高中化学原子轨道杂化方式及杂化类型判断试题

[化学一一选修3: 物质结构与性质]

锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题:

(1) 基态 Ge 原子的核外电子排布式为[Ar]                     ，有             个末成对电子。

(2) Ge 与 C 是同族元素, $\mathrm{C}$ 原子之间可以形成双键、叁键, 但 $\mathrm{Ge}$ 原子之间难以形成双键或 叁键。从原子结构角度分析，原因是                           。

（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点, 分析其变化规律及原因       。

	${\mathrm{GeCl}}_4$	${\mathrm{GeBr}}_4$	${\mathrm{Gel}}_4$
熔点/ ${}^{\circ }\mathrm{C}$	$-49.5$	26	146
沸点/ ${}^{\circ }\mathrm{C}$	$83.1$	186	约 400

(4) 光催化还原 ${\mathrm{CO}}_2$ 制备 ${\mathrm{CH}}_4$ 反应中，带状纳米 ${\mathrm{Zn}}_2{\mathrm{GeO}}_4$ 是该反应的良好催化剂。 $\mathrm{Zn}$ 、Ge、O 电负性由大至小的顺序是            。

(5) Ge 单晶具有金刚石型结构, 其中 $\mathrm{Ge}$ 原子的杂化方式为_        , 微粒之间存在的作用力是_          。

（6）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数, 表示晶胞内部各原子的相对位置, 下图为 Ge 单晶的晶胞, 其中原子坐标参数 $\mathrm{A}$ 为 $\left(0\mathrm{，}0\mathrm{，}0\right)\mathrm{；}\mathrm{B}$ 为 $\left(\frac{1}{2}\mathrm{，}0\mathrm{，}\frac{1}{2}\right)\mathrm{；}\mathrm{C}$ 为 $\left(\frac{1}{2}\mathrm{，}\frac{1}{2}\mathrm{，}0\right)$ 。则 $\mathrm{D}$ 原子的坐标参数为    。

②晶胞参数, 描述晶胞的大小和形状，已知 Ge 单晶的晶胞参数 $a=565.76\mathrm{pm}$, 其密度为    $\mathrm{g}\cdot {\mathrm{cm}}^{-3}$ (列出计算式即可)。

CdSnAs₂是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：

（1）Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl₂反应生成SnCl₄．常温常压下SnCl₄为无色液体，SnCl₄空间构型为　 　，其固体的晶体类型为　 　。

（2）NH₃、PH₃、AsH₃的沸点由高到低的顺序为　 　 （ 填化学式，下同），还原性由强到弱的顺序为　 　，键角由大到小的顺序为　　。

（3）含有多个配位原子的配体与同一中心离子（或原子）通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd²⁺配合物的结构如图所示，1mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有　　 mol，该螯合物中N的杂化方式有　　种。

（4）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs₂的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。

坐标 原子	x	y	z
Cd	0	0	0
Sn	0	0	0.5
As	0.25	0.25	0.125

一个晶胞中有　　 个Sn，找出距离Cd（0，0，0）最近的Sn　　（ 用分数坐标表示）。CdSnAs₂晶体中与单个Sn键合的As有　　个。

Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻，能量密度大等优良性能，得到广泛应用，回答下列问题:    

（1）下列Li原子电子排布图表示的状态中，能量最低和最高的分别为________、________。（填标号）

A．
B．
C．
D．

（2） $L{i}^{+}$ 与 $H^{-}$ 具有相同的电子构型， $r（L{i}^{+}）$ 小于 $r（H^{-}）$ ，原因是________。    

（3） $LiAl{H}_4$ 是有机合成中常用的还原剂， $LiAl{H}_4$ 中的阴离子空间构型是________。中心原子的杂化形式为________， $LiAl{H}_4$ 中，存在________（填标号）。

A．	离子键
B．	σ键
C．	π键
D．	氢键

（4） $L{i}_{2}O$ 是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的 Born-Haber循环计算得到

