高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)規(guī)范練37晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)含解析新人教版

一輪復(fù)習(xí)精品資料(高中)PAGEPAGE1晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)非選擇題(共5小題,共100分)1.(20分)磁性材料氮化鐵鎳合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨氣、氮?dú)?、氫氧化鈉、鹽酸等物質(zhì)在一定條件下反應(yīng)制得。(1)Fe3+的電子排布式是。

(2)NO3-和NH3中氮原子的雜化方式分別為(3)NH3的沸點(diǎn)高于PH3,其主要原因是。

(4)與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子的立體構(gòu)型是。

(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,剛開始時(shí)生成綠色Ni(OH)2沉淀,當(dāng)氨水過(guò)量時(shí),沉淀會(huì)溶解,生成〖Ni(NH3)6〗2+藍(lán)色溶液,則1mol〖Ni(NH3)6〗2+含有的σ鍵為mol。

圖1圖2(6)圖1是丁二酮肟與鎳形成的配合物,則分子內(nèi)含有的作用力有(填字母)。

A.氫鍵B.離子鍵C.共價(jià)鍵D.金屬鍵E.配位鍵組成該配合物分子且同屬第二周期元素的電負(fù)性由大到小的順序是。

(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數(shù)為,如果Fe的原子半徑為acm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則計(jì)算此單質(zhì)的密度表達(dá)式為g·cm-3(不必化簡(jiǎn))。

〖答案〗:(1)1s22s22p63s23p63d5或〖Ar〗3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子間可以形成氫鍵(4)V形(5)24(6)ACEO>N>C(7)856〖解析〗:(1)Fe為26號(hào)元素,則Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或〖Ar〗3d5。(2)NO3-為平面三角形,氮原子為sp2雜化;NH3為三角錐形,氮原子為sp(4)N3-電子數(shù)為10,與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子為H2O,分子的立體構(gòu)型為V形。(5)在〖Ni(NH3)6〗2+中,每個(gè)氮原子與3個(gè)氫原子形成σ鍵,同時(shí)還與鎳原子形成配位鍵,也是σ鍵,因此1mol〖Ni(NH3)6〗2+含有的σ鍵為4mol×6=24mol。(6)根據(jù)題圖可知碳碳間、碳氮間為共價(jià)鍵,氮鎳間為配位鍵,氧氫間為氫鍵;同一周期中,電負(fù)性隨著原子序數(shù)的增大而增大,該物質(zhì)中含有的第二周期元素有O、N、C,其電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺>N>C。(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式,則這種堆積模型為體心立方堆積,即在立方體的中心有一個(gè)鐵原子,與這個(gè)鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn),所以鐵的配位數(shù)為8,每個(gè)立方體中含有的鐵原子數(shù)為8×18+1=2,如果Fe的原子半徑為acm,則立方體的邊長(zhǎng)為4a3cm,對(duì)應(yīng)的體積為4a3cm3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA2.(20分)氮及其化合物與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)基態(tài)15N中有個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子,砷元素在元素周期表中位于第四周期且和氮元素同主族,基態(tài)砷原子的電子排布式為。

(2)元素C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)?用元素符號(hào)表示),NF3分子的立體構(gòu)型為。

(3)氨基乙酸(H2N—CH2—COOH)分子中,碳原子的雜化軌道類型有;1molH2N—CH2—COOH中含有σ鍵的數(shù)目為,二氧化碳為氨基乙酸分解的產(chǎn)物之一,寫出二氧化碳的一種等電子體(填化學(xué)式)。

(4)三氟化硼與氨氣相遇,立即生成白色固體,寫出該白色固體的結(jié)構(gòu)式:(標(biāo)注出其中的配位鍵);利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,圖1為該晶體的晶胞結(jié)構(gòu),該功能陶瓷晶體的化學(xué)式為。

(5)鐵與氨氣在640℃時(shí)可發(fā)生置換反應(yīng),其中一種產(chǎn)物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。已知該晶胞的邊長(zhǎng)為anm,則該晶體的密度為g·cm-3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值)。

