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备战2025年高考二轮复习化学（山东版） 大题突破练5 物质结构与性质综合题（Word版附解析）
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这是一份备战2025年高考二轮复习化学（山东版） 大题突破练5 物质结构与性质综合题（Word版附解析），共6页。试卷主要包含了75,0，K2Cr2O7、等内容，欢迎下载使用。
1.(2024·山东日照二模)过渡金属不但能够与非金属元素形成化合物,还能与其他金属元素形成金属互化物。回答下列问题:
(1)Mn在元素周期表中的位置为 ,属于 区的元素,基态锰原子的价电子轨道表示式为 。
(2)二茂铁化学式为Fe(C5H5)2,由Fe2+与两个C5H5-构成(如图),熔点为172 ℃。
①二茂铁熔点低于铁的原因为 。
②大π键通常用符号Πnm表示(m代表参与形成大π键的原子数,n代表大π键的电子数),则C5H5-中的大π键表示为 。
③Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构。则Fe2+与两个C5H5-形成配位键的数目为 。
(3)锰和镓形成的金属互化物立方晶胞如图所示。
①若将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点,则距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为 (填字母)。
A.面心B.体心
C.顶点D.棱心
②晶胞中,相邻Mn原子构成的正四面体空隙完全由镍原子填充,可用于制备碳基金属催化剂。1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为 ;晶胞参数为a nm,则填充镍后的晶体的密度ρ= g·cm-3(用含NA、a的代数式表示)。
答案:(1)第四周期ⅦB d
(2)①二茂铁属于分子晶体,铁属于金属晶体,铁晶体中金属键强度大于二茂铁晶体中分子间作用力 ②Π56 ③6
(3)①A ②(34,34,34) ③972(a×10-7)3NA
解析:(2)①二茂铁熔点低于铁,主要从晶体类型角度分析原因;②在C5H5-中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子,这些电子占据在与环的平面垂直的p轨道上,5个碳原子的5个p轨道肩并肩,外加得到一个电子重叠形成大π键,其大π键可表示为Π56;③Fe2+的价电子排布式是3d6,Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构,则3d、4s、4p能级均填满电子,所以C5H5-提供了12个电子,即6个电子对,所以配位键的数目为6。
(3)①将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点时,整个晶胞中原子的坐标均移动1/2个单位,距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为面的中心,即面心的位置;②1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为(34,34,34);填充镍后的晶胞中Ni的个数为8,Mn的个数为8×18+6×12=4,Ga的个数为12×14+1=4,晶体的密度ρ=n×MV×NA=4×243(a×10-7)3×NA g·cm-3=972(a×10-7)3NA g·cm-3。
2.(2024·山东潍坊二模)氮族元素可以形成多种多样的化合物,回答下列问题:
(1)基态As原子的价电子的轨道表示式是 。
(2)叠氮酸(HN3)常用于引爆剂,可用联氨(H2N—NH2)制取。比较联氨与双氧水分子中键角大小:∠H—N—N (填“>”“=”或“<”,下同)∠H—O—O。叠氮酸结构如图所示:, *N为sp2杂化,已知参与形成π键的电子越多,键长越短,则键长:① ②。
(3)乙胺(CH3CH2NH2)和2-羟基乙胺(HOCH2CH2NH2)都可用于染料的合成,乙胺碱性更强,原因是 。
(4)磷酸一氢盐受热易脱水聚合,生成环状的偏磷酸根。环状三偏磷酸根的结构如图所示,则由n个磷氧四面体连接形成的环状偏磷酸根的通式是 。
