题型五 物质结构与性质(选考)1.(2022·韶关市高三4月模拟)硼和氮的单质及一些化合物在工农业生产等领域有着重要应用。回答下列问题：(1)N原子核外有________种不同运动状态的电子。基态N原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为________。(2)经测定发现，N2O5固体由NO和NO两种离子组成，该固体中N原子杂化类型为____________；与NO互为等电子体的微粒有____________(写出一种)。(3)铵盐大多不稳定。NH4F、NH4I中，较易分解的是________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素间的元素为____________(填元素符号)。(5)晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(见图Ⅰ)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由________个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有________种不同类型。7\n(6)硼和氮构成的一种氮化硼晶体的结构与石墨晶体结构相类似，B、N原子相互交替排列(见图Ⅱ)，其晶胞结构如图Ⅲ所示。设层内B—N核间距为apm，面间距为bpm，则该氮化硼晶体的密度为____________g·cm－3(用含a、b、NA的代数式表示)。答案 (1)7 哑铃形(2)sp、sp2 SCN－、CO2、CS2、N等中的任一种(3)NH4F F原子半径比I原子小，H—F键比H—I键强(H—F键更易形成)，F－更易夺取NH中的H＋(4)Be、C、O(5)12 3(6)(或、或)解析 (1)原子核外没有两个运动状态完全相同的电子，有几个电子就有几种运动状态，N原子核外有7个电子，所以有7种不同运动状态的电子；基态N原子的电子排布式为1s22s22p3，能量由低到高，由里到外排布，则能量最高的电子所占据的原子轨道为2p轨道，呈哑铃形。(2)NO中N的价电子数为＝2，杂化轨道类型为sp；NO中N的价电子数为＝3，杂化类型为sp2；含有相同原子数和相同价电子数的微粒互为等电子体，与NO互为等电子体的微粒有SCN－、CO2、CS2、N等。(3)铵盐大多不稳定。NH4F、NH4I中，较易分解的是NH4F，原因是F原子半径比I原子小，H—F键比H—I键强(H—F键更易形成)，F－更易夺取NH中的H＋。(4)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ⅡA族、第ⅤA族元素原子最外层电子处于该轨道的全充满、半充满的稳定状态，所以其第一电离能大于其相邻元素，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。(5)顶点数：＝12(个)(共20个面，每个面均为正三角形，有三个顶点，而每个顶点都同时属于5个面，所以有12个原子)。(6)根据图Ⅲ可知一个晶胞中含有N原子数为4×＋2×＝2，B原子数为8×＋1＝2，将一个六边形切成相等的六个，每个的底为apm＝a×10－10cm，高为＝pm，面积为6××a×＝pm2＝×10－20cm2，晶胞的体积为×10－20cm2×b×10－10cm×2＝3a2b×10－30cm3，故密度为ρ＝g·cm－3＝7\ng·cm－3＝g·cm－3。2.(2022·珠海市高三3月质检)(1)固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类，可通过________________方法区分晶体、非晶体和准晶体，以色列科学家丹尼尔·谢赫特曼因发现锰的化合物准晶体而获得了2022年诺贝尔化学奖。基态Mn原子的电子排布式为________________。(2)PCl3的立体构型为____________，中心原子的杂化轨道类型为________。(3)硼的卤化物在工业中有重要作用，硼的四种卤化物的沸点如下表所示。BF3BCl3BBr3BI3沸点/K172285364483①四种卤化物沸点依次升高的原因是___________________________________________________________________________________________________________________。②B、C、N、O四种元素第一电离能由小到大的顺序为____________。③用BF3分子结构解释反应BF3(g)＋NH4F(s)===NH4BF4(s)能够发生的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题①石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm，其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间存在________键。