非選擇題專項訓練五物質(zhì)結(jié)構與性質(zhì)(選修)1.(2017河南豫南九校質(zhì)評)碳、硅兩元素廣泛存在于自然界中。請回答下列問題:(1)基態(tài)14C原子的核外存在對自旋狀態(tài)相反的電子,硅原子的電子排布式為。(2)晶體硅的結(jié)構與金剛石非常相似。晶體硅中硅原子的雜化方式為雜化;金剛石、晶體硅和金剛砂(碳化硅)的熔點由高到低的順序為。(3)科學研究結(jié)果表明,碳的氧化物CO2能夠與H2O借助于太陽能制備HCOOH。其反應原理如下:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,則生成的HCOOH分子中鍵和鍵的個數(shù)比是。(4)碳單質(zhì)有多種形式,其中C60、石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構如圖所示:C60、石墨烯與金剛石互為。C60形成的晶體是分子晶體,C60分子中含有12個五邊形和20個六邊形,碳與碳之間既有單鍵又有雙鍵,已知C60分子所含的雙鍵數(shù)為30,則C60分子中有個CC鍵(多面體的頂點數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關系,遵循歐拉定理:頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2)。在石墨烯晶體中,每個C原子連接個六元環(huán);在金剛石晶體中,每個C原子連接的最小環(huán)也為六元環(huán),六元環(huán)中最多有個C原子在同一平面。金剛石晶胞含有個碳原子。若碳原子的半徑為r,金剛石晶胞的邊長為a,根據(jù)硬球接觸模型,則r=a,碳原子在晶胞中的空間占有率為(不要求計算結(jié)果)。2.開發(fā)新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向。(1)Ti(BH4)3是一種儲氫材料,可由TiCl4和LiBH4反應制得?；鶓B(tài)Ti3+的未成對電子有個。LiBH4由Li+和BH4-構成,BH4-呈四面體構型,LiBH4中不存在的作用力有(填標號)。A.離子鍵B.共價鍵C.金屬鍵D.配位鍵Li、B、H元素的電負性由大到小排列順序為。(2)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料,其晶胞結(jié)構示意圖如圖所示。該合金的化學式為。3.H、C、N、O都屬于自然界中常見的非金屬元素。(1)O、C、N三種元素中第一電離能最大的元素的基態(tài)原子的電子排布式為。(2)O22+與N2互為等電子體,O22+的電子式可表示為,O22+中鍵數(shù)目和鍵數(shù)目之比為。(3)乙二胺(結(jié)構簡式為H2NCH2CH2NH2)分子中的碳原子的雜化軌道類型為,Cu2+與乙二胺可形成配離子,該配離子中含有的化學鍵類型有(填字母)。A.配位鍵B.極性鍵C.離子鍵D.非極性鍵(4)CO和N2的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示(單位:kJmol-1):物質(zhì)化學鍵AB(A)AB(A)AB(A)CO357.7798.91 071.9N2154.8418.4941.7結(jié)合數(shù)據(jù)說明CO比N2活潑的原因:。(5)C、N元素形成的新材料的晶胞具有如圖所示結(jié)構,該晶體硬度超過目前世界上最硬的金剛石,成為超硬新材料,若晶胞邊長為a cm,則該晶體的密度是 gcm-3(只要求列算式,不必計算出數(shù)值,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。4.由Cu、N、B、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛用途。(1)基態(tài)Cu+的最外層核外電子排布式為。(2)研究者預想合成一個純粹由氮組成的新物種N5+N3-,若N5+中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構,以下有關N5+推測正確的是。A.N5+有24個電子B.N5+中存在三對未成鍵的電子對C.N5+中存在兩個氮氮三鍵(3)化合物A(H3BNH3)是一種潛在的儲氫材料,它可由六元環(huán)狀化合物(HBNH)3通過3CH4+2(HBNH)3+6H2O3CO2+6H3BNH3制得。與上述化學方程式有關的敘述不正確的是(填標號)。A.反應前后碳原子的軌道雜化類型不變B.CH4、H2O、CO2分子立體構型分別是:正四面體形、V形、直線形C.