，空間利用率為74%，配位數(shù)為12 分子 晶體 干冰 (1)8個CO2分子構成立方體且在6個面心又各占據(jù)1個CO2分子；(2)每個CO2分子周圍等距緊鄰的CO2分子有12個 混合 型 晶體 石墨 層與層之間的作用是分子間作用力，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2，C采取的雜化方式是sp2雜化 原子 晶體 金剛石 (1)每個碳原子與相鄰的4個碳原子以共價鍵結合，形成正四面體結構；(2)鍵角均為10928′；(3)最小碳環(huán)由6個C組成且六原子不在同一平面內(nèi)；(4)每個C參與4條C—C鍵的形成，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2 SiO2 (1)每個Si與4個O以共價鍵結合，形成正四面體結構；(2)每個正四面體占有1個Si，4個“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2；(3)最小環(huán)上有12個原子，即6個O，6個Si 2.原子晶體、分子晶體、金屬晶體與離子晶體的結構微粒，以及微粒間作用力的區(qū)別 晶體類型 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 離子晶體 結構微粒 原子 分子 金屬陽離子、 自由電子 陰、陽離子 微粒間 作用(力) 共價鍵 分子間 作用力 金屬鍵 離子鍵 熔、沸點 很高 很低 一般較高， 少部分低 較高 硬度 很硬 一般較軟 一般較硬， 少部分軟 較硬 溶解性 難溶 相似相溶 難溶(Na等 與水反應) 易溶于極 性溶劑 導電情況 不導電 (除硅) 一般不 導電 良導體 固體不導電，熔化或溶于水后導電 實例 金剛石、 水晶、碳 化硅等 干冰、冰、 硫酸、 H2(S)等 Na、Mg、 Al等 NaCl、 CaCO3、 NaOH等 3.物質(zhì)熔、沸點的比較 (1)不同類型晶體：一般情況下，原子晶體>離子晶體>分子晶體。 (2)同種類型晶體：構成晶體質(zhì)點間的作用大，則熔、沸點高，反之則低。 ①離子晶體：離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則其熔、沸點越高。 ②分子晶體：對于同類分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，則熔、沸點越高。 ③原子晶體：鍵長越短，鍵能越大，則熔、沸點越高。 (3)常溫常壓下狀態(tài)：①熔點為固態(tài)物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì)；②沸點為液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì)。 4．晶體結構的計算方法 晶體結構的計算常常涉及如下數(shù)據(jù)：晶體密度、NA、M、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度的表達式往往是列等式的依據(jù)。解答這類題時，一要掌握晶體“均攤法”的原理，二要有扎實的立體幾何知識，三要熟悉常見晶體的結構特征，并能整合貫通，舉一反三。 (1)“均攤法”原理 非平行六面體形晶胞中粒子數(shù)目的計算同樣可用“均攤法”，其關鍵仍然是確定一個粒子為幾個晶胞所共有。例如：石墨晶胞中每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)對六邊形的貢獻為，那么一個六邊形實際有6＝2個碳原子。又如：在六棱柱晶胞(如下圖所示的MgB2晶胞)中，頂點上的原子為6個晶胞(同層3個，上層或下層3個)所共有，面上的原子為2個晶胞所共有，因此鎂原子個數(shù)為12＋2＝3，硼原子個數(shù)為6。 (2)晶體微粒與M、ρ之間的關系 若1個晶胞中含有x個微粒，則1 mol該晶胞中含有x mol 微粒，其質(zhì)量為xM g(M為微粒的相對“分子”質(zhì)量)；又1個晶胞的質(zhì)量為ρa3 g(a3為晶胞的體積)，則1 mol晶胞的質(zhì)量為ρa3NA g，因此有xM＝ρa3NA。 【變式探究】(2017高考全國卷Ⅲ)MgO具有NaCl型結構(如圖)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420 nm，則r(O2－)為________nm。