- 研究型实验
- 共4868题
氧元素与多种元素具有亲和力,所形成化合物的种类很多。
(1)氮、氧、氟元素的第一电离能从大到小的顺序为________。氧元素与氟元素能形成OF2分子,该分子的空间构型为________。
(2)根据等电子原理,在NO2+离子中氮原子轨道杂化类型是________;1 mol O22+中含有的π键数目为________个。
(3)氧元素和过渡元素可形成多种价态的金属氧化物,如和铬可生成Cr2O3、CrO3、CrO5等。Cr3+基态核外电子排布式为________。
(4)钙在氧气中燃烧时得到一种钙的氧化物晶体,其晶体结构如图所示,则该钙的氧化物的化学式为________。
(5)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是________。
(6)O3分子是否为极性分子?________。
正确答案
(1)F>N>O;V形 (2)sp;2NA
(3)1s22s22p63s23p63d3 (4)CaO2 (5)C (6)是
(1)由洪特规则的特例可知,氮元素的第一电离能大于氧元素(大于氮元素的“左邻右舍”),小于氟元素;由价层电子对互斥理论可知,OF2分子的空间构型是V形。(2)根据等电子原理,NO22+离子与CO2互为等电子体,两者的结构相似,NO2+离子中氮原子的杂化方式与CO2中碳原子的杂化方式相同,都是sp杂化;O22+与N2(其中有一个σ键和两个π键)互为等电子体,因此O22+中有2个π键。(4)钙在氧气中燃烧所得到的氧化物晶体中Ca2+与O22—的最简个数比为1:1。(5)(6)根据价层电子对互斥理论分析,SO2与O3分子的结构最相似,且都是极性分子。
(1)已知X、Y、Z为第三周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表:
则X、Y、Z的电负性从大到小的顺序为 (用元素符号表示),元素Y的第一电离能大于X的第一电离能的原因是
。
(2)A、B、C、D是周期表中前10号元素,它们的原子半径依次减小。D能分别与A、B、C形成电子总数相等的分子M、N、W,且在M、N、W分子中,A、B、C三原子都采取sp3杂化。
①A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为 (用元素符号表示)。
②M是含有 键的 分子(填“极性”或“非极性”)。
③N是一种易液化的气体,请简述其易液化的原因:
。
④W分子的VSEPR模型的空间构型为 ,W分子的空间构型为 。
⑤AB-中和B2分子的π键数目比为 。
(3)E、F、G三元素的原子序数依次增大,三原子的核外的最外层电子排布均为4s1。
①E元素组成的单质的晶体堆积模型为 (填字母)。
a.简单立方堆积 b.体心立方堆积
c.六方最密堆积 d.面心立方最密堆积
②F元素在其化合物中最高化合价为 。
③G2+的核外电子排布式为 ,G2+和N分子形成的配离子的结构式为 。
正确答案
(1)Al>Mg>Na 元素Mg价电子排布式为3s2,处于全充满状态,比Al价电子排布(3s23p1)稳定,则Mg的第一电离能大于Al的第一电离能
(2)①C
(3)①b ②+6 ③1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9
(1)X、Y、Z为第三周期元素,根据其原子的第一至第四电离能知,X、Y、Z分别为Al、Mg、Na,X、Y、Z的电负性从大到小的顺序为Al>Mg>Na,元素Mg价电子排布式为3s2,处于全充满状态,比Al价电子排布稳定,则Mg的第一电离能大于Al的第一电离能。(2)根据题给信息知,A、B、C、D分别为碳、氮、氧、氢。①由于N元素的p电子满足洪特规则特例,能量降低,第一电离能升高,故N元素的第一电离能比氧元素的第一电离能大,则C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为:C的核外电子排布式为[Ar]3d9,C
和NH3分子形成的配离子为[Cu(NH3)4
,其结构式为
。
在5-氨基四唑()中加入金属Ga,得到的盐是一种新型气体发生剂,常用于汽车安全气囊。
(1)基态Ga原子的电子排布式可表示为 ;
(2)5-氨基四唑中所含元素的电负性由大到小的顺序为 ,其中N原子的杂化类型为 ;在1 mol 5-氨基四唑中含有的σ键的数目为 。
(3)叠氮酸钠(NaN3)是传统安全气囊中使用的气体发生剂。
①叠氮酸钠(NaN3)中含有叠氮酸根离子(N3-),根据等电子体原理N3-的空间构型为 。
②以四氯化钛、碳化钙、叠氮酸盐作原料,可以生成碳氮化钛化合物。其结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构如图)顶点的氮原子,这种碳氮化钛化合物的化学式为 。
正确答案
(1) [Ar]3d104s24p1 (2)N>C>H sp2、sp3 9NA(3)①直线形 ②Ti4CN3
试题分析:⑴Ga原子序数为31,电子排布式为[Ar]3d104s24p1。⑵同周期元素从左向右,电负性增大,电负性N>C>H。与H不相连的N杂化类型为sp2,与H相连的N杂化类型为sp3。单键全是键,双键中有1个
键和1个
键。⑶①N3-与CO2互为等电子体,CO2为直线形,所以N3-亦为直线形。②晶胞中Ti个数为
,N原子个数为
,用碳原子取代氮化钛晶胞顶点的氮原子后C原子位于顶点,个数为1,则N原子数为3,所以晶胞化学式为Ti4CN3。
键和
键 离子空间构型 晶胞的计算
有x、Y、Z、M、R、Q六种短周期主族元素,部分信息如下表所示:
请回答下列问题:
(1)R在元素周期表中的位置是______.
