【化学-选修3：物质结构与性质】2015年8月28日，由中国稀土行业协会储氢材料分会主办的...

【化学-选修3：物质结构与性质】

2015年8月28日，由中国稀土行业协会储氢材料分会主办的“2015中国稀土储氢论坛”在山东省枣庄召开，与会代表共同研究解决储氢合金产业化发展过程中存在的各类问题，为储氢材料未来的发展寻求创新之路。钛（Ti）、钒（V）、镍（Ni）、镧（La）等在储氢材料方面具有广泛的用途。下面是一些晶体材料的结构示意图。

请回答下列问题：

（1）写出镍原子的核外电子排布式：__________________。

（2）钛金属晶体的原子堆积方式如图1所示，则每个钛原子周围有_________个紧邻的钛原子。

（3）镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图2所示，该合金的化学式为__________，1mol镧形成的该合金能储存___________mol氢气。

（4）嫦娥三号卫星上的PTC元件（热敏电阻）的主要成分——钡钛矿晶体结构如图3所示，该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为acm。顶点位置被Ti4+所占据，体心位置被Ba2+所占据，所有棱心位置被O2-所占据。

①该晶体中的O元素与H形成的化合物的中心原子的杂化类型为_____________，其分子空间构型为______________。②写出该晶体的化学式：__________________。

③若该晶体的密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a=________cm。

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【化学——选修3：物质结构与性质】

储氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢储存起来。MgH2，LaNi5，MmNiMn（Mm代表混合稀土）等是几类常见的储氢材料。近期，中国科大的最新研究发现，在镍的表面覆盖石墨烯（如图所示），可以大大增加储氢材料释放氢气的速率。已知：石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面结构，具有良好的导电、导热性。回答下列问题：

（1）Mn的价电子排布式为_______________，据此可判断Mn元素在元素周期表中处于_________区。

（2）①石墨烯中碳原子的杂化方式为_______________，据此说明石墨烯具有良好导电性的原因是_____________________。

②Si是与C相邻的同主族元素，据原子结构分析并预测，Si能否形成类似石墨烯的稳定结构？

________________________。

（3）碳与氢能形成乙烷、乙烯、乙炔等多种有机物。巳知，在相同条件下，乙烯，乙炔易与氢气加成， 最终生成乙烷。

①乙烷的二溴代物中____________（填“有”或“无”）手性分子。

②从共价键的形成过程说明乙烯比乙烷活泼的原因：____________________。

③C—C,CC，CC的键能之比最有可能为___________（填序号）。

A．1.00∶2.17：4.90

B．1.00∶1.77∶2.34

C．1.00：2.00∶3.00

（4）Ni晶体中微粒之间的作用力为________。Ni的晶胞棋型与铜、银、金相同，用Ni的微粒半径（rNi）列出Ni晶体的空间占有率的表达式：__________________。

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[化学──选修3：物质结构与性质](15分)

稀土元素是指元素周期表中原子序数为57 到71 的15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc）和钇（Y）共17 种元素。稀土有“工业维生素”的美称，如今已成为极其重要的战略资源。

（1）钪（Sc）为21号元素，其基态原子M能层电子数为　　　　 。镝（Dy）的基态原电子排布式为[Xe]4f106s2，一个基态镝原子所含的未成对电子数为　　　　 。

（2）稀土元素最常见的化合价为+3价，但也有少数还有+4价。请根据下表中的电离能数据判断表中最有可能有+4价的元素是　　　　 。

几种稀土元素的电离能（单位：kJ·mol-1）

（3）离子化合物 Na3[Sc(OH)6]中，存在的作用力除离子键外还有　　　　 。

（4）Sm（钐）的单质与1，2-二碘乙烷可发生如下反应：Sm+ICH2CH2I→SmI2+CH2=CH2。ICH2CH2I中碳原子杂化轨道类型为　　　　 ，1mol CH2=CH2中含有的σ键数目为　　　　 。常温下1，2-二碘乙烷为液体而乙烷为气体，其主要原因是　　　　 。

（5）PrO2（二氧化镨）的晶体结构与CaF2相似，晶胞中Pr（镨）原子位于面心和顶点。则PrO2（二氧化镨）的晶胞中有　　　　 个氧原子。

（6）Ce（铈）单质为面心立方晶体，其胞参数为a=516pm。晶胞中Ce（铈）原子的配位数为　　　　 ，列式表示Ce（铈）单质的密度：　　　 g·cm-3（不必计算出结果）

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【化学——选修3：物质结构与性质】(15分)稀土元素是指元素周期表中原子序数为57到71的15种镧系元素，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17 种元素。稀土有“工业维生素”的美称，如今已成为极其重要的战略资源。

（1）钪(Sc)为21号元素，其基态原子M能层电子数为　　　　　　 。镝(Dy)的基态原子电子排布式为[Xe]4f106s2，一个基态镝原子所含的未成对电子数为　　　　　　　　　 。

（2）稀土元素最常见的化合价为＋3价，但也有少数还有＋4价。请根据下表中的电离能数据判断表中最有可能有＋4价的元素是　　　　　　　 。

几种稀土元素的电离能(单位：kJ·mol－1)

