資源簡介

以科技成果為背景考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2023·菏澤二模)儲氫材料是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料。回答下列問題
(1)多相R-Mg-Ni系儲氫合金是新型儲氫材料。基態(tài)Ni原子中自旋狀態(tài)相反的兩種電子的個數(shù)比為　　　　。
(2)四氫鋁鋰(LiAlH4)是一種重要的儲氫載體,Al的空間結(jié)構(gòu)為　　　　;Li、Al、H的電負性由大到小的順序為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)氨硼烷(NH3BH3)是目前最具潛力的儲氫材料之一,在四氫呋喃()作溶劑的條件下可合成氨硼烷:BH3+NH3NH3BH3。
①NH3BH3中B的雜化軌道類型為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
H—N—H鍵角:NH3　　　　NH3BH3(填“>”“<”或“=”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②常溫下,四氫呋喃易溶于水,環(huán)戊烷難溶于水,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
呋喃()與氫氣加成得到四氫呋喃,已知呋喃是一種具有芳香性的平面分子,分子中含有大π鍵,該大π鍵可表示為　　　　(分子中的大π鍵可用符號表示,其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù),n代表參與形成大π鍵的電子數(shù))。
(4)一種由Mg和過渡金屬M組成的二元儲氫材料屬立方晶系,晶胞中Mg和M的原子個數(shù)比為2∶1,且距離Mg最近的M形成的幾何圖形為正四面體;晶胞在xy、xz和yz平面投影如圖所示。
①M原子處于晶胞的位置為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②該儲氫材料的立方晶胞中,晶胞參數(shù)為a pm,Mg和M的原子半徑分別為r1 pm和r2 pm,則Mg和M原子的空間占有率為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.(2023·濟南聯(lián)考)石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成,如圖a所示,圖中用虛線標出了石墨的一個六方晶胞。若按ABCABC方式堆積而成,則如圖b所示,圖中用虛線標出了石墨的一個三方晶胞。回答下列問題:
(1)石墨中碳原子的雜化方式為　　　　,基態(tài)碳原子中電子的空間運動狀態(tài)有　　　　種,D、E原子的分數(shù)坐標分別為　　　　、　　　　(以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置,稱作原子的分數(shù)坐標)。
(2)六方石墨晶體的密度為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 g·cm-3
(寫出計算表達式,要求化簡)。
(3)1個三方石墨晶胞中碳原子的個數(shù)為　　　　。
(4)石墨可用作鋰離子電池的負極材料,充電時可由Li1-xC6形成Li+計按如圖所示均勻分布的鋰碳化合物,該物質(zhì)中存在的化學(xué)鍵有　　　　,充電時該電極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)鋰離子電池的正極材料為層狀結(jié)構(gòu)的LiNiO2。鋰離子完全脫嵌時LiNiO2的層狀結(jié)構(gòu)會變得不穩(wěn)定,用鋁取代部分鎳形成LiNi1-yAlyO2。可防止鋰離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用,其原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(2023·重慶萬州二中模擬預(yù)測)立方氮化硼(BN)具有類金剛石的結(jié)構(gòu),是新型人工合成材料。利用新合成技術(shù)可以實現(xiàn)低溫低壓制備,反應(yīng)為:BCl3+Li3NBN+3LiCl。回答下列問題:
(1)基態(tài)B原子電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為　　　　形。
(2)BCl3中B原子的雜化方式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
兩個B—Cl鍵的鍵角為　　　　,該分子為　　　　(填“極性”或“非極性”)分子。
