2020届高考化学二轮练习：专题五第16讲物质结构与性质（Word版附解析）.doc

专题五 第 16 讲 1．A、B、C、D、E 是元素周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大，A 为元素 周期表中原子半径最小的元素，B 的基态原子中占有电子的 3 个能级上的电子数均相等，D 与 B 同族，C 与 B 同周期，且 C 的所有 p 轨道上的电子数与所有 s 轨道上的电子数相等，E 的次外层电子数是其最外层电子的 7 倍。 回答下列问题： (1)B、C、D 三种元素的电负性由小到大的顺序为________；(用元素符号表示)，D 元素 基态原子价层电子排布式为________________； (2)A、C 形成的三原子分子中，C 原子的杂化方式为________； (3)C、D 形成的化合物的晶体类型为________； (4)金属 Mg 与 A、E 形成的化合物是目前人类已发现的体积储氢密度最高的储氢材料之一， 其晶胞结构如图所示，其中黑球代表 E，灰球代表 Mg，白球代表 A，其中白球除在棱上、面 上以外，在晶胞内部还有 6 个。试写出该化合物的化学式：________________________。 (5)B、C、E 能形成如图所示三角双锥构型的配合物分子，三种元素的原子分别用大白球、 小白球和黑球代表。 该配合物形成配位键时提供空轨道的原子是________(填元素符号)，该配合物中大白球代 表的元素的化合价为________。 ①在水溶液中，水以多种微粒的形式与其他化合物形成水合物。试画出如下微粒的结构 图式。H5O＋2 ：________________。 ②如图为冰的一种骨架形式，以此为单位向空间延伸该冰中的每个水分子有________个 氢键；如果不考虑晶体和键的类型，哪一物质的空间连接方式与这种冰的连接类似 ________________。 解析：A 为元素周期表中原子半径最小的元素则 A 是 H 元素，B 的基态原子中占有电子 的 3 个能级上的电子数均相等，则 B 是 C 元素，D 与 B 同族即 D 是 Si 元素，C 与 B 同周期 即 C 元素为与第二周期，且 C 的所有 p 轨道上的电子数与所有 s 轨道上的电子数相等，则 C 的基态原子核外电子排布为：1s22s22p4 即 C 是 O 元素，E 的次外层电子数是其最外层电子的 7 倍，则 E 的基态原子核外电子排布为：1s22s22p63s23p63d64s2，所以 E 是 Fe 元素。 (1)同一周期，从左到右元素电负性递增，同一主族，自上而下元素电负性递减。即电负 性：Si＜C＜O，D 是 Si 元素，它的基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p2，即它的基态 原子价层电子排布式为：3s23p2；(2)A 是 H 元素，C 是 O 元素，它们形成的三原子分子是 H2O，根据价层电子对互斥理论，四对电子相互排斥成四面体结构，可见四个轨道都参与了杂 化，所以是 sp3 杂化，故答案为：sp3；(3)C 是 O 元素，D 是 Si 元素，形成化合物 SiO2，Si—O 键是共价键，SiO2 属于原子晶体；(4)8 个 Mg 原子在晶胞内部，黑球为 Fe 原子，一个晶胞中 含有的 Fe 原子数为 8×1 8＋6×1 2＝4，A 为 H 原子，一个晶胞中含有的 H 原子数为 6＋ (12×2)×1 4＋(4×6)×1 2＝24，Mg∶Fe∶H＝2∶1∶6，故其分子式为 Mg2FeH6；(5)三角双锥构 型为对称性结构，因此该分子为非极性分子，对比三种球的原子半径大小可知小白球为 O 原 子，黑球为 C 原子，大白球为 Fe 原子，Fe 原子具有多余的原子轨道，可提供空轨道，形成化 合物 Fe(CO)5，其中 Fe(CO)5 中 Fe 的化合价为 0；①H5O ＋2 可以写成两个水分子以氢键相连， 其中一个水分子的 O 再以氢键连接一个氢离子，书写时将所有原子看为一个整体用方括号括 起来，“＋”放在方括号右上角，即结构为 ；②晶体冰中，每两个水分子间 有一个氢键，平均属于每个水分子有 0.5 个，一个水分子与周围的四个水分子以氢键结合， 故 1 mol 冰中有 2 mol 氢键；二氧化硅是原子晶体，Si—O 通过共价键形成四面体结构，四面 体之间通过共价键形成空间网状结构，以立方体中的水分子为研究对象，每个水分子形成 4 条氢键， SiO2 空间连接方式与这种冰连接类似。 