MnO也屬于NaCl型結構，晶胞參數(shù)為a′＝0.448 nm，則r(Mn2＋)為____________nm。 解析：因為O2－采用面心立方最密堆積方式，所以面對角線長度是O2－半徑的4倍，則有[4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝0.420 nm≈0.148 nm；MnO也屬于NaCl型結構，根據(jù)晶胞的結構可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入數(shù)據(jù)解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。 答案：0.148　0.076 【黃金押題】 1．(1)GaF3的熔點高于1 000 ℃，GaCl3的熔點為77.9 ℃，其原因是_________________。 (2)GaAs的熔點為1 238 ℃，密度為ρ gcm－3，其晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為________，Ga與As以________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為MGa gmol－1和MAs gmol－1，原子半徑分別為rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_______________________________。 解析：(1)由于GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體，所以離子晶體GaF3的熔點高。(2)GaAs的熔點為1 238 ℃，熔點很高，所以晶體的類型為原子晶體，其中Ga與As以共價鍵鍵合。根據(jù)晶胞結構可知晶胞中Ga和As的個數(shù)均是4個，所以晶胞的體積是。二者的原子半徑分別為rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為100%＝ 100%。 答案：(1)GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體　 (2)原子晶體　共價　100% 2．前四周期原子序數(shù)依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的價電子層中未成對電子均只有一個，并且A－和B＋的電子數(shù)相差為8；與B位于同一周期的C和D，它們的價電子層中未成對電子數(shù)分別為4和2，且原子序數(shù)相差為2。 (1)A、B和D三種元素組成的一種化合物的晶胞如圖所示。 ①該化合物的化學式為____________；D的配位數(shù)為______________。 ②列式計算該晶體的密度：______________gcm－3。 (2)A－、B＋和C3＋三種離子組成的化合物B3CA6，其中化學鍵的類型有__________________；該化合物中存在一個復雜離子，該離子的化學式為__________，配位體是__________。 解析：有4個未成對電子的一定是過渡金屬元素，前四周期元素中只有3d64s2符合，因而C為Fe，順推出D為Ni，B為K，A為F。 (1)①A(F)原子數(shù)＝16＋4＋2＝8，B(K)原子數(shù)＝8＋2＝4，D(Ni)原子數(shù)＝8＋1＝2，即該化合物的化學式為K2NiF4。D的配位體是距其最近的異種原子A，分別在它的前面、后面、左邊、右邊、上邊、下邊，共6個A原子。 (2)在K3FeF6中，K＋與[FeF6]3－之間是離子鍵，[FeF6]3－中Fe3＋與F－之間是配位鍵，F(xiàn)e3＋是中心離子，F(xiàn)－是配位體。 答案：(1)①K2NiF4　6　 ②≈3.4 (2)離子鍵、配位鍵　[FeF6]3－　F－ 3．已知A、B、C、D四種短周期元素的核電荷數(shù)依次增大。A原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍，C原子的L能層中有兩對成對電子，C、D同主族。 E、F是第四周期元素，且E位于周期表中ds區(qū)， F原子核外有33種不同運動狀態(tài)的電子。根據(jù)以上信息用相應的元素符號填空： (1)E＋核外電子排布式為________，F(xiàn)C的立體構型為________，與其互為等電子體的一種有機分子為________(填化學式)。 (2)B元素所在周期第一電離能最大的元素是________(填元素符號)。 (3)D所在周期元素最高價氧化物對應的水化物中，酸性最強的是________(填化學式)；能導電的A單質(zhì)與B、D、E的單質(zhì)形成的晶體相比較，熔點由高到低的排列順序是________(填化學式)。 (4)已知EDC4溶液中滴入氨基乙酸鈉(H2N—CH2—COONa)即可得到配合物X。其結構如圖所示： ①配合物X中碳原子的軌道雜化類型為________。 ②1 mol氨基乙酸鈉(H2N—CH2—COONa)含有σ鍵的數(shù)目為________。 解析：根據(jù)題意知A、B、C、D四種短周期元素的核電荷數(shù)依次增大，A原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍，A原子的核外電子排布式為1s22s22p2，則A為碳元素；C原子的L能層中有兩對成對電子，C原子的核外電子排布式為1s22s22p4，則C為氧元素，B為氮元素；C、D同主族，則D為硫元素。E、F是第四周期元素，且E位于周期表中ds區(qū)，可形成E＋，則E為銅元素；F原子核外有33種不同運動狀態(tài)的電子，則F為砷元素。 (1)E為銅元素，銅為29號元素，根據(jù)構造原理寫出Cu＋核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；AsO中心原子As原子采取sp3雜化，沒有孤對電子，立體構型為正四面體形，與其互為等電子體的一種有機分子為CCl4。 (2)B為氮元素，位于第二周期，同周期由左向右元素原子的第一電離能總體上呈增大趨勢，故氮元素所在周期第一電離能最大的元素是Ne。 (3)D為硫元素，位于第三周期，所在周期元素最高價氧化物對應的水化物中，酸性最強的是HClO4；石墨為混合型晶體，熔點最高；銅為金屬晶體，熔點次之；硫和N2為分子晶體，N2在常溫下為氣體，熔點最低，熔點由高到低的排列順序是C>Cu>S>N2。 (4)①根據(jù)配合物X的結構判斷X中碳原子的軌道雜化類型為sp2、sp3。②根據(jù)氨基乙酸鈉的結構判斷1 mol氨基乙酸鈉(H2N—CH2—COONa)含有σ鍵的數(shù)目為8NA或86.021023。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d10(或[Ar]3d10)　正四面體形　CCl4　(2)Ne　(3)HClO4　C>Cu>S>N2 (4)①sp2、sp3　②8NA(或86.021023) 4．氮、磷、砷是同族元素，該族元素單質(zhì)及其化合物在農(nóng)藥、化肥等方面有重要應用?；卮鹣铝袉栴}： (1)基態(tài)砷原子的電子排布式為______________。 (2)K3[Fe(CN)6]晶體中Fe3＋與CN－之間化學鍵類型為________鍵，與CN－互為等電子體的化合物分子式為________。 (3)PM2.5富含大量的有毒、有害物質(zhì)，易引發(fā)二次光化學煙霧污染。光化學煙霧中含有NOx、O3、CH2===CHCHO、HCOOH、(PAN)等二次污染物。 ①N2O結構式可表示為N===N===O，其中心氮原子的雜化軌道類型為________，1 mol PAN中含σ鍵數(shù)目為________。 ②測定大氣中PM2.5的濃度方法之一是β射線吸收法，β射線放射源可用85Kr。Kr晶體為面心立方晶體，若晶體中與每個Kr原子相緊鄰的Kr原子有m個。晶胞中含Kr原子為n個，則＝________(填數(shù)字)。已知Kr晶體的密度為ρ g/cm3，摩爾質(zhì)量為M g/mol。阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，列式表示Kr晶胞參數(shù)a＝________nm。 解析：(1)As的原子序數(shù)為33，核外電子排布是2、8、18、5，由構造原理可知電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3或 [Ar]3d104s24p3。(2)K3[Fe(CN)6]晶體中，由于Fe3＋有空軌道，能接受孤電子對，CN－能提供孤電子對，所以Fe3＋與CN－之間的化學鍵類型為配位鍵；等電子體是原子數(shù)相等，價電子數(shù)也相等的離子或分子，與CN－互為等電子體的化合物分子式為CO。