物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) (選考) (教師版)1．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬，制備金屬鈦的一種流程如下：回答下列問題：(1)基態(tài)鈦原子的價電子排布圖為_______________________________________________，其原子核外共有______種運(yùn)動狀態(tài)不相同的電子，金屬鈦晶胞如圖1所示，為________堆積(填堆積方式

)。(2)已知TiCl4在通常情況下是無色液體， 熔點(diǎn)為－37℃，沸點(diǎn)為136℃，可知TiCl4為________晶體。(3)納米TiO2是一種應(yīng)用廣泛的催化劑， 其催化的一個實例如圖 2?；衔镆业姆悬c(diǎn)明顯高于化合物甲，主要原因是 __________________________________________________________。化合物乙中采取

sp3雜化的原子的第一電離能由大到小的順序為

_____________________。(4)硫酸氧鈦晶體中陽離子為鏈狀聚合形式的離子，結(jié)構(gòu)如圖

3所示。該陽離子

Ti

與

O的原子數(shù)之比為______，其化學(xué)式為 ________________。(5)鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)如圖 4所示。鈦離子位于立方晶胞的頂角，被 ________個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被 ________個氧離子包圍，鈣鈦礦晶體的化學(xué)式為________________________________________________________________________。答案(1)22六方最密(2)分子(3)化合物乙分子間形成氫鍵N＞O＞C(4)1∶1TiO2＋2n＋)(或[TiO]n(5)612CaTiO3解析(1)Ti原子價電子為3d、4s上的電子，3d能級上有2個電子、4s能級上有2個電子；原子核外有幾個電子其電子就有幾種運(yùn)動狀態(tài)；該晶體為六方最密堆積。(2)分子晶體熔、沸點(diǎn)較低。(3)氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)熔、沸點(diǎn)升高；同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第 ⅡA族、第ⅤA族元素第一電離能大于其相鄰元素。(4)每個O原子被兩個 Ti原子共用、每個Ti原子被兩個 O原子共用，利用均攤法計算二者原子個數(shù)之比；Ti元素為＋4價、O元素為－2價，據(jù)此書寫其化學(xué)式。(5)鈦離子位于立方晶胞的頂角，被 6個氧離子包圍成配位八面體；鈣離子位于立方晶胞的體心，被12個氧離子包圍；每個晶胞中鈦離子和鈣離子均為 1個，晶胞的 12個邊長上各有一個氧原子，根據(jù)均攤原則計算各原子個數(shù)，從而確定化學(xué)式。2．元素周期表第四周期中共有 18種元素，請回答下列有關(guān)問題。(1)金屬釩(V)在材料科學(xué)上有重要作用，被稱為“合金的維生素”，基態(tài)釩原子的價電子排布式為________________________________________________________________________，第四周期元素的第一電離能隨原子序數(shù)的增大，總趨勢是逐漸增大的。但Ga的第一電離能卻明顯低于Zn的，原因是______________________。(2)已知四溴化鍺是電子工業(yè)中的一種常用試劑，其熔點(diǎn)為26.1℃，沸點(diǎn)為186℃，則GeBr4晶體的類型為________，中心原子的雜化類型為________。(3)第四周期ⅤA～ⅦA族的元素中，電負(fù)性由大到小的順序為___________________(用元素符號表示)。(4)如圖甲所示為二維平面晶體示意圖，所表示的物質(zhì)化學(xué)式為AX3的是________(填“a”或“b”)。圖乙為金屬銅的晶胞，此晶胞立方體的邊長為apm，金屬銅的密度為ρg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為________mol－1(用含a、ρ的代數(shù)式表示)。答案(1)3d34s2Zn的價電子層處于全充滿狀態(tài)，較穩(wěn)定(2)分子晶體sp3(3)Br>Se>As(4)b2563×1030ρa(bǔ)解析(1)Ga的基態(tài)原子價電子排布式為4s24p1，鋅的為3d104s2，前者的4p1為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而后者的4s2為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故前者的第一電離能較小。(2)由GeBr4的熔、沸點(diǎn)知其晶體類型為分子晶體，GeBr4中鍺形成四個單鍵， 故其為sp3雜化。(3)同周期主族元素的電負(fù)性隨原子序數(shù)的增大而增大。 (4)a圖中1個“花球”的周圍有 6個相鄰的“白球”，1個“白球”的周圍有3個相鄰的“花球”，則“花球”與“白球”的個數(shù)比為 1∶2；同理可分析 b圖，其中“花球”與“白球”的個數(shù)比為 1∶3，則b圖所表示的物質(zhì)的化學(xué)式為 AX3。根據(jù)均攤法知圖乙表示的晶胞中含有 4個銅原子，所以1mol該晶胞含 4mol銅原子，1mol該晶胞的體積是NA(a×10－10)3cm3，則有10－30ρNAa3＝4mol×64gmol·－1。3．氮、氧、磷、鐵是與生命活動密切相關(guān)的元素。回答下列問題：(1)P 的基態(tài)原子核外電子具有的原子軌道數(shù)為______，F(xiàn)e3＋比 Fe2＋穩(wěn)定的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)N、O、P三種元素第一電離能最大的是________，電負(fù)性最大的是________。(3)含氮化合物NH4SCN溶液是檢驗Fe3＋的常用試劑，SCN－中C原子的雜化類型為______________________________________________________________________________，1mol的SCN－中含π鍵的數(shù)目為________NA。(4)某直鏈多磷酸鈉的陰離子呈如圖 1所示的無限單鏈狀結(jié)構(gòu)， 其中磷氧四面體通過共用頂點(diǎn)的氧原子相連，則該多磷酸鈉的化學(xué)式為 ______________________________________。圖1(5)FeO、NiO的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相同，其中Fe2＋與Ni2＋的離子半徑分別為－2－2nm，則熔點(diǎn)FeO________(填“＜”“＞”或“＝”)NiO，原因是7.8×10nm、6.9×10__________________________________________________________________________。(6)磷化硼是一種超硬耐磨的涂層材料，其晶胞如圖2所示。P原子與B原子的最近距離為acm，則磷化硼晶胞的邊長為________cm(用含a的代數(shù)式表示)。圖2答案 (1)9 Fe3＋的價電子排布式為 3d5，處于半充滿狀態(tài)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(2)N O(3)sp 2(4)NaPO3(5)＜ FeO和NiO相比，陰離子相同，陽離子所帶電荷相同，但亞鐵離子半徑大于鎳離子，所以FeO晶格能小，熔點(diǎn)低4a(6)3解析 (1)P的基態(tài)原子核外電子具有的原子軌道為 1個1s、1個2s、3個2p、1個3s、3個3p；軌道中電子處于半滿、全滿、全空時該微粒最穩(wěn)定。(2)同一周期元素，元素的電負(fù)性隨著原子序數(shù)增大而增大，其第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第 ⅡA族、第ⅤA族元素第一電離能大于其相鄰元素，同一主族元素第一電離能、電負(fù)性隨著原子序數(shù)增大而減小。(3)含氮化合物 NH4SCN溶液是檢驗 Fe3＋的常用試劑， SCN－中C原子價層電子對個數(shù)是 2且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷 C原子的雜化類型， 1個SCN－中π鍵個數(shù)為2。(4)由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個 P與3個O形成陰離子，且P的化合價為＋ 5價，以此判斷形成的化合物的化學(xué)式。(5)離子晶體熔、沸點(diǎn)與晶格能成正比，晶格能與離子半徑成反比、與電荷成正比。1(6)P原子與