〖答案〗:(1)71s22s22p63s23p63d104s24p3(2)N>O>C三角錐形(3)sp3、sp29NAN2O或N3(4)BN(5)8Fe+2NH32Fe4N+3H22.〖解析〗:(1)基態(tài)15N的核外有7個(gè)電子,所以有7個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子,砷元素位于第四周期且和氮元素同主族,為33號(hào)元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)同周期元素從左向右,第一電離能呈增大趨勢(shì),但第ⅡA族和第ⅤA族元素由于存在全滿或半滿狀態(tài),是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),第一電離能高于同周期相鄰元素,所以C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)镹>O>C,NF3分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+5-(3)氨基乙酸(H2N—CH2—COOH)中,—CH2—中的碳原子周圍有四個(gè)σ鍵,雜化類型為sp3雜化,羧基中的碳原子周圍有三個(gè)σ鍵,沒有孤電子對(duì),雜化類型為sp2雜化,1molH2N—CH2—COOH中含有9molσ鍵,所以σ鍵的數(shù)目9NA,一個(gè)二氧化碳分子中有三個(gè)原子,價(jià)電子數(shù)為16,與之互為等電子體的為N2O、N3(4)三氯化硼和三氟化硼常溫下都是氣體,所以它們固態(tài)時(shí)的晶體類型為分子晶體,硼元素具有缺電子性,其化合物可與具有孤電子對(duì)的分子或離子形成配合物,BF3能與NH3反應(yīng)生成BF3·NH3,B與N之間形成配位鍵,氮原子含有孤電子對(duì),所以氮原子提供孤電子對(duì),BF3·NH3結(jié)構(gòu)式為。根據(jù)圖1,利用均攤法可知,晶胞中含有硼原子數(shù)為4,晶胞中含有氮原子數(shù)為8×18+6×12=4,所以化學(xué)式為BN。(5)該晶胞中鐵原子個(gè)數(shù)=8×18+6×12=4,氮原子個(gè)數(shù)是1,所以氮化鐵的化學(xué)式是Fe4N,鐵與氨氣在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣和氮化鐵,所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Fe+2NH32Fe4N+3H2,該晶胞的邊長(zhǎng)為anm,則晶胞的體積為(a×10-7)3cm3,所以密度為238NA(a×10-7)3.(20分)由P、S、Cl、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛的用途。回答下列問(wèn)題:(1)基態(tài)氯原子核外電子占有的原子軌道數(shù)目為,P、S、Cl的第一電離能由大到小的排列順序?yàn)椤?/p>

(2)PCl3分子中的中心原子雜化軌道類型是,該分子的立體構(gòu)型為。

(3)PH4Cl的電子式為,Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中π鍵與σ鍵個(gè)數(shù)比為。

(4)已知MgO與NiO的晶體結(jié)構(gòu)(如圖甲)相同,其中Mg2+和Ni2+的離子半徑分別為66pm和69pm,則熔點(diǎn):MgO(填“>”“<”或“=”)NiO,理由是。甲乙(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),則C的坐標(biāo)參數(shù)為。

(6)一定溫度下,NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”,可以認(rèn)為O2-做密置單層排列,Ni2+填充其中(如圖乙),已知O2-的半徑為am,每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為g(用a、NA表示)。