(3)①由結構式N===N===O知，中心氮原子是sp雜化；根據(jù)結構可知，每個分子中含有10個σ鍵，所以1 mol PAN中含σ鍵數(shù)目為10NA；②以頂點計算，與之相鄰的最近的Kr位于三個面心上，而頂點的原子為8個立方體共有，每個面心上的Kr為兩個立方體共有，故與每個Kr原子相緊鄰的Kr原子有m＝382＝12個，晶胞中含Kr原子為n＝8＋6＝4個，所以＝＝3；根據(jù)V＝＝ cm3＝ cm3，所以晶胞邊長為a＝ 107 nm。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3) (2)配位　CO (3)①sp　10NA　②3　 107 5．硫和釩的相關化合物在藥物化學及催化化學等領域應用廣泛。回答下列問題： (1)基態(tài)釩原子的外圍電子排布圖為_____________________________， 釩有＋2、＋3、＋4、＋5等多種化合價，其中最穩(wěn)定的化合價是__________，VO的幾何構型為________。 (2)2巰基煙酸氧釩配合物(圖1)是副作用小的有效調(diào)節(jié)血糖的新型藥物。 ①該藥物中S原子的雜化方式是____________，所含第二周期元素第一電離能按由大到小的順序排列是__________________。 ②2巰基煙酸(圖2)水溶性優(yōu)于2巰基煙酸氧釩配合物的原因是_____________________。 (3)多原子分子中各原子若在同一平面，且有相互平行的p軌道，則p電子可在多個原子間運動，形成“離域П鍵”，下列物質(zhì)中存在“離域П鍵”的是________。 A．SO2 B．SO C．H2S D．CS2 (4)某六方硫釩化合物晶體的晶胞如圖3所示，該晶胞的化學式為________。圖4為該晶胞的俯視圖，該晶胞的密度為________g/cm3(列出計算式即可)。 解析：(1)釩為23號元素，簡化電子排布式為[Ar]3d34s2，所以外圍電子排布式為3d34s2，外圍電子排布圖為其最穩(wěn)定的化合價是＋5，即失去所有的價電子，形成最外層8電子的穩(wěn)定結構；根據(jù)價層電子對互斥原理，VO的成鍵電子對數(shù)為4，孤電子對數(shù)為0，故其幾何構型為正四面體形； (2)①從圖中得到S的配位數(shù)為2，所以此時S的最外層有6＋2＝8個電子，電子對數(shù)為4，所以S原子的雜化方式是sp3雜化；配合物中含有的第二周期元素是C、N、O，同周期元素從左向右第一電離能總體呈增大趨勢，因為N的2p能級上有3個電子，是p能級的半滿穩(wěn)定結構，所以N的第一電離能反常增大，故第一電離能由大到小的順序排列為N>O>C；②2巰基煙酸中的羧基可以與水分子形成氫鍵，所以其水溶性會更好； (3)從題目表述來看，形成離域П鍵的要求是①原子共平面；②有相互平行的p軌道。根據(jù)價層電子對互斥理論，二氧化硫為V形，硫酸根為正四面體形，硫化氫為V形，二硫化碳為直線形，所以選項B錯誤；而硫化氫的H原子不存在p軌道，所以選項C錯誤。由上述可知正確的是選項AD； (4)晶胞中有V為8＋4＝2個，S為2個，所以化學式為VS；因為該晶胞中有2個VS，所以晶胞質(zhì)量為 g；根據(jù)圖4得到晶胞的底面積為aa nm2，所以晶胞的體積為aab nm3，1 nm＝10－7 cm，所以晶胞密度為 g/cm3＝ g/cm3。 　答案：(1)＋5　正四面體形 (2)①sp3　N>O>C　②2巰基煙酸的羧基可與水分子之間形成氫鍵，使其在水中溶解度增大　(3)AD　(4)VS　 g/cm3 6．據(jù)媒體報道，法國一家公司Tiamat日前研發(fā)出比當前廣泛使用的鋰電池成本更低、壽命更長、充電速度更快的鈉離子電池，預計從2020年開始實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。該電池的負極材料為Na2Co2TeO6(制備原料為Na2CO3、Co3O4和TeO2)，電解液為NaClO4的碳酸丙烯酯溶液。 回答下列問題： (1)Te屬于元素周期表中________區(qū)元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為________。 (2)基態(tài)Na原子中，核外電子占據(jù)的原子軌道總數(shù)為________，最高能層電子云輪廓圖形狀為________。 (3)C、O、Cl的電負性由大到小的順序為________(用元素符號表示)。 (4)CO的幾何構型為________；碳酸丙烯酯的結構簡式如圖所示，則其中碳原子的雜化軌道類型為________，1 mol碳酸丙烯酯中σ鍵的數(shù)目為________。 (5)[Co(H2O)6]3＋的幾何構型為正八面體形，配體是________，該配離子包含的作用力為________(填選項字母)。 A．離子鍵　B．極性鍵　C．配位鍵　D．氫鍵　E．金屬鍵 (6)Na和O形成的離子化合物的晶胞結構如圖所示，晶胞中O的配位數(shù)為________，該晶胞的密度為ρ g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Na與O之間的最短距離為______________cm(用含ρ、NA的代數(shù)式表示)。 解析：(1)Te與O是同一主族元素，屬于元素周期表中p區(qū)元素，Te為第五周期第ⅥA族元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為5s25p4； (2)基態(tài)Na原子的電子排布式為1s22s22p63s1，核外電子占據(jù)的原子軌道總數(shù)為6，最高能層電子為3s電子，電子云輪廓圖為球形； (3)元素的非金屬性越強，電負性數(shù)值越大，氧氣與氯化氫能夠反應生成氯氣和水，氧元素的非金屬性最強，故C、O、Cl的電負性由大到小的順序為O>Cl>C； (4)CO中C的價層電子對數(shù)＝3＋(4＋2－32)＝3，幾何構型為平面三角形；根據(jù)碳酸丙烯酯的結構簡式可知，其碳原子有兩種，不飽和的碳氧雙鍵中的C原子采用sp2雜化，飽和的碳原子采用sp3雜化；1 mol碳酸丙烯酯中含有6 mol C—H，4 mol C—O，2 mol C—C和1 mol C===O，其中1 mol雙鍵中含有1 mol σ鍵和1 mol π鍵，故共13 mol σ鍵，即σ鍵的數(shù)目為136.021023； (5)[Co(H2O)6]3＋的幾何構型為正八面體形，配體是H2O，該配離子包含的作用力有H—O極性鍵、配位鍵； (6)晶胞中Na＋數(shù)目為8，O2－數(shù)目為8＋6＝4，Na＋、O2－數(shù)目之比為2∶1，故該晶體化學式為Na2O，由圖可知，距一個O2－周圍最近的Na＋有8個，則O的配位數(shù)為8；晶胞質(zhì)量為 g，該晶胞的密度為ρ g/cm3，而晶胞體積為 gρ g/cm3＝ cm3，晶胞棱長為 cm，則Na與O之間的最短距離為立方體對角線的，即 cm。 答案：(1)p　5s25p4　(2)6　球形　(3)O>Cl>C (4)平面三角形　sp2、sp3　13NA(或136.021023) (5)H2O　BC　(6)8　 7．原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期。自然界中存在多種A的化合物，B 原子核外電子有6 種不同的運動狀態(tài)，B與C可形成正四面體形分子。D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子。請回答下列問題： (1)這四種元素中電負性最大的元素，其基態(tài)原子的價電子排布圖為________________，第一電離能最小的元素是________(填元素符號)。 (2)C所在主族的前四種元素分別與A形成的化合物，沸點由高到低的順序是________(填化學式)，呈現(xiàn)如此遞變規(guī)律的原因是___________________________。 (3)B元素可形成多種單質(zhì)，一種晶體結構如圖一所示，其原子的雜化類型為________；另一種的晶胞如圖二所示，若此晶胞中的棱長為356.6 pm，則此晶胞的密度為________gcm－3(保留兩位有效數(shù)字)。 (4)D元素形成的單質(zhì)，其晶體的堆積模型為________；D的醋酸鹽晶體局部結構如圖三所示，該晶體中含有的化學鍵是________(填選項序號)。 ①極性鍵　?、诜菢O性鍵　　③配位鍵　?、芙饘冁I 解析：原子序數(shù)依次增大的四種元素A、B、C、D分別處于第一至第四周期，自然界中存在多種A的化合物，則A為H元素；B原子核外電子有6種不同的運動狀態(tài)，即核外有6個電子，則B為C元素；D的基態(tài)原子的最外能層只有一個電子，其他能層均已充滿電子，D原子價電子排布為3d104s1，則D為Cu元素；結合原子序數(shù)可知，C只能處于第三周期，B與C可形成正四面體形分子，則C為Cl元素。