综 合 训 练
1.碳族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的应用。回答下列问题:
(1)基态Sn原子中,核外电子占据的最高能级符号为 ,该能级具有的原子轨道数为 。 恶劣的太阳
(2)Ge单晶具有晶体硅型结构,Ge单晶的晶体类型为 。Ge与同周期的 As、Se相比较,第一电离能由大到小的顺序是 。 (3)资料表明,二氧化三碳(C3O2)是金星大气的主要成分之一,其分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构。C3O2中碳原子的杂化方式为 ,分子中σ键与π键的个数之比为 。
(4)碳化硅的晶体结构类似于金刚石(如图所示),1个碳化硅晶胞净占 个碳原子;二氧化硅晶体中最小环上的原子个数之比为 。 (5)石墨可作润滑剂,其主要原因是 。
(6)晶体硅的结构类似于金刚石,已知距离最近的两个硅原子之间的距离为a cm,则硅晶体的密度为 g·cm-3(用含有a的代数式表示,用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
【解析】(1)Sn是第五周期ⅣA元素,则基态Sn原子中,核外电子占据的最高能级符号为5p,该能级具有的原子轨道数为3。(2)Ge单晶具有晶体硅型结构,因此Ge单晶的晶体类型为原子晶体。同周期自左向右第一电离能逐渐增大,但由于As的5p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,因此Ge与同周期的 As、Se相比较,第一电离能由大到小的顺序是As>Se>Ge。(3)分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构,则碳原子的杂化方式为sp,双键由1个σ键与1个π键组成,因此分子中σ键与π键的个数之比为1∶1。(4)根据碳化硅的晶体结构可判断1个碳化硅晶胞净占8×+6×=4个碳原子;二氧化硅晶体中最小的环有12个原子,由于每个硅原子被12个环所共有,因此每个环只占有该硅原子的,因为每个最小环上有6个硅原子,所以每个最小环平均拥有的硅原子数为6×=0.5个,又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的,因此每个最小环平均拥有的氧原子的数目为0.5×2=1个,所以二氧化硅晶体中最小环上的原子个数之比为2∶1。(5)由于石墨晶体具有片层结构,片层之间靠微弱的范德华力结合,可以滑动,所以石墨可作润滑剂。(6)晶胞中Si个数=8×+6×+4=8,故晶胞质量为8×g,硅晶体的密度为ρ g•cm-3,则晶胞棱长= cm,则晶胞对角线长度为×cm,故最近的两个硅原子之间的距离为××cm=a cm,解得ρ= g·cm-3。
【答案】(1)5p 3
(2)原子晶体 As>Se>Ge
气门摇臂
(3)sp 1∶1
(4)4 2∶1
(5)石墨晶体具有片层结构,片层之间靠微弱的范德华力结合,可以滑动
(6)
2.铁、钴、镍等金属单质及化合物的应用广泛。
(1)LiFePO4是锂离子电池材料,请写出Fe2+的外围电子排布图: ,其中P的立体构型是 。 (2)化合物“钴酞菁”能显著提升二次电池的充放电效率,图1是改性“氨基钴酞菁”分子的结构图。
①写出氨基钴酞菁中N原子的杂化轨道类型: 。
②写出一种与N互为等电子体的中性分子的结构式: 。
③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,能使其水溶性得到有效改善,请简述其原因: 。
(3)1 mol [Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是 。K3[Co(NO2)6]中四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 。
(4)Sr和Ca为同族金属元素,SrCO3比CaCO3分解温度更高,请简述其原因: 。
(5)图2所示为NiO晶体的晶胞示意图:
①该晶胞中阴、阳离子总数是 。
②在NiO晶体中Ni2+的半径为a pm,O2-的半径为b pm,假设它们在晶体中是紧密接触的,则在NiO晶体中原子的空间利用率为 。(用含字母a、b的计算式表达)
【解析】(1)铁的原子序数是26,则Fe2+的价层电子排布图为
