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高考化学二轮复习大题突破练5物质结构与性质综合题含答案
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这是一份高考化学二轮复习大题突破练5物质结构与性质综合题含答案，共15页。试卷主要包含了镍钴锰三元材料，某笼形包合物等内容，欢迎下载使用。
大题突破练5 物质结构与性质综合题
1.(2022广东肇庆第三次质检)光电材料在能源、军事等领域有重要应用,分为无机光电材料[如ZnS、ZnSe、GaAs、(CuGa)0.5ZnS2等]及有机光电材料(如图1所示化合物)。回答下列问题:
(1)基态Zn原子的价层电子轨道表示式为 ;Ga、As、Se的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)图1所示化合物中含有的化学键类型有 (填字母),N原子的杂化方式为 。
A.共价键 B.离子键
C.配位键 D.氢键
图1
图2
(3)在水溶液中,以H2O为电子供体,CO2在(CuGa)0.5ZnS2光催化剂上可还原为CO,部分氧化物的沸点如表所示:
氧化物
H2O
SO2
CO2
沸点/℃
100
-10
-78.5
①表中氧化物之间沸点差异的原因为 。
②SO2的VSEPR模型为 。
③H2O和H2S分子中,键角更大的是 (填化学式)。
(4)ZnS和ZnSe晶体的立方晶胞结构相似,均可看作将金刚石晶胞(如图2)内部的碳原子用Zn代替,晶胞顶点与面心位置的碳原子被S或Se代替。
①ZnS晶体中,一个晶胞含有S原子数目为 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,ZnS晶体的密度为ρ1 g ·cm-3,ZnSe晶体的密度为ρ2 g·cm-3,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比为 。
2.(2022广东韶关综合测试)Fe、Mg、Co、Ni与稀土元素钇(39Y)在工农业生产、军事、航空航天、能源、环境保护、生物医学等领域中应用广泛。回答下列问题:
(1)Y在元素周期表中的位置是 ,基态Co原子的价层电子排布式为 。
(2)纳米Fe因其表面活性常用作有机催化剂,如图所示:
化合物M 化合物N
①化合物M的熔、沸点低于化合物N,其主要原因是 。
②化合物N中除苯环外其他C原子的杂化类型为 ,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为 。
(3)Ni(CO)4常用于制备纯镍,溶于乙醇、CCl4、苯等有机溶剂,为 晶体;与配体互为等电子体的阴离子有 (任意写一种)。
(4)由Mg、C和Ni组成的新型超导材料晶体的立方晶胞结构如图所示:
①该新型超导材料的化学式为 。
②若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3。
3.(2022山东青岛一模)铬是人体内微量元素之一,是重要的血糖调节剂。
(1)铬在元素周期表中的位置为 ,其基态原子核外电子占据的原子轨道数为 。
(2)已知Cr3+半径小,正电场较强,容易与H2O、NH3、Cl-等分子或离子形成多种配合物,[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O是其中的一种。
①该配合物中提供孤电子对形成配位键的原子是 。
②中心原子杂化方式为 (填字母)。
a.sp2 b.sp3
c.sp3d d.d2sp3
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是 。
(3)钛铬合金是一种高温结构材料,第二电离能I2(Ti) (填“>”或“<”)I2(Cr),原因是 。
(4)铬的一种氮化物晶体立方晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0),则B点分数坐标为 。已知r(N3-)=a nm,r(Cr3+)=b nm,则AB间距离为 nm。
4.(2022福建龙岩三模)镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的金属,在许多领域应用广泛。回答下列问题:
(1)基态Ni原子核外电子的运动状态有 种;Ni的熔点明显高于Ca,其原因是 。
(2)Ni-NTA-Nangold可用于检测或定位6x组氨酸(His)或Poly-His标记的重组蛋白。
Ni(Ⅱ)-NTA的结构简式如图所示。
①与Ni2+配位的原子形成的空间结构为 。
②配体N(CH2COO-)3中4种元素的I1从大到小的顺序为 (用元素符号表示)。
③已知N……Ni存在大π键,其结构中氮原子的杂化方式为 。
(3)镍掺杂的稀磁半导体DMS的立方晶胞结构如图所示。已知晶体密度为d g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则Ni原子与Mg原子间的距离为 cm(列出计算表达式)。
5.(2022广东汕头二模)镍钴锰三元材料
LiNixCoyMnzO2是一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好等优点。
(1)锰元素基态原子的电子排布式为 ,镍钴锰三种基态原子中未成对电子数最多的是 (填元素符号)。
(2)镍可以形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等。
①上述两种配合物都存在的化学键是 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.极性键 d.非极性键
②Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构为 。
(3)锂离子电池目前广泛采用溶有LiPF6的碳酸酯作为电解液。
①LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为 。
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中碳原子的杂化方式是 。
(4)LiCoO2的晶胞是六棱柱,其结构如图所示,镍钴锰三元材料中Ni和Mn取代了部分Co的位置:
晶胞中含Li原子数为 ,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,则LiNixCoyMnzO2晶胞的密度为 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式)。
6.(2022广东韶关二模)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。回答下列问题:
(1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价层电子排布图(轨道表示式)为 。BH4-的空间结构为 ,B原子的杂化轨道类型为 。电负性大小顺序为H (填“>”或“<”)B。
(2)基态铁原子核外电子运动状态有 种。Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子。FeCl3的熔点为306℃、沸点315℃,FeCl3的晶体类型为 。
(3)元素Cu的一种氯化物立方晶胞结构如图所示:
①原子坐标参数可用来表示晶胞内各原子的相对位置,图中各原子坐标参数如下:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,0,0),则D原子的坐标参数为 。
②该晶体中,铜、氯的微粒个数之比为 。
③若晶胞边长为a pm,铜元素微粒半径为b pm,氯元素微粒半径为c pm,则该晶胞的空间利用率(即晶胞中原子体积占晶胞体积的百分率)为 (列出计算式)。
7.(2022四川成都三诊)某笼形包合物
Ni(CN)a(NH3)b(C6H6)c的晶胞如图所示。回答下列有关问题。
(1)基态镍原子的价层电子排布式为 ;该物质中非金属元素电负性由大到小是 。
(2)NH3中N的杂化轨道类型为 ;从结构角度分析C、P原子之间不易形成π键的原因是 。
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,配体CN-提供的配位原子有 。
(4)推测该包合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为 ,其中Ni的平均化合价为 。
(5)若此晶胞体积为V=a3 nm3,设阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞的摩尔质量为M,则晶体密度为 g·cm-3(列出计算表达式)。
8.(2022广东佛山第一次质量检测)芳香胺是多种染料产品的中间体,也是农药、除草剂和多种橡胶防老剂的主要原料。
Ⅰ.制备1-萘胺:
1-硝基萘 1-萘胺
(1)溶剂DMF的结构简式为,则DMF中,C原子的杂化类型有 ;1 mol DMF中所含有的σ键数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值),DMF中第一电离能最大的元素是 。
(2)1-萘胺的水溶性比1-硝基萘的强,原因是 。
Ⅱ.制备NiZnTi催化剂:向按比例配制的NiCl2、ZnCl2、Ti(SO4)2混合溶液中加入碱液,调节pH至9~11,使其共沉淀。将沉淀分离出来后焙烧并进一步还原,可得最终产物NiZnTi。制备过程中,会生成NiO、ZnO、TiO2等中间产物。
(3)Ni的基态原子价层电子排布式为 。
(4)SO42-的空间结构为 。
(5)ZnCl2的熔点为283 ℃,验证ZnCl2晶体类型的实验方案为 。
(6)中间产物ZnO的一种晶体结构如图所示。由图可知,Zn原子位于O原子所围成的 (填“四面体”或“八面体”)空隙中,已知晶胞参数为a=3.25 nm,c=5.21 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体密度为 g·cm-3。(列出计算式,晶胞参数用字母a、c表示)
参考答案
大题突破练5 物质结构与性质综合题
1.答案(1) As>Se>Ga
(2)AC sp2
(3)①三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,水分子间能形成氢键,SO2的相对分子质量大于CO2 ②平面三角形 ③H2O
(4)①4 ②397ρ2144ρ1
解析 (1)Zn为30号元素,基态原子的价层电子轨道表示式为;元素的非金属性越强,第一电离能越大,但As反常,则Se、Ga、As的第一电离能由大到小的顺序为As>Se>Ga。
(2)由题图1所示化合物的结构可知,分子内不存在离子键和氢键,N原子的价层电子对数目为3,杂化方式为sp2。
(3)①由表中氧化物的组成和性质可知,三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,其中水分子间能形成氢键,沸点最高,二氧化硫的相对分子质量大于二氧化碳,故二氧化硫的沸点高于二氧化碳。
②SO2中S原子的价层电子对数目为3,VSEPR模型为平面三角形。
③H2O中O原子半径比H2S中S原子半径更小,电子对更靠近O原子,电子对之间排斥力更大,键角更大。
