熔沸点最低的物质(2017年 高考化学第37题选考预测——物质的结构与性质)

[命题人的忠告]

1．熟练书写常见的4种金属及其离子的核外电子排布式：Cr、Fe、Cu、Zn。

2．掌握同周期元素第一电离能比较：同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但ⅤA>ⅥA>ⅣA，ⅡA>ⅢA>ⅠA。

3．牢记3种分子的杂化方式和空间构型：CH4：sp3杂化，正四面体；NH3：sp3杂化，三角锥形；H2O：sp3杂化，V形。

4．学会σ键与π键的判断方法：单键均为σ键；双键、三键中含有1个σ键，其余为π键。

5．掌握有关晶体计算的常用方法：运用分摊法正确确定晶胞中所含原子的个数。

[典例剖析]

(10分)钒(V)、砷(As)、镍(Ni)均为第四周期元素，钒位于ⅤB族，砷位于ⅤA族，镍位于Ⅷ族。请回答下列相关问题。

(1)基态钒原子的电子排布式为____________________，钒有＋2、＋3、＋4、＋5等几种化合价，这几种价态中，最稳定的是________价。

(2)砷与氯气反应可得到AsCl3、AsCl5两种氯化物。其中属于非极性分子的是________，AsCl3分子的中心原子杂化类型是________，分子的空间构型是________。

(3)高纯度砷可用于生产具有半导体“贵族”之称的新型半导体材料GaAs，镓(Ga)为第四周期ⅢA族元素，Ga与As相比，第一电离能较大的是________。

(4)镍和镧形成的一种合金具有储氢功能，该合金储氢后的晶胞如下图所示：

镍和镧形成的这种合金的化学式是_____________________________________________，

1 mol 镧形成的该合金能储存________mol氢气。

[挑战满分](限时30分钟)

1．氮族元素包括氮、磷、砷等元素。

(1)砷的基态原子的价电子排布式是________；砷与氯可形成AsCl5，AsCl5中含有________对成键电子对。

(2)下列关于该元素的说法中正确的是________(填字母选项)。

a．氮、磷、砷的电负性依次减小

b．氮、磷、砷的气态氢化物分子的稳定性依次减弱

c．N—H、P—H、As—H键的键长依次增长，而键的极性依次降低

d．P4分子的空间构型为正四面体(如图)，P—P键之间的键角为109°28′

(3)氮是化肥中的主要元素，某种盐类物质是常见的氮肥成分，其中氮元素同时显示最高化合价和最低化合价，请写出该物质的化学式：___________________________________________。

该化合物的组成元素中基态原子的第一电离能最大的是________(填元素符号)。

(4)磷元素的原子核外共有________种不同运动状态的电子、________种不同能级的电子。在形成PH3分子时，磷原子的中心原子轨道发生________杂化。

(5)如图为某种冰的一种骨架形式，以此为单位向空间延伸。

①该冰中的每个水分子有________个氢键；

②在气相中NH3易与H2O通过氢键以加合物形式存在，试写出加合物NH3·H2O的结构式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

2．锂—磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu4O(PO4)2，可通过下列反应制备：

2Na3PO4＋4CuSO4＋2NH3·H2O===Cu4O(PO4)2↓＋3Na2SO4＋(NH4)2SO4＋H2O

(1)写出基态Cu2＋的核外电子排布式：__________________________________，

上述方程式中涉及到的N、O元素第一电离能由小到大的顺序为_______________________。

(2)PO的空间构型是_______________________________________。

(3)与NH3互为等电子体的分子、离子有___________________________________、

________________(各举一例)。

(4)氨基乙酸铜的分子结构如图1，碳原子的杂化方式为

________________________________________________________________________。

(5)在硫酸铜溶液中加入过量KCN，生成配合物[Cu(CN)4]2－，则1 mol [Cu(CN)4]2－中含有的σ键的数目为________。

(6)Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图2所示，则该化合物的化学式为________________________________________________________________________。

