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专题检测（十五） 物质结构与性质
1．(2018·苏州一模)(CN)2、(OCN)2等被称为拟卤素，(CN)2在一定条件下氢化可以得到乙二胺(H2NCH2CH2NH2)。回答下列问题：
(1)Fe4[Fe(CN)6]3是较早发现的CN－配合物，其中铁元素呈现两种不同的价态。写出外界离子基态核外电子排布式：________________。
(2)与OCN－互为等电子体的分子为________(填分子式)。
(3)1 mol(CN)2中含有π键的数目为________。
(4)乙二胺中C原子的轨道杂化方式为________。
(5)乙二胺易溶于水，除因为是极性分子外，还可能的原因为________。
(6)含CN－的配合物常用于冶炼黄金。金的晶胞结构如图所示，晶体中每个Au原子周围紧邻且等距的Au原子有____个。
解析：(1)分析配合物Fe4[Fe(CN)6]3：外界离子为Fe3＋，铁是26号元素，铁原子基态核外电子排布式为[Ar]3d64s2，则Fe3＋的基态电子排布式为[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)；
(2)与OCN－互为等电子体的分子为CO2、N2O、CS2、COS等；
(3)(CN)2的结构式为NCCN,1 mol(CN)2中含有π键的数目为4NA或2.408×1024；
(4)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)中C原子的轨道杂化方式为sp3；
(5)乙二胺易溶于水，除因为是极性分子外，还可能的原因为乙二胺分子与水分子间可以形成氢键；
(6)晶体中每个Au原子周围紧邻且等距的Au原子有12个。
答案：(1)[Ar]3d5(或1s22s22p63s23p63d5)
(2)CO2(或N2O、CS2等)
(3)4NA或2.408×1024
(4)sp3
(5)乙二胺分子与水分子间可以形成氢键
(6)12
2．(2018·苏北四市一模)铁触媒常作为合成氨的催化剂，CO会使催化剂中毒。可用CH3COO[Cu(NH3)2]溶液吸收CO。
(1)Cu2＋基态核外电子排布式为________________。
(2)C、N、O的电负性由大到小的顺序为____________。
(3)1 mol CH3COO[Cu(NH3)2]中含有σ键的数目为____________________，其中C原子轨道的杂化类型是________________。
(4)与CO分子互为等电子体的阴离子为____________。
(5)Cu和Fe都可以形成多种氧化物。其中FexO晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。若FexO中的x＝0.92，则该此晶体的化学式为________________(用FeFeO形式表示)。
解析：(1)Cu是29号元素，Cu2＋含有27个电子，其基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9；(2)元素原子的得电子能力越强，则电负性越大，所以电负性：O>N>C；(3)1个CH3COO[Cu(NH3)2]分子中有3个C—H键、1个C—C键、1个C—O键，1个C===O中的一个键、6个N—H键及2个配位键都属于σ键，则1 mol该配合物中含有σ键为14×6.02×1023；CH3COO－中甲基上的C形成4个σ键，无孤电子对，因此采取sp3杂化类型，酯基中的C形成3个σ键和1个π键，无孤电子对，采取sp2杂化类型；(4)等电子体是指具有相同价电子数目和原子数目的分子或离子，与CO互为等电子体的阴离子为
CN－或C等；(5)若FexO中的x＝0.92，用FeFeO形式表示FexO晶胞，则有a＋b＝0.92,2a＋3b＝2，联立解得a＝0.76，b＝0.16，则该此晶体的化学式为FeFeO。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9
(2)O>N>C (3)14×6.02×1023 sp3和sp2
(4)CN－(或C等) (5)FeFeO
3．(2018·南京、盐城二模)甘氨酸锌是一种新型食品营养强化剂，可由ZnO与甘氨酸()制备。
(1)Zn2＋基态核外电子排布式为__________________。
(2)甘氨酸分子中碳原子轨道的杂化类型是__________，1 mol甘氨酸分子中含有σ键的数目为________。
(3)以氧化锌矿物为原料，提取锌的有关反应为ZnO＋2NH3＋2NH===[Zn(NH3)4]2＋＋H2O。与NH互为等电子体的阴离子为________，[Zn(NH3)4]2＋的结构可用示意图表示为________________。
(4)闪锌矿的主要成分是一种锌的硫化物，其晶胞结构如图所示，其化学式为________。
解析：(1)Zn是30号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，则Zn2＋基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；
(2)甘氨酸分子()中亚甲基上的碳原子采用sp3杂化，羧基中的碳原子采用sp2杂化；1 mol甘氨酸分子中含有2 mol C—H键、2 mol N—H键、1 mol C—N键、1 mol C—C键、1 mol O—H键、1 mol C—O键、1 mol C===O键，共有σ键的数目为9×6.02×1023；
