專題突破練(十六)　物質(zhì)結構與性質(zhì)(選修3) 1．石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯(圖乙)。 (1)圖甲中，1號C與相鄰C形成σ鍵的個數(shù)為______。 (2)圖乙中，1號C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角__________(填“>”“<”或“＝”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。 (3)若將圖乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，則氧化石墨烯中可與H2O形成氫鍵的原子有________(填元素符號)。 (4)石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(C60)，某金屬M與C60可制備一種低溫超導材料，晶胞如圖丙所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個數(shù)為________，該材料的化學式為________。 解析：　(1)石墨烯是層狀結構，每一層上每個碳原子都是以3個共價鍵與其他碳原子形成共價鍵的。 (2)圖乙中1號碳形成了4個共價鍵，故其雜化方式為sp3；圖甲中的鍵角為120，而圖乙中1號碳原子與甲烷中的碳原子類似，其鍵角接近109.5。 (3)只有電負性較大的非金屬元素與氫元素才可形成氫鍵。 (4)一個晶胞中M原子的個數(shù)為12＋9＝12；一個晶胞中C60的個數(shù)為8＋6＝4，M與C60的個數(shù)比為3：1，故該材料的化學式為M3C60。 答案：　(1)3 (2)sp3　< (3)O、H (4)12　M3C60 2．前四周期原子序數(shù)依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的價電子層中未成對電子均只有1個，并且A－和B＋的電子數(shù)相差為8；與B位于同一周期的C和D，它們價電子層中的未成對電子數(shù)分別為4和2，且原子序數(shù)相差為2。 回答下列問題： (1)D2＋的價層電子排布圖為__________。 (2)四種元素中第一電離能最小的是__________，電負性最大的是__________。(填元素符號) (3)A、B和D三種元素組成的一個化合物的晶胞如右圖所示。 ①該化合物的化學式為______________；D的配位數(shù)為________。 ②列式計算該晶體的密度____________________gcm－3。 (4)A－、B＋和C3＋三種離子組成的化合物B3CA6，其中化學鍵的類型有__________；該化合物中存在一個復雜離子，該離子的化學式為__________，配位體是__________。 解析：　由元素C的價電子層中未成對電子數(shù)為4知，其不可能位于短周期，結合題意知，元素C位于第四周期，進一步可推出元素A為F，元素B為K，元素C為Fe，元素D為Ni。(2)K原子易失電子，第一電離能最小，F(xiàn)的非金屬性最強，電負性最大。(3)根據(jù)分攤法，可以求得化合物的化學式為K2NiF4，晶體的密度可由晶胞的質(zhì)量除以晶胞的體積求得。(4)Fe3＋提供空軌道，F(xiàn)－提供孤對電子，兩種離子間形成配位鍵。 答案：　(1) (2)K　F (3)①K2NiF4　6　②＝3.4 (4)離子鍵、配位鍵　[FeF6]3－　F－ 3．Ⅰ.氯化鐵溶液用于檢驗食用香精乙酰乙酸乙酯時，會生成紫色配合物，其配離子結構如下圖所示。 (1)此配合物中，鐵離子的價電子排布式為________。 (2)此配離子中含有的作用力有________(填序號)。 A．離子鍵　　　　　　 B．金屬鍵 C．極性鍵 D．非極性鍵 E．配位鍵 F．氫鍵 G．σ鍵 H．