2024新高考化学第一轮章节复习--专题八化学键分子和晶体的结构与性质(含答案)

专题八　化学键 分子和晶体的结构与性质
1.下列关于HF、H2O、NH3的说法不正确的是 (　　)
A.HF、H2O、NH3都是由极性键形成的极性分子
B.HF、H2O、NH3中共价键键长逐渐增大,键能逐渐减小
C.H2O、NH3的中心原子杂化方式相同
D.H2O比HF的沸点高是由于HF分子间不能形成氢键
答案　D　A项,HF、H2O、NH3都是由极性键形成的极性分子,正确;B项,F、O、N的原子半径逐渐增大,HF、H2O、NH3中共价键键长逐渐增大,键能逐渐减小,正确;C项,H2O、NH3的中心原子杂化方式都为sp3杂化,正确;D项,1个水分子最多可与4个水分子形成氢键,但1个HF分子最多与2个HF分子形成氢键,故H2O的沸点比HF高,错误。
2.中国空间站天和核心舱的主要能量来源是砷化镓(GaAs)太阳电池阵,其中Ga与Al同主族,As与N同主族,GaAs的熔点为1 238 ℃。下列说法错误的是 (　　)
A.砷化镓属于金属材料
B.GaAs晶体类型为共价晶体
C.原子半径:Ga>As
D.第一电离能:Ga答案　A　A项,砷化镓是一种半导体材料,属于无机非金属材料,错误;B项,GaAs的熔点为1 238 ℃,熔点较高,由于Ga、As的电负性相差不大,属于共价晶体,正确;C项,Ga位于第四周期ⅢA族,As位于第四周期ⅤA族,同周期元素从左到右原子半径逐渐减小,正确;D项,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能反常得高,故第一电离能:Ga3.由徐光宪院士发起,院士学子同创的《分子共和国》科普读物生动形象地戏说了BF3、NH3、H2S、O3、CH3COOH、SOCl2等众多“分子共和国”中的明星。下列说法正确的是 (　　)
A.NH3中中心原子为sp3杂化,BF3中中心原子为sp2杂化
B.BF3和NH3都属于非极性分子
C.所有分子都只存在σ键,不存在π键
D.H2S、O3分子的空间结构均为直线形
答案　A　A项,NH3中中心原子的价层电子对数=3+×(5-3×1)=4,中心原子为sp3杂化;BF3中中心原子的价层电子对数=3+×(3-3×1)=3,中心原子为sp2杂化,正确。B项,BF3空间结构为平面三角形,为非极性分子;NH3空间结构为三角锥形,为极性分子,错误。C项,O3、CH3COOH、SOCl2都含有π键,错误。D项,H2S中中心原子的价层电子对数=2+×(6-2×1)=4,有2个孤电子对,空间结构为V形;O3的空间结构与H2O相似,也为V形,错误。
4.氮化硅(熔点1 900 ℃)具有高强度、高韧性,常用作LED的基质材料,通过SiH4与NH3发生反应3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2制得。下列说法错误的是(　　)
A.键角:SiH4>NH3
B.SiH4还原性强于NH3,可证明非金属性N>Si
C.Si3N4属于共价晶体
D.SiH4为非极性分子
答案　B　NH3与SiH4的中心原子都是sp3杂化,NH3的中心原子杂化轨道中存在一对孤电子对,SiH4的中心原子杂化轨道中不存在孤电子对,故键角:SiH4>NH3,A正确;SiH4的还原性是-1价H体现,不可证明非金属性N>Si,B错误;Si3N4熔点高,具有高强度、高韧性,属于共价晶体,C正确;SiH4呈正四面体结构,为非极性分子,D正确。
5.下列有关化学用语正确的是 (　　)
A.I4O9(碘酸碘)中碘的化合价为+3、+5
B.用电子式表示氧化钠的形成过程:
C.HF分子间的氢键:
D.砷原子结构示意图:
