1.深紫外固体激光器可用于高温超导、催化剂研究领域。我国自主研发的氟硼铍酸钾()晶造深紫外固体激光器技术领先世界。回答下列问题：
(1)基态原子最高能级电子数之比是_______，晶体熔点由高到低的顺序是_______。
(2)在气相中，氯化铍以二聚体的形式存在，原子的杂化方式是_______，中含有_______配位键。
(3)一定条件下，可与铜反应生成氟化剂的，其结构式是_______。已知在时就发生类似的分解反应，其不稳定的原因是_______。
(4)晶体是制备氟硼铍酸钾晶体的原料之一，其晶胞结构与相似如图1所示。O原子的配位数是_______；沿晶胞面对角线投影，图2中能正确描述投影结果的是_______(填序号)。设O与的最近距离为晶体的密度为，则阿伏加德罗常数的值为_______(用含a和d的式子表示)。
2.2020年12月17日凌晨1时59分，“嫦娥五号”首次实现了我国地外天体采样返回，标志着我国航天事业迈出了一大步。带回的月壤中包含了H、O、N、Al、S、Cd、Zn、Ti、Cu、Au、Cr等多种元素。回答下列问题：
(1)锌(Zn)、镉(Cd)位于同一副族相邻周期，Cd的原子序数更大，则基态Cd原子的价电子轨道表示式(电子排布图)为___。
(2)S与O可形成多种微粒，其中SO的空间构型为__；液态SO3冷却到2.8K时，能得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图所示，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是__。
(3)重铬酸铵为桔黄色单斜结晶，常用作有机合成催化剂，Cr2O的结构如图所示。则1mol重铬酸铵中含σ键与π键个数比为__。
(4)α—Al2O3是“嫦娥五号”中用到的一种耐火材料，具有熔点高(2054℃)、硬度大的特点，主要原因为__。
(5)一种铜金合金具有储氢功能，其晶体为面心立方最密堆积结构，晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，则Au原子的配位数为___。该储氢材料储氢时，氢分子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与ZnS的结构相似(如图)，该晶体储氢后的化学式为__。
(6)“嫦娥五号”某核心部件主要成分为纳米钛铝合金，其结构单元如图所示(Al、Ti原子各有一个原子在结构单元内部)，已知该结构单元底面(正六边形)边长为anm，该合金的密度为ρg·cm-3，则高为h=__nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
3.金属陶瓷是一种复合材料，兼有金属和陶瓷的优点，应用非常广泛，金属基体可为，，，陶瓷基体为碳化硅等.回答下列问题：
(1)位于元素周期表中第四周期_______族，与的基态原子核外未成对电子数之比为_______。
(2)与C相比，原子之间难以形成双键的原因是_______。
(3)已知的一种晶体结构与、相似，则该晶体的熔点比晶体的_______(填“高”、“低")，原因是_______。
(4)钴献菁可显著提升二次电池的充放电效率，为增强水溶性将其改性为四氨基钴酞菁，其结构如图所示：
四氨基钴酞菁中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是_______；水溶性得到有效改善的原因是_______。
(5)的晶胞结构如图所示.晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为，晶体的密度为_______.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，称作原子的分数坐标，若图中原子1的分数坐标为，则原于2的分数坐标为_______。
4.磷元素常用于光电子应用及光催化剂材料。回答下列问题：
(1)白磷(P4)在氯气中燃烧生成PCl3和PCl5，产生大量白色烟雾。
①形成PCl5时，P原子的一个3s电子激发入3d轨道后参与成键，该激发态原子的价层电子轨道表示式为____。
②一种理论认为PCl5是共价化合物，其分子的空间结构为___。但研究表明，PCl5加压下于148℃液化能发生与水类似的自耦电离，形成一种能导电的熔体，该熔体中阳离子的电子式为____；N和P都有+5价，PCl5能形成离子型晶体，但NCl5不存在，从原子结构的角度分析其原因是___。
(2)黑磷的正交晶系晶体结构如图A所示，结构中只有-一种等效的三配位P，所有P原子的成键环境一样，晶胞参数a=0.3310nm，b=0.4370nm，c=1.0480nm，α=β=r=90°，编号为I的P原子的晶胞内坐标为(0.500，0.090，0.598)。黑磷烯的结构如图B所示，是与石墨烯结构相似的二维的单层黑磷，其中P的配位数为3。
①黑磷中P原子杂化类型是___。黑磷中不存在____(填标号)。
A．共价键 B．σ键 C．π键 D．范德华力
②图A中编号为II的P原子的坐标为___，黑磷的晶胞中含有____个P原子，以NA为阿伏加德罗常数的值，则黑磷晶体的密度ρ=___g·cm-3.(列出计算式)
5.2020年12月17日，“嫦娥五号”首次成功实现地外天体采样返回，标志着我国航天向前迈出了一大步。其制作材料中包含了Al、Cr、Cu、C、N、O、Si等多种元素。回答下列问题：
(1)上述元素中基态原子未成对电子数与Al相同的有_______。
