1、非选择题专项训练五 物质结构与性质( 选修)1.(2017 河南豫南九校质评)碳、硅两元素广泛存在于自然界中。请回答下列问题 :(1)基态 14C 原子的核外存在 对自旋状态相反的电子,硅原子的电子排布式为 。 (2)晶体硅的结构与金刚石非常相似。晶体硅中硅原子的杂化方式为 杂化;金刚石、晶体硅和金刚砂(碳化硅)的熔点由高到低的顺序为 。 (3)科学研究结果表明,碳的氧化物 CO2 能够与 H2O 借助于太阳能制备 HCOOH。其反应原理如下:2CO2+2H2O 2HCOOH+O2,则生成的 HCOOH 分子中 键和 键的个数比是 。 (4)碳单质有多种形式,其中 C60、石墨烯与金刚石的晶体
2、结构如图所示:C 60、石墨烯与金刚石互为 。 C 60 形成的晶体是分子晶体,C 60 分子中含有 12 个五边形和 20 个六边形,碳与碳之间既有单键又有双键,已知 C60 分子所含的双键数为 30,则 C60 分子中有 个 CC 键(多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2)。在石墨烯晶体中,每个 C 原子连接 个六元环;在金刚石晶体中,每个 C 原子连接的最小环也为六元环 ,六元环中最多有 个 C原子在同一平面。 金刚石晶胞含有 个碳原子。若碳原子的半径为 r,金刚石晶胞的边长为 a,根据硬球接触模型,则 r= a,碳原子在晶胞中的空间占有率为 (不要
3、求计算结果)。 2.开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向。(1)Ti(BH4)3 是一种储氢材料, 可由 TiCl4 和 LiBH4 反应制得。基态 Ti3+的未成对电子有 个。 LiBH 4 由 Li+和 B 构成,B 呈四面体构型,LiBH 4 中不存在的作用力有 (填标号)。 -4 -4A.离子键 B.共价键C.金属键 D.配位键Li 、B、H 元素的电负性由大到小排列顺序为 。 (2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为 。 3.H、C、N、O 都属于自然界中常见的非金属元素。(1)O、C、N 三种元素中第一电离能最大的元素的
4、基态原子的电子排布式为 。 (2) 与 N2 互为等电子体, 的电子式可表示为 , 中 键数目和 键数2+2 2+2 2+2目之比为 。 (3)乙二胺(结构简式为 H2NCH2CH2NH2)分子中的碳原子的杂化轨道类型为 ,Cu2+与乙二胺可形成配离子 ,该配离子中含有的化学键类型有 ( 填字母)。 A.配位键 B.极性键C.离子键 D.非极性键(4)CO 和 N2 的键能数据如下表所示(单位:kJmol -1):化学键物质 AB(A) A B(A) AB(A)CO 357.7 798.9 1 071.9N2 154.8 418.4 941.7结合数据说明 CO 比 N2 活泼的原因: 。 (
5、5)C、N 元素形成的新材料的晶胞具有如图所示结构,该晶体硬度超过目前世界上最硬的金刚石 ,成为超硬新材料,若晶胞边长为 a cm,则该晶体的密度是 gcm -3(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏加德罗常数的值为 NA)。 4.由 Cu、N、B、Ni 等元素组成的新型材料有着广泛用途。(1)基态 Cu+的最外层核外电子排布式为 。 (2)研究者预想合成一个纯粹由氮组成的新物种 ,若 N5+中每个氮原子均满足 8 电子结构,以下+5-3有关 N5+推测正确的是 。 A. 有 24 个电子+5B. 中存在三对未成键的电子对+5C. 中存在两个氮氮三键+5(3)化合物 A(H3BNH3)是一种潜在
6、的储氢材料,它可由六元环状化合物 (HB NH)3 通过3CH4+2(HB NH)3+6H2O 3CO2+6H3BNH3 制得。与上述化学方程式有关的叙述不正确的是 (填标号) 。 A.反应前后碳原子的轨道杂化类型不变B.CH4、H 2O、CO 2 分子立体构型分别是 :正四面体形、V 形、直线形C.第一电离能:NOCBD.化合物 A 中存在配位键1 个(HB NH)3 分子中有 个 键。 (4)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。图 (a)是一种链状结构的多硼酸根,则多硼酸根离子符号为 。图(b)是硼砂晶体中阴离子的环状结构 ,其中硼原子采取的杂化类型为 。 5.碳元素不仅能形成丰
7、富多彩的有机化合物,而且还能形成多种无机化合物,同时自身可以形成多种单质,碳及其化合物的用途广泛。(1)C60 分子中每个原子接 2 个单键和一个双键 ,它与 F2 发生加成反应,其加成产物的分子式为 ;C60 的晶体结构类似于干冰,则每个 C60 晶胞的质量为 ( 用含 NA 的式子表示)。 (2)干冰和冰是两种常见的分子晶体,下列关于两种晶体的比较中正确的是 。 A.晶体的密度:干冰冰B.晶体的熔点:干冰 冰C.晶体中的空间利用率:干冰冰D.晶体中分子间相互作用力类型相同(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质,下列关于这两种单质的叙述中正确的有 。 A.金刚石中碳原子的杂化类型为 s