答案　A　碘酸碘I4O9可以写成I(IO3)3的形式,其中碘元素的化合价为+3和+5,A正确;Na2O为离子化合物,电子式为Na+[····]2-Na+,B错误;HF分子间的氢键可表示为,C错误;砷为33号元素,位于元素周期表第四周期第ⅤA族,其原子结构示意图为,D错误。
6.三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)都是微电子工业中的优良蚀刻剂,随着纳米技术及电子工业的发展,它们的需求量日益增加。下列说法正确的是 (　　)
A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子
B.六氟化硫分子的空间构型为平面正六边形
C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷
D.三氟化氮中的N和甲烷中的C杂化方式相同
答案　D　NF3的中心原子N的价层电子对数是4,孤电子对数是1,空间结构为三角锥形,NF3为极性分子,A错误;六氟化硫价层电子对数是6,为正八面体结构,是非极性分子,B错误;NF3和三氟化磷都是分子晶体,相对分子质量更大的三氟化磷的沸点更高,C错误;三氟化氮中的N和甲烷中的C杂化方式都是sp3,D正确。
7.石灰氮(CaCN2)是一种氮肥,与土壤中的H2O反应生成氰胺(),氰胺可进一步转化为尿素[CO(NH2)2]。下列说法正确的是 (　　)
A.CaCN2的电子式:
B.H2O的空间填充模型:
C.CO(NH2)2中含有的化学键为共价键和氢键
D.1个分子中含3个σ键
答案　A　CaCN2属于离子化合物,根据Ca、C、N原子结构特点,要达到8电子稳定结构,可知CaCN2的电子式为,A正确;氧原子的半径比氢原子大,且水分子的空间结构为V形,B错误;CO(NH2)2的结构式为,属于分子晶体,含有的化学键为共价键,分子间存在氢键,但是氢键不是化学键,C错误;1个分子中含2个氮氢键、1个碳氮单键和1个碳氮三键,碳氮三键中含有1个σ键和2个π键,单键均是σ键,则1个分子中含4个σ键,D错误。
知识归纳　共价单键是σ键,共价双键中有1个σ键和1个π键,共价三键中有1个σ键和2个π键。
8.工业上利用NH3和CO2生产尿素的原理可表示为:
2NH3+CO2 H2NCOONH4(氨基甲酸铵)
H2NCOONH4 H2NCONH2(尿素)+H2O
下列对涉及的有关物质的说法错误的是 (　　)
A.NH3和尿素中的N的杂化方式相同
B.氨基甲酸铵的稳定性比尿素强
C.尿素中碳原子和氧原子的1个2p轨道重叠形成π键
D.1个尿素分子中最多有6个原子位于同一平面
答案　B　NH3和尿素中的N原子的杂化方式都是sp3,A正确;氨基甲酸铵在加热条件下分解为尿素和H2O,可知尿素的稳定性比氨基甲酸铵强,故B错误;尿素中的C原子采用sp2杂化,碳原子的1个未参与杂化的2p轨道和氧原子的1个2p轨道重叠形成π键,故C正确;尿素中的C原子采用sp2杂化,除每个氨基上的1个H原子外,其他原子可能共平面,所以1个尿素分子中最多有6个原子位于同一平面,故D正确。
9.工业上利用MgCl2·6H2O+6SOCl2 MgCl2+6SO2↑+12HCl↑制备无水MgCl2。下列说法正确的是　 (　　)
A.SO2为非极性分子
B.MgCl2中既含离子键又含共价键
C.H2O的电子式为
D.基态O原子的价层电子排布式为2s22p4
答案　D　由ABm型分子极性的判断方法可知,中心硫原子化合价的绝对值不等于其最外层电子数,SO2为极性分子,A错误;MgCl2的电子式为[]-Mg2+[]-,则MgCl2中只含离子键,B错误;H2O的电子式为HH,C错误;O为8号元素,基态O原子的价层电子排布式为2s22p4,D正确。
解题技巧　一般情况下中心原子若存在孤电子对,该分子为极性分子,如NH3、H2O、SO2等。
10.下列有关说法正确的是 (　　)
A.C的空间结构为三角锥形