(2)中的配位数为_______。配位体原子给出电子能力越强，则配位体与中心离子形成的配位键越强，配合物越稳定，作为配体时提供孤电子对的原子是_______。粒子中的大π键可用符号表示，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)，则的大π键可表示为_______。
(3)氮化铝晶体是第三代半导体材料的典型代表之一，属于六方晶系，结构如图a所示，其晶体类型为_______，其晶胞结构如图b所示。Al原子位于氮原子形成的_______空隙(填“四面体”或“八面体”)。图c是晶胞的俯视图，已知P点的分数坐标为，则晶胞内Al原子在图c中的分数坐标是_______。
(4)已知晶胞的密度为，两种原子半径分别为 nm和 nm，阿伏加德罗常数值为，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______(列出表达式)。
6.金属钛被誉为“二十一世纪金属”，有“生物金属、海洋金属、太空金属”的美称，具有广泛的应用前景。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料，经过一系列反应(见图)可以制得Ti3N4和纳米TiO2。
图中的M是短周期金属元素，其部分电离能数据如下(单位：kJ·mol-1)
| I1 | I2 | I3 | I4 | I5 |
| 738 | 1451 | 7733 | 10540 | 13630 |
(2)基态Ti3+中未成对电子数有__个；与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子外围电子排布式为__。
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，催化实例如图所示。化合物甲中采取sp2杂化的碳原子数为___；化合物乙中采取sp3杂化的原子对应的元素，电负性由大到小的顺序为___。
(4)TiCl4可以与胺形成配合物，如[TiCl4(CH3NH2)2]、[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]等。
①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中Ti的配位数是___。
②配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比，其H—N—H键角___(填“较大”，“较小”或“相同”)，原因是___。
(5)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则该氮化钛的密度为__g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有___个。
7.近年来，有机-无机杂化金属卤素钙钛矿作为优良的光电材料受到广泛研究和关注，回答下列问题。
(1) Ca、Ti元素基态原子核外电子占据能级数之比为___________，与 Ti 处于同周期单电子数与Ti相同的元素还有___________种，Ca的前三级电离能数据分别为5.8 kJ/mol、1145.4 kJ/mol、4912.4 kJ/mol，第三电离能增大较多的原因是___________。
(2)卤族元素可与N和P元素形成多种稳定卤化物，其中NCl3分子构型为___________， P元素可形成稳定的PCl3和PCl5，而氮元素只存在稳定的NCl3，理由是___________。
(3)Ti的配合物有多种。Ti(CO)6、Ti(H2O)、TiF中的配体所含原子中电负性最小的是___________；Ti(NO3)4的球棍结构如图，Ti4+的配位数是___________。
(4)研究表明，TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2-aNb，能使TiO2对可见光具有活性，反应如图所示。
已知TiO2晶胞为长方体，设阿伏加德罗常数的值为NA，TiO2的密度为___________g/cm3(列出计算式)。TiO2-aNb晶体中a=___________，b=___________。
8.钛(Ti)和锆(Zr)是同一副族的相邻元素，它们的化合物在生产、生活中有着广泛的用途。
回答下列问题：
(1)钛和锆的价层电子结构相同，基态锆原子的价电子排布式为___________；与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元索有___________种。
(2)Ti(BH4)2是一种储氢材料。BH的空间构型是___________，H、B、Ti的电负性由小到大的顺序为___________。
(3)ZrCl4可以与乙二胺形成配合物[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]。
①1 mol [ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]中含有σ键的物质的量为___________mol。
②H2NCH2CH2NH2形成[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]后，H-N-H键角将___________(填“变大”、“变小”或“不变”)，原因是___________。
(4)已知TiO2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心，ZrO2晶胞中Zr4+位于O2-所构成的立方体的体心，其晶胞结构如下图所示。
①TiO2晶胞中O2-的配位数是_________________。