(2)根据表中数据推测,Y的原子半径的最小范围是______.
(3)Z、M、Q的简单离子的离子半径的大小顺序为______ (用元素符号表示).
(4)Y与R相比,非金属性较强的是______ (用元素符号表示),下列事实能证明这一结论的是______ (选填字母序号).
a.常温下Y的单质呈固态,R的单质呈气态
b.稳定性XR>YX.
c.Y与R形成的化合物中Y呈正价
(5)X、M、Z三种元素组成的化合物中含有的化学键为______;写出R的单质与上述化合物的水溶液反应的离子方程式:______.
正确答案
X、Y、Z、M、R、Q六种短周期主族元素,X阳离子核外无电子,则X为氢元素;Y有-4、+4价,处于ⅣA族,是无机非金属材料的主角,则Y为Si元素;R有+7、-1价,处于ⅦA族,R为Cl元素;M有-2价,处于ⅥA族,原子半径小于Cl原子,则M为氧元素;Q次外层电子数是最外层电子数的4倍,Q有3个电子层,最外层电子数为2,则Q为Mg元素;Z在六种元素中原子半径最大,则Z为Na元素,
(1)R为Cl元素,原子核外有3个电子层,最外层电子数为7,处于周期表中第三周期ⅦA族,故答案为:第三周期ⅦA族;
(2)同周期自左而右原子半径减小,Si的原子半径介于Mg以Cl原子半径之间,故Si的原子半径的最小范围是 大于0.099nm,小于0.160nm,
故答案为:大于0.099nm,小于0.160nm;
(3)O2、Na+、Mg2+电子层结构相同,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径的大小顺序为O2>Na+>Mg2+,
故答案为:O2>Na+>Mg2+;
(4)同周期自左而右非金属性增强,故非金属性Cl>Si,
a.物质的聚集状态属于物理性质,不能说明非金属性强弱,故a错误;
b.氢化物越稳定,中心元素的非金属性越强,稳定性HCl>SiH4,说明非金属性Cl>Si,故b正确;
c.Si与Cl形成的化合物中Si呈正价,说明Cl吸引电子的能力强,Cl元素的非金属性更强,故c正确;
故答案为:Cl;bc;
(5)X、M、Z三种元素组成的化合物是NaOH,含有离子键、共价键;氯气与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠、水,反应离子方程式为Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O,
故答案为:离子键、共价键;Cl2+2OH=Cl-+ClO-+H2O.
