- 晶胞
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AX4四面体 (A为中心原子，如硅、锗；X为配位原子，如氧、硫) 在无机化合物中很常见。四面体T1按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体”（T2、T3···）：
⑴ 上图中T1、T2和T3的化学式分别为AX4、A4X10和A10X20，推出超四面体T4的化学式。
⑵ 分别指出超四面体T3、T4中各有几种环境不同的X原子，每种X原子各连接几个A原子？在上述两种超四面体中每种X原子的数目各是多少？
⑶ 若分别以T1、T2、T3、T4为结构单元共顶点相连（顶点X原子只连接两个A原子），形成无限三维结构，分别写出所得三维骨架的化学式。
⑷ 欲使上述T3超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和-4，A选Zn2+、In3+或Ge4+，X取S2-，给出带三种不同电荷的骨架的化学式（各给出一种，结构单元中的离子数成简单整数比）。
正确答案
⑴T4超四面体的化学式为A20X35
⑵T3超四面体中，有3种不同环境的X原子。
其中4个X原子在顶点上，所连接A原子数为1；
12个X原子在超四面体的边上，所连接A原子数为2；
4个原子在超四面体的面上，所连接A原子数为3。
T4超四面体中有5种不同环境的X原子。
其中4个X原子在顶点上，所连接A原子数为1；
12个X原子在超四面体的边上但不在边的中心，所连接A原子数为2；
6个X原子在超四面体的边的中心，所连接A原子数为2；
12个原子在超四面体的面上，所连接A原子数为3；
1个在超四面体的中心，所连接A原子数为4。
⑶化学式分别为 AX2, A4X8, A10X18, A20X33。
答分别为 AX2, AX2, A5X9, A20X33也可。
⑷A10X184+只能是Ge10S184+；
A10X18可以是Zn2Ge8S18，In2ZnGe7S18，In4Ge6S18；
A10X184-可以是
Zn4Ge6S184-, In8Ge2S184-, In6ZnGe3S184-, In4Zn2Ge4S184-, In2Zn3Ge5S184-；
⑴根据连接规律，超四面体中A原子与上一个相邻的超四面体中X原子数相同，所以T4中，A原子数为20，X原子数为20+(10+5)=35，即T4为T20X35 。
⑵T3中，所有X原子都位于超四面体的面上，每个面如下图所示（顶点、交点位置为X原子）：
根据该图形的对称性可知：顶点X边接一个A，棱边X连接2个A，面心X连接3个A，共有3种环境不同的X。
T4中，面上X的位置如下图所示：
共有4种不同环境的X，分别连接1个，2个，2个，3个A原子，另外在该超四面体的内部还有一种环境的X，分别连接4个A。
⑶在如题所描述的结构中，顶点X原子被两个结构单元所共有，因此只有一半属于原四面体，其它位置的X原子，以及A原子仍属于该结构单元。所以
以T1为结构单元的结构中，化学式为：AX4/2，即AX2；
以T2为结构单元的结构中，化学式为：A4X6+4/2，即A4X8；
以T3为结构单元的结构中，化学式为：A10X16+4/2，即A10X18；
以T4为结构单元的结构中，化学式为：A20X31+4/2，即A20X33。
⑷根据结构组成，设“T3”的化学组成为：ZnxLnyGezSm
用尝试法，计算该组成所带的电荷数，可得一系列满足题意的答案。
（9分）磷化硼（BP）和氮化硼（BN）是受到高度关注的耐磨涂料，它们的结构相似，右图为磷化硼晶体结构中最小的重复结构单元。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成：BBr3＋PBr3＋3H2＝BP＋6HBr。回答下列问题：
（1）写出基态磷原子的外围电子轨道表示式
（2）磷化硼的晶体类型是 ，B原子的杂化方式是 。
（3）电负性：N B (填“>”、“<”)
（4）BP中每个B或P原子均形成4个共价键，其中有一个配位键，提供空轨道是 原子。
（5）BBr3分子中，B原子采取sp2杂化，则BBr3属于 （填“极性”或“非极性”）分子。
（6）氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是 。
正确答案
（1） 略 (1分)
（2） 原子晶体(1分) ， sp3 (1分)
（3） > (1分) （4） B(2分)
（5） 非极性(1分)
（6） 它们都是原子晶体，但B-N键比B-P键键长短，键能大，熔点高 (2分)
试题分析：（1）基态磷原子的外围电子轨道表示式3s23p3；
（2）根据磷化硼的组成可以判断，是原子晶体；根据空间立体结构推知是sp3杂化方式。
（3）氮在硼的上一周期，原子半径小，电负性：N >B；
（4）B原子具有多余的空轨道，而p原子具有孤对电子，提供空轨道是B原子。
（5）BBr3分子中，B原子采取sp2杂化，是平面三角形，则BBr3属于非极性分子。
（6）氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是磷原子的半径比氮原子大，N—B键的键长比P—B键的键长短，键能相应就大，因而熔点就高
点评：根据杂化方式判断晶体的构型及分子的极性要熟练掌握。
天然气既是重要的能源，也是重要的化工原料，其主要成分是甲烷。
（1）甲烷在一定条件下可生成：
A．碳正离子（CH3-） B．碳负离子（CH3-）
C．甲基（—CH3） D．碳烯（
①四种微粒中，键角为120°的是________。（填序号）
②与碳负离子（CH3-）互为等电子体的一种分子的结构式为_________________________________________________________。
（2）海底富藏大量的可燃冰（甲烷的水合物），关于可燃冰的说法中正确的是________。
A．甲烷分子与水分子均是极性分子
B．可燃冰中甲烷分子与水分子间以氢键相结合
C．可燃冰属于原子晶体
D．甲烷分子与水分子中的σ键均是s—sp3电子云重叠而成的
（3）在高温下，甲烷可还原CuO得到Cu2O。
①Cu＋的核外电子排布式为____________。
②Cu2O晶体的晶胞结构如图所示。其中“△”代表的离子符号为________。
