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化学键分子结构与晶体结构化 学 竞 赛 辅 导 测 试 题第一题:人造元素丰收年，一年间得到第114、116和118号三个新元素。按已知的原子结构规律，118号元素应是第_ 第_族元素，它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是_（气、液、固选一填入）态。近日传闻俄国合成了第166号元素，若已知原子结构规律不变，该元素应是第_周期第_族元素。第二题金属多卤化物中一般没有F离子，但少数一些含有F离子的多卤化物可以稳定存在，BaFBr就是一例。在BaFBr晶体的四方晶胞（a=bc，=90）中，Ba离子占据晶胞的体心附近与顶点的位置，F离子在晶体中构成一层层正方形网格， Br离子可看作构成类似F离子的网格，不同的是Br离子是ABAB型堆积的。问：1、你认为金属多卤化物中一般没有F离子的主要原因是什么：2、在右边的框中画出BaFBr的晶胞：3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？是否相同分析：4、F、Br离子的阳离子配位数分别为多少：第三题（18分）碳化硅（SiC）俗名“金刚砂”，有类似金刚石的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列，右图所示为碳化硅的晶胞（其中为碳原子，为硅原子）。已知：碳原子半径为7.71011m，硅原子半径为1.171010m，SiC晶体密度为3.217g/cm3）1SiC是 晶体，碳、硅原子杂化类型都是 ，键角都是 ，三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式（船、椅）六元环。2如右图所示碳化硅晶胞，从立方体对角线的视角观察，画出一维空间上碳、硅原子的分布规律（注意原子的比例大小和相对位置，至少画两个周期）3从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布，请在二维平面是画出碳原子的分布规律（用表示，至少画15个原子，假设片层碳原子间分别相切）；计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在所画片层的 （原子、切点、空隙）上，且这两个片层的碳原子 （相对、相错）4如果我们以一个硅原子为中心考虑，设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d，则与硅原子次近的第二层有 个原子，离中心原子的距离是 ，它们都是 原子。5如果我们假设碳、硅原子是刚性小球，在晶体中彼此相切，请根据碳、硅原子半径计算SiC的密度，再根据理论值计算偏差，并对产生偏差的原因作一合理解释。6估算SiC晶体的原子占据整个空间的百分数，只需给出一个在5%以内的区间。第四题（6分）金属铌能与卤素形成簇状化合物，下图所示为三种NbaXb的结构单元。它们的共同特点是六个Nb原子形成八面体骨架，卤原子通过双桥基（X）或三桥基（）与Nb原子相连，结构单元之间通过双桥基相连。请据图写出以下三个物质的化学式： 第五题（9分）阅读有关光合作用与葡萄糖的材料，回答下问题：光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢，生物体生命活动所需的有机物与能量，从根本上说都来自光合作用。在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88107m的光子（一个光子的能量为Ehc/，h6.631034Js），同时每放出1mol O2，植物储存469kJ能量。糖是体内的主要能源，人体所需的各种热量，70%由糖类提供。理论上，每摩尔葡萄糖在体内完全氧化时，释放的热量为2872kJ。葡萄糖完全氧化分解时的能量变化方程式为：C6H12O66O238H3PO438ADP6CO244H2O38ATPATPH2OADPH3PO430.6kJ假想把光合作用的逆过程设计成原电池，在一个电极上把O2还原成水，而在另一个电极上把葡萄糖氧化成CO2，该原电池的电动势为1.24V。