化学物质结构与性质

[题型专练]1．X、Y、Z、W、Q五种元素其核电荷数依次增大。X原子只有1个s电子，Y、Z、W属于同周期，Y原子L层中s电子和p电子数目相同，Z原子p轨道为半充满，W原子第一电离能比Z原子的小，Q原子内层均饱和，N层上只有两个电子。(1)Q2＋的核外电子排布式为________________。(2)XYZ分子中Y原子轨道的杂化类型为________，1molXYZ分子中含有σ键的数目为______。(3)写出YZW－的两种等电子体的化学式：________________。(4)QW的熔点比Q的硫化物的熔点高，其原因是____________。(5)Q晶体属于六方堆积，其晶胞结构如右图，则P点原子被________个晶胞所共用。解析(1)X原子只有1个s电子，所以X为氢元素；Q原子内层均饱和，N层上只有两个电子，所以Q为锌，则可得出锌离子的电子排布式为[Ar]3d10。(2)Y原子L层中s电子和p电子数目相同，所以Y的L层未排满，且s、p轨道都有2个电子，所以Y为碳元素；Y、Z、W都为第2周期，又知Z原子p轨道为半充满，所以Z为氮元素；氮原子因为其最外层的p轨道半充满而使其第一电离能比它后一种氧元素的第一电离能大，由题给条件可以判断W应为氧元素。(2)XYZ分子即为HCN，其中的碳与氮形成了碳氮叁键，所以是sp杂化，该分子中有两个σ键，所以1molXYZ分子中含有σ键的数目为2NA个。(3)YZW－即为CNO－，它的等电子体是三个原子构成的含16个价电子的微粒，最外层为16个电子的粒子，所以可以写出如CO2、N2O、N－3及CS2等。(4)QW为ZnO，Q的硫化物即ZnS，两者都是离子晶体，而影响离子晶体熔点的是离子半径和离子所带电荷，所以氧化锌熔点高于硫化锌。(5)晶体由晶胞构成二者的阴阳离子所带电荷相同，由于r(O2－)r(S2－)，无隙并置而得到，P点的角是60°，所以可以并置6个晶胞，同时在上面也会有6个并置的晶胞，所以应为12个晶胞所共有。答案(1)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10(2)sp杂化1.204×1024(或2NA)(3)N2O、CO2、CS2、N－3(任选两种)(4)因O2－半径小于S2－，氧化锌晶格能比硫化锌晶格能大(5)122．元素X的基态原子中的电子共有7个能级，且最外层电子数为1，X原子的内层轨道全部排满电子。在气体分析中，常用XCl的盐酸溶液吸收并定量测定CO的含量，其化学反应为2XCl＋2CO＋2H2O===X2Cl2·2CO·2H2O。(1)X基态原子的电子排布式为________________。(2)C、H、O三种原子的电负性由大到小的顺序为________。(3)X2Cl2·2CO·2H2O是一种配合物，其结构如右图所示：①与CO互为等电子体的分子是________。②该配合物中氯原子的杂化方式为________。③在X2Cl2·2CO·2H2O中，每个X原子能与其他原子形成3个配位键，在图中用“→”标出相应的配位键。(4)XCl的晶胞如右图所示，距离每个X＋最近的Cl－的个数为________。解析(1)元素X基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，是铜元素。(2)C、H、O三种原子的非金属性OCH，则其电负性OCH。(3)①利用同周期互换方法，可知CO与N2互为等电子体。②该配合物的氯原子只有单键，成对电子对数有4对，故氯原子是sp3杂化。(4)从晶胞看，1个Cl－和4个X＋形成正四面体，1个Cl－周围有4个X＋，由于该晶胞的化学式是XCl，故1个X＋周围有4个Cl－。答案1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1(2)OCH(3)①N2②sp3杂化③(4)43．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1mol5­氨基四唑中含有σ键的数目为________。(3)①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(N－3)，根据等电子体原理N－3的空间构型为________。②以四氯化钛、碳化钙、叠氮酸盐做原料，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________。解析(1)Ga为31号元素，基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。(2)同周期元素从左向右电负性逐渐增强，故NC，当然CH；N原子的杂化情况见右图分析；五元环有5个σ键，环上有1个N—Hσ键，C—NH2包含3个σ键，故1mol共含有σ键的数目为9NA。(3)①CO2是N－3的一种等电子体，CO2是直线形分子，故N－3也是直线形分子；②晶胞拥有Ti：1＋14×12＝4(个)，C：8×18＝1，N：6×12＝3，故碳氮化钛化合物的化学式为Ti4CN3。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1(2)NCHsp2、sp3杂化9NA(或9×6.02×1023个或5.418×1024个)(3)①直线形②Ti4CN34．能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。(1)太阳能热水器中常使用一种以镍或镍合金空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层，写出基态镍原子的核外电子排布式：________________。(2)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如图所示，其分子中碳原子的轨道杂化方式为__________________。(3)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括镓、镉、锌、铜、铟、镓和硒等硫化物。