第15讲 物质结构与性质(选考)
1.答案 (1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2)sp2和sp3 9 mol (3)H 解析 (1)Fe为26号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2,Fe失去3个电子变为Fe3+,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)丙酮分子中,甲基上的碳原子为sp3杂化,羰基上的碳原子为sp2杂化;单键全为σ键,双键中有一个π键、一个σ键,1 mol丙酮分子中共含有9 mol σ键。(3)非金属性:H (2)H2S分子间不能形成氢键,H2O分子间能形成氢键 (3)平面三角形 (4)Na+ (5)K2Cr2O7+3H2O2+4H2SO4K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O 解析 M基态原子L层中p能级电子数是s能级电子数的2倍,则电子排布为1s22s22p4,M为O。原子序数R>M,且R为金属元素,则R位于第三周期,为本周期最活泼的金属,R为钠。引起酸雨的主要污染物为SO2或氮氧化物,则X为S或N,原子序数X>M,则X为S,Y的原子序数比X大,则Y为Cl。Z的基态原子4s和3d能级半充满并结合(5)中的Z的最高价含氧酸的钾盐为橙色,可知Z为Cr。 (1)Na的基态原子电子排布式为1s22s22p63s1或[Ne]3s1,元素非金属性越强,电负性越大,非金属性Cl>S。 (2)X的氢化物为H2S,M的氢化物为H2O,H2O分子间可以形成氢键,沸点高于H2S。 (3)XM3为SO3,根据VSEPR可知,孤电子对数为×(6-2×3)=0为sp2杂化,分子构型为平面三角形。 (4)R2M为Na2O,黑球位于晶胞内部,共8个,白球位于顶点和面心,共8×+6×=4个,则N(黑球)∶N(白球)=8∶4=2∶1,则黑球为Na+。 (5)Cr的最高价含氧酸的钾盐有K2Cr2O7和K2CrO4,其中K2Cr2O7为橙色,K2CrO4为黄色。O的氢化物有H2O和H2O2两种,其中H2O2既有氧化性又有还原性,则反应发生在K2Cr2O7和H2O2之间,K2Cr2O7变为Cr3+,H2O2被氧化为O2,反应在稀硫酸中发生,因此反应物为K2Cr2O7、H2O2和H2SO4,产物为K2SO4、Cr2(SO4)3、O2和H2O,根据电子得失守恒和原子守恒配平方程式。 3.答案 (1)3d24s2 (2)> > N原子中的2p能级处于半充满状态,更稳定 (3)正四面体 sp3 CCl4(或SiCl4、SO2Cl2等) (4)12 (5) 解析 (1)Ti原子核外电子数为22,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2,其价电子排布式为3d24s2。(2)同周期自左而右元素电负性增大,故电负性C>B;N原子中的2p能级处于半充满状态,更稳定,第一电离能高于同周期相邻元素,第一电离能N>O。(3)S 中S 原子孤电子对数=×(6+2-2×4)=0,价层电子对数=4+0=4,为正四面体结构,杂化轨道数目为4,S原子杂化方式为sp3;原子数目相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体,与S互为等电子体的分子为CCl4、SiCl4、SO2Cl2等。(4)CaTiO3的晶体结构中Ti位于立方体的体心,由晶胞结构图和化学式可知,顶点为Ca2+,面心为O2-,该晶体中每个顶点Ca2+与面心的O2-相邻,每个顶点为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,晶体中,Ca2+周围紧邻O2-数目为×(3×8)=12,即Ca2+的配位数为12。(5)FeO晶胞中含有的Fe数目为8×+6×=4,O原子数目为12×+1=4,1 mol FeO含有 mol晶胞,则FeO晶体的密度为ρ=g·c 。 CO2(或N2O) 直线形 4.