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(四)物质结构与性质(选考)
1．某笼形包合物Ni(CN) (NH )(C H) 的晶胞如图所示。回答下列有关问题。
a 3 b 6 6 c
(1)基态镍原子的价层电子排布式为__________；该物质中非金属元素的电负性由大到小是
________________________________________________________________________。
(2)NH 中N原子的杂化轨道类型为__________；从结构角度分析C、P原子之间不易形成π
3
键的原因是________________________________________________。
(3)在晶胞中，镍离子与CN－之间产生配位键，配体CN－提供的配位原子是__________；镍
离子的配位数为__________。
(4)推测该包合物中氨与苯分子数目比，即 b∶c为__________，其中Ni的平均化合价为
__________。
(5)若此晶胞体积为V nm3，阿伏加德罗常数为N mol－1，晶胞的摩尔质量为M g·mol－1，则
A
晶体密度为________ g·cm－3(列出计算表达式)。
答案 (1)3d84s2 N＞C＞H (2)sp3 C和P的原子半径相差较大， “头碰头”重叠形成σ
键之后很难进行“肩并肩”重叠形成π键 (3)C 4 (4)1∶1 ＋2价 (5)×1021
解析 (4)由晶胞图示可知，1个晶胞中含有NH 的个数为8×＝2，苯分子的个数为4×＝
3
2，故该包合物中氨与苯分子数目比，即b∶c＝2∶2＝1∶1；一个晶胞中含CN－的个数为
4，Ni的个数为8×＋2×＝2，其中Ni的平均化合价为＋2价。(5)晶体密度为ρ＝＝ g·cm－3
＝×1021 g·cm－3。
2．我国科学家利用生物质合成共聚酯的单体，合成时涉及多种元素，回答下列问题：
(1)基态Cu＋的电子排布式为_____________________________________________。
(2)Cu、Zn、Al的第一电离能由大到小的顺序为__________(填元素符号，下同)。
(3)CH ==CHCOOCH 中所含元素的电负性由小到大的顺序为____________________，该有
2 3
机物中，碳原子的杂化类型是____________________。
(4)区别晶体SiO 和非晶体SiO 的方法是____________________。
2 2(5)有机物C和D的相对分子质量相差较小，但是D的沸点明显高于C的，其主要原因是
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)[Ar]3d10(或1s22s22p63s23p63d10)
(2)Zn＞Cu＞Al
(3)H＜C＜O sp2、sp3
(4)X-射线衍射实验
(5)D分子间存在氢键，增大了分子间作用力，C分子间没有氢键
3．高锰酸钾、重铬酸钾和高铁酸钾是中学常见的强氧化剂。请回答下列问题：
(1)基态Cr原子价层电子的运动状态有________种，某同学在描述基态Cr原子的电子排布式
时，将其表示为[Ar]3d44s2，该表示违背了________。
(2)＋3 价铁的强酸盐溶于水，可逐渐水解产生黄色的[Fe(OH)(H O) ]2＋以及二聚体
2 5
[Fe (OH) (H O) ]4＋(结构如图)。
2 2 2 8
①含s、p、d轨道的杂化类型有dsp2、sp3d、sp3d2，则[Fe(OH)(H O) ]2＋中Fe的杂化类型为
2 5
________，1 mol [Fe(OH)(H O) ]2＋中含有σ键的数目为________(用N 表示阿伏加德罗常数
2 5 A
的值)。
②二聚体[Fe (OH) (H O) ]4＋中，Fe的配位数为__________。
2 2 2 8
(3)K与Cu位于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔、沸点等都比金属
Cu低的原因是______________________________________________________。
(4)阿拉班达石是一种属于立方晶系的硫锰矿，其晶胞结构如图所示。在 MnS中，每个Mn
原子周围距离相等且最近的Mn原子数为________；若MnS晶胞的边长为a pm，则MnS的
密度表达式为________ g·cm－3。
答案 (1)6 能量最低原理
(2)①sp3d2 17N ②6