〖答案〗:(1)9Cl>P>S(2)sp3三角錐形(3)〖H··H〗+〖··Cl··(4)>Mg2+半徑比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大(5)1(6)25〖解析〗:(1)基態(tài)氯原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,其核外電子占有的原子軌道數(shù)為9。同周期元素隨原子序數(shù)增大,元素第一電離能呈增大趨勢(shì),由于P元素原子的3p能級(jí)為半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),能量較低,第一電離能高于同周期相鄰元素,故第一電離能:Cl>P>S。(2)PCl3中P原子雜化軌道數(shù)為12×(5+3)=4,采取sp3(3)PH4Cl的電子式為〖H··H〗+〖··Cl······〗-;Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中Ni與C形成配位鍵(即σ鍵),CO中含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,則σ鍵個(gè)數(shù)為1(4)Mg2+的半徑比Ni2+小,所帶電荷數(shù)相同,所以氧化鎂的晶格能大于氧化鎳,則熔點(diǎn):MgO>NiO。(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),因C的x軸坐標(biāo)與B的x軸坐標(biāo)相同,y、z軸坐標(biāo)都在棱的中點(diǎn)上,所以C的坐標(biāo)參數(shù)為1,(6)根據(jù)題圖可知,每個(gè)氧化鎳“分子”所占的面積為(2×am)×(2×am×sin60°)=23a2m2,則每平方米面積上含有的氧化鎳“分子”個(gè)數(shù)為123a2,每個(gè)氧化鎳“分子”的質(zhì)量為75NA4.(2020全國(guó)Ⅰ)(20分)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)基態(tài)Fe2+與Fe3+中未成對(duì)的電子數(shù)之比為。

(2)Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是

。

I1/(kJ·mol-1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578(3)磷酸根離子的空間構(gòu)型為,其中P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為、雜化軌道類型為。

(4)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過(guò)共頂點(diǎn)、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有個(gè)。

電池充電時(shí),LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xFePO4,結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示,則x=,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=。

〖答案〗:(1)4∶5(2)Na與Li同主族,Na的電子層數(shù)更多,原子半徑大,易失電子Li、Be、B同周期,核電荷數(shù)依次增加。Be為1s22s2全充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),第一電離能最大。與Li相比,B核電荷數(shù)大,原子半徑小,較難失去電子,第一電離能較大(3)正四面體形4sp3(4)431613∶〖解析〗:(1)基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布式為3d64s2,失去外層電子轉(zhuǎn)化為Fe2+和Fe3+,這兩種基態(tài)離子的價(jià)電子排布式分別為3d6和3d5,根據(jù)洪特規(guī)則可知,基態(tài)Fe2+核外有4個(gè)未成對(duì)電子,基態(tài)Fe3+核外有5個(gè)未成對(duì)電子,所以未成對(duì)電子個(gè)數(shù)比為4∶5。(2)因?yàn)長(zhǎng)i和Na屬于同主族元素,從上至下,原子半徑增大,第一電離能逐漸減小,所以I1(Li)>I1(Na)。同周期元素,從左至右,第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),但由于第ⅡA族元素基態(tài)原子s能級(jí)軌道處于全充滿的狀態(tài)(如Be為1s22s2),能量更低更穩(wěn)定,所以其第一電離能大于同一周期的第ⅢA族元素(如B元素),與Li相比,B核電荷數(shù)大,原子半徑小,較難失去電子,第一電離能較大,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。(3)依據(jù)中心原子價(jià)層電子對(duì)計(jì)算公式,PO43-中不含孤電子對(duì),成鍵電子對(duì)數(shù)目為4,價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,故其VSEPR模型為正四面體形,P原子采用sp3(4)由題給信息知,圖(a)LiFePO4的晶胞中,含有4個(gè)由O構(gòu)成的正八面體(Fe存在于內(nèi)部)和4個(gè)由O構(gòu)成的正四面體(P存在于內(nèi)部)。再由電池充電時(shí),到圖(c)全部變?yōu)镕ePO4,對(duì)比圖(a)和(c)的差異可知,(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即為L(zhǎng)i+,其位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn),4個(gè)側(cè)面面心以及上、下底面各自的相對(duì)的兩條棱心處,經(jīng)計(jì)算一個(gè)晶胞中Li+的個(gè)數(shù)為8×18+4×12+4×14對(duì)比(a)和(b)兩個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,Li1-xFePO4相比于LiFePO4缺失一個(gè)面心的Li+以及一個(gè)棱心的Li+;結(jié)合前面的分析可知,LiFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i4Fe4P4O16,那么Li1-xFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i3.25Fe4P4O16,所以有1-x=3.254,即x在圖(b)中,化學(xué)式為L(zhǎng)i1-xFePO4,即Li1316FePO4,假設(shè)Fe2+和Fe3+數(shù)目分別為y和z,分別依據(jù)元素守恒和化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為0,可列方程組y+z=11316+2y+3z+5+(-2)×4=0,解得y=1316,z=5.(20分)碳是地球上組成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp雜化軌道成共價(jià)鍵,具有很強(qiáng)的結(jié)合能力,與其他元素結(jié)合成不計(jì)其數(shù)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)化合物,構(gòu)成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)基態(tài)碳原子核外有種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,其價(jià)層電子排布圖為。