（3）离子化合物 Na3[Sc(OH)6]中，存在的作用力除离子键外还有　　　　　　 。

（4）Sm(钐)的单质与1，2-二碘乙烷可发生如下反应：Sm＋ICH2CH2I→SmI2＋CH2=CH2。

ICH2CH2I中碳原子杂化轨道类型为　　　　　　　　 ，1 mol CH2=CH2中含有的σ键数目为　　　　　　 。常温下1，2-二碘乙烷为液体而乙烷为气体，其主要原因是　　　　　　　　 。

（5）PrO2(二氧化镨)的晶体结构与CaF2相似，晶胞中Pr(镨)原子位于面心和顶点。则PrO2(二氧化镨)的晶胞中有　　　　　　 个氧原子。

（6）Ce(铈)单质为面心立方晶体，其胞参数为a=516pm。晶胞中Ce(铈)原子的配位数为　　　　　 ，列式表示Ce(铈)单质的密度：　　　　　　　 g·cm－3(不必计算出结果)。

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[化学——选修3：物质结构与性质]

具有自主知识产权、中国制造的C919，是一款与波音737MAX同等体量的民用飞机。制造C919需要大量的合金材料，其中包括钢，钢是现代社会的物质基础，钢中除含有铁外还含有碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫等元素。请回答下列有关问题：

(1)基态Mn2+的价电子排布图为___________。

(2)NO2的立体构型名称为___________，其中心原子的杂化方式为___________。

(3)写出和CN－互为等电子体的一种分子的电子式___________。

(4)铵盐大多易分解，NH4F和NH4Br两种盐中较难分解的是______(填化学式)；理由是_______。

(5) 氧化亚铁晶胞与NaC1的相似，NaCl的晶胞如图所示。由于晶体缺陷，某氧化亚铁晶体的实际组成为Fe0.9O，其中包含有Fe2+和Fe3+，晶胞边长为apm，该晶体的密度ρ=___________________ g·cm－3 (列出计算式即可，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。

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【化学——选修3：物质结构与性质】

I．2015年国产C919大型客机正式下线，标志着我国成为世界上少数几个具有自行研制大型飞机的国家之一，标志着我国航空工业进入了新的发展阶段。

（1）飞机的外壳通常采用镁－铝合金材料，铝的价电子排布图为　　　　　　 ，第一电离能：镁　　 　　 　　 （填“大于”或“小于”）铝。

（2）现代飞机为了减轻质量而不减轻外壳承压能力，通常采用复合材料--玻璃纤维增强塑料，其成分之一为环氧树脂，常见的E51型环氧树脂中部分结构如下图所示：

其中碳原子的杂化方式为　　　　 　　　　 　　 ，个数比为　　　　 　　　　　　 　　 。

II．大型飞机的发动机被誉为航空工业皇冠上的“宝石”。制造过程中通常采用碳化钨做关键部位的材料。

（3）钨元素位于周期表的第六周期第VIB族，请写出其外围电子排布式　　 　　　　　 　　　 ；

（4）下图为碳化钨晶体的一部分结构， 碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙+固溶体，也称为填隙化合物。在此结构中，其中钨原子有 　　　　　　 　　 个，1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有　　 　　　　 　 个 ，下列金属元素的堆积方式与碳化钨晶胞中碳原子和钨原子所处位置类似的是　 　 　　　　 。

A. Fe　 Cu　　 　 B.Ti　 Au　　　　 C.Mg　 Zn　　 D.Cu　 Ag

（5）假设该部分晶体的体积为Vcm3，碳化钨的摩尔质量为M g/mol，密度为b g/cm3,则阿伏加德罗常数NA用上述数据可以表示为　　　 　　　　 　 。

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【化学——选修3：物质结构与性质】

I．2015年国产C919大型客机正式下线，标志着我国成为世界上少数几个具有自行研制大型飞机的国家之一，标志着我国航空工业进入了新的发展阶段。

（1）飞机的外壳通常采用镁－铝合金材料，铝的价电子排布图为　　　　　　 ，第一电离能：镁　　 　　 　　 （填“大于”或“小于”）铝。

（2）现代飞机为了减轻质量而不减轻外壳承压能力，通常采用复合材料--玻璃纤维增强塑料，其成分之一为环氧树脂，常见的E51型环氧树脂中部分结构如下图所示：

其中碳原子的杂化方式为　　　　 　　　　 　　 ，个数比为　　　　 　　　　　　 　　 。

II．大型飞机的发动机被誉为航空工业皇冠上的“宝石”。制造过程中通常采用碳化钨做关键部位的材料。

（3）钨元素位于周期表的第六周期第VIB族，请写出其外围电子排布式　　 　　　　　 　　　 ；

（4）下图为碳化钨晶体的一部分结构， 碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙+固溶体，也称为填隙化合物。在此结构中，其中钨原子有 　　　　　　 　　 个，1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有　　 　　　　 　 个 ，下列金属元素的堆积方式与碳化钨晶胞中碳原子和钨原子所处位置类似的是　 　 　　　　 。