(3)BCl3、Li3N、BN三者中,沸點最高的是　　　　,Li、B、N、Cl第一電離能最大的元素是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)廣義酸堿理論認為,中心原子可以接受電子對的分子為酸,可以提供電子對的分子為堿。按照該理論,BCl3屬于　　　　(填“酸”或“堿”),BCl3和堿反應(yīng)形成的化學(xué)鍵類型是　　　　。
(5)立方氮化硼晶體的晶胞如圖1所示。阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,該晶體密度表達式為　　　　 g·cm-3;圖2是該晶胞的俯視投影圖,則該圖中表示硼原子相對位置的是　　　　(填標號)。
4.(2023·北師大實驗中學(xué)模擬預(yù)測)Cu(Ⅱ)可形成多種配合物,呈現(xiàn)出多樣化的性質(zhì)和用途。
(1)向盛有硫酸銅水溶液的試管中加入少量氨水生成藍色沉淀,繼續(xù)加入過量氨水,得到深藍色透明溶液,最后向該溶液中加入一定量的乙醇,析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶體。
①產(chǎn)生藍色沉淀的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②[Cu(NH3)4]SO4在水中電離的方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)如下圖所示,Cu(Ⅱ)配合物A和B可發(fā)生配位構(gòu)型的轉(zhuǎn)變,該轉(zhuǎn)變可帶來顏色的變化,因此可用作熱致變色材料,在溫度傳感器、變色涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
①Cu2+的價層電子排布式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②A中氮原子與其他原子(或離子)之間存在的作用力類型有　　　　,氫原子與其他原子之間存在的作用力類型有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③已知:當(dāng)Cu(Ⅱ)配合物A和B配位構(gòu)型由八面體轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆狡矫鏁r,吸收光譜藍移,配合物顏色紫色變?yōu)槌壬?br/>想將配合物的顏色由紫色調(diào)整為橙色,需要進行的簡單操作為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)已知:①
物質(zhì) 顏色
[CuCl4]2- 黃色
[Cu(H2O)4]2+ 藍色
②藍色溶液與黃色溶液混合為綠色溶液。在CuCl2溶液中加入MgCl2濃溶液,顏色從藍色變?yōu)榫G色,請結(jié)合化學(xué)用語解釋原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)CuCl2和CuCl是銅常見的兩種氯化物,如圖表示的是　　　　的晶胞。已知晶胞的邊長為a pm,阿伏加德羅常數(shù)為NA mol-1,則該晶體的密度為　　　　 g·cm-3。(已知:1 pm=10-10 cm)
5.(2023·青島模擬)鋰離子電池是近年來的研究熱點,常見的鋰離子聚合物電池材料有石墨、LiAsF6、LiPF6、LiMn2O4等。回答下列問題:
(1)As的最高能級組的電子排布式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
Li、O、P、As四種元素電負性由大到小的順序為　　　　(填元素符號)。
(2)LiPF6的陰離子的空間結(jié)構(gòu)為　　　　。
(3)一種類石墨的聚合物g—C3N4可由三聚氰胺()制得。三聚氰胺分子中氮原子雜化類型是　　　　;三聚氰胺分子不溶于冷水,溶于熱水,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4是一種常用的正極材料。已知一種LiMn2O4晶胞可看成由A、B單元按Ⅲ方式交替排布構(gòu)成,“○”表示O2-。
“●”表示的微粒是　　　　(填元素符號)
②若該晶胞的晶胞參數(shù)為a pm,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,該晶體的密度為
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 g·cm-3 (列出計算表達式,不必化簡)
以科技成果為背景考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1.(1)15∶13或13∶15　(2)正四面體形　H>Al>Li
