Question

16．物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)．
（1）金剛石和石墨是碳元素的兩種常見(jiàn)單質(zhì)，下列敘述中正確的有ac
a．金剛石中碳原子的雜化類型為sp³雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp²雜化
b．晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)：金剛石中C-C＜石墨中C-C
c．晶體的熔點(diǎn)：金剛石＜石墨      
d．晶體中共價(jià)鍵的鍵角：金剛石＞石墨
（2）某石蕊的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示．

①石蕊分子所含元素中，第一電離能由小到大的順序是C＜H＜O＜N，基態(tài)原子2p軌道有兩個(gè)成單電子的是C、O（填元素符號(hào)）； 由其中兩種元素形成的三角錐構(gòu)型的一價(jià)陽(yáng)離子是H₃O⁺（填化學(xué)式）；
②該石蕊易溶解于水，分析可能的原因是石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵；由結(jié)構(gòu)知，該分子為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，易溶于水；
（3）銅及其合金是人類最早使用的金屬材料．
①NF₃可由NH₃和F₂在Cu催化劑存在下反應(yīng)直接得到：4NH₃+3F₂$\frac{\underline{\;Cu\;}}{\;}$NF₃+3NH₄F，上述化學(xué)方程式中的5種物質(zhì)所屬的晶體類型有abd（填序號(hào)）．
a．離子晶體 b．分子晶體 c．原子晶體  d．金屬晶體，
②NF₃與NH₃均為三角錐形，但前者鍵角小于后者，原因是電負(fù)性：氟＞氮＞氫，NF₃中共用電子對(duì)更偏向氟，排斥力小于NH₃
③周期表中銅的相鄰元素的晶體結(jié)構(gòu)如圖2甲，則其一個(gè)晶胞中含有6個(gè)該原子，金屬銅采取如圖2乙所示堆積方式，可稱為面心立方最密堆積．

Answer 1

分析 （1）a．根據(jù)碳原子形成的σ鍵個(gè)數(shù)確定原子雜化方式；
bc、sp²雜化中，s軌道的成分比sp³雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價(jià)鍵更短，更牢固，即石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量；
d、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子用sp²雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)；
（2）①石蕊分子所含元素N、O、C、H，根據(jù)元素周期律，同周期元素從左向右第一電離能增大，但第ⅤA族的元素由于最外層處于半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以第一電離能高于相鄰的同周期其它元素；石蕊分子所含元素中，基態(tài)原子2p軌道有兩個(gè)成單電子的是C或O元素；由其中兩種元素形成的三角錐構(gòu)型的一價(jià)陽(yáng)離子中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且含有一個(gè)孤電子對(duì)；
②氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)的溶解性增大，再結(jié)合相似相溶原理分析；
（3）①根據(jù)物質(zhì)的構(gòu)成微粒確定晶體類型；
②根據(jù)電負(fù)性判斷共價(jià)鍵之間的排斥力大小，進(jìn)而確定鍵角的大小；
③根據(jù)甲晶胞的結(jié)構(gòu)圖，利用均攤法計(jì)算晶胞所含原子數(shù)，根據(jù)金屬銅晶胞的結(jié)構(gòu)圖判斷堆積方式．

解答 解：（1）a、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，碳原子的雜化類型為sp³雜化；石墨中的碳原子與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成平面正六邊形結(jié)構(gòu)，碳原子的雜化類型為sp²雜化，故a正確；
b、sp²雜化中，s軌道的成分比sp³雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價(jià)鍵更短，更牢固，即石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，故b錯(cuò)誤；
c、石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量，所以晶體的熔點(diǎn)金剛石＜石墨，故c正確；
d、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp²雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，故d錯(cuò)誤；
故選a c；
（2）①石蕊分子所含元素N、O、C、H，根據(jù)元素周期律，同周期元素從左向右第一電離能增大，但第ⅤA族的元素由于最外層處于半滿狀態(tài)，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以第一電離能高于相鄰的同周期其它元素，所以N、O、C、H第一電離能由小到大的順序是C＜H＜O＜N，石蕊分子所含元素中，基態(tài)原子2p軌道有兩個(gè)成單電子的是C、O元素；由其中兩種元素形成的三角錐構(gòu)型的一價(jià)陽(yáng)離子中價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4且含有一個(gè)孤電子對(duì)，該微粒為H₃O⁺，
故答案為：C＜H＜O＜N；C、O；H₃O⁺；
②石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵，氫鍵的存在導(dǎo)致物質(zhì)的溶解性增大；由結(jié)構(gòu)知，該分子為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，石蕊易溶于水，
故答案為：石蕊分子中含有-OH和-NH₂，均能與H₂O形成氫鍵；由結(jié)構(gòu)知，該分子為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，易溶于水；
（3）①NH₃、F₂、NF₃的構(gòu)成微粒為分子，Cu的構(gòu)成微粒是金屬陽(yáng)離子和自由電子，NH₄F的構(gòu)成微粒是陰陽(yáng)離子，所以這幾種物質(zhì)中NH₃、F₂、NF₃為分子晶體，Cu為金屬晶體，NH₄F為離子晶體，
故選abd；
②由于電負(fù)性：氟＞氮＞氫，NF₃中共用電子對(duì)更偏向氟，排斥力小于NH₃，所以NF₃的鍵角小于NH₃的鍵角，
故答案為：電負(fù)性：氟＞氮＞氫，NF₃中共用電子對(duì)更偏向氟，排斥力小于NH₃；
③根據(jù)甲晶胞的結(jié)構(gòu)圖，利用均攤法可知晶胞所含原子數(shù)為$12×\frac{1}{6}+2×\frac{1}{2}+3$=6，根據(jù)金屬銅晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，銅原子分布在晶胞立方體的頂點(diǎn)和面心上，所以堆積方式為面心立方最密堆積，
故答案為：6；面心立方最密；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了晶胞的計(jì)算、晶體類型的判斷、氫鍵等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)物質(zhì)的構(gòu)成微粒確定晶體類型，知道相似相溶原理及氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響等知識(shí)點(diǎn)，題目難度不大．