1估算光合作用中绿色植物的能量转换效率 （保留3位有效数字）2人体内葡萄糖完全氧化分解时，能量的利用率为 （保留3位有效数字）3写出原电池正负极的电极反应式和总反应式。 第六题（6分）在极性分子中，正电荷重心同负电荷重心间的距离称偶极长，通常用d表示。极性分子的极性强弱同偶极长和正（或负）电荷重心的电量（q）有关，一般用偶极矩（）来衡量。分子的偶极矩定义为偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积，即=dq。试回答以下问题：1O3、SF6、CH2Cl2、P4O6 4种分子中0的是 ；2对硝基氯苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯，3种分子的偶极矩由大到小的排列顺序是： ；3实验测得：PF31.03德拜、BCl30德拜。由此可知，PF3分子是 构型，BC13分子是 构型。4治癌药Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的4个角上。已知该化合物有两种异构体，棕黄色者0，淡黄色者=0。试画出两种异构体的构型图，并比较在水中的溶解度。构型图：淡黄色 ，棕黄色 ；在水中溶解度较大的是 。第七题（12分）1叠氮离子N3经由氨基钠与NO3离子或N2O在一定温度下合成，试写出这些反应的离子方程式；2N3离子中N的氧化数为多少？其中氮原子（中心）采取何种杂化类型？写出两种与N3离子是等电子体的物种；3HN3（叠氮酸）有哪些可能的共振结构？标明每个共振结构中所有原子的形式电荷。讨论HN3分子中三个氮原子之间键长的长短；4离子型叠氮化物是不稳定的，但它可以在室温下进行操作，可以作为机动车的“空气袋”，为什么？5氮气的大规模制备是通过分馏液态空气来实现。随着氮气的大量使用，仍然促使人们建立某种比空气液化和分馏法成本更低的制备工艺。请你设想在室温下由空气分离氮气和氧气的方法（加上必要的说明）。第八题（19分）某同学在学习等径球最密堆积（立方最密堆积A1和六方最密堆积A3）后，提出了另一种最密堆积形式Ax。如右图所示为Ax堆积的片层形式，然后第二层就堆积在第一层的空隙上。请根据Ax的堆积形式回答：1 计算在片层结构中（如右图所示）球数、2 空隙数和切点数之比 2在Ax堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。请在片层图中画出正八面体空隙（用表示）和正四面体空隙（用表示）的投影，并确定球数、正八面体空隙数和正四面体空隙数之比 3指出Ax堆积中小球的配位数 4计算Ax堆积的原子空间利用率。5计算正八面体和正四面体空隙半径（可填充小球的最大半径，设等径小球的半径为r）。6已知金属Ni晶体结构为Ax堆积形式，Ni原子半径为124.6pm，计算金属Ni的密度。（Ni的相对原子质量为58.70）7如果CuH晶体中Cu的堆积形式为Ax型，H填充在空隙中，且配位数是4。则H填充的是哪一类空隙，占有率是多少？8当该同学将这种Ax堆积形式告诉老师时，老师说Ax就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？第九题:NO2是一奇电子分子，在413K以下能二聚成无色的抗磁性气体N2O4，超过423K时，NO2发生分解。N2O4被用作第一艘登月飞船的液体推进系统中的氧化剂，其主要燃料是肼。N2O4仅在固态时是纯净物质，其熔点为264K，沸点为294K。X射线衍射分析结果表明：N2O4分子是平面状结构，且所有的NO键长都相等。当N2O4为液态时，能够微弱地解离生成硝酸亚硝酰盐。1写出N2O4在登月飞船的液体推进系统中所发生主要反应的方程式；2说明N2O4分子中N原子的杂化方式和成键情况；N2H4分子是否与N2O4具有类似的空间构型，为什么。3将铜溶于乙酸乙酯的N2O4溶液中可制得无水硝酸铜，写出这个制备反应的化学方程式。第一题答案: 七; 零; 气; 八; VIA第二题金属多卤化物中一般没有F离子，但少数一些含有F离子的多卤化物可以稳定存在，BaFBr就是一例。