1、專題專題 1414 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（選修）物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（選修） 限時(shí)(60 分鐘) 1碳是地球上組成物質(zhì)最多的元素， 含碳元素的物質(zhì)在材料、 能源等領(lǐng)域具有廣泛的用途。 請(qǐng)回答下列問題： (1)我國科學(xué)家借助一種自主研制的新型鎢基合金催化劑，研究出單壁碳納米管結(jié)構(gòu)可控制 備方法。該學(xué)術(shù)成果發(fā)表在2014 年 6 月 26 日的自然 雜志(英國)上。單壁碳納米管可看 作由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體，其中碳原子的雜化方式為_。 (2)CO 的一種等電子體為 NO ，它的電子式為_；CO 與 Ni 可生成羰基鎳Ni(CO)4， 已知其中鎳為 0 價(jià)，鎳原子在基態(tài)時(shí)，核外電子排布式為 _；

2、Ni(CO)4的配體是 _，配位原子是_。 (3)下表是一組含碳物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)： 有機(jī)物 相對(duì)分子質(zhì)量 沸點(diǎn)/ 甲醇(CH3OH) 32 64.7 一氟甲烷(CH3F) 34 78.2 丙烯(CH3CH=CH 2) 42 47.4 甲醇的沸點(diǎn)高于一氟甲烷和丙烯的原因是_。 丙烯分子中 鍵與 鍵數(shù)目之比為_。 一氟甲烷的空間構(gòu)型為_。 解析：(1)石墨烯為平面結(jié)構(gòu)，其中碳原子為sp 雜化。 (2)CO 和 NO 互為等電子體， 結(jié)構(gòu)相似， 則可寫出它的電子式。 Ni(CO)4中， 中心原子是 Ni， 配體是 CO，配位原子是 C。 (3)甲醇分子中羥基氫原子與其他甲醇分子中的羥基氧原子形成氫鍵，

3、使其沸點(diǎn)升高；丙烯 分子中含有 6 個(gè) CH 鍵、 2 個(gè) CC 鍵和 1 個(gè) 鍵， 故 鍵與 鍵數(shù)目之比為 81； 一氟甲烷是甲烷中一個(gè)氫原子被F 原子取代的產(chǎn)物， 故一氟甲烷為四面體結(jié)構(gòu)， 但不是正四 面體。 答案：(1)sp (2)NO1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 或Ar3d 4sCOC (3)甲醇分子間存在氫鍵81四面體(答正四面體錯(cuò)) 2銅是一種歷史悠久的金屬材料，在現(xiàn)代生活中，銅及其化合物仍扮演著重要的角色。 (1)銅在元素周期表中的位置為第_周期，第_族，_區(qū)，基態(tài)亞銅離 子(Cu )的核外電子排布式為_。 226268282 2 2 (2)向 CuSO4溶液中逐漸加

4、入氨水至過量，可觀察到的現(xiàn)象為_，反應(yīng)的離子方程 式為_。 (3)鋰磷酸氧銅電池正極的活性物質(zhì)是 Cu4O(PO4)2，可通過下列反應(yīng)制備： 2Na3PO44CuSO42NH3H2O=Cu 4O(PO4)23Na2SO4(NH4)2SO4H2O PO4的空間構(gòu)型是_；與 NH3互為等電子體的分子、離子有_、_(各舉 一例)。 (4)利用反應(yīng)：Cu2Cl2C2H22NH3=Cu 2C2(乙炔亞銅，紅色)2NH4Cl 可檢驗(yàn)乙炔。乙炔分子 中 鍵與 鍵數(shù)目之比為_。 (5)Cu 元素與 H 元素可形成一種紅色化合物，其晶體結(jié)構(gòu)單元如圖所示。則該化合物的化學(xué) 式為_。 3 解析： (1)基態(tài) Cu

5、原子的價(jià)電子排布式為3d 4s ， 故銅在元素周期表中位于第四周期， 第B 族，ds 區(qū)?；鶓B(tài)亞銅離子(Cu )的核外電子排布式為 1s 2s 2p 3s 3p 3d 或Ar3d 。 (2)向 CuSO4溶液中逐漸加入氨水至過量，先生成Cu(OH)2沉淀，隨后沉淀溶解，生成 Cu(NH3)4 。 (3)PO4中 P 原子以 sp 形式雜化，其空間構(gòu)型是正四面體。與NH3互為等電子體的分子、離 子中應(yīng)有 4 個(gè)原子，且價(jià)電子總數(shù)為8。 (4)共價(jià)單鍵是 鍵，共價(jià)三鍵由 1 個(gè) 鍵和 2 個(gè) 鍵組成。1 個(gè) CHCH 分子中有 3 個(gè) 鍵，2 個(gè) 鍵。 111 (5)由均攤法可知，1 個(gè)晶胞中，N

