物质结构与性质
1.钛（22Ti）铝合金在航空领域应用广泛。回答下列问题：
（1）基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar] ，其中s轨道上总共有 个电子。
（2）六氟合钛酸钾（K2TiF6）中存在[TiF6]2－配离子，则钛元素的化合价是 ，配体是 。
（3）TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂，例如，丙烯用三乙基铝和三氯化钛作催化剂时，可以发生下列聚合反应：
nCH3CH===CH2CH（CH）3—CH2，该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有 ；反应涉及的元素中电负性最大的是 。三乙基铝是一种易燃物质，在氧气中三乙基铝完全燃烧所得产物中分子的立体构型是直线形的是 。
（4）钛与卤素形成的化合物熔沸点如表所示：
化合物
熔点/℃
沸点/℃
TiCl4
－25
136.5
TiBr4
39
230
TiI4
150
377
分析TiCl4、TiBr4、TiI4的熔点和沸点呈现一定规律的原因是_______________________________________________________________________。
（5）金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞结构，晶胞参数a＝0.295 nm，c＝0.469 nm，则该钛晶体的密度为 g·cm（用NA表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可）。
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胞的底面正六边形的面积S＝a2，则该晶胞的体积为a2c＝×（2.95×10－8）2×（4.69×10－8）cm3，又该晶胞中含有的钛原子的数目为2×＋3＋12×＝6，则该晶胞的质量为 g，故该钛晶体的密度为 g·cm－3。
（4）分子 （5）①3 2 ②12 4
3.2017年4月26日，中国首艘国产航母在大连正式下水，标志着我国自主设计建造航空母舰取得重大阶段性成果。请回答下列问题：
（1）航母用钢可由低硅生铁冶炼而成。
①硅原子价层电子的轨道表示式（电子排布图）为 。
②Fe3＋比Fe2＋稳定的原因是____________________________________________。
③FeO、NiO的晶体结构与NaCl的晶体结构相同。其中Fe2＋与Ni2＋的离子半径分别为7.8×10－2 nm、6.9×10－2 nm。则熔点FeO （填“”或“＝”）NiO，原因是______________________________________________________________________________。
（2）航母螺旋桨主要用铜合金制造。含铜废液可以利用铜萃取剂M，通过如下反应实现铜离子的富集，进行回收。
①M所含元素的电负性由大到小的顺序为 （用元素符号表示）。
②上述反应中断裂和生成的化学键有 （填序号）。
A.共价键 B.配位键 C.金属键 D.范德华力
（3）航母舰艇底部涂有含Cu2O的防腐蚀涂料。已知Cu2O的晶胞结构如图所示。
①该晶胞结构中铜原子的配位数是 。
②已知该晶体的密度为d g·cm－3，阿加德罗常数的值为NA，则该立方晶胞的参数是 pm。
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答案 （1）① ②Fe3＋的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，结构稳定 ③r（Ni2＋），所以FeO的晶格能较小，熔点较低
④设Ti4＋的半径为r，则2r＋2×1.40×10－10 m＝4.03×10－10 m，r＝6.15×10－11 m。
答案 （1）第四周期第ⅡA族 1s22s22p63s23p6
（2）直线形 sp 高于
（3）①TiO2＋BaCO3（熔融）===BaTiO3＋CO2↑
②6 ③6.15×10－11
6.已知a、b、c、d、e、f都是周期表中前四周期的元素，它们的原子序数依次增大。其中a、c原子的L层均有2个未成对电子。d与e同主族，d的二价阳离子与c的阴离子具有相同的电子层结构。f3＋的M层3d轨道电子为半满状态。请回答下列问题（答题时，用所对应的元素符号表示）：
（1）写出f原子的电子排布式 ，f位于周期表第 族。
（2）a、b、c的第一电离能由小到大的顺序为______________________。
（3）f和g（质子数为25）两元素的部分电离能数据如下表：
元素
g
f
电离能/（kJ·mol－1）
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
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比较两元素的I2、I3可知，气态g2＋再失去一个电子比气态f2＋再失去一个电子难。对此，你的解释是_____________________________________________。