Mn、Fe均为第四周期过渡元素,两元素的部分电离能数据列于下表:
回答下列问题:
(1)Mn元素基态原子的价电子排布式为________,比较两元素的I2、I3可知,气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难。对此,你的解释是____________________________________________________________。
(2)Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物。与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是________;②六氰合亚铁离子[Fe(CN)64-]中的配体CN-中C原子的杂化轨道类型是________,写出一种与CN-互为等电子体的单质分子的结构式________。
(3)三氯化铁常温下为固体,熔点282 ℃,沸点315 ℃,在300 ℃以上易升华。据此判断三氯化铁晶体为________。
(4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式,晶胞分别如下图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为________。
正确答案
(1)3d54s2 由Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态需要的能量较多;而Fe2+转化为Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态需要的能量相对要少
(2)①具有孤对电子 ②sp1 N≡N
(3)分子晶体
(4)2∶1
(1)原子轨道处于全充满或半充满时能量较低,较稳定,故25Mn的价电子排布式为:3d54s2;Fe2+转化为Fe3+时,3d能级由3d6转变为较稳定的半充满状态3d5,而Mn2+转化为Mn3+时,3d能级却由较稳定的半充满状态3d5转变为3d4,所以气态Mn2+再失一个电子比Fe2+难。
(2)①形成配合物的中心原子要能提供空轨道,而配体中的分子或离子应能够提供孤对电子;②配体CN-中碳氮以碳氮叁键相连,为直线形结构,碳原子的杂化轨道类型为sp1;CN-为14电子的离子,故与CO、N2等互为等电子体,但符合题意的是N2(因题中限定为单质分子)。
(3)FeCl3的熔、沸点较低,可知FeCl3晶体为分子晶体。
(4)利用“均摊法”计算,面心立方晶胞中实际含有Fe原子的个数为8×+6×
=4,体心立方晶胞中实际含有Fe原子的个数为8×
+1=2,故二者原
子个数之比为2∶1。
已知元素A、B、C、D、E、F均属前四周期,且原子序数依次增大, A的p能级电子数是s能级电子数的一半,C的基态原子2p轨道有2个未成对电子;C与D形成的化合物中C显正化合价;E的M层电子数是N层电子数的4倍,F的内部各能级层均排满,且最外层电子数为1。请回答下列问题:
(1)C原子基态时的电子排布式为 。
(2)B、C两种元素第一电离能为: ﹥ (用元素符号表示)。
试解释其原因: 。
(3)任写一种与AB- 离子互为等电子体的微粒 。
(4)B与C形成的四原子阴离子的立体构型为 ,其中B原子的杂化类型是 。
(5)D和E形成的化合物的晶胞结构如图,其化学式为 ,E的配位数是 ;已知晶体的密度为 ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长a= cm.(用含、NA的计算式表示)
正确答案
(1)1s22s22p4;(2)N>O;氮原子核外2p亚层处于半充满的较稳定结构,不易失去电子,故第一电离能比氧原子大;(3)CO或C22- 或O22+;(4)平面三角形,sp2;(5)CaF2,8, 。
试题分析:根据题意知,元素A、B、C、D、E、F均属前四周期,且原子序数依次增大, A的p能级电子数是s能级电子数的一半,A的原子核外电子排布式为1s22s22p2,则A为碳元素;C的基态原子2p轨道有2个未成对电子,C的原子核外电子排布式为1s22s22p4,则C为氧元素;又A、B、C原子序数依次增大,则B为氮元素;C与D形成的化合物中C显正化合价,则D为氟元素;E的M层电子数是N层电子数的4倍,则E为钙元素;F的内部各能级层均排满,且最外层电子数为1,则F为铜元素。(1)C为氧元素,原子基态时的电子排布式为1s22s22p4;(2)B为氮元素,C为氧元素,氮原子核外2p亚层处于半充满的较稳定结构,不易失去电子,两种元素第一电离能为N>O;(3)根据等电子体概念知,与CN-离子互为等电子体的微粒为CO或C22- 或O22+;(4)根据价层电子对互斥理论判断,B与C形成的四原子阴离子NO3—的立体构型为平面三角形,其中B原子的杂化类型是sp2;(5)利用切割法结合化合物的晶胞判断,其化学式为CaF2,E的配位数是8;由化合物CaF2的晶胞结构可知,1个晶胞中含有钙离子数目为8×1/8+6×1/2=4,含有氟离子数目为8,所以1mol晶胞的质量为312g,又晶体的密度为ρ g·cm-3,则1个晶胞的体积312/ρNAcm3,则晶胞边长a=cm。
钾、镁、氟、硼等元素在每升海水中的含量都大于1毫克,属于海水中的常量元素。
(1)钾、镁、氟、硼电负性从大到小的排列顺序是__________________________。
(2)镓与硼同主族,写出镓元素原子的价电子排布式(即外围电子排布式):________________。
(3)用价层电子对互斥模型推断BF3和NF3的空间构型分别为________、________。
