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物質(zhì)微粒結(jié)構(gòu)與性質(zhì)練習(xí)題集解析:①不合理。鉻(原子序數(shù)24)的價(jià)層電子遵循“半充滿更穩(wěn)定”的洪特規(guī)則特例:\(3d^5\)(半充滿)與\(4s^1\)(半充滿)的組合能量更低,正確排布應(yīng)為\([Ar]3d^54s^1\)。②不合理?;鶓B(tài)N原子的\(2p\)軌道有3個(gè)電子,根據(jù)洪特規(guī)則,電子應(yīng)分占不同軌道且自旋方向相同(即\(2p\)軌道的三個(gè)電子應(yīng)為\(↑、↑、↑\)),而非有一個(gè)電子成對(duì)。二、化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)(一)核心知識(shí)點(diǎn)梳理化學(xué)鍵分為離子鍵(陰陽(yáng)離子間的靜電作用)、共價(jià)鍵(原子間通過(guò)共用電子對(duì)形成,含\(σ\)鍵、\(π\(zhòng))鍵、配位鍵)、金屬鍵(金屬陽(yáng)離子與自由電子的作用)。分子結(jié)構(gòu)需結(jié)合價(jià)層電子對(duì)互斥理論(VSEPR)判斷空間構(gòu)型,結(jié)合雜化軌道理論分析中心原子的雜化方式(如\(sp、sp^2、sp^3、sp^3d\)等)。分子的極性由“鍵的極性”和“空間構(gòu)型的對(duì)稱性”共同決定。(二)典型練習(xí)題1.化學(xué)鍵類型與分子極性例3:判斷下列物質(zhì)的化學(xué)鍵類型及分子極性:①\(\text{Na}_2\text{O}_2\);②\(\text{CO}_2\);③\(\text{H}_2\text{O}_2\);④\(\text{BF}_3\)。解析:①\(\text{Na}_2\text{O}_2\)含離子鍵(\(\text{Na}^+\)與\(\text{O}_2^{2-}\)間)和非極性共價(jià)鍵(\(\text{O}_2^{2-}\)中\(zhòng)(\text{O—O}\)鍵);因是離子化合物,無(wú)獨(dú)立分子。②\(\text{CO}_2\)中\(zhòng)(\text{C}\)與\(\text{O}\)形成極性共價(jià)鍵(含\(σ\)鍵和\(π\(zhòng))鍵);空間構(gòu)型為直線形(\(\text{C}\)為\(sp\)雜化),結(jié)構(gòu)對(duì)稱,分子為非極性。③\(\text{H}_2\text{O}_2\)的結(jié)構(gòu)式為\(\text{H—O—O—H}\),含極性鍵(\(\text{O—H}\))和非極性鍵(\(\text{O—O}\));分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(二面角約\(90^\circ\)),為極性分子。④\(\text{BF}_3\)中\(zhòng)(\text{B}\)與\(\text{F}\)形成極性共價(jià)鍵;\(\text{B}\)的價(jià)層電子對(duì)為3(無(wú)孤電子對(duì)),\(sp^2\)雜化,空間構(gòu)型為平面三角形,結(jié)構(gòu)對(duì)稱,分子為非極性。2.雜化方式與空間構(gòu)型例4:分析下列分子(或離子)的中心原子雜化方式及空間構(gòu)型:①\(\text{SO}_3^{2-}\);②\(\text{XeF}_4\);③\(\text{NO}_2^+\)。解析:①\(\text{SO}_3^{2-}\)中\(zhòng)(\text{S}\)的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=\(σ\)鍵數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)=\(3+\frac{6+2-3×2}{2}=4\)(電荷為-2,價(jià)電子數(shù)+2),故為\(\boldsymbol{sp^3}\)雜化;含1對(duì)孤電子對(duì),空間構(gòu)型為三角錐形(類似\(\text{NH}_3\))。②\(\text{XeF}_4\)中\(zhòng)(\text{Xe}\)的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=\(4+\frac{8-4×1}{2}=6\),為\(\boldsymbol{sp^3d^2}\)雜化;含2對(duì)孤電子對(duì),空間構(gòu)型為平面正方形(6對(duì)電子的構(gòu)型為八面體,孤電子對(duì)占上下頂點(diǎn),\(\text{F}\)占赤道面四個(gè)頂點(diǎn))。③\(\text{NO}_2^+\)中\(zhòng)(\text{N}\)的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=\(2+\frac{5-1-2×2}{2}=2\)(電荷為+1,價(jià)電子數(shù)-1),為\(\boldsymbol{sp}\)雜化,空間構(gòu)型為直線形。三、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(一)核心知識(shí)點(diǎn)梳理晶體分為離子晶體(如\(\text{NaCl}、\text{CaF}_2\))、分子晶體(如干冰、冰)、原子晶體(如金剛石、\(\text{SiO}_2\))、金屬晶體(如銅、鈉)。晶胞是晶體的基本重復(fù)單元,需通過(guò)“均攤法”計(jì)算晶胞中粒子數(shù)(頂點(diǎn)粒子占\(\frac{1}{8}\),棱上占\(\frac{1}{4}\),面上占\(\frac{1}{2}\),內(nèi)部占\(1\))。晶體的熔沸點(diǎn)、硬度等性質(zhì)與“晶體類型”及“微粒間作用力”(離子鍵、共價(jià)鍵、分子間作用力、金屬鍵)的強(qiáng)弱密切相關(guān)。