（4）一定条件下，甲烷与水蒸气可生成H2和CO。则所生成的气体中σ键总数与π键总数之比为________。
正确答案
（1）①A ②
②O2－ （4）2∶1
（1）A中碳原子杂化为0＋3＝3，sp2，平面三角形。B中为1＋3＝4，sp3杂化，三角锥形。C中为1＋3＝4，sp3杂化，三角锥形。D中为1＋2＝3 ，sp2，平面三角形，由于孤电子对斥力大，所以键角小于120°。（2）A项，甲烷分子中正、负电荷中心重合，非极性分子，错误。B项甲烷中C—H无法形成氢键，错误。C项，可燃冰属于分子晶体，错误。（3）中由晶胞可知，黑球为4，白球为1，由于Cu2O，离子个数比为2∶1，可知，中心为氧离子。注意写Cu＋，不是铜原子。
决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题。
（1）已知A和B为第三周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：
A的化合价 B的化合价（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似（如上图所示），其中3种离子晶体的晶格能数据如下表：
则该 4种离子晶体（不包括NaCl）熔点从高到低的顺序是： 。其中MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有 个。
（3）金属阳离子含未成对电子越多，则磁性越大，磁记录性能越好。离子型氧化物V2O5和CrO2中，适合作录音带磁粉原料的是 。
（4）某配合物的分子结构如上图所示，则N原子的杂化方式为 ；基态Ni原子的电子排布式 。
正确答案
（1）＞（2分）
（2）TiN＞MgO＞CaO＞KCl（2分，有1项排错即给0分） 12（2分）
（3）CrO2（2分）
（4）sp2（2分） ［Ar］3d74s2（2分）
略
A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素。已知A原子的p轨道中有3个未成对电子，其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大。B 的基态原子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数均相同，B位于元素周期表的s区。C元素原子的外围电子层排布式为nsn—1npn—1。 D原子M能层为全充满状态，且最外层无成对电子，E为第四周期未成对电子数最多的元素。请回答下列问题：
（1）写出E基态原子的电子排布式 ；E在周期表中的位置是 ，其基态原子有 种能量不同的电子。
（2）某同学根据上述信息，推断B的核外电子排布如右图所示，
该同学所画的电子排布图违背了 。
（3）已知A和C形成的化合物X中每个原子的最外层均为8电子稳定结构，则X的化学式为 ，X是一种超硬物质，耐磨损、抗腐蚀能力强，推测X的晶体类型为 。
（4）B的单质与A的最高价含氧酸的稀溶液反应，能将A还原至最低价态，写出该反应的化学方程式 。
（5） 已知D晶体的粒子堆积方式为面心立方最密堆积，若该晶体中一个晶胞的边长为a cm，则D晶体的密度为 g/cm3（写出含a的表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值）。若D的原子半径为r ，则在D晶胞中用r表示出这种堆积模型的空间利用率为 。（列式表示，不需化简）
正确答案
（1）1s22s22p63s23p63d54s1 第4周期第ⅥB族 7
（2） 能量最低原理 （3）Si3N4 原子晶体
（4）4Mg + 10HNO3＝ 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
（5）256/a3NA 4×
试题分析：A原子的p轨道中有3个未成对电子，其气态氢化物在水中的溶解度在同族元素所形成的氢化物中最大，这说明A应该是氮元素。B 的基态原子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数均相同，B位于元素周期表的s区，所以B是镁元素。C元素原子的外围电子层排布式为nsn—1npn—1，其中能＝2，则n＝3，所以C是硅元素。D原子M能层为全充满状态，且最外层无成对电子，这说明D是铜元素。E为第四周期未成对电子数最多的元素，所以E是铬6元素。
（1）根据构造原理可知，铬元素基态原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1 。铬的原子序数是24，位于周期表的第4周期第ⅥB族。由于同一能层中不同能级的能量也是不相同的，所以铬也是元素基态原子有7种能量不同的电子。
（2）根据轨道表达式可知，同学所画的电子排布图违背了能量最低原理。
（3）A和C形成的化合物X中每个原子的最外层均为8电子稳定结构，由于Si位于第ⅣA族，氮元素位于第ⅤA族，则X的化学式Si3N4。根据X的物理性质可知形成的晶体是原子晶体。
（4）氮元素的最低价是－3价，所以其还原产物是硝酸铵，则反应的化学方程式是4Mg + 10HNO3＝ 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O。
（4）在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，则微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4。该晶体中一个晶胞的边长为a cm，则
根据晶胞结构可知，4r＝
则晶胞立方体的体积为
晶胞中4个金属原子的体积为
所以此晶胞中原子空间占有率是4×
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题综合性强，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，考查学生对元素周期表的熟悉程度及其对表中各元素性质和相应原子结构的周期性递变规律的认识和掌握程度。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。
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