。其中P中P的价层电子对数为4,且不存在孤电子对,所以立体构型是正四面体形。(2)①氨基钴酞菁中N 原子既能形成双键,也能形成单键,则N原子杂化轨道类型为sp2箱包手把、sp3。②原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,则与氨基阴离子N互为等电子体的中性分子为 H2O或H2S等。③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,由于引入的氨基上的H原子可与水分子形成氢键,所以能使其水溶性得到有效改善。(3)单键都是σ键,双键中含有1个σ键,则1 mol [Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是 18NA。非金属性越强,第一电离能越大,氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,则K3[Co(NO2)6]中四种元素的第一电离能由大到小的顺序是N>O>Co>K。(4)①该晶胞中氧离子个数为8×+6×=4,镍离子个数为12×+1=4,因此占有阴阳离子总数是8。②晶胞中共含有4个Ni2+和4个O2-,体积为π(a3+b3) cm3×4,晶胞的边长为(2a+2b) cm,晶胞体积为(2a+2b)3 cm3,氯化钠晶体中离子的空间利用率为=××100%。
【答案】(1)
正四面体形
(2)①sp2、sp3 ②(或) ③引入的氨基上的H原子可与水分子形成氢键
(3)18NA N>O>Co>K
(4)钙离子的半径比锶离子小,产物中CaO的晶格能大于SrO的晶格能,CaO相对稳定,更易结合碳酸根离子中的氧离子,使碳酸根离子分解为CO2,故碳酸钙更易分解
(5)①8 ②××100%
3.氮和磷元素的单质和化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛,请回答下列问题:
(1)科学家合成了一种阳离子为“”,其结构是对称的,5个N排成“V”形,每个N原子都达到8电子稳定结构,且含有2个氮氮三键;此后又合成了一种含有“”化学式为“N8”的离子晶体,其电子式为 ,其中的阴离子的空间构型为 。
(2)2001年德国专家从硫酸铵中检出一种组成为N4H4(SO4)2的物质,经测定,该物质易溶于水,在水中以S和N4两种离子的形式存在。N4极易被植物根系吸收,但它遇到碱时会生成类似白磷的N4分子,不能被植物吸收。1个N4中含有 个σ键。
(3)氨(NH3)和膦(PH3)是两种三角锥形气态氢化物,其键角分别为107°和93.6°,试分析PH3的键角小于NH3的原因: 。
(4)P4S3可用于制造火柴,其分子结构如图1所示。
①P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为 。
②每个P4S3分子中含孤电子对的数目为 。
(5)某种磁性氮化铁的晶胞结构如图2所示,该化合物的化学式为 。若晶胞底边长为a nm,高为c nm,则这种磁性氮化铁的晶体密度为 (用含a、c和NA的式子表示)g·cm-3。
【解析】(1)N5结构是对称的,5个N排成V形,5个N结合后都达到8电子结构,且含有2个键,满足条件的结构为,故“N5”带一个单位正电荷。因此化学式为“N8”的离子晶体是由和形成的,电子式为[N︙︙N︙︙]+ ]-。其中的阴离子和CO2互为等电子体,则其空间构型为直线形。(2)N4与白磷的结构类似为三角锥形,因此N4的结构式为,所以1个N4电动车测功机中含有10个σ键。 (3)由于N的电负性强于P,对成键电子对的吸引能力更强,成键电子对离中心原子更近,成键电子对之间距离更小,排斥力更大致使键角更大,因而PH3的键角小于NH3。(4)①P4S3分子中硫原子的价层电子对数是4,含有2对孤电子对,杂化轨道类型为sp3。②分子中每个P含有1对孤对电子,每个S含有2对孤电子对,则每个P4S3分子中含孤电子对的数为4×1+3×2=10。(5)根据均摊法在氮化铁晶胞中,含有N原子数为2,Fe原子数为2×+12×+3=6,所以氮化铁的化学式Fe3N;若晶胞底边长为a nm,高为c nm,则晶胞的体积是a2c nm3,所以这种磁性氮化铁的晶体密度为g·cm-3=×1021 g·cm-3。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议