(5)砷与金属钠、铁、铜可形成一种绝缘体材料,其晶胞结构图钠原子沿z轴投影如图所示,已知m原子的分数坐标为(0.75,0.25,0.20),晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。铜周围距离最近的砷原子的个数是 ,n原子的分数坐标是 ,若阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体密度是 g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
答案:(1)
(2)> <
(3)2-羟基乙胺上羟基氧电负性大,有吸电子作用,使氨基氮电子云密度减小,碱性减弱
(4)(PO3)nn-
(5)4 (0.75,0.75,0.80) 4×316×1030a2·c·NA
解析:(2)H—N—N中中心原子孤电子对数少于H—O—O中中心原子的孤电子对数,孤电子对对成键电子排斥作用较大,孤电子对数越多,键角则相对越小,因此键角∠H—N—N>∠H—O—O。①中N—N两个氮原子均为两个p轨道的电子参与形成两个π键,剩下一个p轨道和s轨道形成sp杂化,②中右边的N,只形成1个π键,两个p轨道和一个s轨道形成sp2杂化,因此键长①<②。
(4)根据图示可知,P原子与O原子的个数比为1∶3,每个P化合价为+5价,每个O化合价为-2价,则每一个PO3这样的结构带一个负电荷,则n个磷氧四面体连接形成的环状偏磷酸根的通式为(PO3)nn-。
(5)以上顶面中心的Cu为例,与其距离最近的砷原子位于其下方的两个和上方晶胞底部的两个,因此铜周围距离最近的砷原子的个数为4。已知m原子的分数坐标为(0.75,0.25,0.20),n原子位于晶胞上方靠前的位置,坐标为(0.75,0.75,0.80)。该晶胞中含有Cu个数为14×8+12×4=4,Fe个数为18×8+14×4+12×2+1=4,As个数为8,Na个数为8,则其密度为4×316NAa2c×10-30g·cm-3=4×316×1030a2·c·NAg·cm-3。
3.(2024·河南郑州二模)K2Cr2O7、
NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O、CrB2均是铬的重要化合物,回答下列问题:
(1)基态Cr原子有 种能量不同的电子,价电子排布式为 。
(2)已知电子亲和能(E)是基态的气态原子得到电子变为气态阴离子所放出的能量,O(g)+e-O-(g) ΔH1=-140 kJ·ml-1,O-(g)+e-O2- ΔH2=+884.2 kJ·ml-1,氧的第一电子亲和能E1为 kJ·ml-1;ΔH2>0,其原因是 。
(3)雷氏盐的化学式为NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O。
①H、C、N、O四种元素的电负性由大到小的顺序为 。
②雷氏盐中所含化学键类型为 (填字母)。
A.离子键B.共价键
C.配位键D.金属键
E.氢键
③配体之一NH3分子的空间结构为 ,与配体NCS-互为等电子体的分子和离子有 (各写1种)。
(4)CrB2的晶体密度为ρ g·cm-3,晶体结构(如图)为六棱柱,底边边长为a nm,高为c nm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则a2c= (列出计算式)。
答案:(1)7 3d54s1
(2)140 O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量
(3)①O>N>C>H ②ABC ③三角锥形 CO2或CS2、CNO-(合理即可)
(4)3×7434×6×10-21ρNA
解析:(2)由电子亲和能的定义可知,氧原子的第一电子亲和能E1为140 kJ·ml-1;O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量,所以ΔH2大于0。(3)①元素的非金属性越强,电负性越大,四种元素的非金属性强弱顺序为O>N>C>H,则电负性的大小顺序为O>N>C>H;②氢键不属于化学键,是比较强的分子间作用力,由化学式可知,雷氏盐是含有离子键、共价键、配位键的离子化合物,不含金属键;③氨分子中氮原子的价电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形;CO2、CS2、CNO-与NCS-的原子个数都为3、价电子数都为16,互为等电子体。(4)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的铬原子个数为12×16+2×12=3,位于体内的硼原子个数为6,由晶胞的质量公式可得:3×74NA=34×a2×6×c×10-21×ρ,解得a2c=3×7434×6×10-21ρNA。