答案 (1) (2)中心原子(或离子)及配位原子半径的大小 (3)氢键 (4)AD (5)2∶1 几何因素 电荷因素 解析 根据题意,X为B元素、Y为C元素、Z为N元素、W为Al元素、R为P元素、M为Ti元素。(1)N原子核外有5个电子,基态N原子价电子的电子排布图为 ; 的原子数为3,价电子总数为16,则与 互为等电子体的分子可以是 CO2(或N2O),等电子体结构相似,CO2是直线形,则 的立体构型是直线形。(2)B3+半径明 显小于Al3+,则Al元素可形成[AlF6]-、[AlCl4]-配离子,而B只能形成[BF4]-配离子。(3)HC之间以氢键作用形成长链,减小了HC 与水分子之间的作用,导致NaHCO3、KHCO3、 NH4HCO3的溶解度明显小于对应的正盐Na2CO3、K2CO3及(NH4)2CO3的溶解度。(4)由结构可知G中磷原子杂化方式为sp3杂化,A正确。G中层与层之间的作用力是分子间作用力,B错误。石墨中碳原子为sp2杂化,每层原子均在同一平面内,但G中磷原子杂化方式为sp3杂化,每一层的各原子不可能在同一平面内,C错误。G为原子晶体,而其他两种单质为分子晶体,则G的熔点最高,D正确。(5)观察晶胞结构,可知每个钛周围距离最近的氧原子有6个,即钛的配位数为6,而每个氧原子周围最靠近的钛原子为3个,即氧原子的配位数是3,则Ti、O配位数之比为6∶3=2∶1;晶胞的几何构型、微粒所带的电荷数及键性均是影响离子晶体结构类型的因素。 5.答案 (1)混合型晶体 σ键、π键 sp2 (2)4 正四面体 非极性 (3)①均为分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大 ②减弱 增强 (4)K3C60 2.0 解析 (1)该单质为石墨,石墨属于混合型晶体,层内碳原子之间形成σ键,层间的碳原子间形成的是π键;石墨中每个碳原子有3个σ键,无孤电子对,因此杂化类型为sp2。(2)SiCl4中心原子是Si,有4个σ键,孤电子对数为 =0,价层电子对数为4,立体构型为正四面 体;属于非极性分子。(3)①SiX4属于分子晶体,范德华力越大,沸点越高,范德华力随着相对分子质量的增大而增大,即沸点增高。②同主族从上到下非金属性减弱,得电子能力减弱,因此PbX2中化学键的离子性减弱,共价性增强。(4)根据晶胞的结构,C60位于顶点和面心,个数为8×+6×=4,K位于棱上和内部,个数为12×+9=12,因此化学式为K3C60,晶胞的质量为 g,晶胞的体积为(1.4×10-7)3 cm3,根据密度的定义,则晶胞的密度为ρ=2.0 g·cm-3。 6.答案 (1)[Ar]3d54s2(或1s22s22p63s23p63d54s2) 5 (2)离子 MnO的晶格能大 (3)①O ②正四面体 sp3 ③CH4、SiH4(或N (4)①(③ ) ②面心立方最密 g·cm-3 等其他合理答案) 解析 (1)Mn是25号元素,其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2;d能级有5个轨道, 根据洪特规则,电子优先单独占据一个轨道,且自旋状态相同,因此锰元素的d能级有5个未成对电子。(2)MnO和MnS熔点很高,属于离子晶体,O2-的半径小于S2-,因此MnO的晶格能大于MnS,晶格能越大,熔点越高。(3)①B的最外层有3个电子,因此B 中B没有 中 孤电子对,THF中O有孤电子对,因此THF中O提供孤电子对,Mn2+提供空轨道;②B心原子B有4个σ键,孤电子对数为(3+1-4)/2=0,杂化类型为sp3,因此B 立体构型为正 互为等电 四面体;③原子总数相等,价电子总数相等的微粒互称为等电子体,因此与B子体的是CH4、SiH4、N 等。(4)①根据B的坐标,两个最近的Sn距离为1,根据晶胞的 );②Mn的堆积方式为面心立方最密堆积;③Sn 结构,C位于体心,因此C的坐标是( 位于顶点,个数为8×=1,Mn位于面心,个数为6×=3,C位于体心,全部属于晶胞,因此化学式为SnMn3C,晶胞的质量为义,ρ= g,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,根据密度的定 g·cm-3。
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