答案：(1)Si＜C＜O　3s23p2　(2)sp3 (3)原子晶体　(4)Mg2FeH6 (5)Fe　0　① 　②2　SiO22．教材插图具有简洁而又内涵丰富的特点。请回答以下问题： (1)第三周期的某主族元素，其第一至第五电离能数据如图 1 所示，则该元素对应的原子 有________种不同运动状态的电子。 (2)如图 2 所示，每条折线表示周期表ⅣA～ⅦA 中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个 小黑点代表一种氢化物，其中 a 点代表的是________。判断依据是________________ ________________________________________________________________________。 (3)CO2 在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图 3 所示。则该晶体的类型属于________晶 体。 (4)第一电离能介于 Al、P 之间的第三周期元素有________种。 GaCl3 中中心原子的杂化 方式为________，写出与 GaCl3 结构相同的一种等电子体(写离子)________________。 (5)冰、干冰、碘都是分子晶体，冰的结构具有特殊性，而干冰、碘的晶体具有相似的结 构特征，干冰分子中一个分子周围有________个紧邻分子。 D 的醋酸盐晶体局部结构如图， 该晶体中含有的化学键是________________(填字母标号)。 a．极性键　　　　　　　 B．非极性键 c．配位键 D．金属键 (6)Fe 的一种晶体如甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的 A～D 图中正确的是 ________(填字母标号)。 铁原子的配位数是________，假设铁原子的半径是 r cm，该晶体的密度是 ρ g/cm3 ，则铁 的相对原子质量为________________(设阿伏加德罗常数的值为 NA)。 解析：(1)图 1 中，I2 与 I3 相差较大，该元素原子最外层有两个电子，应是第三周期主族 元素镁(Mg)。电子的运动状态取决于电子所处的能层、能级、原子轨道和自旋方向，镁原子 核外共有 12 个电子，则有 12 种不同运动状态的电子。(2)第ⅣA～ⅦA 元素的氢化物中， NH3、H2O、HF 的分子间有氢键，使得它们的沸点与同族其他元素的氢化物相比“反常”。图2 中 a 点所在折线无“反常”，为第ⅣA 元素的氢化物，a 点代表的是第三周期的氢化物 SiH4。 (3)图 3 中，C、O 原子通过共价键形成空间网状晶体，属于原子晶体。(4)第ⅡA 族元素 np 能 级全空、第ⅤA 族元素 np 能级半充满，使第一电离能出现“反常”。第三周期元素第一电离能 由小到大的顺序为 Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl、Ar，介于 Al、P 之间的有 Mg、Si、S 三种 元素。 Ga 位于第四周期第ⅢA 族，GaCl3 分子中，Ga 原子价层电子对数为(3＋1×3)/2＝3， 则其杂化方式为 sp2。要写与 GaCl3 互为等电子体的离子，应在价电子总数不变的前提下，将 Ga、Cl 换成它们的邻族元素，如 CO2－3 、NO －3 等。(5)干冰晶胞为面心立方堆积，若考察上表 面的面心二氧化碳分子，则它与上表面的四个顶点、前后左右四个面心、以及上面一个晶胞 的前后左右四个面心，共 12 个二氧化碳分子距离最近且相等。 从 D 的醋酸盐晶体局部结构 看，该晶体中有 C－H、C－O、C＝O、O－D 等极性键，有 C－C 非极性键，有 O→D 配位键， 故选 abc。