第12題 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題1(2019·武漢模擬)磷及其化合物與人們的健康和生產(chǎn)生活密切相關(guān)。請回答下列問題：(1)基態(tài)磷原子價電子軌道表示式為_，其第一電離能比硫的_(填“大”或“小”)。(2)羥基磷灰石Ca(PO4)3OH是牙齒中的重要礦物質(zhì)，其中羥基(OH)中氧原子的雜化方式為_，PO34的空間構(gòu)型為_，該化合物所含元素電負(fù)性最大的是_。(3)P4O6的分子結(jié)構(gòu)中只含有單鍵，且每個原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)，則該分子中含有的共價鍵數(shù)目是_。(4)磷酸和亞磷酸(H3PO3)是磷元素的兩種含氧酸。亞磷酸與NaOH反應(yīng)只生成Na2HPO3和NaH2PO3兩種鹽，則H3PO3的結(jié)構(gòu)式為_，其為_元酸，原因是_。(5)磷酸分子間脫水可生成多磷酸，其某一鈣鹽的結(jié)構(gòu)如下圖所示：由圖推知該多磷酸鈣鹽的通式為_。(6)磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，晶胞如圖所示，其密度為 g·cm3，設(shè)NA是阿伏加德羅常數(shù)的值，則磷原子的配位數(shù)為_，晶胞參數(shù)為_pm。解析：(2)OH中氧原子的價層電子對數(shù)為4，所以氧原子按sp3方式雜化；PO34中P原子孤電子對數(shù)0，沒有孤電子對，故PO為正四面體結(jié)構(gòu)；根據(jù)元素的非金屬性越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大，Ca、P、O、H四種元素中O的非金屬性最強(qiáng)，O元素的電負(fù)性最大；(3)P原子最外層有5個電子，能夠與3個O原子形成3對共用電子對，O原子最外層有6個電子，可以與2個P原子形成2對共用電子對，要使分子中每個原子都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)式為，可見分子中含有的共價鍵為12個；(4)亞磷酸與NaOH溶液發(fā)生酸堿中和反應(yīng)只生成Na2HPO3和NaH2PO3兩種鹽，羥基H原子能電離產(chǎn)生H，說明H3PO3分子中含有2個OH，它屬于二元酸，由于P最外層有5個電子，則H3PO3的結(jié)構(gòu)式為；(5)由圖推知該多磷酸鈣鹽最小的重復(fù)單元是CaP2O6，所以該多磷酸鈣鹽的通式為(CaP2O6)n；(6)根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)可知每個B原子被四個距離相等且最近的P原子包圍，每個P原子被四個距離相等且最近的B原子包圍，所以P原子的配位數(shù)是4；在一個晶胞中含有的P原子數(shù)目：8×6×4，在一個晶胞中含有的B原子數(shù)目：4×14，即1個晶胞中含有4個BP，晶胞的質(zhì)量m g，由于晶胞密度為 g·cm3，所以晶胞的體積為 cm3，所以晶胞參數(shù)為 cm×1010 pm。答案：(1) 大(2)sp3正四面體形O(或氧元素)(3)12(4) 二一個H3PO3分子中只有兩個羥基，含氧酸羥基上的氫易電離(5)(CaP2O6)n(6)4×10102(2019·張家口模擬)Se是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最重要的抗衰老元素，也有抗癌之王的美譽(yù)。回答下列問題：(1)基態(tài)Se原子核外電子占據(jù)的軌道中，電子云輪廓圖形狀為啞鈴形的有_個；第四周期的過渡金屬中，基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)與基態(tài)Se原子相同的有_種。(2)Se與其同周期相鄰元素相比，三種元素的基態(tài)原子的第一電離能由大到小的順序?yàn)開。