物質結構和性質練習

1、 物質結構和性質練習 鎮(zhèn)江市教育局教研室 姚建軍一、原子結構 1、實物微粒（分子、原子、質子、中子、電子等）的運動特征-波粒二象性實物微粒沒有同時確定的坐標和動量，不可能分辨出各個粒子的軌跡，能量只能處于某些確定的狀態(tài)，能量的改變不能取任意的連續(xù)變化的數(shù)值，需用量子力學描述其運動規(guī)律。 2、原子核外電子運動的狀態(tài)用波函數(shù)y描述，稱之為原子軌道。表示原子核外空間某點電子出現(xiàn)的概率密度，即單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率（亦稱為電子云）。3、在解原子Schrödinger方程的過程中，引入了三個量子數(shù)n,l,m，三者之間關系為，n,l,m的取值分別為： n=1, 2, 3, 4× &#

2、215; × × 電子層: K L M N =0, 1, 2, 3, × × × × n-1, n個值亞層: s, p, d, f × × × × m=0, ±1, ± 2, ± 3 × × ± (2+1)4、電子的自旋運動用自旋量子數(shù)ms描述，取值為 題一、某一周期的稀有氣體原子最外層電子構型為4s24p6，該周期有四種元素A,B,C,D，已知它們最外層電子數(shù)分別為2，2，1，7，A,C的次外層電子數(shù)為8，B,D的次外層電子數(shù)為18，

3、則A Ca B Zn C K D Br .題二、1999年是人造元素豐收年，一年間得到第114、116和118號三個新元素。按已知的原子結構規(guī)律，118號元素應是第 七 周期第_零_族元素，它的單質在常溫常壓下最可能呈現(xiàn)的狀態(tài)是_氣_（氣、液、固選一填入）態(tài)。近日傳聞俄國合成了第166號元素，若已知原子結構規(guī)律不變，該元素應是第_八_周期第VIA族元素。題三、試根據(jù)原子結構理論預測：（1）第八周期將包含多少種元素？ 508s 5g 6f 7d 8p（2）原子核外出現(xiàn)第一個5g電子的元素的原子序數(shù)是多少？ 121 第八周期從119號元素起（3）根據(jù)電子排布規(guī)律，推斷原子序數(shù)為114號新元素的外圍

4、電子構型，并指出它可能與哪個已知元素的性質最為相似。第7周期從87號元素起7s2 5f14 6d10 7p2 外圍電子構型7s2 7p2 ,與鉛的性質應最為相似。題四、從元素周期表中每一周期最后一個元素的原子序數(shù)2、10、18、36、54等推測第十周期最后一個元素的原子序數(shù)為（1）200 （2）770 （3）290 （4） 292二、晶體結構晶體是由原子或原子團、離子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復排列構成的固體物質。晶體的特點均勻性；各向異性；自范性；有明顯確定的熔點；有特定的對稱性使X射線產(chǎn)生衍射。晶胞是晶體中最小的結構重復單元，形狀為平行六面體。整個晶體是由晶胞并置堆砌而成。金屬晶體可

5、以用等徑圓球堆積模型來討論。離子晶體可以看作大離子進行等徑球密堆積，小離子填充在相應空隙中形成。 金屬晶體堆積方式及性質小結堆積方式晶胞類型空間利用率配位數(shù)實例面心立方最密堆積(A1)面心立方74%12Cu、Ag、Au六方最密堆積(A3)六方74%12Mg、Zn、Ti體心立方密堆積(A2)體心立方68%8(或14)Na、K、Fe金剛石型堆積(A4)面心立方34%4Sn簡單立方堆積簡單立方526Po題五、目前已發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導性，該發(fā)現(xiàn)可能是人類對超導認識的新里程碑。在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，下圖是該晶體微觀空間中取出的部分原子

6、沿C軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。（1）由圖可確定硼化鎂的化學式為： MgB2 。（2）在圖右邊的方框里畫出硼化鎂的一個晶胞的透視圖，標出該晶胞內(nèi)面、棱、頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子（鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。abc，c軸向上 圖 硼化鎂的晶體結構示意圖題六、某離子晶體晶胞結構如圖所示，x位于立方體的頂點，y位于立方體的中心，試分析：（1）晶體中每個y同時吸引著多少個x？每個x同時吸引著多少個y？該晶體的化學式為 ？此題考查了觀察、想象和分析問題的能力，綜合性極強。觀察晶胞結構可以看出：每個y同時吸引著4個x。計算出晶