(6)图甲为该铁的一个晶胞，沿虚线的切面为长方形，长是宽的 2倍，四个顶角和中 心有铁原子。图乙为 8 个晶胞叠成的立方体，沿虚线的切面为 A 图。考察图甲体心铁原子， 则其配位数为 8。设图甲中晶胞边长为 a cm，则体对角线为 3a cm。又体对角线上三原子相 切，得 3a cm＝4r cm。根据密度和铁原子数求得的一个晶胞质量相等，有 ρ g/cm3×(a cm)3＝ 2 NA×M(Fe)，解得 M(Fe)＝32 3·ρ·NA·r3 9 g·mol－1，Mr(Fe)＝32 3·ρ·NA·r3 9 。 答案：(1)12　(2)SiH4　在ⅣA～ⅦA 中的氢化物里，只有ⅣA 族元素氢化物沸点不存在反 常现象，且 a 为第三周期氢化物，故 a 为 SiH4　(3)原子　(4)3　sp2 杂化　CO2－3 、NO－3 (5)12　abc　(6)A　8　32 3·ρ·NA·r3 9 3．砷和镍均为重要的无机材料，在化工领域具有广泛的应用。 (1)基态 As 原子的价层电子的电子云轮廓图形状为________。与砷同周期的主族元素的基 态原子中，第一电离能最大的为________(填元素符号)。 (2)Na3AsO3 可用于碘的微量分析。 ①Na＋的焰色反应呈黄色，金属元素能产生焰色反应的微观原因为_______________ ________________________________________________________________________。 ②Na3AsO3 中所含阴离子的立体构型为________，写出一种与其互为等电子体的分子： ________________(填化学式)。 (3)M( )可用于合成 Ni2＋的配体，M 中 C 原子的杂化方式为________， 其所含 σ 键和 π 键的数目之比为________。 (4)Ni 与 Ca 处于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属 Ni 的熔点和沸点均比金 属 Ca 的高，其原因为________________________。区分晶体 Ni 和非晶体 Ni 的最可靠的科学 方法为________________________。(5)某砷镍合金的晶胞结构如下图所示，设阿伏加德罗常数的值为 NA，则该晶体的密度 ρ＝ ________g·cm－3。 解析：(1)基态 As 原子的价层电子排布式为 4s24p3, 故其电子云轮廓图形状为球形、哑铃 形或纺锤形。一般情况下，同周期主族元素从左到右，元素的第一电离能逐渐增大，故第四 周期主族元素中第一电离能最大的是 Br。(2)①金属元素产生焰色反应的微观原因为电子从较 高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，会以光的形式释放能量，产生焰色反 应。②AsO3－3 中 As 原子的价层电子对数目为 4，含有一对孤对电子，其立体构型为三角锥形。 根据等电子体的含义知，与 AsO 3－3 互为等电子体的分子有 PCl3、PBr3、NF3、NCl3 等。 (3)由 的结构简式可知，—CH3、—CH2—、—CF3 中 C 原子的价层电子 对数目为 4，杂化方式为 sp3，碳氧双键中 C 原子的价层电子对数目为 3，杂化方式为 sp2。每 个 分子中含有 14 个 σ 键和 2 个 π 键，则 σ 键与 π 键的数目之比为 7∶1。 (4)金属晶体熔沸点的高低与金属键的强弱有关，金属键的强弱与价层电子数目和金属原 子的半径有关。区分晶体 Ni 和非晶体 Ni 的最可靠的科学方法为 X射线衍射法。(5)由晶胞结 构可知，每个晶胞中含有 2 个 Ni 原子和 2 个 As 原子，晶胞的体积 V＝ 3a2c 2 ×10－30 cm3，故 晶胞的密度 ρ＝ 2 × (59＋75) NA 3a2c 2 × 10－30 g/cm3＝5.36 × 1032 3a2cNA g·cm－3。 