(3)①sp3　<　NH3中N有1對孤電子對,NH3BH3中N無孤電子對,孤電子對對成鍵電子對斥力大
②四氫呋喃能與水形成分子間氫鍵　
(4)①頂角和面心　②×100%
解析　(1)基態(tài)Ni原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2,根據(jù)泡利不相容原理和洪特規(guī)則,則基態(tài)Ni原子中自旋狀態(tài)相反的兩種電子的個數(shù)比為15∶13或13∶15;(2)Al=4,因此Al空間結(jié)構(gòu)為正四面體形;Li、Al為金屬元素,H為非金屬元素,則H的電負性最大,Al的金屬性弱于Li,Al的電負性強于Li,則電負性強弱順序是H>Al>Li;(3)①NH3BH3的結(jié)構(gòu)簡式為,其中B原子有4個σ鍵,無孤電子對,因此B的雜化類型為sp3;NH3中N含有1對孤電子對,NH3BH3中的N不含有孤電子對,根據(jù)孤電子對之間斥力>孤電子對和成鍵電子對之間斥力>成鍵電子對之間斥力,因此NH3中H—N—H的鍵角小于NH3BH3中H—N—H鍵角;②環(huán)戊烷與水不能形成分子間氫鍵,四氫呋喃中的氧原子可以與水形成分子間氫鍵,因此四氫呋喃易溶于水,環(huán)戊烷難溶于水;呋喃中碳原子提供1個孤電子,氧提供2個孤電子,形成大π鍵,即表示形式為;(4)①根據(jù)晶胞在xy、xz、yz平面投影圖,可知M位于晶胞的頂點和面心,Mg位于晶胞內(nèi)部;②M位于晶胞的頂點和面心,個數(shù)為8×=4,根據(jù)Mg和M的原子個數(shù)比,因此Mg位于晶胞內(nèi)部,有8個,Mg、M原子所占體積為π(8) pm3,晶胞的體積為a3 pm3,則Mg和M原子的空間占有率為×100%。
2.(1)sp2　4　(,,0)　(,,)　(2)　(3)6
(4)離子鍵、共價鍵　Li1-xC6+xLi++xe-LiC6
(5)脫嵌過程中Al不會變價,Li+不能完全脫嵌
解析　(1)石墨中,每個碳原子形成3個σ鍵,無孤電子對,碳原子的雜化方式為sp2,基態(tài)碳原子核外電子排布式為1s22s22p2,電子占用4個原子軌道,電子的空間運動狀態(tài)有4種,D在三方晶系底面上,原子的分數(shù)坐標為(,,0),E在六方晶系的內(nèi)部,根據(jù)圖示E原子的分數(shù)坐標為(,,)。(2)根據(jù)均攤原則,1個晶胞中含有4個C原子,C-C鍵長為0.142 nm,則底面積為×(0.142×10-7)2 cm2,六方石墨晶胞的體積為×(0.142×10-7)2×0.670 8×10-7 cm3,六方石墨晶體的密度為 g/cm3= g/cm3。(3)根據(jù)均攤原則,1個三方石墨晶胞中碳原子的個數(shù)為4×+2=6。(4)Li+嵌入石墨的A、B層間,導(dǎo)致石墨的堆積結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,形成化學(xué)式為LiC6 的嵌入化合物,Li+與相鄰石墨環(huán)形成離子鍵、碳與碳形成共價鍵;充電時由Li1-xC6形成LiC6,充電時的電極反應(yīng)式為Li1-xC6+xLi++xe-LiC6。(5)Ni的化合價有+2、+3、+4,而Al的化合價只有+3,如果Ni被氧化到+4價態(tài),Li+可以完全脫嵌,形成NiO2,但有Al3+存在,必須有Li+形成電中性物質(zhì),所以用鋁取代部分鎳形成LiNi1-yAlyO2可防止鋰離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。
3.(1)啞鈴　(2)sp2　120°　非極性
(3)BN　N　(4)酸　配位鍵(或共價鍵)　(5)　3
解析　(1)基態(tài)B原子的核外電子排布式為1s22s22p1,則其電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為啞鈴形;(2)BCl3中B原子形成3對成鍵電子對,孤電子對數(shù)為=0,則價層電子對數(shù)為3,則B原子雜化方式是sp2,BCl3的分子構(gòu)型為平面三角形,兩個B-Cl鍵的鍵角為120°,該分子的結(jié)構(gòu)對稱,正負電荷中心重合,則為非極性分子;(3)BCl3為分子晶體,Li3N為離子晶體,BN為共價晶體,則三者中,沸點最高的是BN;同周期元素的原子從左至右第一電離能呈增大趨勢,同主族元素從上往下第一電離能逐漸減小,則Li、B、N、Cl第一電離能最大的元素是N;(4)由(2)的分析可知,BCl3的中心原子B原子沒有孤電子對,不能提供電子對,但是其有空軌道,可以接受電子對,故按照該理論,其屬于酸;BCl3的中心原子B原子有空軌道,可以接受電子對,氫氧根離子有孤電子對,則B原子提供空軌道,氫氧根離子提供孤電子對,故BCl3和堿反應(yīng)形成的化學(xué)鍵類型是配位鍵(或共價鍵);(5)由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,一個晶胞中含有4個B原子,8×=4個N原子,則晶胞的質(zhì)量為 g,則該晶體密度表達式為 g·cm-3;圖2是該晶胞的俯視投影圖,由晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,該圖中表示硼原子相對位置的是3號。