6、(Cu)(66) (11) 36，N(H)6 13 623 6，N(Cu)N(H)11，所以該化合物的化學(xué)式為CuH。 答案：(1)四Bds1s 2s 2p 3s 3p 3d 或Ar3d (2)先生成藍(lán)色沉淀，隨后沉淀溶解，得到藍(lán)色溶液 Cu 4NH3H2O=Cu(NH 3)4 4H2O(或?qū)憙刹椒磻?yīng)的離子方程式) (3)正四面體PH3或 AsH3H3O 或 CH3 (4)32 (5)CuH 22 226261010 33 2 226261010 101 3AF 是前四周期除稀有氣體之外原子序數(shù)依次增大的六種元素。 A、C 的價(jià)電子層中未成 對(duì)電子數(shù)都是 2；D 核外的 s 能級(jí)的電子總數(shù)比

7、p 能級(jí)的電子總數(shù)少 1；基態(tài)E、F 原子的價(jià) 電子層中未成對(duì)電子數(shù)分別為4、2，且兩者原子序數(shù)相差2。回答下列問題： (1)E 能形成多種配合物，如E(AC)x。 基態(tài) E 原子的 M 層電子排布式為_。 配合物 E(AC)x的中心原子價(jià)電子數(shù)與配體提供的電子數(shù)之和為18，則x_。 E(AC)x常溫下呈液態(tài)，熔點(diǎn)為20.5，沸點(diǎn)為103，易溶于非極性溶劑，據(jù)此可判斷 E(AC)x晶體屬于_(填晶體類型)。 (2)寫出化合物 AC 的結(jié)構(gòu)式：_。 (3)很多不飽和有機(jī)物在 F 單質(zhì)的催化下可與 H2發(fā)生加成反應(yīng)，如CH2=CH 2、HCCH、 、HCHO。其中碳原子采取 sp 雜化的分子有_(

8、填物質(zhì)序號(hào))，HCHO 分子的立 2 體結(jié)構(gòu)為_，它加成產(chǎn)物的熔、沸點(diǎn)比 CH4的熔、沸點(diǎn)高，其主要原因是(須指明加 成產(chǎn)物是何物質(zhì))_ _。 (4)D 和 C 形成的一種只含有離子鍵的離子化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖， 以一 個(gè)陰離子周圍最近的所有陽離子為頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體為_。已知 該晶胞的密度為 gcm，阿伏加德羅常數(shù)為NA，求晶胞邊長a _cm。(用含 、NA的代數(shù)式表示) 解析：根據(jù)題目信息推斷，AF 元素分別是碳、氮、氧、鈉、鐵、鎳。 (1)Fe 原子核外有 26 個(gè)電子，核外電子排布式為 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ，則 Fe 原子 M 層電 子排布式為 3s 3p 3d 。

9、配合物 Fe(CO)x的中心原子是鐵原子，其價(jià)電子數(shù)是 8，每個(gè)配體 提供的電子數(shù)是 2,82x18，x5。根據(jù)題給信息知，F(xiàn)e(CO)5的熔、沸點(diǎn)較低，且易 溶于非極性溶劑，所以為分子晶體。 (2)化合物 AC 是 CO，其結(jié)構(gòu)式為 CO。 (3)CH2=CH 2 中每個(gè)碳原子形成 3 個(gè) 鍵，不含孤電子對(duì)，所以碳原子采取sp 雜化；CHCH 中每個(gè)碳原子形成 1 個(gè) CH 鍵，CC 鍵中還有 1 個(gè) 鍵，雜化軌道數(shù)為 112，所以 碳原子采取 sp 雜化；苯中每個(gè)碳原子形成 1 個(gè) CH 鍵，2 個(gè) CC 鍵，同時(shí)參與形 成大 鍵， 雜化軌道數(shù)為 123， 所以碳原子采取 sp 雜化； H

