题目内容
3．物质的结构决定物质的性质．请回答下列涉及物质结构和性质的问题：（1）第二周期中，元素的第一电离能处于B与N之间的元素有3种．
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，则其基态原子的价层电子排布式为3d84s2．
（3）乙烯酮（CH2=C=O）是一种重要的有机中间体，可用CH3COOH在（C2H5O）3P=O存在下加热脱H2O得到．乙烯酮分子中碳原子杂化轨道类型是sp2和sp，1mol（C2H5O）3P=O分子中含有的σ键的数目为25NA．
（4）已知固态NH3、H2O、HF的氢键键能和结构如图1：
| 物质 | 氢键X-H…Y | 键能kJ．mol-1 |
| （HF）n | D-H…F | 28.1 |
| 冰 | O-H…O | 18.8 |
| （NH3）n | N-H…N | 5.4 |
解释H2O、HF、NH3沸点依次降低的原因单个氢键的键能是（HF）n＞冰＞（NH3）n，而平均每个分子含氢键数：冰中2个，（HF）n和（NH3）n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是冰＞（HF）n＞（NH3）n，．
（5）碳化硅的结构与金刚石类似，其硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能．碳化硅晶胞结构中每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有4个，与碳原子等距离最近的碳原子有12个．已知碳化硅晶胞边长为apm，则晶胞图2中1号硅原子和2号碳原子之间的距离为$\frac{\sqrt{11}a}{4}$pm，碳化硅的密度为$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g/cm3．
分析 （1）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，碳原子的电子排布为1s22s22p2，未成对电子数为2，则该元素为Ni；
（3）乙烯酮分子中碳原子均没有孤对电子，CH2中C原子形成3个σ键，而C=O中碳原子形成2个σ键，杂化轨道数目分别为3、2；（C2H5O）3P=O分子含有25个σ键；
（4）平均每个分子含氢键数：冰中2个，（HF）n和（NH3）n只有1个，结合气化要克服的氢键的总键能；
（5）根据均摊法计算晶胞中Si、C原子数目，每个Si原子周围有4个碳原子，原子配位数与原子数目成反比，可以计算碳原子周围与其距离最近的硅原子数目；
以顶点C原子研究，与之距离最近的C原子位于面心上，每个顶点原子为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用；
作过1号Si原子的体对角线、2号碳原子的体对角线，相交于O点，与顶点碳原子形成如图所示：
，其中B为2号碳原子，C为1号Si原子，1号Si原子与周围的4个C原子形成正四面体，1号Si原子与顶点碳原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，体对角线长度为$\sqrt{3}$a pm，则OA=OB=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a pm，故OC=$\frac{\sqrt{3}}{4}$a pm，利用余弦定理计算cos∠AOB的值，再利用余弦定理计算BC的长度，即晶胞图2中1号硅原子和2号碳原子之间的距离；
结合晶胞中原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．
解答 解：（1）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，半充满的N原子和全充满的Be原子第一电离能要比同周期相邻元素的高，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素，
故答案为：3；
（2）某元素位于第四周期Ⅷ族，其基态原子的未成对电子数与基态碳原子的未成对电子数相同，C原子的电子排布为1s22s22p2，未成对电子数为2，则该元素为Ni，其基态原子的价层电子排布式为3d84s2，
故答案为：3d84s2；
（3）乙烯酮分子中碳原子均没有孤对电子，CH2中C原子形成3个σ键，而C=O中碳原子形成2个σ键，杂化轨道数目分别为3、2，所以碳原子的杂化轨道类型有sp2和sp，（C2H5O）3P=O分子含有25个σ键，1mol（C2H5O）3P=O分子中含有的σ键的数目为25NA，
故答案为：sp2和sp；25NA；
（4）单个氢键的键能是（HF）n＞冰＞（NH3）n，而平均每个分子含氢键数：冰中2个，（HF）n和（NH3）n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是冰＞（HF）n＞（NH3）n，故H2O、HF、NH3沸点依次降低，
故答案为：单个氢键的键能是（HF）n＞冰＞（NH3）n，而平均每个分子含氢键数：冰中2个，（HF）n和（NH3）n只有1个，气化要克服的氢键的总键能是冰＞（HF）n＞（NH3）n；
（5）晶胞中Si原子数目为4、C原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，每个Si原子周围有4个碳原子，原子配位数与原子数目成反比，则碳原子配位数也是4，即碳原子周围与其距离最近的硅原子数目为4；
以顶点C原子研究，与之距离最近的C原子位于面心上，每个顶点原子为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，与碳原子等距离最近的碳原子有$\frac{8×3}{2}$=12个；
作过1号Si原子的体对角线、2号碳原子的体对角线，相交于O点，与顶点碳原子形成如图所示：，其中B为2号碳原子，C为1号Si原子，1号Si原子与周围的4个C原子形成正四面体，1号Si原子与顶点碳原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，体对角线长度为$\sqrt{3}$a pm，则OA=OB=$\frac{\sqrt{3}}{2}$a pm，故OC=$\frac{\sqrt{3}}{4}$a pm，则：
（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a）2+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a）2-2×$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×cos∠AOB=a2，
解得cos∠AOB=$\frac{1}{3}$
故（$\frac{\sqrt{3}}{4}$a）2+（$\frac{\sqrt{3}}{2}$a）2-2×$\frac{\sqrt{3}}{4}$a×$\frac{\sqrt{3}}{2}$a×$\frac{1}{3}$=BC2，
解得BC=$\frac{\sqrt{11}a}{4}$
晶胞质量为4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g，则晶体密度为4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g÷（a×10-10 cm）3=$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g/cm3，
故答案为：4；12；$\frac{\sqrt{11}a}{4}$；$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{a}^{3}×{N}_{A}}$．
点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化轨道、化学键、氢键、晶胞计算等，（4）（5）为易错点、难点，侧重考查学生分析计算能力，难度较大．
| A． | 向饱和FeCl3溶液中滴加过量氨水，可制取Fe（OH）3胶体 | |
| B． | 取少量溶液X，向其中加入适量新制的氯水，再加几滴KSCN溶液，溶液变红，说明X溶液中一定含有Fe2+ | |
| C． | 用渗析法除去淀粉中混有的NaCl | |
| D． | 已知${I}_{3}^{-}$?I2+I-，向盛有KI3溶液的试管中加入适量CCl4，振荡静置后CCl4层显紫色，说明KI3在CCl4中的溶解度比在水中的大 |
| A． | I、Br、Cl | B． | Al、P、Si | C． | O、S、Na | D． | N、C、B |
| A． | ${\;}_{62}^{144}$Sm与${\;}_{62}^{150}$Sm互为同位素 | |
| B． | ${\;}_{62}^{144}$Sm与${\;}_{62}^{150}$Sm的质量数相同 | |
| C． | ${\;}_{62}^{144}$Sm与${\;}_{62}^{150}$Sm是同一种核素 | |
| D． | ${\;}_{62}^{144}$Sm与${\;}_{62}^{150}$Sm是不同元素 |
| A． | 常温下，由水电离出的c（H+）=10-12mol/L，则溶液pH一定为12 | |
| B． | 已知H2C2O4是弱酸，其电离方程式为：H2C2O4?2H++C2O42- | |
| C． | 常温下，pH=10的氨水溶液中，由水电离出的c（H+）=10-10mol/L | |
| D． | 工业合成氨温度控制在500℃，目的是为了提高产率 |