- 原子晶体及其结构特征
- 共1295题
(15分)A、B、C、D、E、F六种元素,A、B、C属于第四周期元素且单质均为固体,原子处于基态时A、B原子核外电子均成对,且核电荷数A>B;C与A在周期表属于同一区的元素,如图是金属B和C所形成的某种合金的晶胞结构示意图;D、E、F均位于p区,D原子在基态时p轨道半充满且电负性是同族元素中最大的;E、F的原子均有三个能层,E原子的第一至第四电离能(kj/mol)分别为:578、1817、2745、ll575;E与F能形成原子数目比为1:3、熔点为190℃的化合物Q
(1)写出A的基态核外电子排布式 ;用最简式表示B、C形成合金的组成
(用B、C元素符号表示)。该合金的密度为 a g/cm3,其晶胞的边长为 。
(2)C2+和A2+都能与NH3、H20等形成配位数为4的配合物。[A(NH3)4]2+和[C(NH3)4]2+空间构型不同且都具有对称性,则[C(NH3)4]2+的空间构型为 。[A(NH3)4]2+中A原子轨道的杂化方式为 。
(3) 含有D、碳、硫三种元素的负一价离子中,所有原子均满足最外层8电子结构,一个电子是由硫原子所得,则其电子式为 。
(4)实验测得气态无水Q在1.Ol×105 Pa、t1℃的密度为5.OO g·L-1、气体摩尔体积为53.4 L·mol-,则此时Q的组成为(写化学式) ,
正确答案
(1)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2 CaCu5 cm(3分) (2)平面正方形 sp3 (3)
(4)A12C16
根据A、B原子核外电子均成对,且核电荷数A>B,所以A是锌,B是钙。C与A在周期表属于同一区的元素,且二者位于同一周期,所以C是铜。D原子在基态时p轨道半充满且电负性是同族元素中最大的,所以D是氮元素。EF属于第三周期,根据E的电离能可知,E是铝元素。E与F能形成原子数目比为1:3、熔点为190℃的化合物Q,所以F是氯元素。
(1)根据晶胞的结构图可知,含有的钙原子数是8×1/8=1,铜原子是8×1/2+1=5,所以化学式为CaCu5。设边长为x,则x3×a g/cm3=,解得x=
cm。
(2)[A(NH3)4]2+和[C(NH3)4]2+空间构型不同且都具有对称性,说明[C(NH3)4]2+的空间构型是平面正方形,[A(NH3)4]2+是正四面体型结构,所以是sp3杂化。
(3)所有原子均满足最外层8电子结构,所以氮和碳形成的是三键,因此电子数为。
(4)根据密度和气体的摩尔体积可知,Q的相对分子质量是53.4×5.00=267,所以化学式为A12C16。
(共7分)Mn、Fe均为第四周期过渡元素,回答下列问题:
(1)Mn元素价电子的电子排布式为_______ _
(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。
①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)]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。易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。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
(2)①具有孤对电子 ②sp N≡N(3)分子晶体 (4)2:1 (2分)
(1)锰的原子序数是25,根据构造原理可写出锰元素价电子的电子排布式为3d54s2。
(2)要形成配位键就必须有能提供孤对电子的配体;CN-的构型是直线型,属于sp杂化。价电子和原子数分别都相同的分子是价电子,所以和CN-互为等电子体的单质分子是氮气,结构式为N≡N。
(3)氯化铁的熔沸点比较低,且易溶于水或有机溶剂等,说明应该是分子晶体。
(4)面心立方晶胞和体心立方晶胞中含有的原子个数分别为8×1/8+6×1/2=4,8×1/8+1=2,所以个数之比是2︰1。
(共3分)铜及其合金是人类最早使用的金属材料。
(1)下图是金属Ca和Cu所形成的某种合金的晶胞结构示意图,则该合金中Ca和Cu的原子个数比为________。
(2)Cu2+能与NH3、H2O、Cl-等形成配位数为4的配合物。
①[Cu(NH3)4]2+具有对称的空间构型,[Cu(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代,能得到两种不同结构的产物,则[Cu(NH3)4]2+的空间构型为________。
②某种含Cu2+的化合物可催化丙烯醇制备丙醛的反应:HOCH2CH==CH2―→CH3CH2CHO。在丙烯醇分子中发生某种方式杂化的碳原子数,是丙醛分子中发生同样方式杂化的碳原子数的2倍,则这类碳原子的杂化方式为______________。
正确答案
(1)1∶5 (2)①平面正方形 ② sp2
(1)根据晶胞结构示意图可知Ca位于顶点上,所以含有的个数是。其中8个Cu位于面心出,1个位于体心,因此含有的个数是1+8×1/2=5,所以Ca和Cu的原子个数比为1∶5 。
(2)[Cu(NH3)4]2+具有对称的空间构型,则可能是平面正方形或是正四面体型。[Cu(NH3)4]2+中的两个NH3被两个Cl-取代,能得到两种不同结构的产物,因此只能是平面正方形。