10、CHO 中碳原子形成 2 個(gè) CH 鍵，1 個(gè)碳氧雙鍵，雙鍵中含有1 個(gè) 鍵、1 個(gè) 鍵，雜化軌道數(shù)為 213，所以碳 原子采取 sp 雜化。HCHO 分子的立體結(jié)構(gòu)為平面三角形；HCHO 與 H2的加成產(chǎn)物是甲醇，甲 醇分子間形成氫鍵，所以甲醇的熔、沸點(diǎn)比CH4的熔、沸點(diǎn)高。 (4)該晶胞中實(shí)際含有黑球的個(gè)數(shù)為 81/861/24，白球位于立方體內(nèi)，全部屬于該 晶胞，共 8 個(gè)。故其化學(xué)式為 Na2O，白球表示 Na ，黑球表示 O 。以面心的 O 為研究對(duì)象， 22 2 2 2 266 2262662 3 可知一個(gè)陰離子周圍最近的陽離子有8 個(gè)，以這 8 個(gè)陽離子為頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體是立方體

11、。 624 3 248 N A m248 3Va (cm )，則a cm。 N A NA 3 答案：(1)3s 3p 3d5分子晶體 (2)CO (3)平面三角形加成產(chǎn)物 CH3OH 分子間能形成氫鍵 3 (4)立方體 248 NA 266 4元素周期表中，硼、硅、鍺、砷、釙等位于金屬和非金屬分界線附近，其單質(zhì)及化合物 應(yīng)用廣泛。請(qǐng)回答下列問題： (1)區(qū)分晶體 SiO2和非晶體 SiO2的最可靠的科學(xué)方法是_。 (2)基態(tài)砷原子有_個(gè)未成對(duì)電子，基態(tài)鍺原子外圍電子排布式為_。 (3)NaBF4中配離子是_(填離子符號(hào))。1 mol NH4BF4含_mol 配位鍵。 (4)硼酸與氫氧化鈉溶液反

12、應(yīng)的化學(xué)方程式為H3BO3NaOH=NaB(OH) 4。 H3BO3 中硼原子的雜化 類型為_。B(OH)4的空間構(gòu)型為_。 (5)鎵(Ga)、 鍺(Ge)、 砷(As)、 硒(Se)的第一電離能由大到小的排列順序?yàn)開。 (6)釙(Po)是一種放射性金屬，釙晶胞的堆積模型為簡(jiǎn)單立方堆積(如圖)，釙的摩爾質(zhì)量為 209 gmol ，晶胞的密度為 gcm 。該晶胞中原子的配位數(shù)為_；釙晶胞的邊 長為_pm(用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，用代數(shù)式表示晶胞的邊長)。 13 釙晶胞模型 解析：(1)X射線衍射法是區(qū)別晶體和非晶體的最可靠的科學(xué)方法。 (2)砷和氮位于同主族，基態(tài)原子有3 個(gè)未成對(duì)電子。鍺

13、和碳位于同主族，則鍺的價(jià)電子排 布式為 4s 4p 。 (3)NaBF4由 Na 與 BF4通過離子鍵結(jié)合而成，其中 BF4是配離子；NH4BF4由 NH4與 BF4通過離 子鍵結(jié)合而成，陰、陽離子各含1 個(gè)配位鍵。 (4)B(OH)3中硼原子采取 sp 雜化，B(OH)4中 B 原子采取 sp 雜化，B(OH)4的空間構(gòu)型為正四 面體。 (5)在周期表中，同周期元素從左至右，第一電離能呈增大的趨勢(shì)，但A 族元素最外層 s 軌道為全充滿穩(wěn)定狀態(tài)，A族元素最外層 p 軌道為半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能較大， 所以 As 的第一電離能大于 Se 的第一電離能，故 4 種元素的第一電離能：AsSeG

14、eGa。 (6)由釙的晶胞示意圖可知， 1 個(gè)晶胞含 1 個(gè)釙原子， 原子的配位數(shù)為 6。 設(shè)晶胞的邊長為a， 23 22 209mm m(Po) g， Po N A Va3 3 209209 10 ，a，a(cm)，1 cm110 pm，則a N A N A 3 3 209 10 10 pm。 N A 答案：(1)X射線衍射法 (2)34s 4p (3)BF42 (4)sp正四面體 (5)AsSeGeGa 3 209 10 (6)610 N A 5(2015高考福建卷)科學(xué)家正在研究溫室氣體CH4和 CO2的轉(zhuǎn)化和利用。 (1)CH4和 CO2所含的三種元素電負(fù)性從小到大的順序?yàn)開。 (2)