π鍵 (3)此配合物中碳原子的雜化軌道類型有________。 Ⅱ.元素A的基態(tài)原子占據(jù)紡錘形原子軌道的電子總數(shù)為2，元素B與A同周期，其基態(tài)原子占據(jù)s軌道的電子數(shù)與p軌道相同；C是A的同族相鄰元素，電負性小于A；D是B的同族相鄰元素，第一電離能小于B。則： (4)化合物CA和DB2的晶體熔點較高的是________(填化學式)。 (5)AD2分子的空間構型為________。 (6)A、B和C的成鍵情況如下： A—B A===B C—B C===B 鍵能/(kJmol－1) 360 803 464 640 A和B之間易形成含有雙鍵的AB2分子晶體，而C和B之間則易形成含有單鍵的CB2原子晶體，請結合數(shù)據(jù)分析其原因為 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：　(1)Fe原子是26號元素，基態(tài)鐵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2；鐵原子失去最外層2個電子和次外層1個電子得到Fe3＋，其價電子為3d5。(2)此配離子中含有極性鍵如C—O鍵、非極性鍵如C—C鍵、配位鍵、σ鍵、π鍵。(3)該配合物中的碳原子為sp3雜化、雙鍵的為sp2雜化。(4)由題意可知A為C、B為O、C為Si、D為S，其中SiC為原子晶體，而SO2為分子晶體，SiC的熔沸點高。(5)CS2的分子結構與CO2相似，為直線形分子。(6)從能量最低原理分析，碳與氧之間形成含有雙鍵的分子放出的能量(8032＝1 606 kJmol－1)大于形成含單鍵的原子晶體放出的能量(3604＝1 440 kJmol－1)，故C與O易形成含雙鍵的分子；硅與氧之間形成含有雙鍵的分子放出的能量(6402＝1 280 kJmol－1)小于形成含單鍵的原子晶體放出的能量(4644＝1 856 kJmol－1)，故Si與O易形成含單鍵的原子晶體。 答案：　(1)3d5　(2)CDEGH　(3)sp2、sp3 (4)SiC　(5)直線形 (6)碳與氧之間形成含有雙鍵的分子放出的能量(8032＝1 606 kJmol－1)大于形成含單鍵的原子晶體放出的能量(3604＝1 440 kJmol－1)，故C與O易形成含雙鍵的分子；硅與氧之間形成含有雙鍵的分子放出的能量(6402＝1 280 kJmol－1)小于形成含單鍵的原子晶體放出的能量(4644＝1 856 kJmol－1)，故Si與O易形成含單鍵的原子晶體 4．氮元素可形成氫化物、鹵化物、氮化物、疊氮化物和配合物等多種化合物。 (1)肼(N2H4)可用作火箭燃料，其原理是：N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)。若反應中有4 mol N—H鍵斷裂，則形成的π鍵有__________mol。 (2)F2和過量NH3在銅催化作用下反應生成NF3，NF3分子的空間構型為__________。 (3)鐵和氨氣在640 ℃可發(fā)生置換反應，產(chǎn)物之一的晶胞結構見下圖(1)。寫出該反應的化學方程式：________________________________________________________。 (4)疊氮化鈉(NaN3)分解反應為：2NaN3(s)===2Na(l)＋3N2(g)。下列有關說法正確的是________(填序號)。 a．常溫下，N2很穩(wěn)定，是因為N的電負性大 b．鈉晶胞結構見圖(2)，每個晶胞含有2個鈉原子 c．第一電離能(I1)：N>O>P>S d．NaN3與KN3結構類似，晶格能：NaN3<KN3 (5)配合物Y的結構見圖(3)，Y中含有________(填序號)； a．極性共價鍵　b．非極性共價鍵　c．配位鍵　d．氫鍵 Y中碳原子的雜化方式有________。 