(二)典型練習(xí)題1.晶體類型與性質(zhì)判斷例5:判斷下列物質(zhì)的晶體類型,并比較熔沸點(diǎn)高低:①金剛石、晶體硅、碳化硅;②\(\text{MgO}、\text{KCl}、\text{NaCl}\);③干冰、冰、碘。解析:①均為原子晶體,熔沸點(diǎn)由共價(jià)鍵鍵能決定(鍵長(zhǎng):\(\text{Si—Si}>\text{C—Si}>\text{C—C}\),鍵能相反),故順序?yàn)椋航饎偸痋(>\)碳化硅\(>\)晶體硅。②均為離子晶體,熔沸點(diǎn)由離子鍵強(qiáng)弱決定(離子半徑:\(\text{K}^+>\text{Na}^+\),\(\text{Cl}^->\text{O}^{2-}\);電荷:\(\text{Mg}^{2+}>\text{Na}^+=\text{K}^+\),\(\text{O}^{2-}>\text{Cl}^-\))。離子鍵強(qiáng)度:\(\text{MgO}>\text{NaCl}>\text{KCl}\),故熔沸點(diǎn):\(\text{MgO}>\text{NaCl}>\text{KCl}\)。③均為分子晶體:冰(\(\text{H}_2\text{O}\))分子間含氫鍵,熔點(diǎn)高于干冰(\(\text{CO}_2\),無(wú)氫鍵);碘(\(\text{I}_2\))相對(duì)分子質(zhì)量大,范德華力更強(qiáng),故熔沸點(diǎn):干冰\(<\)冰\(<\)碘(實(shí)際熔點(diǎn):干冰\(-78^\circ\text{C}\),冰\(0^\circ\text{C}\),碘\(113^\circ\text{C}\))。2.晶胞計(jì)算(均攤法與密度)例6:某離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)類似\(\text{NaCl}\)型(陽(yáng)離子\(\text{A}^+\)在頂點(diǎn)和面心,陰離子\(\text{B}^-\)在棱上和體心),求:①晶胞中\(zhòng)(\text{A}^+\)和\(\text{B}^-\)的數(shù)目;②若晶胞邊長(zhǎng)為\(a\\text{pm}\),晶體密度為\(\rho\\text{g/cm}^3\),求阿伏加德羅常數(shù)\(N_\text{A}\)(\(\text{A}\)的相對(duì)原子質(zhì)量為\(M_1\),\(\text{B}\)為\(M_2\))。解析:①均攤法計(jì)算:\(\text{A}^+\):頂點(diǎn)(8個(gè),\(8×\frac{1}{8}=1\))+面心(6個(gè),\(6×\frac{1}{2}=3\)),總數(shù)\(1+3=4\);\(\text{B}^-\):棱上(12條棱,\(12×\frac{1}{4}=3\))+體心(1個(gè),\(1\)),總數(shù)\(3+1=4\)。②晶胞質(zhì)量=\(\frac{4(M_1+M_2)}{N_\text{A}}\\text{g}\);晶胞體積=\((a×10^{-10}\\text{cm})^3=a^3×10^{-30}\\text{cm}^3\)(\(1\\text{pm}=10^{-10}\\text{cm}\))。由密度公式\(\rho=\frac{\text{質(zhì)量}}{\text{體積}}\),得:\[\rho=\frac{\frac{4(M_1+M_2)}{N_\text{A}}}{a^3×10^{-30}}\]整理得:\[N_\text{A}=\frac{4(M_1+M_2)×10^{30}}{\rhoa^3}\]四、綜合應(yīng)用題例7:結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí),解釋以下現(xiàn)象:①為什么\(\text{H}_2\text{O}\)的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于\(\text{H}_2\text{S}\),而\(\text{H}_2\text{S}\)的沸點(diǎn)又低于\(\text{H}_2\text{Se}\)?②為什么\(\text{BF}_3\)是非極性分子,而\(\text{NF}_3\)是極性分子?③為什么金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性和延展性?解析:①\(\text{H}_2\text{O}\)分子間含氫鍵,作用力遠(yuǎn)強(qiáng)于\(\text{H}_2\text{S}、\text{H}_2\text{Se}\)的范德華力,故沸點(diǎn)\(\text{H}_2\text{O}>\text{H}_2\text{S}\);\(\text{H}_2\text{S}\)和\(\text{H}_2\text{Se}\)均為分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量\(\text{H}_2\text{Se}>\text{H}_2\text{S}\),范德華力\(\text{H}_2\text{Se}>\text{H}_2\text{S}\),故沸點(diǎn)\(\text{H}_2\text{Se}>\text{H}_2\text{S}\)。②\(\text{BF}_3\)中\(zhòng)(\text{B}\)為\(sp^2\)雜化,空間構(gòu)型為平面三角形,鍵的極性相互抵消,分子非極性;\(\text{NF}_3\)中\(zhòng)(\text{N}\)為\(sp^3\)雜化,空間構(gòu)型為三角錐形(\(\text{N}\)有1對(duì)孤電子對(duì)),鍵的極性無(wú)法抵消,分子極性。③金屬晶體中存在自由電子,在外加電場(chǎng)下可定向移動(dòng)(導(dǎo)
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