B.SO2与SO3中硫原子的杂化轨道类型均是sp2
C.SO2的键角比SO3的大
D.1 mol [Cu(H2O)4]2+中含有8 mol σ键
答案　B　C中C原子的价电子对数为=3,空间结构为平面三角形,A项错误;SO2中S原子的价电子对数为=3,杂化轨道类型为sp2,SO3中S原子的价电子对数为=3,杂化轨道类型为sp2,B项正确;SO2和SO3均为sp2杂化,SO2中含有1对孤电子对,SO3中不含孤电子对,孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力,则SO2的键角比SO3的小,C项错误;1个[Cu(H2O)4]2+中含有4个配位键,配位键属于σ键,4个水分子中含有8个σ键,则1 mol [Cu(H2O)4]2+中含有12 mol σ键,D项错误。
易错易混　SO2与SO3中硫原子的杂化轨道类型均为sp2,但是分子的空间结构分别为V形和平面三角形,且SO2为极性分子,SO3为非极性分子。
11.下列说法正确的是 (　　)
A.CO2与SiO2的晶体类型相同
B.SiCl4与SiHCl3分子中的键角相等
C.1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si键
D.CO2分子中碳原子轨道杂化类型为sp2
答案　C　A项,CO2为分子晶体,SiO2为共价晶体,错误;B项,SiCl4为正四面体形,SiHCl3中Si—H键与Si—Cl键键长不等,所以SiHCl3为不规则的四面体,两者的键角不同,错误;C项,晶体Si中每个Si连有4个Si原子,所以1 mol晶体硅中含有Si—Si键为4 mol×=2 mol,正确;D项,CO2中碳原子价电子对数为=2,所以碳原子为sp杂化,错误。
易错易混　1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si键,而1 mol二氧化硅中含有4 mol Si—O键。
12.某中德联合研究小组设计制造了一种“水瓶”,用富勒烯(C60)的球形笼子作“瓶体”(C60结构如图所示),一种磷酸盐作“瓶盖”,恰好可将一个水分子关在里面。下列说法中不正确的是 (　　)
A.Na3PO4为强电解质,其阴离子的VSEPR模型与离子的空间结构不一致
B.富勒烯(C60)结构中碳原子均采用sp2杂化
C.碳、氧、磷三种元素分别形成的简单氢化物中H2O的沸点最高
D.一定条件下石墨转化为C60的反应为非氧化还原反应
答案　A　P中P的价层电子对数为4+×(5+3-2×4)=4,且不存在孤电子对,VSEPR模型与离子的空间结构均为正四面体形,A错误;富勒烯中的碳原子与石墨中的碳原子类似,均采取sp2杂化,B正确;H2O分子间存在氢键,导致H2O的沸点在CH4、H2O、PH3三者中最高,C正确;石墨转化为C60的反应中,碳元素的化合价未发生变化,为非氧化还原反应,D正确。
13.固体界面上的吸附和离解是多相化学在环境、催化等科学领域研究的重要课题。如图为气流中的CO2被捕获到固体界面催化加氢合成重要的化工原料甲酸的过程示意图,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述不正确的是(　　)
A.在固体界面因发生反应活化能降低,使H2迅速参与反应
B.1 mol甲酸(HCOOH)中所含的σ键数目为4NA
C.N(C2H5)3分子中N—C键间的键角小于N中N—H键间的键角
D.若22.4 L CO2参与反应,则断开CO2分子中1 mol共价键
答案　D　催化剂可降低反应活化能,反应速率加快,使H2迅速参与反应,A正确;甲酸(HCOOH)结构式为,1 mol甲酸中所含的σ键数目为4NA,B正确;N(C2H5)3可视为NH3中H被—C2H5取代,所以N(C2H5)3中N原子采用sp3杂化,且其中氮原子上存在一对孤电子对,N中N原子采用sp3杂化且无孤电子对,则N(C2H5)3分子中N—C键间的键角小于N中N—H键间的键角,C正确;未指明是否为标准状况,无法计算22.4 L CO2的物质的量,D错误。