4.(2024·山东德州二模)钴及其化合物在材料、医药等领域具有广泛应用。回答下列问题:
(1)基态钴原子的价层电子排布式为 ;电解熔融的CCl2或CO都能制备金属钴,CCl2熔点低于CO熔点的原因是 。
(2)某含钴配离子结构如图(NH2CH2CH2NH2为电中性配体),已知配合物的磁矩μB=n(n+2)BM(n表示中心原子或离子的未成对电子数),则该配离子的磁矩μB= BM;下列对钴离子的杂化方式推断合理的是 (填字母)。
A.sp3B.dsp2
C.d2sp3D.sp3d
(3)钴酸锂(LiCO2)是常见的锂离子电池正极材料,其晶体属六方晶系(晶胞参数a=b≠c,α=β=90°,γ=120°),晶胞结构示意图如图。晶体中O围绕C形成八面体,八面体共棱形成带负电的层状空间结构,与Li+层交替排列。在充、放电过程中,Li+在层间脱出或嵌入。
①晶胞中C的个数为 ;Li+在充电过程中会从八面体层间脱出导致晶胞高度c变大,原因是 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体密度为 g·cm-3(用代数式表示)。
答案:(1)3d74s2 CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高
(2)24 C
(3)①3 Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大
②294NA×(a×b×c)×10-30
解析:(1)钴原子序数27,基态钴原子的价层电子排布式:3d74s2;CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高。
(2)中心离子C3+价层电子排布为3d6,未成对电子数为4,磁矩μB=24BM;C3+形成6个配位键,即形成6个共价键,需6个杂化轨道,则杂化方式应为d2sp3。
(3)①晶胞中C位于棱上和体内,个数为4×14+2=3;充电过程中,正极材料失去电子发生氧化反应,Li+从八面体层间脱出,Li+减少,使Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大;
②晶胞中C个数为3,根据化学式LiCO2可知,Li个数为3,O个数为6,晶体密度:ρ=nMNAV=3×(7+59+16×2)NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3=294NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3。
5.(2024·山东泰安二模)开发高效储氢材料是重要的研究方向。回答下列问题:
(1)最新研究发现,在镍的表面覆盖石墨烯,可大大增加储氢材料释放氢气的速率。石墨烯是单层碳原子组成的平面结构,具有良好的导电、导热性。
①基态Ni原子的电子排布式为 。
②石墨烯中碳碳键键长 (填“>”“<”或“=”)乙烯中碳碳键键长。
③下列反应常用来检验Ni2+,请补全方程式:
键角α (填“>”“<”或“=”)β。
(2)镧(La)和氢原子可以形成一系列储氢晶体材料LaHn,LaHn属于立方晶系,La原子作面心立方堆积。La晶体吸附H2,形成LaH2,LaH2晶胞中H填充在La原子的正四面体空隙中,晶胞沿体对角线的投影如图①所示。高压下,LaH2中每个H再结合4个H构成小正四面体结构,形成LaHx,其晶胞从各个面的投影均如图②所示。
①LaH2晶胞中La原子的分数坐标有 种,晶胞中La原子个数与正四面体空隙数之比为 ,H原子的配位数为 。
②高压下,LaH2吸附H2得到晶体LaHx的反应式为 (x用数字表示)。若LaHx晶胞棱长为a pm,La原子与最近的氢原子的距离为b pm,则LaHx晶胞中每个小正四面体内H—H的最短距离为 pm(用含a和b的式子表示)。
答案:(1)①[Ar]3d84s2(或1s22s22p63s23p63d84s2) ②> ③2H+ <
(2)①4 1∶2 4 ②LaH2+4H2LaH10 34a-b
解析:(1)②石墨烯中为碳碳单键,乙烯中为碳碳双键,所以石墨烯中碳碳键键长大于乙烯中碳碳键键长;③根据原子和电荷守恒可配平方程式;键角α对应的N原子有1个孤电子对,键角β对应的N原子没有孤电子对,两者均为sp2杂化,由于孤电子对与成键电子对的排斥力大于成键电子对与成键电子对的排斥力,所以键角α<β。