答案：(1)球形、哑铃形(或纺锤形)　Br (2)①电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，会以光的形式释放 能量　②三角锥形　PCl3、PBr3、NF3、NCl3 等(答一种即可) (3)sp3，sp2　7∶1 (4)Ni 的原子半径较小，价层电子数目较多，金属键较强　X射线衍射法 (5)5.36 × 1032 3a2cNA 4．自然界中氟多以化合态形式存在，主要有萤石(CaF2)、冰晶石(Na3AlF6)等。 (1)基态氟原子中，有________种能量不同的电子。(2)萤石(CaF2)难溶于水，但可溶于含 Al3＋的溶液中，原因是________________(用离子方 程式表示)。(已知 AlF 3－6 在溶液中可稳定存在) (3)BF3 与一定量的水形成(H2O)2·BF3 晶体 Q，晶体 Q 在一定条件下可转化为 R： ①晶体 R 中含有的化学键包括________(填标号)。 A．离子键　　　　　　　 B．配位键 C．共价键 D．氢键 ②R 中阳离子的空间构型为________，阴离子中心原子的杂化方式为________。 (4)F2 与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如 ClF3、BrF3 等。ClF3 的熔沸点比 BrF3 的低，原因是________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)Na3AlF6 晶胞结构如图所示： ①位于大立方体体心▽代表________(填离子符号)； ②AlF 3－6 做面心立方最密堆积形成正四面体和正八面体两种空隙，正四面体空隙数和 AlF 3－6 数之比为________，其中________%正八面体空隙被 Na＋填充； ③晶胞边长为 x nm，则相距最近的两个 Na＋之间距离为________nm；设 Na3AlF6 的相对 分子质量为 M，阿伏加德罗常数为 NA，则该晶体密度的计算表达式为________g/cm3。 解析：(1)F 是 9 号元素，核外电子排布式是 1s22s22p5，可知其核外有 3 种不同能量的电 子；(2)萤石(CaF2)难溶于水，但可溶于含 Al3＋的溶液中，原因是在溶液中 F－与 Al3＋能形成很 难电离的配离子 AlF3－6 ，使 CaF2 的溶解平衡正向移动，最终完全溶解，反应的离子方程式为： 3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF3－6 ；(3)①晶体 R 是离子晶体，含有离子键；B 与 F 及水分子内的 H 与 O 等非金属元素原子之间易形成共价键，B 原子含有空轨道、O 原子含有孤电子对，所 以 B 原子和 O 原子之间存在配位键，分子之间存在范德华力，水分子中的 O 原子和其他分子 中的 H 原子易形成氢键，但是氢键不属于化学键，属于含有的化学键类型有离子键、共价键、 配位键，故合理选项是 ABC； ②H3O＋中 O 原子价层电子对个数＝3＋6－1－3 × 1 2 ＝4，且 O 原子上含有一个孤电子对，所以为三角锥形结构；阴离子中中心原子 B 原子含有 4 个 σ 键且不含孤电子对，所以 B 原子 采用 sp3 杂化方式；(4)由于结构相似的物质，相对分子质量越大，分子晶体的熔沸点越高， ClF3、BrF3 结构相似，ClF3 的相对分子质量比 BrF3 的小，所以 ClF3 的熔、沸点比 BrF3 的低； (5)①在已经确定位置的微粒结构中含 AlF 3－6 的个数是：1 8×8＋1 2×6＝4，含有 Na ＋数目为1 4 ×12＋1×8＝11，由于 Na3AlF6 晶胞中 Na＋与 AlF 3－6 的个数比为 3∶1，所以在晶胞中心含有 的微粒是 Na＋；②由晶胞结构可知：在该晶体中含有的 AlF 3－6 作面心立方最密堆积形成正四 面体数目是 8 个，由于在一个晶胞中含有 4 个 AlF3－6 ，所以二者的比是 8∶4＝2∶1；Na＋位于 6 个面心 AlF 3－6 形成正八面体中心，所以 100%正八面体空隙被 Na＋填充；③晶胞边长为 x nm，在该晶体中两个最近的 Na＋位置在晶胞立方体对角线的1 4处；由于晶胞边长为 x nm，所 以立方体对角线为 3x nm，则相距最近的两个 Na＋之间距离为 3x 4 nm；根据①的计算可知： 在一个晶胞中含有 4 个 Na3AlF6，则该晶胞的密度 ρ＝m V＝ 4M NAg (x × 10－7cm)3 ＝ 4M NA(x × 10－7)3 g/cm3。 