A
(3)K的原子半径较大，且价电子较少，金属键较弱
(4)12
解析 (2)①[Fe(OH)(H O) ]2＋中Fe的配位数为6，故价层电子对数为6，有6条杂化轨道，
2 5
故Fe的杂化方式为sp3d2；1 mol [Fe(OH)(H O) ]2＋中含有σ键的数目为(6＋1＋2×5)N ＝
2 5 A
17N 。②根据二聚体的结构简式，可知Fe的配位数为6。(4)Mn原子的堆积方式为面心立方
A
最密堆积，故每个Mn原子周围距离相等且最近的Mn原子数为12；根据均摊法，1个晶胞中含有Mn原子个数为4，S原子个数为4，故密度为ρ＝ g·cm－3。
4．我国科学家构建了新型催化剂“纳米片”(Co—N—C)，该“纳米片”可用于氧化SO和
吸附Hg2＋。回答下列问题：
(1)基态 Co 原子的价层电子排布式为__________，N、C、Co 中第一电离能最大的是
________(填元素符号)。
(2)在空气中SO会被氧化成SO。SO的空间结构是________________，SO中S原子采用
__________杂化。
(3)[Co(NH )(H O)Cl]Cl 是钴的一种配合物，含 1 mol [Co(NH )(H O)Cl]Cl 的溶液与足量
3 4 2 2 3 4 2 2
AgNO 溶液能生成____ mol AgCl，[Co(NH )(H O)Cl]Cl 中Co2＋的配位数为__________。
3 3 4 2 2
(4)氰气[(CN) ]称为拟卤素，它的分子中每个原子最外层都达到 8电子结构，则(CN) 分子中
2 2
σ键、π键个数之比为__________。
(5)氮和碳组成的一种新型材料，硬度超过金刚石，其部分结构如图1所示。它的化学式为
________，它的硬度超过金刚石的主要原因是_____________________________________。
(6)氮化镓是新型半导体材料，其晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替，
顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。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，称作原子分数坐标。图2为沿y轴投影的氮化镓晶胞中所有原子的分布图。
若原子1的原子分数坐标为(，，)，则原子3的原子分数坐标为____________。若氮化镓的
晶体密度为ρ g·cm－3，则晶胞中Ga—N的键长为________ pm(用含ρ、N 的代数式表示，
A
已知N 为阿伏加德罗常数的值)。
A
答案 (1)3d74s2 N (2)三角锥形 sp3 (3)2 6 (4)3∶4 (5)C N 氮化碳和金刚石都是
3 4
原子晶体，N的原子半径小于C，氮碳键的键能大于碳碳键 (6)(，，) ××1010
解析 (3)根据配合物的组成，1 mol配合物中外界有2 mol Cl－，因此与足量硝酸银溶液反应，
得到2 mol AgCl；Co2＋的配位数为4＋1＋1＝6。(4)(CN) 中每个原子最外层都达到8电子结
2
构，即(CN) 的结构式为N≡C—C≡N，一个分子中σ键的数目为3，π键的数目为4，因此
2
个数之比为3∶4。(5)根据图1可知，1个N连3个C,1个C连4个N，因此化学式为C N；
3 4
C N 、金刚石均为共价晶体，硬度与共价键强度有关，C的半径大于N，因此C—C的键长
3 4
比C—N的键长长，C—C的键能比C—N的键能小，因此金刚石的硬度比氮化碳低。(6)根据题中要求，得出氮化镓的晶胞图为 ，则原子3的原子分数坐标为(，，)；
N原子在晶胞内部，个数为4，Ga原子位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，氮化镓的化
学式为GaN，晶胞的质量为×(70＋14) g＝ g，根据密度的定义，得出晶胞的边长为 cm，Ga
与N最近的距离，即 Ga—N 的键长应是体对角线的，从而推出 Ga—N 的键长为××1010
pm。
5．乙酰丙酮是一种有酯气味的无色透明液体，常用作溶剂、有机合成中间体、金属络合剂
等。它有两种主要互变异构体A、B，与Be2＋、Mg2＋、Cu2＋、Zn2＋等形成配合物C。回答下
列有关问题：
(1)基态Cu2＋的价层电子排布式为_______________________________________，
Be和Mg第一电离能较大的是__________原子。
(2)A中C原子杂化轨道类型有_____________；按VSEPR预测B中∠HCC约为___________、