(2)①根据La为面心立方堆积,处在立方体的顶点和面心,8个顶点平移后分数坐标是一样的,为(0,0,0),同理可得,上面面心与下面面心为(12,12,0),左面心与右面心为(12,0,12),前后面心为(0,12,12),则分数坐标有4种;晶胞中La原子个数为4,正四面体空隙为8个,所以晶胞中La原子个数与正四面体空隙数之比为1∶2;晶胞中H填充在La原子的正四面体空隙中,所以H原子的配位数为4;②高压下,LaH2中每个H再结合4个H构成小正四面体结构,则H的原子个数为(8+32)个,所以LaHx为LaH10,反应式为LaH2+4H2LaH10;已知LaH10晶胞棱长为a pm,H位于La原子的正四面体空隙中,即体对角线的14处,为34a,La原子与最近的氢原子的距离为b pm,则LaH10晶胞中每个小正四面体内H—H的最短距离为(34a-b) pm。
6.(2024·四川成都二模)以砷化铝(AlAs)作催化剂,实现了在常压、100~300 ℃的条件下合成氨。
(1)基态As原子的核外价电子的轨道表示式为 ;第一电离能I1(As) (填“大于”或“小于”)I1(Se),其原因是 。
(2)As3S4的分子结构中均为单键,且每个原子最外层均满足8e-稳定结构,则该分子中所含共价键的数目为 ;该分子中S原子的杂化轨道类型为 。
(3)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。已知NF3与NH3的空间结构都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子,其原因是 。
(4)Be和Al的性质相似,在500~600 ℃气相中,氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在,1 ml Be2Cl4中含有的共价键数目为 。BeO晶体的晶胞结构与ZnS类似,如图所示。该晶胞中原子的位置可以用原子分数坐标表示,若原子A、B的坐标分别为(0,0,0)、(12,12,12),则C原子的坐标为 。设O与Be的最近距离为a pm,用NA表示阿伏加德罗常数的值,则BeO晶体的密度为 g·cm-3(用含a和NA的计算式表示)。
答案:(1) 大于 As的价电子排布式为4s24p3,4p轨道为半充满结构,能量更低,更稳定
(2)10 sp3
(3)电负性:F>N>H,在NF3中,共用电子对偏向F,偏离N原子,使得氮原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键
(4)6NA (14,14,14) 4×(9+16)NA×(433a)3×10-30
解析:(1)As是33号元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,根据构造原理,可知基态As原子核外价层电子排布式是4s24p3,轨道表示式为;一般情况下,同一周期元素,原子序数越大,其第一电离能就越大,但由于As处于第ⅤA族,价电子排布式为4s24p3,4p能级上的3个电子排布在3个不同轨道上,这种电子排布为半充满结构,能量更低,更稳定,失去电子需消耗的能量比相邻的元素高,故I1(As)>I1(Se)。
(2)As的最外层有3个成单电子,S原子最外层有2个成单电子,As4S4的分子结构中均为单键,且每个原子最外层均满足8e-稳定结构,其分子结构可表示为,说明结构中每个S原子形成2个S—As键,每个As原子形成2个As—S键和1个As—As键,每个As—As键都被重复数了2次,则4个As原子间形成2个As—As键,故该分子中所含共价键数目为2×4+2×1=10;每个S原子形成2个S—As键,并有2个孤电子对,价层电子对数为4,所以S为sp3杂化。
(3)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。NF3与NH3的空间结构都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子,这是由于元素的电负性:F>N>H,在NF3中,共用电子对偏向电负性大的F,而偏离N原子,使得N原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子。
