物质结构曹志兵

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1、物质结构1、原子结构2、分子结构3、晶体结构4、配位化合物的结构一、原子结构1、核外电子的运动状态空间运动状态：能层、能级、轨道自旋（1）能层（按电子能量高低）（2）能级：s、p、d、f3、轨道：在一定能层、一定能级上的一 定空间取向的电子云称为一个轨道总之，核外电子空间运动状态总数=n2， n=1、2、3、44、核外电子的自旋状态只有顺时针和逆时针两方向2、构造原理（1）保里不相容原理在同一个原子里，不可能有运动状 态四个方面完全相同的电子存在结论：一个轨道里最多只能容纳两 个自旋方向相反的电子，即每个电 子层最多容纳电子数为2n2。（2）能量最低原理ns、（n-2）f、（n-1）d、np（

2、3）洪特规则基态原子中的电子尽可能自旋平 行的填入简并轨道，这一规则被 称为洪特规则p、d、f三个亚层：全充满、半充 满、全空时为相对稳定的结构Cr、Cu、Fe3+和Fe2+、Mg和Al的I13、元素周期律和元素周期表周期、列、族、区、非金属三角区、氧 化态、对角线规则、原子半径、离子半 径、I1、电负性、元素的金属性和非金 属性2004江苏 在元素周期表第4、第5周期中成单电子数最 多的过渡元素的电子构型分别为 和；元素名称是 和 。 依据现代原子结构理论，请你推测，当出现 5g电子后，成单电子最多的元素可能的价层 电子构型为 ，可能是 元素。二、分子结构1、Lewis结构式2、单键、双键、

3、叁键3、价层电子对互斥理论（1）无机分子的立体结构通常是 指其a键骨架在空间的排布（2）属于同一通式的分子或离子其 结构可能相似，也可能完全不同用价层电子对互斥模型来推测分子的结构（1）首先确定中心原子（以M）表示的价 电子层中的电子总数。即中心原子原有的 价电子数与配位体提供的共用电子数之和（当氧族元素的原子做为配体时，可以 认为它们不提供价电子，但当氧族元素 的原子做为分子中的中心原子时，可以 认为它们各拿出6个价电子）（2）根据中心原子周围的电子对数来确 定构型（电子对构型）2对直线型 3对-平面三角形 4对-四面体 5对-三角双锥 6对-正八面体（3）绘出构型图：把配位原子排布在中心

4、原子周围，用一个电子对连接一个配位体 ，剩下未结合的电子对称孤对电子对如果一个分子可能画出几种构型，则按 以下考虑：考虑分子中三种电子对的排斥作用：孤对电子对之间、孤对电子对与成键电子对之间、成键电子对之间这些作用角度相距越小，排斥力越大（不稳定） 具有最少数目、角度最小的孤电子对之间 排斥作用的构型是最稳定的例：丁二炔和丙二烯的立体结构、中心 碳原子的杂化类型、分子中有些什么键 （包括离域键？例：臭氧分子是否有极性？臭氧分子 的Lewis结构？例：BF3 、BCl3、 BBr3 Lewis酸性由大到 小的的顺序是_，对此顺序的解释是 ： _例：画出分子式为C4H4的包含等价氢原子的 所有三种

5、可能的异构体的结构图，预期它们 的稳定性，并用价键理论讨论稳定的C4H4的 异构体。例（2009）1-1 Lewis酸和Lewis碱可以形成 酸碱复合物.根据下列两个反应式判断反应中 所涉及Lewis酸的酸性强弱，并由强到弱排序 .F4Si-N(CH3)3+BF3F3B-N(CH3)3+SiF4; F3B-N(CH3)3+BCl3Cl3B-N(CH3)3+BF31-2 (1) 分别画出BF3和N(CH3)3的分子构型， 指出中心原子的杂化轨道类型. (2)分别画出F3B-N(CH3)3和F4Si-N(CH3)3的分 子构型，并指出分子中Si和B的杂化轨道类型 . 1-3 将BCl3分别通入吡啶

6、和水中，会发生两 种不同类型的反应.写出这两种反应的化学方 程式. 1-4 BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体 和多聚体形式存在.分别画出它们的结构简式 ，并指出Be的杂化轨道类型.2005江苏 一些在液相中不能进行的反应在低热固相反应 中得以实现，一些在固相和液相反应中都能进行的反应，产 物却不同。 将CuCl22H2O晶体和NaOH固体混合研磨，可生成黑色固体 化合物A。A不溶于水，但可溶于硫酸生成蓝色溶液B；在B中 加入适量氨水生成浅蓝色沉淀C；C溶于盐酸后，加入BaCl2 溶液，生成白色沉淀；C溶于过量氨水得到深蓝色溶液D，向 D中通入SO2至微酸性，有白色沉淀E生成。元素分析表