可知,Li原子的第一电离能为________ $kJ·mo{l}^{-1}$ ， O=O键键能为________ $kJ·mo{l}^{-1}$ ， $L{i}_{2}O$ 晶格能为________ $kJ·mo{l}^{-1}$

（5） $L{i}_{2}O$ 具有反莹石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665mm,阿伏加德罗常数的值为 $N_A$ ,则 $L{i}_{2}O$ 的密度为 ________ $g/c{m}^3$ (列出计算式)。

［化学--选修3：物质结构与性质］

在普通铝中加入少量 $\mathit{Cu}$ 和 $\mathit{Mg}$ 后，形成一种称为拉维斯相的 $\mathit{Mg}{\mathit{Cu}}_2$ 微小晶粒，其分散在 $\mathit{Al}$ 中可使得铝材的硬度增加、延展性减小，形成所谓"坚铝"，是制造飞机的主要村料。回答下列问题：

（1）下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是(填标号)。

A. $\left[\mathit{Ne}\right]\genfrac{}{}{0pt}{}{\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\uparrow )}{3s}$   B. $\left[\mathit{Ne}\right]\genfrac{}{}{0pt}{}{\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\uparrow )\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\downarrow )}{3s}$       C. $\left[\mathit{Ne}\right]\genfrac{}{}{0pt}{}{\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\uparrow )}{3s}\genfrac{}{}{0pt}{}{\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\uparrow )}{3p}$    D. $\left[\mathit{Ne}\right]\genfrac{}{}{0pt}{}{\mathrm{}\mathrm{eq}\mathrm{o}\mathrm{ac}(\mathrm{○},\uparrow )}{3p}$

（2）乙二胺 $\left(H_2\mathit{NC}{H}_{2}C{H}_{2}N{H}_2\right)$ 是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是 、 。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子，其原因是，其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是(填" ${\mathit{Mg}}^{2+}$ "或" ${\mathit{Cu}}^{2+}$ ")。

（3）一些氧化物的熔点如下表所示：

氧化物	${\mathit{Li}}_{2}O$	$\mathit{MgO}$	$P_4{O}_6$	${\mathit{SO}}_2$
熔点/°C	$1570$	$2800$	$23.8$	$-75.5$

解释表中氧化物之间熔点差异的原因 。

（4）图(a)是 $\mathit{Mg}{\mathit{Cu}}_2$ 的拉维斯结构， $\mathit{Mg}$ 以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的 $\mathit{Cu}$ 。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见， $\mathit{Cu}$ 原子之间最短距离 $x=$ $\mathit{pm}$ ， $\mathit{Mg}$ 原子之间最短距离 $y=$ $\mathit{pm}$ 。设阿伏加德罗常数的值为 $N_A$ ，则 $\mathit{Mg}{\mathit{Cu}}_2$ 的密度是 $g·{\mathit{cm}}^{-3}$ (列出计算表达式)。

B₃N₃H₆（无机苯）的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B₃N₃H₆的说法错误的是（　　）

A．其熔点主要取决于所含化学键的键能

B．形成大π键的电子全部由N提供

C．分子中B和N的杂化方式相同

D．分子中所有原子共平面

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）。

【选修三：物质结构与性质】磷酸亚铁锂（ $LiFeP{O}_4$ ）可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用 $FeC{l}_3$ 、 $N{H}_4{H}_{2}P{O}_4$ 、 $LiCl$ 和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：   

（1）在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是________，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态________（填"相同"或"相反"）。    

（2） $FeC{l}_3$ 中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的 $FeC{l}_3$ 的结构式为________，其中Fe的配位数为________。    

（3）苯胺 ）的晶体类型是________。苯胺与甲苯（ ）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（-5.9℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（-95.0℃）、沸点（110.6℃），原因是________。    

（4） $N{H}_4{H}_{2}P{O}_4$ 中，电负性最高的元素是________；P的________杂化轨道与O的2p轨道形成________键。    

（5） $N{H}_4{H}_{2}P{O}_4$ 和 $LiFeP{O}_4$ 属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为________（用 n代表P原子数）。