第一電離能:N>O>C>BD.化合物A中存在配位鍵1個(HBNH)3分子中有個鍵。(4)在硼酸鹽中,陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構形式。圖(a)是一種鏈狀結(jié)構的多硼酸根,則多硼酸根離子符號為。圖(b)是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構,其中硼原子采取的雜化類型為。5.碳元素不僅能形成豐富多彩的有機化合物,而且還能形成多種無機化合物,同時自身可以形成多種單質(zhì),碳及其化合物的用途廣泛。(1)C60分子中每個原子接2個單鍵和一個雙鍵,它與F2發(fā)生加成反應,其加成產(chǎn)物的分子式為;C60的晶體結(jié)構類似于干冰,則每個C60晶胞的質(zhì)量為(用含NA的式子表示)。(2)干冰和冰是兩種常見的分子晶體,下列關于兩種晶體的比較中正確的是。A.晶體的密度:干冰>冰B.晶體的熔點:干冰>冰C.晶體中的空間利用率:干冰>冰D.晶體中分子間相互作用力類型相同(3)金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質(zhì),下列關于這兩種單質(zhì)的敘述中正確的有。A.金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化,石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化B.晶體中共價鍵的鍵長:金剛石CC<石墨中CCC.晶體的熔點:金剛石>石墨D.晶體中共價鍵的鍵角:金剛石>石墨E.金剛石晶體中只存在共價鍵,石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力F.金剛石和石墨的熔點都很高,所以金剛石和石墨都是原子晶體(4)立方BN結(jié)構與金剛石相似,晶胞結(jié)構如下圖,在BN晶體中,B周圍最近的N所構成的立體圖形為,B與N之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為,一個晶胞中N數(shù)目為。(5)碳與孔雀石共熱可以得到金屬銅,銅原子的原子結(jié)構示意圖為,金屬銅采用面心立方最密堆積,則Cu的晶體中銅原子的配位數(shù)為。已知Cu單質(zhì)的晶體密度為 gcm-3,Cu的相對原子質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值為NA,則Cu的原子半徑為。參考答案非選擇題專項訓練五物質(zhì)結(jié)構與性質(zhì)(選修)1.答案 (1)21s22s22p63s23p2(2)sp3金剛石>金剛砂>晶體硅(3)41(4)同素異形體6034838316解析 (1)14C原子核外的電子排布式為1s22s22p2,兩個s軌道上分別有2個自旋狀態(tài)相反的電子,根據(jù)洪特規(guī)則,另兩個p電子分居在兩個軌道上;硅原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2。(2)晶體硅的每個原子均形成了四個SiSi鍵,所以硅原子采用sp3雜化;金剛石、晶體硅和金剛砂(碳化硅)三種晶體的結(jié)構相似,均為原子晶體,根據(jù)鍵長可以判斷三種晶體的熔點由高到低的順序為:金剛石>金剛砂>晶體硅。(3)HCOOH分子中有1個CH鍵、1個OH鍵、2個CO鍵和1個CO鍵,即鍵和鍵的個數(shù)比是41。(4)C60、石墨烯與金剛石為不同結(jié)構的碳單質(zhì),三者互為同素異形體。已知C60的頂點數(shù)為60,面數(shù)為32,由歐拉定理計算鍵數(shù)(即棱邊數(shù)):60+(12+20)-2=90,已知該分子中含雙鍵30個,C60分子中的單鍵數(shù)為:90-30=60。在石墨烯晶體中,每個C原子連接3個六元環(huán)。由金剛石的晶體結(jié)構圖可以看出,六元環(huán)中最多有4個C原子在同一平面。由金剛石的晶胞結(jié)構可看出,碳原子位于晶胞的頂點、面心和體內(nèi),故晶胞中含有的碳原子數(shù)目為188+126+4=8。根據(jù)硬球接觸模型可知,在立方體的對角線上碳原子緊密接觸,故8r=3a,則r=38a,8個碳原子的體積為843r3=843(38a)3=3a316,故原子利用率為316。2.