4.(1)①Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2N
②[Cu(NH3)4]SO4[Cu(NH3)4]2++S
(2)①3d9　②共價鍵、配位鍵　共價鍵、氫鍵　③降溫
(3)在CuCl2溶液中存在平衡:[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O,加入MgCl2濃溶液,c(Cl-)增大,平衡向右移動,[CuCl4]2-的濃度增大,黃色與藍色混合會呈現(xiàn)綠色
(4)CuCl　
解析　(1)①向盛有硫酸銅水溶液的試管中加入少量氨水生成藍色沉淀為氫氧化銅,所以產(chǎn)生藍色沉淀的離子方程式是Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2N;②[Cu(NH3)4]SO4為離子化合物,在水中電離生成[Cu(NH3)4]2+和S,其電離方程式是[Cu(NH3)4]SO4[Cu(NH3)4]2++S;(2)①Cu為29號元素,其基態(tài)原子價層電子排布式:3d104s1,則Cu2+的價層電子排布式為3d9;②根據(jù)圖示可知,N的最外層電子數(shù)為5,則應(yīng)形成3對共用電子對達到滿8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以A中氮原子與其他原子(或離子)之間存在的作用力類型有共價鍵和配位鍵;氫原子與其他原子之間除了存在共價鍵以外,還和電負性較強的O原子形成了氫鍵,所以存在的作用力類型有共價鍵和氫鍵;當(dāng)Cu(Ⅱ)配合物A和B配位構(gòu)型由八面體轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆狡矫鏁r,能量會降低,吸收光譜藍移,配合物顏色紫色變?yōu)槌壬?所以若實現(xiàn)上述操作,可從平衡角度考慮,最簡單的方法是降低溫度,使平衡向正向移動,實現(xiàn)配合物顏色由紫色變?yōu)槌壬?(3)藍色溶液與黃色溶液混合為綠色溶液,在CuCl2溶液中加入MgCl2濃溶液,顏色從藍色變?yōu)榫G色,原因是在CuCl2溶液中存在平衡:[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O,加入MgCl2濃溶液,c(Cl-)增大,平衡向右移動,[CuCl4]2-的濃度增大,黃色與藍色混合會呈現(xiàn)綠色;(4)圖中白球所在位置是頂角和面心,晶胞內(nèi)原子個數(shù)為8×=4,黑球在晶胞內(nèi)部,原子個數(shù)為4,所以化學(xué)式為AB型,即上述晶胞表示的是CuCl;則晶胞的質(zhì)量為 g,則晶胞的密度=。
5.(1)3d104s24p3　O、P、As、Li或O>P>As>Li　(2)正八面體形
(3)sp2、sp3　溫度升高破壞三聚氰胺分子之間的氫鍵,使三聚氰胺與水分子間形成氫鍵　(4)①Li　②
解析　(1)As為第四周期第ⅤA族元素,基態(tài)As原子的最高能級組的電子排布式為3d104s24p3;金屬元素的電負性小于非金屬元素,同周期元素從左到右,電負性逐漸增大,同主族元素從上到下,電負性逐漸減小,所以Li、O、P、As四種元素電負性由大到小的順序為O、P、As、Li或O>P>As>Li。(2)[PF6]-中心P原子價層電子對數(shù)=6+=6,采取sp3d2雜化,無孤電子對,空間結(jié)構(gòu)為正八面體形。(3)三聚氰胺分子中,處于環(huán)上的N原子采取sp2雜化,氨基中N原子采取sp3雜化;三聚氰胺能形成分子間氫鍵,溫度升高能破壞三聚氰胺分子之間的氫鍵,使三聚氰胺與水分子間形成氫鍵,因而三聚氰胺分子不溶于冷水,溶于熱水。(4)①由圖Ⅲ可知,一個晶胞中含有A和B的個數(shù)均為4。A中氧離子位于體內(nèi)數(shù)目為4、●位于體心和頂角數(shù)目為1+4×=1.5。B中氧離子位于體內(nèi)數(shù)目為4,●位于頂角數(shù)目為4×=0.5,Δ為體內(nèi)數(shù)目為4。則一個晶胞內(nèi)O2-、●、Δ數(shù)目比為32∶8∶16=4∶1∶2,結(jié)合化學(xué)式LiMn2O4可知,“●”表示的微粒是Li;②由①分析知,一個晶胞中含8個LiMn2O4,則該晶體的密度為 g·cm-3。

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