15、下列關(guān)于 CH4和 CO2的說法正確的是_(填序號(hào))。 a固態(tài) CO2屬于分子晶體 b. CH4分子中含有極性共價(jià)鍵，是極性分子 c因?yàn)樘細(xì)滏I鍵能小于碳氧鍵，所以CH4熔點(diǎn)低于 CO2 d. CH4和 CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp 和 sp (3)在 Ni 基催化劑作用下，CH4和 CO2反應(yīng)可獲得化工原料 CO 和 H2。 基態(tài) Ni 原子的電子排布式為_，該元素位于元素周期表中的第_族。 Ni 能與 CO 形成正四面體形的配合物Ni(CO)4,1mol Ni(CO)4中含有_ mol 鍵。 (4)一定條件下，CH4、CO2都能與 H2O 形成籠狀結(jié)構(gòu)(如下圖所示)的水合物晶體，其

16、相關(guān)參數(shù) 見下表。CH4與 H2O 形成的水合物晶體俗稱“可燃冰”。 3 2 22 參數(shù) 分子 CH4 CO2 分子直徑/nm 0.436 0.512 分子與 H2O 的結(jié)合能E/kJmol 16.40 29.91 1 “可燃冰”中分子間存在的2 種作用力是_。 為開采深海海底的“可燃冰”，有科學(xué)家提出用 CO2置換 CH4的設(shè)想。已知上圖中籠狀結(jié) 構(gòu)的空腔直徑為 0.586 nm，根據(jù)上述圖表，從物質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的角度分析，該設(shè)想的依據(jù) 是_。 解析：(1)非金屬性越強(qiáng)，則電負(fù)性越大，故H、C、O 的電負(fù)性依次增大。 (2)CO2是由非金屬元素形成的分子晶體， a 選項(xiàng)正確；CH4分子是正四面

17、體結(jié)構(gòu)， 其為非極性 分子，b 選項(xiàng)錯(cuò)誤；CH4和 CO2都是分子晶體，分子晶體的相對(duì)分子質(zhì)量越大， 熔、沸點(diǎn)越高， 故 c 選項(xiàng)錯(cuò)誤；CH4為正四面體結(jié)構(gòu)，故碳原子的雜化類型是 sp ，CO2為直線形分子，故碳 原子的雜化類型是 sp，d 選項(xiàng)正確。 (3)Ni 的原子序數(shù)為 28，故基態(tài) Ni 原子的電子排布式為 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ；在元素周 期表中，Ni 位于第四周期、第族。 1個(gè)CO分子中存在1個(gè)鍵， 而Ni(CO)4中Ni與CO之間還存在4個(gè)鍵， 故1 mol Ni(CO)4 中含有 8 mol 鍵。 (4)可燃冰中存在分子間作用力即范德華力，另外水分子間還存

18、在氫鍵。 分子與 H2O 的結(jié)合能越大表明越容易與H2O 結(jié)合。 答案：(1)H、C、O (2)a、d (3)1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 或Ar3d 4s8 (4)氫鍵、 范德華力CO2的分子直徑小于籠狀結(jié)構(gòu)空腔直徑， 且與 H2O 的結(jié)合能大于 CH4 6(2016江西六校聯(lián)考)前四周期元素 A、B、C、D、E、F，原子序數(shù)依次增大，其中A 和 B 同周期，固態(tài)的 AB2能升華；C 和 E 原子都有一個(gè)未成對(duì)電子，C 比 E 少一個(gè)電子層，E 原子得到一個(gè)電子后 3p 軌道全充滿； D 最高價(jià)氧化物中 D 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%， 且核內(nèi)質(zhì)子數(shù) 等于中子數(shù)；F 為紅色單質(zhì)，有 F 和 F 兩種離子?；卮鹣铝袉栴}： (1)元素電負(fù)性：D_E(填“”“”“”或“”)； (3)AE4中 A 原子雜化軌道方式為_雜化，其固態(tài)晶體類型為_； (4)F 的核外電子排布式為_；向 F 的硫酸鹽中逐滴加入氨水先產(chǎn)生沉淀，后沉淀溶 解為深藍(lán)色溶液，加入乙醇會(huì)析出藍(lán)色晶體，該晶體中F 與 NH3之間的化學(xué)鍵為_； (5)氫化物的沸點(diǎn) B 比 D 高的原因是_； (6)元素 X 的某價(jià)態(tài)陰離子 X 中所有電子正好充滿 K 和 L 電子層，CnX 晶體的最小結(jié)構(gòu)單元