7、胞中x的個數(shù)為：1/8×4=1/2，y的個數(shù)為：1。則在該晶體中x與y的個數(shù)比為1/2：1，即1：2，由此該晶體的化學式為xy2。 晶胞結構展開想象晶體結構：每個x同時吸引著8個y，其位置關系如圖所示。（2）晶體中在每個x周圍與它最接近且距離相等的x共有多少個？每個x周圍與它距離最近且相等的x共有12個，其位置關系如圖所示：（3）晶體中距離最近的2個x與1個y形成的夾角xyx角度為多少？觀察晶胞結構：四個x構成正四面體。y位于正四面體的中心。這種結構與CH4分子的結構完全相同。故xyx角度為109°28。（4）該晶體的摩爾質量為Mg·mol-1，晶體密度為g

8、83;cm-3，阿佛加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個距離最近的x中心間的距離為多少？ “晶體中兩個距離最近的x中心間的距離d”的求算需進行逆向推理分析：d的求算需求算一個晶胞的體積；而晶胞體積的求算需求算一個xy2微粒的體積，并且建立一個晶胞體積與一個xy2微粒體積的關系；而一個xy2微粒的求算需1mol晶體的體積。具體如下：1mol該晶體的體積為：V=。1個xy2微粒的體積v=cm3。因為一個晶胞中含有1/2個x和1個y，故一個晶胞的體積=的體積，即 cm3。晶胞邊長=,兩個x中心間的距離為晶胞邊長的倍，即。此問題的的關鍵是建立一個晶胞的體積與一個xy2微粒體積的關系。 題七、研究離子晶體，常

9、考察以一個離子為中心時，其周圍不同距離的離子對它的吸引或排斥的靜電作用力。設氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的距離為d，以鈉離子為中心，則：（1） 第二層離子有 12 個，離中心離子的距離為 d，它們是 Na 離子。（2） 已知在晶體中Na離子的半徑為116pm，Cl離子的半徑為167pm，它們在晶體中是緊密接觸的。求離子占據(jù)整個晶體空間的百分數(shù)。V晶胞=2´(116pm+167pm)3=181 ´106pm3 V離子=4 ´ (4/3)´p(116pm)3+ 4 ´ (4/3)´p(167pm)3 =104´106

10、 pm3 V離子/ V晶胞=57.5%（3） 納米材料的表面原子占總原子數(shù)的比例極大，這是它的許多特殊性質的原因，假設某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰等于氯化鈉晶胞的大小和形狀，求這種納米顆粒的表面原子占總原子數(shù)的百分比。26/27=96%（4） 假設某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長為氯化鈉晶胞邊長的10倍，試估算表面原子占總原子數(shù)的百分比。10倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):213=9261 9倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):193=6859 10倍晶胞的納米顆粒的表面離子數(shù): 6959-9261=2402 表面原子數(shù)所占比例：2402/9261=26%題八、已經(jīng)探明，我國南海跟世界上許多海域一樣，海底

11、有極其豐富的甲烷資源。其總量超過已知蘊藏在我國陸地下的天然氣總量的一半。據(jù)報導，這些蘊藏在海底的甲烷是高壓下形成的固體，是外觀像冰的甲烷水合物。試設想，若把它從海底取出，拿到地面上，它將有什么變化？為什么？它的晶體是分子晶體、離子晶體還是原子晶體？你作出判斷的根據(jù)是什么？答案：（1） 從海底取出的甲烷水合物將融化并放出甲烷氣體. 因為該晶體是分子晶體. 甲烷分子和水分子都是由有限數(shù)目的原子以共價鍵結合的小分子, 水分子和甲烷分子之間范德華力, 而水分子之間是范德華力和氫鍵. 題九、已知FexO晶體的晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，x的值小于1。測知FexO晶體密度r為5.71g·

12、cm-3，晶胞邊長為4.2810-10m（鐵原子量為55.9，氧原子量為16）。求：（1）FexO中x的值（精確至0.01）。由NaCl晶胞結構可知，1molNaCl晶胞中含有4molNaCl，故在FexO晶體中1 mol FexO晶 胞中含有4molFexO。設FexO的摩爾質量為M g·mol-1，晶胞的體積為V。則有：4M=VN0，代入數(shù)據(jù)解得M=67.4g·mol-1, 則x=0.92。（2）晶體中的Fe分別為Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)中，F(xiàn)e2+所占分數(shù)為多少？（精確至0.001。）設Fe2+為y個，F(xiàn)e3+則為（0.92-y）個，由正負化合價

13、代數(shù)和為零可得：2y+3（0.92-y）=2，則y=0.76（3）寫出此晶體的化學式。由于Fe2+為0.76，則Fe3+為（0.92-0.76）=0.16，故化學式為Fe2+0.76Fe3+0.16。（4）描述Fe在此晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀（即與O2-距離最近且等距離的鐵離子圍成的空間形狀）。與O2-距離最近且等距離的鐵離子有6個， 這6個鐵離子所圍成的幾何形狀如圖所示，由圖可知Fe在晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀為正八面體。 （5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為多少？晶體中FeFe最短距離r=晶胞邊長=3.0310-10m。三、分子結構和分子間作用力、雜化軌道理論（1）原子在形成分子時，為了