(2)光氣的分子式為COCl2,又稱碳酰氯,是一種重要的含碳化合物,判斷其分子立體構(gòu)型為,其碳原子雜化軌道類型為雜化。

(3)碳酸鹽在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解,實(shí)驗(yàn)證明碳酸鹽的陽(yáng)離子不同、分解溫度不同,如表所示:碳酸鹽MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3熱分解溫度/℃40290011721360陽(yáng)離子半徑/pm6699112135試解釋為什么隨著陽(yáng)離子半徑的增大,碳酸鹽的分解溫度逐步升高?。

(4)碳的一種同素異形體——C60(結(jié)構(gòu)如圖甲),又名足球烯,是一種高度對(duì)稱的球碳分子。立方烷(分子式為C8H8,結(jié)構(gòu)是立方體,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為)是比C60約早20年合成出的一種對(duì)稱型烴類分子,而現(xiàn)如今已合成出一種立方烷與C60的復(fù)合型分子晶體,該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中。則該復(fù)合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為。(5)碳的另一種同素異形體——石墨,其晶體結(jié)構(gòu)如圖丙所示,虛線勾勒出的是其晶胞。則石墨晶胞含碳原子個(gè)數(shù)為個(gè)。已知石墨的密度為ρg·cm-3,C—C鍵鍵長(zhǎng)為rcm,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,計(jì)算石墨晶體的層間距為cm。

(6)碳的第三種同素異形體——金剛石,其晶胞如圖丁所示。已知金屬鈉的晶胞(體心立方堆積)沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖如圖A所示,則金剛石晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖應(yīng)該是圖(從A~D圖中選填)。

〖答案〗:(1)6(2)平面三角形sp2(3)因?yàn)樘妓猁}的分解過(guò)程實(shí)際上是晶體中陽(yáng)離子結(jié)合CO32-中的氧離子、使CO(4)C8H8·C60(或C60·C8H8)(5)416(6)D〖解析〗:(1)原子核外的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)各不相同,有幾個(gè)電子就有幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),故基態(tài)碳原子核外有6種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,碳原子價(jià)層電子排布圖為。(2)光氣COCl2的中心碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,分別與兩個(gè)Cl和一個(gè)O形成三個(gè)σ鍵,沒有孤電子對(duì),則其分子立體構(gòu)型為平面三角形,碳原子為sp2雜化。(4)根據(jù)復(fù)合型分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知,一個(gè)晶胞中含有C60的分子個(gè)數(shù)為8×18+6×12=4,含有C8H8的分子個(gè)數(shù)為4,則該復(fù)合型分子晶體的組成可以表示為C8H8·C60或C60·C8H(5)石墨的晶胞結(jié)構(gòu)如圖,設(shè)晶胞的底邊長(zhǎng)為acm,高為hcm,層間距為dcm,則h=2d,從圖中可以看出石墨晶胞含有4個(gè)碳原子,則:a2=r×sin60°?a=3ρg·cm-3=4NAmol-1×(6)由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知金剛石的晶胞相當(dāng)于一個(gè)大的體心立方堆積中套一個(gè)小的體心立方堆積,故根據(jù)金屬鈉的晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙面上的投影圖,可知金剛石的晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙面上的投影圖為D圖示。晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)非選擇題(共5小題,共100分)1.(20分)磁性材料氮化鐵鎳合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨氣、氮?dú)?、氫氧化鈉、鹽酸等物質(zhì)在一定條件下反應(yīng)制得。(1)Fe3+的電子排布式是。

