《高中化学》第11题物质结构与性质综合题

第11题物质结构与性质综合题复习建议：4课时(题型突破2课时习题2课时)1.(2022·全国甲卷)2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯(CH2=CH2)与四氟乙烯(CF2=CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为__________。(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是__________(填标号)，判断的根据是__________；第三电离能的变化图是__________(填标号)。(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构__________。(4)CF2=CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为__________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因_________________________________________________________________。(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为apm，正负离子的核间距最小为__________pm。答案(1)(2)图a同一周期第一电离能有增大的趋势，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高图b(3)(4)sp2sp3C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能，键能越大，化学性质越稳定(5)Ca2＋eq\f(\r(3),4)a解析(1)F为第9号元素，其电子排布为1s22s22p5，则其价电子排布图为。(2)C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能有增大的趋势，但由于N元素的2p能级为半充满状态，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，因此C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C<O<N<F，满足这一规律的图像为图a，气态基态正2价阳离子失去1个电子生成气态基态正3价阳离子所需要的能量为该原子的第三电离能，同一周期原子的第三电离能的总体趋势也依次升高，但由于C原子在失去2个电子之后的2s能级为全充满状态，因此其再失去一个电子需要的能量稍高，则满足这一规律的图像为图b。(3)固体HF中存在氢键，则(HF)3的链状结构为。(4)由于F元素的电负性较大，因此在与C原子的结合过程中形成的C—F的键能大于聚乙烯中C—H的键能，键能的强弱决定物质的化学性质，键能越大，化学性质越稳定，因此聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯。(5)根据萤石晶胞结构，X离子分布在晶胞的顶点和面心上，则1个晶胞中X离子共有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，Y离子分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个Y离子，因此该晶胞的化学式应为XY2，结合萤石的化学式可知，X为Ca2＋；根据晶胞，将晶胞分成8个相等的小正方体，仔细观察CaF2的晶胞结构不难发现F－位于晶胞中8个小立方体中互不相邻的4个小立方体的体心，小立方体边长为eq\f(1,2)a，体对角线为eq\f(\r(3),2)a，Ca2＋与F－之间距离就是小晶胞体对角线的一半，因此晶体中正负离子的核间距的最小距离为eq\f(\r(3),4)apm。2.(2022·全国乙卷)卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)氟原子激发态的电子排布式有______________________________________，其中能量较高的是__________(填标号)。a.1s22s22p43s1b.1s22s22p43d2c.1s22s12p5d.1s22s22p33p2(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个________杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))。②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的顺序是________________________________________________，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl越强；(ⅱ)_________________________________________________________________。(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为__________。解释X的熔点比Y高的原因_________________________________________________________________。(4)α－AgI晶体中I－作体心立方堆积(如图所示)，Ag＋主要分布在由I－构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag＋不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α－AgI晶体在电池中可作为__________。已知阿伏加德罗常数的值为NA，则α－AgI晶体的摩尔体积Vm＝________m3·mol－1(列出算式)。答案(1)add(2)①sp2σ②一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl键的键长越短(3)CsClCsCl为离子晶体，ICl为分子晶体(4)电解质eq\f(NA×（504×10－12）3,2)解析(1)F的原子序数为9，其基态原子电子排布式为1s22s22p5，1s22s22p43s1为基态氟原子2p能级上的1个电子跃迁到3s能级上，属于氟原子的激发态，a正确；1s22s22p43d2，核外共10个电子，不是氟原子，b错误；1s22s12p5，核外共8个电子，不是氟原子，c错误；1s22s22p33p2为基态氟原子2p能级上的2个电子跃迁到3p能级上，属于氟原子的激发态，d正确；而同一原子3p能级的能量比3s能级的能量高，因此能量较高的是1s22s22p33p2。(2)①一氯乙烯的结构式为，碳原子采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Clσ键。②C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强，C—Cl键的键长越短，一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时s成分多，sp3杂化时s成分少，同时Cl参与形成的大π键越多，形成的C—Cl的键长越短，一氯乙烯中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，一氯乙炔中Cl的3p轨道与C的2p轨道形成2个3中心4电子的大π键(Πeq\o\al(4,3))，因此三种物质中C—Cl键长的顺序为一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。(3)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而CsCl为离子晶体，熔化时克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl高。