(3)与NH互为等电子体的阴离子为BH；[Zn(NH3)4]2＋的结构中NH3中N提供孤电子对与Zn2＋形成配位键，则其可用示意图表示为；
(4)由晶胞结构图得到：在这个晶胞中5个Zn原子位于4条棱和体内，9个S原子位于8个顶点和体内，根据均摊法可知，Zn原子个数＝4×＋1＝2，S原子个数＝8×＋1＝2，所以其化学式为ZnS。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(2)sp2、sp3 9×6.02×1023
(3)BH (4)ZnS
4．(2018·南通二模)镍、铂、镧等过渡金属单质及化合物在医疗领域有着广泛的应用。
(1)基态原子镍的价电子排布式为__________________。
(2)抗癌药奥沙利铂(又名乙二酸铂)的结构简式如图所示。
①分子中氮原子轨道的杂化类型是________________，C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为_________________。
②1 mol乙二酸分子中含有σ键的数目为______________________________________。
(3)碳酸镧[La2(CO3)3]可用于治疗高磷血症。写出与CO2互为等电子体的一种分子的化学式：__________。
(4)镧镍合金可用于储氢，储氢之后所得晶体的化学式为LaNi5(H2)3，其晶体的最小重复结构单元如图所示(⊕、○、代表储氢之后晶体中的三种微粒)。图中代表的微粒是________。
解析：(1)Ni是28号元素，根据核外电子的排布规律可知，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，则基态原子镍的价电子排布式为3d84s2；
(2)①分子中氮原子形成3个σ键、还有1对孤电子对，则分子中氮原子轨道的杂化类型是sp3；C、N、O三种元素的第一电离能由大到小顺序为N>O>C；②1 mol乙二酸()分子中含有1 mol C—C键、2 mol C—O键、2 mol C===O键、2 mol O—H键，故共含有σ键的数目为7×6.02×1023；
(3)与CO互为等电子体的一种分子的化学式为SO3或BF3；
(4)镧镍合金可用于储氢，储氢之后所得晶体的化学式为LaNi5(H2)3，根据均摊法其晶体中⊕有8×＝1、○有8×＋1＝5、有8×＋2×＝3，分别代表La、Ni、H2，故图中代表的微粒是H2。
答案：(1)3d84s2 (2)①sp3 N>O>C ②7×6.02×1023 (3)SO3(或BF3等) (4)H2
5．(2018·盐城三模)锰、砷、镓及其相关化合物用途非常广泛。
(1)Mn2＋基态核外电子排布式为__________。
(2)砷与镓、硒是同周期的主族元素，其第一电离能从小到大的顺序是__________。
(3)BrCH2CN可用于制备砷叶立德，BrCH2CN分子中碳原子杂化轨道类型是__________。
(4)在AlCl3存在下，将C2H2通入AsCl3可得到(ClCH===CH)2AsCl等物质，AsCl3分子的几何构型为_______，1 mol(ClCH===CH)2AsCl分子中含σ键的数目为__________。
(5)GaAs是一种重要的半导体材料，按图示掺杂锰后可得稀磁性半导体材料(晶体结构不变)，则该材料晶体中n(Ga)∶n(Mn)∶n(As)＝__________。
解析：(1)Mn是25号元素，其电子排布式为[Ar]3d54s2或1s22s22p63s23p63d54s2，故
Mn2＋的电子排布式为[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5；(2)镓、砷、硒三种元素都是第4周期主族元素，同一周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势。但砷元素原子4p能级是半充满状态，能量较低，第一电离能高于其同周期相邻元素，则3种元素的第一电离能从小到大顺序为Ga<Se<As或镓<硒<砷；(3)与Br相连的C原子，该C原子与4个原子(2个H,1个O,1个C)键连，为sp3杂化；—CN中的C原子，该C原子与2个原子键连(1个C,1个N)，为sp杂化；(4)AsCl3的中心原子的价电子对数为3＋＝4，所以是sp3杂化，分子的几何构型为三角锥形，(ClCH===CH)2AsCl分子中含9个单键和2个双键，故1 mol (ClCH===CH)2AsCl分子中含σ键的数目为11×6.02×1023；(5)根据均摊法由题图可知，则该材料晶体中含7×＋5×＝个Ga,1×＋1×＝个Mn,4个As，故n(Ga)∶n(Mn)∶n(As)＝∶∶4＝27∶5∶32。
答案：(1)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5
(2)Ga<Se<As(或镓<硒<砷) (3)sp和sp3
(4)三角锥形 11×6.02×1023 (5)27∶5∶32
6．乙炔(C2H2)和丙烯腈(CH2===CH—CN)是有机合成工业的重要原料。工业上曾用CaC2和H2O反应制取乙炔，用乙炔和氢氰酸(HCN)在氯化亚铜等催化作用下生产丙烯腈。
(1)Cu＋基态核外电子排布式为__________________。
(2)C的电子式为__________________。
(3)与CN－互为等电子体的分子是_______(填化学式)。