(2)NO3-和NH3中氮原子的雜化方式分別為(3)NH3的沸點(diǎn)高于PH3,其主要原因是。

(4)與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子的立體構(gòu)型是。

(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,剛開始時(shí)生成綠色Ni(OH)2沉淀,當(dāng)氨水過(guò)量時(shí),沉淀會(huì)溶解,生成〖Ni(NH3)6〗2+藍(lán)色溶液,則1mol〖Ni(NH3)6〗2+含有的σ鍵為mol。

圖1圖2(6)圖1是丁二酮肟與鎳形成的配合物,則分子內(nèi)含有的作用力有(填字母)。

A.氫鍵B.離子鍵C.共價(jià)鍵D.金屬鍵E.配位鍵組成該配合物分子且同屬第二周期元素的電負(fù)性由大到小的順序是。

(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數(shù)為,如果Fe的原子半徑為acm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則計(jì)算此單質(zhì)的密度表達(dá)式為g·cm-3(不必化簡(jiǎn))。

〖答案〗:(1)1s22s22p63s23p63d5或〖Ar〗3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子間可以形成氫鍵(4)V形(5)24(6)ACEO>N>C(7)856〖解析〗:(1)Fe為26號(hào)元素,則Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或〖Ar〗3d5。(2)NO3-為平面三角形,氮原子為sp2雜化;NH3為三角錐形,氮原子為sp(4)N3-電子數(shù)為10,與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子為H2O,分子的立體構(gòu)型為V形。(5)在〖Ni(NH3)6〗2+中,每個(gè)氮原子與3個(gè)氫原子形成σ鍵,同時(shí)還與鎳原子形成配位鍵,也是σ鍵,因此1mol〖Ni(NH3)6〗2+含有的σ鍵為4mol×6=24mol。(6)根據(jù)題圖可知碳碳間、碳氮間為共價(jià)鍵,氮鎳間為配位鍵,氧氫間為氫鍵;同一周期中,電負(fù)性隨著原子序數(shù)的增大而增大,該物質(zhì)中含有的第二周期元素有O、N、C,其電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺>N>C。(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式,則這種堆積模型為體心立方堆積,即在立方體的中心有一個(gè)鐵原子,與這個(gè)鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn),所以鐵的配位數(shù)為8,每個(gè)立方體中含有的鐵原子數(shù)為8×18+1=2,如果Fe的原子半徑為acm,則立方體的邊長(zhǎng)為4a3cm,對(duì)應(yīng)的體積為4a3cm3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA2.(20分)氮及其化合物與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)基態(tài)15N中有個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子,砷元素在元素周期表中位于第四周期且和氮元素同主族,基態(tài)砷原子的電子排布式為。

(2)元素C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)?用元素符號(hào)表示),NF3分子的立體構(gòu)型為。

(3)氨基乙酸(H2N—CH2—COOH)分子中,碳原子的雜化軌道類型有;1molH2N—CH2—COOH中含有σ鍵的數(shù)目為,二氧化碳為氨基乙酸分解的產(chǎn)物之一,寫出二氧化碳的一種等電子體(填化學(xué)式)。

(4)三氟化硼與氨氣相遇,立即生成白色固體,寫出該白色固體的結(jié)構(gòu)式:(標(biāo)注出其中的配位鍵);利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,圖1為該晶體的晶胞結(jié)構(gòu),該功能陶瓷晶體的化學(xué)式為。

(5)鐵與氨氣在640℃時(shí)可發(fā)生置換反應(yīng),其中一種產(chǎn)物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。已知該晶胞的邊長(zhǎng)為anm,則該晶體的密度為g·cm-3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值)。