(4)由题意可知，在电场作用下，Ag＋不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α－AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质；每个晶胞中含碘离子的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2个，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n＝eq\f(N,NA)mol＝eq\f(2,NA)mol，晶胞体积V＝a3pm3＝(504×10－12)3m3，则α－AgI晶体的摩尔体积Vm＝eq\f(V,n)＝eq\f(（504×10－12）3m3,\f(2,NA)mol)＝eq\f(NA×（504×10－12）3,2)m3·mol－1。3.(2021·全国甲卷)我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。(2)CO2分子中存在________个σ键和________个π键。(3)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6℃)之间，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为apm、apm、cpm，该晶体密度为________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。答案(1)3s23p2原子晶体(或共价晶体)sp3②(2)22(3)甲醇和水均能形成分子间氢键，而甲硫醇不能，且水比甲醇的氢键多(4)8eq\f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30)2－x解析(1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子(共价)晶体。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。(2)CO2分子的结构为O=C=O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(3)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。(4)以ZrO2晶胞结构的上面面心的Zr4＋为研究对象，将晶体结构向上由1个晶胞延长为2个晶胞，可观察到与该Zr4＋距离最近的O2－有8个，则Zr4＋的配位数为8。该晶胞中含8个O2－，Zr4＋个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(个)，则1个晶胞的质量为eq\f(4×91＋8×16,NA)g，1个晶胞的体积为a2c×10－30cm3，则该晶体的密度为eq\f(4×91＋8×16,NAa2c×10－30)g·cm－3。该晶体中，Zr为＋4价，Zn为＋2价，O为－2价，由化合物中各元素化合价代数和为0可得，2x＋4×(1－x)－2y＝0，解得y＝2－x。4.(2021·全国乙卷)过渡金属元素铬(Cr)是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1B.4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C.电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中提供电子对形成配位键的原子是________________，中心离子的配位数为________。(3)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2＋中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如下图所示。PH3中P的杂化类型是________。NH3的沸点比PH3的________，原因是_________________________________________________________________。H2O的键角小于NH3的，分析原因：_______________________________________________________________________________________________。(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________%(列出计算表达式)。答案(1)AC(2)N、O、Cl6(3)sp3高NH3分子间存在氢键H2O、NH3分子中的O原子、N原子均为sp3杂化，其中心原子的孤电子对数分别为2、1，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力，因此孤电子对数越多，键角越小(4)铝eq\f(2×\f(4,3)πreq\o\al(3,Al)＋4×\f(4,3)πreq\o\al(3,Cr),a2c)×100解析(1)轨道处于半充满状态时体系总能量低，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，A正确；由量子力学的基本理论可知，4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置，B错误；铬的电负性比钾的大，对键合电子的吸引力比钾的大，C正确。(2)当共价键中共用的电子对是由其中一个原子(离子)独自提供，另一个原子(离子)提供空轨道时，就形成配位键，观察该物质的化学式可知，该配合物中提供电子对形成配位键的原子为N、O、Cl，中心离子的配位数为6。(3)由题图可知，PH3的中心原子P形成3个σ键电子对和1个孤电子对，则其杂化方式为sp3。NH3、PH3均为分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3沸点更高。H2O、NH3分子中的O原子、N原子均为sp3杂化，其中心原子的孤电子对数分别为2、1，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力，因此孤电子对数越多，键角越小。(4)由题图可知，1个晶胞中所含灰球的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2(个)，白球的个数为8×eq\f(1,4)＋2＝4(个)，已知该物质的化学式为AlCr2，故灰球代表铝原子，位于顶角和体心，白球代表铬原子，位于棱上和晶胞内。由题给晶胞图可知，该晶胞的体积为a2c，则金属原子空间占有率＝eq\f(晶胞内微粒总体积,晶胞体积)×100%，即eq\f(2×\f(4,3)πreq\o\al(3,Al)＋4×\f(4,3)πreq\o\al(3,Cr),a2c)×100%。考情预测：预计2023年高考仍会借助新科技、新能源为背景，考查原子核外电子排布式(图)、电离能、电负性、σ键、π键、杂化方式、分子或离子的空间构型(价层电子对互斥理论)、化学键及氢键、晶体结构特点及微粒间作用力、晶体的熔、沸点比较及晶胞的计算，特别是对空间想象能力和计算能力的考查，是近几年的考查重点，复习时加以重视！智能点一基态原子的核外电子排布表示方法举例电子排布式Cr：1s22s22p63s23p63d54s1简化表示式Cu：[Ar]3d104s1价电子排布式Fe：3d64s2电子排布图(或轨道表示式)O：[微练1]高考题组合练。(1)(2020·全国卷Ⅱ)基态Ti原子的核外电子排布式为________。(2)(2021·湖南卷)基态硅原子最外层的电子排布图为________。(3)(2021·海南卷)基态锰原子的价层电子排布式为________。(4)(2021·天津卷)基态Fe原子的价层电子排布式为________。(5)(2021·广东卷)基态硫原子价电子排布式为________。答案(1)1s22s22p63s23p63d24s2(2)(3)3d54s2(4)3d64s2(5)3s23p4智能点二电离能、电负性及其应用1.电离能的应用判断元素金属性的强弱电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱判断元素的化合价如果某元素的In＋1In，则该元素的常见化合价为＋n，如钠元素I2I1，所以钠元素的化合价为＋12.电负性的应用[微练2]高考题组合练。