- 物质性质的研究
- 共799题
VA族的氮、磷、砷(As)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含VA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途.请回答下列问题:
(1)白磷单质的中P原子采用的轨道杂化方式是 ;
(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)As原子序数为 ,其核外M层和N层电子的排布式为 ;
(4)NH3的沸点比PH3 (填“高”或“低”),原因是 .PO43-离子的立体构型为 ;
(5)H3PO4的K1、K2、K3分别为7.6×10-3、6.3×10-8、4.4×10-13.硝酸完全电离,而亚硝酸K=5.1×10-4,请根据结构与性质的关系解释:
①H3PO4的K1远大于K2的原因 ;
②硝酸比亚硝酸酸性强的原因 ;
(6)NiO晶体结构与NaCl晶体类似,其晶胞的棱长为a cm,则该晶体中距离最近的两个阳离子核间的距离为 cm(用含有a的代数式表示).在一定温度下NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”(如图),可以认为氧离子作密致单层排列,镍离子填充其中,列式并计算每平方米面积上分散的该晶体的质量为 g (氧离子的半径为1.40×10-10m)
正确答案
(1)sp3 (1分) (2)N>P>As(1分)
(3)33(1分) 3s23p63d104s24p3(1分)
(4)高(1分);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(1分);
正四面体(1分)
(5)第一步电离出的氢离子抑制第二步的电离(2分) 硝酸中N呈+5价,N-O-H中O的电子更向N偏移,越易电离出氢离子(2分)
(6)a(2分)
(2分,列式1分)
试题分析:
(1)白磷分子中,每个磷原子含有3个共价键和一个孤电子对,所以其价层电子对是4,采取sp3杂化;
(2)N、P、As属于同一主族,且原子序数依次增大,原子序数越大,其最外层电子越容易失去,其电离电离能越小,所以这三种元素的第一电离能大小顺序是N>P>As,故答案为:N>P>As;
(3)砷的原子序数是33,M层排了18个电子,N层排了5个电子,所以其核外M层和N层电子的排布式为3s23p63d104s24p3;
(4)氨气的沸点高于高PH3,因为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,导致氨气的沸点比PH3高,PO43-离子价层电子对=4+(5+3-4×2)=4,且没有孤电子对,所以其空间构型是正四面体;
(5)①磷酸分步电离,第一步电离出的氢离子抑制了第二步电离,所以K1远大于K2;
②硝酸中N呈+5价,N-O-H中O的电子更向N偏移,导致其越易电离出氢离子,则酸性较大;
(6)根据氯化钠的结构知,氧离子和相邻的镍离子之间的距离为a,距离最近的两个阳离子核间的距离是距离最近的氧离子和镍离子距离的
倍,所以其距离是
acm;
根据图片知,每个氧化镍所占的面积=1.40×10-10m×1.40×10-10m×sin60°,则每平方米含有的氧化镍个数=,每个氧化镍的质量=
g,所以每平方米含有的氧化镍质量=
×
=
=1.83×10-3
根据元素周期表中第四周期元素的相关知识,回答下列问题:
(1)第四周期元素的基态原子的电子排布中4s轨道上只有1个电子的元素有________种;写出Cu+的核外电子排布式________。
(2)按电子排布,可将周期表里的元素划分成五个区域,第四周期元素中属于s区的元素有________种,属于d区的元素有________种。
(3)CaO晶胞如右图所示,CaO晶体中Ca2+的配位数为________;CaO的焰色反应为砖红色,许多金属或它们的化合物都可以发生焰色反应,其原因是________________
(4)由叠氮化钾(KN3)热分解可得纯N2:2KN3(s)=2K(l)+3N2(g),下列有关说法正确的是________(填选项字母)。
(5)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂。O2在其催化作用下,可将CN-氧化成CNO-。CN-的电子式为_______,CNO-的中心原子的杂化方式为_______
(6)在CrCl3溶液中,一定条件下存在组成为[CrCln(H2O)6-n]x+(n和x均为正整数)的配离子,将其通过氢离子交换树脂(R-H),可发生离子交换反应:[CrCln(H2O)6-n]x++xR-HRx[CrCln(H2O)6-n]+xH+。将含0.0015 mol[CrCln(H2O)6-n]x+的溶液,与R-H完全交换后,中和生成的H+需浓度为0.1200 mol·L-1 NaOH溶液25.00 mL,则该配离子的化学式为_______。
正确答案
(1)3 1s22s22p63s23p63d10