(4)ZnS和ZnSe晶体的一个晶胞中含有Zn的数目为4,S、Se的数目为8×18+6×12=4,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比=34×97ρ1NA4×144ρ2NA=397ρ2144ρ1。
2.答案(1)第五周期第ⅢB族 3d74s2
(2)①化合物N分子间能形成氢键 ②sp3 C
(4)①MgNi3C ②213a3NA×1021
解析 (1)39号元素Y在元素周期表中的位置是第五周期第ⅢB族;Co为27号元素,基态Co原子的价层电子排布式为3d74s2。
(2)①化合物N分子中含有氨基(—NH2),N分子间能形成氢键。
②化合物N中除苯环外其他C原子为饱和C原子,其杂化类型为sp3;由于氮原子的2p轨道上的电子处于半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为C
(4)①晶胞中Mg位于8个顶点,个数为18×8=1,C位于体心,个数为1,Ni位于6个面心,个数为6×12=3,该新型超导材料的化学式为MgNi3C。
②若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,根据NM=VρNA,1×213=ρ×(a×10-7)3NA,则该晶体的密度为213a3NA×1021 g·cm-3。
3.答案 (1)第四周期第ⅥB族 15
(2)①O、N ②d ③独立存在的氨气分子中氮原子含有一对孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对
(3)< 钛第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是半充满的3d5电子
(4)(1,1,12) 3(a+b)
解析 (1)铬的原子序数为24,在元素周期表中的位置为第四周期第ⅥB族;其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,s能级1个轨道,p能级3个轨道,d能级5个轨道,结合洪特规则,其占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。
(2)①该配合物中[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O,Cr3+是中心离子,内界中H2O和NH3是配位体,配位体中的O原子和N原子有孤电子对,O原子和N原子提供孤电子对与Cr3+形成配位键。
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是独立存在的氨气分子中氮原子含有一个孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大。
(3)钛原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2,第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是3d5电子,3d5处于半充满状态,较为稳定,需要较大能量才能失去,故第二电离能I2(Ti)
4.答案 (1)28 Ni与Ca同周期,Ni的原子半径比较小且价电子数多,形成的金属键比较强,熔点比较高
(2)①八面体形 ②N>O>H>C ③sp2
(3)223355NAd
解析 (1)镍元素的原子序数为28,核外电子数为28,由泡利不相容原理可知,同种原子的核外没有运动状态完全相同的电子,则基态原子核外电子的运动状态有28种;金属晶体的金属键越强,熔点越高,镍和钙都是金属晶体,镍元素与钙元素同周期,镍原子半径比钙小且价电子数比钙多,形成的金属键比钙强,熔点比钙高。
(2)①由配合物的结构可知,镍离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键,配位数为6,空间结构为八面体形。③由N……Ni存在大π键可知,结构中氮原子的杂化方式为sp2杂化。
(3)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的镍原子个数为8×18=1,位于面心镁原子个数为6×12=3,位于体内的铁原子个数为4,晶胞的化学式为NiMg3Fe4,设晶胞的边长为a cm,由晶胞的质量公式可得:355NA=a3d,解得a=3355NAd,由晶胞结构可知,晶胞中镍原子与镁原子间的距离为面对角线的12,则镍原子与镁原子间的距离为223355NAd cm。
5.答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2) Mn
(2)①bc ②非极性分子 ③正四面体形
(3)①F>P>Li ②sp2、sp3
(4)9 9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21
解析 (1)锰是25号元素,则锰元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或者[Ar]3d54s2,镍、钴、锰三种基态原子的价层电子排布式分别为3d84s2、3d74s2、3d54s2,故它们基态原子中的未成对电子数分别为2、3、5,则未成对电子数最多的是Mn。
(2)①Ni(CO)4中不存在离子键,a错误;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都存在配位键,b正确;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,[Ni(NH3)6]SO4中有N-H、S-O之间的极性键,c正确;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都不存在非极性键,d错误。