(1)(2020·全国卷Ⅱ)CaTiO3组成元素的电负性大小顺序是________。(2)(2020·全国卷Ⅲ)NH3BH3分子中，与N原子相连的H呈正电性(Hδ＋)，与B原子相连的H呈负电性(Hδ－)，电负性大小顺序是________。(3)(2021·海南卷)第一电离能的大小：C________O(填“大于”或“小于”)。(4)(2021·湖南卷)H、C、N的电负性由大到小的顺序为________。(5)(2021·山东卷)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为________。答案(1)O＞Ti＞Ca(2)N＞H＞B(3)小于(4)N>C>H(5)F>O>Cl智能点三中心原子杂化类型和分子空间构型的判断分子(A为中心原子)中心原子孤电子对数中心原子杂化方式分子构型示例AB20sp直线形BeCl2、CO2、HCN1sp2V形SO2、O32sp3V形H2O、H2SAB30sp2平面三角形BF3、CH2O、SO31sp3三角锥形NH3、H3O＋、PCl3AB40sp3正四面体形CH4、NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)[微练3]高考题组合练。(1)(2020·全国卷Ⅱ)有机碱CH3NHeq\o\al(＋,3)中，N原子的杂化轨道类型是________。(2)(2020·全国卷Ⅲ)NH3BH3分子中，N—B化学键称为________键，其电子对由________提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH3＋6H2O=3NHeq\o\al(＋,4)＋B3Oeq\o\al(3－,6)＋9H2，B3Oeq\o\al(3－,6)的结构如图所示：在该反应中，B原子的杂化轨道类型由________变为________。(3)(2021·海南卷)COeq\o\al(2－,3)中碳原子的杂化轨道类型是________，写出一种COeq\o\al(2－,3)与具有相同空间结构的－1价无机酸根离子的化学式________。(4)(2021·河北卷)已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为________，其中P采取________杂化方式，与POeq\o\al(3－,4)电子总数相同的等电子体的分子式为________。(5)(2021·山东卷)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为________，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是________(填标号)。A.spB.sp2C.sp3D.sp3d答案(1)sp3(2)配位Nsp3sp2(3)sp2NOeq\o\al(－,3)(4)sp3SiF4、SO2F2等(5)5D智能点四大π键的判断1.含义在一个具有平面(或直线)结构的多原子分子中，如果彼此相邻的3个或多个原子中有垂直于分子平面的、对称性一致的、未参与杂化的原子轨道，那么这些轨道可以相互重叠，形成多中心π键。这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键，或共轭大π键，简称大π键。2.大π键的形成条件形成大π键的条件这些原子多数处于同一平面上这些原子有相互平行的p轨道p轨道上的电子总数小于p轨道数的2倍3.大π键表示符号Πeq\o\al(n,m)，m表示相互平行的p轨道的数目，n表示相互平行的p轨道里的电子数。理论计算证明n＜2m时可形成大π键，解题时可作为验证大π键书写正误的方法。4.实例1，3－丁二烯(H2C=CH—CH=CH2)4个碳原子均采用sp2杂化。这些杂化轨道相互重叠，形成σ键分子骨架，故所有原子处于同一平面。每个碳原子还有一个未参与杂化的p轨道，垂直于分子平面，每个p轨道里面有一个电子，故丁二烯分子中存在一个“4轨道4电子”的p－p大π键。表示符号为Πeq\o\al(4,4)。5.常见的大π键分子(离子)C6H6(苯)CO2O3Neq\o\al(－,3)大π键Πeq\o\al(6,6)Πeq\o\al(4,3)(2个)Πeq\o\al(4,3)Πeq\o\al(4,3)(2个)分子(离子)NOeq\o\al(－,3)COeq\o\al(2－,3)大π键Πeq\o\al(6,4)Πeq\o\al(6,4)Πeq\o\al(6,5)[示例1]SO2分子中的大π键表示为________。答案Πeq\o\al(4,3)解析(1)计算大π键中的电子数，思维流程为：(2)再书写大π键的表示符号，SO2分子中形成大π键p轨道数为3，则表示符号为Πeq\o\al(4,3)。[微练4]经X射线衍射测得化合物R[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl，五氮阴离子盐]的晶体结构，其局部结构如图所示。R中阴离子Neq\o\al(－,5)中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号Πeq\o\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Πeq\o\al(6,6))，则Neq\o\al(－,5)中的大π键应表示为________。答案5Πeq\o\al(6,5)解析由题图可知，R中阴离子Neq\o\al(－,5)中有5个N—N，所以Neq\o\al(－,5)中的σ键总数为5个；Neq\o\al(－,5)中的大π键中含有5个N原子，所以参与形成大π键的原子数为5，每个N原子形成2个σ键，还有一对孤电子对，每个N原子提供1个电子形成大π键，从外界得到的1个电子也参与形成大π键，故参与形成大π键的电子数为6，则Neq\o\al(－,5)中的大π键应表示为Πeq\o\al(6,5)。智能点五结构决定性质——解释原因类简答题1.孤电子对对键角的影响(BP—成键电子对，LP—孤电子对)分子杂化轨道角度排斥力分析实际键角H2O109°28′LP—LPLP—BP>BP—BP105°NH3109°28′LP—BP>BP—BP107°COCl2120°C=O对C—Cl的排斥力大于C—Cl对C—Cl的排斥力形成两种键角分别为124°18′、111°24′2.范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响作用力类型范德华力氢键共价键作用微粒分子H与N、O、F原子强度比较共价键＞氢键＞范德华力影响因素组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大形成氢键元素的电负性原子半径对性质的影响影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质分子间氢键使熔、沸点升高，溶解度增大键能越大，稳定性越强3.晶体熔、沸点高低的比较共价晶体原子半径越小、键长越短，则键能越大，其熔、沸点就越高，如：金刚石＞晶体硅。离子晶体阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点就越高，如：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl。金属晶体金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，其形成的金属键越强，金属单质的熔、沸点就越高，如Al＞Mg＞Na。分子晶体存在分子间氢键其熔、沸点较高，如：H2O>H2S组成和结构相似相对分子质量越大，其熔、沸点就越高，如：HI＞HBr[微练5]高考题组合练。(1)(2020·全国卷Ⅱ)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是_________________________________________________________________________________________________。