(4)钾、镁、氟形成的某化合物的晶体结构为K+在立方晶胞的中心,Mg2+在晶胞的8个顶角,F-处于晶胞的棱边中心。由钾、镁、氟形成的该化合物的化学式为________,每个K+与________个F-配位。
正确答案
(1)F>B>Mg>K
(2)4s24p1
(3)平面三角形 三角锥形
(4)KMgF3 12
(1)同周期中,随着原子序数的递增,元素电负性增大;同主族中,随着原子序数的递增,元素电负性减小,而且一般情况下,非金属元素的电负性大于金属元素的电负性。
(2)镓为31号元素,位于第四周期,与B同主族,故最外层有3个电子,即价电子排布式为4s24p1。
(3)BF3的中心原子只有3个价电子,与3个F原子提供的3个电子形成3对成键电子,而NF3的中心原子N有5个价电子,与3个F原子提供的3个电子形成3对成键电子,还有1对孤电子对,故前者为平面三角形,后者为三角锥形。
(4)晶胞中的K+为1个,Mg2+为8×=1个,F-为12×
=3个,故钾、镁、氟形成的某化合物的化学式为KMgF3;晶胞12条棱上的12个F-与处于晶胞中心的K+等距离,所以每个K+与12个F-配位。
铁、钴、镍为第四周期第Ⅷ族元素,它们的性质非常相似,也称为铁系元素。
(1)铁、钴、镍都是很好的配位化合物形成体。
①在过量氨水中易转化为
。写出
的价层电子排布图____。
中
的配位数为____:NH3分子的中心原子杂化方式为____。
H2O分子的立体构型为__________。
②铁、镍易与一氧化碳作用形成羰基配合物,如:等。CO与N2属于等电子体,则CO分子中
键和
键数目比为____,写出与CO互为等电子体的一种阴离子的离子符号____。
(2)+2价和+3价是Fe、Co、Ni等元素常见化合价。NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiO____FeO(选填“<”“>”“=”); 某种天然Nio晶体存在如图所示缺陷:一个Niz+空缺,另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈屯中性。某氧化镍样品组成为O.该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比为____。
正确答案
(1)① (2分) 6 (1分) sp3 (2分) V形 (2分)
② 1:2 (2分) CN- (2分) (合理答案给分)
(2) > (2分) 6:91 (2分)
试题分析:(1)①铁、钴、镍三个元素的最外层都有两个电子,仅次外层d电子分别为6、7、8;可以根据分子的空间构型或键角来判断中心原子轨道的杂化方式:sp: 直线形 180° sp2: 平面三角形 120° sp3: 正四面体 109.5°②原子的最外层达到8电子时是比较稳定的,对于CO来说,碳原子最外层是4个电子,氧原子最外层是6个电子,要形成稳定的结构,碳和氧共用两对电子,氧原子再提供一对电子作为配位键,这样双方都达到了8电子的稳定结构,即CO中有一个σ键二个π键(2)离子半径越小,熔点越高,故熔点NiO>FeO。设Ni2+:x,Ni3+:y 则x+y=0.97据化合价:2x+3y=2解之得:y="0.06" ; x=0.91
x:y=91:6.
现有1——20号元素A、B、C、D所对应的物质的性质或微粒结构如下表:
(1)元素A的原子最外层共有______种不同运动状态的电子,有___种能量不同的电子。B的
离子与D的离子相互组合形成的干燥剂的化学式是_________。
(2)元素C与氢元素形成带一个单位正电荷的离子,写出该微粒的电子式(用元素符号表示)
_________________
(3)元素A与元素D相比,非金属性较强的是_____(用元素符号表示),下列表述中能证明
这一事实的是_______
A.常温下A的单质和D的单质状态不同
B.A的氢化物比D的氢化物稳定
C.一定条件下D能从A的氢化物水溶液中置换出A单质
D.HD的酸性比HA酸性强
(4)C的氢化物固态时属于______晶体,该氢化物与A的最高价氧化物水化物反应的化学方程式是__________________________________________________。
正确答案
(本题共8分,每空1分)
(1)6,2,CaCl2
(2)
(3)Cl,C
(4)分子,2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4
试题分析:M层上有2对成对电子可推出A原子3P轨道分布了4个电子,为S;根据C的氢化物水溶液呈碱性可知C为N;1—20号元素元素最高正价是+7价只有Cl,所以D为Cl元素;B的离子与D的离子具有相同电子层结构,且可以相互组合形成干燥剂,可推出D为Ca元素。
(1)S原子最外层为6个电子,既有6种电子运动状态,分布在3S、3P轨道上,有2种能量不同的电子,Cl‾与Ca2+形成的干燥剂为CaCl2。
(2)N元素与氢元素形成带一个单位正电荷的离子为NH4+。
(3)根据元素周期律和元素周期表,Cl的非金属性大于S;一定条件下Cl2能从H2S水溶液中置换出S单质,说明Cl原子的得电子能力大于S原子,Cl元素的非金属性大于S元素。
(4)C的氢化物为NH3,固态时属于分子晶体,A的最高价氧化物水化物为H2SO4,二者反应生成(NH4)2SO4。
1932年美国化学家鲍林首先提出了电负性的概念.电负性(用X表示)也是元素的一种重要性质,若 x 越大,其原子吸引电子的能力越强,在所形成的分子中成为带负电荷的一方.下面是某些短周期元素的 x 值:
⑴通过分析 x 值变化规律,确定N、Mg的 x 值范围:
<x (N)< , <x (Mg)< .
