loading第二讲 分子结构与性质
1．有X、Y、Z三种元素，其中X原子的价电子构型为2s2p，Y原子的L电子层中有三个未成对电子，且无空轨道，Z的＋1价离子是一个质子。试回答下列问题：
(1)ZXY分子中的三个原子除Z原子外均为8电子构型，写出该分子的结构式：____________，根据电子云重叠方式的不同，分子里共价键的类型有________。
(2)常温下，YZ3呈气态，但易被液化，且极易溶于水，其原因是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。
(3)液态的YZ3是一种重要的溶剂，其性质与H2O相似，可以与活泼金属反应，写出Na与液态YZ3反应的化学方程式：_______
_____________________________________________________。
解析：由“X原子的价电子构型为2s2p”可推知X是C；“Y原子的L电子层中有三个未成对电子，且无空轨道”可推知Y是N；Z是H。(1)ZXY分子为HCN，其结构式为H—C≡N，分子中含有的共价键为σ键和π键。(2)YZ3分子为NH3，易液化；NH3和H2O都是极性分子，且二者能形成氢键，NH3又能与H2O发生化学反应，使得NH3极易溶于水。(3)由2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑可类推出：2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑。
答案：(1)H—C≡N σ键、π键 (2)NH3和H2O都是极性分子，且二者能形成氢键，NH3
又能与H2O发生化学反应，使得NH3极易溶于水 (3)2Na＋2NH3===2NaNH2＋H2↑
2．硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示： 物质 熔点/ ℃ 沸点/ ℃ H2S －85.5 －60.3 S2 115.2 444.6 FeS2 >600 (分解) SO2 －75.5 －10.0 SO3 16.8 45.0 H2SO4 10.3 337.0 2
2
2
2
回答下列问题： (1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为_______，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为__________形。
(2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是__________。
(3)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_________________________________________
_____________________________________________________。
(4)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为____________g·cm；晶胞中Fe位于S2所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为__________nm。
解析：(1)基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d4s，则其价层电子的电子排布图(轨
6
2－3
2＋
2－
道表达式)为；基态S原子的核外电子排布式为1s2s2p3s3p
22326,
则电子占据最高能级是3p, 3p电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。(2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数分别是4、3、3，因此不同于其他分子的是H2S。(3) S8、二氧化硫形成的晶体均是分子晶体，由于S8相对分子质量大，分子间范德华力强，所以其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多。(4)气态三氧化硫以单分子形式存在，根据(2)中分析可知中心原子含有的价层电子对数是3，且不存在孤对电子，所以其分子的立体构型为平面三角形。分子中存在氧硫双键，因此其中共价键的类型有2种，即σ键、π键；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子形成4个共价键，因此13
其杂化轨道类型为sp。(5)根据晶胞结构可知含有铁原子的个数是12×＋1＝4，硫原子个数
411
是8×＋6×＝4，晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，则其晶
82体密度的计算表达式为ρ＝＝
m4M4M－321－32＋2－
g·cm；晶胞中Fe位于S2所－73 g·cm＝3×10
vNA（a×10）NAa2
anm。 2
形成的正八面体的体心，该正八面体的边长是面对角线的一半，则为
答案： (1) (2) H2S
(3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强 (4)平面三角 2 sp
3
哑铃(纺锤)
(5)
4M3
NAa×10
21
2a 2
3．锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题： (1)Zn原子核外电子排布式为___________________________。
(2)黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能
I1(Zn)________I1(Cu)(填“大于”或“小于”)，原因是
_______________________________________________________ _____________________________________________________。
(3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是__________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是___________________________________________
_____________________________________________________。
(4)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。
解析：本题考查物质的结构与性质。(1)锌元素的核电荷数为30，则锌原子的电子排布式为[Ar]3d 4s或1s 2s 2p6 3s 3p 3d 4s。(2)Cu核外电子排布为[Ar]3d4s，而Zn核外电子排布为[Ar]3d4s较稳定，所以Cu第一电离能较Zn小。(3)由ZnF2的熔点较高可知ZnF2为离子化合物，化学键类型为离子键，ZnF2为离子化合物，极性强难溶于有机溶剂，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为共价化合物，易溶于有机溶剂。(4)ZnCO3中碳原子的价层电子对数为3，孤电子对数为0，则CO3的空间构型为平面三角形，C原子为sp杂化。