答案 (1)1CH>B>Li(2)LaNi5解析 (1)基態(tài)Ti3+的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d1,其未成對電子數(shù)是1;Li+和BH4-之間存在離子鍵,硼原子和氫原子之間存在共價鍵、配位鍵,所以該化合物中不含金屬鍵,故選C;非金屬性越強其電負性越大,非金屬性最強的是H,其次是B,最小的是Li,所以Li、B、H的電負性由大到小排列順序為H>B>Li。(2)La的原子個數(shù)=188=1,Ni的原子個數(shù)=812+1=5,所以該合金的化學式為LaNi5。3.答案 (1)1s22s22p3(2)OO2+12(3)sp3ABD(4)雖然CO鍵的鍵能高達1 071.9 kJmol-1,比NN鍵的鍵能大,但是斷裂1 mol CO分子中第一個鍵需要的能量只有273.0 kJ,而斷裂1 mol N2分子中第一個鍵需要的能量是523.3 kJ,CO的第一個鍵更易斷裂(5)92a3NA解析 (1)由于氮原子2p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài),失去1個電子需要較高能量,所以第一電離能在O、C、N三種元素中最大,C的原子半徑大于O的,失去1個電子所需能量低于O失去1個電子所需能量,故第一電離能大小順序為C<O<N,基態(tài)氮原子的電子排布式為1s22s22p3。(2)由于O22+與N2互為等電子體,其結(jié)構相似,故根據(jù)N2分子的電子式可推寫出O22+的電子式為OO2+,該離子中存在1個三鍵,所以含有1個鍵和2個鍵,二者的數(shù)目之比為12。(3)H2NCH2CH2NH2分子中的碳原子的雜化軌道類型類似于CH4分子中的碳原子的,為sp3雜化。根據(jù)配離子的結(jié)構,Cu2+與氮原子以配位鍵結(jié)合,碳原子之間以非極性鍵結(jié)合,N與C、N與H、C與H原子間以極性鍵結(jié)合。(4)N2、CO參與反應時,首先要斷裂化學鍵,在CO分子中斷裂1 mol第一個鍵需要的能量=1 071.9 kJ-798.9 kJ=273.0 kJ,在N2分子中斷裂1 mol第一個鍵需要的能量=941.7 kJ-418.4 kJ=523.3 kJ,可見CO的第一個鍵更易斷裂,其活潑性也比N2的強。(5)根據(jù)“均攤法”可知,每個晶胞中含有碳原子數(shù)=818+412=3,氮原子全部位于晶胞內(nèi)部,其數(shù)目為4,故其化學式為C3N4。1個晶胞的質(zhì)量為92NA g,體積為a3 cm3,因此該晶體的密度=92a3NA gcm-3。4.答案 (1)3s23p63d10(2)C(3)A12(4)BO2nn-(或BO2-)sp2、sp3解析 (1)Cu是29號元素?；鶓B(tài)Cu+的核外有28個電子,軌道處于全空、全滿或半滿時較穩(wěn)定,故最外層電子排布式為3s23p63d10。(2)N5+中有34個電子,A項錯;N5+中每個氮原子均滿足8電子結(jié)構,則每個氮原子要形成3個共用電子對,每個氮原子還剩下1對孤電子對,那么未成鍵的電子對為5對,B項錯;N5+中存在兩個氮氮三鍵,C項對。(3)CH4是sp3雜化,CO2中的碳原子的軌道雜化類型是sp雜化,軌道雜化方式改變,A項錯;CH4、H2O、CO2分子立體構型分別是:正四面體形、V形、直線形,B項對;非金屬性越強,第一電離能越大。但是由于氮原子的最外層p軌道處于半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),所以其第一電離能比氧元素的還大,故第一電離能大小為N>O>C>B,C項對;在化合物A中氮原子上存在配位鍵,D項對;根據(jù)(HBNH)3的分子結(jié)構是六元環(huán),共9個單鍵、3個雙鍵,故1個(HBNH)3分子中有12個鍵。(4)由圖(a)可知多硼酸根離子符號為BO2nn-(或BO2-);由圖(b)硼砂晶體可知其中硼原子采取的雜化類型為sp2、sp3。5.答案 (1)C60F602 880NA g(2)AC(3)AE(4)正四面體314(5) 122434MNA cm解析 (1)C60中雙鍵個數(shù)為60=30,加成產(chǎn)物的分子式為C60F60。設每個C60晶胞的質(zhì)量為x,則xNA=4720 gmol-1x=4720 gmol-1NA=2 880NA g。(2)干冰是面心立方堆積而冰是體心立方堆積,所以干冰的密度大于冰,空間利用率也大。(4)B原子最外層有3個電子,所以B與N之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目之比為31。(5)設晶胞的棱長為a。則a3NA=4Ma=34MNA面對角線為234MNA。設銅原子半徑為r,則4r=234MNAr=2434MNA cm。