14.2021年9月24日《科学》杂志发表了我国科学家的原创性重大突破,首次在实验室实现从CO2到淀粉的全合成。其合成路线如下:
下列说法错误的是 (　　)
A.电负性:O>C>H>Zn
B.甲醇分子中H—C—O键角小于甲醛分子中H—CO键角
C.DHA分子间存在氢键
D.Zn溶于氨水形成配合物[Zn(NH3)4](OH)2,Zn2+的配位数为6
答案　D　C、O的氢化物中H显正价,同周期主族元素自左至右,电负性逐渐增大,所以电负性:O>C>H,锌为金属元素,其电负性小于非金属元素,故A正确;甲醇分子中C原子为sp3杂化,甲醛分子中C原子为sp2杂化,所以甲醇分子中H—C—O键角小于甲醛分子中H—CO键角,故B正确;DHA分子中含有2个羟基,可以形成分子间氢键,故C正确;Zn溶于氨水形成配合物[Zn(NH3)4](OH)2,Zn2+的配位数为4, 故D错误。
15.下列说法正确的是 (　　)
A.NCl3分子的极性比PCl3的大
B.CH3CHCHCHCH2中,①②键长不相同
C.N的空间构型为三角锥形
D.基态原子中,4s电子能量较高,总是在比3s电子离核更远的地方运动
答案　B　NCl3分子的极性比PCl3的小,故A错误;①是sp3杂化轨道和sp2杂化轨道重叠形成的,而②是两个sp2杂化轨道重叠形成的,电子云重叠程度不同,①②键长不相同,B正确;N中心原子的价层电子对数为3+=3,空间构型为平面三角形,C错误;4s电子在4s区域出现的几率多,但不总是在比3s电子离核更远的区域运动,故D错误;故选B。
16.NH3和BF3可以反应生成氨硼烷(NH3·BF3)。下列说法错误的是 (　　)
A.NH3的沸点高于BF3
B.NH3和BF3中N、B的杂化方式相同
C.1 mol NH3·BF3中,含有的σ键数为7NA(令NA为阿伏加德罗常数的值)
D.基态B原子的核外电子空间运动状态有3种
答案　B　NH3分子间存在氢键,沸点高于BF3,A正确;NH3的中心原子N采取sp3杂化,BF3的中心原子B采取sp2杂化,N、B的杂化方式不同,B错误;氨硼烷(NH3·BF3)分子中存在3个N—H键、3个B—F键和1个N→B键,均为σ键,则1 mol NH3·BF3中含有的σ键数为7NA,C正确;基态B原子的电子排布式为1s22s22p1,则空间运动状态有3种,D正确。
17.下列有关NH3、N、N、N的说法正确的是 (　　)
A.NH3和N中的H—N—H键角前者大
B.NH3和N的空间构型相同
C.N和N中N原子的杂化方式相同
D.NH3与Cu2+形成的[Cu(NH3)4]2+中,提供孤电子对形成配位键的是Cu2+
答案　A　NH3与N中N原子的价层电子对数都是4,NH3中N含有1对孤电子对,N中N含有2对孤电子对,前者键角大,A正确;NH3的空间构型为三角锥形,N的空间构型为平面三角形,B错误;N中N原子为sp3杂化,N中N原子为sp2杂化,C错误;铜离子提供空轨道、N原子提供孤电子对,形成配位键,D错误;选A。
18.某离子液体的部分结构如下。短周期主族元素R、X、Y、Z、W中Y的原子半径最小,X、Z同主族,且Z的电子数等于Y、W电子数之和,X与R、W形成的二原子化合物均为常见的城市空气污染物。以下说法正确的是 (　　)
A.RW-做配体时,W提供孤电子对
B.RZ2、WY3、RY4分子中的键角依次减小
C.第一电离能:Y>W>X>R
