高中化学探究物质结构与性质

高能炸药BNCP的结构

用题设置1」

1.基态C。原子的核外电子排布式为[Ar]3d74s2,基态Co?+的价电子轨道表示式

2.元素H、N、0第一电离能的大小顺序为N>O>H。

3.在高能炸药BNCP分子中，N的杂化类型为sp3和sp2、Cl的杂化类型为整。

4.C104中的价层电子对数为4,其空间结构为正四面体。

5.BNCP中阳离子的中心原子为Cc）3+,其配体是什么？配位

数是多少？配位原子是什么？

提示：配体是NH3和配位数是6；配位原子是N。

6.1mol中。键数目为多少？

提示：8NA

7.BNCP分子中，微粒间存在离子键、共价键、配位键、氢键等相互作用。

8.C03+在某溶液中捕捉N5离子，成功制得全氮阴离子金属盐CO（N5）2（H2O）4-4H2O,已

知其结构式为：

此盐中存在的作用力有哪些？C。的配位数是多少？

提示：共价键、配位键、氢键6

「情境素H2」

全氮阴离子盐（N5）6（H.Q）3（NH4）4C1的结构单元

I问题设置2」

1.上述结构中两种阳离子是什么？它们中心原子杂化，空间结构有什么区别？请分析。

提示：H30+和NH4NH1和H30+的中心原子N和0的杂化轨道类型均为sp3杂化，

即价层电子对数为4,共价键类型均为。键，呈现出来的空间结构不同，NH：为正四面体形,

H3O*为三角锥形。

2.阴离子Ns中。犍的数目为多少？电子总数为多少？

提示：N。为五元环，有5个。键，电子总数为36。

3.上述结构中含有氢键，用A—H…B表示其中的氢键。

提示：O—H-N,N—H-N

4.已知全氮阴离子盐的晶体密度为dg-cnT3,其立方晶胞参数为“nm,晶胞中含有y

个KN5）6（HQ）3（NH4）4C1］单元，该单元的摩尔质量为晶胞体积为多少？晶胞质量为多少？

则密度计算式是什么？写出分析步骤。

yM

3-213

提示：VM=aX10cmm弱第=NAg

加一度yM

P=K=^^X1021g-cm-3

洸移应用」

I.2021年，自修复材料、自适应材料、新型传感材料等智能材料技术将大量涌现，为

生物医疗、国防军事以及航空航天等领域发展提供支撑。

（1）我国科研工作者基于丁二酮的氨酯基团的多重反应性，研制了一种强韧、自愈的超

级防护材料，其中的分子机制如图所示。

Cu在元素周期表中位于________区，M层中核外电子能量最高的电子云在空间有

个伸展方向。C、N、0第一电离能由大到小的顺序为。

（2）氧化石墨烯基水凝胶是一类新型复合材料，对氧化石墨烯进行还原可得到还原氧化

石墨烯，二者的结构如图所示:

HOOC

氧化石墨烯

还原石墨烯

还原石墨烯中碳原子的杂化形式是,上图中氧化石墨烯转化为还原石墨烯时,

1号C与其相邻C原子间键能的变化是（填“变大”“变小”或“不变”），二者当

中在水溶液中溶解度更大的是（填物质名称），原因为。

（3）神化硼是近期受到广泛关注一种ni—v半导体材料。碎化硼为立方晶系晶体，该晶

胞中原子的分数坐标为：

B：（0,0,0）；2,0）；（2-0,I）：（（），2-1）;……

111）（133）（313）（33.