B原子的最近距離為

acm，為晶胞體對角線長的

4，晶胞體對角線長等于棱長的

3倍，則晶胞棱長

1a÷÷4

3cm＝4acm。34．太陽能電池板材料除單晶硅外，還有銅、銦、鎵、硒、硅等化學(xué)物質(zhì)。(1)基態(tài)銅原子的電子排布式為

________________________________________________；已知高溫下CuO―→Cu2O＋O2，從銅原子價層電子結(jié)構(gòu)(3d和4s軌道上應(yīng)填充的電子數(shù))變化角度來看，能生成Cu2O的原因是_________________________________________________。(2)硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物，則它們形成的組成最簡單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為________。若“Si—H”中共用電子對偏向氫元素，氫氣與硒反應(yīng)時單質(zhì)硒是氧化劑，則硒與硅的電負(fù)性相對大小為 Se________(填“＞”或“＜” )Si。人們把硅與氫元素形成的一類化合物叫硅烷。硅烷的組成、結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的烷烴相似，硅烷的沸點(diǎn)與相對分子質(zhì)量的關(guān)系如圖1所示，呈現(xiàn)這種變化的原因是 ________________________________________。(3)與銦、鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性 (價電子數(shù)少于價層軌道數(shù) )，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子生成配合物，如 BF3能與NH3反應(yīng)生成 BF3·NH3，BF3·NH3中B原子的雜化軌道類型為________，B與N之間形成________鍵。(4)GaAs的熔點(diǎn)為1238℃，密度為ρg·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，該晶體的類型為________________________________________________________________________。Ga與As的摩爾質(zhì)量分別為MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半徑分別為rGapm和rAspm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為________。(已知1m＝1012pm)答案(1)1s22626101或[Ar]3d101CuO中銅的價層電子排布式為3d9，Cu22s2p3s3p3d4s4sO中銅的價層電子排布式為 3d10，后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)，而前者不是(2)V形、正四面體 ＞ 硅烷為分子晶體，隨著相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔沸點(diǎn)升高(3)sp3配位－3033(4)原子晶體4π×10NAρrGa＋rAs×100%3MGa＋MAs解析(1)Cu為29號元素，原子核外有29個電子，所以核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1；CuO中銅的價電子排布式為3d9，Cu2O中銅的價電子排布式為3d10,3d10為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以高溫時生成 Cu2O。(2)硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物，則它們形成的組成最簡單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為V形和正四面體；若 “Si—H”中共用電子對偏向氫元素，說明硅顯正價，氫氣與硒反應(yīng)時單質(zhì)硒是氧化劑，說明硒顯負(fù)價，則硒與硅的電負(fù)性相對大小為 Se＞Si；硅烷的組成、結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的烷烴相似，所以硅烷是分子晶體，其熔、沸點(diǎn)與相對分子質(zhì)量的大小有關(guān)系，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。(3)與銦、鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子生成配合物，所以BF3·NH3中B原子含有 3個σ鍵和1個配位鍵，所以其價電子數(shù)為 4，B原子采取sp3雜化；B原子提供空軌道， N原子提供孤電子對， B、N原子之間形成配位鍵。(4)GaAs的熔點(diǎn)為 1238