D.氢化物的熔、沸点大小顺序一定为R答案　C　X、Z同主族,X形成2个共价键,Z形成6个共价键,则X为O,Z为S;X与R、W形成的二原子化合物均为常见的城市空气污染物,应该为CO和NO,则R为C,W为N;Y形成1个共价键,Z的电子数等于Y、W电子数之和,Y的电子数为16-7=9,则Y为F。CN-做配体时,C的电负性弱,提供孤电子对,A错误;CS2为直线形,键角最大,NF3、CF4的中心原子均为sp3杂化,但NF3的N含有1对孤电子对,CF4的中心原子C没有孤电子对,则CF4的键角较大,B错误;N的2p能级处于半满稳定状态,其第一电离能大于同周期相邻元素,C正确;R的氢化物为烃,某些烃呈固态,氢化物的熔、沸点大小顺序不一定为R19.离子化合物CaC2的晶体结构如图所示。下列有关说法中正确的是 (　　)
A.Ca2+的配位数为2
B.该晶胞中含有4个
C.CaC2中只含有离子键
D.若晶胞参数为a nm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶体密度为 g·cm-3
答案　B　A项,Ca2+的配位数为6,错误;B项,位于体心和棱上,故晶胞中含有1+12×=4个,正确;C项,Ca2+与之间存在离子键,中存在共价键,错误;D项,1个晶胞中含有4个CaC2,晶体密度ρ=== g·cm-3=×1021 g·cm-3,错误。
20.如图所示,铁有δ、γ、α三种晶体,三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是 (　　)
A.γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
B.α-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
C.将铁加热到1 500 ℃后降温,得到的晶体类型一定相同
D.若α-Fe晶胞边长为a cm,γ-Fe晶胞边长为b cm,则两种晶体的密度比为b3∶a3
答案　B　γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个,A错误。将铁加热到1 500 ℃后降温,在不同温度下得到的晶体类型不同,C错误。1个α-Fe晶胞中有8×=1个铁原子,晶胞质量m= g,晶胞体积V=a3 cm3,晶体密度ρ== g/cm3;1个γ-Fe晶胞中有8×+6×=4个铁原子,晶胞质量m= g,晶胞体积V=b3 cm3,晶体密度ρ== g/cm3;两种晶体的密度比为b3∶4a3,D错误。
21.(CH3NH3)PbI3是钙钛矿太阳能电池的重要吸光材料,其晶胞结构如图1所示,Walsh提出H2O降解(CH3NH3)PbI3的机理如图2所示。
图1
图2
下列说法不正确的是 (　　)
A.H3O+的键角小于H2O的键角
B.1个(CH3NH3)PbI3晶胞含有3个I-
C.机理中的反应均为非氧化还原反应
D.H2O可与CH3N反应生成H3O+和CH3NH2
答案　A　H3O+中氧原子上只有一对孤电子对,H2O中有两对孤电子对,孤电子对数越多,孤电子对对成键电子对的排斥作用越强,键角越小,因此键角:H3O+>H2O,A错误;根据均摊法,在1个(CH3NH3)PbI3晶胞中,灰球的个数为1,白球的个数为6×=3,黑球的个数为8×=1,因此1个(CH3NH3)PbI3晶胞含有3个I-,B正确;机理中的反应在反应过程中各元素化合价不变,因此这些反应均为非氧化还原反应,C正确;H2O分子中的O原子上含有孤电子对,能够与H+形成配位键从而形成H3O+,因此H2O可与CH3N反应生成H3O+和CH3NH2,D正确。
22.河蚌的壳外层主要成分为方解石,内层主要是霰石,两者成分都是碳酸钙,但晶体结构不同,称为“同质多象”现象,金刚石和石墨也属于同质多象现象。霰石光滑,结构中每个Ca2+周围围绕着6个C,方解石坚硬,晶胞结构如图。下列说法错误的是 (　　)
A.霰石晶体中每个C周围有6个Ca2+
B.霰石和方解石中的C均为平面三角形结构