14、增強成鍵能力使分子穩(wěn)定性增加，趨向于將同一原子中能量相近的不同類型原子軌道重新組合成能量、形狀和方向與原來不同的新的原子軌道.這種重新組合的過程稱為雜化，雜化后的原子軌道稱為雜化軌道。（2）雜化軌道的特性:只有能量相近的軌道才能互相雜化。 常見的有:ns np nd (n-1)d ns np雜化軌道的成鍵能力大于未雜化軌道。參加雜化的原子軌道的數(shù)目與形成的雜化軌道數(shù)目相同。不同類型的雜化，雜化軌道的空間取向不同2、價層電子對互斥理論（VESPR）對ABm型分子，中心原子A價層電子對（包括成鍵電子對和孤對電子）之間存在排斥力，將使分子中的原子處于盡可能遠的相對位置上，以使彼此之間斥力最小，分子體

15、系能量最低。3、分子軌道理論當原子結合形成分子時，原子軌道以一定的方式重疊形成分子軌道。能量比原子軌道低的分子軌道為成鍵分子軌道；能量比原子軌道高的分子軌道為反鍵分子軌道。分子軌道的數(shù)目等于組成分子的各原子軌道數(shù)目之和。原子軌道形成分子軌道應遵循三個條件：(1)對稱性匹配(2)能量相近(3)最大重疊。電子在分子軌道中的排布遵循Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund規(guī)則。題十、元素氙（Xe）不是化學惰性的，它能與一些電負性大的元素（如氧和氟）形成一系列化合物。氙與量不等的氟反應，生成XeF2和XeF4。這些化合物在不同條件下和水進一步反應產(chǎn)生XeO3和XeO4等化合物并混有像XeOF4那樣

16、的化合物。用VSEPR模型估計上述五種氙的化合物的結構。答案： XeF2 XeF4 XeO3 XeO4 XeOF4 直線形 平面正方形 三角錐 四面體 四方錐題十一、根據(jù)同核雙原子分子的電子組態(tài)可以預見分子及離子的性質。已知及O2其離子的鍵能有如下數(shù)據(jù)，請畫出它們的對應關系。 O2 O2- O22- O2+ 鍵能 / kJ·mol-1 493.5 626.1 138.1 392.9題十二A和B兩種物質互相溶解的關系如圖1所示，橫坐標表示體系的總組成，縱坐標為溫度，由下至上，溫度逐漸升高。T1時a是B在A中的飽和溶液的組成，b是A在B中的飽和溶液的組成（T2時相應為c、d）。T3為臨界

17、溫度，此時A和B完全互溶。圖中曲線內(nèi)為兩相，曲線外為一相（不飽和液）。某些物質如H2O和(C2H5)3N，C3H5(OH)3和間-CH3C6H4NH2有低的臨界溫度（見示意圖2）。請根據(jù)上述事實，回答下列問題： T3 T2 c d T1 a b 18.5° CA 100% 80% 60% 40% 20% 0% H2O (C2H5)3N 0% 20% 40% 60% 80% 100% B 圖 1 圖 21 解釋圖1中T3存在的原因。2 說明圖2所示的兩對物質存在低的臨界溫度的原因。3 描述圖2所示的兩對物質的互溶過程。中學化學有“相似者相溶”的說法，即分子間作用力的性質相近大小也相近的

18、溶劑會相互溶解。性質相近和大小相近也有個順序。性質相近才能再考慮大小是否相近。性質不相近就不必再考慮大小是否相近。1物質的溶解度通常隨著溫度的升高而增大，所以在一定的溫度下，A和B兩種物質能達到完全互溶。 2 某些物質如H2O和(C2H5)3N，C3H5(OH)3和間-CH3C6H4NH2存在低的臨界溫度的原因是它們在較低溫度能形成分子間氫鍵，然而，隨著溫度的升高，分子間氫鍵破裂，所以溶解度反而減小。 3 (2分) (若畫為1個H2O和2個(C2H5)3N分子形成氫鍵也給2分)(2分) (氫鍵位置不同、生成1、2、3個氫鍵或其它合理答案均給分)2003全國卷82（3分） 咖啡因對中樞神經(jīng)有興奮作用，其結構式如下。常溫下，咖啡因在水中的溶解度為2 g/100g H2O，加適量水楊酸鈉C6H4(OH)(COONa)，由于形成氫鍵而增大咖啡因的溶解度。請在附圖上添加水楊酸鈉與咖啡因形成的氫鍵。 (83（