(4)Be和Al的性质相似,在500~600 ℃气相中,氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在,Be2Cl4的结构为,可知1个分子中含有6个共价键,则1 ml Be2Cl4中含有的共价键数目为6NA;由晶胞结构可知,每个Be周围有四个O与其相连,由BeO的晶胞结构以及A、B的坐标可知,C的坐标为(14,14,14);一个晶胞中含Be的个数为4;含O的个数为8×18+6×12=4,O与Be的最近距离为晶胞体对角线的14,故晶胞边长为433a pm,故该晶体的密度为ρ=4×(9+16)NA×(433a)3×10-30 g·cm-3。
1.(2024·山东日照二模)过渡金属不但能够与非金属元素形成化合物,还能与其他金属元素形成金属互化物。回答下列问题:
(1)Mn在元素周期表中的位置为 ,属于 区的元素,基态锰原子的价电子轨道表示式为 。
(2)二茂铁化学式为Fe(C5H5)2,由Fe2+与两个C5H5-构成(如图),熔点为172 ℃。
①二茂铁熔点低于铁的原因为 。
②大π键通常用符号Πnm表示(m代表参与形成大π键的原子数,n代表大π键的电子数),则C5H5-中的大π键表示为 。
③Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构。则Fe2+与两个C5H5-形成配位键的数目为 。
(3)锰和镓形成的金属互化物立方晶胞如图所示。
①若将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点,则距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为 (填字母)。
A.面心B.体心
C.顶点D.棱心
②晶胞中,相邻Mn原子构成的正四面体空隙完全由镍原子填充,可用于制备碳基金属催化剂。1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为 ;晶胞参数为a nm,则填充镍后的晶体的密度ρ= g·cm-3(用含NA、a的代数式表示)。
答案:(1)第四周期ⅦB d
(2)①二茂铁属于分子晶体,铁属于金属晶体,铁晶体中金属键强度大于二茂铁晶体中分子间作用力 ②Π56 ③6
(3)①A ②(34,34,34) ③972(a×10-7)3NA
解析:(2)①二茂铁熔点低于铁,主要从晶体类型角度分析原因;②在C5H5-中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子,这些电子占据在与环的平面垂直的p轨道上,5个碳原子的5个p轨道肩并肩,外加得到一个电子重叠形成大π键,其大π键可表示为Π56;③Fe2+的价电子排布式是3d6,Fe2+与两个C5H5-形成配位键后,使Fe2+的3d、4s、4p能级具有18电子的稳定结构,则3d、4s、4p能级均填满电子,所以C5H5-提供了12个电子,即6个电子对,所以配位键的数目为6。
(3)①将晶胞中体心的Ga原子作为晶胞的一个顶点时,整个晶胞中原子的坐标均移动1/2个单位,距该Ga原子最近的Ga原子在新晶胞中位置为面的中心,即面心的位置;②1号Mn原子坐标参数为(1,1,1),则填充在1、2、3、4号Mn构成的四面体空隙中心的镍原子的坐标参数为(34,34,34);填充镍后的晶胞中Ni的个数为8,Mn的个数为8×18+6×12=4,Ga的个数为12×14+1=4,晶体的密度ρ=n×MV×NA=4×243(a×10-7)3×NA g·cm-3=972(a×10-7)3NA g·cm-3。
2.(2024·山东潍坊二模)氮族元素可以形成多种多样的化合物,回答下列问题:
(1)基态As原子的价电子的轨道表示式是 。
(2)叠氮酸(HN3)常用于引爆剂,可用联氨(H2N—NH2)制取。比较联氨与双氧水分子中键角大小:∠H—N—N (填“>”“=”或“<”,下同)∠H—O—O。叠氮酸结构如图所示:, *N为sp2杂化,已知参与形成π键的电子越多,键长越短,则键长:① ②。
(3)乙胺(CH3CH2NH2)和2-羟基乙胺(HOCH2CH2NH2)都可用于染料的合成,乙胺碱性更强,原因是 。
(4)磷酸一氢盐受热易脱水聚合,生成环状的偏磷酸根。环状三偏磷酸根的结构如图所示,则由n个磷氧四面体连接形成的环状偏磷酸根的通式是 。
(5)砷与金属钠、铁、铜可形成一种绝缘体材料,其晶胞结构图钠原子沿z轴投影如图所示,已知m原子的分数坐标为(0.75,0.25,0.20),晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。铜周围距离最近的砷原子的个数是 ,n原子的分数坐标是 ,若阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体密度是 g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