②TiO2晶胞中A、B的原子坐标为(0.69，0.69，1)，(0.19，0.81，0.5)，则C、D原子坐标为___________、___________。
③已知二氧化锆晶胞的密度为ρ g·cm-3，则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离___________pm(列出表达式，NA为阿伏加德罗常数的值，ZrO2的摩尔质量为M g/mol)。
9.稀溶液可用作外科手术刀消毒剂，晶体熔点较低，熔融状态下不导电。
(1)属于___________化合物(填“离子”或“共价”)。
(2)和不同浓度反应得到某种含汞化合物的晶胞结构M如图所示：(部分微粒不在晶胞内)
①写出该含汞化合物的化学式___________。
②M中___________(填“大于”、“小于”、或“等于”)中的，分析原因___________。
③该含汞化合物晶体在水中的溶解性___________(填“可溶”或“难溶”)，分析原因___________。
④在晶胞中原子a的分数坐标为，则原子b的分数坐标为___________；晶胞的体积为V，则该晶体的密度为___________。
10.过渡金属及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。
(1)基态钛原子的价电子排布图为___________，与钛同周期的过渡元素中，基态原子的成对电子数与钛相同的有___________种，金属钛是一种新兴的结构材料，其硬度比金属镁和铝大的原因是___________。
(2)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为2∶4，则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为___________。
(3)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所含元素的第一电离能最大的是___________(用元素符号表示)。
②X化合物中中心原子铜的配位数是___________，上述反应中断裂和生成的化学键有___________。
(4)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一、其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如下图所示。
①A、B、C、D4种微粒，其中钛原子是___________(填代号)。
②若A、B、C的原子坐标参数分别为A(0，0，0)、B(0.69，0.69，1)、C(1，1，1)，则D的原子坐标参数为D(0.19，___________，___________)；该化合物的密度为___________g·cm-3(用含a、c、NA的代数式表示)。
物质结构与性质综合题
1.深紫外固体激光器可用于高温超导、催化剂研究领域。我国自主研发的氟硼铍酸钾()晶造深紫外固体激光器技术领先世界。回答下列问题：
(1)基态原子最高能级电子数之比是_______，晶体熔点由高到低的顺序是_______。
(2)在气相中，氯化铍以二聚体的形式存在，原子的杂化方式是_______，中含有_______配位键。
(3)一定条件下，可与铜反应生成氟化剂的，其结构式是_______。已知在时就发生类似的分解反应，其不稳定的原因是_______。
(4)晶体是制备氟硼铍酸钾晶体的原料之一，其晶胞结构与相似如图1所示。O原子的配位数是_______；沿晶胞面对角线投影，图2中能正确描述投影结果的是_______(填序号)。设O与的最近距离为晶体的密度为，则阿伏加德罗常数的值为_______(用含a和d的式子表示)。
【答案】2：1 sp2 2 N2F4分子中2个N原子各有1对孤对电子，孤对电子之间的排斥力使N-N键容易断裂 4 B
【详解】
(1)Be的核外电子排布为1s22s2，最高能级为2s，电子数目为2；B的核外电子排布为1s22s22p1，最高能级为2p，电子数为1，两者最高能级电子数之比为2:1，均为离子晶体，r(F-) (3)的结构式为，由结构式可知，N2F4分子中N原子只形成单键，2个N原子各有1对孤对电子，孤对电子之间的排斥力使N-N键容易断裂，故答案为：；N2F4分子中2个N原子各有1对孤对电子，孤对电子之间的排斥力使N-N键容易断裂； (4)由晶胞结构可知每个O周围有四个Be与其相连，配位数为4，由晶胞的结构可知沿面对角线投影应为图B，将整个晶胞切成8个等大小正方体，Be在小正方体中心，O在小正方体顶点，每个晶胞中含有4个Be，4个O，若O与Be距离为a pm，则小正方体对角线的1/2为a pm，故晶胞棱长为，d=，NA=，故答案为：4；B；； 2.2020年12月17日凌晨1时59分，“嫦娥五号”首次实现了我国地外天体采样返回，标志着我国航天事业迈出了一大步。带回的月壤中包含了H、O、N、Al、S、Cd、Zn、Ti、Cu、Au、Cr等多种元素。回答下列问题： (1)锌(Zn)、镉(Cd)位于同一副族相邻周期，Cd的原子序数更大，则基态Cd原子的价电子轨道表示式(电子排布图)为___。 (2)S与O可形成多种微粒，其中SO的空间构型为__；液态SO3冷却到2.8K时，能得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图所示，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是__。 (3)重铬酸铵为桔黄色单斜结晶，常用作有机合成催化剂，Cr2O的结构如图所示。