化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃377－24.1238.3155(2)(2021·河北卷)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol－1)如下表：N—NN≡NP—PP≡P193946197489从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示为)形式存在的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)(2021·海南卷)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，如图所示。前者的熔点明显高于后者，其主要原因是______________________________________________________________________________________________________。(4)(2021·湖南卷)硅和卤素单质反应可以得到SiX4。SiX4的熔、沸点SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/K183.0203.2278.6393.7沸点/K187.2330.8427.2560.70℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是________(填化学式)，沸点依次升高的原因是_____________________________________________________________________________________________________________。答案(1)TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高(2)在原子数目相同的条件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越稳定(3)MnS中阴阳离子所带电荷数比NaCl的多，离子键强度更大(4)SiCl4SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大智能点六原子分数坐标的确定(1)概念以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子分数坐标。(2)原子分数坐标的表示方法晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别小于1的数在立体坐标系中表示出来，如图1中位于晶胞原点A(顶点)的原子的坐标为(0，0，0)；B点原子分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))；C点原子分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，\f(1,2)))；D点原子分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，0，0))。[示例2]一种四方结构的超导化合物的晶胞如图所示，图中原子1的坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))，则原子2和3的坐标分别为________、________。答案eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，0，\f(1,2)))[微练6](1)(2022·广东六校三次联考)NiO的晶胞结构如图甲所示，其中原子坐标参数A为(0，0，0)，B为(1，1，1)，则C的原子坐标参数________。(2)(2022·长沙适应性考试)原子坐标参数表示晶胞内部各离子或原子的相对位置。F的化合物种类很多，如图乙为D与F形成化合物的立方晶胞，其中部分离子坐标参数为a(0，0，0)、b(1，0，1)、c(1，1，2)、d(2，1，1)。则e点的D离子的坐标参数为________。(3)(2021·海南卷)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，如图所示。以晶胞参数为单位长度建立坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。在晶胞坐标系中，a点硫原子坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))，b点锰原子坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，0))，则c点锰原子坐标为________。答案(1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)，\f(1,2)，\f(3,2)))(3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，1，\f(1,2)))智能点七晶胞及组成微粒计算1.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法2.四种离子晶体模型类别NaCl型CsCl型晶胞配位数68晶胞中所含离子数Cl－：4；Na＋：4Cs＋：1；Cl－：1阴、阳离子间最短距离(b)和晶胞参数(a)之间的关系b＝eq\f(1,2)ab＝eq\f(\r(3),2)a类别ZnS型CaF2型晶胞配位数4F－：4；Ca2＋：8晶胞中所含离子数Zn2＋：4；S2－：4Ca2＋：4；F－：8阴、阳离子间最短距离(b)和晶胞参数(a)之间的关系eq\f(\r(3),4)aeq\f(\r(3),4)a3.有关晶胞的三大类计算(1)计算晶体密度的方法eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(根据晶胞结构确定各种粒子的数目\o(→,\s\up7(求)),晶胞质量m,根据晶胞的边长或微粒间距离\o(→,\s\up7(求))晶胞,体积V))晶胞密度(2)计算晶体中微粒间距离的方法(3)晶体微粒与M、ρ之间的关系若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg(M为微粒的相对原子质量)；又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积，a为晶胞边长或微粒间距离)，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。[微练7]高考题组合练。(1)(2020·全国卷Ⅱ)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2＋、I－和有机碱离子CH3NHeq\o\al(＋,3)，其晶胞如图(b)所示。其中Pb2＋与图(a)中________的空间位置相同，若晶胞参数为anm，则晶体密度为________g·cm－3(列出计算式)。(2)(2020·全国卷Ⅲ)研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝________g·cm－3(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。(3)(2021·广东卷)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是__________________________________________________________________________________________________________。②图c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为________；该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb＝________。③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为________g·cm－3(列出算式)。