题型六 物质结构与性质(选考)
1．(2017·福建省莆田第一中学高三考前模拟)Fe、HCN与K2CO3在一定条件下发生如下反应： Fe＋6HCN＋2K2CO3===K4Fe(CN)6＋H2↑＋2CO2↑＋2H2O， 回答下列问题：
(1)此化学方程式中涉及的第二周期元素的电负性由小到大的顺序为________。
(2)配合物K4Fe(CN)6的中心离子是________，该离子价电子的基态电子排布图为________。 (3)1 mol HCN分子中含有σ键的数目为________，HCN分子中碳原子轨道杂化类型是________，与CN互为等电子体的阴离子是________。
(4)K2CO3中阴离子的空间构型为________，其中碳原子的价层电子对数为________。 (5)冰的晶体结构模型如图，它的晶胞与金刚石相似，水分子之间以氢键相连接，在一个晶胞中有________个氢键，若氢键键长为d nm，则晶体密度(g·cm)计算式为________(用
－3
－
NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (1)C 24 2＋ 2－ (3)1.204×10 sp杂化 C2 (4)平面三角形 3 (5)16 ρ＝ 8×18 4d－73 NA×?×10? 3 解析 (1)此化学方程式中涉及的第二周期元素有C、N、O，三种元素的非金属性越强，电负性越大，则电负性由小到大的顺序为C 1 (2)配合物K4Fe(CN)6的中心离子是 Fe 2＋ ，该离子价电子的基态电子排布图为 。(3)HCN的结构式为H—C≡N,1 mol HCN分子中含有σ键的数目为2NA，HCN 分子中碳原子轨道杂化类型是sp杂化，CN有2个原子和10个价电子，则与CN互为等电子体的阴离子为C2。 12－ (4)CO3中碳原子价层电子对个数＝3＋(4＋2－3×2)＝3，且不含孤电子对，所以C原子采 2用sp杂化，空间构型为平面三角形。 11 (5)每个冰晶胞平均占有分子个数＝4＋×8＋6×＝8，H2O的氧原子中含有2个σ键和2 82个孤电子对，金刚石中每个碳原子含有4个σ键且没有孤电子对，所以水中的O和金刚石中的C都是sp杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子中一个氧原子可以和另外2个水分子中的氢原子形成2个氢键，2个氢原子可以和另外2个水分子中的氧原子形成氢键，所以每个水分子可与相邻的4个水分子形成4个氢键，即平均每个水分子可形成2个氢键，每个晶胞中共有2×8＝16个氢键；若氢键键长为d nm，晶胞的对角线为4d nm，设晶胞边长为a nm，则a＝8×18 g3 ÷(a nm)＝ 4d3 8×18 g3 nm，晶胞的体积为(a nm)，晶胞的质量为，晶体密度＝3 2 2－ － － NA NA 8×18－3 g·cm。 4dNA×?×10－7?3 3 2．(2017·广东省华南师大附中高三三模)X、Y、Z、W、U五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为54。X的激发态原子电子排布式为2p，Y原子的基态原子有3个不同的能级，且各能级中电子数相等，Z的基态原子中有3个未成对电子，W的电离能如下表所示，U原子的K层电子数与最外层电子数之比为2∶1，其d轨道处于全充满状态。 元素 W (1)U原子电子排布式为________________________。 (2)X与Z 形成的化合物Z2X4，Z原子采取的杂化轨道类型为________，Y的最高价氧化物的水化物的正盐的阴离子的空间构型为____________。 (3)W的氯化物和Mg的氯化物中，熔点较高的是________________________(填化学式)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)I4O9由一种阳离子和一种阴离子按物质的量比1∶3构成，阴离子的空间构型为三角锥形，中心原子杂化类型为sp杂化，写出I4O9的电离方程式_______________________________ 2 3 1 第一电离能 495.8 第二电离能 4 562 第三电离能 6 910.3 ________________________________________________________________________。 (5)Nb(黑球)和I(白球)能形成一种线性的无机高分子化合物，其结构是许多八面体通过棱边而联结起来的长链，如下图所示。则该化合物中Nb和I的原子个数比为________。 答案 (1)1s2s2p3s3p3d4s (2)sp 平面三角形 (3)MgCl2 NaCl和MgCl2都为离子晶体，Mg半径小，电荷数大，因此MgCl2晶体的晶格能大，熔点高 (4)I4O9===I＋3IO3 (5)1∶4 解析 X、Y、Z、W、U五种元素，均位于周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增加，且核电荷数之和为54。X的激发态原子电子排布式为2p，X是H；Y原子的基态原子有3个不同的能级，且各能级中电子数相等，Y是C；Z的基态原子中有3个未成对电子，Z是N；W的第二电离能远大于第一电离能，所以W是第ⅠA族元素，W是Na；U原子的K层电子数与最外层电子数之比为2∶1，其d轨道处于全充满状态，所以U是铜。 (1)铜的原子序数是29，原子电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s。(2)X与Z 形成的化合物N2H4的分子中N原子的价层电子对数是4，含有一对孤对电子，则N原子采取的杂化轨道类型为sp；C的最高价氧化物的水化物的正盐的阴离子CO3中C原子的价层电子对数是3，不存在孤对电子，其空间构型为平面三角形。