课练33

课练33物质结构与性质(选修3)1．[2018·全国卷Ⅲ]锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：(1)Zn原子核外电子排布式为______________________。(2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是____________________。(3)ZnF2具有较高的熔点(872℃)，其化学键类型是__________________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是______________________。(4)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为____________________，C原子的杂化形式为________________________。(5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为______________________。六棱柱底边边长为acm，高为ccm，阿伏加德罗常数的值为NA，Zn的密度为________g·cm－3(列出计算式)。答案：(1)[Ar]3d104s2(2)大于Zn核外电子排布为全满稳定结构，较难失电子(3)离子键ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小(4)平面三角形sp2(5)六方最密堆积(A3型)65×6NA×6×34×a2c解析：(1)Zn原子核外有30个电子，其电子排布式为[Ar]3d104s2。(2)Cu原子的外围电子排布式为3d104s1,4s能级处于半充满状态，而Zn原子的4s能级处于全充满状态，Zn原子更不易失去1个电子，所以Zn原子的第一电离能较大。(3)根据ZnF2晶体的熔点较高可知，ZnF2为离子晶体，含有离子键，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小，故能够溶解在有机溶剂中。(4)CO2－3中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO2－3的空间构型为平面三角形。(5)题图中原子的堆积方式为六方最密堆积。六棱柱底部正六边形的面积＝6×34a2cm2，六棱柱的体积＝6×34a2ccm3，该晶胞中Zn原子个数为12×16＋2×12＋3＝6，已知Zn的相对原子质量为65，阿伏加德罗常数的值为NA，则Zn的密度ρ＝mV＝65×6NA×6×34a2cg·cm－3。2．[2018·全国卷Ⅱ]硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔点/℃－85.5115.2600(分解)－75.516.810.3沸点/℃－60.3444.6－10.045.0337.0回答下列问题：(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。(2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。(3)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为____________________________________。(4)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为anm，FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________g·cm－3；晶胞中Fe2＋位于S2－2所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______nm。答案：(1)哑铃(纺锤)(2)H2S(3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强(4)平面三角2sp3(5)4MNAa3×102122a解析：(1)基态Fe原子核外有26个电子，按照构造原理，其核外电子排布式为[Ar]3d64s2，按照洪特规则，价层电子3d上6个电子优先占据5个不同轨道，故价层电子的电子排布图为。基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，电子占据最高能级为3p，p能级的电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。(2)价层电子对数包括成键电子对数和孤电子对数，H2S中S的成键电子对数为2，孤电子对数为6－1×22＝2，故价层电子对数为4(或价层电子对数为6＋1×22＝4)，同理，SO2中S的价层电子对数为6＋0×22＝3，SO3中S的价层电子对数为6＋0×32＝3，H2S中S的价层电子对数不同于SO2、SO3。(3)S8和SO2均为分子晶体，分子间存在的作用力均为范德华力，S8的相对分子质量大，分子间范德华力强，故熔点和沸点高。(4)气态SO3为单分子，分子中S无孤电子对，其分子的立体构型为平面三角形，S和O之间形成双键，故共价键有σ键和π键两种。固态SO3为三聚分子，分子中每个S与4个O成键，S无孤电子对，故原子的杂化轨道类型为sp3。(5)该晶胞中Fe2＋位于棱上和体心，个数为12×14＋1＝4，S2－2位于顶点和面心，个数为8×18＋6×12＝4，故晶体密度为MNA×4g÷(a×10－7cm)3＝4MNAa3×1021g·cm－3。根据晶胞结构，S2－2所形成的正八面体的边长为该晶胞中相邻面的面心之间的连线之长，即为晶胞边长的22，故该正八面体的边长为22anm。3．[2018·全国卷Ⅰ]Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题：(1)下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________。(填标号)(2)Li＋与H－具有相同的电子构型，r(Li＋)小于r(H－)，原因是__________________________。(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是________、中心原子的杂化形式为________。LiAlH4中，存在________(填标号)。A．离子键B．σ键C．π键D．氢键(4)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图(a)的Born－Haber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为______kJ·mol－1，O＝O键键能为________kJ·mol－1，Li2O晶格能为________kJ·mol－1。(5)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为________g·cm－3(列出计算式)。答案：(1)DC(2)Li＋核电荷数较大(3)正四面体sp3AB(4)5204982908(5)8×7＋4×16NA0.4665×10－73解析：(1)根据能级能量E(1s)E(2s)E(2p)判断，能量最低的为D，能量最高的为C。(2)Li＋和H－的电子层结构相同，而具有相同电子层结构的离子半径大小与核电荷数有关，核电荷数越大，离子半径越小。(3)[AlH4]－中Al采用sp3杂化，呈正四面体结构。四氢铝锂中存在离子键、配位键和共价键，配位键也是σ键。(4)锂原子的第一电离能是指1mol气态锂原子失去1mol电子变成1mol气态锂离子所吸收的能量，即为1040kJ·mol－12＝520kJ·mol－1。O===O键键能是指1mol氧气分子断裂生成气态氧原子所吸收的能量，即为249kJ·mol－1×2＝498kJ·mol－1。晶格能是指气态离子结合生成1mol晶体所释放的能量或1mol晶体断裂离子键形成气态离子所吸收的能量，则Li2O的晶格能为2908kJ·mol－1。(5)1个氧化锂晶胞含O的个数为8×18＋6×12＝4，含Li的个数为8，1cm＝107nm，代入密度公式计算可得Li2O的密度为8×7＋4×16NA0.4665×10－73g·cm－3。4．碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用________形象化描述。在基态14C原子中，核外存在________对自旋相反的电子。(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________________________________________________________。(3)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子________。(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。答案：(1)电子云2(2)C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构(3)σ键和π键spCO2、SCN－(或COS等)(4)分子(5)①32②124解析：本题主要考查物质结构知识，意在考查考生的抽象思维能力、空间想象能力以及知识迁移能力。(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用“电子云”形象化描述。根据碳的基态原子核外电子排布图可知，自旋相反的电子有2对。(2)碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得或失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。(3)CS2中C为中心原子，采用sp杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN－等。(4)Fe(CO)5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。(5)①由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为13×6＝2。②观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4＝12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。5．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区别晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子有________个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为________。可用硫氰化钾检验Fe3＋，形成的配合物的颜色为________。(3)新制的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________，1mol乙醛分子中含有的σ键数目为________。乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________。Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。(4)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度＝________g·cm－3。(不必计算出结果)答案：(1)X­射线衍射法(2)41s22s22p63s23p63d5血红色(3)sp3、sp26NA乙酸存在分子间氢键16(4)124×274.05×10－73NA解析：(1)区分晶体、准晶体、非晶体的科学方法是X­射线衍射法。(2)基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，所以有4个未成对电子，