答案(1)Ti4＋eq\f(620,NAa3)×1021(2)eq\f(\f(31×2g,NA),abc×10－30cm3)＝eq\f(62,NAabc×10－30)(3)①图b中上、下两个面的原子不同，不符合晶胞平移后重合的特性②41∶1∶2③eq\f(4Mr,NAx2y×10－21)解析(1)比较晶胞(a)(b)可知，将图(b)中周围紧邻的八个晶胞中体心上的离子连接起来，就能变为图(a)所示晶胞结构，图(b)中体心上的Pb2＋就变为了八个顶点，即相当于图(a)中的Ti4＋；图(b)中顶点上的I－就变成了体心，即相当于图(a)中的Ca2＋；图(b)面心上中的CH3NHeq\o\al(＋,3)就变成了棱心，即相当于图(a)中的O2－；故图(b)中的Pb2＋与图(a)中的Ti4＋的空间位置相同；从图(b)可知，一个晶胞中含有Pb2＋的数目为1×1＝1个，CH3NHeq\o\al(＋,3)的数目为8×eq\f(1,8)＝1个，I－的数目为6×eq\f(1,2)＝3个，故晶胞的密度为ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(1mol×（207＋3×127＋12＋14＋6×1）g/mol,NA（a×10－7）3)＝eq\f(620,NAa3)×1021g/cm3。(2)在氨硼烷的2×2×2的超晶胞结构中，共有16个氨硼烷分子，晶胞的长、宽、高分别为2apm、2bpm、2cpm，若将其平均分为8份可以得到8个小长方体，则平均每个小长方体中占有2个氨硼烷分子，小长方体的长、宽、高分别为apm、bpm、cpm，则小长方体的质量为eq\f(31×2g,NA)，小长方体的体积为abc×10－30cm3，因此，氨硼烷晶体的密度为eq\f(\f(31×2g,NA),abc×10－30cm3)＝eq\f(62,NAabc×10－30)g·cm－3。(3)①题图b中上、下两个面的面心原子分别为Hg和Ge，晶胞结构不对称，不符合晶胞平移后重合的特性，因此不是晶胞单元。②由题图c可知，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4；该晶胞中Hg原子数＝4×eq\f(1,4)＋6×eq\f(1,2)＝4(个)，Ge原子数＝8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4(个)，Sb原子数为8，故Hg、Ge、Sb粒子个数比为4∶4∶8＝1∶1∶2。③该晶胞的组成为Hg4Ge4Sb8，由于最简式的式量为Mr，则晶胞的质量为eq\f(4Mr,NA)g，晶胞的体积为x2y×10－21cm3，则晶体的密度为eq\f(\f(4Mr,NA),x2y×10－21)g·cm－3＝eq\f(4Mr,NAx2y×10－21)g·cm－3。【题型建模】[典例](2022·江西重点中学联考)Fe、Ni元素性质非常相似，属于铁系元素，得到广泛应用，请回答下列问题：(1)Fe元素位于元素周期表的________区(填分区)。(2)基态Ni3＋核外电子排布式为________。(3)鉴定Ni2＋的特征反应是将丁二酮肟加入Ni2＋盐溶液中，生成鲜红色的螯合物M，M结构如图1所示：①组成M的五种元素中，除H元素外，另外四种元素第一电离能由大到小的顺序为________(填元素符号)，其中C原子的杂化类型为________。②图中各微粒间不存在的作用力有________(填标号)。a.配位键 b.极性键c.非极性键 d.π键e.离子键 f.氢键(4)一种铁氮化合物具有高磁导率，可用于制电子元件，其晶胞结构如图2所示。①该铁氮化合物的化学式为________。②在该晶胞结构的另一种表示中，N处于顶点位置，则铁处于________位置。③若该化合物密度为ρg·cm－3，用NA表示阿伏加德罗常数，则由Fe(Ⅱ)构成的正八面体的体积为________cm3。思维提示(1)铁位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族，位于d区。(2)Ni的原子序数为28，其基态原子电子排布式为：1s22s22p63s23p63d84s2，则Ni3＋的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d7。(3)①另外四种元素为N、O、C、Ni，同一周期从左向右第一电离能呈增大趋势，第ⅤA族因最外层处于半满结构，使得其第一电离能比同周期相邻元素第一电离能大，而同一族从上向下第一电离能逐渐减小，因此N、O、C、Ni第一电离能由大到小的顺序为：N>O>C>Ni；由M的结构可知，既有饱和碳原子、又有形成双键的碳原子，因此碳原子采取sp3、sp2杂化。②由M结构可知，M中存在N→Ni配位键，C—C非极性键，C—N、C—H、O—H极性键，C=N双键中含有π键，还有2个氢键，不存在离子键，答案选e。(4)①依据晶胞结构，Fe原子个数为：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，其中Fe(Ⅱ)占3个、Fe(Ⅲ)占1个，N原子位于体心，原子数目为1，因此铁氮化合物的化学式为：Fe4N或Fe3(Ⅱ)Fe(Ⅲ)N。②依据晶胞结构图知，若N处于顶点位置，则Fe处于体心和棱心位置。③氮化铁的化学式为Fe4N，则晶胞质量m＝eq\f(238,NA)g，若晶胞边长为acm，则晶胞质量m＝ρV＝ρa3g＝eq\f(238,NA)g，a3＝eq\f(238,ρNA)，Fe(Ⅱ)围成的八面体相当于两个正四棱锥，底面为正方形，对角线长为晶胞边长、并且两对角线相互垂直、S底＝eq\f(1,2)a2cm2，正四棱锥的高等于eq\f(1,2)acm，根据V锥＝eq\f(1,3)S底h＝eq\f(1,3)×eq\f(1,2)×a2×eq\f(1,2)a＝eq\f(a3,12)cm3，八面体体积V＝2V锥＝eq\f(a3,6)cm3＝eq\f(119,3ρNA)cm3。答案(1)d(2)1s22s22p63s23p63d7(3)①N>O>C>Nisp3、sp2②e(4)①Fe4N或Fe3(Ⅱ)Fe(Ⅲ)N②体心和棱心③eq\f(119,3ρNA)解题建模1.根据所确定的元素的位置，完成电子排布式(图)的书写，注意第四周期元素，并根据所处位置完成电负性和电离能的大小比较，注意特殊情况。2.根据所组成的物质结构特点，确定对物质的分子极性、空间构型、中心原子杂化及微粒间的作用力对性质的影响，注意氢键和配位键这两种特殊作用力。3.根据所组成物质的晶体类型，及所掌握的计算模型，完成晶体结构的计算(如晶体密度的计算、晶胞原子个数的计算等)。【分点突破】微题型1以指定元素或物质为背景的多角度立体考查(主)[精练1](2022·湖南卷)铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用，回答下列问题：(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药，其结构式如下：①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]__________。②该新药分子中有__________种不同化学环境的C原子。③比较键角大小：气态SeO3分子________SeOeq\o\al(2－,3)离子(填“>”“<”或“＝”)，原因是_____________________________________________________。(2)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：①富马酸分子中σ键与π键的数目比为__________。②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的顺序为__________。(3)科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3－转化为NHeq\o\al(－,2)，反应过程如图所示：①产物中N原子的杂化轨道类型为_________________________________。②与NHeq\o\al(－,2)互为等电子体的一种分子为__________(填化学式)。(4)钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：①该超导材料的最简化学式为__________。②Fe原子的配位数为__________。③该晶胞参数a＝b＝0.4nm、c＝1.4nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为__________g·cm－3(列出计算式)。