(2)2 8
(3)6 激发态的电子从能量高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以一定波长光的形式释放能量。
(4)B C
(5) sp杂化
(6)[CrCl(H2O)5]2+
试题分析:(1)第四周期中基态原子核外电子排布中4s轨道上只有1个电子的元素有K、Cr、Cu三种。Cu失去4s轨道上一个电子形成的Cu+核外电子排布为1s22s22p63s23p63d10。
(2)第四周期属于s区的元素是K、Ca两种。属于d区的元素是第IIIB族到第VIIB族及第VIII族,第四周期共有8种元素。
(3)根据晶胞结构示意图,可知Ca2+周围距Ca2+最近的O2-有6个,因此Ca2+的配位数为6。金属元素会有焰色反应,是因为激发态的电子从能量高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以一定波长光的形式释放能量。
(4)Na+半径小于K+半径,离子所带电荷相同时,半径越小晶格能越大,因此NaN3的晶格能高于KN3的晶格能,A错;K晶体为体心立方,每个晶胞中含有2个K原子,B正确;N原子的2p轨道半满,不容易失去电子,因此第一电离能N>O,C正确;氮气常温下稳定,因为氮气分子中含有氮氮三键,D错。
(5)CN-与N2是等电子体,因此电子式相似。CNO-与CO2是等电子体,因此中心原子杂化方式相同,是sp杂化。
(6)生成的H+的物质的量为:n(H+)=n(NaOH)=0.1200×25.00×10-3mol=0.003mol,根据方程式,可计算得出x=2。在配离子中,Cr +3价,根据化合价计算规则,可知n=1,则配离子为[CrCl(H2O)5]2+。
金属镍,铁及非金属元素碳在合金材料,有机合成材料中有广泛的应用.请回答下列问题:
(1)Ni原子的核外电子排布式为 .
(2)Fe原子的外围电子排布图为 .
(3)含碳化合物丙烯腈(H2C=CH—C≡N)分子中碳原子轨道杂化类型为
(4)NiO,FeO的晶体类型均与氯化钠晶体相同,Ni2+和Fe2+离子半径分别为69 Pm和78 Pm,则两种物质的熔点
NiO FeO(填“>”或“<”),判断依据是 .
(5)CaC2晶体的晶胞也与氯化钠相似,但由于CaC2晶体中的C22-存在,使晶胞沿一个方向拉长,则CaC2晶体中1个C22-周围距离最近且相等的Ca2+数目为 ,C22-与O22+互为等电子体,写出O22+的电子式 .
(6)铁在一定条件下可形成体心立方堆积的晶体,设铁原子半径为r,请用含r的代数式表示该晶体空间利用率 .
正确答案
(1)[Ar]3d84S2 (2) (3)sp,sp2
(4)> NiO,FeO都是离子晶体,氧离子半径相同,Ni2+半径比Fe2+小,半径越小离子晶体晶格能越大,晶格能越大熔点越高. (5)4 (6)
=0.68.
试题分析:(1)Ni是28号元素,其原子的核外电子排布式为 [Ar]3d84S2。(2)Fe是26号元素,原子的外围电子排布图为。(3)含碳化合物丙烯腈(H2C=CH—C≡N)分子中碳碳双键上的碳原子是轨道杂化类型为sp2;C≡N键上的碳原子采用轨道杂化类型为sp。(4)NiO,FeO的晶体类型都是离子晶体。对于离子晶体来说,离子的半径越小,离子所带的电荷越多,晶体的熔点、沸点就越高。它们所带的电荷相同氧离子半径相同,Ni2+半径比Fe2+小。离子的半径越小,离子晶体晶格能越大,晶格能越大熔点越高.两种物质的熔点NiO>FeO。(5)根据晶体结构,利用均摊法:顶点上,棱上,面上的离子个数进行计算。顶点离子上离子个数乘以1/8,棱上离子个数乘以1/4,面上离子个数乘以1/2,得出阴阳离子个数,即得出一个晶胞中有四个CaC2,所以每个Ca2+周围最近的C22-有四个。利用等电子体原理,O22+与N2互为等电子体,所有在O22+中,O原子与O原子之间是三对共用电子对,将N2的电子式中的N原子改为O原子,然后带上中括号,右上角写上2+就可以了。(6)体心立方堆积的晶体中,体对角线上的原子互相接触。设立方体的边长为a, 铁原子半径为r.则有
a=4r,a=
。因此该立方体体积为V=a3 =
r3.该立方体中所有原子数为:顶点 8×1/8=1和体心中的1个共2个原子,其所占的体积为V (Fe)=2×
=
。从而得到该晶体空间的利用率为V(Fe):V=
=0.68。
元素X 位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p 轨道上有4个电子。元素Z 的原子最外层电子数是其内层的3倍。
(1)X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
①在1个晶胞中,X离子的数目为 。
②该化合物的化学式为 。若其晶胞边长为540.0pm,则密度为 ,X与最近的Y之间的距离为
(2)在Y的氢化物(H2Y)分子中,Y原子轨道的杂化类型是 。
(3)Y 与Z 可形成YZ42-
①YZ42-的空间构型为 (用文字描述)。
②写出一种与YZ42-互为等电子体的分子的化学式: 。