⑵某有机化合物结构中含S-N键,其共用电子对偏向 (写原子名称).
⑶经验规律告诉我们:当成键的两原子相应元素的 x 差值△x>1.7时,一般为离子键,当△ x<1.7时,一般为共价键.试推断AlBr3中化学键类型是 .
⑷预测周期表中,x 值最小的元素位于 周期 族.(放射性元素除外)
正确答案
(每空1分,共8分)(1)2.55 3.44 0.93 1.57
(2) 氮 (3)共价键 (4) 6,IA
试题分析:(1)非金属性越强,电负性越大。则根据表中数据可知,氮元素的电负性应该对于碳元素和P元素的电负性,但小于氧元素的电负性,即2.55<x (N)<3.44;镁元素的电负性对于钠元素的电负性而小于铝元素和Be元素的电负性,即0.93<x (Mg)<1.57。
(2)N所以的电负性强于S元素的电负性,所以如果某有机化合物结构中含S-N键,则其共用电子对偏向氮元素。
(3)溴元素的电负性小于氯原子的电负性,而氯元素的电负性是3.16。由于3.16-1.61<1.7,所以该化合物形成的化学键是共价键。
(4)金属性越强,电负性越小。金属性最强的是第六周期第IA族的Cs元素。
点评:该题是中等难度的试题,试题基础性强,侧重能力的培养和晶体方法的指导。该题难易适中,贴近高考,有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力,也有利于培养学生的自学能力和知识的迁移能力。
X、Y、Z、W、R、Q六种短周期元素原子序数依次增大,Y、R、Q三种元素在周期表中相对位置如下:
请填写下列空白:
(1)若Y与Q形成的液体化合物是常见的重要有机溶剂.则Y、Q两种元素最高价氧化物对应的水化物酸性由强到弱的顺序是:______(用化学式表示).
(2)若化合物WQ是海水中的主要成分.以石墨为电极电解WQ的水溶液,其阳极电极反应式为______.
(3)若Z、R是同一主族元素.写出均含X、W、Z、R四种元素的两种化合物相互间发反 应生成气体的离子方程式:______.
(4)若A是Y元素组成的单质,能发生如图所示转化,工业上通过在高温下置换反应c制取非金属单质D.C是Z和Y的化合物,B、D在现代信息技术上有着重要用途.则反应c的化学方程式:______.
(5)由X、Y两种元素形成的正四面体分子是一种常见的气体燃料.通常状况下1g该物质完全燃烧生成液态水时所释放的能量为51.25kg/mol,请写出表示其燃烧的热化学方程式:______.