解析：　有4 mol N—H鍵斷裂，消耗1 mol N2H4，生成 mol N2，形成3 mol π鍵；(2)N原子最外層有5個電子與3個F原子形成3個σ鍵，還余2個電子形成一對孤對電子，為sp3雜化，NF3分子空間構型為三角錐形；(3)一個晶胞含有4個鐵、1個N，所以化學式為Fe4N，依據(jù)化合價及元素守恒還生成氫氣，4個Fe升高3價，生成一個H2降低2價，所以Fe4N前面加2，H2前面加3；(4)N2很穩(wěn)定是因為形成NN，a錯誤；d選項，結構相似，K＋的半徑大，所以晶格能小，錯誤；(5)—CH3中碳原子為sp3雜化，其余碳原子均形成3個σ鍵，1個π鍵，無孤對電子，為sp2雜化。 答案：　(1)3　(2)三角錐形 (3)8Fe＋2NH32Fe4N＋3H2 (4)bc　(5)abcd　sp2、sp3 5．鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。 (1)與鈦同周期的所有元素的基態(tài)原子中，未成對電子數(shù)與鈦相同的元素有________(填元素符號)。 (2)[Ti(OH)2(H2O)4]2＋中的化學鍵有________。 a．σ鍵 b．π鍵 c．離子鍵 d．配位鍵 (3)納米TiO2是一種應用廣泛的催化劑，納米TiO2催化的一個實例如下圖所示。 化合物甲的分子中采取sp2雜化方式的碳原子個數(shù)為________，化合物乙中采取sp3雜化的原子的第一電離能由小到大的順序為________。 (4)有一種氮化鈦晶體的晶胞如下圖所示，該晶體的化學式為__________，該晶體中Ti原子周圍與它距離最近且相等的N原子的個數(shù)為______。 解析：　(1)從K數(shù)到鈦為4，所以核外電子排布式為[Ar]3d24s2，有2個未成對電子，同周期含有2個未成對電子的有3d84s2、3d104s24p2、3d104s24p4；(2)無π鍵，因為是單個陽離子，無陰離子，所以也無離子鍵；(3)苯環(huán)上的6個碳原子、與O以雙鍵相連的一個碳原子均以sp2雜化；一個O原子形成2個σ鍵還有2個孤對電子為sp3雜化、一個N原子形成3個σ鍵還有1對孤對電子為sp3雜化，除苯環(huán)外的3個碳原子均形成4個σ鍵為sp3雜化；該晶胞中N原子個數(shù)為頂點1＋面心3＝4、Ti原子有4個。 答案：　(1)Ni、Ge、Se　(2)ad　(3)7　C<O<N　(4)TiN　4 6．A、B、C、D、E、F、G均是原子序數(shù)小于36的元素。A的基態(tài)原子外圍電子排布式為3s2，B原子的L電子層的p能級上有一個空軌道；C元素的基態(tài)原子最外層有3個未成對電子，次外層有2個電子；D原子的2p軌道上有1個電子的自旋方向與其他電子的自旋方向相反；E是海水中除氫、氧元素外含量最多的非金屬元素；F和G在周期表中既處于同一周期又位于同一族，且原子序數(shù)F比G小2。 根據(jù)信息回答下列問題： (1)C的外圍電子排布圖為 ________。C與氫元素可分別形成含10個電子的分子、陰離子和陽離子，陽離子中中心原子的雜化類型為________。 (2)化合物AE2的晶體類型為________。 (3)F與BD易形成配合物F(BD)5，在F(BD)5中F的化合價為________價；與BD分子互為等電子體的離子的化學式為________。 (4)E有多種含氧酸根①EO－　 ②EO?、跡O?、蹺O，其中空間構型為四面體形的是________。(填序號) (5)B、C、D、E原子兩兩相互化合形成的分子有多種，請列舉一種分子內(nèi)所有原子都滿足最外層8電子穩(wěn)定結構的分子：____________________________(寫分子式)。 (6)G的價電子排布式為________。GD晶體晶胞結構為NaCl型，晶胞邊長為428 pm。晶胞中兩個G原子之間的最短距離為________m(精確至0.01)。由于晶體缺陷，晶體的化學式為G0.88D，若晶體中的G分別為G2＋、G3＋，此晶體中G2＋與G3＋的最簡整數(shù)比為 ________。 