则1mol重铬酸铵中含σ键与π键个数比为__。 (4)α—Al2O3是“嫦娥五号”中用到的一种耐火材料，具有熔点高(2054℃)、硬度大的特点，主要原因为__。 (5)一种铜金合金具有储氢功能，其晶体为面心立方最密堆积结构，晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，则Au原子的配位数为___。该储氢材料储氢时，氢分子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与ZnS的结构相似(如图)，该晶体储氢后的化学式为__。 (6)“嫦娥五号”某核心部件主要成分为纳米钛铝合金，其结构单元如图所示(Al、Ti原子各有一个原子在结构单元内部)，已知该结构单元底面(正六边形)边长为anm，该合金的密度为ρg·cm-3，则高为h=__nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。 【答案】 正四面体形 sp3 4∶1 Al2O3为离子晶体，Al3+和O2-离子半径较小，离子所带电荷数较多，晶格能大，所以熔点高，硬度大 12 AuCu3H8 ×1021或×1021 【详解】 (1)锌(Zn)、镉(Cd)位于同一副族相邻周期，Cd的原子序数更大，则Cd的原子序数是48，则基态Cd原子的价电子轨道表示式(电子排布图)为； (2)S与O可形成多种微粒，其中SO中S原子价电子对数是，无孤电子对，空间构型为正四面体形；液态SO3冷却到2.8K时，能得到一种螺旋状单链结构的固体，根据结图可知，此固态SO3中S原子形成4个σ键，无孤电子对，杂化轨道类型是sp3； (3)单键为σ键，双键中有1个σ键、1个π键，根据Cr2O的结构图，1mol重铬酸根中含8molσ键、4molπ键，1mol铵根离子中含有4molσ键，σ键与π键个数比为4:1； (4)Al2O3为离子晶体，Al3+和O2-离子半径较小，离子所带电荷数较多，晶格能大，所以熔点高，硬度大； (5) 晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，根据图示，离①号Au原子最近的Cu原子有③⑤⑦号，每个Au原子被8个晶胞共用，根据均摊原则，Au原子的配位数为12；根据均摊原则，晶胞中Au原子数、Cu原子数是、H2分子数是4，化学式为AuCu3H8； (6)根据均摊原则，每个结构单元含Al原子数、Ti原子数 ，则ρg·cm-3，则高为h=×1021nm。 3.金属陶瓷是一种复合材料，兼有金属和陶瓷的优点，应用非常广泛，金属基体可为，，，陶瓷基体为碳化硅等.回答下列问题： (1)位于元素周期表中第四周期_______族，与的基态原子核外未成对电子数之比为_______。 (2)与C相比，原子之间难以形成双键的原因是_______。 (3)已知的一种晶体结构与、相似，则该晶体的熔点比晶体的_______(填“高”、“低")，原因是_______。 (4)钴献菁可显著提升二次电池的充放电效率，为增强水溶性将其改性为四氨基钴酞菁，其结构如图所示： 四氨基钴酞菁中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是_______；水溶性得到有效改善的原因是_______。 (5)的晶胞结构如图所示.晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为，晶体的密度为_______.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，称作原子的分数坐标，若图中原子1的分数坐标为，则原于2的分数坐标为_______。 【答案】Ⅷ 3:1 Si的原子半径大于C的原子半径，原子间难以形成π键 高 碳氧键的键长比硅氧键短、键能比硅氧键大，碳氧键的共价键比硅氧键强 1,3 氨基中氮原子能与水分子形成氢键 【详解】 (1)钴元素的原子序数为27，位于元素周期表第四周期Ⅷ族；铬元素的原子序数为24，价电子排布式为3d54s1，核外有6个不成对电子，镍元素的原子序数为28，价电子排布式为3d84s2，核外有2个不成对电子，则铬与镍的基态原子核外未成对电子数之比为3:1，故答案为：Ⅷ；3:1； (2) C原子的原子半径较小，C原子中p轨道能形成肩并肩的π键，与C原子相比，Si原子的原子半径较大，Si原子中p轨道难以形成肩并肩的π键，则Si原子之间难以形成双键，故答案为：Si的原子半径大于C的原子半径，原子间难以形成π键； (3)由题意可知，二氧化碳晶体和二氧化硅晶体都为原子晶体，原子晶体的熔点取决于共价键的强弱，由于碳原子的原子半径比硅原子小，非金属性比硅原子强，二氧化碳晶体中碳氧键的键长比二氧化硅晶体中硅氧键短、键能比硅氧键大，则二氧化碳晶体中碳氧键的共价键二氧化硅晶体中比硅氧键强，熔点比二氧化硅晶体大，故答案为：大；碳氧键的键长比硅氧键短、键能比硅氧键大，碳氧键的共价键比硅氧键强； (4) 含有孤对电子的氮原子与钴离子通过配位键结合，形成配位键后氮原子能形成4个共价键，由钻酞菁的结构可知，1、3号氮原子形成4个共价键，2、4号氮原子形成3个共价键，则四氨基钴酞菁中与钴离子通过配位键结合的氮原子为1、3号；四氨基钴酞菁中含有4个氨基，氨基中氮原子能与水分子形成氢键，增大在水中的溶解性，故答案为：1、3；氨基中氮原子能与水分子形成氢键； (5)由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的碳原子的个数为8×+6×=4，位于体内的硅原子个数为4，设晶体的密度为dg/cm3，由质量公式可得：=(c×10—10)3，解得d=；由位于体对角线四分之一处上部原子1的分数坐标为可知，晶胞的边长为1，则位于体对角线四分之一处下部原子2的分数坐标为，故答案为：；。 