__________(填角度)。B在碱性条件下断裂的极性最大的键是__________。 具有分子内氢
键的是__________(填“A”或“B”)。
(3)C中σ键与π键数目之比为__________。
(4)乙酰丙酮易溶于醇、氯仿、丙酮等多数有机溶剂，理由是___________________________。
(5)金属铜的某些参数如下：
金属 堆积类型 密度/(g·cm－3) 相对原子质量
Cu ρ 64
根据上述数据，计算Cu的原子半径为________ pm (列出计算表达式，设N 是阿伏加德罗
A
常数的值)。
答案 (1)3d9 Be (2)sp2和sp3 120° 109°28′ O—H B (3)15∶2 (4)乙酰丙酮的极
性与有机溶剂相似，故在有机溶剂中溶解性较好 (5)×1010
解析 (3)单键、配位键是σ键，1个双键中含有1个σ键和1个π键，则C中σ键的数目为
30，π键的数目为4，则σ键与π键数目之比为 30∶4＝15∶2。(5)设Cu的原子半径为 r
pm，晶胞棱长为 a pm，则a＝4r，a＝2r，则晶胞的体积为(a×10－10 cm)3＝(2r×10－10cm)3；晶胞含有Cu的个数为8×＋6×＝4，晶胞的质量为 g，则ρ g·cm－3＝，解得r＝
×1010。
6．镍是一种硬而有延展性并具有铁磁性的金属，它能够高度磨光和抗腐蚀，用镍制造的不
锈钢和各种合金钢被广泛地用于飞机、舰艇、雷达、导弹、陶瓷颜料、永磁材料、电子遥控
等领域。回答下列问题：
(1)基态Ni原子的价层电子排布图为________________。
(2)具有不对称结构的Schiff碱及其与过渡金属形成的配合物结构类似于生命体系的真实情况。
有一种广泛用于生命体系中金属蛋白的模拟研究，其结构如图所示。
该配合物中C原子的杂化方式为__________________________________________；该配合
物中除H之外的组成元素的第一电离能由小到大的顺序是_________________。
(3)二氧化硒主要用于电解锰行业，其中一种制备方法为 2NiSeO=====2NiSeO ＋O↑、
4 3 2
NiSeO=====NiO＋SeO。下列分子或离子的VSEPR模型为平面三角形的是_______(填字母)。
3 2
A．SeO B．SeO
C．NiO D．SeO
2
(4)草酸镍可用于制镍粉和镍的催化剂等，加热分解的化学方程式为NiC O=====NiO＋CO↑
2 4
＋CO↑，属于非极性分子的产物是______________，等物质的量的CO(C≡O)与CO 分子
2 2
中的π键数目之比为____________，与CO 互为等电子体(等电子体是指价电子数和原子数
2
相同的分子、离子或原子团)的阴离子为________________________(任写一种)。
(5)氢能是一种重要的二次能源，其独有的优势和丰富的资源引起人类广泛的兴趣，然而氢
的储存是目前氢能利用的一大难题，现有La、Ni合金是较为理想的储氢材料，其晶胞结构
如图所示：
①该储氢材料的化学式为____________________________________________。
②已知晶胞参数边长为a nm，高为b nm，设阿伏加德罗常数的值为N ，一个晶胞内可以
A
储存18个氢原子，储氢后的晶胞密度为________ g·cm－3。
答案 (1) (2)sp2、sp3 Ni＜C＜O＜N (3)D (4)CO
2
1∶1 CNO－ (5)①LaNi ②×1021
5
解析 (3)SeO中Se原子的价层电子对数为4＋×(6＋2－8)＝4，VSEPR模型为正四面体形，故不选A；SeO中Se原子的价层电子对数为3＋×(6＋2－6)＝4，VSEPR模型为四面体形，
故不选B；SeO 中Se原子的价层电子对数为2＋×(6－4)＝3，VSEPR模型为平面三角形，
2
故选D。(4)CO 是直线形分子，结构对称，正负电荷中心重合，属于非极性分子；双键中有
2
1个π键，三键中有2个π键，等物质的量的CO(C≡O)与CO 分子中的π键数目之比为
2
1∶1；CO 的价电子数是16，与CO 互为等电子体的阴离子为CNO－。(5)①根据均摊法，
2 2
晶胞中La原子数是12×＋2×＝3，Ni原子数是18×＋6＝15，该储氢材料的化学式为
LaNi。②晶胞参数边长为a nm，高为b nm，则晶胞的体积为a2b×10－21 cm3，一个晶胞内
5
可以储存18个氢原子，储氢后的晶胞密度为 g·cm－3＝×1021 g·cm－3。