(3)由于NaCl和MgCl2都为离子晶体，Mg半径小，电荷数大，因此MgCl2晶体的晶格能大，熔点高。(4)I4O9由一种阳离子和一种阴离子按物质的量比1∶3构成，阴离子的空间构型为三角锥形，中心原子杂化类型为sp杂化，所以阴离子是IO3，则阳离子是I，因此I4O9的电离方程式为I4O9===I＋3IO3。(5)根据晶1 胞结构可知一个正八面体中含有1个Nb，I原子个数是2＋4×＝4，所以该化合物中Nb和 2I的原子个数比为1∶4。 3．(2017·桂林市第十八中学高三下学期适应性考试)硒化锌是一种透明色半导体，也可作为红外光学材料，熔点是1 520 ℃。 (1)基态锌原子的价电子排布式是____________________________________。 (2)根据元素周期律，电负性Se________S，第一电离能Se________As(填“>”或“<”)。 (3)H2S分子的电子式：________________，H2Se分子构型是________________，其中硒原子的杂化轨道类型是________。 (4)H2O的沸点高于H2Se的沸点(－42 ℃)，其原因是___________________________ ________________________________________________________________________。 (5)晶体Zn为六方最密堆积，其配位数是________。 3 － 3＋ 3＋ － 3 2＋ 3 2－ 2 2 6 2 6 10 1 1 2＋ 3＋ － 2 2 6 2 6 10 1 3 (6)ZnSe晶胞如图，假设阿伏加德罗常数的值为NA，则144 g ZnSe晶体中的晶胞数是________。 答案 (1)3d4s (2)< < (3) V形 sp 3 10 2 (4)水分子间存在氢键、H2Se分子间无氢键 (5)12 (6) 4 解析 (1)本题考查价电子和排布式，Zn位于第四周期ⅡB族，价电子包括最外层电子和次外层d能级，排布式为3d4s。(2)考查电负性规律和第一电离能规律，非金属性越强，电负性越强，同主族从上到下非金属性减弱，即电负性：Se ，H2Se中心原子Se有2个σ键，孤电子对数为(6－ 10 2 NA 2×1)/2＝2，分子构型为V形。(4)考查分子间氢键对物质物理性质的影响，H2O中存在分子间氢键，H2Se不存在分子间氢键，因此H2O的熔、沸点高于H2Se。(5)考查金属晶体堆积方式，Zn是六方最密堆积，其配位数为12。(6)考查晶胞的计算，根据晶胞的结构，Zn位于4 内部，Se位于顶点和面心，因此1个晶胞中含有4个ZnSe，其质量为×144 g，因此144 g NA ZnSe含有晶胞的个数为。 4 4．(2017·河北省衡水中学高三第二次模拟考试)氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列问题： (1)科学家合成了一种阳离子为“N5”，其结构是对称的，5个N排成“V”形，每个N原子都达到8电子稳定结构，且含有2个氮氮三键；此后又合成了一种含有“N5”化学式为“N8”的离子晶体，其电子式为_______________________________________________ ________________________________________________________________________， 其中的阴离子的空间构型为________。 (2)2001年德国专家从硫酸铵中检出一种组成为N4H4(SO4)2的物质，经测定，该物质易溶于水，在水中以SO4和N4H4两种离子的形式存在。N4H4根系易吸收，但它遇到碱时会生成类似白磷的N4分子，不能被植物吸收。1个N4H4中含有________个σ键。 (3)氨(NH3)和膦(PH3)是两种三角锥形气态氢化物，其键角分别为107°和93.6°，试分析 4 4＋ 2－ 4＋ 4＋ NA n＋ n＋ PH3的键角小于NH3的原因____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)P4S3可用于制造火柴，其分子结构如图1所示。 ①P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为____________。 ②每个P4S3分子中含孤电子对的数目为____________。 (5)某种磁性氮化铁的晶胞结构如图2所示，该化合物的化学式为________________。若晶胞底边长为a nm，高为c nm，则这种磁性氮化铁的晶体密度为__________g·cm(用含a、 －3 c和NA的式子表示) (6)高温超导材料，是具有高临界转变温度(Te)能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu。基态时Cu的电子排布式为[Ar]______________；化合物中，稀土元素最常见的化合价是＋3，但也有少数的稀土元素可以显示＋4价，观察下面四种稀土元素的电离能数据，判断最有可能显示＋4价的稀土元素是________(填元素符号)。 几种稀土元素的电离能(单位：kJ·mol) 元素 Sc(钪) Y(铱) La(镧) Ce(铈) 答案 (1) 直线形 (2)10 (3)N的电负 －1 3＋ 3＋ I1 633 616 538 527 I2 1 235 1 181 1 067 1 047 I3 2 389 1 980 1 850 1 949 I4 7 019 5 963 4 819 3 547 性强于P，对成键电子对吸引能力更强，成键电子对离中心原子更近，成键电子对之间距离更小，排斥力更大致使键角更大，因而PH3的键角小于NH3(或氮原子电负性强于磷原子，PH3中P周围的电子密度小于NH3中N周围的电子密度，故PH3的键角小于NH3) (4)①sp ②10 3 5