8、p3 杂化,石墨中碳原子的杂化类型为 sp2 杂化B.晶体中共价键的键长:金刚石 CC 石墨D.晶体中共价键的键角:金刚石石墨E.金刚石晶体中只存在共价键,石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力F.金刚石和石墨的熔点都很高,所以金刚石和石墨都是原子晶体(4)立方 BN 结构与金刚石相似,晶胞结构如下图,在 BN 晶体中 ,B 周围最近的 N 所构成的立体图形为 ,B与 N 之间共价键与配位键的数目比为 ,一个晶胞中 N 数目为 。 (5)碳与孔雀石共热可以得到金属铜,铜原子的原子结构示意图为 ,金属铜采用面心立方最密堆积,则 Cu 的晶体中铜原子的配位数为 。已知 Cu 单质的晶体密度为 g
9、cm-3,Cu 的相对原子质量为 M,阿伏加德罗常数的数值为 NA,则 Cu 的原子半径为 。 参考答案非选择题专项训练五 物质结构与性质(选修)1.答案 (1)2 1s 22s22p63s23p2(2)sp3 金刚石 金刚砂晶体硅(3)41(4)同素异形体 60 3 4 8 38 316解析 (1)14C 原子核外的电子排布式为 1s22s22p2,两个 s 轨道上分别有 2 个自旋状态相反的电子,根据洪特规则,另两个 p 电子分居在两个轨道上;硅原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p2。(2)晶体硅的每个原子均形成了四个 SiSi 键,所以硅原子采用 sp3 杂化; 金刚石、晶体
10、硅和金刚砂(碳化硅 )三种晶体的结构相似,均为原子晶体,根据键长可以判断三种晶体的熔点由高到低的顺序为:金刚石金刚砂 晶体硅。(3)HCOOH 分子中有 1 个 CH 键、1 个 OH 键、2 个 CO 键和 1 个 CO 键,即 键和 键的个数比是 41。(4)C 60、石墨烯与金刚石为不同结构的碳单质,三者互为同素异形体。已知 C60 的顶点数为60,面数为 32,由欧拉定理计算键数(即棱边数):60+(12+20)-2=90, 已知该分子中含双键 30 个,C 60 分子中的单键数为:90-30=60。在石墨烯晶体中 ,每个 C 原子连接 3 个六元环。由金刚石的晶体结构图可以看出,六元
11、环中最多有 4 个 C 原子在同一平面。由金刚石的晶胞结构可看出,碳原子位于晶胞的顶点、面心和体内,故晶胞中含有的碳原子数目为 8+ 6+4=8。根据硬球接触模型可知,在立方体18 12的对角线上碳原子紧密接触,故 8r= a,则 r= a,8 个碳原子的体积为 8 r3=8 ( a)3= ,338 43 43 38 3316故原子利用率为 。3162.答案 (1)1 C HBLi(2)LaNi5解析 (1)基态 Ti3+的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d1,其未成对电子数是 1;Li +和 B 之间-4存在离子键,硼原子和氢原子之间存在共价键、配位键,所以该化合物中不含金
12、属键,故选 C;非金属性越强其电负性越大,非金属性最强的是 H,其次是 B,最小的是 Li,所以 Li、B 、H 的电负性由大到小排列顺序为 HBLi。(2)La 的原子个数= 8=1,Ni 的原子个数=8 +1=5,所以该合金的化学式为 LaNi5。18 123.答案 (1)1s22s22p3(2)O O 2+ 12(3)sp3 ABD(4)虽然 CO 键的键能高达 1 071.9 kJmol-1,比 NN 键的键能大,但是断裂 1 mol CO 分子中第一个 键需要的能量只有 273.0 kJ,而断裂 1 mol N2 分子中第一个 键需要的能量是 523.3 kJ,CO 的第一个 键更易
13、断裂(5)923解析 (1)由于氮原子 2p 轨道上的电子处于半充满状态,失去 1 个电子需要较高能量,所以第一电离能在 O、C、N 三种元素中最大,C 的原子半径大于 O 的,失去 1 个电子所需能量低于 O 失去 1 个电子所需能量,故第一电离能大小顺序为 COCB,C 项对;在化合物 A 中氮原子上存在配位键,D 项对;根据(HB NH)3 的分子结构是六元环 ,共 9 个单键、3 个双键,故 1 个(HB NH)3分子中有 12 个 键。(4)由图(a)可知多硼酸根离子符号为BO 2 (或 B );由图(b) 硼砂晶体可知- -2其中硼原子采取的杂化类型为 sp2、sp 3。5.答案 (1)C60F60 g2 880(2)AC (3)AE(4)正四面体 31 4(5) 12 cm2434解析 (1)C60 中双键个数为60=30,加成产物的分子式为 C60F60。设每个 C60 晶胞的质量为 x,则xNA=4720 gmol-1x= g。4720 -1 =2 880(2)干冰是面心立方堆积而冰是体心立方堆积,所以干冰的密度大于冰 ,空间利用率也大。(4)B 原子最外层有 3 个电子, 所以 B 与 N 之间共价键与配位键的数目之比为 31。(5)设晶胞的棱长为 a。则 a3NA=4Ma=34面对角线为 。设铜原子半径为 r,则2344r=234r= cm。2434
