物质结构与性质(物质结构与性质几个典型结构)

物质结构与性质
这几个题是我近几年命制的，个人感觉最后阶段可以提醒学生注意一下尖晶石结构、普鲁士蓝或类普鲁士蓝结构，因为这两种结构相对一些常考的晶胞来说比较复杂，但是只要能熟悉关键点，再次遇到就会容易很多。最后一个题涉及到二维材料密度的计算，需要注意的是如果是单层或者双层结构的二维材料，均摊计算时和普通的晶体是不一样的，如果是第一次遇到，基础较差的学生很容易出错。
35.铁尖晶石是一类以铁的氧化物为主要成分的复合氧化物，通常还含有钴元素或锌元素。铁尖晶石纳米晶具有良好的磁学、催化、吸波等性能，已被应用于通信、信息储存、光催化和医药生物等领域。请回答下列相关问题（阿伏伽德罗常数的数值用NA表示）。
（1）基态铁原子和基态钴原子中的未成对电子数之比为__________。
（2）[Fe(SCN)6] 3﹣是铁的一种常见配离子，该配离子中铁元素的价电子排布式是_________，配体硫氰根的结构式是[S–C≡N]－，其中碳的杂化形式是________，1mol[Fe(SCN)6] 3﹣中含有的σ键的数目是________NA。异硫氰根也是一种常见的配体，其结构式是[N=C=S]－，硫氰根和异硫氰根的空间构型______（填“相同”或“不同”）。
（3）FeCl2晶体是离子晶体而FeCl3晶体是分子晶体，从不同价态铁元素吸引电子能力的角度分析FeCl3晶体是分子晶体的原因可能是_____________________________________________________。
（4）某种铁尖晶石的晶胞结构如图所示，A结构与B结构交替组合，该物质的化学式是__________，CO2＋的配位数是_______，若晶胞密度为ρg/cm3，则晶体中最近的两个CO2＋间的距离是_________pm。
（15分，除标注外每空2分）
（1）4:3
（2）3d5      sp杂化（1分）      18相同（1分）
（3）铁的化合价越高，正电性越强，吸引电子的能力越强，铁与氯吸引电子的能力差距越小，越容易形成共价键而不是离子键。（答案合理即可）
（4）COFe2O4      4（1分）341880ρNA3×1010或241880ρNA3109°28′2sin×1010
解析：（1）基态铁原子和基态钴原子的价电子排布式分别是3d54s2和3d64s2，未成对电子数分别是4和3。
（2）[Fe(SCN)6] 3﹣的中心离子是Fe3＋，其价电子排布是3d5。硫氰根中碳形成2个σ键，没有孤电子对，因此价层电子对数为2，杂化形式是sp杂化。1个1mol[Fe(SCN)6] 3﹣中含有的σ键数=配位键数目+硫氰根中的σ键数=6+2×6=18。硫氰根和异硫氰根中碳原子杂化形式均为sp杂化，两种离子均为直线型。
（4）由晶胞结构以及A、B的结构可知，晶胞的8个顶点各有一个Co，六个面心各有一个Co，四个A结构的内部各有一个Co，一个晶胞中平均含有Co的个数=8×18+6×12+4=8；四个B结构内部各有四个Fe，一个晶胞中平均含有Fe的个数=4×4=16；四个A结构和四个B结构内部各有四个O，一个晶胞中平均含有O的个数=8×4=32。因此该物质的化学式是COFe2O4。从A结构可知CO2＋周围紧邻的O2－是4个，因此配位数为4。
假设晶胞棱长为x，则晶胞的质量=ρx3=235×8 NA，因此x=1880ρNA3cm，从A结构可知最近的两个CO2＋间的距离等于晶胞体对角线的14，因此最近的两个CO2＋间的距离=341880ρNA3 cm=341880ρNA3×1010pm。
16. 氧化石墨烯基水凝胶是一类新型复合材料，制备氧化石墨烯（简称GO）最常用的方法是Hummers法，这种方法是将石墨粉和无水NaNO3混合后置于浓硫酸中并用冰浴冷却，再用KMnO4进行氧化处理，之后用H2O2处理即可得到GO。请回答下列问题。
（1）硒（Se）元素与氧元素同族，基态Se原子的核外电子排布式是[Ar]_______，未成对电子数是_______。
Se、O、N的第一电离能由大到小的顺序是_____________（用元素符号表示）。
（2）对GO进行还原可得到还原氧化石墨烯（简称RGO），二者的结构如图所示，其中GO中碳原子的杂化形式是_____________。根据结构判断GO和RGO在水中溶解性较强的是________（填“GO”或“RGO”），判断依据是________________________________________________________。