②H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为非极性分子。
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子即SO42-,SO42-中中心原子S的价层电子对数为4,根据价层电子对互斥理论可知,其空间结构为正四面体形。
(3)①根据第一电离能的变化规律:同一周期主族元素从左往右呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅤA族反常,同一主族从上往下依次减小,故LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为F>P>Li。
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中形成碳氧双键的C原子周围形成了3个σ键,则该原子采用sp2杂化,其余碳原子周围形成了4个σ键,采用sp3杂化。
(4)由题干晶胞图示可知,晶胞中含Li原子数为9,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,根据晶胞可知,x+y+z=9,得x=y=z=3,即一个晶胞中含有9个Li、3个Ni、3个Co、3个Mn和18个O,则一个晶胞的质量为m=9×7+3×59+3×59+3×55+18×16NA g,一个晶胞的体积为V=332a2c×10-21 cm3,故其密度为ρ=mV=9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21 g·cm-3。
6.答案 (1) 正四面体形 sp3 > (2)26 4s 分子晶体
(3)①(34,14,14) ②1∶1 ③16π(b3+c3)3a3×100%
解析 (1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,轨道表示式为;BH4-的中心原子B的价层电子对数为4+12×(3+1-4×1)=4,其空间结构为正四面体形,B采取sp3杂化;电负性是原子对键合电子的吸引力,H的电负性大于B。
(2)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;铁的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子,FeCl3的熔沸点比较低,故FeCl3是分子晶体。
(3)①D位于晶胞内部,若把晶胞分为8个相等的小立方体,则D位于包含C的小立方体的体心。根据A、B、C的原子坐标参数可知,D的原子坐标参数为(34,14,14)。
②该晶体中,铜位于内部,共4个,氯位于顶点和面心,共8×18+6×12=4个,所以铜、氯微粒个数比为1∶1。
③晶胞中有4个铜原子、4个氯原子,占有的体积为4×43π(b3+c3) pm3,晶胞边长为a pm,则晶胞体积为a3 pm3,该晶胞的空间利用率为16π(b3+c3)3a3×100%。
7.答案 (1)3d84s2 N>C>H
(2)sp3 C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键 (3)C
(4)1∶1 +2价 (5)MNA·a3×1021
解析 (1)Ni是28号元素,故基态镍原子的价层电子排布式为3d84s2;该物质中非金属元素即C、N、H,根据电负性同一周期从左往右依次增大,同一主族从上往下依次减小可知,电负性由大到小是N>C>H。
(2)NH3中中心原子N原子周围的价层电子对数为4,则N的杂化轨道类型为sp3,C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键。
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,CN-中C和N上均有孤电子对,但由于C的电负性小,更容易给出孤电子对,则配体CN-提供的配位原子有C。
(4)由题给图示晶胞可知,1个晶胞中含有的NH3个数为2个,苯分子个数为2个,故该络合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为2∶2=1∶1,一个晶胞中含CN-个数为4,Ni的个数为2,其中Ni的平均化合价为+42=+2价。
(5)晶体密度为ρ=mV=MNA·a3×10-21cm3=MNA·a3×1021 g·cm-3。
8.答案(1)sp3、sp2 11NA N
(2)1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,增大其在水中的溶解度
(3)3d84s2
(4)正四面体形
(5)将ZnCl2在隔绝空气的容器中加热到283 ℃使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体
(6)四面体 12×8133NAa2c×10-21
解析 (1)由溶剂DMF的结构简式可知DMF中两个甲基上的C原子的杂化方式为sp3,上的C原子的杂化方式为sp2;已知单键均为σ键,双键为1个σ键和1个π键,三键为1个σ键和2个π键,结合DMF的结构简式可知,1 mol DMF中所含有的σ键数目为11NA;DMF中含有H、C、N、O,根据第一电离能的递变规律可知,第一电离能最大的元素是N。
(2)由于1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,而1-硝基萘不能,导致1-萘胺的水溶性比1-硝基萘的强。
(3)Ni为28号元素,则Ni的基态原子价层电子排布式为3d84s2。
(4)SO42-的中心原子S原子的价层电子对数为4+12(6+2-4×2)=4,无孤电子对,故SO42-的空间结构为正四面体形。
