物质结构与性质
(45分钟 100分)
1.(12分)(2013·新课标全国卷Ⅰ)硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。回答下列问题：
(1)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。
(2)硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。
(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以 相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献 个原子。
(4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为 。
(5)碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实： 化学键 键能/ (kJ·mol-1) C—C 356 C—H 413 C—O 336 Si—Si 226 Si—H 318 Si—O 452 ①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是 。
(6)在硅酸盐中,Si错误！未找到引用源。四面体通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
2.(14分)中国古代四大发明之一——黑火药,它在爆炸时发生的化学反应为2KNO3+3C+S====A+N2↑+3CO2↑(已配平)
(1)①除S外,上列元素的电负性从大到小依次为 。
②在生成物中,A的晶体类型为 ,含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为 。
③已知CN-与N2互为等电子体,推算HCN分子中σ键与π键数目之比为 。
(2)原子序数小于36的元素Q和T,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且原子序数T比Q多2。T的基态原子外围电子(价电子)排布为 , Q2+的未成对电子数是 。
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(3)若某金属单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示,其晶胞特征如下图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如下图丙所示。则晶胞中该原子的配位数为 ,该单质晶体中原子的堆积方式为四种基本堆积方式中的 。
3.(10分)(2013·厦门质检)Ⅰ.双氰胺结构简式如图。 (1)双氰胺的晶体类型为 。
(2)双氰胺所含元素中, (填元素名称)元素基态原子核外未成对电子数最多。 (3)双氰胺分子中σ键和π键数目之比为 。
Ⅱ.硼的最简单氢化物——乙硼烷球棍模型如右图,由它制取硼氢化锂的反应为2LiH+B2H6====2LiBH4
(4)乙硼烷分子中硼原子的杂化轨道类型为 。
(5)B错误！未找到引用源。为正四面体结构,LiBH4中硼原子和氢原子之间的化学键为 (填序号)。
A.离子键 B.金属键 C.氢键 D.配位键 E.极性键 F.非极性键
(6)根据以上反应判断,其中涉及元素的电负性从小到大的顺序为 (填元素符号)。
(7)碳的最简单氢化物是CH4,而硼的最简单氢化物不是BH3,其原因为 。 4.(14分)(2013·石家庄一模)氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金装饰的替代品。以TiCl4为原料,经过一系列反应,可以制得Ti3N4和纳米TiO2,请回答下列问题：
(1)反应①为置换反应,写出该反应的化学方程式：
。TiCl4分子中4个氯原子不在同一平面上,则TiCl4的空间构型为 。
(2)元素周期表中钛元素位于第 周期第 族。与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子的外围电子排布式为 ;Ti3N4中钛元素的化合价为 。 (3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如下：
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化合物甲的分子中采取sp2杂化的碳原子个数为 ,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
(4)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该氮化钛晶胞中含有 个氮原子,晶胞中N、Ti之间的最近距离为apm,则该氮化钛的密度为 g·cm-3 (NA为阿伏加德罗常数的数值,只列算式)。
5.(14分)(2013·南平二模)信息一：铬同镍、钴、铁等金属可以构成高温合金、电热合金、精密合金等,用于航空、宇航、电器及仪表等工业部门。
信息二：氯化铬酰(CrO2Cl2)是铬的一种化合物,常温下该化合物是暗红色液体,熔点为-96.5℃,沸点为117℃,能和丙酮(CH3COCH3)、四氯化碳、CS2等有机溶剂互溶。 (1)铬(24号元素)原子的基态电子排布式为 。 (2)CH3COCH3分子中含有 个π键,含有 个σ键。
(3)固态氯化铬酰属于 晶体,丙酮中碳原子的杂化方式为 ,二硫化碳属于 (填“极性”或“非极性”)分子,分子中含有 (填“极性”或“非极性”)键。
(4)K也是铬的一种化合物,该化合物属于离子化合物,其中除含离子键、共价键外,还含有 键。
(5)金属铬的晶胞如图所示,一个晶胞中含有 个铬原子。
