高中化學(xué)探究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

高能炸藥BNCP的結(jié)構(gòu)

用題設(shè)置1」

1.基態(tài)C。原子的核外電子排布式為[Ar]3d74s2,基態(tài)Co?+的價(jià)電子軌道表示式

2.元素H、N、0第一電離能的大小順序?yàn)镹>O>H。

3.在高能炸藥BNCP分子中，N的雜化類型為sp3和sp2、Cl的雜化類型為整。

4.C104中的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,其空間結(jié)構(gòu)為正四面體。

5.BNCP中陽(yáng)離子的中心原子為Cc）3+,其配體是什么？配位

數(shù)是多少？配位原子是什么？

提示：配體是NH3和配位數(shù)是6；配位原子是N。

6.1mol中。鍵數(shù)目為多少？

提示：8NA

7.BNCP分子中，微粒間存在離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵、氫鍵等相互作用。

8.C03+在某溶液中捕捉N5離子，成功制得全氮陰離子金屬鹽CO（N5）2（H2O）4-4H2O,已

知其結(jié)構(gòu)式為：

此鹽中存在的作用力有哪些？C。的配位數(shù)是多少？

提示：共價(jià)鍵、配位鍵、氫鍵6

「情境素H2」

全氮陰離子鹽（N5）6（H.Q）3（NH4）4C1的結(jié)構(gòu)單元

I問題設(shè)置2」

1.上述結(jié)構(gòu)中兩種陽(yáng)離子是什么？它們中心原子雜化，空間結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別？請(qǐng)分析。

提示：H30+和NH4NH1和H30+的中心原子N和0的雜化軌道類型均為sp3雜化，

即價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,共價(jià)鍵類型均為。鍵，呈現(xiàn)出來的空間結(jié)構(gòu)不同，NH：為正四面體形,

H3O*為三角錐形。

2.陰離子Ns中。犍的數(shù)目為多少？電子總數(shù)為多少？

提示：N。為五元環(huán)，有5個(gè)。鍵，電子總數(shù)為36。

3.上述結(jié)構(gòu)中含有氫鍵，用A—H…B表示其中的氫鍵。

提示：O—H-N,N—H-N

4.已知全氮陰離子鹽的晶體密度為dg-cnT3,其立方晶胞參數(shù)為“nm,晶胞中含有y

個(gè)KN5）6（HQ）3（NH4）4C1］單元，該單元的摩爾質(zhì)量為晶胞體積為多少？晶胞質(zhì)量為多少？

則密度計(jì)算式是什么？寫出分析步驟。

yM

3-213

提示：VM=aX10cmm弱第=NAg

加一度yM

P=K=^^X1021g-cm-3

洸移應(yīng)用」

I.2021年，自修復(fù)材料、自適應(yīng)材料、新型傳感材料等智能材料技術(shù)將大量涌現(xiàn)，為

生物醫(yī)療、國(guó)防軍事以及航空航天等領(lǐng)域發(fā)展提供支撐。

（1）我國(guó)科研工作者基于丁二酮的氨酯基團(tuán)的多重反應(yīng)性，研制了一種強(qiáng)韌、自愈的超

級(jí)防護(hù)材料，其中的分子機(jī)制如圖所示。

Cu在元素周期表中位于________區(qū)，M層中核外電子能量最高的電子云在空間有

個(gè)伸展方向。C、N、0第一電離能由大到小的順序?yàn)椤?/p>

（2）氧化石墨烯基水凝膠是一類新型復(fù)合材料，對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原可得到還原氧化

石墨烯，二者的結(jié)構(gòu)如圖所示:

HOOC

氧化石墨烯

還原石墨烯

還原石墨烯中碳原子的雜化形式是,上圖中氧化石墨烯轉(zhuǎn)化為還原石墨烯時(shí),

1號(hào)C與其相鄰C原子間鍵能的變化是（填“變大”“變小”或“不變”），二者當(dāng)

中在水溶液中溶解度更大的是（填物質(zhì)名稱），原因?yàn)椤?/p>

（3）神化硼是近期受到廣泛關(guān)注一種ni—v半導(dǎo)體材料。碎化硼為立方晶系晶體，該晶

胞中原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為：

B：（0,0,0）；2,0）；（2-0,I）：（（），2-1）;……

111）（133）（313）（33.

As：口，4>口，4>4；;短,4>4>:區(qū)4>

請(qǐng)?jiān)趫D中畫出碑化硼晶胞的俯視圖，已知晶體密度為dg/cnP,AS半徑

為apm,假設(shè)As、B原子相切，則B原子的半徑為pm（寫

計(jì)算表達(dá)式）?？贐

解析：（l）Cu原子核外有29個(gè)電子，基態(tài)Cu原子的核外電子排布式為[Ar]3di04si,Cu

在元素周期表中位于ds區(qū)，M層中核外電子能量最高的電子云為3d能級(jí)電子云，在空間有

5個(gè)伸展方向；C、0、N元素都是第2周期非金屬元素，同一周期元素自左而右第一電離

能呈增大趨勢(shì)，但N元素原子2P能級(jí)是半滿穩(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N>O>C；（2）根據(jù)還原石墨烯的結(jié)構(gòu)可知該物質(zhì)中碳原子有形成