正确答案
(1)Y与Q形成的液体化合物是常见的重要有机溶剂为CCl4,由于原子序数的关系,则Y为C,Q为Cl,非金属性Cl>C,则元素最高价氧化物对应的水化物酸性由强到弱的顺序为HClO4>H2CO3,故答案为:HClO4>H2CO3;
(2)由信息可知WQ为NaCl,以石墨为电极电解NaCl的水溶液,氯离子在阳极放电,电极反应为2C1--2e-=C12↑,
故答案为:2C1--2e-=C12↑;
(3)由原子序数的关系及位置关系,Z为O,R为S,均含X、W、Z、R四种元素的两种化合物为NaHSO3、NaHSO4,二者反应的离子反应为HSO3-+2H+=SO2↑+H2O,故答案为:HSO3-+2H+=SO2↑+H2O;
(4)由信息可知,A为C,为SiO2,D为Si,则反应c为碳与二氧化硅的置换反应,该反应为SiO2+2C Si+2CO↑,
故答案为:SiO2+2C Si+2CO↑;
(5)C、H形成的四面体分子为甲烷,1molCH4(g)燃烧放出的热量为16×51.25kJ=820kJ,则热化学反应方程式为
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-820 kJ•mol-1,
故答案为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-820 kJ•mol-1.
太阳能电池的发展已经进入了第三代。第三代就是铜铟镓硒CIGS等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。完成下列填空:
(1)亚铜离子(Cu+)基态时的电子排布式为________;
(2)硒为第四周期元素,相邻的元素有砷和溴,则3种元素的第一电离能从大到小顺序为________(用元素符号表示),用原子结构观点加以解释:________。
(3)与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性(价电子数少于价层轨道数),其化合物可与具有孤对电子的分子或离子生成加合物,如BF3能与NH3反应生成BF3·NH3。BF3·NH3中B原子的杂化轨道类型为________,B与N之间形成________键。
(4)单晶硅的结构与金刚石结构相似,若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键,则得如图所示的金刚砂(SiC)结构;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为________。
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d10
(2)Br>As>Se As、Se、Br原子半径依次减小,原子核对外层电子的吸引力依次增强,元素的第一电离能依次增大;Se原子最外层电子排布为4s24p4,而As原子最外层电子排布为4s24p3,p电子排布处于半充满状态,根据洪特规则特例可知,半充满状态更稳定,所以As元素的第一电离能比Se大
(3)sp3 配位(答共价不得分)
(4)12
(1)铜原子失去最外层的一个电子变为亚铜离子(Cu+)。(3)因为BF3中的硼元素具有空轨道,NH3中有孤对电子,能够与B形成配位键生成BF3·NH3,故BF3·NH3中B原子是sp3杂化。
点拨:本题考查电子排布式、电离能的比较、杂化类型的判断,考查考生灵活解决问题的能力。难度中等。
VA族的氮、磷、砷(As)等元素的化合物在科研和生产中有许多重要用途,请回答下列问题。
(1)砷的基态原子的电子排布式为 。
(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)NH3的沸点比PH3高,原因是 ;PO43-离子的立体构型为 。
(4)AsH3是无色稍有大蒜气味的气体,在AsH3中As原子的杂化轨道类型为 。
(5)H3AsO4和H3AsO3是砷的两种含氧酸,请根据结构与性质的关系,解释H3AsO4比H3AsO3酸性强的原因 。
(6)磷的一种单质白磷(P4)属于分子晶体,其晶胞结构如下图。已知最近两个白磷分子间的距离为 a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g/cm3(只要求列算式,不必计算)。
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)N>P>As
(3)NH3分子间存在较强的氢键,而PH3分子间仅有较弱的范德华力(合理答案均计分) 正四面体
(4)sp3杂化
(5)H3AsO4和H3AsO3可表示为(HO)3AsO和(HO)3As,H3AsO3中的As为+3价,而H3AsO4中的As为+5价,正电性更高,导致As-O-H中O的电子更向As偏移,更易电离出H+(合理答案均计分)
(6)或
(3分,其他合理答案也计分)
试题分析:(1)砷是33号元素,根据构造原理得基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As