(1)四種元素中電負性最大的是Cl，其基態(tài)原子的價電子排布式為3s23p5，價電子排布圖為四種元素中只有Cu為金屬，其他為非金屬，故Cu的第一電離能最??；(2)HF分子之間形成氫鍵，使其沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點越高，即沸點由高到低的順序是HF>HI>HBr>HCl；(3)圖一為平面結構，在其層狀結構中碳碳鍵鍵角為120，每個碳原子都結合著3個碳原子，碳原子采取sp2雜化；圖二晶胞中含碳原子數(shù)為81/8＋61/2＋4＝8，晶胞質(zhì)量為(812)/NA g，所以晶胞密度＝[(812)6.021023g](356.610－10cm)3≈3.5 gcm－3；(4)晶體Cu為面心立方最密堆積，結合圖三醋酸銅晶體的局部結構可確定其晶體中含有極性鍵、非極性鍵和配位鍵，故選①②③。 答案：(1) Cu (2)HF＞HI＞HBr＞HCl　HF分子之間形成氫鍵使其沸點較高，HI、HBr、HCl分子之間只有范德華力，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點越高 (3)sp2　3.5　(4)面心立方最密堆積?、佗冖? 8.鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，制備金屬鈦的一種流程如下： 請回答下列問題： (1)基態(tài)鈦原子的價層電子排布圖為__________，其原子核外共有________種運動狀態(tài)不同的電子，Ti形成的＋4價化合物最穩(wěn)定，原因是_____________________________ ________________。金屬鈦晶胞如圖1所示，為________(填堆積方式)堆積。 (2)已知TiCl4在通常情況下是無色液體，熔點為－37 ℃，沸點為136 ℃，可知TiCl4為________晶體。Ti3＋可形成兩種不同的TiCl36H2O晶體：[Ti(H2O)6]Cl3(紫色)、[TiCl(H2O)5]Cl2H2O(綠色)。兩者配位數(shù)________(填“相同”或“不同”)，綠色晶體中的配體是________。 (3)納米TiO2是一種應用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如圖2所示?；衔镆业姆悬c明顯高于化合物甲的沸點，主要原因是______________________________。 化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為________________。 (4)硫酸氧鈦晶體中陽離子為鏈狀聚合形式的離子，結構如圖3所示。該陽離子為______________。 　 (5)鈣鈦礦晶體的結構如圖4所示。鈦離子位于立方晶胞的頂點，被________個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被________個氧離子包圍。鈣鈦礦晶體的化學式為________________。 解析：(1)由圖1可知，金屬鈦采取六方最密堆積。(2)因TiCl4的熔、沸點較低，故TiCl4為分子晶體。(3)氫鍵的存在導致物質(zhì)熔、沸點升高，乙分子間含有氫鍵、甲分子間不含氫鍵，則化合物乙的沸點高于化合物甲的沸點。化合物乙中采取sp3雜化的原子有C、N、O，同一周期元素，元素原子的第一電離能隨著原子序數(shù)的遞增而呈增大趨勢，但第ⅡA族、第ⅤA族元素原子的第一電離能大于其相鄰元素原子的第一電離能，所以第一電離能由大到小的關系為N>O>C。(4)由圖3可知，每個O原子被2個Ti原子共用，每個Ti原子被2個O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數(shù)之比為1∶1，Ti元素為＋4價，O元素為－2價，據(jù)此可知該陽離子為TiO2＋或[TiO]。(5)鈦離子位于立方晶胞的頂角，被6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個緊鄰且距離相等的氧離子包圍，每個晶胞中鈦離子和鈣離子均為1個，晶胞的12個邊上各有1個氧離子，根據(jù)均攤原則，每個晶胞實際占有氧離子數(shù)為12＝3，則晶胞的化學式為CaTiO3。 