碳碳雙鍵的不飽和碳原子還有只形成單鍵的飽和碳原子，所以碳原子的雜化方式為sp3和

sp2；氧化石墨烯中1號(hào)C連接的O原子吸引電子能力較強(qiáng)，導(dǎo)致與1號(hào)C原子相鄰C原

子對(duì)電子的吸引力減小，所以氧化石墨烯轉(zhuǎn)化為還原石墨烯時(shí)，1號(hào)C與其相鄰C原子間

鍵能變大；氧化石墨烯中含有的羥基更多，與水分子間形成的氫鍵更多，所以氧化石墨烯溶

解度更大；（3）由各原子坐標(biāo)，可知晶胞中B原子處于晶胞的頂點(diǎn)、面心位置，而As原子處

于晶胞內(nèi)部，處于B原子形成的正四面體體心位置，晶胞三維結(jié)構(gòu)如圖所示：(注:

小球大小不代表原子半徑大小)，投影時(shí)頂點(diǎn)原子形成正方形的頂點(diǎn)，左、右側(cè)面及前、后

面的面心原子投影處于正方形棱心，而上、下底面面心原子投影重合處于正方形的中心，

As原子投影處于原子處于正方形內(nèi)部且處于正方形對(duì)角線上(As原子投影、上下底面面心B

原子投影將對(duì)角線4等分)，故碑化硼晶胞的俯視圖為：i\*

;根據(jù)晶胞三維結(jié)構(gòu)示

意圖可知，位于體對(duì)角線上的原子相切，即As原子和B原子的半徑之和的四倍即體對(duì)角線

11

的長(zhǎng)度；根據(jù)均攤法，一個(gè)晶胞中As原子個(gè)數(shù)為4,B原子個(gè)數(shù)為8XW+6X]=4,所以晶

75X4+11X4344344

胞的質(zhì)量為瓦g=7/Ag>晶胞密度為dg/cnP,則晶胞的體積為麗cm3,則晶

3/3443/3443/344

胞的邊長(zhǎng)為1/標(biāo)cm=，麻XI。1。pm,則晶胞的體積對(duì)角線的長(zhǎng)度為小X，痂

X10%所以B原子的半徑為倬義士黑義|01。一jpm。

答案：(l)ds5N>O>C

(2)sp3和sp2變大氧化石墨烯

氧化石墨烯中含有的羥基更多，與水分子間形成的氫鍵更多，溶解度更大

亞3/344

4Xy標(biāo)X10I?！猘

2.近期我國(guó)學(xué)者研制出低成本的電解“水制氫”催化劑——鎂摻雜的磷化鉆三元納米

片電催化劑(Nio.1Coo.9P)?；卮鹣铝袉栴}：

(l)Co在元素周期表中的位置為,C02+價(jià)層電子排布式

為。

(2)Co、Ni可形成[CO(NH3)6]C12、K3[CO(NO3)6],Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等多種配合物。

①SOM的空間結(jié)構(gòu)為,NO3中N原子的雜化軌道類型為o

②C、N、0、S四種元素中，第一電離能最大的是。

?1mol[CO(NH3)6JC12中含有o鍵的數(shù)目為；已知NF3比NH3的沸點(diǎn)小得多，

試解釋原因.

(3)常用丁二酮后來檢驗(yàn)Ni2+,反應(yīng)如下:

H(>-N'/CH3

Ni2+(aq)+2C(aq)=—

X

H（）—N〃CH3

丁二酮月虧

(s)+2H+(aq)

二（丁二酮胎）合鎮(zhèn)（口）

①1個(gè)二（丁二酮月虧）合銀（II）中含有個(gè)配位鍵。

②上述反應(yīng)的適宜pH為（填字母序號(hào)）

A.12B.5?10C.1

（4）磷化硼是一種備受關(guān)注的耐磨涂料，其晶體中磷原子作面心立方最密堆積，硼原子

填入四面體空隙中（如圖）。已知磷化硼晶體密度為pg-cm-3,計(jì)算晶體中硼原子和磷原子的

最近核間距為cmo

解析：（1）C。為27號(hào)元素，位于元素周期表第4周期W族；基態(tài)Co原子價(jià)層電子排布

式為3d74s2,失去最外層2個(gè)電子形成Co2+,所以Co?"的價(jià)層電子排布式為3d7；（2）①硫

6+2—4X2

酸根離子中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4+2=4,無孤對(duì)電子，所以空間結(jié)構(gòu)為正

5+1—3X2

四面體結(jié)構(gòu)；NO3中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+2=3,所以為sp2雜化；②同

主族元素自上而下第一電離能逐漸減小，同周期元素自左向右第一電離能呈增大趨勢(shì)，但

HA族、VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以4中元素中第一電離能最大的為N元

素；③6個(gè)NH3與Co?+之間形成6個(gè)配位鍵，屬于c鍵，每個(gè)氨氣分子中的氮?dú)滏I也為c

鍵，共6+3X6=24,所以1mo“Co（NH3）6]C12含有的◎鍵個(gè)數(shù)為24NA；N元素電負(fù)性較大，

所以NH3分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)較高；（3）①根據(jù)N原子的成鍵特點(diǎn)可知，在二（丁二酮月虧）

合鎂中N原子和Ni2+形成的化學(xué)鍵均為配位鍵，所以1個(gè)二（丁二酮肪）合鑲（H）中含有4個(gè)

配位鍵；②堿性太