高中化学竞赛辅导化学键与分子结构测试

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1、1化学键分子结构与晶体结构化学键分子结构与晶体结构化化 学学 竞竞 赛赛 辅辅 导导 测测 试试 题题第一题第一题: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

2、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？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、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、硅原子是否相同 分析：2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

4、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

5、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：3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

6、分解时的能量变化方程 式为： C6H12O66O238H3PO438ADP6CO244H2O38ATP ATPH2OADPH3PO430.6kJ 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

7、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：；43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

8、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

9、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 52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

10、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

11、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。6第一题答案: 七; 零; 气; 八; VIA第

12、二题第二题 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：(4 分)3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？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

13、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）65晶胞质量为 4(12.0128.09)/NA g，晶胞体积为(1.170.77)1084/3cm3，3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

14、） 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）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)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。 ）7240.5%（3 分） 3正极 O24H+4e2H2O（1 分）负极 C6H12O66H2O24e6CO224H+ （1 分）总反应 C6H1

15、2O66O26CO26H2O（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