高中化学原子核外电子的能级分布综合题

[化学--选修3：物质结构与性质]

我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐 $\left(N_5{)}_6\right(H_{3}O{)}_3(N{H}_4{)}_{4}Cl$ （用R代表）。回答下列问题：

（1）氮原子价层电子的轨道表达式（电子排布图）为_____________。

（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（ E ₁）。第二周期部分元素的 E ₁变化趋势如下图所示，其中除氮元素外，其他元素的 E ₁自左而右依次增大的原因是___________；氮元素的 E ₁呈现异常的原因是__________。

（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如下图所示。

①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。（填标号）

A．中心原子的杂化轨道类型B．中心原子的价层电子对数

C．立体结构D．共价键类型

②R中阴离子 $N_5^{-}$ 中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号 ${\Pi }_m^n$ 表示，其中 m代表参与形成大π键的原子数， n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为 ${\Pi }_6^6$ ），则 $N_5^{-}$ 中的大π键应表示为____________。

③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为( $\text{N}{\text{H}}_4^{+}$ )N−H…Cl、____________、____________。

（4）R的晶体密度为 $dg·c{m}^{-3}$ ，其立方晶胞参数为 anm，晶胞中含有 y个[ $\left(N_5{)}_6\right(H_{3}O{)}_3(N{H}_4{)}_{4}Cl$ ]单元，该单元的相对质量为 M，则 y的计算表达式为______________。

[化学--选修3：物质结构与性质]

研究发现，在 $\text{C}{\text{O}}_2$ 低压合成甲醇反应 $({\mathit{CO}}_2+3H_2={\mathit{CH}}_3\mathit{OH}+H_{2}O)$ 中， $\text{Co}$ 氧化物负载的 $\text{Mn}$ 氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：

（1） $\text{Co}$ 基态原子核外电子排布式为________。元素 $\text{Mn}$ 与O中，第一电离能较大的是________，基态原子核外未成对电子数较多的是________。

（2） $\text{C}{\text{O}}_2$ 和 $\text{C}{\text{H}}_3\text{OH}$ 分子中 $C$ 原子的杂化形式分别为________和________。

（3）在 $\text{C}{\text{O}}_2$ 低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________，原因是________。

（4）硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料， $\text{Mn}({\mathit{NO}}_3{)}_2$ 中的化学键除了 $\sigma$ 键外，还存在________。

（5） $\text{MgO}$ 具有 $\text{NaCl}$ 型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式， $X$ 射线衍射实验测得 $\text{MgO}$ 的晶胞参数为 $a=0.420\text{nm}$ ，则 $r(O^{2-})$ 为________ $\text{nm}$ 。 $\text{MnO}$ 也属于 $\text{NaCl}$ 型结构，晶胞参数为 $a\text{'}=0.448\text{nm}$ ，则 $r\left(\text{M}{\text{n}}^{2+}\right)$ 为________ $\text{nm}$ 。

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：

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， $H_{2}S$ ， $S{O}_2$ ， $S{O}_3$ 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 $S_8$ 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）所示的三氯分子。该分子中S原子的杂化轨道类型为________。    

（5） $Fe{S}_2$ 晶体的晶胞如图（c）所示，晶胞边长为 $anm$ , $Fe{S}_2$ 相对式量为M、阿伏伽德罗常数的值为 $N_A$ ， 其晶体密度的计算表达式为________ $g\cdot c{m}^{-3}$ ；晶胞中 $F{e}^{2+}$ 位于 ${S_2}^{2-}$ 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________ nm    

过渡金属元素铬 $（\mathit{Cr}）$ 是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：

（1）对于基态 $\mathit{Cr}$ 原子，下列叙述正确的是 　　（填标号）。

A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为 $\left[\mathit{Ar}\right]3d^{5}4s^1$

B． $4s$ 电子能量较高，总是在比 $3s$ 电子离核更远的地方运动

C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大

（2）三价铬离子能形成多种配位化合物。 $[\mathit{Cr}（N{H}_3{）}_3（H_{2}O{）}_2\mathit{Cl}{]}^{2+}$ 中提供电子对形成配位键的原子是 　　，中心离子的配位数为 　　。

（3） $[\mathit{Cr}（N{H}_3{）}_3（H_{2}O{）}_2\mathit{Cl}{]}^{2+}$ 中配体分子 $N{H}_3$ 、 $H_{2}O$ 以及分子 $P{H}_3$ 的空间结构和相应的键角如图所示。

$P{H}_3$ 中 $P$ 的杂化类型是 　　    。 $N{H}_3$ 的沸点比 $P{H}_3$ 的 　　 ，原因是 　　    。 $H_{2}O$ 的键角小于 $N{H}_3$ 的，分析原因 　         　。

（4）在金属材料中添加 $\mathit{AlC}{r}_2$ 颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。 $\mathit{AlC}{r}_2$ 具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是 　　原子。设 $\mathit{Cr}$ 和 $\mathit{Al}$ 原子半径分别为 $r_{\mathit{Cr}}$ 和 $r_{\mathit{Al}}$ ，则金属原子空间占有率为 　       　%（列出计算表达式）。