C.霰石和方解石的熔点相同
D.方解石晶体结构图的平行六面体中含有2个Ca2+、2个C
答案　C　霰石晶胞中每个Ca2+周围有6个C,碳酸钙的化学式为CaCO3,故每个C周围有6个Ca2+,A正确。 C中C原子的价层电子对数为3+=3,由于不存在孤电子对,故为平面三角形结构,B正确。由于霰石和方解石的晶体结构不同,故熔点不同,C错误。C位于方解石晶胞体内,数目为2;Ca2+数目为1+8×=2,D正确。
23.通过反应4BI(g)+As4(g) 4BAs(s,晶体)+2I2(g)可制备具有超高热导率半导体材料——BAs晶体。下列说法错误的是 (　　)
图(a) 图(b)图(c)
A.图(a)表示As4结构,As4分子中成键电子对数与孤电子对数之比为3∶1
B.图(b)表示单质硼晶体B12的基本结构单元,该基本单元为正二十面体
C.图(b)所示单质硼晶体的熔点为2 180 ℃,它属于共价晶体
D.图(c)表示BAs的晶胞结构,距离As原子最近且距离相等的B原子有4个
答案　A　题图(a)表示As4结构,As是第ⅤA族元素,最外层有5个电子,形成3个σ键,有1个孤电子对,分析题图(a)可知,As4分子中有6个共价键,故As4分子中成键电子对数与孤电子对数(共4个)之比为3∶2,A错误;题图(b)表示单质硼晶体B12的基本结构单元,每个面都是由3个B原子构成的正三角形,共有20个正三角形,故该基本单元为正二十面体,B正确;单质硼晶体的熔点为2 180 ℃,熔点较高,且原子间通过共价键结合,推知其为共价晶体,C正确;BAs晶胞中,由于As原子半径大于B原子半径,故较大的原子为As原子,分析题图(c)可知,距离As原子最近且距离相等的B原子有4个,D正确。
24.{Ti12O18}团簇是比较罕见的一个穴醚无机类似物,我国科学家通过将{Rb@Ti12O18}和Cs+反应,测定笼内Cs+的浓度,计算Cs+取代Rb+反应的平衡常数(Keq),反应示意图和所测数据如下。
图中[Cs+]/[Rb+]表示平衡时两者浓度之比。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.离子半径:r(Cs+)>r(Rb+)
B.研究发现:Cs+的直径显著大于{Ti12O18}团簇表面的孔径且{Ti12O18}的骨架结构在Cs+交换过程中没有被破坏。据此推断{Ti12O18}团簇表面的孔是柔性的
C.Keq≈0.1
D.{Ti12O18}团簇对Cs+的亲和力大于Rb+
答案　C　Cs与Rb位于同一主族,依据电子层数越多,离子半径越大,得离子半径:r(Cs+)>r(Rb+),A正确;Cs+的直径显著大于{Ti12O18}团簇表面的孔径,但{Ti2O18}团簇能够笼住Cs+,可知{Ti12O18}团簇表面的孔是柔性的,否则在Cs+交换过程中其骨架结构会被破坏,B正确;根据题述平衡可知,Keq==,分析题图结合数学知识可知,Keq=直线的斜率≈=10,证明了{Ti12O18}团簇对Cs+的亲和力较大,C错误、D正确。
25.离子液体广泛应用于科研和生产中。某离子液体结构如图,其中阳离子有类似苯环的特殊稳定性。下列说法错误的是 (　　)
　　　　 　　　　 　　　　
A.阳离子中所有C、N原子不可能共面
B.阴离子的VSEPR模型为正四面体形
C.阳离子中存在的大π键为
D.若阳离子中—C2H5被H替代,阳离子会发生缔合
答案　A　由题干信息知该阳离子有类似苯环的特殊稳定性,该阳离子中的五元环是平面结构,单键可以旋转,则每个N原子连接的乙基上的碳原子可能在此平面上,故该阳离子中的所有C、N原子可能共面,A错误;[AlCl4]-中Al的价层电子对数为4+=4,VSEPR模型为正四面体形,B正确;阳离子存在五元环平面结构,存在大π键,N原子与C原子均为sp2杂化,每个N原子的p轨道上有1个孤电子对,每个碳原子的没有参与杂化的p轨道上也存在1个电子,因是带1个单位正电荷的阳离子,需要失掉1个电子,故只有6个离域电子,C正确;若阳离子中—C2H5被H替代,H原子和N原子能形成氢键,故能发生缔合,D正确。