As：口，4>口，4>4；;短,4>4>:区4>

请在图中画出碑化硼晶胞的俯视图，已知晶体密度为dg/cnP,AS半径

为apm,假设As、B原子相切，则B原子的半径为pm（写

计算表达式）。口B

解析：（l）Cu原子核外有29个电子，基态Cu原子的核外电子排布式为[Ar]3di04si,Cu

在元素周期表中位于ds区，M层中核外电子能量最高的电子云为3d能级电子云，在空间有

5个伸展方向；C、0、N元素都是第2周期非金属元素，同一周期元素自左而右第一电离

能呈增大趋势，但N元素原子2P能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期

相邻元素，故第一电离能N>O>C；（2）根据还原石墨烯的结构可知该物质中碳原子有形成

碳碳双键的不饱和碳原子还有只形成单键的饱和碳原子，所以碳原子的杂化方式为sp3和

sp2；氧化石墨烯中1号C连接的O原子吸引电子能力较强，导致与1号C原子相邻C原

子对电子的吸引力减小，所以氧化石墨烯转化为还原石墨烯时，1号C与其相邻C原子间

键能变大；氧化石墨烯中含有的羟基更多，与水分子间形成的氢键更多，所以氧化石墨烯溶

解度更大；（3）由各原子坐标，可知晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置，而As原子处

于晶胞内部，处于B原子形成的正四面体体心位置，晶胞三维结构如图所示：(注:

小球大小不代表原子半径大小)，投影时顶点原子形成正方形的顶点，左、右侧面及前、后

面的面心原子投影处于正方形棱心，而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心，

As原子投影处于原子处于正方形内部且处于正方形对角线上(As原子投影、上下底面面心B

原子投影将对角线4等分)，故碑化硼晶胞的俯视图为：i\*

;根据晶胞三维结构示

意图可知，位于体对角线上的原子相切，即As原子和B原子的半径之和的四倍即体对角线

11

的长度；根据均摊法，一个晶胞中As原子个数为4,B原子个数为8XW+6X]=4,所以晶

75X4+11X4344344

胞的质量为瓦g=7/Ag>晶胞密度为dg/cnP,则晶胞的体积为丽cm3,则晶

3/3443/3443/344

胞的边长为1/标cm=，麻XI。1。pm,则晶胞的体积对角线的长度为小X，痂

X10%所以B原子的半径为倬义士黑义|01。一jpm。

答案：(l)ds5N>O>C

(2)sp3和sp2变大氧化石墨烯

氧化石墨烯中含有的羟基更多，与水分子间形成的氢键更多，溶解度更大

亚3/344

4Xy标X10I。—a

2.近期我国学者研制出低成本的电解“水制氢”催化剂——镁掺杂的磷化钻三元纳米

片电催化剂(Nio.1Coo.9P)。回答下列问题：

(l)Co在元素周期表中的位置为,C02+价层电子排布式

为。

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

①SOM的空间结构为,NO3中N原子的杂化轨道类型为o

②C、N、0、S四种元素中，第一电离能最大的是。

®1mol[CO(NH3)6JC12中含有o键的数目为；已知NF3比NH3的沸点小得多，

试解释原因.

(3)常用丁二酮后来检验Ni2+,反应如下:

H(>-N'/CH3

Ni2+(aq)+2C(aq)=—

X

H（）—N〃CH3

丁二酮月亏

(s)+2H+(aq)

二（丁二酮胎）合镇（口）

①1个二（丁二酮月亏）合银（II）中含有个配位键。

②上述反应的适宜pH为（填字母序号）

A.12B.5〜10C.1

（4）磷化硼是一种备受关注的耐磨涂料，其晶体中磷原子作面心立方最密堆积，硼原子

填入四面体空隙中（如图）。已知磷化硼晶体密度为pg-cm-3,计算晶体中硼原子和磷原子的

最近核间距为cmo

解析：（1）C。为27号元素，位于元素周期表第4周期W族；基态Co原子价层电子排布

式为3d74s2,失去最外层2个电子形成Co2+,所以Co?"的价层电子排布式为3d7；（2）①硫

6+2—4X2

酸根离子中心原子的价层电子对数为4+2=4,无孤对电子，所以空间结构为正

5+1—3X2

四面体结构；NO3中心原子的价层电子对数为3+2=3,所以为sp2杂化；②同

主族元素自上而下第一电离能逐渐减小，同周期元素自左向右第一电离能呈增大趋势，但

HA族、VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以4中元素中第一电离能最大的为N元

素；③6个NH3与Co?+之间形成6个配位键，属于c键，每个氨气分子中的氮氢键也为c

键，共6+3X6=24,所以1mo“Co（NH3）6]C12含有的◎键个数为24NA；N元素电负性较大，

所以NH3分子间存在氢键，沸点较高；（3）①根据N原子的成键特点可知，在二（丁二酮月亏）

合镁中N原子和Ni2+形成的化学键均为配位键，所以1个二（丁二酮肪）合镶（H）中含有4个

配位键；②碱性太