答案:(1)
(2)> <
(3)2-羟基乙胺上羟基氧电负性大,有吸电子作用,使氨基氮电子云密度减小,碱性减弱
(4)(PO3)nn-
(5)4 (0.75,0.75,0.80) 4×316×1030a2·c·NA
解析:(2)H—N—N中中心原子孤电子对数少于H—O—O中中心原子的孤电子对数,孤电子对对成键电子排斥作用较大,孤电子对数越多,键角则相对越小,因此键角∠H—N—N>∠H—O—O。①中N—N两个氮原子均为两个p轨道的电子参与形成两个π键,剩下一个p轨道和s轨道形成sp杂化,②中右边的N,只形成1个π键,两个p轨道和一个s轨道形成sp2杂化,因此键长①<②。
(4)根据图示可知,P原子与O原子的个数比为1∶3,每个P化合价为+5价,每个O化合价为-2价,则每一个PO3这样的结构带一个负电荷,则n个磷氧四面体连接形成的环状偏磷酸根的通式为(PO3)nn-。
(5)以上顶面中心的Cu为例,与其距离最近的砷原子位于其下方的两个和上方晶胞底部的两个,因此铜周围距离最近的砷原子的个数为4。已知m原子的分数坐标为(0.75,0.25,0.20),n原子位于晶胞上方靠前的位置,坐标为(0.75,0.75,0.80)。该晶胞中含有Cu个数为14×8+12×4=4,Fe个数为18×8+14×4+12×2+1=4,As个数为8,Na个数为8,则其密度为4×316NAa2c×10-30g·cm-3=4×316×1030a2·c·NAg·cm-3。
3.(2024·河南郑州二模)K2Cr2O7、
NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O、CrB2均是铬的重要化合物,回答下列问题:
(1)基态Cr原子有 种能量不同的电子,价电子排布式为 。
(2)已知电子亲和能(E)是基态的气态原子得到电子变为气态阴离子所放出的能量,O(g)+e-O-(g) ΔH1=-140 kJ·ml-1,O-(g)+e-O2- ΔH2=+884.2 kJ·ml-1,氧的第一电子亲和能E1为 kJ·ml-1;ΔH2>0,其原因是 。
(3)雷氏盐的化学式为NH4[Cr(NCS)4(NH3)2]·H2O。
①H、C、N、O四种元素的电负性由大到小的顺序为 。
②雷氏盐中所含化学键类型为 (填字母)。
A.离子键B.共价键
C.配位键D.金属键
E.氢键
③配体之一NH3分子的空间结构为 ,与配体NCS-互为等电子体的分子和离子有 (各写1种)。
(4)CrB2的晶体密度为ρ g·cm-3,晶体结构(如图)为六棱柱,底边边长为a nm,高为c nm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则a2c= (列出计算式)。
答案:(1)7 3d54s1
(2)140 O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量
(3)①O>N>C>H ②ABC ③三角锥形 CO2或CS2、CNO-(合理即可)
(4)3×7434×6×10-21ρNA
解析:(2)由电子亲和能的定义可知,氧原子的第一电子亲和能E1为140 kJ·ml-1;O-带负电荷,对再得到的电子产生排斥,克服斥力需消耗能量,所以ΔH2大于0。(3)①元素的非金属性越强,电负性越大,四种元素的非金属性强弱顺序为O>N>C>H,则电负性的大小顺序为O>N>C>H;②氢键不属于化学键,是比较强的分子间作用力,由化学式可知,雷氏盐是含有离子键、共价键、配位键的离子化合物,不含金属键;③氨分子中氮原子的价电子对数为4、孤电子对数为1,分子的空间结构为三角锥形;CO2、CS2、CNO-与NCS-的原子个数都为3、价电子数都为16,互为等电子体。(4)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的铬原子个数为12×16+2×12=3,位于体内的硼原子个数为6,由晶胞的质量公式可得:3×74NA=34×a2×6×c×10-21×ρ,解得a2c=3×7434×6×10-21ρNA。
4.(2024·山东德州二模)钴及其化合物在材料、医药等领域具有广泛应用。回答下列问题:
(1)基态钴原子的价层电子排布式为 ;电解熔融的CCl2或CO都能制备金属钴,CCl2熔点低于CO熔点的原因是 。