26.环烷酸金属(Cu、Ni、Co、Sn、Zn)盐常作为合成聚氨酯过程中的有效催化剂。请回答下列问题:
(1)基态Co原子的价电子排布式为　　　。
(2)镍的氨合离子[Ni(NH3)6]2+中存在的化学键有　　　　　(填字母)。
A.离子键　　B.共价键　　C.配位键
D.氢键　　　E.σ键　　　F.π键
(3)Cu、Zn的第二电离能比较:I2(Cu)　　I2(Zn)(填“>”或“<”)。
(4)锡元素可形成白锡、灰锡、脆锡三种单质。其中灰锡晶体与金刚石结构相似,但灰锡不如金刚石稳定,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
答案　(1)3d74s2　(2)BCE　(3)>
(4)Sn与C同主族,Sn原子半径大,Sn—Sn键的键长长,键能小
解析　(1)Co为27号元素,根据价电子排布规则可知Co原子的价电子排布式为3d74s2。
(2)[Ni(NH3)6]2+中NH3与Ni之间以配位键结合,NH3中存在N—H共价键,N—H键为σ键,氢键不属于化学键,故选BCE。
(3)铜为29号元素,价电子排布式为3d104s1,锌为30号元素,价电子排布式为3d104s2,铜原子失去一个电子后,价电子排布式为3d10,处于全满状态,失去第二个电子比较难,锌失去一个电子后价电子排布式为3d104s1,比较容易失去第二个电子,所以I2(Cu)>I2(Zn)。
(4)Sn与C同主族,灰锡结构与金刚石相似,故其稳定性取决于共价键的强弱,锡原子半径远大于碳原子,则Sn—Sn键的键长长,键能小,故灰锡不如金刚石稳定。
27.碳及其化合物在生产生活中有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)画出基态碳原子的价电子排布图:　　　　　　　　　　。
(2)1个H2CO3分子中含有　　　　个σ键;C的空间结构为　　　　　　。
(3)CO易与人体的血红蛋白结合,导致人体供氧不足而出现中毒症状。血红蛋白的局部结构如图所示。该结构中碳原子的杂化类型为　　　　,配位原子为　　　　(填原子符号)。第一电离能:I1(C)　　　　I1(O)(填“>”或“<”)。
答案　(1)
(2)5　平面三角形　(3)sp2、sp3　N　<
解析　(1)C是6号元素,则基态碳原子的价电子排布图为。
(2)H2CO3的结构式为,则1个H2CO3分子中含有5个σ键;C的中心原子的价层电子对数为3+×(4+2-3×2)=3,无孤电子对,其空间结构为平面三角形。
(3)由题图可知,该结构中部分碳原子形成4个σ键,采用sp3杂化,部分碳原子形成3个σ键,采用sp2杂化,故该结构中碳原子的杂化类型为sp2、sp3;配位原子是指提供孤电子对的原子,由题图可知配位原子为N。C、O是同一周期元素,同一周期从左往右元素的第一电离能呈增大趋势,故第一电离能:I1(C)28.(3)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,已知熔点NiO>FeO,则离子半径r(Ni2+)　　　r(Fe2+)(填“<”或“>”);天然的和人工合成的氧化镍常存在各种缺陷,某缺陷氧化镍的组成为Ni0.96O,其中Ni元素只有+2和+3两种价态,两种价态的镍离子数目之比为　　　　。
(4)四羰基镍[Ni(CO)4]由路德维希·蒙德所发现。室温下,它是一种具有挥发性的液体,其熔沸点低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;CO分子内σ键与π键个数之比为　　　　。