在f的配离子f（SCN）中，提供空轨道接受孤对电子的微粒是 。
（4）H2S和c元素的氢化物（分子式为H2c2）的主要物理性质比较如下：
熔点/K
沸点/K
标准状况时在水中的溶解度
H2S
187
202
2.6 g
H2c2
272
423
以任意比互溶
H2S和H2c2的相对分子质量相同，造成上述物理性质差异的主要原因是_________________________________________________________。
（5）已知f晶体的堆积方式与金属钾相同，则f晶胞中f原子的配位数为 ，一个晶胞中f原子的数目为 。
（6）如图为a元素某种氧化物的晶胞，其分子中中心原子采取 杂化，每个分子周围有 个分子与之距离相等且最近。若晶胞棱长为x pm，则该晶体密度的表达式为 g·cm－3。
H2O2，氧元素电负性很强，H2O2分子间存在氢键，所以熔沸点比H2S高；H2O2分子与水分子可形成氢键，所以能与水以任意比互溶。（5）Fe晶体的堆积方式与金属钾相同，金属钾为体心立方结构，则Fe晶胞中Fe原子的配位数为8；晶胞中Fe原子的数目为1＋8×1/8＝2。（6）由晶胞示意图可知，该a元素某种氧化物为CO2
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，其中心原子的价电子对数为2，因此中心原子采用sp杂化。由图可知该晶体为面心立方晶胞，则每个分子周围有12个分子与之距离相等且最近。一个晶胞中含有4个CO2分子，晶体密度＝ g·cm－3。
答案 （1） 8 O>Cl>S
（2）sp3 V形
（3）4 （4）C>SiC>Si
（5）甲醇分子间存在氢键 8∶1
（6）
11.已知A、B、C、D、E为第二至第四周期的元素，其原子序数依次增大。A原子最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子s轨道上的电子数与p轨道上的电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个能级且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。请回答下列问题：
（1）基态E原子的价电子排布式为 。
（2）A和B中，第一电离能较大的是 （填元素符号）；B的简单氢化物的立体构型是 ，中心原子的杂化类型是 。
（3）A和B互为等电子体，B的电子式可表示为 ，1 mol B中含有的π键数目为 。
（4）用氢键表示式写出C的氢化物水溶液中存在的所有氢键 。
（5）化合物DC2的晶胞结构如图所示，该离子化合物晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积是 （只要求列算式，阿伏加德罗常数的值为NA）。
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有钙原子的数目为8×1/8＋6×1/2＝4，含有氟原子的数目为8，故该晶胞的质量为，该离子化合物晶体的密度为a g·cm－3，则晶胞的体积＝ cm3＝ cm3。 状结构的晶体熔点>3 550 ℃，该单质的晶体类型属于________；基态D原子共有________种不同运动状态的电子。
(2)A与C形成的最简单分子的中心原子杂化方式是____________，该分子与
D2＋、H2O以2∶1∶2的配比结合形成的配离子是________(填化学式)，此配离子中的两种配体的不同之处为________(填标号)。
①中心原子的价层电子对数
②中心原子的孤电子对的个数
③中心原子的化学键类型
④VSEPR模型
(3)1 mol BC－中含有的π键数目为________；写出与BC－互为等电子体的分子和离子各一种__________、__________。
(4)D2＋的硫酸盐晶体的熔点比D2＋的硝酸盐晶体的熔点高，其原因是____________。
(5)D3C具有良好的电学和光学性能，其晶体的晶胞结构如图所示，D＋和C3－的半径分别为a pm、b pm，D＋和C3－都是紧密接触的刚性小球，则C3－的配位数为________，晶体的密度为________g·cm－3。
能层排布18个电子，且最外层有1个电子，即D原子核外电子个数为29，则D为Cu元素。
(1)根据H元素能形成H2，不能形成H3或H4
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，说明共价键具有饱和性。根据该碳元素单质的熔点很高，可知该单质的晶体类型属于原子晶体。基态Cu原子核外有29个电子，故原子核外有29种不同运动状态的电子。(2) NH3分子中中心
原子N采取sp3杂化；NH3、Cu2＋、H2O以2∶1∶2形成的配离子为[Cu(H2O)2(NH3)2]2＋，H2O和NH3两种配体中，中心原子的价层电子对数相同，①不符合题意；中心原子的孤电子对的个数分别为2和1，②符合题意；中心原子形成的化学键均为共价键，③不符合题意；VSEPR模型均为正四面体构型，④不符合题意。(3)根据CN－的电子式[ C⋮⋮N ]－可知该离子中含1个三键，即1 mol CN－中含2 mol π键。CN－中含2个原子，且价层电子数为10，则与其互为等电子体的分子为CO或N2，离子为C。(4)CuSO4晶体的晶格能比Cu( NO3)2晶体的晶格能高，故晶体的熔点：CuSO4＞Cu(NO3)2。(5)由Cu3N的晶胞结构可看出与N3－等距离且最近的Cu＋有6个，即N3－的配位数为6。由晶体的结构和均摊法可知该晶胞中含N3－的个数为×8＝1，含Cu＋的个数为×12＝3，即该晶胞中含1个Cu3N，晶胞的边长为2(a＋b)×10－10cm，则晶胞的密度＝＝ g·cm－3[或 g·cm－3]。
