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第36题　物质结构与性质(选修3)

1. 氮元素是地球大气中含量最多的元素。

(1)氮元素基态原子核外电子成对电子数与未成对电子数之比为__________。

(2)氨分子中氮原子与氢原子之间的作用力是__________，在氨水中，分子间的作用力有 __________。

(3)甘氨酸是最简单的一种氨基酸，其相对分子质量为75，结构简式如图所示，而戊烷相对分子质量为72，与甘氨酸相差不大，但甘氨酸易溶于水，戊烷却难溶于水，出现这种差异的原因是____________________________。

(4)氮的氢化物除氨气外，还有联氨，其结构简式为H2N—NH2。在联氨分子中，N原子采用__________杂化，联氨中的六个原子 __________(填“在”或“不在”)同一个平面上。

(5)N与Cu形成的化合物的晶胞如图所示，其化学式为__________，Cu的化合价为__________。

解析：　(1)基态氮原子核外电子排布式为1s22s22p3，有两对成对电子，即4个成对电子，3个未成对电子。(2)氨分子中，氮原子与氢原子之间的作用力是共价键。氨水中，氨分子与水分子，氨分子与氨分子，水分子与水分子之间都存在氢键及分子间作用力。(3)甘氨酸分子与水分子之间能形成氢键，而戊烷与水分子之间不能形成氢键。(4)H2N—NH2分子中，每个N原子与两个H原子和另外一个N原子形成单键，N原子还有一对孤对电子，故N原子采用sp3杂化；H2N—NH2中六个原子不可能共面。(5)由晶胞结构可知，Cu在晶胞的棱上，该晶胞中Cu的个数为12×＝3，N在晶胞的顶点上，该晶胞中N的个数为8×＝1，因此其化学式为Cu3N，由其化学式可判断Cu为＋1价。

答案：　(1)4：3

(2)共价键　范德华力(或分子间作用力)、氢键

(3)甘氨酸分子与水分子之间存在氢键，而戊烷与水分子之间不能形成氢键

(4)sp3　不在

(5)Cu3N　＋1

2．周期表中第二周期有八种元素。请回答下列问题：

(1)基态碳原子中，电子占据的最高能级的符号为________，在该能级上运动的电子的自旋方向有________种，该能级所在能层上的原子轨道数为 ________。

(2)写出基态氧原子的核外电子排布图________，N、S、F三种元素在周期表中均与O相邻，由N、O、S、F在周期表中的相对位置可以直接确定其中的三种元素电负性相对大小具有“X>Y>Z”的关系，则X、Y、Z依次是________。

(3)五个黑点(从左到右)代表第二周期原子序数依次增大的相邻五种元素，其第一电离能的相对大小如图所示，请在图上相应黑点旁写出对应元素的元素符号，并写出原子序数。

(4)第二周期主族元素中，电负性相差最大的两种元素是________。

(5)第二周期元素间形成的二元化合物中，含有离子键的是________(写出两个)，具有正四面体结构的分子为________，中心原子的杂化类型为sp3的分子为________。

解析：　(1)碳原子核外有6个电子，在基态碳原子中，能量最高的能级是2p；该能级上有2个电子，故自旋方向只有1种，L能层有4个原子轨道。(2)同周期主族元素，从左到右电负性逐渐增大；同主族元素，从上到下电负性逐渐减小，故X、Y、Z分别为F、O、N或F、O、S。(3)由图知，第三个黑点(从左到右)所代表的元素第一电离能比第四个的大，前三种元素的第一电离能依次增大，五个黑点对应的元素分别是B、C、N、O、F。(4)同一周期主族元素从左到右电负性逐渐增大，故第二周期电负性相差最大的两种主族元素是锂与氟。(5)锂与非金属性强的氟、氧、氮可形成离子键。

答案：　(1)2p　1　4

(2)　F、O、N或F、O、S(只要答出一种即可)

(3)

(4)Li、F

(5)LiF、Li2O、Li3N(写出两个即可)　CF4　NF3、CF4

3．A、B、C、D、E、F为元素周期表中前四周期元素，且原子序数依次增大，A与其余五种元素既不同周期也不同主族，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，C的氧化物是导致酸雨的主要物质之一，D原子核外电子有8种不同的运动状态，E的基态原子在前四周期元素的基态原子中单电子数最多，F元素的基态原子最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。

