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非選擇題專項訓練五　物質結構與性質(選修) 1.(2017河南豫南九校質評)碳、硅兩元素廣泛存在于自然界中。請回答下列問題: (1)基態(tài)14C原子的核外存在　　　　　對自旋狀態(tài)相反的電子,硅原子的電子排布式為　　　　　　。 (2)晶體硅的結構與金剛石非常相似。晶體硅中硅原子的雜化方式為　　　　雜化;金剛石、晶體硅和金剛砂(碳化硅)的熔點由高到低的順序為　　　　　　　　　　　　　　。 (3)科學研究結果表明,碳的氧化物CO2能夠與H2O借助于太陽能制備HCOOH。其反應原理如下:2CO2+2H2O2HCOOH+O2,則生成的HCOOH分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比是　　　　　。 (4)碳單質有多種形式,其中C60、石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示: ①C60、石墨烯與金剛石互為　。 ②C60形成的晶體是分子晶體,C60分子中含有12個五邊形和20個六邊形,碳與碳之間既有單鍵又有雙鍵,已知C60分子所含的雙鍵數(shù)為30,則C60分子中有　　　　　個C—C鍵(多面體的頂點數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關系,遵循歐拉定理:頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2)。在石墨烯晶體中,每個C原子連接　　　　　　個六元環(huán);在金剛石晶體中,每個C原子連接的最小環(huán)也為六元環(huán),六元環(huán)中最多有　　　　　個C原子在同一平面。 ③金剛石晶胞含有　　　　　個碳原子。若碳原子的半徑為r,金剛石晶胞的邊長為a,根據硬球接觸模型,則r=　　　　　a,碳原子在晶胞中的空間占有率為　　　　　(不要求計算結果)。 2.開發(fā)新型儲氫材料是氫能利用的重要研究方向。 (1)Ti(BH4)3是一種儲氫材料,可由TiCl4和LiBH4反應制得。 ①基態(tài)Ti3+的未成對電子有　　　　個。 ②LiBH4由Li+和BH4-構成,BH4-呈四面體構型,LiBH4中不存在的作用力有　　　　(填標號)。 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.離子鍵 B.共價鍵 C.金屬鍵 D.配位鍵 ③Li、B、H元素的電負性由大到小排列順序為　　　　　　　。 (2)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料,其晶胞結構示意圖如圖所示。該合金的化學式為　　　　　　。 3.H、C、N、O都屬于自然界中常見的非金屬元素。 (1)O、C、N三種元素中第一電離能最大的元素的基態(tài)原子的電子排布式為　　　　　　。 (2)O22+與N2互為等電子體,O22+的電子式可表示為　　　　　　　　　,O22+中σ鍵數(shù)目和π鍵數(shù)目之比為　　　　　　　。 (3)乙二胺(結構簡式為H2N—CH2—CH2—NH2)分子中的碳原子的雜化軌道類型為　　　　　　　　　　,Cu2+與乙二胺可形成配離子 ,該配離子中含有的化學鍵類型有　　　　(填字母)。 A.配位鍵 B.極性鍵 C.離子鍵 D.非極性鍵 (4)CO和N2的鍵能數(shù)據如下表所示(單位:kJmol-1): 物質 化學鍵 A—B(A) AB(A) A≡B(A) CO 357.7 798.9 1 071.9 N2 154.8 418.4 941.7 結合數(shù)據說明CO比N2活潑的原因:　。 (5)C、N元素形成的新材料的晶胞具有如圖所示結構,該晶體硬度超過目前世界上最硬的金剛石,成為超硬新材料,若晶胞邊長為a cm,則該晶體的密度是　　　　 gcm-3(只要求列算式,不必計算出數(shù)值,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。 4.由Cu、N、B、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛用途。 (1)基態(tài)Cu+的最外層核外電子排布式為　。 (2)研究者預想合成一個純粹由氮組成的新物種N5+N3-,若N5+中每個氮原子均滿足8電子結構,以下有關N5+推測正確的是　　　　。 A.N5+有24個電子 B.N5+中存在三對未成鍵的電子對 C.N5+中存在兩個氮氮三鍵 (3)化合物A(H3BNH3)是一種潛在的儲氫材料,它可由六元環(huán)狀化合物(HBNH)3通過3CH4+2(HBNH)3+6H2O3CO2+6H3BNH3制得。 ①與上述化學方程式有關的敘述不正確的是　　　　(填標號)。 A.反應前后碳原子的軌道雜化類型不變 B.CH4、H2O、CO2分子立體構型分別是:正四面體形、V形、直線形 C.第一電離能:N>O>C>B D.化合物A中存在配位鍵 ②1個(HBNH)3分子中有　　　　個σ鍵。 (4)在硼酸鹽中,陰離子有鏈狀、環(huán)狀等多種結構形式。圖(a)是一種鏈狀結構的多硼酸根,則多硼酸根離子符號為　　　　　。圖(b)是硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結構,其中硼原子采取的雜化類型為　　　　　　　。 5.碳元素不僅能形成豐富多彩的有機化合物,而且還能形成多種無機化合物,同時自身可以形成多種單質,碳及其化合物的用途廣泛。 (1)C60分子中每個原子接2個單鍵和一個雙鍵,它與F2發(fā)生加成反應,其加成產物的分子式為　　　　　;C60的晶體結構類似于干冰,則每個C60晶胞的質量為　　　　(用含NA的式子表示)。 (2)干冰和冰是兩種常見的分子晶體,下列關于兩種晶體的比較中正確的是　　　　。 A.晶體的密度:干冰>冰 B.晶體的熔點:干冰>冰 C.