(4)X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2,1mol该配合物中含有σ键的数目为 。
正确答案
(1)①4 ②ZnS ;4.1g/cm3; (2)sp3
(3)①正四面体 ②CCl4或SiCl4等 (4)16NA或16×6. 02×1023个
试题分析:元素X 位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2,所以X是Zn。元素Y基态原子的3p 轨道上有4个电子,则Y应该是S元素。元素Z 的原子最外层电子数是其内层的3倍,则Z是氧元素。
(1)①根据晶胞结构冰依据均摊法可知,在1个晶胞中,X离子的数目为个。
②同样计算可知,含有Y的数目也4个,所以该化合物的化学式为ZnS。根据晶胞的结构可知,若其晶胞边长为540.0pm,则密度=。根据晶胞的结构可知,S原子周围的4个锌原子构成正四面体型结构,则X与最近的Y之间的距离为
或
或
。
(2)H2S是V形结构,则S原子是sp3杂化。
(3)①在SO42-中中心原子S原子含有的孤对电子对数=(6+2-4×2)÷2=0,所以YZ42-的空间构型为正四面体。
②原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,则和SO42-互为等电子体的可以是CCl4或SiCl4等。
(4)X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2,由于1个氨气分子中含有3个σ键,另外又形成形成4个配位健,则含有的σ键数目是3×4+4=16,所以1mol该配合物中含有σ键的数目为16NA或16×6. 02×1023个
点评:该题是中等难度试题的考查,也是高考中的常见题型。试题综合性强,贴近高考,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以及空间的想象能力。有助于提升学生的学科素养,提高学生的应试能力。该题的难点是晶体的有关计算,所以熟练掌握好均摊法。
已知:A、B、C、D为周期表1~36号中的元素,它们的原子序数逐渐增大。A的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同;D的基态原子的M电子层上有4个未成对电子。
请回答下列问题:
(1)D是元素周期表中第________周期,第________族的元素;其基态原子的外围电子排布式为________。
(2)A、B、C、D四种元素中,电负性最大的是________(填元素符号)。
(3)由A、B、C形成的离子CAB-与AC2互为等电子体,则CAB-中A原子的杂化方式为________。B的氢化物的沸点远高于A的氢化物的沸点的主要原因是________________________________________________________________。
(4)D能与AC分子形成D(AC)5,其原因是AC分子中含有________________。D(AC)5常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断D(AC)5晶体属于________(填晶体类型)。
(5)SiO2的晶胞可作如下推导:先将NaCl晶胞中的所有Cl-去掉,并将Na+全部换成Si原子,再在每两个不共面的“小立方体”中心处各放置一个Si原子便构成了晶体Si的一个晶胞。再在每两个相邻的Si原子(距离最近的两个Si原子)中心连线的中点处增添一个O原子,便构成了SiO2晶胞,故SiO2晶胞中有________个Si原子,________个O原子。
正确答案
(1)四 Ⅷ 3d64s2 (2)O (3)sp NH3分子间能形成氢键
(4)孤电子对 分子晶体
(5)8 16
本题以原子结构的特点为元素推断的核心,综合考查了电负性、等电子体、配合物理论以及晶体结构等。由A的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等,可知A的基态原子电子排布式为1s22s22p2,为碳元素;由C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子相同,为2个,故其基态原子电子排布式为1s22s22p4,为氧元素,依据A、B、C的原子序数逐渐增大可知B为氮元素;由D的基态原子的M电子层上有4个未成对电子,可知其基态原子电子排布式为[Ar]3d64s2,为铁元素。
(3)OCN-的中心原子C原子的孤电子对数为0,故采取sp杂化。氨气的沸点远高于甲烷的沸点是因为前者形成氢键。
(5)一个氯化钠晶胞中含4个钠离子及4个氯离子,含有8个“小立方体”,每个不共面的“小立方体”中心处放置一个Si原子,故一个SiO2的晶胞中含有8个Si原子,而硅原子和氧原子个数比为1∶2,故含16个O原子。
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