题型五物质结构与性质(选修选考)题型限时训练1.(2018山西太原模拟)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差2。回答下列问题:(1)D2+的价层电子排布图为。(2)四种元素中第一电离能最小的是,电负性最大的是(填元素符号)。(3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。该化合物的化学式为;D的配位数为;列式计算该晶体的密度 gcm-3。(4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是。解析:(1)本题考查电子排布图的书写,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个,A和B位于第A族,或第A族元素或A族元素,A-和B+的电子数相差8,推出A为F,B为K,与B位于同一周期的C和D,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2,则C为Fe,D为Ni,D2+为Ni2+,其价层电子排布图为。(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是K;电负性最大,说明非金属性最强,即F的电负性最强。(3)考查晶胞、配位键等,根据晶胞的结构,F位于棱上、晶胞内部和面上,因此F的个数为16+412+2=8,K位于棱上和内部,个数为814+2=4,Ni位于顶点和内部,个数为818+1=2,因此化学式为K2NiF4;由图可知Ni的配位数为6;晶胞的质量为1(394+592+198)NA g,晶胞的体积为4004001 30810-30cm3,因此晶胞的密度为394+592+1986.02102340021 30810-30 gcm-33.4 gcm-3。(4)组成的化合物为K3FeF6,此化合物属于配合物,K+和FeF63-之间是离子键,Fe和F之间为配位键;该化合物中的复杂离子是FeF63-,配体为F-。答案:(1)(2)KF(3)K2NiF46394+592+1986.02102340021 30810-30 gcm-33.4(4)离子键、配位键FeF63-F-2.(2018河南信阳模拟)金属钛(22Ti)号称航空材料。回答下列问题:(1)钛元素基态原子未成对电子数为个,能量最高的电子占据的能级符号为,该能级所在能层具有的原子轨道数为。(2)Ti(OH)2(H2O)42+中的化学键有。a.键b.键c.离子键d.配位键(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如图所示。 甲乙化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为。(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至1 0001 100 K 进行氯化处理,生成TiCl4。写出生成TiCl4的化学反应方程式: 。(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为。已知晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长为cm(用含、NA的式子表示)。解析:(1)钛元素价电子排布式为3d24s2,基态原子价电子排布图为,可见钛元素基态原子未成对电子数为2,能量最高的电子占据的能级符号为3d,该能级所在能层为M能层,有3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为1、3、5,具有的原子轨道数为9。(2)OH-和H2O中H和O都是以键结合在一起,Ti4+提供空轨道,H2O和OH-提供孤电子对,形成配位键,即Ti(OH)2(H2O)42+中的化学键只有键和配位键。(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第A族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是CON。(4)TiO2和足量炭粉混合加热至1 0001 100 K,生成TiCl4的化学反应方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。(5)观察晶胞N位于立方体的顶点和面心位置,N原子数=818+612=4;Ti位于晶胞内,有4个,化学式可写为TiN;由晶胞图可知与Ti相连的N有4个,组成正四面体;晶胞质量为4 g,晶体的密度为 gcm-3,则晶胞边长为= cm。答案:(1)23d9(2)ad(3)7COCB。(2)根据结构可知,该晶体为离子晶体,含有离子键、共价键、配位键(HOB)。晶体R中阴离子的中心原子B形成3个键(BF键)和1个配位键(HOB),配位键也属于键,其立体构型为四面体形。(3)根据配离子的结构图可知,N原子形成3个键和 1个配位键,采取sp3杂化;乙二胺含有氨基,分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺比三甲胺的沸点高得多。(4)B原子最外层有3个电子,由图丙所示晶体结构中每个B原子形成3个单键可知,六方相氮化硼不含键;已知六方相氮化硼与石墨相似,具有层状结构,层间作用力弱,可作高温润滑剂。(5)碳化硅晶体和金刚石一样,是原子晶体,具有空间网状结构,一个C与四个Si形成正四面体结构,一个晶胞内有4个碳原子和4个Si原子,故一个SiC晶胞含4个SiC,晶体的密度=mV= gcm-3=160NAa3 gcm-3。答案:(1)1s22s22p63s23p2NCB(2)abc四面体形(3)sp3乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键(4)不含层间作用力弱(5)160NAa34.(2018广东广州测试)C、N和Si能形成多种高硬度材料,如Si3N4、C3N4、SiC。(1)Si3N4和C3N4中硬度较高的是 ,理由是 。(2)C和N能形成一种类石墨结构材料,其合成过程如图所示。该类石墨结构材料化合物的化学式为,其合成过程中有三聚氰胺形成,三聚氰胺中N原子的杂化方式有。(3)C和N还能形成一种五元环状有机物咪唑(im),其结构为。化合物Co(im)6SiF6的结构示意图如下:Co原子的价层电子轨道表达式(价层电子排布图)为。N与Co之间的化学键类型是,判断的理由是 。阴离子SiF62-中心原子Si的价层电子对数为。阳离子Co(im)62+和SiF62-之间除了阴、阳离子间的静电作用力,还存在氢键作用,画出该氢键的表示式。例如水中氢键的表示式为:(4)SiC为立方晶系晶体,晶胞参数为a,已知Si原子半径为rsi,C原子半径为rc,该晶胞中原子的分数坐标为C:(0,0,0);(12,12,0);(12,0,12);(0,12,12);Si:(14,14,14);(14,34,34);(34,14,34);(34,34,14)。则SiC立方晶胞中含有个Si原子、个C原子;该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为(列出计算式即可)。解析:(1)相同类型的晶体中,原子半径越小,键能越大,其硬度就越大,所以Si3N4和C3N4中硬度较高的是C3N4,原因是两者同属原子晶体,C的原子半径小于Si,与SiN相比,CN的键长短、键能大。(2)由结构可判断出化学式为C6N8或(C6N8)n或C3N4或(C3N4)n。环中N原子形成2个键含有1对孤电子对,杂化轨道数目为3,采取sp2杂化,氨基中N原子形成3个键,含有1对孤电子对,杂化轨道数目为4,采取sp3杂化。(3)Co原子的价层电子为最外层和次外层电子,其电子轨道表达式为。因N有孤对电子,Co2+有空轨道,所以N与Co之间可形成配位键。价层电子对数=成键数+孤电子对数,孤电子对数=12(a-xb),SiF62-孤电子对数=12(4+2-61)=0,由此可算出中心原子Si的价层电子对数为6。氢键发生在非金属强的原子和氢原子之间,在该物质中氢键可表示为。(4)从该晶胞中原子的分数坐标可看出,每个C原子周围有4个Si原子,每个Si原子周围有4个C原子,形成正四面体结构,如图,所以SiC立方晶胞中含有4个Si原子、4个C原子。其总体积为4rC334+4rSi334=,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为100%。答案:(1)C3N4两者同属原子晶体,C的原子半径小于Si,与SiN相比,CN的键长短、键能大(2)C6N8sp2、sp3(3)配位键N有孤对电子,Co2+有空轨道6(4)44100%5.(2018内蒙古包头一模)镍(Ni)是一种重要的金属,在材料科学等领域有广泛应用。(1)Ni在元素周期表中的位置是,其价电子层中有