(3)H2Se屬于_(填“極性”或“非極性”)分子；其熔點(diǎn)低于同條件下NaH熔點(diǎn)的原因?yàn)開。(4)SeO2的立體構(gòu)型為_。SeO3中Se原子的雜化形式為_。(5)寫出一種與SeO24互為等電子體的分子式_。(6)Se能與形成具有多種生物活性的配合物，1 mol 中含有鍵的數(shù)目為_。(7)硒化鋅是一種重要的半導(dǎo)體材料，其立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。若晶胞參數(shù)為a pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體密度為 g·cm3，則硒化鋅的摩爾質(zhì)量可表示為_。(列出計算式即可)解析：(3)H2Se分子內(nèi)為極性共價鍵，根據(jù)價層電子對互斥理論可知，該分子價層電子對數(shù)為4，有2對孤電子對，則其分子的立體構(gòu)型為V形，極性鍵的極性向量和不等于零，所以該分子為極性分子，又因?yàn)镹aH形成的晶體為離子晶體，而H2Se形成的晶體屬于分子晶體，所以其熔沸點(diǎn)較NaH低。(6)根據(jù)分析可知，1 mol分子中鍵數(shù)目等于共價鍵數(shù)，所以鍵數(shù)目總數(shù)2×12 mol(苯環(huán)上)5×1 mol(酚羥基)5×1 mol(雜環(huán))34 mol。(7)設(shè)硒化鋅的摩爾質(zhì)量為M，該晶胞中含有硒原子數(shù)為8×6×4，含有鋅原子數(shù)為4，其化學(xué)式可表示為ZnSe，根據(jù)晶胞中可得，化簡整理得M g·mol1。答案：(1)92(2)BrAsSe(3)極性H2Se形成的晶體屬于分子晶體，NaH形成的晶體為離子晶體(4)V形sp2(5)CX4、SiX4(X代表鹵原子)等中的一種(6)34NA(7) g·mol13(2019·洛陽模擬)a、b、c、d、e、f、g為原子序數(shù)依次增大的七種元素，f、g為第四周期元素，其他為短周期主族元素；這些元素的信息如下：a有三種核素，最重的核素是最輕的質(zhì)量的3倍b元素與a元素形成的化合物的水溶液顯堿性c原子的第一至第四電離能分別是：I1738 kJ·mol1、I21 451 kJ·mol1、I37 733 kJ·mol1、I410 540 kJ·mol1d元素的主族序數(shù)與周期數(shù)相等e原子核外所有p軌道全滿或半滿f是前四周期中(稀有氣體除外)原子半徑最大的g在周期表的第7列請回答下列問題：(1)e元素的一種單質(zhì)(Y)分子為正四面體，一個Y分子中共含_個共價鍵。(2)根據(jù)對角線規(guī)則，與c元素性質(zhì)相似的是_；其在空氣中燃燒主要產(chǎn)物的電子式是_，同時還有少量的_生成。(3)元素b與a形成的顯堿性的物質(zhì)的中心原子有_對孤對電子，其VSEPR模型為_；該分子為_(填“極性”或“非極性”)分子。向硫酸銅溶液中逐滴加入其水溶液，可觀察到的現(xiàn)象為_。(4)f單質(zhì)的晶胞如圖1所示，若設(shè)該晶胞的密度為 g·cm3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，f原子的摩爾質(zhì)量為M g·mol1，則f原子的半徑為_cm。(5)c的氧化物具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖2)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實(shí)驗(yàn)測得其晶胞參數(shù)為a nm，則r(O2)為_ nm(用含a的算式表示，不必運(yùn)算化簡，下同)。g的氧化物也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為b nm，則r(g2)為_nm(用含a、b的算式表示)。解析：根據(jù)提供信息，可以推斷a為H，b為N，c為Mg，d為Al，e為P，f為K，g為Mn。