(3)根据结构简式可判断丙烯醇中1个碳原子是sp3杂化,2个是sp2杂化。在丙醛中则是,1个是sp2杂化,2个碳原子是sp3杂化。
X、Y、Z、U为原子序数依次增大的前四周期元素,X、Y、Z三种元素位于同一周期,其中基态Y原子的2p轨道处于半充满状态,Y和Z的单质可以通过分离液态空气的方法大量制得,且XZ2与Y2Z互为等电子体。含U的化合物的焰色为紫色。试回答下列问题:
(1)U单质的原子堆积方式为__________________,Y的价电子排布式为__________________。
(2)化合物甲由Z、U两元素组成,其晶胞如图所示。
①甲的化学式为____________。
②下列有关该晶体的说法中正确的是________(选填选项字母)。
A.每个晶胞中含有14个U+ 和13个Z2-
B.晶体中每个U+ 周围距离最近的U+ 有6个
C.该晶体属于离子晶体
③甲的密度为a g·cm-3,则晶胞的体积是_____________ m3(只要求列出计算式,阿伏加德罗常数的值用NA表示)。
正确答案
(8分)(1)体心立方堆积(1分);2s22p3 (1分) (2)①KO2 (2分);
②C (2分,多选不得分); ③ ×10-6(或
×10-6或
×10-6)(2分)
试题分析:基态Y原子的2p轨道处于半充满状态,所以Y是氮元素。Y和Z的单质可以通过分离液态空气的方法大量制得,因此Z是氧元素。且XZ2与Y2Z互为等电子体,这说明X应该是碳元素。含U的化合物的焰色为紫色,所以U是钾元素。
(1)K单质的原子堆积方式为体心立方堆积。根据核外电子排布式可知,Y的价电子排布式为2s22p3。
(2)①根据晶胞的结构可知,K离子的个数=。阴离子个数=
个,其中阴离子是2个氧原子构成的,所以化学式是KO2。
②每个晶胞中含有4个U+ 和4个Z2-,A不正确;晶体中每个U+ 周围距离最近的U+ 有12个,B不正确;该晶体属于离子晶体,C正确,答案选C。
③根据以上分析可知,甲的密度为a g·cm-3,则晶胞的体积是,解得ρ=
。
点评:该题是高考中的常见题型,属于中等难度的试题。试题基础性强,侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练,旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力,有利于培养学生的应试能力和逻辑推理能力。该题以“周期表中元素的推断”为载体,比较全面考查学生有关元素推断知识和灵活运用知识的能力。考查了学生对物质结构与性质关系以及运用元素周期律解决具体化学问题的能力。
【化学-物质结构与性质】(15分)
原子序数依次递增的甲、乙、丙、丁、戊是周期表中前30号元素,其中甲、乙、丙三元素的基态原子2p能级都有单电子,单电子个数分别是2、3、2;丁与戊原子序数相差18,戊元素是周期表中ds区的第一种元素。回答下列问题:
(1)甲能形成多种常见单质,在熔点较低的单质中,每个分子周围紧邻的分子数为 ;在熔点很高的两种常见单质中,X的杂化方式分别为 、 。
(2)14g乙的单质分子中π键的个数为___________。
(3)+1价气态基态阳离子再失去一个电子形成+2价气态基态阳离子所需要的能量称为第
二电离能I2,依次还有I3、I4、I5…,推测丁元素的电离能突增应出现在第 电离能。
(4)戊的基态原子有 种形状不同的原子轨道;
(5)丙和丁形成的一种离子化合物的晶胞结构如图,该晶体中阳离子的配位数为 。距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为 。已知该晶胞的密度为ρ g/cm3,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞边长a=__________cm。 (用含ρ、NA的计算式表示)
(6)甲、乙都能和丙形成原子个数比为1:3的常见微粒,推测这两种微粒的空间构型为
正确答案
(1)12、(2分)sp2(1分)、sp3(1分)
(2)NA(1分) (3)二(1分) (4)3 (2分)
(5)8 (2分) 正方体(立方体)(1分)(2分) (6)平面三角形(2分)
根据元素的结构及位置可知,甲、乙、丙、丁、戊分别是C、N、O、Na、Cu。
(1)碳单质中熔点较低的是C60,所以每个分子周围紧邻的分子数为3×8÷2=12个。熔点较高的是金刚石和石墨,金刚石中碳原子是sp3杂化,而石墨层状结构,碳原子是sp2杂化。
(2)氮气分子中含有三键,三键是由1个δ键和2个π键构成的,14个氮气是0.5mol,所以分子中π键的个数为NA。
(3)钠是第IA元素,失去1个电子后,就达到稳定结构,所以电离能突增应出现在第二电离能。
(4)铜原子的基态原子轨道是s、p、d,所以有3种形状不同的原子轨道。
(5)根据晶胞结构可知,顶点和面心处是阴离子,阳离子全部在中间,所以与钠离子最近的阴离子是8个,即配位数是8。而距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体是正方体。该晶胞中含有4个阴离子,所以有,解得a=
。
(6)甲、乙都能和丙形成原子个数比为1:3的常见微粒分别是CO32-、NO3-,中心原子含有的孤对电子分别是(4+2-2×3)÷2=0、(5+1-2×3)÷2=0,所以都是平面三角形结构。
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