A. Fe　 Cu　　 　 B.Ti　 Au　　　　 C.Mg　 Zn　　 D.Cu　 Ag

（5）假设该部分晶体的体积为Vcm3，碳化钨的摩尔质量为M g/mol，密度为b g/cm3,则阿伏加德罗常数NA用上述数据可以表示为　　　 　　　　 　 。

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【化学——选修3：物质结构与性质】

I．2015年国产C919大型客机正式下线，标志着我国成为世界上少数几个具有自行研制大型飞机的国家之一，标志着我国航空工业进入了新的发展阶段。

（1）飞机的外壳通常采用镁－铝合金材料，铝的价电子排布图为　　　　　　 ，第一电离能：镁　　 　　 　　 （填“大于”或“小于”）铝。

（2）现代飞机为了减轻质量而不减轻外壳承压能力，通常采用复合材料--玻璃纤维增强塑料，其成分之一为环氧树脂，常见的E51型环氧树脂中部分结构如下图所示：

其中碳原子的杂化方式为　　　　 　　　　 　　 ，个数比为　　　　 　　　　　　 　　 。

II．大型飞机的发动机被誉为航空工业皇冠上的“宝石”。制造过程中通常采用碳化钨做关键部位的材料。

（3）钨元素位于周期表的第六周期第VIB族，请写出其外围电子排布式　　 　　　　　 　　　 ；

（4）下图为碳化钨晶体的一部分结构， 碳原子嵌入金属钨的晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙+固溶体，也称为填隙化合物。在此结构中，其中钨原子有 　　　　　　 　　 个，1个钨原子周围距离钨原子最近的碳原子有　　 　　　　 　 个 ，下列金属元素的堆积方式与碳化钨晶胞中碳原子和钨原子所处位置类似的是　 　 　　　　 。

A. Fe　 Cu　　 　 B.Ti　 Au　　　　 C.Mg　 Zn　　 D.Cu　 Ag

（5）假设该部分晶体的体积为Vcm3，碳化钨的摩尔质量为M g/mol，密度为b g/cm3,则阿伏加德罗常数NA用上述数据可以表示为　　　 　　　　 　 。

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[化学-选修3：物质结构与性质] 2015年8月12号接近午夜时分，天津滨海新区一处集装箱码头发生爆炸。发生爆炸的是集装箱内的易燃易爆物品，爆炸火光震天，并产生巨大蘑菇云。

回答下列问题：

（1）在组成NH4NO3、NaCN两种物质的元素中第一电离能最大的是___　　　 ____（填元素符号），解释原因_____________________________________________。

（2）二甲基二硫和甲酸中，在水中溶解度较大的是_____　　　 _（填名称），原因是_____________；烧碱所属的晶体类型为________；硫化碱（Na2S）的S2-的基态电子排布式是________________。

（3）硝酸铵中，NO3-的立体构型为　　　 ，中心原子的杂化轨道类型为___________。

（4）1mol化合物NaCN中CN-所含的π键数为______，与-CN互为等电子体的分子有　　 。（CN）2又称为拟卤素，实验室可以用氰化钠、二氧化锰和浓硫酸在加热条件下制得，写成该制备的化学方程式___　　　　 _______。

（5）钠钾合金属于金属晶体，其某种合金的晶胞结构如图所示。合金的化学式为____________；晶胞中K 原子的配位数为　　 ；已知金属原子半径r（Na）=186pm、r（K）=227pm，计算晶体的空间利用率 __________（列出计算式，不需要计算出结果）。

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【化学—选修3：物质结构与性质】含氮化合物在生活中应用十分广泛。神州飞船外壳使用了氮化硅新型陶瓷结构材料，该材料硬度大、耐磨损。可用石英与焦炭在1400~1450℃的氮气气氛下合成氮化硅，同时生成一种与氮气结构相似的气态分子。

（1）写出上述反应的化学方程式____________________________________。反应原料中涉及的元素电负性由大到小的排列顺序为________________________________。

（2）基态氮原子中的原子轨道形状有 _______________种。

（3）某同学画出了硅原子基态的核外电子排布图如下图，该电子排布违背了　　　　 原理。

（4）氮化硅有多种型体，其中β-氮化硅层状结构模型如图，以图中所示的平行四边形为基本重复单元无限伸展，则该基本单元中含氮原子______个，硅原子______个。

（5）含氮的有机化合物氨基乙酸H2NCH2COOH中的碳 原子杂化方式有____________，σ与π键的个数比为_______________。

（6）氨分子是一种常见的配体。Cu2+离子在水溶液中以 [Cu （H2O）4]2+形式存在，向含Cu 2+离子的溶液中加入足量氨水，可生成更稳定的[Cu（NH3）4]2+离子，其原因是　　　　 。某配合物的化学式为 CoCl3·4NH3， 内界为正八面体构型配离子。0.1 mol该化合物溶于水中，加入过量 AgNO3，有14.35g 白色沉淀生成。则它的中心离子价电子排布式为____________，內界可能的结构有__________种。

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