(4)NH中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氮原子上有一对孤电子对，孤电子对与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH中H—N—H的键角比NH3中的大 由于O原子半径小，电负性大，提供孤对电子的能力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子形成的配位键
(5)4 ×100%
14． CuCl广泛应用于有机合成催化。例如，回答下列问题：
(1)CuCl中Cu＋的核外电子排布式为____________，Cu与Cl相比，第一电离能较大的是________。
(2)已知为平面分子，则—CHO中碳原子的杂化方式为________。
(3)写出与CO互为等电子体的非极性分子的电子式______，14 g CO中含______mol π键。合成氨工业中用铜洗液吸收CO，形成配合物[Cu(NH3)3CO]Ac(HAc代表醋酸)，其中________(填粒子符号)接受孤电子对形成配位键，配位数是________。
(4)单质铜的熔点比单质钙高，其原因是__________________，铜、钙可形成合金，其中一种合金的晶胞结构如图所示，已知：该晶体的密度为ρ g·cm－3，NA是阿伏加德罗常数的值，则其中两个Ca原子之间的距离为________。
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答案：(1)1s22s22p63s23p63d10{或[Ar]3d10} Cl
(2)sp2
(3) 1 Cu＋ 4
(4)铜晶体中的金属键比钙晶体中的金属键强度大(答案合理即可) × cm
15．硒化锌是一种半导体材料，回答下列问题：
(1)锌在元素周期表中的位置是________；Se基态原子价电子排布图为________。元素锌、硫和硒第一电离能较大的是________(填元素符号)。
(2)Na2SeO3分子中Se原子的杂化类型为________；H2SeO4的酸性比H2SeO3强，原因是____________。
(3)气态SeO3分子的立体构型为________；下列与SeO3互为等电子体的有________(填序号)。
A．CO B．NO
C．NCl3 D．SO
(4)硒化锌晶体的晶胞结构如图所示，图中X和Y处所堆积的原子均为________(填元素符号)；该晶胞中硒原子所处空隙类型为____________(填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)，该种空隙的填充率为________；若该晶体的密度为ρ g·cm－3，硒化锌的摩尔质量为M g·mol－1，用NA代表阿伏加德罗常数的数值，则晶胞参数a为________nm。
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答案：(1)第四周期第ⅡB族 S
(2)sp3 H2SeO4的非羟基氧比H2SeO3多(或H2SeO4中Se的化合价更高)
(3)平面三角形 AB
(4)Zn 正四面体 50% ×107
16．Fe、Co、Ni均为第Ⅷ族元素，它们的化合物在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)基态Co原子的价电子排布式为________，Co2＋核外3d能级上有________对成对电子。
(2)Co3＋的一种配离子[Co(N3)(NH3)5]2＋中，Co3＋的配位数是________。1 mol配离子中所含σ键的数目为____________，配位体N中心原子的杂化类型为____________。
(3)Co2＋在水溶液中以[Co(H2O)6]2＋存在。向含Co2＋的溶液中加入过量氨水可生成更稳定的[Co(NH3)6]2＋，其原因是__________________________。
(4)某蓝色晶体中，Fe2＋、Fe3＋分别占据立方体互不相邻的顶点，而立方体的每条棱上均有一个CN－，K＋位于立方体的某恰当位置上。据此可知该晶体的化学式为________，立方体中Fe2＋间连接起来形成的空间构型是________。
(5)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(1,1,0)，则C原子坐标参数为________。
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(6)一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－为密置单层排列，Ni2＋填充其中(如图乙)，已知O2－的半径为a pm，每平方米面积上分散的该晶体的质量为________g(用含a、NA的代数式表示)。