答案：(1)3　(2)3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF3－6 (3)①ABC　②三角锥形　sp3　(4)ClF3 相对分子质量较小，分子间范德华力较弱，故熔沸 点较低　(5)①Na＋ ②8∶4(或 2∶1)　100　③ 3x 4 　 4M NA(x × 10－7)3 g/cm3 5．Fritz Haber 在合成氨领域的贡献距今已经 110 周年，氮族元素及其化合物应用广泛。 (1)在基态 13N 原子中，核外存在________对自旋相反的电子，核外电子占据的最高能级 的电子云轮廓图为________形。 (2)根据价层电子对互斥理论，NH3、NO－3 、NO －2 中，中心原子价层电子对数不同于其他 两种粒子的是________，与 NO －3 互为等电子体的分子为________。液氨中存在电离平衡 2NH3NH＋4 ＋NH－2 ，根据价层电子对互斥理论，可推知 NH －2 的空间构型为________，液氨 体系内，氮原子的杂化轨道类型为________。NH3 比 PH3 更容易液化的原因为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)我国科学工作者实现世界首次全氮阴离子(N－5 )金属盐 Co(N5)2(H2O)4·4H2O 的合成，其 结构如图 1 所示，可知 N －5 的化学键类型有________。(4)把特定物质的量之比的 NH4Cl 和 HgCl2 在密封管中一起加热时，生成晶体 X，其晶胞 的结构图及晶胞参数如图 2 所示。则晶体 X 的化学式为__________________，其晶体密度为 ________________(设阿伏加德罗常数的值为 NA，列出计算式)g·cm－3。 解析：(1)氮原子的电子排布是 1s22s22p3，可知核外存在 2 对自旋相反的电子。最外层为 p 轨道，电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。(2)不难计算出 NH－2 的中心原子 N 的价层电子对数为 4， 孤电子对数为 2，可知空间构型为 V 形；液氨存在分子间氢键，沸点高于 PH3，故 NH3 比 PH3 更易液化。(3)由结构可知，存在的化学键为 σ 键、π 键。(4)由均摊法可知，1 个晶胞中 Hg2＋、 NH＋4 、Cl－个数分别为 1、1、3。晶体密度 ρ＝ZM NAV，又 M(HgNH4Cl3)＝325.5 g/mol，V＝(a×10 －10)2·c×10－10 cm3。故 ρ＝ 1 × 325.5 NA × (a × 10－10)2·c × 10－10 g·cm－3。 答案：(1)2　哑铃(纺锤) (2)NH3　SO3 或 BF3　V 形　sp3　液氨存在分子间氢键，沸点高于 PH3，故 NH3 比 PH3 更 易液化 (3)σ 键、π 键 (4)HgNH4Cl3　 1 × 325.5 NA × (a × 10－10)2·c × 10－10 6．工业上常用硫化镍精矿冶炼钴，其工业流程如下：回答下列问题： (1)基态 O 原子的轨道表达式为____________，与基态 Co 原子未成对电子数相同的第四 周期元素有________(填元素符号)。 (2)H2S 的 VSEPR 模型为________________，与其互为等电子体的阴离子为________(任写 一种，填离子符号)。 (3)“尾液”中会溶有氨气，则所得“尾液”中存在的氢键有________(画出“尾液”中所 有氢键的结构)。 (4)[Co(NH3)5·H2O]3＋中提供孤电子对的原子为________(填元素符号，下同)，N、O 中第 一电离能较大的是____________，_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5) 硫 化 镍 与 氧 化 镍 同 为 离 子 晶 体 ， 氧 化 镍 的 熔 点 高 于 硫 化 镍 的 原 因 为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)单质钴为六方最密堆积，若钴原子半径为 r pm，NA 表示阿伏加德罗常数的值，钴密度 的表达式为 ρ＝________________g·cm－3(用含 r、NA 的代数式表示)。 解析：(1)基态 O 原子的轨道表达式为 ，基态 Co 原子的未成 对电子数为 3，与其未成对电子数相同的第四周期元素有 V、As。 (2)H2S 的杂化方式为 sp3，VSEPR 模型为四面体形，与其互为等电子体的阴离子为 NH－2 。 (3)“尾液”中会溶有氨气，则所得“尾液”中存在的氢键有 O—H…N、N—H…N、 O—H…O、N—H…O。 (4)[Co(NH3)5·H2O]3＋中提供孤电子对的原子为 N、O，其中第一电离能较大的是 N，原因 为基态 N 原子的 2p 轨道处于半充满状态，失去一个电子较困难，第一电离能较大。 (5)氧离子半径小于硫离子半径，所以氧化镍的晶格能大，熔点高。 (6)六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率相同，可按照面心立方最密堆积处理， 钴 原 子 半 径 为 r pm ， 所 以 棱 长 为 2 2r pm ， 钴 密 度 的 表 达 式 为 ρ ＝ 4 × 59 g·mol－1 (2 2r × 10－10 cm)3 × NA mol－1 ＝ 59 4 2 × r3 × 10－30 × NAg·cm－3。 答案：(1) (2)四面体形　NH－2 (3)O—H…N、N—H…N、O—H…O、N—H…O (4)N、O　N　基态 N 原子的 2p 轨道处于半充满状态，失去一个电子较困难，第一电离能较大 (5)氧离子半径小于硫离子半径，所以氧化镍的晶格能大，熔点高 (6) 59 4 2 × r3 × 10－30 × NA 7．稀土元素包括元素周期表中的镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y) 元素。 请回答下列问题： (1)镧系元素位于元素周期表第________族，镧系元素位于周期表的________区。 (2)基态钪原子的价电子排布式为________________。 (3)大多数稀土元素的金属离子易与乙二胺(H2NCH2CH2NH2)等配位，乙二胺中价层电子对 数为 4 的原子为________(填元素符号)；乙二胺和三乙胺[(CH3CH2)3N]均属于胺类，但是乙二 胺比三乙胺的沸点高得多，其原因是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)稀土元素最常见的化合价为＋3 价，但也有少数还有＋4 价，请根据图 1 中的电离能数 据，判断图中最可能有＋4 价的元素是________(填元素符号)，在加热条件下其低价氯化物易 发生水解，其无水低价氯化物可用加热含六个结晶水的低价氯化物和 NH4Cl 固体混合物的方 法来制备。其中 NH4Cl 的作用是________________。 (5)镱(Yb)是电脑记忆元件的重要元素，其单质晶胞结构如图 2 所示，晶胞中镱原子的配 位数为________；若晶胞边长为 a pm，镱原子半径为________pm；阿伏加德罗常数的值为 NA，则镱单质的密度为________g·cm－3(用含 a、NA 的代数式表示)。 解析：(1)镧系元素位于第ⅢB 族，属于 f 区元素。 (2)基态 Sc 原子的价电子排布式为 3d14s2。 (3)H2NCH2CH2NH2 中碳、氮原子都采用 sp3 杂化，它们的价层电子对数都为 4；乙二胺中 存在氢氮键，能形成分子间氢键，导致其沸点较高。 (4)第四电离能与第一电离能、第二电离能、第三电离能相差越小，第四个电子越容易失去，＋4 价的可能性越大，故 Ce 元素最可能有＋4 价。