(1)写出基态E原子的价电子排布式__________。

(2)A与C可形成CA3分子，该分子中C原子的杂化类型为__________，该分子的立体结构为__________；C的单质与BD化合物是等电子体，据等电子体的原理，写出BD化合物的电子式__________；A2D由液态形成晶体时密度减小，其主要原因是________________________(用文字叙述)。

(3)已知D、F能形成一种化合物，其晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式为________；若相邻D原子和F原子间的距离为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为____________g·cm－3(用含a、NA的式子表示)。

解析：　根据题目信息可推知A、B、C、D、E、F分别为H、C、N、O、Cr、Cu。(1)Cr为24号元素，其基态原子价电子排布式为3d54s1。(2)NH3分子中，N原子周围有3对成键电子和1对孤对电子，故N采取sp3杂化，NH3分子为三角锥形结构；类比N2的分子结构可知，CO分子结构中含碳氧叁键；水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度减小。(3)根据晶胞结构可计算出其化学式为Cu2O。1个晶胞中含有2个Cu2O，该晶胞边长＝cm，该晶体的密度为g·cm－3＝g·cm－3。

答案：　(1)3d54s1

(2)sp3杂化　三角锥形　C⋮⋮O　水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度减小

(3)Cu2O　

4．下图为几种物质的晶体结构示意图(其中图Ⅱ为层状结构，层内酸分子间通过氢键结合)。

请回答下列问题：

(1)CaF2晶体中粒子间的作用力类型是__________，Ca2＋的配位数为__________。

(2)图Ⅱ中酸的分子式为__________，该晶体中B原子个数与极性键个数之比为__________。

(3)图Ⅲ中金属的堆积方式为__________，未标号的铜原子形成晶体后的配位数为__________。

(4)上述三种晶体中含有阳离子的物质是__________，熔化时不需要破坏化学键的是__________。

(5)结合CaF2晶体的晶胞示意图，已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8 cm，用NA表示阿伏加德罗常数的值，则CaF2晶体的密度为__________(列式即可)。

解析：　(1)CaF2是离子晶体，离子间通过离子键结合在一起，由晶胞图知，黑球和白球代表的离子的个数比为1：2，故黑球代表Ca2＋，其配位数是8。(2)分析图Ⅱ，虚线表示氢键，该酸的分子式为H3BO3,1个分子中有6个极性键。(3)同层中有6个、上下两层各有3个原子与未标号的铜原子相邻，故配位数是12。(4)分子晶体在熔化时不需要克服化学键。(5)一个CaF2晶胞中有4个“CaF2”，则CaF2晶体的密度为g·cm－3。

答案：　(1)离子键　8

(2)H3BO3　1：6

(3)面心立方最密堆积　12

(4)CaF2、Cu　H3BO3

(5) g·cm－3

5．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，含有O、Si、Al、Be等元素。

请回答下列问题：

(1)基态Al原子中，电子占据的最高能级的符号是________，该能级具有的原子轨道数为________，轨道形状为________。

(2)在500～600 ℃气相中，氯化铍以二聚体Be2Cl4的形式存在(如图)，在1 000 ℃，氯化铍则以BeCl2形式存在。在BeCl2分子中，Be的杂化方式为________，二聚体Be2Cl4中Be的杂化方式为________，1 mol Be2Cl4中含有________mol配位键。

(3)氢化铝锂(LiAlH)是有机合成中一种重要还原剂，可以将羧基还原为羟基，如可将乙酸还原为乙醇，乙酸和乙醇的熔沸点数据如下表：

乙酸分子中σ键与π键个数之比为________；乙酸熔点较高，标准状况下，乙酸是固体，乙酸与乙醇熔点悬殊很大，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)用氧化物的形式表示出祖母绿的组成：

________________________________________________________________________。

如图是Be与O形成的氧化物的立方晶胞结构，已知氧化铍的密度为ρ g·cm－3，则晶胞边长为________cm。(设NA为阿伏加德罗常数的值，用含ρ、NA的代数式表示)