(5)ZnCl2的熔点为283 ℃,将ZnCl2在隔绝空气的容器中加热到283 ℃使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体。
(6)由题图可知,Zn原子位于O原子所围成的四面体空隙中,已知一个晶胞中含有的Zn的个数为6×13+4×1=6,O的个数为12×16+2×12+3×1=6,故一个晶胞的质量为6×81NA g ,一个晶胞的体积为332a2c×10-21cm3,则晶体密度为ρ=mV=6×81NAg332a2c×10-21cm3=12×8133NAa2c×10-21 g·cm-3。
大题突破练5 物质结构与性质综合题
1.(2022广东肇庆第三次质检)光电材料在能源、军事等领域有重要应用,分为无机光电材料[如ZnS、ZnSe、GaAs、(CuGa)0.5ZnS2等]及有机光电材料(如图1所示化合物)。回答下列问题:
(1)基态Zn原子的价层电子轨道表示式为 ;Ga、As、Se的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)图1所示化合物中含有的化学键类型有 (填字母),N原子的杂化方式为 。
A.共价键 B.离子键
C.配位键 D.氢键
图1
图2
(3)在水溶液中,以H2O为电子供体,CO2在(CuGa)0.5ZnS2光催化剂上可还原为CO,部分氧化物的沸点如表所示:
氧化物
H2O
SO2
CO2
沸点/℃
100
-10
-78.5
①表中氧化物之间沸点差异的原因为 。
②SO2的VSEPR模型为 。
③H2O和H2S分子中,键角更大的是 (填化学式)。
(4)ZnS和ZnSe晶体的立方晶胞结构相似,均可看作将金刚石晶胞(如图2)内部的碳原子用Zn代替,晶胞顶点与面心位置的碳原子被S或Se代替。
①ZnS晶体中,一个晶胞含有S原子数目为 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,ZnS晶体的密度为ρ1 g ·cm-3,ZnSe晶体的密度为ρ2 g·cm-3,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比为 。
2.(2022广东韶关综合测试)Fe、Mg、Co、Ni与稀土元素钇(39Y)在工农业生产、军事、航空航天、能源、环境保护、生物医学等领域中应用广泛。回答下列问题:
(1)Y在元素周期表中的位置是 ,基态Co原子的价层电子排布式为 。
(2)纳米Fe因其表面活性常用作有机催化剂,如图所示:
化合物M 化合物N
①化合物M的熔、沸点低于化合物N,其主要原因是 。
②化合物N中除苯环外其他C原子的杂化类型为 ,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为 。
(3)Ni(CO)4常用于制备纯镍,溶于乙醇、CCl4、苯等有机溶剂,为 晶体;与配体互为等电子体的阴离子有 (任意写一种)。
(4)由Mg、C和Ni组成的新型超导材料晶体的立方晶胞结构如图所示:
①该新型超导材料的化学式为 。
②若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3。
3.(2022山东青岛一模)铬是人体内微量元素之一,是重要的血糖调节剂。
(1)铬在元素周期表中的位置为 ,其基态原子核外电子占据的原子轨道数为 。
(2)已知Cr3+半径小,正电场较强,容易与H2O、NH3、Cl-等分子或离子形成多种配合物,[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O是其中的一种。
①该配合物中提供孤电子对形成配位键的原子是 。
②中心原子杂化方式为 (填字母)。
a.sp2 b.sp3
c.sp3d d.d2sp3
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是 。
(3)钛铬合金是一种高温结构材料,第二电离能I2(Ti) (填“>”或“<”)I2(Cr),原因是 。
(4)铬的一种氮化物晶体立方晶胞结构如图所示。A点分数坐标为(0,0,0),则B点分数坐标为 。已知r(N3-)=a nm,r(Cr3+)=b nm,则AB间距离为 nm。
4.(2022福建龙岩三模)镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的金属,在许多领域应用广泛。回答下列问题:
(1)基态Ni原子核外电子的运动状态有 种;Ni的熔点明显高于Ca,其原因是 。
(2)Ni-NTA-Nangold可用于检测或定位6x组氨酸(His)或Poly-His标记的重组蛋白。
Ni(Ⅱ)-NTA的结构简式如图所示。
①与Ni2+配位的原子形成的空间结构为 。
②配体N(CH2COO-)3中4种元素的I1从大到小的顺序为 (用元素符号表示)。
③已知N……Ni存在大π键,其结构中氮原子的杂化方式为 。
(3)镍掺杂的稀磁半导体DMS的立方晶胞结构如图所示。已知晶体密度为d g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则Ni原子与Mg原子间的距离为 cm(列出计算表达式)。
5.(2022广东汕头二模)镍钴锰三元材料
LiNixCoyMnzO2是一类新型锂离子电池正极材料,具有容量高、循环稳定性好等优点。
(1)锰元素基态原子的电子排布式为 ,镍钴锰三种基态原子中未成对电子数最多的是 (填元素符号)。
(2)镍可以形成多种配合物,如Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等。
①上述两种配合物都存在的化学键是 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.极性键 d.非极性键
②Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为 (填“极性分子”或“非极性分子”)。
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构为 。
(3)锂离子电池目前广泛采用溶有LiPF6的碳酸酯作为电解液。
①LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为 。
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中碳原子的杂化方式是 。
(4)LiCoO2的晶胞是六棱柱,其结构如图所示,镍钴锰三元材料中Ni和Mn取代了部分Co的位置:
晶胞中含Li原子数为 ,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,则LiNixCoyMnzO2晶胞的密度为 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式)。
6.(2022广东韶关二模)硼、钛、铁、铜等元素的化合物具有广泛的应用价值。回答下列问题:
(1)Ti(BH4)3(硼氢化钛)可由TiCl4和LiBH4反应制得。基态钛原子的价层电子排布图(轨道表示式)为 。BH4-的空间结构为 ,B原子的杂化轨道类型为 。电负性大小顺序为H (填“>”或“<”)B。
(2)基态铁原子核外电子运动状态有 种。Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子。FeCl3的熔点为306℃、沸点315℃,FeCl3的晶体类型为 。
(3)元素Cu的一种氯化物立方晶胞结构如图所示:
①原子坐标参数可用来表示晶胞内各原子的相对位置,图中各原子坐标参数如下:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,0,0),则D原子的坐标参数为 。
②该晶体中,铜、氯的微粒个数之比为 。
③若晶胞边长为a pm,铜元素微粒半径为b pm,氯元素微粒半径为c pm,则该晶胞的空间利用率(即晶胞中原子体积占晶胞体积的百分率)为 (列出计算式)。
7.(2022四川成都三诊)某笼形包合物
Ni(CN)a(NH3)b(C6H6)c的晶胞如图所示。回答下列有关问题。
(1)基态镍原子的价层电子排布式为 ;该物质中非金属元素电负性由大到小是 。
(2)NH3中N的杂化轨道类型为 ;从结构角度分析C、P原子之间不易形成π键的原因是 。
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,配体CN-提供的配位原子有 。
(4)推测该包合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为 ,其中Ni的平均化合价为 。
(5)若此晶胞体积为V=a3 nm3,设阿伏加德罗常数的值为NA,晶胞的摩尔质量为M,则晶体密度为 g·cm-3(列出计算表达式)。
8.(2022广东佛山第一次质量检测)芳香胺是多种染料产品的中间体,也是农药、除草剂和多种橡胶防老剂的主要原料。
Ⅰ.制备1-萘胺:
1-硝基萘 1-萘胺
(1)溶剂DMF的结构简式为,则DMF中,C原子的杂化类型有 ;1 mol DMF中所含有的σ键数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值),DMF中第一电离能最大的元素是 。
(2)1-萘胺的水溶性比1-硝基萘的强,原因是 。
Ⅱ.制备NiZnTi催化剂:向按比例配制的NiCl2、ZnCl2、Ti(SO4)2混合溶液中加入碱液,调节pH至9~11,使其共沉淀。将沉淀分离出来后焙烧并进一步还原,可得最终产物NiZnTi。制备过程中,会生成NiO、ZnO、TiO2等中间产物。
(3)Ni的基态原子价层电子排布式为 。
(4)SO42-的空间结构为 。
(5)ZnCl2的熔点为283 ℃,验证ZnCl2晶体类型的实验方案为 。
(6)中间产物ZnO的一种晶体结构如图所示。由图可知,Zn原子位于O原子所围成的 (填“四面体”或“八面体”)空隙中,已知晶胞参数为a=3.25 nm,c=5.21 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体密度为 g·cm-3。(列出计算式,晶胞参数用字母a、c表示)
参考答案
大题突破练5 物质结构与性质综合题
1.答案(1) As>Se>Ga
(2)AC sp2
(3)①三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,水分子间能形成氢键,SO2的相对分子质量大于CO2 ②平面三角形 ③H2O
(4)①4 ②397ρ2144ρ1
解析 (1)Zn为30号元素,基态原子的价层电子轨道表示式为;元素的非金属性越强,第一电离能越大,但As反常,则Se、Ga、As的第一电离能由大到小的顺序为As>Se>Ga。
(2)由题图1所示化合物的结构可知,分子内不存在离子键和氢键,N原子的价层电子对数目为3,杂化方式为sp2。
(3)①由表中氧化物的组成和性质可知,三种氧化物形成的晶体均为分子晶体,其中水分子间能形成氢键,沸点最高,二氧化硫的相对分子质量大于二氧化碳,故二氧化硫的沸点高于二氧化碳。
②SO2中S原子的价层电子对数目为3,VSEPR模型为平面三角形。
③H2O中O原子半径比H2S中S原子半径更小,电子对更靠近O原子,电子对之间排斥力更大,键角更大。
(4)ZnS和ZnSe晶体的一个晶胞中含有Zn的数目为4,S、Se的数目为8×18+6×12=4,则ZnS晶体与ZnSe晶体的晶胞参数之比=34×97ρ1NA4×144ρ2NA=397ρ2144ρ1。