答案(1)①[Ar]3d104s24p4②8③＞SeO3的空间构型为平面三角形，SeOeq\o\al(2－,3)的空间构型为三角锥形(2)①11∶3②O＞C＞H＞Fe(3)①sp3杂化②H2O(4)①KFe2Se2②4③eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.4×0.4×1.4×10－21)解析(1)①硒元素的原子序数为34，基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②由结构简式可知，乙烷硒啉的分子结构对称，分子中含有8种不同化学环境的碳原子。③三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3，孤对电子对数为0，分子的空间构型为平面三角形，键角为120°，亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4，孤对电子对数为1，离子的空间构型为三角锥形，键角小于120°。(2)①由结构模型可知，富马酸的结构式为HOOCCH=CHCOOH，分子中的单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，则分子中σ键和π键的数目比为11∶3。②金属元素的电负性小于非金属元素，则铁元素的电负性最小，非金属元素的非金属性越强，电负性越大，氢、碳、氧的非金属性依次增强，则电负性依次增大，所以富马酸亚铁中四种元素的电负性由大到小的顺序为O＞C＞H＞Fe。(3)①由结构简式可知，产物中氮原子的价层电子对数为4，原子的杂化方式为sp3杂化。②水分子和氨基阴离子的原子个数都为3、价电子数都为8，互为等电子体。(4)①由平面投影图可知，晶胞中位于顶点和体心的钾原子个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，均位于棱上和体内的硒原子的个数为8×eq\f(1,4)＋2＝4，均位于面上的铁原子个数为8×eq\f(1,2)＝4，该物质的晶胞结构如图所示：，则超导材料最简化学式为KFe2Se2。②由平面投影图可知，位于体心和棱上的硒原子与位于面上的铁原子的距离最近，所以铁原子的配位数为4。③设晶体的密度为dg·cm－3，由晶胞的质量公式可得：eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA)＝abc×10－21×d，解得d＝eq\f(2×（39＋56×2＋79×2）,NA×0.4×0.4×1.4×10－21)。[精练2](2022·广东卷)硒(Se)是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。自我国科学家发现聚集诱导发光(AIE)效应以来，AIE在发光材料、生物医学等领域引起广泛关注。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下：(1)Se与S同族，基态硒原子价电子排布式为__________。(2)H2Se的沸点低于H2O，其原因是__________________________________。(3)关于Ⅰ～Ⅲ三种反应物，下列说法正确的有__________。A.Ⅰ中仅有σ键B.Ⅰ中的Se—Se为非极性共价键C.Ⅱ易溶于水D.Ⅱ中原子的杂化轨道类型只有sp与sp2E.Ⅰ～Ⅲ含有的元素中，O电负性最大(4)Ⅳ中具有孤对电子的原子有_______________________________________。(5)硒的两种含氧酸的酸性强弱为H2SeO4__________(填“>”或“<”)H2SeO3。研究发现，给小鼠喂食适量硒酸钠(Na2SeO4)可减轻重金属铊引起的中毒。SeOeq\o\al(2－,4)的立体构型为________。(6)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图1，沿x、y、z轴方向的投影均为图2。①X的化学式为__________。②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρg·cm－3，则X中相邻K之间的最短距离为__________nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。答案(1)4s24p4(2)两者都是分子晶体，由于水存在分子间氢键，沸点高(3)BDE(4)O、Se(5)＞正四面体形(6)①K2SeBr6②eq\f(1,2)×eq\r(3,\f(4Mr,NAρ))×107解析(1)基态S价电子排布式为3s23p4，Se与S同族，Se为第四周期元素，因此基态Se价电子排布式为4s24p4。(3)Ⅰ中有σ键，还有大π键，故A错误；Se—Se是同种元素，因此Ⅰ中的Se—Se为非极性共价键，故B正确；烃都难溶于水，因此Ⅱ难溶于水，故C错误；Ⅱ中苯环上的碳原子和碳碳双键上的碳原子杂化类型为sp2，碳碳三键上的碳原子杂化类型为sp，故D正确；根据同周期元素从左到右电负性逐渐增大，同主族元素从上到下电负性逐渐减小，因此Ⅰ～Ⅲ含有的元素中，O电负性最大，故E正确。(4)分子Ⅳ中O、Se都有孤对电子，C、H、S都没有孤对电子。(5)根据非羟基氧越多，酸性越强，因此硒的两种含氧酸的酸性强弱为H2SeO4＞H2SeO3。SeOeq\o\al(2－,4)中Se价层电子对数为4＋eq\f(1,2)×(6＋2－2×4)＝4，其立体构型为正四面体形。(6)①根据晶胞结构得到一个晶胞中K有8个，有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，则X的化学式为K2SeBr6。②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρg·cm－3，设晶胞参数为anm，得到ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(\f(Mrg·mol－1,NAmol－1)×4,（a×10－7）3cm3)＝ρg·cm－3，解得a＝eq\r(3,\f(4Mr,NAρ))×107nm，X中相邻K之间的最短距离为晶胞参数的一半，即eq\f(1,2)×eq\r(3,\f(4Mr,NAρ))×107nm。[精练3](2022·河南名校联盟联考)铝在合金制造和铝离子电池等方面用途非常广泛，铝离子电池常用室温下的离子液体AlCl3/[EMIM]Cl作电解质。回答下列问题：(1)基态Al原子核外价电子排布图为________。Mg、Al及Si的第一电离能从大到小的顺序为________。(2)铝离子电池工作时，离子液体电解质中阴离子有AlCleq\o\al(－,4)、Al2Cleq\o\al(－,7)，阳离子为EMIM＋()。①AlCleq\o\al(－,4)的空间构型为________；Al2Cleq\o\al(－,7)中各原子最外层均达到8电子结构，则其结构式为________。②EMIM＋中环上所有原子共面，则其中两个氮原子的杂化方式分别是________、________；分子中的大π键可用符号Πeq\o\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Πeq\o\al(6,6))，则中的大π键应表示为________。③[EMIM]＋[F(HF)3]－也是一种常见的离子液体，画出[F(HF)3]－的结构式：________。(3)一种金属间化合物的晶胞结构如下图所示：以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为(0，0，0)，B点原子的分数坐标为(eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))，则C点原子在z轴方向上的分数坐标z＝________(用含c、s的代数式表示)；设Mg、Cu和Al原子半径分别为rMgpm、rCupm、rAlpm，则金属原子的空间占有率为________%(列出计算表达式)。