α﹣氰基丙烯酸异丁酯可用作医用胶，其结构简式如图。下列关于α﹣氰基丙烯酸异丁酯的说法错误的是（　　）

A．其分子式为C₈H₁₁NO₂

B．分子中的碳原子有3种杂化方式

C．分子中可能共平面的碳原子最多为6个

D．其任一含苯环的同分异构体中至少有4种不同化学环境的氢原子

钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用．回答下列问题：

（1）元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为nm（填标号）．

A．	404.4
B．	553.5
C．	589.2
D．	670.8
E．	766.5

（2）基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是________，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为________．K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是________．

（3）X射线衍射测定等发现， $I_{3}As{F}_6$ 中存在 ${I_3}^{+}$ 离子． ${I_3}^{+}$ 离子的几何构型为________，中心原子的杂化类型为________．

（4） $KI{O}_3$ 晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为 $a=0.446\mathit{nm}$ ，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示．K与O间的最短距离为________nm，与K紧邻的O个数为________．

（5）在KIO ₃晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置．

[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________ $\text{nm}$ 。

下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是（　　）

A．键能C﹣C＞Si﹣Si、C﹣H＞Si﹣H，因此C₂H₆稳定性大于Si₂H₆

B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度

C．SiH₄中Si的化合价为+4，CH₄中C的化合价为﹣4，因此SiH₄还原性小于CH₄

D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p﹣pπ键

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 ${Ⅰ}_1（Zn）$ ________ ${Ⅰ}_1（Cu)$ (填"大于"或"小于")。原因是________。    

（3） $Zn{F}_2$ 具有较高的熔点（872 ℃)，其化学键类型是________； $Zn{F}_2$ 不溶于有机溶剂而 $ZnC{l}_2$ 、 $ZnB{r}_2$ 、 $Zn{I}_2$ 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（ $ZnC{O}_3$ ）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。 $ZnC{O}_3$ 中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。  （5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为 acm，高为 ccm，阿伏加德罗常数的值为 $N_A$ ， Zn的密度为________ $g·c{m}^{－3}$ （列出计算式）。

砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等．回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式________．

（2）根据元素周期律，原子半径Ga________As，第一电离能Ga________As．（填"大于"或"小于"）

（3） $AsC{l}_3$ 分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________．

（4） $Ga{F}_3$ 的熔点高于1000℃， $GaC{l}_3$ 的熔点为77.9℃，其原因是________．

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为 $\rho g•c{m}^{﹣3}$ ， 其晶胞结构如图所示．

该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合．Ga和As的摩尔质量分别为 $M_{Ga}g•mo{l}^{﹣1}$ 和 $M_{As}g•mo{l}^{﹣1}$ ， 原子半径分别为 $r_{Ga}pm$ 和 $r_{As}pm$ ，阿伏伽德罗常数值为 $N_A$ ，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________．

氨硼烷（NH ₃BH ₃）含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题：

（1）H、B、N中，原子半径最大的是 　 　。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素 　　的相似。

（2）NH ₃BH ₃分子中，N﹣B化学键称为 　　键，其电子对由 　 　提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：

3NH ₃BH ₃+6H ₂O═3NH ₄ ⁺+B ₃O ₆ ^{3 ﹣}+9H ₂

B ₃O ₆ ^{3 ﹣}的结构为 ．在该反应中，B原子的杂化轨道类型由 　　变为 　　。

（3）NH ₃BH ₃分子中，与N原子相连的H呈正电性（H ^{δ +}），与B原子相连的H呈负电性（H ^δ﹣），电负性大小顺序是 　　。与NH ₃BH ₃原子总数相等的等电子体是 　　（写分子式），其熔点比NH ₃BH ₃ 　　（填"高"或"低"），原因是在NH ₃BH ₃分子之间，存在 　   作用，也称"双氢键"。

（4）研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°．氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝ 　　g•cm ^{﹣ 3}（列出计算式，设N _A为阿伏加德罗常数的值）。