2.答案(1)第五周期第ⅢB族 3d74s2
(2)①化合物N分子间能形成氢键 ②sp3 C
(4)①MgNi3C ②213a3NA×1021
解析 (1)39号元素Y在元素周期表中的位置是第五周期第ⅢB族;Co为27号元素,基态Co原子的价层电子排布式为3d74s2。
(2)①化合物N分子中含有氨基(—NH2),N分子间能形成氢键。
②化合物N中除苯环外其他C原子为饱和C原子,其杂化类型为sp3;由于氮原子的2p轨道上的电子处于半充满稳定状态,第一电离能大于同周期相邻元素,元素C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为C
(4)①晶胞中Mg位于8个顶点,个数为18×8=1,C位于体心,个数为1,Ni位于6个面心,个数为6×12=3,该新型超导材料的化学式为MgNi3C。
②若晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,根据NM=VρNA,1×213=ρ×(a×10-7)3NA,则该晶体的密度为213a3NA×1021 g·cm-3。
3.答案 (1)第四周期第ⅥB族 15
(2)①O、N ②d ③独立存在的氨气分子中氮原子含有一对孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对
(3)< 钛第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是半充满的3d5电子
(4)(1,1,12) 3(a+b)
解析 (1)铬的原子序数为24,在元素周期表中的位置为第四周期第ⅥB族;其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1,s能级1个轨道,p能级3个轨道,d能级5个轨道,结合洪特规则,其占据的原子轨道数为1+1+3+1+3+5+1=15。
(2)①该配合物中[Cr(H2O)2(NH3)4]Cl3·2H2O,Cr3+是中心离子,内界中H2O和NH3是配位体,配位体中的O原子和N原子有孤电子对,O原子和N原子提供孤电子对与Cr3+形成配位键。
③该物质中,N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大,其原因是独立存在的氨气分子中氮原子含有一个孤电子对,而该物质中的N原子的孤电子对提供出来与Cr3+形成了成键电子对,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,故N—H的键角比独立存在的气态氨气分子中键角略大。
(3)钛原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2,第二电离能失去的是4s1电子,铬第二电离能失去的是3d5电子,3d5处于半充满状态,较为稳定,需要较大能量才能失去,故第二电离能I2(Ti)
4.答案 (1)28 Ni与Ca同周期,Ni的原子半径比较小且价电子数多,形成的金属键比较强,熔点比较高
(2)①八面体形 ②N>O>H>C ③sp2
(3)223355NAd
解析 (1)镍元素的原子序数为28,核外电子数为28,由泡利不相容原理可知,同种原子的核外没有运动状态完全相同的电子,则基态原子核外电子的运动状态有28种;金属晶体的金属键越强,熔点越高,镍和钙都是金属晶体,镍元素与钙元素同周期,镍原子半径比钙小且价电子数比钙多,形成的金属键比钙强,熔点比钙高。
(2)①由配合物的结构可知,镍离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键,配位数为6,空间结构为八面体形。③由N……Ni存在大π键可知,结构中氮原子的杂化方式为sp2杂化。
(3)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的镍原子个数为8×18=1,位于面心镁原子个数为6×12=3,位于体内的铁原子个数为4,晶胞的化学式为NiMg3Fe4,设晶胞的边长为a cm,由晶胞的质量公式可得:355NA=a3d,解得a=3355NAd,由晶胞结构可知,晶胞中镍原子与镁原子间的距离为面对角线的12,则镍原子与镁原子间的距离为223355NAd cm。
5.答案 (1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2) Mn
(2)①bc ②非极性分子 ③正四面体形
(3)①F>P>Li ②sp2、sp3
(4)9 9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21
解析 (1)锰是25号元素,则锰元素基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或者[Ar]3d54s2,镍、钴、锰三种基态原子的价层电子排布式分别为3d84s2、3d74s2、3d54s2,故它们基态原子中的未成对电子数分别为2、3、5,则未成对电子数最多的是Mn。
(2)①Ni(CO)4中不存在离子键,a错误;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都存在配位键,b正确;Ni(CO)4中有C和O之间的极性键,[Ni(NH3)6]SO4中有N-H、S-O之间的极性键,c正确;Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4都不存在非极性键,d错误。
②H2O是极性分子,CCl4是非极性分子,根据“相似相溶”原理可知,Ni(CO)4常温下难溶于水,易溶于CCl4中,可推知其为非极性分子。