〖答案〗:(1)71s22s22p63s23p63d104s24p3(2)N>O>C三角錐形(3)sp3、sp29NAN2O或N3(4)BN(5)8Fe+2NH32Fe4N+3H22.〖解析〗:(1)基態(tài)15N的核外有7個(gè)電子,所以有7個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子,砷元素位于第四周期且和氮元素同主族,為33號(hào)元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)同周期元素從左向右,第一電離能呈增大趨勢(shì),但第ⅡA族和第ⅤA族元素由于存在全滿或半滿狀態(tài),是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),第一電離能高于同周期相鄰元素,所以C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)镹>O>C,NF3分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+5-(3)氨基乙酸(H2N—CH2—COOH)中,—CH2—中的碳原子周圍有四個(gè)σ鍵,雜化類型為sp3雜化,羧基中的碳原子周圍有三個(gè)σ鍵,沒有孤電子對(duì),雜化類型為sp2雜化,1molH2N—CH2—COOH中含有9molσ鍵,所以σ鍵的數(shù)目9NA,一個(gè)二氧化碳分子中有三個(gè)原子,價(jià)電子數(shù)為16,與之互為等電子體的為N2O、N3(4)三氯化硼和三氟化硼常溫下都是氣體,所以它們固態(tài)時(shí)的晶體類型為分子晶體,硼元素具有缺電子性,其化合物可與具有孤電子對(duì)的分子或離子形成配合物,BF3能與NH3反應(yīng)生成BF3·NH3,B與N之間形成配位鍵,氮原子含有孤電子對(duì),所以氮原子提供孤電子對(duì),BF3·NH3結(jié)構(gòu)式為。根據(jù)圖1,利用均攤法可知,晶胞中含有硼原子數(shù)為4,晶胞中含有氮原子數(shù)為8×18+6×12=4,所以化學(xué)式為BN。(5)該晶胞中鐵原子個(gè)數(shù)=8×18+6×12=4,氮原子個(gè)數(shù)是1,所以氮化鐵的化學(xué)式是Fe4N,鐵與氨氣在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣和氮化鐵,所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Fe+2NH32Fe4N+3H2,該晶胞的邊長(zhǎng)為anm,則晶胞的體積為(a×10-7)3cm3,所以密度為238NA(a×10-7)3.(20分)由P、S、Cl、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛的用途?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)基態(tài)氯原子核外電子占有的原子軌道數(shù)目為,P、S、Cl的第一電離能由大到小的排列順序?yàn)椤?/p>

(2)PCl3分子中的中心原子雜化軌道類型是,該分子的立體構(gòu)型為。

(3)PH4Cl的電子式為,Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中π鍵與σ鍵個(gè)數(shù)比為。

(4)已知MgO與NiO的晶體結(jié)構(gòu)(如圖甲)相同,其中Mg2+和Ni2+的離子半徑分別為66pm和69pm,則熔點(diǎn):MgO(填“>”“<”或“=”)NiO,理由是。甲乙(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),則C的坐標(biāo)參數(shù)為。

(6)一定溫度下,NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”,可以認(rèn)為O2-做密置單層排列,Ni2+填充其中(如圖乙),已知O2-的半徑為am,每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為g(用a、NA表示)。

〖答案〗:(1)9Cl>P>S(2)sp3三角錐形(3)〖H··H〗+〖··Cl··(4)>Mg2+半徑比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大(5)1(6)25〖解析〗:(1)基態(tài)氯原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,其核外電子占有的原子軌道數(shù)為9。同周期元素隨原子序數(shù)增大,元素第一電離能呈增大趨勢(shì),由于P元素原子的3p能級(jí)為半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),能量較低,第一電離能高于同周期相鄰元素,故第一電離能:Cl>P>S。(2)PCl3中P原子雜化軌道數(shù)為12×(5+3)=4,采取sp3(3)PH4Cl的電子式為〖H··H〗+〖··Cl······〗-;Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中Ni與C形成配位鍵(即σ鍵),CO中含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,則σ鍵個(gè)數(shù)為1(4)Mg2+的半徑比Ni2+小,所帶電荷數(shù)相同,所以氧化鎂的晶格能大于氧化鎳,則熔點(diǎn):MgO>NiO。(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),因C的x軸坐標(biāo)與B的x軸坐標(biāo)相同,y、z軸坐標(biāo)都在棱的中點(diǎn)上,所以C的坐標(biāo)參數(shù)為1,(6)根據(jù)題圖可知,每個(gè)氧化鎳“分子”所占的面積為(2×am)×(2×am×sin60°)=23a2m2,則每平方米面積上含有的氧化鎳“分子”個(gè)數(shù)為123a2,每個(gè)氧化鎳“分子”的質(zhì)量為75NA4.(2020全國(guó)Ⅰ)(20分)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。回答下列問(wèn)題:(1)基態(tài)Fe2+與Fe3+中未成對(duì)的電子數(shù)之比為。

