第37题 物质结构与性质(选考)[命题人的忠告]1.熟练书写常见的4种金属及其离子的核外电子排布式：Cr、Fe、Cu、Zn。2.掌握同周期元素第一电离能比较：同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅤA>ⅥA>ⅣA，ⅡA>ⅢA>ⅠA。3.牢记3种分子的杂化方式和空间构型：CH4：sp3杂化，正四面体；NH3：sp3杂化，三角锥形；H2O：sp3杂化，V形。4.学会σ键与π键的判断方法：单键均为σ键；双键、三键中含有1个σ键，其余为π键。5.掌握有关晶体计算的常用方法：运用分摊法正确确定晶胞中所含原子的个数。[典例剖析](10分)钒(V)、砷(As)、镍(Ni)均为第四周期元素，钒位于ⅤB族，砷位于ⅤA族，镍位于Ⅷ族。请回答下列相关问题。(1)基态钒原子的电子排布式为____________________，钒有＋2、＋3、＋4、＋5等几种化合价，这几种价态中，最稳定的是________价。(2)砷与氯气反应可得到AsCl3、AsCl5两种氯化物。其中属于非极性分子的是________，AsCl3分子的中心原子杂化类型是________，分子的空间构型是________。(3)高纯度砷可用于生产具有半导体“贵族”之称的新型半导体材料GaAs，镓(Ga)为第四周期ⅢA族元素，Ga与As相比，第一电离能较大的是________。(4)镍和镧形成的一种合金具有储氢功能，该合金储氢后的晶胞如下图所示：镍和镧形成的这种合金的化学式是________________，1mol镧形成的该合金能储存________mol氢气。[推理分析] (1)基态钒原子的电子排布式为[Ar]3d34s2，当原子价层电子全部失去时，形成的离子最外层达到稳定的电子层结构，故＋5价最稳定。(2)AsCl5分子中砷的价电子均成键，故它是非极性分子；AsCl3\n分子中的价层电子对数为4，其中孤电子对数为1，因此砷原子为sp3杂化，分子的空间构型为三角锥形。(4)由晶胞结构知，8个La全在晶胞顶点，故一个晶胞中La个数为8×＝1,8个Ni在晶胞面上，1个Ni在晶胞内，故一个晶胞中Ni个数为8×＋1＝5，因此该合金化学式为LaNi5；8个H2在晶胞棱上，2个H2在晶胞面上，故一个晶胞中H2个数为8×＋2×＝3，因此1molLa形成的该合金能储存3mol氢气。[答案及评分标准] (1)[Ar]3d34s2(或1s22s22p63s23p63d34s2)(1分) ＋5(1分) (2)AsCl5(1分) sp3(1分) 三角锥形(1分) (3)As(或砷)(1分) (4)LaNi5(2分) 3(2分)[挑战满分](限时35分钟)1.元素周期表中，金属和非金属分界线附近的元素性质特殊，其单质及化合物应用广泛，成为科学研究的热点。(1)锗(Ge)可以作半导体材料，写出基态锗原子的电子排布式______________________。(2)环硼氮六烷的结构和物理性质与苯很相似，故称为无机苯，其结构为①第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有______种。②无机苯分子中1个氮原子给有空轨道的硼原子提供1个孤电子对，形成1个________键。③硼、氮原子的杂化方式是______________。(3)硅烷的通式为SinH2n＋2，随着硅原子数增多，硅烷的沸点逐渐升高，其主要原因是____________________。最简单的硅烷是SiH4，其中的氢元素显－1价，其原因为________________________________________________________________________。(4)根据价层电子对互斥理论(VSEPR)推测：AsCl3的VSEPR模型名称：______________；AsO的立体构型：______________。(5)钋(Po)是一种放射性金属，它的晶胞堆积模型为简单立方堆积，钋的摩尔质量为209g·mol－1，晶胞的密度为ρg·cm－3，则它晶胞的边长a为________pm。(NA表示阿伏加德罗常数，用代数式表示晶胞边长)\n2.氟是电负性最大的非金属元素，又因其半径较小，极易和金属元素反应，并将它们氧化到最高价态，生成MnF7、VF5、CaF2等。氟还可以和氧形成一系列的氟化物，如OF2、O2F2、O4F2等。请回答下列问题：(1)如图所示为一个完整的CaF2晶胞，则图中空心球表示__________(填“F－”或“Ca2＋”)。设晶胞边长为a，则Ca2＋与F－之间的最近距离为__________。(2)OF2分子中氧原子的轨道杂化类型为__________，OF2被称为氟化物而不被称为氧化物的原因是______________________________。(3)O2F2是一种强氧化剂，由O2和F2在低温下合成，运用VSEPR模型给出O2F2分子的结构式：____________，O2F2是________(填“极性”或“非极性”)分子。(4)氢氟酸是一种弱酸，但很浓的氢氟酸是一种强酸，其原因是________________________________________________________________________。3.(1)C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是____________________。(2)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的空间构型是________；与N2H4分子属于等电子体的是_________________________________________________________________(写出一种即可)。(3)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：①Ni原子的核外电子排布式为___________________________________________________；②NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO______FeO(填“<”或“>”)；③NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为________________、_____________________________。