(1)該單質(zhì)為P4,1個P4分子中含有6個PP鍵。(2)與Mg處于對角線位置的為Li。根據(jù)對角線規(guī)則，Li在空氣中燃燒生成Li2O，同時生成少量Li3N。(3)NH3中N有1對孤對電子，其價層電子對數(shù)為314，VSEPR模型為四面體形。向硫酸銅溶液中逐滴加入氨水，先生成藍(lán)色沉淀Cu(OH)2，后沉淀溶解，得到Cu(NH3)4SO4深藍(lán)色溶液。(4)單質(zhì)鉀的晶胞堆積方式為體心立方堆積，設(shè)K的原子半徑為r cm，晶胞邊長為a cm，則a4r，以該晶胞為研究對象，該晶胞含有K原子數(shù)目為8×12，則 g g·cm3×(a cm)3，a，故ra 。(5)由題意知，MgO的晶胞中O2采用面心立方最密堆積方式，即O2相互接觸，面對角線長度是O2半徑長度的4倍，即4r(O2)a nm，解得r(O2)a nm；MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，則2r(O2)2r(Mn2)b nm，r(Mn2) nm。答案：(1)6(2)LiLi2LiLi3N(3)1四面體極性先產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，后沉淀溶解得深藍(lán)色溶液(4)× (5)4(2019·南充模擬)短周期p區(qū)元素共有13種，除鋁外全部是非金屬元素。(1)基態(tài)氮原子的價層電子排布圖為_；短周期p區(qū)元素中，第一電離能最小的元素與電負(fù)性最大的元素組成的化合物是_(填化學(xué)式)。(2)鹵素與硼、氮、磷可形成BF3、NCl3和PBr3，下列有關(guān)三種分子的敘述正確的是_。A化學(xué)鍵類型相同B空間構(gòu)型相同C中心原子的雜化軌道類型相同D中心原子的價層電子對數(shù)相同(3)CS2是一種溶劑，它能溶解硫黃。寫出一種與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子_。CO能與Ni形成正四面體形的配合物Ni(CO)4,3.42 g Ni(CO)4中含有_mol 鍵。(4)CCl4與水互不相溶，SiCl4與CCl4分子結(jié)構(gòu)相似，但SiCl4遇水極易發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致二者性質(zhì)不同的原因是_。(5)鋁的幾種鹵化物的熔點(diǎn)如下：鹵化鋁AlF3AlCl3AlBr3AlI3熔點(diǎn)/1 04019097.5191AlBr3的晶體類型是_，AlI3晶體中存在的作用力有_。(6)氮化鋁晶體為原子晶體，是一種新型無機(jī)非金屬材料，其晶體密度為a g·cm3，晶胞如圖所示。鋁原子的配位數(shù)為_。設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。氮化鋁晶胞中，鋁原子和氮原子之間最短的核間距為_nm。解析：(1)N原子核外有7個電子，分別位于1s、2s、2p軌道，故其價層電子排布圖為；短周期p區(qū)元素共有13種，即He、B、C、N、O、F、Ne、Al、Si、P、S、Cl、Ar。其中第一電離能最小的是金屬元素Al，電負(fù)性最大的是非金屬元素F，二者組成的化合物是AlF3。(2)BF3、NCl3、PBr3中含有的化學(xué)鍵均為極性共價鍵，A項正確。BF3的中心原子B的價層電子對數(shù)為(33)÷23，配位數(shù)也是3，所以空間構(gòu)型是平面三角形。而NCl3、PBr3的中心原子N、P的價層電子對數(shù)均為(53)÷24，配位數(shù)是3，所以空間構(gòu)型均為三角錐形，B、D項錯誤。根據(jù)中心原子的價層電子對數(shù)可知，BF3中B原子采取sp2雜化，而NCl3中N原子、PBr3中P原子均采取sp3雜化，C項錯誤。(3)O與S同主族，所以與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子為CO2、COS。SCN與CS2互為等電子體，它與CS2具有相同空間構(gòu)型和化學(xué)鍵類型。