解析：　 (1)基态Al原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，最高能级为3p；3p能级有3个原子轨道，轨道呈纺锤形。(2)BeCl2分子中，中心原子Be最外层有2个电子，两个Cl各提供1个电子，Be原子为sp杂化；由Be2Cl4的结构可知，1个Be与3个Cl成键，形成2对成键电子和1对孤对电子，共3对电子，故Be采取sp2杂化。(4)根据复杂硅酸盐的氧化物书写规则可写出Be3Al2Si6O18的氧化物形式为3BeO·Al2O3·6SiO2。氧化铍的化学式为BeO，晶胞的边长＝cm＝cm。

答案：　(1)3p　3　纺锤形

(2)sp　sp2　2

(3)7：1　乙酸羧基中的两个氧原子与另外乙酸分子中羧基氢原子可形成氢键，比乙醇形成分子间氢键的概率大

(4)3BeO·Al2O3·6SiO2　　

6. 碳是地球上组成物质最多的元素，含碳元素的物质在材料、能源领域具有广泛的用途。请回答下列问题：

(1)[Co(NH3)4CO3]Br和[Co(NH3)4BrCO3]是两种含碳元素的配合物，其中提供空轨道的元素是________，二者为同分异构体，化学鉴别方法是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)我国科学家借助一种自主研制的新型钨基合金催化剂，研究出单壁碳纳米管结构可控制备方法。单壁碳纳米管可看做石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体(如下图)，其碳原子的杂化方式为________。

(3)原油主要成分是烷烃混合物，甲烷是最简单的烷烃，甲烷中碳原子的杂化方式为__________，原油中含硫化合物有硫化氢，硫化氢中硫原子的杂化方式为________，用价层电子对互斥理论推知硫化氢的构型为__________。

(4)下表是一组物质的沸点数据：

若只考虑相对分子质量，甲醇沸点应低于－78.2 ℃，甲醇沸点高的原因是，

丙烯中含有的σ键与π键个数之比为__________，一氟甲烷的空间构型为__________。

(5)金刚石为立方晶胞，其晶胞结构如下图所示：

由晶胞结构中碳原子之间的距离关系可知，与每个碳原子等距离且最近的碳原子有________个；已知金刚石的密度为3.54 g·cm－3，阿伏加德罗常数NA的值为6.02×1023，则金刚石的晶胞边长为________cm。

解析：　(1)[Co(NH3)4CO3]Br中Co提供空轨道，N、O提供孤电子对；[Co(NH3)4BrCO3]中Co提供空轨道，N、Br、O提供孤电子对。[Co(NH3)4CO3]Br能够电离出Br－，而[Co(NH3)4BrCO3]难电离出Br－，故可用AgNO3溶液来鉴别，[Co(NH3)4CO3]Br中会出现淡黄色AgBr沉淀。(2)单壁碳纳米管中碳原子为sp2杂化。(3)甲烷中心碳原子是sp3杂化，H2S中硫原子也是sp3杂化，硫原子形成2对成键电子，2对孤对电子，硫原子周围有4对电子，空间构型是角形(或V形)。(4)甲醇分子中羟基氢原子与另外甲醇分子中的羟基氧原子形成氢键，使其沸点升高；1个丙烯分子中含有6个C—H σ键，1个C—C键和1个C===C键中共含2个σ键和1个π键，故σ键和π键个数之比为8：1；一氟甲烷是甲烷中一个氢原子被F原子取代的产物，故一氟甲烷为四面体结构。(5)金刚石中每个碳原子与周围的4个碳原子构成一个正四面体，因此每个碳原子与最近4个碳原子等距；每个晶胞中含有的碳原子数为8×＋6×＋4＝8，晶胞的边长为 cm＝3.56×10－8 cm。

答案：　(1)Co　分别取两溶液少量于两支试管中，滴加相同量的AgNO3溶液，有淡黄色沉淀生成的是[Co(NH3)4CO3]Br

(2)sp2　(3)sp3　sp3　角形(或V形)

(4)甲醇分子间存在氢键　8：1　四面体形

(5)4　3.56×10－8

高考化学大二轮复习增分练第36题物质结构与性质选修3