选考大题专攻练(三) 物质结构与性质(A)
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可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 N-14
O-16 Na-23 Mg-24 Al-27 Si-28 S-32 Cl-35.5 Fe-56 Cu-64 As-75 I-127
1.(15分)原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素。其中A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素;E和C位于同一主族,F的原子序数为29。 (1)氟原子基态的外围核外电子排布式为________。
(2)在A、B、C三种元素中,第一电离能由小到大的顺序是________(用元素符号回答)。
(3)元素B的简单气态氢化物的沸点________(“高于”“低于”)元素A的简单气态氢化物的沸点,其主要原因是________。
(4)由A、B、C形成的离子CAB与AC2互为等电子体,则CAB的结构式为________。 (5)在元素A与E所形成的常见化合物中,A原子轨道的杂化类型为________。
(6)由B、C、D三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示,则该化合物的化学式为________。
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(7)FC在加热条件下容易转化为F2C,从原子结构的角度解释原因_ __。
【解析】原子序数依次增大的A、B、C、D、E、F六种元素,A的基态原子有3个不同的能级,各能级中的电子数相等,则A是碳元素;C的基态原子2p能级上的未成对电子数与A原子的相同,C原子序数大于A,则C为氧元素;B原子序数大于A而小于C,则B是氮元素;E和C位于同一主族,且E的原子序数小于29,则C是硫元素;D为它所在周期中原子半径最大的主族元素,原子序数小于S,则D是钠元素;F的原子序数为29,为铜元素。
(1)F是铜元素,其原子核外有29个电子,根据构造原理知铜元素基态原子的核外电子排布式为1s2s2p3s3p3d4s或[Ar]3d4s。
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(2)A、B、C分别是C、N、O,同一周期元素,元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势,但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素,所以电离能从小到大顺序是C (4)等电子体原子个数相等、价电子数相等,由C、N、O形成的离子OCN与CO2互为等电子体,根据二氧化碳结构式知OCN的结构简式为[NCO]。 (5)在元素C与S所形成的常见化合物为CS2,其结构式为SCS,所以中心碳原子采用sp杂化。 (6)由N、O、Na三种元素形成的化合物晶体的晶胞如图所示,该晶胞中氮原子个数=1+8×=2、氧原子个数=2+16×=4,钠原子个数=8×=2,所以该晶胞中Na、N、O个数之比=2∶2∶4=1∶1∶2,则化学式为NaNO2。 (7)在原子中电子层全满、半满和全空为稳定状态,Cu外围电子3d轨道全满稳定,Cu外围电子3d轨道电子非全满和半满状态,不稳定,所以CuO在加热条件下容易转化为Cu2O。 答案:(1)[Ar]3d4s(或1s2s2p3s3p3d4s) (2)C (7)Cu外围电子3d轨道全满稳定,Cu外围电子3d轨道电子非全满和半满状态,不稳定,所以CuO在加热条件下容易转化为Cu2O 【方法规律】等电子体 (1)互为等电子体应该满足的条件: ①在微粒的组成上,微粒所含原子数目相同; ②在微粒的构成上,微粒所含电子数目相同; ③在微粒的结构上,微粒中原子的空间排列方式相同。 (2)等电子原理的应用:根据等电子原理,可利用已知的分子的构型(几何构型、电子构型)和物理性质,来预测相应等电子分子的构型和物理性质。 2.(15分)物质的结构决定物质的性质。请回答下列涉及物质结构和性质的问题: (1)第2周期中,元素的第一电离能处于B与N之间的元素有________种。 (2)某元素位于第4周期Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,则其基态原子的价层电子排布式为________。 (3)乙烯酮(CH2CO)是一种重要的有机中间体,可用CH3COOH在(C2H5O)3PO存在下加热脱H2O得到。乙烯酮分子中碳原子杂化轨道类型是________, 1 mol(C2H5O)3PO分子中含有的σ键的数目为________。 - 2 - + 10 2+ 9 - 10 1 2 2 6 2 6 10 1 + 10 2+ 9 --- (4)已知固态NH3、H2O、HF的氢键键能和结构如下: 物质 (HF)n 冰 (NH3)n 氢键X—H…Y F—H…F O—H…O N—H…N 键能kJ·mol 28.1 18.8 5.4 -1 解释H2O、HF、NH3沸点依次降低的原因_ _。 (5)碳化硅的结构与金刚石类似,其硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能。碳化硅晶胞结构中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有________个,与碳原子等距离最近的碳原子有________个。已知碳化硅晶胞边长为apm,则晶胞图中1号硅原子和2号碳原子之间的距离为______________pm,碳化硅的密度为________g·cm。 -3 【解析】(1)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族元素第一电离能大于相邻元素,根据电离能的变化规律,半充满的氮原子和全充满的铍原子第一电离能要比同周期原子序数大的原子高,故第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有Be、C、O三种元素。 (2)元素位于第4周期Ⅷ族,其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同,碳原子的电子排布为1s2s2p,未成对电子数为2,则该元素为Ni,其基态原子的价层电子排布式为3d4s。 (3)在CH2CO中,一个碳原子的价层电子对数为原子的杂化轨道类型有sp和sp。 单键全是σ键、双键有一个σ键,1 mol(C2H5O)3PO分子中含有的σ键的数目为25NA。 (4)单个氢键的键能是(HF)n>冰>(NH3)n,而平均每个分子含氢键数:冰中2个,(HF)n和(NH3)n只有1个,气化要 - 3 - 2 2 2 2 8 2 =3,另一个碳原子的价层电子对数为=2,所以碳 克服的氢键的总键能是冰>(HF)n>(NH3)n。 (5)晶胞中硅原子数目为4、碳原子数目为8×+6×=4,每个硅原子周围有4个碳原子,原子配位数与原子数目成反比,则碳原子配位数也是4,即碳原子周围与其距离最近的硅原子数目为4;以顶点碳原子研究,与之距离最近的碳原子位于面心上,每个顶点原子为8个晶胞共用,每个面为2个晶胞共用,与碳原子等距离最近的碳原子有 =12个;作过1号硅原子的体对角线、2号碳原子的体对角线,相交于O点,与顶点碳原 子形成如图所示:,其中B为2号碳原子,C为1号硅原子,1号硅原子与周围的4个碳原子 形成正四面体,1号硅原子与顶点碳原子连线处于晶胞体对角线上,且距离为体对角线长度的,体对角线长度为(故( 2 apm,则OA=OB=a)-2×a)-2× 22 apm,故OC=apm,则: 2 a)+(a)+( 2 a×a× a×cos∠AOB=a,解得cos∠AOB= a×=BC, 2 解得BC= 晶胞质量为4×g,则晶体密度为4×g÷(a×10cm) -103 =g·cm。 8 2 -3 答案:(1)3 (2)3d4s (3)sp和sp 25NA (4)单个氢键的键能是(HF)n>冰>(NH3)n,而平均每个分子含氢键数:冰中2个,(HF)n和(NH3)n只有1个,气化要克服的氢键的总键能是冰>(HF)n>(NH3)n 2 (5)4 12 a 3.(15分)已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的原子序数依次增大。其中A元素原子的核外p电子数比s电子数少1。C是电负性最大的元素。D原子次外层电子数是最外层电子数2倍,E是第Ⅷ族中原子序数最小的元素。 (1)写出基态碳原子的电子排布式_ _。 (2)A、B两种元素的第一电离能由大到小的顺序为__________________ (用元素符号表示),原因是 - 4 -