在BaFBr晶体的四方晶胞（a=bc，=90）中，Ba离子占据晶胞的体心附近与顶点的位置，F离子在晶体中构成一层层正方形网格， Br离子可看作构成类似F离子的网格，不同的是Br离子是ABAB型堆积的。问：1、你认为金属多卤化物中一般没有F离子的主要原因是什么：氟化物的晶格能很大，互卤化物通常极易分解为氟化物。如二氯氟化铯会自发分解为氟化铯和氯气。(2分)2、在右边的框中画出BaFBr的晶胞：(4分)3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？是否相同：各有两种不同的环境。(2分)分析：把其中一种离子上下翻转180才与另一种离子的环境相同。 (只要表述清楚均可给分)(2分)（另注：体心的Ba离子与五个Br离子的距离是一样的。）4、F、Br离子的阳离子配位数分别为多少：F离子为4，Br离子为5(各2分)第三题1原子 sp3 10928 椅（各0.5分）2（空隙长度等于碳、硅原子直径和）（2分）3如右图所示，一个碳原子周围是六个碳原子（2分） 132（1分） 空隙 相错（1分）412 2d/3 硅（各1分）5晶胞质量为4(12.0128.09)/NA g，晶胞体积为(1.170.77)1084/3cm3，密度为2.96（2分）偏差：(2.963.217)/3.2177.94%（数据可以有偏离，但应给出负号）（1分）密度偏小，说明实际晶胞体积比计算值小，即碳、硅原子间的距离应比两个半径小，实际上碳、硅原子间有共价键作用，而不能假设成相切（是相交）。（2分）6 38.3%41.7%（利用原子体积与晶胞体积之比）四题Nb6F15 Nb6Cl14 Nb6I11（各2分）五题133.7%（3分）240.5%（3分）3正极 O24H+4e2H2O（1分） 负极 C6H12O66H2O24e6CO224H+ （1分） 总反应 C6H12O66O26CO26H2O（1分）六题1SF6、P4O6（2分，多一个或漏一个各扣1分）2邻间对（1分）3三角锥形 平面三角形（1分）4（1分） 棕黄色者（1分）七题:13NH2NO3N33OHNH3；2NH2N2ON3OHNH3（3分，产物中有H2O，无NH3扣1分）2N3中N的氧化数为1/3，N原子均采取sp杂化。N3的等电子体物种如CO2、N2O、NO2。（3分）3HN3：按稀有气体结构计算各原子最外层电子数之和n023826，而各原子价电子数之和nv13516，故成键数为(2616)/25，孤对电子的对数为(1652)/23（对）。 HN3的共振结构（如右图）：由于N（a）N（b）键级为1.5，而N（b）N（c）键级为2.5，故N（a）N（b）的键长要比N（a）一N（c）的长。（3分）4离子型叠氮化物虽然可以在室温下存在，但在加热或撞击时分解为氮气和金属（不爆炸），故可作为“空气袋”。（1分）5可用物理吸附法或化学反应法，如用分子筛吸附氧；用合成载氧体吸氧或用乙基蒽醇与氧反应生成H2O2等，随后再放出氧。（2分，方法1分，说明1分，答出一类即可）八题11:1:2（2分） 一个球参与四个空隙，一个空隙由四个球围成；一个球参与四个切点，一个切点由二个球共用。2图略，正八面体中心投影为平面空隙中心，正四面体中心投影为平面切点1:1:2（2分）一个球参与六个正八面体空隙，一个正八面体空隙由四个球围成；一个球参与八个正四面体空隙，一个正四面体空隙由四个球围成。3小球的配位数为12（1分）平面已配位4个，中心球周围的四个空隙上下各堆积4个，共12个。474.05%（3分）以4个相邻小球中心构成底面，空隙上小球的中心为上底面的中心构成正四棱柱，设小球半径为r，则正四棱柱边长为2r，高为r，共包括1个小球（4个1/4，1个1/2），空间利用率为5正八面体空隙为0.414r，正四面体空隙为0.225r。（4分）68.91g/cm3（3分）根据第4题，正四棱柱质量为58.70/NAg，体积为1.0941023cm3。7H填充在正四面体空隙，占有率为50%（2分）正四面体为4配位，正八面体为6配位，且正四面体空隙数为小球数的2倍。8Ax就是A1，取一个中心小球周围的4个小球的中心为顶点构成正方形，然后上面再取两层，就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心，