(2)某含钴配离子结构如图(NH2CH2CH2NH2为电中性配体),已知配合物的磁矩μB=n(n+2)BM(n表示中心原子或离子的未成对电子数),则该配离子的磁矩μB= BM;下列对钴离子的杂化方式推断合理的是 (填字母)。
A.sp3B.dsp2
C.d2sp3D.sp3d
(3)钴酸锂(LiCO2)是常见的锂离子电池正极材料,其晶体属六方晶系(晶胞参数a=b≠c,α=β=90°,γ=120°),晶胞结构示意图如图。晶体中O围绕C形成八面体,八面体共棱形成带负电的层状空间结构,与Li+层交替排列。在充、放电过程中,Li+在层间脱出或嵌入。
①晶胞中C的个数为 ;Li+在充电过程中会从八面体层间脱出导致晶胞高度c变大,原因是 。
②若阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体密度为 g·cm-3(用代数式表示)。
答案:(1)3d74s2 CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高
(2)24 C
(3)①3 Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大
②294NA×(a×b×c)×10-30
解析:(1)钴原子序数27,基态钴原子的价层电子排布式:3d74s2;CCl2和CO均为离子晶体,但O2-离子半径小于Cl-,且O2-所带电荷多,CO离子键更强,熔点高。
(2)中心离子C3+价层电子排布为3d6,未成对电子数为4,磁矩μB=24BM;C3+形成6个配位键,即形成6个共价键,需6个杂化轨道,则杂化方式应为d2sp3。
(3)①晶胞中C位于棱上和体内,个数为4×14+2=3;充电过程中,正极材料失去电子发生氧化反应,Li+从八面体层间脱出,Li+减少,使Li+层和C—O层吸引力减弱,C—O层之间的斥力使层间距离增大;
②晶胞中C个数为3,根据化学式LiCO2可知,Li个数为3,O个数为6,晶体密度:ρ=nMNAV=3×(7+59+16×2)NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3=294NA×(a×b×c)×10-30 g·cm-3。
5.(2024·山东泰安二模)开发高效储氢材料是重要的研究方向。回答下列问题:
(1)最新研究发现,在镍的表面覆盖石墨烯,可大大增加储氢材料释放氢气的速率。石墨烯是单层碳原子组成的平面结构,具有良好的导电、导热性。
①基态Ni原子的电子排布式为 。
②石墨烯中碳碳键键长 (填“>”“<”或“=”)乙烯中碳碳键键长。
③下列反应常用来检验Ni2+,请补全方程式:
键角α (填“>”“<”或“=”)β。
(2)镧(La)和氢原子可以形成一系列储氢晶体材料LaHn,LaHn属于立方晶系,La原子作面心立方堆积。La晶体吸附H2,形成LaH2,LaH2晶胞中H填充在La原子的正四面体空隙中,晶胞沿体对角线的投影如图①所示。高压下,LaH2中每个H再结合4个H构成小正四面体结构,形成LaHx,其晶胞从各个面的投影均如图②所示。
①LaH2晶胞中La原子的分数坐标有 种,晶胞中La原子个数与正四面体空隙数之比为 ,H原子的配位数为 。
②高压下,LaH2吸附H2得到晶体LaHx的反应式为 (x用数字表示)。若LaHx晶胞棱长为a pm,La原子与最近的氢原子的距离为b pm,则LaHx晶胞中每个小正四面体内H—H的最短距离为 pm(用含a和b的式子表示)。
答案:(1)①[Ar]3d84s2(或1s22s22p63s23p63d84s2) ②> ③2H+ <
(2)①4 1∶2 4 ②LaH2+4H2LaH10 34a-b
解析:(1)②石墨烯中为碳碳单键,乙烯中为碳碳双键,所以石墨烯中碳碳键键长大于乙烯中碳碳键键长;③根据原子和电荷守恒可配平方程式;键角α对应的N原子有1个孤电子对,键角β对应的N原子没有孤电子对,两者均为sp2杂化,由于孤电子对与成键电子对的排斥力大于成键电子对与成键电子对的排斥力,所以键角α<β。
(2)①根据La为面心立方堆积,处在立方体的顶点和面心,8个顶点平移后分数坐标是一样的,为(0,0,0),同理可得,上面面心与下面面心为(12,12,0),左面心与右面心为(12,0,12),前后面心为(0,12,12),则分数坐标有4种;晶胞中La原子个数为4,正四面体空隙为8个,所以晶胞中La原子个数与正四面体空隙数之比为1∶2;晶胞中H填充在La原子的正四面体空隙中,所以H原子的配位数为4;②高压下,LaH2中每个H再结合4个H构成小正四面体结构,则H的原子个数为(8+32)个,所以LaHx为LaH10,反应式为LaH2+4H2LaH10;已知LaH10晶胞棱长为a pm,H位于La原子的正四面体空隙中,即体对角线的14处,为34a,La原子与最近的氢原子的距离为b pm,则LaH10晶胞中每个小正四面体内H—H的最短距离为(34a-b) pm。