晶體中的空間利用率:干冰>冰 D.晶體中分子間相互作用力類型相同 (3)金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質,下列關于這兩種單質的敘述中正確的有　　　　。 A.金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化,石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化 B.晶體中共價鍵的鍵長:金剛石C—C<石墨中C—C C.晶體的熔點:金剛石>石墨 D.晶體中共價鍵的鍵角:金剛石>石墨 E.金剛石晶體中只存在共價鍵,石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力 F.金剛石和石墨的熔點都很高,所以金剛石和石墨都是原子晶體 (4)立方BN結構與金剛石相似,晶胞結構如下圖,在BN晶體中,B周圍最近的N所構成的立體圖形為　　　　　　,B與N之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目比為　　　　,一個晶胞中N數(shù)目為　　　　。 (5)碳與孔雀石共熱可以得到金屬銅,銅原子的原子結構示意圖為　　　　　　　　　　　　　　　　　,金屬銅采用面心立方最密堆積,則Cu的晶體中銅原子的配位數(shù)為　　　　　。已知Cu單質的晶體密度為ρ gcm-3,Cu的相對原子質量為M,阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值為NA,則Cu的原子半徑為　。 參考答案 非選擇題專項訓練五　物質結構與性質(選修) 1.答案 (1)2　1s22s22p63s23p2 (2)sp3　金剛石>金剛砂>晶體硅 (3)4∶1 (4)①同素異形體　②60　3　4?、?　38　3π16 解析 (1)14C原子核外的電子排布式為1s22s22p2,兩個s軌道上分別有2個自旋狀態(tài)相反的電子,根據洪特規(guī)則,另兩個p電子分居在兩個軌道上;硅原子的電子排布式為1s22s22p63s23p2。 (2)晶體硅的每個原子均形成了四個Si—Si鍵,所以硅原子采用sp3雜化;金剛石、晶體硅和金剛砂(碳化硅)三種晶體的結構相似,均為原子晶體,根據鍵長可以判斷三種晶體的熔點由高到低的順序為:金剛石>金剛砂>晶體硅。 (3)HCOOH分子中有1個σC—H鍵、1個σO—H鍵、2個σC—O鍵和1個πC—O鍵,即σ鍵和π鍵的個數(shù)比是4∶1。 (4)①C60、石墨烯與金剛石為不同結構的碳單質,三者互為同素異形體。②已知C60的頂點數(shù)為60,面數(shù)為32,由歐拉定理計算鍵數(shù)(即棱邊數(shù)):60+(12+20)-2=90,已知該分子中含雙鍵30個,C60分子中的單鍵數(shù)為:90-30=60。在石墨烯晶體中,每個C原子連接3個六元環(huán)。由金剛石的晶體結構圖可以看出,六元環(huán)中最多有4個C原子在同一平面。③由金剛石的晶胞結構可看出,碳原子位于晶胞的頂點、面心和體內,故晶胞中含有的碳原子數(shù)目為188+126+4=8。根據硬球接觸模型可知,在立方體的對角線上碳原子緊密接觸,故8r=3a,則r=38a,8個碳原子的體積為843πr3=843π(38a)3=3πa316,故原子利用率為3π16。 2.答案 (1)①1?、贑?、跦>B>Li (2)LaNi5 解析 (1)①基態(tài)Ti3+的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d1,其未成對電子數(shù)是1;②Li+和BH4-之間存在離子鍵,硼原子和氫原子之間存在共價鍵、配位鍵,所以該化合物中不含金屬鍵,故選C;③非金屬性越強其電負性越大,非金屬性最強的是H,其次是B,最小的是Li,所以Li、B、H的電負性由大到小排列順序為H>B>Li。 (2)La的原子個數(shù)=188=1,Ni的原子個數(shù)=812+1=5,所以該合金的化學式為LaNi5。 3.答案 (1)1s22s22p3 (2)[∶O??O∶]2+　1∶2 (3)sp3　ABD (4)雖然C≡O鍵的鍵能高達1 071.9 kJmol-1,比N≡N鍵的鍵能大,但是斷裂1 mol CO分子中第一個π鍵需要的能量只有273.0 kJ,而斷裂1 mol N2分子中第一個π鍵需要的能量是523.3 kJ,CO的第一個π鍵更易斷裂 (5)92a3NA 解析 (1)由于氮原子2p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài),失去1個電子需要較高能量,所以第一電離能在O、C、N三種元素中最大,C的原子半徑大于O的,失去1個電子所需能量低于O失去1個電子所需能量,故第一電離能大小順序為CO>C>B,C項對;在化合物A中氮原子上存在配位鍵,D項對;②根據(HBNH)3的分子結構是六元環(huán),共9個單鍵、3個雙鍵,故1個(HBNH)3分子中有12個σ鍵。(4)由圖(a)可知多硼酸根離子符號為[BO2]nn-(或BO2-);由圖(b)硼砂晶體可知其中硼原子采取的雜化類型為sp2、sp3。 5.答案 (1)C60F60　2 880NA g (2)AC　(3)AE (4)正四面體　3∶1　4 (5) 　12　2434MρNA cm 解析 (1)C60中雙鍵個數(shù)為60=30,加成產物的分子式為C60F60。設每個C60晶胞的質量為x,則 xNA=4720 gmol-1 x=4720 gmol-1NA=2 880NA g。 (2)干冰是面心立方堆積而冰是體心立方堆積,所以干冰的密度大于冰,空間利用率也大。 (4)B原子最外層有3個電子,所以B與N之間共價鍵與配位鍵的數(shù)目之比為3∶1。 (5)設晶胞的棱長為a。 則a3ρNA=4M a=34MρNA 面對角線為234MρNA。設銅原子半徑為r,則 4r=234MρNA r=2434MρNA cm。