答案：(1)[Ar]3d 4s(或1s 2s 2p3s 3p3d4s)
(2)大于 Cu核外电子排布为[Ar]3d4s，而Zn核外电子排布为[Ar]3d4s较稳定 (3)离子键 ZnF2为离子化合物，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2为共价化合物 (4)平面三角形 sp杂化
4．我国考古人员在秦陵挖掘的宝剑，到现在还是锋利无比，原因是剑锋上面覆盖了一层铬。
(1)写出Cr的外围电子排布式____________。与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是__________。
(2)根据下表Cr原子的能级电离能[I/(kJ·mol)]数据，解释原子逐级电离能增大的原因：_____________________________________
____________________________________________________。
－1
2
10
1
10
2
10
2
2
2
6
2
6
10
2
2—
2
10
2
10
2
2
2
2
6
10
2
10
1
I1 652.9 I2 1 590.6 I3 2 987 I4 4 743 I5 6 702 I6 8 744.9 I7 15 455 (3)CrCl3·6H2O有三种水合异构体，蓝绿色的[Cr(H2O)5Cl]Cl2·6H2O，绿色的[Cr(H2O)4Cl2]Cl·6H2O和紫色的__________，其中Cr的配体水分子也可以被NH3置换，如[Cr(NH3)5Cl]，则NH3的VSEPR模型为______________，N的杂化方式为__________，写出NH3的一种等电子体________________。
(4)CrO3能将CH3CH2OH氧化为乙醛，二者的相对分子质量相近，但乙醇的沸点比乙醛高，原因是______________________
_______________________________________________________ _____________________________________________________。 (5)Cr晶体的堆积模型是体心立方堆积。
①下列金属晶体也采取这种堆积模型的是__________(填字母)。 A．Na C．Mg
B．Po D．Cu
2＋
②晶胞中Cr的配位数为__________。
③已知Cr的相对原子质量为M，Cr的密度为ρ g·cm，阿伏加德罗常数用NA表示，则Cr的原子半径是________________pm。(写出表达式即可)
解析：(1)Cr的原子序数为24，核外电子排布式为1s2s2p3sp3d4s，其外围电子排布式3d4s。与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是K和 Cu。(2)因为随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再失去一个电子需要克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多。所以表中Cr原子的电离能逐级增大。(3)CrCl3·6H2O有三种水合异构体，蓝绿色的[Cr(H2O)5Cl]Cl2·6H2O，绿色的 [Cr(H2O)4C12]Cl·6H2O和紫色的Cr(H2O)6Cl3，其中Cr的配体水分子也可以被NH3置换，如[Cr(NH3)5Cl]，因为NH3的中心原子上有1对孤电子对，加上中心原子上的σ键电子对，它们的中心原子上的价层电子电子对数都是4，这些价层电子相互排斥，形成了正四面体形结构。所以NH3的VSEPR模型为四面体形，N的杂化方式为sp。因为等电子体是指原子总数相等，价电子总数相同的分子，具有相似的化学性质，所以NH3的等电子体为PH3。(4)CrO3能将CH3CH2OH氧化为乙醛，二者的相对分子质量相近，但因为乙醇与水能形成分子间氢键，所以乙醇的沸点比乙醛高。(5)①因为体心立方堆积是指晶胞中含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的顶点上，另一个原子在立方体的中心。Cr晶体的堆积模型是体心立方堆积。而碱金属也属于这种堆积，所以Na 属于体心立方堆积。Po属于简单立方堆积，Mg属于六方最紧密堆积，Cu属于面心立方最紧密堆积，故选A。②晶胞中配位数是指与指定原子接触的原子的数目。Cr属于体心立方堆积的晶胞，中心Cr原子与立方体顶点的8个Cr原子距离都相同，所以晶胞中Cr的配位数为8。③因为Cr属于体心立方堆积的晶胞，所以每个晶胞中含有两个Cr原3m2M2M－10子。设晶胞的边长为a pm，根据公式ρ＝＝所以a＝×10 ，－103，
vNA（a×10）（NA·ρ）
3
2＋
5
1
2
2
6
26
5
1
－3
332M－10
根据晶胞的结构为体心立方堆积，所以Cr的原子半径为 ×10。
4NA·ρ答案：(1)3d4s K、Cu
(2)随着电子的逐个失去，阳离子所带的正电荷数越来越大，再失去一个电子需要克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多
(3)Cr(H2O)6Cl3 四面体形 sp PH3 (4)乙醇能形成分子间氢键
332M－10
(5)①A ②8 ③ ×10
4NA·ρ5．硒化锌是一种半导体材料，回答下列问题。
(1)锌在周期表中的位置__________；Se 基态原子价电子排布图为____________。元素锌、硫和硒第一电离能较大的是________(填元素符号)。
(2)Na2SeO3分子中Se原子的杂化类型为________；H2SeO4的酸性比H2SeO3 强，原因是_____________________________________
_____________________________________________________。
(3)气态SeO3分子的立体构型为________；下列与SeO3互为等电子体的有________(填字母)。
A．CO3 C．NCl3
2－
3
5
1
B．NO3 D．SO3
2－
－
(4)硒化锌的晶胞结构如图所示，图中X和Y点所堆积的原子均为________(填元素符号)；该晶胞中硒原子所处空隙类型为________(填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)；若该品晶胞密度为ρ g·cm，硒化锌的摩尔质量为M g·mol。用NA代表阿伏加德罗常数的数值，则晶胞参数a为________nm。
－3
－1
解析：(1)Zn锌的原子序数是30，其电子排布式为1s22s2p3s3p3d4s，在周期表中的位置第四周期Ⅱ第B族；Se原子序数是34，原子核外有34个电子，最外层电子排布式为
2
6
2
6
10
2
4s4p，基态原子价电子排布图为
26
。元素锌金属性较强，第一电离能较小，
硫和硒为同主族元素，同主族元素由上到下非金属性逐渐减弱，所以硫的非金属性强于Se，