搜索
主观题35题物质结构综合题1．[选修3：物质结构与性质]（15分）中国海军航母建设正在有计划、有步骤向前推进，第一艘国产航母目前正在进行海试。建造航母需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击，航母的甲板要耐高温，航母的外壳要耐腐蚀。（1）镍铬钢抗腐蚀性能强，Ni2+基态原子的核外电子排布为___________，铬元素在周期表中___________区。（2）航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷结构如图所示，其中C原子杂化方式为___杂化。（3）海洋是元素的摇篮，海水中含有大量卤族元素。①根据下表数据判断：最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是_________填元素符号②根据价层电子对互斥理论，预测ClO−3的空间构型为___________形，写出一个ClO−3的等电子体的化学符号___________。（4）海底金属软泥是在洋海底覆盖着的一层红棕色沉积物，蕴藏着大量的资源，含有硅、铁、锰、锌等。如右图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体，则晶体中的离子是否构成了面心立方最密堆积？___________(填“是”或“否”)；该立方体是不是Fe3O4的晶胞？___________(填“是”或“否”)；立方体中铁离子处于氧离子围成的___________(填空间结构)空隙；根据上图计算Fe3O4晶体的密度为___________g·cm−3。(图中a=0.42nm，计算结果保留两位有效数字)1.【答案】（1）1s22s22p63s23p63d8d（2）sp3（3）I三角锥SO2−3（4）是是正八面体5.2【解析】（1）Ni2+基态原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d8，铬元素在周期表中d区。（2）聚硅氧烷中C形成4个单键，所以C的杂化方式为sp3；（3）①根据第一电离能分析，第一电离能越小，越容易生成较稳定的单核阳离子，所以有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是：I；②根据VSEPR理论判断ClO−3的空间构型，价电子对数为VP=BP+LP=3+（7-23+1）/2=4，VSEPR模型为四面体形，由于一对孤电子对占据四面体的一个顶点，所以其空间构型为三角锥形，等电子体是指原子总数相同，价电子总数也相同的微粒，则与ClO−3互为等电子体的是SO2−3；（4）晶胞中，O2－的坐标为（1/2，0，0），（0，1/2，0），（0，0，1/2），（1/2，1/2，1/2），将（1/2，1/2，1/2）+(1/2，1/2，0)=（0，0，1/2），将（1/2，1/2，1/2）+（0，1/2，1/2）=（1/2，0，0），将（1/2，1/2，1/2）+（1/2，0，1/2）=（0，1/2，0），刚好与前三个坐标相同，所以O2−做面心立方最密堆积，根据晶胞粒子的排布，该立方体是Fe3O4的晶胞，立方体中Fe3+处于O2−围成的正八面体空隙，以立方体计算，1个立方体中含有Fe3+的个数为41/8+1/23=2个，含有Fe2+的个数为1个，含有O2−的个数为121/4+1=4个，不妨取1mol这样的立方体，即有NA个这样的立方体，1mol立方体的质量为m=(563+164)g，1个立方体体积为V=a3nm3=(a10−7)3cm3，则晶体密度为ρ=m/NAV=(563+164)/(6.021023)(0.4210−7)3g·cm−3=5.2g·cm−3。2．【选修3：物质结构与性质】(15分)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“Nn＋5”，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“Nn＋5”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SO2－4和N4H4＋4两种离子的形式存在。N4H4＋4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＋4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anm，高为cnm，则这种磁性氮化铁的晶体密度为________g·cm−3(用含a、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Cu3+。基态时Cu3+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−1)元素I1I2I3I4Sc(钪)633123523897019Y(铱)616118119805963La(镧)538106718504819Ce(铈)5271047194935472.【答案】（1）直线形（2）10（3）N的电负性强于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）①sp3②10（5）Fe3N72839a2cNA×1021（6）3d8Ce【解析】（1）Nn＋5结构是对称的，5个N排成V形，5个N结合后都达到8电子结构，且含有2个N≡N键，满足条件的结构为[]+，故“Nn＋5”带一个单位正电荷。因此化学式为“N8”的离子晶体是由N＋5和N－3形成的，电子式为。其中的阴离子和CO2互为等电子体，则其空间构型为直线形。