4.磷元素常用于光电子应用及光催化剂材料。回答下列问题： (1)白磷(P4)在氯气中燃烧生成PCl3和PCl5，产生大量白色烟雾。 ①形成PCl5时，P原子的一个3s电子激发入3d轨道后参与成键，该激发态原子的价层电子轨道表示式为____。 ②一种理论认为PCl5是共价化合物，其分子的空间结构为___。但研究表明，PCl5加压下于148℃液化能发生与水类似的自耦电离，形成一种能导电的熔体，该熔体中阳离子的电子式为____；N和P都有+5价，PCl5能形成离子型晶体，但NCl5不存在，从原子结构的角度分析其原因是___。 (2)黑磷的正交晶系晶体结构如图A所示，结构中只有-一种等效的三配位P，所有P原子的成键环境一样，晶胞参数a=0.3310nm，b=0.4370nm，c=1.0480nm，α=β=r=90°，编号为I的P原子的晶胞内坐标为(0.500，0.090，0.598)。黑磷烯的结构如图B所示，是与石墨烯结构相似的二维的单层黑磷，其中P的配位数为3。 ①黑磷中P原子杂化类型是___。黑磷中不存在____(填标号)。 A．共价键 B．σ键 C．π键 D．范德华力 ②图A中编号为II的P原子的坐标为___，黑磷的晶胞中含有____个P原子，以NA为阿伏加德罗常数的值，则黑磷晶体的密度ρ=___g·cm-3.(列出计算式) 【答案】 三角双锥(形) N原子最外层没有可成键的d轨道 sp3 C (0.500，0.910，0.402)[或(0.500，-0.090，0.402)] 8 【详解】 (1)①基态磷原子价电子排布式为1s22s22p63s23p3，价电子排布式为3s23p3，P原子的一个3s电子激发入3d轨道后参与成键，则价电子排布式为3s13p33d1，该激发态原子的价层电子轨道表示式为； ②PCl5的价电子对数=，不含有孤对电子，其分子的空间结构为三角双锥形； PCl5加压下于148℃液化能发生与水类似的自耦电离，形成一种能导电的熔体，两种离子可能是和，故该熔体中阳离子的电子式为； N和P都有+5价，PCl5能形成离子型晶体，但N原子最外层没有可成键的d轨道，NCl5不存在离子型晶体； (2)①已知黑磷结构中只有一种等效的三配位P，所有P原子的成键环境一样，P的配位数为3，则价电子对数=3+，其杂化方式为sp3，黑磷中P和P原子之间的作用力为σ键，层与层之间存在着范德华力，晶体中不存在π键；答案选C； ②结合图B可知，图图A中编号为II的P原子位于同一坐标轴a，关于坐标轴b对称，且位于坐标轴c的值为1-0.598=0.402，该P原子在晶胞内的坐标为(0.500，0.910，0.402)[或(0.500，-0.090，0.402)]，该晶胞中第一层含有P原子1+1=2个，第二层含有P原子1+1+1+1=4个；第三层含有P原子1+1=2个，共8个P原子； 以NA为阿伏加德罗常数的值，则黑磷晶体的密度ρ===g·cm-3.。 5.2020年12月17日，“嫦娥五号”首次成功实现地外天体采样返回，标志着我国航天向前迈出了一大步。其制作材料中包含了Al、Cr、Cu、C、N、O、Si等多种元素。回答下列问题： (1)上述元素中基态原子未成对电子数与Al相同的有_______。 (2)中的配位数为_______。配位体原子给出电子能力越强，则配位体与中心离子形成的配位键越强，配合物越稳定，作为配体时提供孤电子对的原子是_______。粒子中的大π键可用符号表示，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)，则的大π键可表示为_______。 (3)氮化铝晶体是第三代半导体材料的典型代表之一，属于六方晶系，结构如图a所示，其晶体类型为_______，其晶胞结构如图b所示。Al原子位于氮原子形成的_______空隙(填“四面体”或“八面体”)。图c是晶胞的俯视图，已知P点的分数坐标为，则晶胞内Al原子在图c中的分数坐标是_______。 (4)已知晶胞的密度为，两种原子半径分别为 nm和 nm，阿伏加德罗常数值为，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______(列出表达式)。 【答案】Cu 6 N 原子晶体 八面体 【详解】 (1)Al的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，有1个未成对电子，Cr、Cu、C、N、O、Si只有Cu(3d104s1) 基态原子未成对电子数与Al相同，故答案为：Cu； (2) 中为中心离子，有1个NO和5个NH3，所以配位数为6，NO做配位离子时由中心原子N提供孤电子对，的的大π键可表示为，故答案为：6，N，； (3) AlN为六方晶系，晶体类型为原子晶体、由图可知，黑球为Al，白球为N，每个Al周围有6个N原子，可以组成八面体。所以Al在N形成的八面体空隙、又P点坐标为(1，1)，将大立方体分为八个小立方体， Al处于下层-小立体体心，所以坐标为，故答案为：原子晶体，八面体，； (4)一个晶胞含Al，N，所以晶胞体积：，6个AlN的体积为，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为，故答案为：； 6.金属钛被誉为“二十一世纪金属”，有“生物金属、海洋金属、太空金属”的美称，具有广泛的应用前景。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金的代替品。以TiCl4为原料，经过一系列反应(见图)可以制得Ti3N4和纳米TiO2。 