(2)Li及其周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是。I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是

。

I1/(kJ·mol-1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578(3)磷酸根離子的空間構(gòu)型為,其中P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為、雜化軌道類型為。

(4)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過(guò)共頂點(diǎn)、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有個(gè)。

電池充電時(shí),LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1-xFePO4,結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示,則x=,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=。

〖答案〗:(1)4∶5(2)Na與Li同主族,Na的電子層數(shù)更多,原子半徑大,易失電子Li、Be、B同周期,核電荷數(shù)依次增加。Be為1s22s2全充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu),第一電離能最大。與Li相比,B核電荷數(shù)大,原子半徑小,較難失去電子,第一電離能較大(3)正四面體形4sp3(4)431613∶〖解析〗:(1)基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布式為3d64s2,失去外層電子轉(zhuǎn)化為Fe2+和Fe3+,這兩種基態(tài)離子的價(jià)電子排布式分別為3d6和3d5,根據(jù)洪特規(guī)則可知,基態(tài)Fe2+核外有4個(gè)未成對(duì)電子,基態(tài)Fe3+核外有5個(gè)未成對(duì)電子,所以未成對(duì)電子個(gè)數(shù)比為4∶5。(2)因?yàn)長(zhǎng)i和Na屬于同主族元素,從上至下,原子半徑增大,第一電離能逐漸減小,所以I1(Li)>I1(Na)。同周期元素,從左至右,第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),但由于第ⅡA族元素基態(tài)原子s能級(jí)軌道處于全充滿的狀態(tài)(如Be為1s22s2),能量更低更穩(wěn)定,所以其第一電離能大于同一周期的第ⅢA族元素(如B元素),與Li相比,B核電荷數(shù)大,原子半徑小,較難失去電子,第一電離能較大,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li)。(3)依據(jù)中心原子價(jià)層電子對(duì)計(jì)算公式,PO43-中不含孤電子對(duì),成鍵電子對(duì)數(shù)目為4,價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,故其VSEPR模型為正四面體形,P原子采用sp3(4)由題給信息知,圖(a)LiFePO4的晶胞中,含有4個(gè)由O構(gòu)成的正八面體(Fe存在于內(nèi)部)和4個(gè)由O構(gòu)成的正四面體(P存在于內(nèi)部)。再由電池充電時(shí),到圖(c)全部變?yōu)镕ePO4,對(duì)比圖(a)和(c)的差異可知,(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即為L(zhǎng)i+,其位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn),4個(gè)側(cè)面面心以及上、下底面各自的相對(duì)的兩條棱心處,經(jīng)計(jì)算一個(gè)晶胞中Li+的個(gè)數(shù)為8×18+4×12+4×14對(duì)比(a)和(b)兩個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,Li1-xFePO4相比于LiFePO4缺失一個(gè)面心的Li+以及一個(gè)棱心的Li+;結(jié)合前面的分析可知,LiFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i4Fe4P4O16,那么Li1-xFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i3.25Fe4P4O16,所以有1-x=3.254,即x在圖(b)中,化學(xué)式為L(zhǎng)i1-xFePO4,即Li1316FePO4,假設(shè)Fe2+和Fe3+數(shù)目分別為y和z,分別依據(jù)元素守恒和化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為0,可列方程組y+z=11316+2y+3z+5+(-2)×4=0,解得y=1316,z=5.(20分)碳是地球上組成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp雜化軌道成共價(jià)鍵,具有很強(qiáng)的結(jié)合能力,與其他元素結(jié)合成不計(jì)其數(shù)的無(wú)機(jī)