答案　(3)<　11∶1　(4)Ni(CO)4是分子晶体,熔化时破坏的是范德华力,因此熔沸点较低　1∶2
解析　(3)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,则均为离子晶体,已知熔点:NiO>FeO,则离子键:NiO>FeO,因此离子半径:r(Ni2+)29.Si、Cs、Ti、Cu等元素形成的单质及其化合物均有重要的科学研究价值,回答下列问题:
(1)硅(Ⅳ)的某化合物结构如图所示,基态Si原子的核外电子空间运动状态有　　　　种,组成元素中C、N、O、Si的第一电离能由小到大的顺序为　　　　　　　,硅原子的杂化方式推断合理的是　　　　(填标号)。
A.sp3d2 B.sp3 C.sp3d D.sp2
(2)卤化钠(NaX)和四卤化钛(TiX4)的熔点如图所示,TiX4熔点呈如图变化趋势的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)8　Si(2)TiF4属于离子晶体,熔点最高;TiCl4、TiBr4、TiI4属于分子晶体,随相对分子质量增加,分子间作用力增强,熔点升高
解析　(1)核外电子空间运动状态由原子轨道决定,Si基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,有8个轨道,故有8种空间运动状态;同主族元素从上到下第一电离能减小,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但是ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,故电离能:Si30.CO2催化加氢合成甲烷常使用CeO2作催化剂。
①CeO2的晶胞如图1所示,Ce原子周围距离最近且相等的O原子个数为　　　　。
图1
②CeO2催化CO2与H2转化为CH4的机理如图2所示,步骤(ⅱ)中生成中间产物的物质类别属于　　　　。
图2
③催化剂中掺入少量CaO,用Ca2+替代CeO2结构中部分Ce4+形成CaxCe1-xOy,可提高催化效率的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　①8　②碳酸盐　③结构中氧空位增加,加速CO2的转化
解析　①分析面心上的Ce原子,在该晶胞中连有4个O原子,同时在另1个晶胞中也连有4个O原子,所以1个Ce原子连有8个O原子。②反应ⅱ生成的CeCO3属于碳酸盐。③由步骤(ⅱ)可知,催化剂少1个O原子,可以进入1个CO2生成碳酸盐,从而促进反应进行,CaxCe1-xOy中由元素化合价关系得2x+4(1-x)=2y,则x+y=2,故增加x个Ca,减少y个O,即氧空位增加,进入的CO2的量增加,故反应更易进行。
31.硅及其化合物在生产生活中有广泛应用。根据所学知识,回答下列问题:
一种钛硅碳新型材料可用作高铁车体与供电网的连接材料。该材料的晶胞属于六方晶系(a、b方向的夹角为120°,c方向垂直于a、b方向,棱长a+b≠c),如图甲所示;晶胞中碳原子的投影位置如图乙所示。
①该钛硅碳新型材料的化学式为　　　　。
②已知该新型材料的密度为4.51 g·cm-3,且a、b的长度均为307 pm,阿伏加德罗常数的值用NA表示,则c的长度为　　　　　　　　　　　　　　　　pm(列出计算式)。
答案　①Ti3SiC2　②
解析　①根据均摊法,1个晶胞中Ti原子的个数为8×+4×+4=6,Si原子的个数为8×=2,C原子的个数为4,Ti、Si、C原子的个数比为6∶2∶4=3∶1∶2,故化学式为Ti3SiC2。②晶胞的质量为 g= g,密度为4.51 g·cm-3,故晶胞的体积为 cm3= pm3,底面为边长307 pm的菱形,则底面积为×3072 pm2,故c的长度为 pm。