每個Ni(CO)4分子中含有4個NiC鍵，均為鍵，還含有4個CO鍵，其中含有4個鍵，所以每個Ni(CO)4分子中含有8個鍵。3.42 g Ni(CO)4的物質(zhì)的量是0.02 mol，共含有0.16 mol 鍵。(4)CCl4與水互不相溶，SiCl4與CCl4分子結(jié)構(gòu)相似，但SiCl4遇水極易發(fā)生水解反應(yīng)，原因是硅原子有3d空軌道，能接受水分子中氧原子的孤對電子，而碳原子沒有d空軌道，不能接受水分子中氧原子的孤對電子。(5)由于AlBr3的熔點(diǎn)較低，所以是分子晶體；同理，AlI3也為分子晶體，晶體中Al與I原子之間存在共價鍵，而在AlI3分子之間存在范德華力。(6)根據(jù)氮化鋁的晶胞結(jié)構(gòu)，每個鋁原子周圍最鄰近且等距離的氮原子有4個，即鋁原子的配位數(shù)是4。每個晶胞中鋁原子數(shù)為8×6×4，氮原子數(shù)為4，晶胞的體積V cm3，則晶胞的邊長為 cm ×107 nm，鋁原子和氮原子之間最短的核間距為邊長的，即為× ×107 nm。答案：(1) AlF3(2)A(3)CO2、SCN、COS(任寫一種)0.16(4)硅原子有3d空軌道，能接受氧原子的孤對電子，而碳原子沒有d空軌道，不能接受氧原子的孤對電子(5)分子晶體共價鍵、范德華力(或分子間作用力)(6)4× ×1075(2019·試題調(diào)研)鈦有“生物金屬”和“未來金屬”之稱，鈦及其化合物的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。(1)基態(tài)鈦原子價層電子的軌道表達(dá)式為_。與鈦同周期的元素中，基態(tài)原子的未成對電子數(shù)與鈦相同的有_種。(2)金屬鈦的熔點(diǎn)、硬度均比鋁大，可能的原因是_。(3)TiCl4是氯化法制取鈦的中間產(chǎn)物。TiCl4和SiCl4在常溫下都是液體，分子結(jié)構(gòu)相同。采用蒸餾的方法分離TiCl4和SiCl4的混合物，先獲得的餾分是_(填化學(xué)式)。(4)半夾心結(jié)構(gòu)催化劑M能催化乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。組成該物質(zhì)的元素中，電負(fù)性最大的是_(填元素名稱)。M中碳原子的雜化形式有_種。M中不含_(填標(biāo)號)。a鍵b鍵c配位鍵d氫鍵e離子鍵(5)金屬鈦晶體中原子采用面心立方最密堆積，則晶胞中鈦原子的配位數(shù)為_。設(shè)鈦原子的直徑為d cm，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，鈦原子的摩爾質(zhì)量為M g·mol1，則晶體鈦的密度為_g·cm3。金屬鈦晶胞中有若干個正四面體空隙，如圖2中a、b、c、d四個鈦原子形成一個正四面體，其內(nèi)部為正四面體空隙，可以填充其他原子。若晶胞中所有的正四面體空隙中都填充氫原子，那么形成的氫化鈦的化學(xué)式為_。解析：(1)基態(tài)鈦原子價層電子的排布式為3d24s2，所以軌道表達(dá)式為；Ti位于第4周期，未成對電子數(shù)為2，該周期中，未成對電子數(shù)為2的還有Ni、Ge、Se 3種基態(tài)原子。(2)金屬鈦與鋁均為金屬晶體，影響其熔點(diǎn)、硬度大小的因素主要是金屬鍵的強(qiáng)弱，由此推理可以得出答案。(3)TiCl4與SiCl4分子結(jié)構(gòu)相同，其分子間作用力與其相對分子質(zhì)量有關(guān)，SiCl4的相對分子質(zhì)量較小，沸點(diǎn)較低，加熱時先轉(zhuǎn)化為氣體從混合物中分離出來。(4)根據(jù)催化劑M的結(jié)構(gòu)簡式，可以得出該分子中含有C、H、O、Cl、Ti，元素的非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越大，故氧元素的電負(fù)性最大；催化劑M中含有飽和碳原子，為sp3雜化，含有雙鍵碳原子，為sp2雜化；碳碳雙鍵中含有鍵和鍵，Ti與O之間形成配位鍵，M中無氫鍵和離子鍵。