对与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH4中H—N—H的键角比NH3中大 由于O原子半径小，电负性大，提供孤电子对能力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子
3
(5)8
＋
Ma·NA
×10
－10
5．钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用，请回答下列问题： (1)写出砷(As) 的基态原子的电子排布式__________________。
(2)N、P、As为同一主族元素，其电负性从大到小的顺序为________，它们的简单氢化物沸点最高的是________，将NaNO2和Na2O在一定的条件下反应得到一种白色晶体，已知其中的阴离子与SO4互为等电子体，则该阴离子的化学式为________。
(3)[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为__________，其配离子中含有的化学健类型为________(填“离子键”“共价键”“配位键”)。
(4)砷化镓晶胞结构如图。晶胞中Ga与周围等距且最近的砷形成的空间构型为________，已知砷化镓晶胞边长为a pm，其密度为ρ g·cm____________(列出计算式即可)。
－3
2－
，则阿伏加德罗常数的数值为
解析：(1)As 的原子序数为33，由构造原理可知基态原子的电子排布式[Ar] 3d4s4p。(2)N、P、As为同一主族元素，其原子序数逐渐增大，则其电负性逐渐减小，即N>P>As，它们的氢化物中NH3中存在氢键，沸点最高；原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体，且等电子体结构相似，阴离子与SO4互为等电子体，则该阴离子的化学式为NO4。(3)[Co(N3)(NH3)5]SO4中N3、NH3都是单齿配体，相加得配位数为6；其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键。(4)晶胞中Ga原子处于晶体的顶点和面心，面心到顶点和到相邻面心的距离最小且相等，Ga原子与周围等距且最近的砷形成的空间构型为Ga在中心，As在四个顶点形成的正四面体结构；GaAs为1∶1型结构，一个晶胞含有4个Ga原子和4个As原子，若晶胞边长为a pm，则其体积为(a×10×10
－103
－103
－
2－
3－
10
2
3
) cm，晶胞密度为ρ g·cm，则晶胞质量为(a3
－30
3－3
) cm×ρ g·cm＝ρa×10
3－33－30
g，ρa×10g×NA＝4×145 g·mol，则NA为
－1
4×145
。
ρa3×10－30
答案：(1)[Ar]3d4s4p (或1s2s2p3s3p3d4s4p) (2)N>P>As NH3 NO4 (3)6 共价键、配位键
3－
2
2
6
2
6
10
2
3
10
2
3
(4)正四面体
4×145
ρa3×10－30
6．英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫共同工作多年因“突破性地”用撕裂的方法从石墨中成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法还有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如图1：
图1
(1)下列有关石墨烯说法正确的是________(填字母)。 a．12 g石墨烯含σ键数为NA
b．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面
c．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力 d．石墨烯中每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有6个C原子
(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。
①基态铜原子能量最高的电子占据的能级符号是________；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有________。
②下列分子属于非极性分子的是________(填字母)。 a．甲烷 c．苯
b．二氯甲烷 d．乙醇
③乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还高的丁烷，请解释原因 _______________________________________________________ _____________________________________________________。
④酞菁与酞菁铜染料分子结构如下图2，酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是________杂化。
⑤金与铜可形成的金属互化物合金(如图3)，它的化学式可表示为__________________；在Au周围最近并距离相等的Cu有________个，若2个Cu原子核的最小距离为d pm，该晶体的密度可以表示为____________g·cm(阿伏加德罗常数用NA表示)。
－3
解析：(1)由图示得到，石墨烯中碳原子的杂化类型为sp，所以每个碳原子应该形成3个σ键，而每形成1个σ键需要2个碳原子，所以C∶σ键＝2∶3，因此12 g石墨烯(1 mol C)中的σ键为1.5 mol，选项a错误。石墨烯中所有的碳原子都是sp杂化，所以所有的碳原子都在同一个平面，选项b正确。石墨晶体中石墨层与层之间存在的是分子间作用力，所以选项c正确。石墨烯中每个C原子连接3个六元环，所以每个C原子在一个六元环中只能分11
得，所以每个六元环占有6×＝2个C原子，选项d错误。(2)①铜是29号元素，核外电子33排布式为[Ar]3d4s，根据鲍林的近似能级图得到其中能量最高的能级为3d。第四周期，最外层电子数与Cu相同都是1个电子的是K(4s)和Cr(3d4s)。②甲烷(正四面体)和苯(正六边形)都是高度对称的分子，所以是非极性分子；而二氯甲烷是变形四面体结构是极性分子，乙醇显然是极性分子。③乙醇沸点高于丁烷的原因是乙醇有—OH，可以形成分子间氢键，从而提高了沸点。④酞菁分子中碳都形成了双键，或者都是苯环中的碳原子，所以都是sp杂化。11
⑤金原子占据晶胞的顶点，所以有8×＝1个；铜原子占据6个面心，所以有6×＝3个，
82所以化学式为Cu3Au或AuCu3。如果以图3晶胞的体心为顶点，以顶点的金原子为体心，可以得到一个新的晶胞，该新晶胞中金原子在体心，铜原子位于12条棱的中心，所以在Au周围最近并距离相等的Cu有12个。由立体几何知识得到图3中2个Cu原子核的最小距离为晶胞面对角线的一半，所以面对角线的长度为2d pm，所以晶胞边长为晶胞体积为边长的立方为22d×10