(3)NH3的沸点比PH3高,是因为NH3分子间存在较强的氢键,而PH3分子间仅有较弱的分子间作用力;根据分子立体构型的计算方法,PO43-离子的价层电子对是4,无孤对电子,所以立体构型为正四面体
(4)AsH3中As的价层电子对数是4,所以杂化轨道数也为4,因此杂化轨道类型是sp3杂化
(5)对于同种元素的含氧酸来说,该元素的化合价越高,其含氧酸的酸性越强。H3AsO4和H3AsO3可表示为(HO)3AsO和(HO)3As,H3AsO3中的As为+3价,而H3AsO4中的As为+5价,正电性更高,导致As-O-H中O的电子更向As偏移,越易电离出H+,酸性越强;
(6)在该晶胞中,实际含有4个白磷分子,其质量为4×31×4/NAg,最近两个白磷分子间的距离为 a pm,则立方体的棱长是√-2-apm=√-2-a×10-10m,所以该晶体的密度ρ=m/V=496/[NA (√-2-a×10-10)3]。
硼元素在化学中有很重要的地位,硼及其化合物广泛应用于永磁材料、超导材料、富燃料材料、复合材料等高新材料领域。
(1)三氟化硼在常温常压下为具有刺鼻恶臭和强刺激性的无色有毒腐蚀性气体,其分子的立体构型为________,B原子的杂化类型为________。
(2)磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。图(a)是磷化硼晶体的晶胞示意图,则磷化硼的化学式为________,该晶体的晶体类型是________。
(3)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,层内的H3BO3分子间通过氢键相连[如图(b)]。
①硼酸分子中B最外层有________个电子,1 mol H3BO3的晶体中有________mol氢键。
②硼酸溶于水生成弱电解质一水合硼酸B(OH)3·H2O,它电离生成少量[B(OH)4]-和H+离子。则硼酸为________元酸,[B(OH)4]-含有的化学键类型为________。
正确答案
(1)平面三角形 sp2
(2)BP 原子晶体
(3)①6 3 ②一 共价键、配位键
(1)BF3分子中,B原子形成了3个σ键,不含孤电子对,故杂化轨道数为3,杂化方式为sp2杂化,BF3分子立体构型为平面三角形。(2)一个晶胞中含有B原子的个数为8×+6×
=4个,P原子个数为4个,故化学式为BP;磷化硼晶体中只含共价键且耐磨,为原子晶体。(3)①由图可知,B原子形成了三个共价单键,最外层电子数为6;1 mol H3BO3的晶体中含有3 mol H原子,每个H原子都与相邻的O原子形成氢键,故氢键个数为3 mol;②1 mol B(OH)3·H2O可电离出1 mol H+,故硼酸为一元酸;[B(OH)4]-离子中B原子有一个空的2p轨道,而OH-含有孤电子对,两者之间可以形成配位键。
Q、R、T、X、Y、Z是六种原子序数依次增大的前四周期常见元素,其相关信息如下表:
(1)Z元素的原子基态时的电子排布式是________。
(2)下列叙述正确的是________(填字母序号)。
a.Q的气态氢化物比R的气态氢化物稳定
b.Q的含氧酸一定比R的含氧酸酸性强
c.R的气态氢化物的熔点在同族元素的氢化物中最低
d.R的第一电离能、电负性都比Q的大
(3)Q和T可形成两种常见化合物,分别表示为QT和QT2。QT分子中σ键和π键的个数比为________;QT2分子中,Q原子采取________杂化。
(4)笑气(R2T)是一种麻醉剂,有关理论认为R2T与QT2分子具有相似的结构。故R2T的空间构型是________,其为________(填“极性”或“非极性”)分子。
(5)含有Q、Y和镁三种元素的某种晶体具有超导性,其结构如图所示。则该晶体的化学式为________;晶体中每个镁原子周围距离相等且最近的Y原子有______个。
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)d (3)1∶2 sp (4)直线形 非极性
(5)MgNi3C 12
Q的单质是实验室常用的惰性电极材料,则Q是C元素;R原子基态时2p原子轨道上有3个未成对电子,故R为N元素;根据氢化物的化学式H2T知×100 %=88.9 %,则Mr(T)=16,T为O元素;X是第三周期电负性最大的元素,故X为Cl元素;Y为第四周期第10列的元素,故Y为Ni元素;Z存在质量数为65,中子数为36的核素,因此Z的原子序数为29,故其为Cu元素。(1)Cu元素的原子基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。(2)Q的气态氢化物CH4比R的气态氢化物NH3的稳定性差;Q的最高价含氧酸比R的最高价含氧酸酸性弱;R的气态氢化物NH3分子间存在氢键,熔点较高,其熔点在同族元素的氢化物中不是最低的。(3)依据等电子体原理知,CO与N2结构相似,其σ键和π键的个数比为1∶2。(4)N2O和CO2互为等电子体,则N2O的空间构型为直线形,N2O为非极性分子。(5)由结构图可知,C、Ni和镁三种元素的原子个数比为1∶3∶1,晶体中每个镁原子周围距离相等且最近的Y原子有12个。
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