(5)金屬鈦晶體為面心立方最密堆積，故晶胞中鈦原子的配位數(shù)為12；若晶胞的邊長為x cm，面對角線為x cm，因?yàn)殁佋拥闹睆綖閐 cm，所以2dx，xd，晶胞的體積為x3 cm32d3 cm3，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖示，可以得出晶胞中含有的Ti原子個數(shù)為8×6×4，其質(zhì)量為 g，根據(jù)密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可以得出晶體鈦的密度為g·cm3；若四個鈦原子形成一個小的正四面體，則一個晶胞中可以形成八個小的正四面體，填充氫原子個數(shù)則為8，則該氫化物的化學(xué)式為TiH2。答案：(1) 3(2)Ti的價電子數(shù)比Al的多，金屬鍵更強(qiáng)(合理答案即可)(3)SiCl4(4)氧2de(5)12TiH26(2019·試題調(diào)研)Cu3P2可用于制造磷青銅。磷青銅是含少量錫、磷的銅合金，主要用于制作耐磨零件和彈性元件。Cu3P2遇水可水解：Cu3P26H2O=2PH33Cu(OH)2?；卮鹣铝袉栴}：(1)Cu的核外電子排布式為_，錫為50號元素，根據(jù)其價電子排布式可推測其最常見正價是_。(2)PH3有毒，結(jié)構(gòu)與NH3相似，則PH3的中心原子的雜化方式是_，PH3的鍵角比NH3的_(填“大”“小”或“相等”)，原因是_。(3)白磷(P4)易溶于CS2，難溶于水的原因是_。(4)某磷青銅晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體中P原子位于_空隙中，其配位數(shù)為_。若晶體密度為a g·cm3，P與最近的Cu原子核間距為_pm(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。該晶胞的空間利用率是_×100%。(設(shè)Cu、Sn、P的原子半徑分別為r1、r2、r3)解析：(1)銅為29號元素，Cu的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或Ar3d10，Sn的核電荷數(shù)為50，為第A族元素，價電子排布式為5s25p2，易失去2個p軌道電子，化合價為2，失去價電子層的4個電子，化合價為4。(2)PH3分子中P的價層電子對數(shù)為34，故P原子采用sp3雜化；N的電負(fù)性比P強(qiáng)，成鍵電子對更靠近N，導(dǎo)致成鍵電子對距離近，排斥力大，故鍵角大。(3)白磷(P4)為正四面體結(jié)構(gòu)，為非極性分子，CS2為直線形結(jié)構(gòu)，為非極性分子，H2O為V形結(jié)構(gòu)，為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，白磷易溶于CS2，難溶于水。(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，該晶體中P原子位于由銅原子形成的正八面體空隙中；八面體頂點(diǎn)的6個Cu跟P等距離且最近，故P的配位數(shù)為6。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，1個晶胞中含有1個Sn,3個Cu,1個P，P與最近的Cu原子核間距為晶胞棱長的一半，晶胞的棱長為 ×1010 pm，所以P與最近的Cu原子核間距為5×109× pm。晶胞中三種原子的體積之和V原子(3r31r32r33)；面對角線長度為2r12r2，晶胞邊長為，故晶胞體積V晶胞3，晶胞的空間利用率是×100%×100%。答案：(1)1s22s22p63s23p63d10或Ar3d102、4(2)sp3小N的電負(fù)性比P強(qiáng)，成鍵電子對更靠近N，導(dǎo)致成鍵電子對距離近，排斥力大，故鍵角大(3)P4和CS2均為非極性分子，H2O為極性分子(4)正八面體65×109×