3
－30
3
2
1
5
1
10
1
2
2
2d＝2d pm＝2d×10
2
－10
cm。
cm，晶胞中含有1个Au和3个Cu，所以晶胞的质量
30
197＋3×64389×2×10－3
为，质量除以体积得到晶胞密度为 g·cm。 3
NA4×NA×d答案：(1)bc
(2)①3d K、 Cr ②ac ③乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键 ④sp 389×2×10
⑤Cu3Au(或AuCu3) 12 3
4×NA×d7．铀是原子反应堆的原料，常见铀的化合物有UF4、UO2、及(NH4)4[UO2(CO3)3]等，回答下列问题：
(1)基态氟原子的价电子排布图为__________________；用Mg或Ca还原UF4可得金属铀，其
氧
化
产
物
MgF2
的
熔
点
高
于
CaF2
，
原
因
是
30
2
_____________________________________________________
_____________________________________________________； 150 ℃
(2)已知：2UO2＋5NH4HF2=====2UF4·2NH4F＋3NH3↑＋4H2O↑ ①NH4HF2中存在的微粒间的作用力是________(填字母)。 A．离子键
B．配位键
C．共价键 D．范德华力
②该反应中非金属元素的第一电离能由大到小的顺序是______________(填元素符号)。 800 ℃
(3)已知：3(NH4)4[UO2(CO3)3]=====3UO2＋10NH3↑＋9CO2↑＋N2↑＋9H2O↑ ①分解产物中属于非极性分子的是________(填字母)。 A．NH3 C．N2
2－
B．CO2 D．H2O
n②反应物中的CO3的空间构型为____________。分子中的大П键可用符号Пm表示，其中m代表参与形成大П键的原子数，n代表参与形成大П键的电子数(如苯分子中的大П键可表示为П6)，则CO3中的大П键应表示为______________。
6
2－
③HN3(氢叠氮酸)常用于引爆剂，其分子的结构式可表示为
子和中间氮原子的杂化方式分别为____________杂化、____________杂化。
(4)UO2的晶胞结构如图所示：
。则左边氮原
①晶胞中铀原子位于面心和顶点，氧原子填充在铀原子堆积形成的空隙中。则氧原子填充在铀原子形成的______________(填“立方体”“四面体”或“八面体”)空隙中。
②若两个氧原子间的最短距离为a nm，则UO2晶体的密度为________________________g·cm(列出计算式即可，设NA表示阿伏加德罗常数的值)。
－3
解析：(1)F原子的价电子为2s2p，所以其价电子排布图为
25
。
MgF2和CaF2都是离子化合物，离子化合物的熔点高低取决于晶格能的大小，一般来说离子的半径越小，离子所带的电荷越高，晶格能越大，所以MgF2的熔点高于CaF2的原因是CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg半径小于Ca半径(离子的电荷都相同)，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高。(2)①NH4HF2是一种铵盐，属于离子化合物，存在离子键；铵根离子内部存在N和H之间的共价键，同时存在1个N→H的配位键。所以答案为ABC。②同周期元素从左向右第一电离能逐渐增大，因为N的p能级是半满的稳定结构，所以其第一电离能高于O，因此第一电离能的顺序为F>N>O>H。(3)①氨气分子空间构型是三角锥形，水分子是折线形，两者都是极性分子。二氧化碳分子是直线形分子所以二氧化碳是非极性分子，N2明显是非极性分子，选项BC正确。②根据价层电子对互斥理论，碳酸根离子的中心C原子的价电子对为3＋(4＋2－2×3)＝3对，所以该离子的空间构型为平面三角形。碳酸根离子一共有4个原子，所以m＝4。中心C原子做sp杂化，剩余1个价电子；周围的O原子的2p能级上有2个单电子，其中1个单电子用来和中心C原子成σ键，剩余的1个单电子用来形成大П键，所以3个氧原子
22＋
2＋
一共提供3个电子；最后加上2个单位负电荷所对应的电子；所以成大П键的电子一共为6个，即n＝6。所以该大П键的表示为П4。③根据图示的结构，第一个氮原子成键(H—N—N)的角度约为120°，所以第一个N的杂化应该是sp杂化。中间氮原子，因为要和两边氮原子成直线，且要形成双键和三键，所以中间氮原子为sp杂化。(4)①从图中得到氧原子填充在立方体晶胞分割出来的8个小立方体的体心位置，这个晶胞的结构与CaF2类似，所以氧原子填充四面体空隙。②由晶胞图得到，两个氧原子之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶胞边长为2a nm，即2a×10 cm，所以晶胞体积为(2a×10)＝8a×10
－7
－73
3
－21
2
6
cm。该晶胞中含有的U原子
3
114×270为8×＋6×＝4个；含有的O原子为8个，所以1个晶胞中有4个UO2，其质量为 g。
82NA所以晶体的密度为
4×270
。
NA× 8a3×10－21
答案：(1) CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg半径小于Ca
2＋2＋
半径，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高
(2)①ABC ②F>N>O>H
(3)①BC ②平面三角形 П4 ③sp sp (4)①四面体 ②
4×270
NA× 8a3×10－21
6
2
8．2017年5月海底天然气水合物(俗称“可燃冰”)试采成功，这是我国能源开发的一次历史性突破。一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成如图1所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子或CO2分子；“可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物)，其相关参数见下表。
图1
分子 CH4 CO2 分子直径/nm 0.436 0.512 分子与H2O的结合能 E/(kJ·mol－1) 16.40 29.91 (1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的顺序为_____________；碳原子的最高能级的符号是________________，其电子云形状是________。
(2)CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为________杂化，分子的立体构型为________。CO2
2021高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质第三讲晶体结构与性质规范演练含解析人教版