解析：　A為Mg；B的核外電子排布式為1s22s22p2，為碳；C只有兩個電子層，有3個未成對電子，可知電子排布式為1s22s22p3，為N；D的2p軌道上為2p4，為氧；E是Cl；F和G位于第Ⅷ族，為Fe和Ni。(1)NH3、NH、NH含有的σ鍵分別為3、4、2，孤電子對數(shù)分別為1、0、2，所以中心原子雜化類型均為sp3；(4)分別求出σ鍵和孤電子對數(shù)進行計算，也可用排除法，形成四面體的只有④符合；(6)兩個G原子之間的最短距離為面對角線的，距離為≈303 pm；設Ni2＋為x個、Ni3＋為y個，x＋y＝0.88，依據(jù)化合價守恒有2x＋3y＝2，解得x＝0.64、y＝0.24。 答案：　(1) 　sp3雜化 (2)離子晶體 (3)0　CN－(其他合理答案也可) (4)④ (5)CO2、NCl3、CCl4、COCl2、CNCN等中的任意1種 (6)3d84s2　3.0310－10　8：3 7．已知A、B、C、D、M、W六種元素的原子序數(shù)依次遞增，都位于前四周期。其中A、D原子的最外層電子數(shù)均等于其周期序數(shù)，且D原子的電子層數(shù)是A的3倍；B原子s軌道電子數(shù)是p軌道電子數(shù)的兩倍；C原子L層上有2對成對電子。M和W均有“生物金屬”之稱，M4＋和氬原子的核外電子排布相同；W處于周期表中第8列。請回答下列問題： (1)1 mol B2A2分子中含σ鍵的數(shù)目是________。 (2)BC2在高溫高壓下所形成的晶體其晶胞(晶體中最基本的重復單元)如下圖所示。則該晶體的類型屬于________(填“分子”“原子”“離子”或“金屬”)晶體；該晶體中B原子軌道的雜化類型為__________。 (3)“生物金屬”M內(nèi)部原子的堆積方式與銅相同，都是面心立方堆積方式，如下圖。則晶胞中M原子的配位數(shù)為________；若該晶胞的密度為ρ gcm－3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，M原子的摩爾質(zhì)量為Mr gmol－1，則該晶胞的“邊長”為______cm。 (4)“生物金屬”W元素應用廣泛，如人體內(nèi)W元素的含量偏低，則會影響O2在體內(nèi)的正常運輸。已知W2＋與KCN溶液反應得到W(CN)2沉淀，當加入過量KCN溶液時沉淀溶解，生成配合物，其配離子結構如圖所示。 ①W元素基態(tài)原子價電子排布式為_________________。 ②已知CN－與________(一種分子)互為等電子體，則1個CN－中π鍵數(shù)目為________。 (5)光譜證實單質(zhì)D與強堿溶液反應有[D(OH)4]－生成，則[D(OH)4]－中存在________。 a．共價鍵 b．配位鍵 c．σ鍵 d．π鍵 解析：　由D原子的電子層數(shù)是A的3倍，可知A、D分別為第一周期、第三周期的元素，結合原子的最外層電子數(shù)均等于其周期序數(shù)，可知A、D為H、Al；B的核外電子排布式為1s22s22p2可知B為碳元素；C原子L層的電子排布式2s22p4，為氧元素；M、W分別為Ti、Fe。(1)C2H2的結構式為CHCH；(2)CO2在高溫高壓下所形成的晶體其晶胞類似于SiO2晶體，屬于原子晶體；一個碳原子連接4個氧原子形成4個σ鍵，為sp3雜化；(3)選擇一個頂點為中心原子，離該頂點最近的原子為面心原子，一個晶胞中有3個面心離此頂點距離最近且相等，一個晶胞中貢獻個面心，配位數(shù)為8＝12；一個晶胞中含有Ti原子為8＋6＝4,1 mol晶胞的質(zhì)量為4Mr g，設該晶胞的“邊長”為a cm，則a3NAρ＝4Mr；(4)②從元素周期表位置可知CO、N2的電子數(shù)為14，與CN－互為等電子體，CN－中C、N原子間以三鍵相連。 答案：　(1)3NA(或 1.8061024) (2)原子　sp3雜化 (3)12　 (4)①3d64s2　②N2　2 (5)abc 8