①第一电离能：As________Se(填“”、“”或“＝”)②硫化锌的晶胞结构如图所示，其中硫离子的配位数是________。③二氧化硒分子的空间构型为________。(4)金属酞菁配合物在硅太阳能电池中有重要作用，一种金属镁酞菁配合物的结构如下图，请在下图中用箭头表示出配位键。解析(1)基态镍原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)根据富勒烯(C60)的结构可以看出每个碳原子和其他三个碳原子成键，为三个σ键和一个π键，故杂化方式为sp2杂化。(3)As的4p轨道处于比较稳定的半充满状态，故As的第一电离能较大；从图中不难发现硫化锌的晶胞中，锌离子的配位数是4，而阴、阳离子个数之比为1∶1，故硫离子的配位数也是4；二氧化硒分子与臭氧分子、二氧化硫分子互为等电子体，故其空间构型为V形。答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2(2)sp2杂化(3)①②4③V形(4)5．研究证明，Fe、Fe2＋、Fe3＋易与CO、CN－等形成配合物。(1)配合物Fe(CO)5会使合成氨等生产过程中的催化剂中毒。①Fe(CO)5中铁的化合价为0，写出铁原子基态的电子排布式：________________________。该物质中含有的化学键类型有________(填字母)。A．离子键B．极性共价键C．非极性共价键D．配位键②常温下Fe(CO)5呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃。据此可以判断Fe(CO)5晶体的类型为________。(2)Fe、Fe2＋都能被硝酸氧化。NO－3中氮原子轨道的杂化类型为________。(3)若向氯化铁溶液中加入少量的K4[Fe(CN)6]溶液，可生成蓝色沉淀KFe[Fe(CN)6]，右图表示的是该晶体晶胞的八分之一(K＋未画出)。①写出与CN－互为等电子体的一种分子的化学式：____________；②该晶体的一个晶胞中含有的K＋的个数为________。解析(1)铁原子的原子序数为26，基态时其原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或者表示为[Ar]3d64s2；Fe(CO)5分子中碳和氧之间存在极性共价键，配体CO和中心原子Fe之间存在配位共价键；从Fe(CO)5的物理性质可知，其微粒间作用力很弱，应该是分子间作用力，如果形成晶体，应该属于分子晶体。(2)由等电子体原理可知NO－3和BF3或BCl3互为等电子体，分子中价电子数均为24个，因此其中心原子杂化类型和BF3或BCl3相同，应该为sp2杂化。(3)CN－是2原子14电子体，价电子总数为10，因此和N2、C2－2、CO等互为等电子体；由均摊法可以确定晶胞18中图中已经有的微粒的个数：Fe2＋：12，Fe3＋：12，CN－：3，则根据物质电中性原则确定其中没有标出的K＋个数为12，因此晶胞中K＋个数为4。答案(1)①1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2BD②分子晶体(2)sp2杂化(3)①N2(或其他合理答案)②46．原子序数小于36的X、Y、Z、W、J五种元素，原子序数依次增大，其中X元素原子半径是所有元素原子中最小的，Y元素原子核外有三种不同的能级且各个能级所填充的电子数相同，W元素原子最外层电子数是内层电子数的3倍，J元素原子序数为24。请回答下列问题。(1)Y、Z、W的电负性由小到大的顺序为_____________________________。(2)J原子的核外电子排布式为________。(3)Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为________。1molY2X2分子中含有σ键与π键的数目之比为________。(4)Z与W形成的一种Z2W分子，与该分子互为等电子体的阴离子为__________________(任写一种)。(5)JCl3能与Z、W的氢化物形成配位数为6的络合物，且相应两种配体的物质的量之比为2∶1，氯离子全部位于外界。则该配合物的化学式为________。答案(1)CNO(2)[Ar]3d54s1(或1s22s22p63s23p63d54s1)(3)sp杂化3∶2(4)SCN－或N－3(任写一种，其他合理答案也可)(5)[Cr(NH3)4(H2O)2]Cl3,[对点回扣]1．基态原子核外电子表示方法(以硫原子为例)(1)原子结构示意图：(2)电子式：(3)电子排布式：1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4(4)电子排布图(或轨道表示式)：2．判断中心原子杂化类型的方法(1)根据π键数目判断看中心原子有没有形成双键或叁键，如果形成叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果形成双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。(2)根据杂化轨道数判定杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。杂化轨道数：中心原子的孤电子对数与成键原子个数之和。若杂化轨道数为2，则为sp杂化；若杂化轨道数为3，则为sp2杂化；若杂化轨道数为4，则为sp3杂化。(3)根据杂化轨道的空间分布构型判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥型，则分子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。(4)根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。3．等电子体的判断方法一是同主族变换法，如CO2与CS2、CF4与CCl4是等电子体，二是左右移位法，如N2与CO，CO2－3、NO－3与SO3是等电子体。如果是阴离子，价电子应加