综 合 训 练

1.碳族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的应用。回答下列问题:

(1)基态Sn原子中,核外电子占据的最高能级符号为 ,该能级具有的原子轨道数为 。

(2)Ge单晶具有晶体硅型结构,Ge单晶的晶体类型为 。Ge与同周期的 As、Se相比较,第一电离能由大到小的顺序是 。

(3)资料表明,二氧化三碳(C3O2)是金星大气的主要成分之一,其分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构。C3O2中碳原子的杂化方式为 ,分子中σ键与π键的个数之比为 。

(4)碳化硅的晶体结构类似于金刚石(如图所示),1个碳化硅晶胞净占 个碳原子;二氧化硅晶体中最小环上的原子个数之比为 。 (5)石墨可作润滑剂,其主要原因是 。

(6)晶体硅的结构类似于金刚石,已知距离最近的两个硅原子之间的距离为a cm,则硅晶体的密度为 g·cm-3(用含有a的代数式表示,用NA表示阿伏加德罗常数的值)。

解析 (1)Sn是第五周期ⅣA元素,则基态Sn原子中,核外电子占据的最高能级符号为5p,该能级具有的原子轨道数为3。(2)Ge单晶具有晶体硅型结构,因此Ge单晶的晶体类型为原子晶体。同周期自左向右第一电离能逐渐增大,但由于As的5p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,因此Ge与同周期的 As、Se相比较,第一电离能由大到小的顺序是As>Se>Ge。

(3)分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构,则碳原子的杂化方式为sp,双键由1个σ键与1个π键组成,因此分子中σ键与π键的个数之比为1∶1。(4)根据碳化硅的晶体结构可判断1个碳化硅晶胞净占8×+6×=4个碳原子;二氧化硅晶体中最小的环有12

个原子,由于每个硅原子被12个环所共有,因此每个环只占有该硅原子的 ,因为每个最小环上有6个硅原子,所以每个最小环平均拥有的硅原子数为6×=0.5个,又因为SiO2晶体是由

硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的,因此每个最小环平均拥有的氧原子的数目为0.5×2=1个,所以二氧化硅晶体中最小环上的原子个数之比为2∶1。(5)由于石墨晶体具有片层结构,片层之间靠微弱的范德华力结合,可以滑动,所以石墨可作润滑剂。(6)晶胞中Si个数=8× +6× +4=8,故晶胞质量为8× g,硅晶体的密度为ρ g·cm-3,则晶胞棱长=

cm,则晶胞对角线长度为 ×

cm,故最近的两个硅原子之间的距离为× ×

cm=a cm,解得ρ= g·cm-3。

答案 (1)5p;3

(2)原子晶体;As>Se>Ge (3)sp;1∶1 (4)4;2∶1

(5)石墨晶体具有片层结构,片层之间靠微弱的范德华力结合,可以滑动 (6)

2.铁、钴、镍等金属单质及化合物的应用广泛。

(1)LiFePO4是锂离子电池材料,请写出Fe2+的外围电子排布图: ,其中P 的立体构型是 。

(2)化合物“钴酞菁”能显著提升二次电池的充放电效率,图1是改性“氨基钴酞菁”分子的结构图。

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①写出氨基钴酞菁中N原子的杂化轨道类型: 。 ②写出一种与N 互为等电子体的中性分子的结构式: 。

③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,能使其水溶性得到有效改善,请简述其原因: 。

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(3)1 mol [Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是 。K3[Co(NO2)6]中四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 。

(4)Sr和Ca为同族金属元素,SrCO3比CaCO3分解温度更高,请简述其原因: 。 (5)图2所示为NiO晶体的晶胞示意图: ①该晶胞中阴、阳离子总数是 。

②在NiO晶体中Ni2+的半径为a pm,O2-的半径为b pm,假设它们在晶体中是紧密接触的,则在NiO晶体中原子的空间利用率为 。(用含字母a、b的计算式表达)

解析 (1)铁的原子序数是26,则Fe2+的价层电子排布图为

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑

。其中P 中P的价层电子对数为4,且不存在孤电子对,所以立体构型是正四面体形。(2)①氨基钴酞菁中N 原子既能形成双键,也能形成单键,则N原子杂化轨道类型为sp2、sp3。②原子数和价电子数分别都相等的是等电子体,则与氨基阴离子N 互为等电子体的中性分子为 H2O或H2S等。③将“钴酞菁”改性为“氨基钴酞菁”后,由于引入的氨基上的H原子可与水分子形成氢键,所以能使其水溶性得到有效改善。(3)单键都是σ键,双键中含有1个σ键,则1 mol [Co(NO2)6]3-中所含的σ键数目是 18NA。非金属性越强,第一电离能越大,氮元素的2p轨道电子处于半充满状态,稳定性强,则K3[Co(NO2)6]中四种元素的第一电离能

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