②金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。答案 (1)X射线衍射 [Ar]3d54s2(2)三角锥形 sp3(3)①分子结构相似，相对分子质量增大，分子间作用力逐渐增强 ②B<C<O<N ③BF3分子中硼原子有空轨道，F－有孤对电子，能通过配位键形成BF(4)①σ σ、π ②8 7\n解析 (1)锰是25号元素，基态Mn原子的电子的排布式为[Ar]3d54s2。(2)PCl3中P原子与3个氯原子相连，含有1个孤电子对，立体构型为三角锥形，中心原子的杂化轨道类型为sp3杂化。(3)①硼的四种卤化物均为分子晶体，且分子结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，沸点依次升高。②同一周期，从左到右，元素的第一电离能逐渐增大，但N原子的2p为半充满结构，较为稳定，第一电离能最大，B、C、N、O四种元素第一电离能由小到大的顺序为B＜C＜O＜N。③BF3分子中硼原子有空轨道，F－有孤对电子，能通过配位键形成BF，因此反应BF3(g)＋NH4F(s)===NH4BF4(s)能够发生。(4)①金刚石中碳原子以sp3杂化，形成四条杂化轨道，全部形成σ键，石墨中碳原子以sp2杂化，形成三条杂化轨道，还有一条未杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键。②晶胞中顶点微粒数为：8×＝1，面心微粒数为：6×＝3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即a＝8r，r＝a；碳原子的体积为：8××π×r3，晶胞体积为：a3，碳原子的空间利用率为：＝＝＝。3.(2022·河南省六市高三联考)在照相底片的定影过程中，未曝光的溴化银(AgBr)常用硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶解，反应生成Na3[Ag(S2O3)2]；在废定影液中加入Na2S使Na3[Ag(S2O3)2]中的银转化为Ag2S，并使定影液再生。将Ag2S在高温下转化为Ag，就达到了回收银的目的。(1)铜、银、金在元素周期表中位于同一族相邻周期，基态银原子的最外层电子排布式为________。(2)Na、O、S简单离子半径由大到小的顺序为__________________________________。(3)S2O离子结构如图所示，其中心硫原子的杂化轨道类型为________。(4)写出AgBr溶于Na2S2O3溶液的离子反应方程式：________________________________________________________________________。Na3[Ag(S2O3)2]中存在的作用力有离子键、共价键、________。7\n(5)在空气中灼烧Ag2S生成Ag和SO2，SO2分子中硫原子的价层电子对数为__________，其分子空间构型为________。SO2易溶于水，原因是____________________________________________________________________________________________________________。(6)现在人们已经有多种方法来测定阿伏加德罗常数，X射线衍射法就是其中的一种，通过对金晶体的X射线衍射图像的分析，可以得出金晶体的晶胞属于面心立方晶胞(与铜的晶胞相似)。若金原子的半径为am，金的密度为ρg·cm－3，金的摩尔质量为Mg·mol－1，试通过这些数据列出计算阿伏加德罗常数的算式_____________________________________。答案 (1)5s1(2)S2－、O2－、Na＋(3)sp3(4)AgBr＋2S2O===[Ag(S2O3)2]3－＋Br－ 配位键(5)3 V形 根据相似相溶原理，SO2和水均为极性分子，且SO2和水反应(6)NA＝mol－1解析 (1)铜、银、金在元素周期表中位于同一族相邻周期，基态铜原子的最外层电子排布式为4s1，则基态银原子的最外层电子排布式为5s1。(2)电子层数越多，离子半径越大，核外电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，则Na、O、S简单离子半径由大到小的顺序为S2－、O2－、Na＋。(3)由S2O离子结构示意图可知，其中心硫原子形成4个σ键，则中心硫原子的杂化轨道类型为sp3。(4)AgBr与Na2S2O3溶液反应生成Na3[Ag(S2O3)2]和NaBr，该反应的离子反应方程式为AgBr＋2S2O===[Ag(S2O3)2]3－＋Br－，Na3[Ag(S2O3)2]中存在的作用力有离子键、共价键和配位键。