(5)根据题图甲知，C原子坐标参数为(1，，)。(6)如图所示，以1个小菱形为研究对象，该菱形中含有1个Ni2＋、1个O2－，该菱形的边长为2a pm，则该菱形的面积为2a×10－12 m×2a×1
0－12 m×＝2a2×10－24m2；该菱形中含有该晶体的质量为 g，故每平方米面积上分散的该晶体的质量为÷(2×10－24a2)g＝ g。
答案：(1)3d74s2 2
(2)6 23NA sp
(3)N元素电负性比O元素电负性小，N原子提供孤电子对的倾向更大，与Co2＋形成的配位键更强
(4)KFe2(CN)6 正四面体形
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(5)(1，，)
(6)(或×1024)
17.(1)氯化铁溶液用于检验食用香精乙酰乙酸乙酯时，会生成紫色配合物，其配离子结构如图所示。
①此配合物中，基态铁离子的价电子排布式为__________。
②此配合物中碳原子的杂化轨道类型有________。
③此配离子中含有的化学键有________(填字母)。
A．离子键 B．金属键
C．极性键 D．非极性键
E．配位键 F．氢键
G．σ键 H．π键
④氯化铁在常温下是固体，熔点为306 ℃，沸点为315 ℃，在300 ℃以上升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁的晶体类型为____________。
(2)基态A原子的价电子排布式为3s23p5，铜与A形成化合物的晶胞如图所示(黑球代表铜原子)。
①该化合物的化学式为________，A原子的配位数是________。
②该化合物难溶于水，但易溶于氨水，其原因可能是_________________________________________；
与NH3互为等电子体的分子有________(写化学式，一种即可)。NH3的键角大于H2O的键角的主要原因是___________________________________________。
③已知该化合物晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体中Cu原子和A原子之间的最短距离为____________pm。(列出计算表达式即可)
；设晶体中Cu原子与Cl原子间的最短距离为x cm，则x＝＝
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，即Cu原子与Cl原子之间的最短距离为 ×1010pm。
答案：(1)①3d5 ②sp2、sp3 ③CDEGH ④分子晶体
(2)①CuCl 4 ②Cu＋可与NH3形成易溶于水的配位化合物 PH3(或AsH3等) NH3、H2O分子中N、O原子的孤电子对数分别是1、2，孤电子对数越多，对成键电子对的排斥力越强，键角越小
③ ×1010
18．核安全与放射性污染防治已引起广泛关注。在爆炸的核电站周围含有放射性物质碘131和铯137。碘131一旦被人体吸入，可能会引发甲状腺肿大等疾病。
(1)与铯同主族的前四周期(包括第四周期)的三种元素X、Y、Z的第一电离能如下表：
元素代号
X
Y
Z
第一电离能/(kJ·mol－1)
520
496
419
基态Z原子的核外电子排布式为__________。X、Y、Z三种元素形成的单质熔点由高到低的顺序为________________________________________
(用元素符号表示)，其原因为______________________________。
(2)F与I同主族，BeF2是由三个原子构成的共价化合物分子，分子中中心原子Be的杂化类型为________，BeF2分子的空间构型是________。
(3)Cl与I同主族，Cl具有很强的活泼性，可以形成很多含氯化合物，其中含氧酸HClO、HClO2、HClO3、HClO4的酸性由强到弱的顺序为__________________。
(4)131I2晶体的晶胞结构如图甲所示，该晶胞中含有________个131I2分子，该晶体属于________(填晶体类型)晶体。
(5)KI的晶胞结构如图乙所示，每个K＋的配位数为________。KI晶体的密度为ρ g·cm－3，K和I的摩尔质量分别为MK g·mol－1和MI g·mol－1，原子半径分别为rK cm和rI cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则KI晶胞中的空间利用率为__________。
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答案：(1)1s22s22p63s23p64s1 Li＞Na＞K 锂、钠、钾为金属晶体，它们的价电子数相等，金属离子所带的电荷数相同，离子半径依次增大，金属键依次减弱，故熔点依次降低
(2)sp 直线形
(3)HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO
(4)4 分子
(5)6 ×100%[或×100%]
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