答案(1)Si>Mg>Al(2)①正四面体②sp2sp2Πeq\o\al(6,5)③(3)eq\f(c－s,2c)eq\f(\f(4,3)π（2req\o\al(3,Mg)＋2req\o\al(3,Cu)＋4req\o\al(3,Al)）,a2c)×100解析(1)已知Al为13号元素，其基态Al原子核外价电子排布图为：，根据同一周期元素的第一电离从左往右呈增大趋势，ⅡA与ⅢA、ⅤA与ⅥA反常，故Mg、Al及Si的第一电离能从大到小的顺序为：Si>Mg>Al；(2)①已知AlCleq\o\al(－,4)中心原子上的价层电子对数为：4＋eq\f(1,2)×(3＋1－4×1)＝4，故其空间构型为正四面体，Al2Cleq\o\al(－,7)中各原子最外层均达到8电子结构，即每个Al周围形成4对共用电子对，则其结构式为；②EMIM＋中环上所有原子共面，由可知，与乙基相连的N原子若有孤电子对，则不可能为平面结构，则无孤电子对，其价层电子对数为3，即为sp2杂化，与甲基相连的N则无孤电子对，价层电子对数为3，杂化方式为sp2，中环上由5个原子参与成键，与乙基相连的N原子提供2个电子，每个碳原子提供1个电子，与甲基相连的N原子提供1个电子，故该大π键应表示为Πeq\o\al(6,5)；③[EMIM]＋[F(HF)3]－也是一种常见的离子液体，根据H和F的最外层电子数可知，H和F只能形成一个共价键，HF中存在分子间氢键，故[F(HF)3]－的结构式为：；(3)由题干图示晶胞图可知，C点原子离坐标原点在z轴方向上的距离为：eq\f(（c－s）pm,2)，故C点在z轴方向上的分数坐标z＝eq\f(\f(（c－s）pm,2),cpm)＝eq\f(c－s,2c)；设Mg、Cu和Al原子半径分别为rMgpm、rCupm、rAlpm，由题干图示晶胞可知，一个晶胞中含有Al原子个数为：8×eq\f(1,2)＝4个，含有Cu原子个数为：8×eq\f(1,8)＋2×eq\f(1,2)＝2个，含有Mg原子个数为：4×eq\f(1,4)＋1＝2个，则金属原子的空间占有率为eq\f(\f(4,3)π（2req\o\al(3,Mg)＋2req\o\al(3,Cu)＋4req\o\al(3,Al)）,a2c)×100%。微题型2无具体元素或以推导为背景的“拼盘式”考查(次)[精练4](2022·牡丹江联考)已知A、B、C、D、E、F为前四周期元素且原子序数依次增大，其中A无中子；B含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同；D原子基态核外电子运动状态共8种；E为Ⅷ族元素，基态E原子中有4个未成对电子且全在同一能级；E、F原子序数相差3。(1)写出阳离子E2＋的核外电子排布式________。(2)B、C、D简单气态氢化物的稳定性由小到大的顺序是________(用化学式书写)。(3)由A、B、C构成的物质(ABC)的结构式是________，其中B原子的杂化方式是________，CA3空间构型是________，BA4的VSEPR模型为________，是由________键构成的________分子(填“极性”或“非极性”)。(4)E元素与D元素形成的ED晶体与NaCl晶体晶胞结构相似，则ED晶体中E离子的配位数为________。(5)F单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞结构如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如丙所示。若F原子半径为acm，则F单质晶体的密度为________g·cm－3(只列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。答案(1)1s22s22p63s23p63d6或者[Ar]3d6(2)CH4＜NH3＜H2O(3)H—C≡Nsp三角锥形正四面体极性非极性(4)6(5)eq\f(64×4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4a,\r(2))))\s\up12(3)×NA)或eq\f(64×4,（2\r(2a)）3×NA)解析已知A、B、C、D、E、F为前四周期元素且原子序数依次增大，其中A无中子，为氢元素；B含有3个能级，且每个能级所含的电子数相同，则电子排布为1s22s22p2，为碳元素；D原子基态核外电子运动状态共8种，D为氧元素，则C为氮元素；E为Ⅷ族元素，基态E原子中有4个未成对电子且全在同一能级，则电子排布为[Ar]3d64s2，为铁元素；E、F原子序数相差3，F为铜元素。(1)阳离子E2＋为铁原子失去两个电子后形成的亚铁离子，核外电子排布式1s22s22p63s23p63d6或者[Ar]3d6。(2)同一周期中由左至右非金属性变强，则对应简单气态氢化物稳定性变大，故B、C、D简单气态氢化物的稳定性由小到大的顺序是CH4＜NH3＜H2O。(3)由A、B、C构成的物质(ABC)为HCN，其中碳原子与氢原子形成1对共用电子对、与氮原子形成3对共用电子对，结构式是H—C≡N。该中心原子碳原子孤电子对数为eq\f(4－1－3,2)＝0，为直线型结构，故其中碳原子的杂化方式是sp。NH3中氮原子的孤电子对数为eq\f(5－3,2)＝1，空间构型是三角锥形；CH4中碳原子的孤电子对数为eq\f(4－4,2)＝0，其VSEPR模型为正四面体，是由极性键构成的非极性分子。(4)铁元素与氧元素形成的晶体与NaCl晶体晶胞结构相似，NaCl晶体中钠离子的配位数为6，则晶体中亚铁离子的配位数为6。(5)由乙图可知，一个晶胞中铜原子数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；由图丙可知，设晶胞边长为x，则eq\r(2)x＝4acm，x＝eq\f(4a,\r(2))cm，故ρ＝eq\f(4M,x3×NA)＝eq\f(64×4,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4a,\r(2))))\s\up12(3)×NA)g·cm－3＝eq\f(64×4,（2\r(2a)）3×NA)g·cm－3。[精练5](2022·云南师大附中月考)许多元素及它们的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途。请回答下列有关问题：(1)Ti(BH4)2是一种过渡元素硼氢化物储氢材料。基态Ti原子的价层电子排布式为________，电负性B________H(填“大于”或“小于”)。(2)CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)都是重要的有机反应中间体。CHeq\o\al(＋,3)的空间构型为________；分子中的大π键可用符号Πeq\o\al(n,m)表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Πeq\o\al(6,6))，则COeq\o\al(2－,3)中的大π键应表示为________。(3)血红蛋白的结构如图所示，其中N原子的杂化方式为________。(4)焦炭、金刚石和C60都是碳的单质。已知金刚石中碳碳键的键长为154.45pm，C60中碳碳键的键长为140～145pm，二者比较熔点高的是________，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化(如图)，请回答相关的问题：①相同体积的α、γ、δ三种晶体的质量比为________。②一种由铁、碳形成的间隙化合物的晶体结构如图所示，其中碳原子位于铁原子形成的八面体的中心，每个铁原子又为两个八面体共用，则该化合物的化学式为________，该晶体中铁原子配位数为________。答案(1)3d24s2小于(2)平面三角形Πeq\o\al(6,4)(3)sp2、sp3(4)金刚石金刚石是共价晶体，C60是分子晶体(5)①3eq\r(3)∶4eq\r(2)∶4②Fe3C2解析(1)Ti原子核外有22个电子，价层电子排布式为3d24s2，BHeq\o\al(－,4)中B元素为＋3价，H元素为－1价，B元素的电负性小于H元素；(2)CHeq\o\al(＋,3)中心原子的价层电子对数为3＋eq\f(4－1－3×1,2)＝3，为sp2杂化，没有孤电子对，为平面三角形；COeq\o\al(2－,3)中参与形成大π键的原子数为4个，参与形成大π键的电子数为6个，可表示为Πeq\o\al(6,4)；(3)血红蛋白中N原子有两种成键方式，中有三个σ键和一个孤电子对，杂化方式为sp3，中有三个σ键，无孤电子对，杂化方式为sp2；(4)金刚石是共价晶体，熔化时需要破坏共价键，C60为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力，无须破坏共价键，所以C60熔点低于金刚石；(5)根据晶胞的结构可知，三种晶体中含有的铁原子数分别是8×eq\f(1,8)＋1＝2、8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4、8×eq\f(1,8)＝1，设铁原子半径为r，所以相同体积的α、γ、δ三种晶体的质量比为eq\f(2m,NA·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4r,\r(3))))\s\up12(3))∶eq\f(4m,NA·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4r,\r(2))))\s\up12(3))∶eq\f(m,NA·（2r）3)＝3eq\r(3)∶4eq\r(2)∶4；②根据均摊原则每个铁原子又为两个八面体共用，所以铁与碳原子数之比是6×eq\f(1,2)∶1＝3∶1，所以化学式是Fe3C；碳原子配位数为6，铁原子配位数为2。