专题能力提升练 十八 物质结构与性质
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1.(2016·漳州二模)已知A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,C、D同主族。E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满。根据以上信息填空: (1)基态D原子中,电子占据的最高能层符号是________, 该能层具有的原子轨道数为________。 (2)E的价层电子排布图是________, F原子的核外电子排布式是________。
(3)A元素的最高价氧化物对应的水化物中心原子采取的轨道杂化方式为________, B元素的气态氢化物的分子模型为________。
(4)化合物AC2、B2C和阴离子DAB互为等电子体,它们结构相似,DAB的电子式为________。
(5)某种化合物由D、E、F三种元素组成,其晶胞如图所示,则其化学式为________,该晶胞上下底面为正方形,侧面与底面垂直,根据图中所示的数据列式计算该晶体的密度:d=________g·cm。
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【解析】A、B、C、D四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子,则A原子核外电子排布式为1s2s2p,C原子核外电子排布式为1s2s2p,故A为碳元素、C为氧元素;B原子序数介于C、O之间,则B为氮元素;C、D同主族,则D为硫元素;E、F都是第4周期元素,E原子核外有4个未成对电子,原子核外电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s,则E为Fe;F原子除最外能层只有1个电子外,其余各能层均为全充满,F原子核外电子数=2+8+18+1=29,则F为铜元素。
(1)基态硫原子中电子占据的最高能层为第3能层,符号为M,该能层有1个s轨道、3个p轨道、5个d轨道,共有9个原子轨道。
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(2)Fe的价层电子排布式为3d,其价层电子排布图是的核外电子排布式是1s2s2p3s3p3d4s。
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,F为铜元素,原子核外有29个电子,原子
(3)碳元素的最高价氧化物对应的水化物为H2CO3,分子结构式为
2
,中心碳原子成3个σ键、
没有孤电子对,碳原子采取sp杂化方式;B的气态氢化物为NH3,为三角锥形结构。
(4)化合物CO2、N2O和阴离子SCN互为等电子体,它们结构相似,SCN中碳原子与硫、氮原子之间分别形成2对共用电子对,SCN的电子式为
---
(5)晶胞中D(S)原子位于晶胞内部,原子数目为8个,E(Fe)原子6个位于面上、4个位于棱上,E(Fe)原子数目=6×+4×=4,F(Cu)原子4个位于面上、1个位于内部、8个位于顶点上,原子数目=4×+1+8×=4,晶体中铜、铁、硫原子数目之比=4∶4∶8=1∶1∶2,故该晶体化学式为CuFeS2;晶胞质量=[
答案:(1)M 9 (2)(3)sp 三角锥形 (4) (5)CuFeS2 [
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×4,晶胞体积=(524×10cm)×(1 030×10)cm,该晶体的密度d= ×4]÷[(524×10cm)×(1 030×10)cm]=4.32 g·cm。
1s2s2p3s3p3d4s
×4]÷[(524×10cm)×(1 030×10)cm]=4.32
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2.(2016·潍坊一模)氮及其化合物与人类生产、生活息息相关。回答下列问题:
(1)基态氮原子中电子在2p轨道上的排布遵循的原则是______________。前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多的元素的价层电子排布式为____________。 (2)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是_____________________ ______________________________________________________________。 (3)N2F2分子中氮原子的杂化方式是____________, 1 mol N2F2含有____________molσ键。
(4)NF3的键角____________NH3的键角(填“<”“>”或“=”),原因是____________。
(5)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有________mol配位键。 (6)安全气囊的设计原理为6NaN3+Fe2O3
3Na2O+2Fe+9N2↑。
①等电子体的原理是原子总数相同,价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征,具有许多相近的性质。写出两种与
互为等电子体的分子或离子____________;
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②Na2O的晶胞结构如图所示,晶胞边长为566 pm,晶胞中氧离子的配位数为____________,Na2O晶体的密度为________g·cm(只要求列算式,不必计算出结果)。
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【解析】(1)2p能级3个电子分别单独优先占据一个轨道,符合洪特规则;前4周期元素中,基态原子核外电子排布成单电子数最多,只能处于第4周期,由洪特规则特例可知价层电子排布式为3d4s。
(2)同周期随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,氮元素2p能级为半满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:N>O>C。 (3)N2F2分子结构式为F—NN2F2含有3 molσ键。
(4)F电负性比H大,NF3中N周围电子密度小于NH3中N周围电子密度,成键电子对之间的排斥力较小,因而NF3的键角 (5)NH4BF4中铵根离子中含有1个配位键,硼原子与F之间形成1个配位键,l mol NH4BF4含有2 mol配位键。 (6)①与 互为等电子体的分子或离子为CO2、CNO等。 -5 1 N—F,分子中氮原子含有1对孤电子对,氮原子的杂化方式是sp杂化,l mol 2 ②晶胞中白色球数目为8×+6×=4、黑色球数目为8,钠离子与氧离子数目之比为2∶1,则白色球为氧离子、黑色球为钠离子,黑色球配位数为4,则白色球配位数为8,晶胞质量为4×× g÷(566×10cm)= 5 1-10 3 g,则晶胞密度为4 g·cm。 -3 答案:(1)洪特规则 3d4s (2)N>O>C (3)sp杂化 3 (4)< F电负性比H大,NF3中N周围电子密度小于NH3中N周围电子密度 (5)2 (6)①CO2、CNO ②8 【互动探究】 (1)判断在氟硼酸铵(NH4BF4)的晶体中阴阳离子中的中心原子的杂化方式。 - 3 - -2 提示:均为sp杂化。N 3 和B中的中心原子均形成了4个σ,且均没有孤电子对,因此均为sp杂化。 3 (2)在氧化钠晶体中一个氧离子周围最近的氧离子有几个? 提示:12个。 在一个晶胞中以上面的中心上的氧离子为研究对象,则距离这个氧离子最近的氧离子在此面的四个顶点上(图中标有数字的),还有前、后、左、右四个面的面心上(下图中标有数字的);向上平移一个晶胞单位,则在这个立方体中前、后、左、右四个面的面心上也各有一个氧离子,因此总共有12个。 3.(2016·遵义三模)ⅤA族的某些单质及其化合物常用于制作太阳能电池、半导体材料等。 (1)基态时砷原子核外的电子排布式为____________。 (2)硒、溴与砷同周期,三种元素的第一电离能从大到小顺序为____________(用元素符号表示)。 (3)气态SeO3分子的立体结构为____________,与SeO3互为等电子体的一种离子为____________(填化学式)。 (4)硼元素具有缺电子性,因而其化合物往往具有加和性。 ①硼酸(H3BO3)是一元弱酸,写出硼酸在水溶液中的电离方程式____________。 ②硼酸(H3BO3)是一种具有片层结构的白色晶体,层内的H3BO3分子间通过氢键相连(如图1)。含1 mol H3BO3的晶体中有____________mol氢键,____________molσ键。H3BO3中B的原子杂化类型为____________。 (5)硅的某种单质的晶胞如图2所示。若该硅晶体的密度为ρg·cm,阿伏加德罗常数值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm(用代数式表示即可) 【解析】(1)砷是33号元素,根据原子核外电子排布规律可以写出电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s4p(或[Ar]3d4s4p)。 (2)As、Se、Br属于同一周期且原子序数逐渐增大,这三种元素依次属于第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族,第ⅤA族元素大于其相邻元素的第一电离能,所以3种元素的第一电离能从大到小顺序为Br>As>Se。 - 4 - 10 2 3 2 2 6 2 6 10 2 3 -3
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