(4)丙烯腈分子中碳原子轨道的杂化类型是________。
(5)1 mol丙烯腈分子中含π键的数目为________。
(6)丙烯腈(CH2===CH—CN)分子中共面的原子数目最多为________。
解析：(1)Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，根据构造原理知其3d能级上有10个电子、4s能级上有1个电子，基态原子的外围电子排布式为3d104s1，Cu＋是基态Cu失去4s能级上的1个电子形成的离子，Cu＋的基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10。(2)C是两个C原子之间形成3对共用电子对，同时还带有2个单位负电荷的阴离子，C的电子式为(3)一个CN－中原子个数为2，价电子数为14，原子个数相等、价电子数相等的微粒为等电子体，则与CN－互为等电子体的分子为N2、CO等；(4)丙烯腈分子的结构简式为其中一种碳有C===C，碳的杂化方式为sp2杂化，中碳的杂化方式为sp杂化。(5)共价单键为σ键，共价双键中一个是σ键、一个是π键，共价叁键中一个是σ键、二个是π键，所以1 mol丙烯腈分子中含有π键的数目为3×6.02×1023。(6)丙烯腈分子中，共价双键中6个原子处于同一平面，共价叁键中4个原子处于同一直线上，所以丙烯腈分子中共平面的原子数目最多为7个。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10
(3)N2或CO (4)sp和sp2 (5)3×6.02×1023 (6)7
7．氢氧化镍在乙醇的悬浊液中可发生如下反应生成单质镍的配合物：Ni(OH)2＋5CH3NC===(CH3NC)4Ni＋CH3NCO＋H2O。
(1)Ni2＋基态核外电子排布式为________________。
(2)CH3NC(其结构简式为CH3—N C)分子中碳原子轨道的杂化类型是________。1 mol CH3NC中σ键的数目为________mol。
(3)用光气(COCl2)与甲胺(CH3NH2)可以制取CH3NCO。
①与COCl2互为等电子体的一种阴离子为________。
②甲胺极易溶于水，除因为它们都是极性分子外，还因为__________________________________________________________。
(4)Ni单质的晶胞结构如图所示，每个晶胞中含Ni原子数目为___________________________________________________。
解析：(2)CH3—中C原子采用sp3杂化，—N C中C原子采用sp杂化；在CH3NC中，3个C—H键全部是σ键，C—N键是σ键，N C键中含有1个σ键，故分子中共含有5个σ键。(3)①COCl2分子中含有4个原子和24个价电子，故与其互为等电子体的阴离子可以是CO(或NO)。②甲胺分子中含有电负性强的N原子，能与H2O分子形成分子间氢键。(4)由晶胞结构可知，Ni原子位于立方体的顶点和面心，故含有的Ni原子数＝8×＋6×＝4。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d8或[Ar]3d8 (2)sp、sp3 5
(3)①CO(或NO) ②甲胺能与水形成分子间氢键
(4)4
8．2016年9月南开大学学者首次测试了一种新型锌离子电池，该电池以Zn(CF3SO3)2为电解质，用有阳离子型缺陷的ZnMn2O4为电极，成功地获得了稳定的大功率电流。
(1)写出Mn原子基态核外电子排布式：______________________________________。
(2)CF3SO3H是一种有机强酸，结构式如图1所示，通常用CS2、IF5、H2O2等为主要原料制取。
①1 mol CF3SO3H分子中含有的σ键的数目为_______。
②H2O2分子中O原子的杂化方式为________。与CS2互为等电子体的分子为___________________________。
③IF5遇水完全水解生成两种酸，写出相关化学方程式：_______________________________________________。
(3)硫化锌晶体的构型有多种，其中一种硫化锌的晶胞如图2，该晶胞中S2－的配位数为________。
解析：(1)Mn是25号元素，位于第四周期ⅦB族元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2；(2)①成键原子间只能形成一个σ键，因此1 mol此物质中含有8×6.02×1023个σ键；②H2O2的结构简式为H—O—O—H，杂化轨道数等于价层电子对数，价层电子对数＝σ键＋孤电子对数，因此O的价层电子对数为4，杂化类型为sp3，等电子体是原子总数相等，价电子总数相等的微粒，因此与CS2互为等电子体的分子是CO2或N2O；③根据水解的定义，此化学反应式为IF5＋3H2O===HIO3＋5HF；(3)S2－位于顶点和面上，离子晶体的配位数是距离最近的异性微粒的个数，即S2－的配位数是4。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d54s2或[Ar]3d54s2
(2)①8×6.02×1023 ②sp3 CO2或N2O
③IF5＋3H2O===HIO3＋5HF (3)4
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