（3）NaNO3中阴离子的空间构型是_________，NaNO3、H2O、H2SO4的沸点由低到高的顺序是__________（用化学式表示）。
（4）北大和中科院合作研究首次证明了二维冰的存在，这种二维冰由两层六角冰无旋转堆垛而成，两层之间靠氢键连接，每个水分子与面内水分子形成三个氢键，与面外水分子形成一个氢键，二维冰结构的模型示意图的侧视图如图1所示，厚度为a pm，俯视图如图2所示，距离最近的两个水分子间的距离为b pm，18g二维冰中含有的氢键的物质的量为______，等物质的量的二维冰含有的氢键的数目_______（填“大于”“小于”或“等于”）普通三维冰。二维冰的密度是_______g·cm?3(设阿伏加德罗常数的值为NA)。
16. （15分，除标注外每空2分）
（1）3d104s24p4     2     N>O>Se
（2）sp2和sp3     GO   GO分子和水分子间可形成更多的氢键
（3）平面（正）三角形     H2O << span=””>H2SO4 << span=””>NaNO3
（4）2mol    等于    316ab2NA×1030
解析：（1）硒的原子序数是34，核外电子排布式的简化形式是[Ar]3d104s24p4，4p能级上有两个未成对电子。同主族从上到下第一电离能逐渐减小，同周期ⅤA族的第一电离能大于ⅣA族，因此Se、O、N的第一电离能由大到小的顺序是N>O>Se。
（2）GO中苯环上的碳、羰基碳、羧基碳等碳原子采用sp2杂化，少部分碳原子形成四个单键，采用sp3杂化。GO分子中含有的羟基和羧基明显多于RGO分子，因此可以和水分子间形成更多的氢键，从而使水溶性较强。
（3）NO3－中心原子的价层电子对数为3，无孤电子对，空间构型是平面（正）三角形。晶体状态NaNO3是离子晶体，H2O和H2SO4均为分子晶体，离子晶体沸点明显高于分子晶体，H2O的沸点为100℃，H2SO4属于高沸点、难挥发酸，沸点高于H2O。
（4）根据信息，二维冰中每个水分子形成四个氢键，平均每个水分子对应两个氢键，因此18g二维冰中含有的氢键的物质的量为2mol，1mol普通三维冰中含有氢键的物质的量也是2mol，因此二者相等。结合图像二维冰可看做由棱长为b pm、高为a pm的六棱柱堆积而成，每个六棱柱的体积V=332ab2×10－30 cm3。根据均摊法每个六棱柱平均含有4个水分子，每个六棱柱的质量m=18 NA×4=72 NAg，因此二维冰的密度ρ=mV=316ab2NA×1030 g·cm?3。
19.[选修3：物质结构与性质]（15分）
碳元素是形成化合物种类最多的元素，也可形成多种单质，同时CN－和SCN－也可与铁、铜、铬等过渡元素形成配合物。请回答下列相关问题。
（1）碳元素位于元素周期表的____区，第二周期中基态原子与基态碳原子具有相同未成对电子数的元素是_____（填元素符号）。
（2）乙烯的结构如图所示，其中碳原子的杂化形式是________，乙烯分子中碳碳双键与碳氢键的键角大于碳氢键之间的键角，原因是___________________________。
（3）金刚石、C60、C90都是碳元素形成的单质，三者的熔点由高到低的顺序是__________，原因是_______________________________________________________________。
（4）[Cr(CN)6]3－是Cr3＋与CN－形成的一种配离子，基态Cr3＋的价电子排布式是_____，1mol[Cr(CN)6]3－中含有的σ键的数目为___NA。
（5）某科研机构用电化学沉积的方法获得了一种化学式为NaCr(Ⅱ)x[Cr(Ⅲ)y(CN)z]的普鲁士蓝类似物，其晶体结构如图所示（图中省略了Na＋），晶胞参数为apm，则x：y：z=______，Cr2＋周围距离最近的Cr3＋形成的几何构型为______，最近的两个Cr3＋间距为____pm。
     
19.（15分）
（1）p（1分）   O（1分）
（2）sp2（1分）碳碳间有两对成键电子，碳氢间有一对成键电子，碳碳间的成键电子对碳氢键的成键电子斥力较大，因此键角较大（2分，答案合理即可）
（3）金刚石>C90>C60（1分）金刚石是原子晶体，熔点最高，C60和C90都是分子晶体，C90相对分子质量较大，分子间作用力较强，熔点较高（2分，答案合理即可）
（4）3d3（1分）  12（2分）
（5）1:1：6（2分）正八面体（1分）22a（1分）

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