答案　(1)[Ar]3d9　O＜N

(2)正四面体

(3)PH3或AsH3　H3O＋或CH

(4)sp3、sp2

(5)8NA

(6)CuH

3．钛被称为继铁、铝之后的第三金属，制备金属钛的一种流程如下：

回答下列问题：

(1)基态钛原子的价电子排布图为_______________________________________________，

其原子核外共有________种运动状态不相同的电子，金属钛晶胞如图1所示，为________________堆积(填堆积方式)。

(2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体，熔点为－37 ℃，沸点为136 ℃，可知TiCl4为________晶体。

(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图2。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是_____________________________________________________。

化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为______________________。

(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子，结构如图3所示。该阳离子Ti与O的原子数之比为______，其化学式为_______________________________________。

(5)钙钛矿晶体的结构如图4所示。钛离子位于立方晶胞的顶角，被________个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被________个氧离子包围，钙钛矿晶体的化学式为________________________________________________________________________。

答案　(1)

22　六方最密

(2)分子

(3)化合物乙分子间形成氢键　N＞O＞C

(4)1∶1　TiO2＋(或[TiO])

(5)6　12　CaTiO3

解析　(1)Ti原子价电子为3d、4s上的电子，3d能级上有2个电子、4s能级上有2个电子；原子核外有几个电子其电子就有几种运动状态；该晶体为六方最密堆积。

(2)分子晶体熔、沸点较低。

(3)氢键的存在导致物质熔、沸点升高；同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素。

(4)每个O原子被两个Ti原子共用、每个Ti原子被两个O原子共用，利用均摊法计算二者原子个数之比；Ti元素为＋4价、O元素为－2价，据此书写其化学式。

(5)钛离子位于立方晶胞的顶角，被6个氧离子包围成配位八面体；钙离子位于立方晶胞的体心，被12个氧离子包围；每个晶胞中钛离子和钙离子均为1个，晶胞的12个边长上各有一个氧原子，根据均摊原则计算各原子个数，从而确定化学式。

4．元素周期表第四周期中共有18种元素，请回答下列有关问题。

(1)金属钒(V)在材料科学上有重要作用，被称为“合金的维生素”，基态钒原子的价电子排布式为________________________________________________________________________，

第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的。但Ga的第一电离能却明显低于Zn的，原因是______________________。

(2)已知四溴化锗是电子工业中的一种常用试剂，其熔点为26.1 ℃，沸点为186 ℃，则GeBr4晶体的类型为________，中心原子的杂化类型为________。

(3)第四周期ⅤA～ⅦA族的元素中，电负性由大到小的顺序为___________(用元素符号表示)。

(4)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的物质化学式为AX3的是________(填“a”或“b”)。图乙为金属铜的晶胞，此晶胞立方体的边长为a pm，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________ mol－1(用含a、ρ的代数式表示)。

5．氮、氧、磷、铁是与生命活动密切相关的元素。回答下列问题：

(1)P的基态原子核外电子具有的原子轨道数为______，Fe3＋比Fe2＋稳定的原因是_________。

(2)N、O、P三种元素第一电离能最大的是________，电负性最大的是________。

(3)含氮化合物NH4SCN溶液是检验Fe3＋的常用试剂，SCN－中C原子的杂化类型为________________________________________________________________________，

1 mol的SCN－中含π键的数目为________NA。

(4)某直链多磷酸钠的阴离子呈如图1所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶点的氧原子相连，则该多磷酸钠的化学式为___________________________。

图1

图2

(5)FeO、NiO的晶体结构与NaCl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________________________________________________________________________。

(6)磷化硼是一种超硬耐磨的涂层材料，其晶胞如图2所示。P原子与B原子的最近距离为a cm，则磷化硼晶胞的边长为________ cm(用含a的代数式表示)。

答案　(1)9　Fe3＋的价电子排布式为3d5，处于半充满状态，结构稳定

(2)N　O

(3)sp　2