(5)SO2分子中硫原子的价层电子对数为2＋＝3，因SO2分子中含有1个孤电子对，所以其分子空间构型为V形，因SO2和水均为极性分子，且SO2可以和水发生反应，所以SO2易溶于水。(6)金晶体的晶胞属于面心立方晶胞，则1个晶胞中含有金原子的个数为8×＋6×＝4，金原子的半径为a×102cm，则金晶胞的边长为2×a×102cm，所以金的密度为ρ＝，解得NA＝mol－1。4.铁、钛、镍等过渡元素在工业生产和科学研究中具有重要作用，请回答下列问题。(1)有机铁肥[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3的名称叫三硝酸六尿素合铁，是一种配合物，它的中心离子Fe3＋的价电子排布式为________；该配合物中N原子的杂化方式有____________________；它所含非金属元素的电负性由小到大的顺序是________________。7\n(2)钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”，也叫“未来金属”。①钛位于周期表的________区，基态Ti原子的电子占据了________个原子轨道。②工业上可用TiCl4(常温下呈液态)与Mg高温下反应制备钛单质，同时生成MgCl2，详细解释TiCl4熔点比MgCl2低很多的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)镍与CO生成的配合物Ni(CO)4中，易提供孤电子对的成键原子是________(填元素名称)；1molNi(CO)4中含有的σ键数目为________；写出与CO互为等电子体的一种阴离子的化学式________。(4)镍钛记忆合金用于飞机和宇宙飞船。已知一种镍钛合金的晶胞结构如图所示，其中Ti原子采用面心立方最密堆积方式，该合金中与Ti原子距离最近且相等的Ni原子个数为________；若合金的密度为ρg·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则晶胞中两个钛原子间的最近距离是________pm(用含ρ和NA的计算式表示，不必化简)。答案 (1)3d5 sp3杂化和sp2杂化 H<C<N＜O(2)①d 12 ②TiCl4属于分子晶体，熔融时破坏分子间作用力；而MgCl2属于离子晶体，熔融时破坏离子键，分子间作用力比离子键弱得多，所以TiCl4熔点低得多(3)碳 8NA CN－(或C)(4)6 ××1010解析 (1)Fe元素为26号元素，原子核外有26个电子，所以核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d64s2，铁原子失去最外层4s能级上的2个电子，然后失去3d能级上的1个电子形成Fe3＋，Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，所以基态Fe3＋的价电子排布式为3d5；由尿素分子的结构式H2NCONH2可知，尿素分子中N原子成3个单键，含有1对孤对电子，杂化轨道数为4，N原子采取sp3杂化；NO中含有3对价层电子对，其离子构型为平面三角形，N原子采取sp2杂化；元素非金属性越强电负性越大，故电负性：H<C<N＜O。(2)①钛位于周期表的d区，Ti原子核外电子数为22，基态原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，电子占据的原子轨道数为1＋1＋3＋1＋3＋2＋1＝12个；②TiCl4属于分子晶体，熔融时破坏分子间作用力；而MgCl2属于离子晶体，熔融时破坏离子键，分子间作用力比离子键弱得多，所以TiCl4熔点低得多，工业上可用TiCl47\n(常温下呈液态)与Mg高温下反应制备钛单质，同时生成MgCl2。(3)配合物Ni(CO)4的中心原子Ni与CO之间的化学键称为配位键，提供孤电子对的成键原子是碳原子；Ni(CO)4中的配离子中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间存在1个σ键，1个π键，1个配位键，因此4个CO有4个σ键，故1molNi(CO)4中含有8molσ键即8NA；CO分子中含有2个原子、价电子数是10，与CO互为等电子体的阴离子微粒有CN－或C。(4)Ti原子采用面心立方最密堆积方式，若以Ti在顶点，则合金中与Ti原子距离最近且相等的Ni原子在棱上，个数为6；利用均摊法计算，每个晶胞中含有Ti：8×＋6×＝4个，Ni：12×＋1＝4个，若合金的密度为ρg·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，则晶胞体积为V＝＝＝cm3，边长为cm，两个钛原子间的最近距离是边长的，为×cm＝×1010pm。7