6.(18分)(2013·新课标全国卷Ⅱ)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。 回答下列问题：
(1)D2+的价层电子排布图为 。
(2)四种元素中第一电离能最小的是 ,电负性最大的是 (填元素符号)。
(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。 ①该化合物的化学式为 ;D的配位数为 ; ②列式计算该晶体的密度 g·cm-3。
(4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有 ;该
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化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是 。
7.(18分)(2013·泉州质检)原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第1～4周期,其中A原子核是一个质子;B原子核外电子有6种不同的运动状态,B与C可形成正四面体形分子,D原子外围电子排布为3d104s1。请回答下列问题：
(1)这四种元素中电负性最大的是 (填元素符号,下同),第一电离能最小的是 ; (2)C所在的主族元素气态氢化物中,沸点最低的是 (填化学式);
(3)B元素可形成多种单质,其中“只有一层原子厚”的物质,被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料,该材料晶体结构如右图所示,其原子的杂化类型为 ;
(4)D的醋酸盐晶体局部结构如右图,该晶体中含有的化学键是 (填选项序号);
①极性键 ②非极性键 ③配位键 ④金属键 (5)某学生所做的有关D元素的实验流程如下图： D单质
棕色的烟
绿色溶液
蓝色沉淀
蓝色溶液
黑色沉
淀
请书写第⑤步反应的离子方程式： 。
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答案解析 1.【解析】(1)基态硅原子中,电子占据的最高能层为第三层,符号为M,该能层中有3个能级：3s、3p和3d,3s能级有1个原子轨道,3p能级有3个原子轨道,3d能级有5个原子轨道,所以该能层具有的原子轨道数为9,填充的电子数为4。
(2)硅在自然界中主要以硅酸盐和二氧化硅等化合物的形式存在于地壳中。
(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以硅硅共价键相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置的有6个原子,每个面心原子贡献二分之一,所以6个面心原子对该晶胞贡献3个原子。
(4)根据题意：工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为Mg2Si+4NH4Cl====SiH4+4NH3+2MgCl2。
(5)①分析表格中C—C键、C—H键、Si—Si键、Si—H键的键能,可以得出：
C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成,所以硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多。②分析表格中C—H键、C—O键、Si—H键、Si—O键的键能,可以得出：C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键,所以SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物。
(6)题干图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中每个硅原子和4个氧原子形成四面体结构,所以硅原子的杂化形式为sp3,Si与O的原子数之比为1∶3,化学式为-,其中一个为σ键,2个为π键,所以HCN中有2个σ键,2个π键。
(2)根据题意可知Q和T为Ⅷ族元素,又知原子序数T比Q多2,所以Q是Fe,T是Ni,Ni的基态原子外围电子排布为3d84s2,Fe2+有4个未成对电子。
(3)根据甲图可知该原子的堆积方式是面心立方最密堆积,根据乙图可知其配位数是12。 答案：(1)①O>N>C>K ②离子晶体 sp杂化
③1∶1 (2)3d84s2 4 (3)12 面心立方最密堆积
3.【解析】(1)分子晶体能用结构简式表示,故双氰胺的晶体类型为分子晶体。 (2)H、C、N基态原子核外未成对电子数分别为1、2、3。 (3)双氰胺分子中σ键数为9,π键数为3,二者之比为3∶1。 (4)硼原子以四条σ键与氢原子成键,其杂化轨道类型为sp3。
(5)硼原子最外层有3个电子,B错误！未找到引用源。中硼原子与3个氢原子形成极性键,与1个H-形成配位键,但成键后,4个共价键等同,故B错误！未找到引用源。为正四面体结构,应选D、E。
(6)LiBH4中Li为+1价,B为+3价,H为-1价,故三者的电负性从小到大的顺序为Li (7)碳原子最外层有四个电子,CH4中碳原子形成8电子稳定结构,硼原子最外层有三个电子,BH3中硼原子只有6个电子,不能达到稳定状态。 答案：(1)分子晶体 (2)氮 (3)3∶1 (4)sp3 (5)D、E (6)Li (2)元素周期表中钛元素位于第4周期第ⅣB族,根据钛的外围电子排布式3d24s2,可知Zr的外围电子排布式为4d25s2。Ti3N4中,N显-3价,则钛元素的化合价为+4价。 (3)化合物甲中苯环和羰基碳原子均为sp2杂化,因此采用sp2杂化的碳原子数为7。化合物乙中采取sp3杂化的原子有C、N、O,第一电离能N>O>C。 (4)氮化钛晶胞中氮原子数为错误！未找到引用源。×8+错误！未找到引用源。×6=4,钛原子数为1+错误！未找到引用源。×12=4,因此该晶胞的化学式为TiN。 - 5 -