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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…

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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