图中的M是短周期金属元素，其部分电离能数据如下(单位：kJ·mol-1) (2)基态Ti3+中未成对电子数有__个；与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子外围电子排布式为__。 (3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，催化实例如图所示。化合物甲中采取sp2杂化的碳原子数为___；化合物乙中采取sp3杂化的原子对应的元素，电负性由大到小的顺序为___。 (4)TiCl4可以与胺形成配合物，如[TiCl4(CH3NH2)2]、[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]等。 ①[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中Ti的配位数是___。 ②配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比，其H—N—H键角___(填“较大”，“较小”或“相同”)，原因是___。 (5)有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则该氮化钛的密度为__g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式)。该晶体中与N原子距离相等且最近的N原子有___个。 【答案】s 1 4d25s2 7 O＞N＞C 6 较大 H2NCH2CH2NH2通过配位键与Ti结合后，原来的孤电子对变为成键电子对，对N—H成键电子对的排斥力减小，N—H键之间的键角增大 12 【详解】 (1)M是短周期金属元素，M的第三电离能剧增，处于IIA族，且存在第五电离能，能与TiCl4反应置换出Ti ，则M为Mg元素，位于元素周期表的s区； (2)Ti是22号元素， Ti3+是Ti原子失去最外层2个4s电子后又失去1个3d电子得到的，故基态Ti3+价层电子排布式是3d1，其中的未成对电子数有1个；同族元素结构相似，则与Ti同族相邻的元素Zr的基态原子外围电子排布式为4d25s2； (3)化合物甲中采取sp2杂化的碳原子有苯环上的6个C原子及形成羰基的1个C原子，因此甲分子中采用sp2杂化的碳原子数为7个；化合物乙中采取sp3杂化的原子对应的元素有C、N、O，这三种元素的非金属性：O＞N＞C，元素的非金属性越强，其电负性就越大，故这三种元素的电负性由大到小的顺序为：O＞N＞C； (4)①在[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中Ti原子与4个Cl原子及H2NCH2CH2NH2的2个N原子形成配位键，故Ti原子的配位数是6； ②配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比，其H—N—H键角较大，这是由于H2NCH2CH2NH2通过配位键与Ti结合后，原来的孤电子对变为成键电子对，对N—H成键电子对的排斥力减小，导致N—H键之间的键角增大，因此H—N—H键角较大； (5)该该晶胞中含有Ti原子数为：12×+1=4，含有的N原子数为：8×+6×=4，晶胞边长为2a pm，则该晶胞的密度ρ=； 以顶点上的N原子为研究对象，通过该N原子可以形成8个晶胞，在每1个晶胞中含有3个与该N原子距离相等且最近的Ti原子，每个Ti原子被2个晶胞所共有，则N原子距离相等且最近的Ti原子有。 7.近年来，有机-无机杂化金属卤素钙钛矿作为优良的光电材料受到广泛研究和关注，回答下列问题。 (1) Ca、Ti元素基态原子核外电子占据能级数之比为___________，与 Ti 处于同周期单电子数与Ti相同的元素还有___________种，Ca的前三级电离能数据分别为5.8 kJ/mol、1145.4 kJ/mol、4912.4 kJ/mol，第三电离能增大较多的原因是___________。 (2)卤族元素可与N和P元素形成多种稳定卤化物，其中NCl3分子构型为___________， P元素可形成稳定的PCl3和PCl5，而氮元素只存在稳定的NCl3，理由是___________。 (3)Ti的配合物有多种。Ti(CO)6、Ti(H2O)、TiF中的配体所含原子中电负性最小的是___________；Ti(NO3)4的球棍结构如图，Ti4+的配位数是___________。 (4)研究表明，TiO2通过氮掺杂反应生成TiO2-aNb，能使TiO2对可见光具有活性，反应如图所示。 已知TiO2晶胞为长方体，设阿伏加德罗常数的值为NA，TiO2的密度为___________g/cm3(列出计算式)。TiO2-aNb晶体中a=___________，b=___________。 