题型特训题型特训1最新模拟专练1.(2022·河南名校调研)铜是人类最早发现的金属之一，铜及其化合物在生活和生产中有着广泛的应用。根据信息回答下列问题：(1)基态铜原子价层电子的轨道表达式为________，单质铜是由________键形成的晶体。(2)与铜同周期，N能层电子数与铜相同，熔点最低的金属是________。(3)农药波尔多液的有效杀菌成分是Cu2(OH)2SO4(碱式硫酸铜)，Cu2(OH)2SO4中非金属元素电负性由小到大的顺序是________，写出与SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体的一种分子的化学式________。(4)氨缩脲()分子中氮原子的杂化类型为________，σ键与π键的数目之比为________。氨缩脲与胆矾溶液反应得到如图所示的离子，1mol该离子中含配位键的数目为________。(5)白铜(铜镍合金)的立方晶胞结构如图所示，其中原子A的坐标参数为(0，1，0)。原子B的坐标参数为________；若该晶体密度为dg·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则铜镍原子间最短距离为________pm。答案(1)金属(2)钾(K)(3)H<S<OCCl4(或SiF4、SiCl4、CF4等)(4)sp311∶28NA(或4.816×1024)(5)(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(251,dNA))×1010解析(1)铜元素的原子序数为29，基态原子的价电子排布式为3d104s1，价层电子的轨道表达式为；单质铜是由金属键形成的金属晶体；(2)与铜元素同周期，N能层电子数与铜原子相同的原子为钾原子和铬原子，三种金属晶体中钾原子的原子半径最大，价电子数最少，金属键最弱，所以晶体的熔点最低；(3)元素的非金属性越强，电负性越大，碱式硫酸铜中非金属元素的非金属性由弱到强的顺序为H<S<O，则非金属元素的电负性由小到大的顺序为H<S<O；四氯化碳、四氟化碳、四氯化硅、四氟化硅等分子与硫酸根的原子个数都为5、价电子数都为32，互为等电子体；(4)由氨缩脲的结构简式可知，分子中每个氮原子形成三个共价键，含有一对孤对电子，所以原子的杂化类型为sp3杂化；氨缩脲分子中的单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，则分子中共含有11个σ键和2个π键，σ键与π键的数目之比为11∶2；由氨缩脲与胆矾溶液反应得到的配离子结构可知，具有空轨道的铜离子与具有孤电子对的氮原子和氧原子形成配位键，1mol配离子中含有配位键的数目为1mol×4×2×NAmol－1＝8NA＝4.816×1024；(5)由位于顶点的原子A的坐标参数为(0，1，0)可知，晶胞的边长为1，则位于晶胞底面的面心上的原子B的坐标参数为(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的镍原子的个数为8×eq\f(1,8)＝1，位于面心的铜原子的个数为6×eq\f(1,2)＝3，则晶胞的化学式为NiCu3，设晶胞的参数为apm，由晶胞的质量公式可得：eq\f(251,NA)＝10－30a3d，解得a＝eq\r(3,\f(251,dNA))×1010，晶胞中铜镍原子之间最近距离为面对角线的eq\f(1,2)，则铜镍原子间最短距离为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(251,dNA))×1010pm。2.(2022·安徽诊断)氮元素在地球上含量丰富，氮及其化合物在工农业生产和生活中有着重要作用。(1)尿素[CO(NH2)2]的合成揭开了人工合成有机物的序幕。其中各组成元素(氢除外，下同)电负性最弱的是________(填元素名称)，第一电离能由小到大的顺序为(填元素符号)________，氮原子价层电子的轨道表达式为________。(2)NH3、NH3BH3(氨硼烷)储氢量高，是具有广泛应用前景的储氢材料。①NH3的中心原子的杂化轨道类型为________。②NH3BH3存在配位键，提供空轨道的是________。③NH3BH3的熔点________CH3CH3(填“>”或“＜”)，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)氮化镓(GaN)晶体是一种很有发展前景的材料，可用于研发下一代功率半导体设备。岩盐矿(NaCl)结构的GaN晶体结构如图所示，Ga、N原子半径分别为1.40×10－10m、0.8×10－10m，则Ga原子的配位数为________，设阿伏加德罗常数的值为NA，则该GaN的密度是________g·cm－3(相对原子质量N：14，Ga：70)。答案(1)碳C<O<N(2)①sp3②B③>NH3BH3分子中N原子的电负性较大，分子间会形成氢键(3)6eq\f(84×4,NA（4.4×10－8）3)解析(1)元素周期表中，同周期主族元素从左向右电负性逐渐增强，同主族元素从上到下电负性逐渐减弱，则尿素[CO(NH2)2]各组成元素(氢除外)中电负性最弱的是碳；同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势，N价层电子排布为2s22p3、形成半满结构、原子的能量较低、具有较大的第一电离能，则第一电离能由小到大的顺序为C<O<N，氮原子价层电子的轨道表达式为；(2)①NH3分子中中心N原子的价层电子对个数＝3＋eq\f(5－3×1,2)＝3＋1＝4，所以中心N原子的杂化轨道类型为sp3杂化；②NH3BH3结构中，N原子存在孤电子对，B原子为缺电子原子，在配位键的形成中B原子提供空轨道；③NH3BH3(氨硼烷)与CH3CH3互为等电子体，由于NH3BH3分子中N原子的电负性较大，分子间会形成氢键，所以NH3BH3熔点高于CH3CH3；(3)由GaN晶体结构，离Ga原子最近的N原子数为6，则Ga原子的配位数为6。N原子处于体心和棱边，晶胞中含有12×eq\f(1,4)＋1＝4个N原子，Ga原子属于顶点与面心上，晶胞中含有Ga原子数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，晶胞参数为N、Ga两原子的直径和，已知Ga、N原子半径分别为1.40×10－10m、0.8×10－10m，故该GaN晶体密度＝eq\f(晶胞质量,晶胞体积)＝eq\f(84×4,NA（4.4×10－8）3)g·cm－3。3.(2022·甘肃第一次诊断)半导体芯片的发明促进了人类信息技术的发展，单晶硅、砷化镓(GaAs)、碳化硅等是制作半导体芯片的关键材料，也是我国优先发展的新材料。请回答以下问题：(1)上述材料所涉及的四种元素中电负性最小的元素是________(填元素符号)，基态砷原子价层电子的轨道表达式为________，和As位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素还有________种。(2)SiCl4是生产高纯硅的前驱体，沸点57.6℃，可混溶于苯、氯仿等有机溶剂，则SiCl4晶体类型为________，熔化时克服的作用力是_________________________________________________________________。其中Si采取的