③[Ni(NH3)6]SO4中阴离子即SO42-,SO42-中中心原子S的价层电子对数为4,根据价层电子对互斥理论可知,其空间结构为正四面体形。
(3)①根据第一电离能的变化规律:同一周期主族元素从左往右呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅤA族反常,同一主族从上往下依次减小,故LiPF6各元素的第一电离能从大到小的顺序为F>P>Li。
②常见溶剂碳酸乙烯酯()中形成碳氧双键的C原子周围形成了3个σ键,则该原子采用sp2杂化,其余碳原子周围形成了4个σ键,采用sp3杂化。
(4)由题干晶胞图示可知,晶胞中含Li原子数为9,若晶胞的底边边长为a nm,高为c nm,x∶y∶z=1∶1∶1,根据晶胞可知,x+y+z=9,得x=y=z=3,即一个晶胞中含有9个Li、3个Ni、3个Co、3个Mn和18个O,则一个晶胞的质量为m=9×7+3×59+3×59+3×55+18×16NA g,一个晶胞的体积为V=332a2c×10-21 cm3,故其密度为ρ=mV=9×7+3×59+3×59+3×55+18×16332a2cNA×10-21 g·cm-3。
6.答案 (1) 正四面体形 sp3 > (2)26 4s 分子晶体
(3)①(34,14,14) ②1∶1 ③16π(b3+c3)3a3×100%
解析 (1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,轨道表示式为;BH4-的中心原子B的价层电子对数为4+12×(3+1-4×1)=4,其空间结构为正四面体形,B采取sp3杂化;电负性是原子对键合电子的吸引力,H的电负性大于B。
(2)铁原子核外有26个电子,每个电子的运动状态都不相同,所以铁原子核外电子运动状态有26种;铁的价层电子排布式为3d64s2,Fe成为阳离子时首先失去的是最外层4s轨道上的电子,FeCl3的熔沸点比较低,故FeCl3是分子晶体。
(3)①D位于晶胞内部,若把晶胞分为8个相等的小立方体,则D位于包含C的小立方体的体心。根据A、B、C的原子坐标参数可知,D的原子坐标参数为(34,14,14)。
②该晶体中,铜位于内部,共4个,氯位于顶点和面心,共8×18+6×12=4个,所以铜、氯微粒个数比为1∶1。
③晶胞中有4个铜原子、4个氯原子,占有的体积为4×43π(b3+c3) pm3,晶胞边长为a pm,则晶胞体积为a3 pm3,该晶胞的空间利用率为16π(b3+c3)3a3×100%。
7.答案 (1)3d84s2 N>C>H
(2)sp3 C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键 (3)C
(4)1∶1 +2价 (5)MNA·a3×1021
解析 (1)Ni是28号元素,故基态镍原子的价层电子排布式为3d84s2;该物质中非金属元素即C、N、H,根据电负性同一周期从左往右依次增大,同一主族从上往下依次减小可知,电负性由大到小是N>C>H。
(2)NH3中中心原子N原子周围的价层电子对数为4,则N的杂化轨道类型为sp3,C和P的原子半径较大,“头碰头”重叠形成σ键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键。
(3)在晶胞中,镍离子与CN-之间产生配位键,CN-中C和N上均有孤电子对,但由于C的电负性小,更容易给出孤电子对,则配体CN-提供的配位原子有C。
(4)由题给图示晶胞可知,1个晶胞中含有的NH3个数为2个,苯分子个数为2个,故该络合物中氨与苯分子数目比,即b∶c为2∶2=1∶1,一个晶胞中含CN-个数为4,Ni的个数为2,其中Ni的平均化合价为+42=+2价。
(5)晶体密度为ρ=mV=MNA·a3×10-21cm3=MNA·a3×1021 g·cm-3。
8.答案(1)sp3、sp2 11NA N
(2)1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,增大其在水中的溶解度
(3)3d84s2
(4)正四面体形
(5)将ZnCl2在隔绝空气的容器中加热到283 ℃使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体
(6)四面体 12×8133NAa2c×10-21
解析 (1)由溶剂DMF的结构简式可知DMF中两个甲基上的C原子的杂化方式为sp3,上的C原子的杂化方式为sp2;已知单键均为σ键,双键为1个σ键和1个π键,三键为1个σ键和2个π键,结合DMF的结构简式可知,1 mol DMF中所含有的σ键数目为11NA;DMF中含有H、C、N、O,根据第一电离能的递变规律可知,第一电离能最大的元素是N。
(2)由于1-萘胺中含有氨基,能与水分子形成分子间氢键,而1-硝基萘不能,导致1-萘胺的水溶性比1-硝基萘的强。
(3)Ni为28号元素,则Ni的基态原子价层电子排布式为3d84s2。
(4)SO42-的中心原子S原子的价层电子对数为4+12(6+2-4×2)=4,无孤电子对,故SO42-的空间结构为正四面体形。
(5)ZnCl2的熔点为283 ℃,将ZnCl2在隔绝空气的容器中加热到283 ℃使其熔化,并检验其导电性,若能导电说明ZnCl2为离子晶体。
(6)由题图可知,Zn原子位于O原子所围成的四面体空隙中,已知一个晶胞中含有的Zn的个数为6×13+4×1=6,O的个数为12×16+2×12+3×1=6,故一个晶胞的质量为6×81NA g ,一个晶胞的体积为332a2c×10-21cm3,则晶体密度为ρ=mV=6×81NAg332a2c×10-21cm3=12×8133NAa2c×10-21 g·cm-3。
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