【答案】6：7 3 因为Ca2+已经达到稳定结构，再失去1个电子属于内层电子，原子核吸引力更强，所以I3突然增大 三角锥形 N元素L层最多4个轨道，所以不易生成NCl5 H 8 【详解】 (1)Ca基态原子核外电子占据能级为1s、2s、2p、3s、3p、4s，Ti基态原子核外电子占据能级为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s，能级数之比为6：7；Ti基态原子的价电子排布式为3d24s2，3d能级有2个单电子，同周期中含有2个单电子的元素有Ni、Ge、Br，3种元素；Ca的核外电子排布式为[Ar]4s2，失去2个电子后，核外电子达到稳定结构，再失去1个电子属于内层电子，原子核吸引力更强，所以I3突然增大； (2)NCl3的中心N原子含有1对孤电子对，3条σ键，价层电子对数为4，则分子构型为三角锥形；P原子核外电子第三层有d能级，可形成spd杂化，N原子核外电子第二层只有s、p能级4个电子轨道，则不能形成NCl5； (3) Ti(CO)6、Ti(H2O)、TiF中的配体分别为CO、H2O、F-，非金属性越强，电负性越大，则H的电负性最小；根据球棍模型，根离子中的2个氧原子与Ti4+连接成环，则Ti4+的配位数是8； (4)根据TiO2晶胞结构，Ti原子在晶胞的8个顶点、4个面心和1个在体内，晶胞含有的个数为4，O原子8个在棱上、8个在面上，2个在体内，O原子个数为8，则1mol晶胞的质量为(48+32)×4g，体积为m2×n×10-30×NAcm3，则密度== g/cm3； 氮掺杂反应后，有3个氧空穴，O原子6个在棱上、6个在面上，1个在体内，O原子个数为，N原子1个在面上、1个在棱上，个数为，则化学式为Ti，故2-a=，a=，b=。 8.钛(Ti)和锆(Zr)是同一副族的相邻元素，它们的化合物在生产、生活中有着广泛的用途。 回答下列问题： (1)钛和锆的价层电子结构相同，基态锆原子的价电子排布式为___________；与钛同周期元素的基态原子中，未成对电子数与钛相同的元索有___________种。 (2)Ti(BH4)2是一种储氢材料。BH的空间构型是___________，H、B、Ti的电负性由小到大的顺序为___________。 (3)ZrCl4可以与乙二胺形成配合物[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]。 ①1 mol [ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]中含有σ键的物质的量为___________mol。 ②H2NCH2CH2NH2形成[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]后，H-N-H键角将___________(填“变大”、“变小”或“不变”)，原因是___________。 (4)已知TiO2晶胞中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心，ZrO2晶胞中Zr4+位于O2-所构成的立方体的体心，其晶胞结构如下图所示。 ①TiO2晶胞中O2-的配位数是_________________。 ②TiO2晶胞中A、B的原子坐标为(0.69，0.69，1)，(0.19，0.81，0.5)，则C、D原子坐标为___________、___________。 ③已知二氧化锆晶胞的密度为ρ g·cm-3，则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离___________pm(列出表达式，NA为阿伏加德罗常数的值，ZrO2的摩尔质量为M g/mol)。 【答案】3d24s2 3 正四面体 H＞B＞Ti 17 变大 游离态H2NCH2CH2NH2与Zn结合后，孤电子对变成了σ键电子对，排斥力减小，因此H-N-H键之间的夹角会增大 3 (0.81，0.19，0.5) (0.31，0.31，0) 【详解】 (1)钛的价层电子排布式为：3d24s2，基态锆原子的价电子排布式为3d24s2；Ti位于第四周期，与钛同周期的所有元素的基态原子中，Ti原子未成对电子数是2，未成对电子数与钛相同的元素有Ni、Ge、Se。 (2)Ti(BH4)2是一种储氢材料。BH的空间构型是正四面体，同主族电负性从上到小逐渐减小，同周期从左到右逐渐增大，H、B、Ti的电负性由小到大的顺序为H＞B＞Ti。 (3)ZrCl4可以与乙二胺形成配合物[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]。 ①H2NCH2CH2NH2中含有11个σ键，[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]中含有配位键为6根，所以1 mol [ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]中含有σ键的物质的量为17mol。 ②游离态H2NCH2CH2NH2中N有1个孤电子对，配合物[ ZrCl4( H2NCH2CH2NH2)]中N提供一个孤电子对与Zr形成配位键，孤电子对之间的斥力>孤电子与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力，与Zn结合后，孤电子对变成了σ键电子对，排斥力减小，因此H-N-H键之间的夹角会增大。 (4) ①晶体中Ti4+位于O2-所构成的正八面体的体心，Ti4+的配位数为6，晶胞中Ti4+的数目=1+8×=2，O2-的数目=2+4×=4，TiO2晶胞中O2-的配位数=6×=3。 ②TiO2晶胞中A、B的原子坐标为(0.69，0.69，1)，(0.19，0.81，0.5)，则C、D原子坐标为(0.81，0.19，0.5)、(0.23，0.23，0)。 ③已知二氧化锆晶胞的密度为ρ g·cm-3，则晶体中Zr原子和O原子之间的最短距离，晶胞体对角线长度等于棱长的倍，两原子核间的距离为apm，则晶胞棱长，晶胞中黑色球数目= 8，白色球数目，即O原子数目8，Zr原子数目为4，晶胞质量，解得。 9.稀溶液可用作外科手术刀消毒剂，晶体熔点较低，熔融状态下不导电。 (1)属于___________化合物(填“离子”或“共价”)。 (2)和不同浓度反应得到某种含汞化合物的晶胞结构M如图所示：(部分微粒不在晶胞内) ①写出该含汞化合物的化学式___________。 ②M中___________(填“大于”、“小于”、或“等于”)中的，分析原因___________。 ③该含汞化合物晶体在水中的溶解性___________(填“可溶”或“难溶”)，分析原因___________。 ④在晶胞中原子a的分数坐标为，则原子b的分数坐标为___________；晶胞的体积为V，则该晶体的密度为___________。 【答案】共价 大于 在M中氮原子的孤电子对填充到汞离子的空轨道形成共价键，对键的斥力减弱，因此M中比中的变大 可溶 该分子可以与水分子形成分子间氢键 【详解】 (1)因为晶体熔点较低，熔融状态下不导电，所以属于共价化合物。 (2)①由图可知一个Hg连接2个NH3和4个Cl，2个NH3被一个Hg完全占有，而每个Cl均被两个Hg平分，则一个Hg拥有2个Cl，所以该含汞化合物的化学式为。 ②在M中含有NH3，NH3中氮原子存在孤电子对，该孤电子对填充到汞离子的空轨道形成共价键，对键的斥力减弱，导致M中几个键之间的键角增大，所以比中的变大，所以答案是：大于；在M中氮原子的孤电子对填充到汞离子的空轨道形成共价键，对键的斥力减弱，因此M中比中的变大。 ③该含汞化合物晶体中含有较多的，在水中会与水分子形成分子间氢键，溶解性增强，所以答案为：可溶；该分子可以与水分子形成分子间氢键。 ④由图可知原子b的分数坐标为；每个晶胞中有8个Cl在立方晶胞定点，2个Cl在面上，8个Cl在棱上，根据均摊法可知每个晶胞中Cl数目为：，3个Hg均在晶胞内，有4个NH3在晶胞内，晶胞的体积为V，则该晶体的密度为：，所以答案为：。 10.过渡金属及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。 (1)基态钛原子的价电子排布图为___________，与钛同周期的过渡元素中，基态原子的成对电子数与钛相同的有___________种，金属钛是一种新兴的结构材料，其硬度比金属镁和铝大的原因是___________。 (2)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为2∶4，则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为___________。 (3)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所含元素的第一电离能最大的是___________(用元素符号表示)。 ②X化合物中中心原子铜的配位数是___________，上述反应中断裂和生成的化学键有___________。 (4)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一、其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如下图所示。 ①A、B、C、D4种微粒，其中钛原子是___________(填代号)。 ②若A、B、C的原子坐标参数分别为A(0，0，0)、B(0.69，0.69，1)、C(1，1，1)，则D的原子坐标参数为D(0.19，___________，___________)；该化合物的密度为___________g·cm-3(用含a、c、NA的代数式表示)。 【答案】 3 Ti原子的价电子数比Mg、Al多,金属键更强 [TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O N 4 共价键、配位键 AC 0.81 0.5 【详解】 (1)Ti是22号元素，处于周期表中第四周期IVB族，价电子排布式为：3d24s2，价电子排布图为。与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中成对电子数与钛相同的有Sc、V、Mn，共计3种；由于Ti原子的价电子数比Mg、Al多,金属键更强，所以其硬度比金属镁和铝大； (2)在浓的TiCl3的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的晶体，由于该晶体中两种配体的物质的量之比为2∶4，这说明3个氯离子中有2个是配体，6个水分子中有4个是配体，则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为[TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O。 (3)①非金属性越强，第一电离能越大，但由于N元素的2p轨道电子处于半充满稳定状态，第一电离能大于氧元素的，则M所含元素的第一电离能最大的是N。 ②X化合物中有2个氮原子和2个氧原子提供孤对电子，所以中心原子铜的配位数是4。M中没有配位键，X中含有配位键，说明有配位键生成，另外还有O－H的断裂，则上述反应中断裂和生成的化学键有共价键、配位键。 (4)①TiO2晶胞中原子总数为6，由化学式可知有2个Ti原子、4个O原子，由晶胞结构可知B、D位置为O原子，体心、顶点为Ti原子，故答案为：AC； ②晶胞中体心Ti周围有6个O原子，O原子周围有3个Ti原子，内部3个原子投影为：，3个原子形成的线平行底面且到上下底面的距离相等，上下底面距离为c，可得坐标参数z的值=0.5，图中所示长度y即为坐标参数y的值，D坐标参数x=0.19，则图中小直角三角形的直角边边长为0.19，故y=1-0.19=0.81，D的参数为（0.19，0.81，0.5）；根据以上分析可知密度为。下载本文
(1)M元素位于元素周期表的___区。I1 I2 I3 I4 I5 738 1451 7733 10540 13630