答案：(1) 22　最外層達到8電子穩(wěn)定結構　六方最密 (2)分子　相同　H2O、Cl－　 (3)化合物乙分子間形成氫鍵　N>O>C (4)TiO2＋(或[TiO])　 (5)6　12　CaTiO3 9．近期央視以《王者歸“錸”》為專題報道了中國金屬錸加工領域的最新成就，即用金屬錸造出了航空發(fā)動機核心部件，打破了西方國家的技術封鎖。已知錸在元素周期表中呈現(xiàn)的信息為，回答下列問題： (1)錸元素位于元素周期表的第______周期______族。 (2)基態(tài)Re原子核外有________種不同運動狀態(tài)的電子，其中核外電子占據(jù)最高能層的符號是________，占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形狀為________。 (3)已知Ba與Re位于同一周期，且核外最外層電子數(shù)相同，但金屬Ba的熔點、沸點都比金屬Re的低，原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)錸的許多有機配合物是電致發(fā)光材料，已知配合物具有MLCT發(fā)射性質(zhì)，該配合物中，與N原子直接相連的苯環(huán)上的C原子的雜化類型為________，寫出與配體CO互為等電子體的兩種微粒(一種離子、一種分子)：____________________。 (5)已知金屬Re的一種晶胞結構如圖所示，則該晶胞堆積方式為_______堆積，Re原子的配位數(shù)為_______，若Re原子的半徑為r nm，則晶體的密度是________gcm－3(用含r的代數(shù)式表示)。 解析：(1)根據(jù)Re的價電子排布式為5d56s2可知錸為過渡金屬元素，位于元素周期表第六周期ⅦB族(注意過渡元素的價電子與主族元素的價電子的區(qū)別，若價電子為6s2，則位于第六周期ⅡA族)。(2)根據(jù)提供的信息可知Re的質(zhì)子數(shù)為75，核外電子數(shù)為75，所以基態(tài)Re原子核外共有75種不同運動狀態(tài)的電子；核外電子占據(jù)的最高能層為第6層，其符號為P；處于P能層上的2個電子位于6s軌道，其電子云輪廓圖形狀為球形。(3)根據(jù)金屬鍵影響金屬晶體的熔、沸點規(guī)律，可以得出答案。(4)根據(jù)配合物的結構可知，與N原子相連的苯環(huán)上的C原子的雜化類型為sp2；等電子體是指原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的微粒，與CO互為等電子體的分子有N2，離子有CN－。(5)根據(jù)圖示可知金屬Re的晶胞為六方最密堆積；與Re最緊鄰且距離相等的原子為同層的6個原子和上下層各3個原子，所以配位數(shù)是12；Re原子的半徑為r nm，則晶胞底面六邊形的邊長為2r nm，六棱柱晶胞的棱高為2r nm，體積為24r3 nm3，每個晶胞中實際占有的原子數(shù)為12＋3＋2＝6，可得密度ρ＝＝(gcm－3)。 答案：(1)六?、鰾　(2)75　P　球形 (3)Ba為ⅡA族元素，原子半徑較大且價電子數(shù)較少，金屬鍵較弱，熔沸點較低 (4)sp2　N2、CN－(其他答案合理也可) (5)六方最密　12　 10．核安全與放射性污染防治已引起廣泛關注。在爆炸的核電站周圍含有放射性物質(zhì)碘131和銫137。碘131一旦被人體吸入，可能會引發(fā)甲狀腺腫大等疾病。 (1)與銫同主族的前四周期(包括第四周期)的三種元素X、Y、Z的第一電離能如下表： 元素代號 X Y Z 第一電離能/(kJmol－1) 520 496 419 基態(tài)Z原子的核外電子排布式為________________________________________。 X、Y、Z三種元素形成的單質(zhì)熔點由高到低的順序為________(用元素符號表示)，其原因為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)F與I同主族，BeF2是由三個原子構成的共價化合物分子，分子中中心原子Be的雜化類型為________，BeF2分子的空間構型是________。 (3)Cl與I同主族，Cl具有很強的活潑性，可以形成很多含氯化合物，其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4的酸性由強到弱的順序為________________。 (4)131I2晶