(4)元素金(Au)处于周期表中的第六周期，与Cu同族，其价电子排布与Cu相似，Au原子的价电子排布式为________；一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心位置，Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子个数之比为__________；该晶体中，原子之间的强相互作用是__________；上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2\n晶胞(如图)的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为____________________。4.元素周期表第四周期中共有18种元素，请回答下列有关问题。(1)金属钒(V)在材料科学上有重要作用，被称为“合金的维生素”，基态钒原子的价电子排布式为________，第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。但Ga的第一电离能却明显低于Zn的，原因是______________________。(2)已知四溴化锗是电子工业中的一种常用试剂，其熔点为26.1℃，沸点为186℃，则GeBr4晶体的类型为________，中心原子的杂化类型为________。(3)第四周期ⅤA～ⅦA族的元素中，电负性由大到小的顺序为_______________________________________________________________(用元素符号表示)。(4)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是________(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为apm，金属铜的密度为ρg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________mol－1(用含a、ρ的代数式表示)。5.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。(1)金属镍能与CO形成配合物Ni(CO)4，写出与CO互为等电子体的一种分子和一种离子的化学式________、__________。(2)很多不饱和有机物在Ni催化下可与H2发生加成反应。如①CH2===CH2、②HC≡CH、③、④HCHO，其中碳原子采取sp2杂化的分子有________(填物质序号)，HCHO分子的立体结构为________形。(3)丁二酮肟常用于检验Ni2＋。在稀氨水中，丁二酮肟与Ni2＋\n反应生成鲜红色沉淀，其结构如图所示。该结构中，除共价键外还存在配位键和氢键，请在图中用箭头和“…”表示出配位键和氢键。答案精析第37题 物质结构与性质(选考)[挑战满分]1.(1)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2(2)①3 ②配位 ③sp2(3)相对分子质量增大，分子间作用力增大 氢原子的电负性比硅原子电负性大(4)四面体形 正四面体形 (5)×1010解析 (2)①根据电离能的变化规律，具有半充满和全充满的电子构型元素的稳定性较高，所以第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素。②无机苯类似苯结构，分子存在大π键。由单方原子提供孤电子对与含空轨道的原子形成配位键。③类比苯的结构可知，由硼氮原子形成平面六元环结构，所有原子共面，B、N都是sp2杂化。(3)硅烷相对分子质量随着硅原子数的增多而增大，硅烷分子间作用力增大，硅烷沸点升高；氢原子的电负性大，吸引电子能力比硅强。(4)三氯化砷分子中砷原子价电子有4对，其中3个成键电子对、1个孤电子对，VSEPR模型包括孤电子对和成键电子对，VSEPR模型为四面体形；AsO中砷原子价电子对数为4(＝4)，4个电子对都是成键电子对，它的立体构型为正四面体形。(5)钋晶胞模型如图所示：1个晶胞含1个钋原子。1cm＝1×1010pm，m(Po)＝g；ρ＝＝，a3＝，a＝cm＝×1010pm。\n2.(1)Ca2＋ (2)sp3 氧化物中氧元素的化合价为－2，而在OF2中氧元素的化合价为＋2价 (3) 极性(4)因为F－有很强的结合质子的能力，与未电离的HF之间以氢键的方式结合，从而有效地降低了溶液中F－的浓度，促使原来的电离平衡向右移动，因此酸性增强解析 (1)根据晶胞特点和CaF2中阴、阳离子个数之比为2∶1可知图中空心球表示Ca2＋。晶胞边长即立方体的边长为a，体对角线为a，则阴、阳离子间的最短距离为a。(3)根据价层电子对互斥理论可知O2F2的结构式为，为不对称结构，因此是极性分子。3.(1)N>O>C(2)三角锥形 CH3OH(或其他合理答案)(3)①1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2) ②> ③6 6(4)5d106s1 3∶1 金属键 H8AuCu34.(1)3d34s2 Zn的价电子层处于全充满状态，较稳定 (2)分子晶体 sp3 (3)Br>Se>As (4)b ×1030解析 (1)Ga的基态原子价电子排布式为4s24p1，锌的为3d104s2，前者的4p1为不稳定结构，而后者的4s2为稳定结构，故前者的第一电离能较小。(2)由GeBr4的熔、沸点知其晶体类型为分子晶体，GeBr4中锗形成四个单键，故其为sp3杂化。(3)同周期主族元素的电负性随原子序数的增大而增大。(4)a图中1个“花球”的周围有6个相邻的“白球”，1个“白球”的周围有3个相邻的“花球”，则“花球”与“白球”的个数比为1∶2；同理可分析b图，其中“花球”与“白球”的个数比为1∶3，则b图所表示的物质的化学式为AX3。根据均摊法知图乙表示的晶胞中含有4个铜原子，所以1mol该晶胞含4mol铜原子，1mol该晶胞的体积是NA(a×10－10)3cm3，则有10－30ρNAa3＝4mol×64g·mol－1。\n5.(1)N2 CN－(或O、C、NO＋) (2)①③④ 平面三角(3)见图