6.(2024·四川成都二模)以砷化铝(AlAs)作催化剂,实现了在常压、100~300 ℃的条件下合成氨。
(1)基态As原子的核外价电子的轨道表示式为 ;第一电离能I1(As) (填“大于”或“小于”)I1(Se),其原因是 。
(2)As3S4的分子结构中均为单键,且每个原子最外层均满足8e-稳定结构,则该分子中所含共价键的数目为 ;该分子中S原子的杂化轨道类型为 。
(3)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。已知NF3与NH3的空间结构都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子,其原因是 。
(4)Be和Al的性质相似,在500~600 ℃气相中,氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在,1 ml Be2Cl4中含有的共价键数目为 。BeO晶体的晶胞结构与ZnS类似,如图所示。该晶胞中原子的位置可以用原子分数坐标表示,若原子A、B的坐标分别为(0,0,0)、(12,12,12),则C原子的坐标为 。设O与Be的最近距离为a pm,用NA表示阿伏加德罗常数的值,则BeO晶体的密度为 g·cm-3(用含a和NA的计算式表示)。
答案:(1) 大于 As的价电子排布式为4s24p3,4p轨道为半充满结构,能量更低,更稳定
(2)10 sp3
(3)电负性:F>N>H,在NF3中,共用电子对偏向F,偏离N原子,使得氮原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键
(4)6NA (14,14,14) 4×(9+16)NA×(433a)3×10-30
解析:(1)As是33号元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,根据构造原理,可知基态As原子核外价层电子排布式是4s24p3,轨道表示式为;一般情况下,同一周期元素,原子序数越大,其第一电离能就越大,但由于As处于第ⅤA族,价电子排布式为4s24p3,4p能级上的3个电子排布在3个不同轨道上,这种电子排布为半充满结构,能量更低,更稳定,失去电子需消耗的能量比相邻的元素高,故I1(As)>I1(Se)。
(2)As的最外层有3个成单电子,S原子最外层有2个成单电子,As4S4的分子结构中均为单键,且每个原子最外层均满足8e-稳定结构,其分子结构可表示为,说明结构中每个S原子形成2个S—As键,每个As原子形成2个As—S键和1个As—As键,每个As—As键都被重复数了2次,则4个As原子间形成2个As—As键,故该分子中所含共价键数目为2×4+2×1=10;每个S原子形成2个S—As键,并有2个孤电子对,价层电子对数为4,所以S为sp3杂化。
(3)往硫酸铜溶液中加入过量氨水,可生成[Cu(NH3)4]2+配离子。NF3与NH3的空间结构都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配离子,这是由于元素的电负性:F>N>H,在NF3中,共用电子对偏向电负性大的F,而偏离N原子,使得N原子上的孤电子对难与Cu2+形成配位键,故NF3不易与Cu2+形成配离子。
(4)Be和Al的性质相似,在500~600 ℃气相中,氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在,Be2Cl4的结构为,可知1个分子中含有6个共价键,则1 ml Be2Cl4中含有的共价键数目为6NA;由晶胞结构可知,每个Be周围有四个O与其相连,由BeO的晶胞结构以及A、B的坐标可知,C的坐标为(14,14,14);一个晶胞中含Be的个数为4;含O的个数为8×18+6×12=4,O与Be的最近距离为晶胞体对角线的14,故晶胞边长为433a pm,故该晶体的密度为ρ=4×(9+16)NA×(433a)3×10-30 g·cm-3。
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