（2）N4与白磷的结构类似为正四面体形，因此N4H4＋4的结构式为，所以1个N4H4＋4中含有10个σ键。（3）由于N的电负性强于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。（4）①P4S3分子中硫原子的价层电子对数是4，含有2对孤对电子，杂化轨道类型为sp3。②分子中每个P含有1对孤对电子，每个S含有2对孤对电子，则每个P4S3分子中含孤电子对的数为4×1+3×2＝10。（5）根据均摊法在氮化铁晶胞中，含有N原子数为2，Fe原子数为2×1/2+12×1/6+3＝6，所以氮化铁的化学式Fe3N；若晶胞底边长为anm，高为cnm，则晶胞的体积是332a2cnm3，所以这种磁性氮化铁的晶体密度为364NA332a2c×10－21g·cm−3＝72839a2cNA×1021g·cm−3。（6）铜的原子序数是29，基态时Cu3+的电子排布式为[Ar]3d8；根据表中数据可知Ce的第三电离能与第四电离能相差最小，所以最有可能显示+4价的稀土元素是Ce。3．【选修3：物质结构与性质】（15分）现有七种元素，其中A，B，C，D，E为短周期主族元素，F、G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大．请根据下列相关信息，回答问题．A元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素B元素原子的核外p电子数比s电子数少1C原子的第一至第四电离能分别是：I1=738KJ/molI2=1451KJ/molI3=7733KJ/molI4=10540KJ/molD原子核外所有P轨道全满或半满E元素的主族序数和周期数的差为4F是前四周期中电负性最小的元素G在周期表的第七列（1）已知BA5为离子化合物，写出其电子式；（2）B基态原子中能量最高的电子，其电子云在空间有个方向，原子轨道呈_____形；（3）某同学根据上述信息，推断C基态原子的核外电子排布为,该同学所画的电子排布图违背了；（4）G位于__族___区，价电子排布式为；（5）DE3中心原子的杂化方式为，用价层电子对互斥理论推测其空间构型为。3.【答案】（1）（2）3纺锤（3）泡利原理（4）ⅦBd3d54s2（5）sp3三角锥【解析】A，B，C，D，E为短周期主族元素，F、G为第四周期元素，它们的原子序数依次增大，A元素的核外电子数和电子层数相等，也是宇宙中最丰富的元素，A为H元素；B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，B有2个电子层，为1s22s22p3，故B为N元素；由C原子的第一至第四电离能数据可知，第三电离能剧增，故C表现+2价，处于ⅡA族，原子序数大于N元素，故C为Mg元素；D处于第三周期，D原子核外所有p轨道全满或半满，最外层排布为3s23p3，故D为P元素；E处于第三周期，E元素的主族序数与周期数的差为4，E处于第ⅦA族，故E为Cl元素；F是前四周期中电负性最小的元素，F为第四周期元素，故F为K元素，G在第四周期周期表的第7列，G为Mn元素。（1）BA5即NH5，电子式为：；故答案为：；（2）由于B元素原子的核外p电子数比s电子数少1，B有2个电子层，为1s22s22p3，故B为N元素，N基态原子中能量最高的电子在p轨道上，其电子云在空间有3个方向，原子轨道呈纺锤形，故答案为：3；纺锤；（3）由表格信息可知，C原子的第一至第四电离能数据可知，第三电离能剧增，故C表现+2价，处于ⅡA族，原子序数大于N元素，故C为Mg元素，由图片可知，该同学的画的3s轨道违背了泡利不相容原理；（4）根据题目信息可知，G在第四周期周期表的第7列，G为Mn元素，其位于ⅦB、d区，核外电子排布式为：[Ar]3d54s2；故答案为：ⅦB；d；3d54s2；（5）DE3即PCl3，中心原子P的价能层电子对数为4，故其为sp3杂化，PCl3的价层电子对互拆模型为正四面体，3个成键电子对占据其3个杂化轨道，1个孤电子对占据余下的杂化轨道，故其空间构型为三角锥，故答案为：sp3；三角锥。4．【选修3：物质结构与性质】（15分）据科技日报网报道南开大学科研团队借助镍和苯基硼酸共催化剂，首次实现丙烯醇高效、绿色合成。丙烯醇及其化合物可合成甘油、医药、农药、香料，合成维生素E和KI及天然抗癌药物紫杉醇中都含有关键的丙烯醇结构。丙烯醇的结构简式为CH2=CH－CH2OH。请回答下列问题：（1）基态镍原子的电子排布式为____________________________________________。（2）1molCH2=CH－CH2OH中σ键和π键的个数比为___________，丙烯醇分子中碳原子的杂化类型为___________。（3）丙醛(CH3CH2CHO）的沸点为49℃，丙烯醇(CH2=CHCH2OH)的沸点为91℃，二者相对分子质量相等，沸点相差较大的主要原因是______________________。（4）羰基镍[Ni(CO)4]用于制备高纯度镍粉，它的熔点为－25℃，沸点为43℃。羰基镍晶体类型是___________。（5）Ni2+能形成多种配离子，如[Ni(NH3)6]2+、[Ni(SCN)3]−和[Ni(CN)2]2−等。[Ni(NH3)6]2+中心原子的配位数是___________，与SCN−互为等电子体的分子为___________。（6）“NiO”晶胞如图所示。①氧化镍晶胞中原子坐标参数：A(0，0，0)、B(1，1，0)，则C原子坐标参数为__________。②已知：氧化镍晶胞密度为dg/cm3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则Ni2+半径为___