CeCl3 易发生水解，NH4Cl 受热分解出 HCl 气体，能抑制 CeCl3 的水解。 (5)晶胞中镱原子的配位数为 12；设镱原子半径为 r，则(4r)2＝2a2，r＝ 2 4 a pm；晶胞中含 有 4 个镱原子，镱单质的密度为 4 × 173 g·mol－1 NA mol－1 × (a × 10－10 cm)3 ＝6.92 × 1032 a3 NA g·cm－3。 答案：(1)ⅢB　f　(2)3d14s2　(3)C 和 N　乙二胺分子间存在氢键，三乙胺分子间不存在氢 键　(4)Ce　分解出 HCl 气体，抑制 CeCl3 的水解　(5)12　 2 4 a　6.92 × 1032 a3 NA 8．2018 年 3 月南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐——AgN5，目前已经合成出 钠、锰、铁、钴、镍、镁等几种金属的全氮阴离子盐。 (1)基态 Ni3＋的价电子排布式为________；银与铜位于同一族，银元素位于元素周期表的 ________区。 (2)[Mg(H2O)6]2＋[(N5)2(H2O)4]2－的晶体结构如图 1 所示： ①N、O、Mg 元素的前 3 级电离能如下表所示： 元素 I1/kJ·mol－1 I2/kJ·mol－1 I3/kJ·mol－1 X 737.7 1 450.7 7 732.7 Y 1 313.9 3 388.3 5 300.5 Z 1 402.3 2 856.0 4 578.1 X、Y、Z 中为 N 元素的是________，判断理由是____________________________ ________________________________________________________________________。 ②从作用力类型看，Mg2＋与 H2O 之间是________、N －5 与 H2O 之间是________。 ③N －5 为平面正五边形，N 原子的杂化类型是________。科学家预测将来还会制出含 N－4 、 N －6 等平面环状结构离子的盐，这一类离子中都存在大 π 键，可用符号 Π nm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 Π66)， 则 N －4 中的大 π 键应表示为________。 (3)AgN5 的立方晶胞结构如图 2 所示：Ag＋周围距离最近的 Ag＋有________个。若晶体中紧邻的 N －5 与 Ag＋的平均距离为 a nm， NA 表示阿伏加德罗常数的值，则 AgN5 的密度可表示为________g·cm－3(用含 a、NA 的代数式 表示)。 解析：(1)Ni3＋的价电子排布式为 3d7；银元素位于元素周期表的 ds 区。 (2)①X 最外层为 2 个电子，为 Mg；N 的 2p 轨道处于半充满的稳定结构，故失去第 1 个 电子较难，I1 较大，则 Z 是 N 元素。②Mg2＋与 H2O 之间是水分子的 O 原子提供孤电子对，Mg2 ＋提供空轨道，即配位键；N－5 与 H2O 之间形成 N…H—O 氢键。③N －5 为平面正五边形，故 N 原子是 sp2 杂化。N －4 中每一个 N 原子的 sp2 杂化轨道有 2 个形成 σ 键，一个是孤电子对，还 有一个垂直于 N 原子形成平面的 p 轨道，只有 1 个电子，p 轨道间形成一个大 π 键，N －4 得到 1 个电子，故电子数是 5 个。 (3)Ag＋周围最近的 Ag＋有 12 个。1 个晶胞中含有 4 个 Ag＋、4 个 N－5 ，1 个晶胞的体积为 (2a×10－7)3cm3，则晶体的密度为 4 × 178 g·mol－1 NA mol－1 × (2a × 10－7)3cm3 ＝8.9 × 1022 NA·a3 g·cm－3。 答案：(1)3d7　ds　(2)①Z　X 最外层为 2 个电子，为 Mg；N 元素的 2p 轨道处于半充满 的稳定结构，故失去第 1 个电子较难，I1 较大，则 Z 是 N 元素　②配位键　氢键　③sp2　Π54　 (3)12　8.9 × 1022 NA·a3