7、明E中 部分元素的质量分数为：Cu 39.31、S 19.84、N 8.67； 激光拉曼光谱和红外光谱显示E的晶体里有一种三角锥型的负 离子和一种正四面体型的正离子；磁性实验指出E呈抗磁性。 (1) A的化学式为 ；A不同于CuCl2和NaOH在溶液中反 应所得产物的可能原因是 。 (2) C的化学式为 ，D的化学式为 。 (3) 写出由D生成E的化学反应方程式。三、晶体结构1、晶胞平行六面体氯化钠氯化钠干冰金刚石2、金属晶体A1型：Cu、Ag、Au面心立方四面体空隙、八面体空隙是多少？配位数、空间占有率A2型：体心立方四面体空隙、八面体空隙是多少？配位数、空间占有率A3型：Mg、Zn、Ti四

8、面体空隙、八面体空隙是多少？配位数、空间占有率A4型：四面体型配位数、空间占有率3、离子晶体3、立方ZnS型4、六方ZnS型5、CaF2型（6）金红石（TiO2）型第11题（200810分）热电材料又称温差电 材料，是一种利用材料本身温差发电和制 冷的功能材料，在能源与环境危机加剧和 提倡绿色环保的21世纪，具有体积小、重 量轻、无传动部件和无噪声运行等优点的 热电材料引起了材料研究学者的广泛重视 。近来，美国科学家在国际著名学术期刊 Science上报道了一种高效低温的热电材料 ，下图是其沿某一方向的一维晶体结构。11-1 在上图中画出它们的结构基元；结构基元 的化学式分别为图1_图2_.注

9、：实线或虚线部分 画一个即可 11-2 现在，热电材料的研究主要集中在金属 晶体上，Ti就是制备热电材料的重要金属之 一，已知Ti的原子半径为145 pm，做A3型堆积 ，请计算金属晶体Ti的晶胞参数和密度。11-3 热电晶体NiTiSn是著名的Half-Heusler 化合物结构，Sn作A1型堆积，Ti填充Sn的八面 体空隙，Ni在Ti的周围形成四面体，并且相 邻Ni-Ti和Ni-Sn距离相等，试画出一个 NiTiSn的晶胞结构图，并用文字说明Ni的位 置。2008年全国第8题 (9分) 由烷基镁热分解 制得镁的氢化物。实验测定，该氢化物中 氢的质量分数为7.6%，氢的密度为0.101 g

10、cm-3，镁和氢的核间距为194.8 pm。已 知氢原子的共价半径为37pm，Mg2+ 的离子 半径为72 pm。 8-1 写出该氢化物中氢的存在形式，并简 述理由。 H (1分) 镁-氢间距离为194.8 pm，Mg2+离子半径为72 pm ，则氢的半径为194.8 pm72 pm 123 pm。此 值远大于氢原子的共价半径, 这说明H原子以H- 离子的形式存在。(1分)8-2 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球 磨机研磨，可制得化学式为Mg2NiH4的化合物。 X-射线衍射分析表明，该化合物的立方晶胞的 面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配 位数都相等。推断镁原子在Mg2NiH4晶胞

11、中的位 置(写出推理过程)。 Mg原子与Ni原子数之比为2 : 1，故每个晶胞中含8 个镁原子。所有镁原子的配位数相等，它们只能填 入由镍原子形成的四面体空隙。 镁原子的位置用下列坐标参数表示也得3分： 14, 14, 14； 14, 14, 34； 34, 34, 14； 34, 34, 34； 14, 34, 14； 14, 34, 34； 34, 14, 14； 34, 14, 34。坐标错一组，扣0.5分，不得负分。 其他答案不得分。8-3 实验测定，上述Mg2NiH4晶体的晶胞 参数为646.5 pm，计算该晶体中镁和镍 的核间距。已知镁和镍的原子半径分别 为159.9 pm和124

12、.6 pm。 8-4 若以材料中氢的密度与液态氢密度 之比定义储氢材料的储氢能力，计算 Mg2NiH4的储氢能力（假定氢可全部放出 ；液氢的密度为0.0708 g cm-3）。例:以草酸铁和草酸锌为原料,按一定比 例溶于水中充分搅拌、混匀，加热并蒸 去混合物中的水分：逐渐共沉淀下来， 产物几乎为Fe3+和Zn2+均匀分布的固溶体 型草酸盐混合物，过滤、灼烧，即成很 好的固相反应原料“前驱物”的制备- 即一种尖晶石型物质A：O2-作立方最密堆 积，Zn2+占据1/8的四面体空隙，Fe3+占据 1/2的八面体空隙。写出反应的化学方程 式。四、配位化合物1、概念2、杂化问题3、配合物的立体异构1-5

13、 高氧化态Cr的过氧化物大多不稳定， 容易分解，但Cr(O2)2NH(C2H4NH2)2 却是 稳定的.这种配合物仍保持Cr的过氧化物 的结构特点.画出该化合物的结构简式， 并指出Cr的氧化态.1-6 某些烷基取代的金属羰基化合物可 以在其他碱性配体的作用下发生羰基插 入反应，生成酰基配合物.画出 Mn(CO)5(CH3) 和 PPh3反应的产物的结构 简式，并指出Mn的氧化态.4、晶体场理论第5题 （8分）朗伯-比耳定律可表示为 A=bc，即当入射光波长及光程b一定 时，在一定浓度范围内，有色物质的吸光度 AA=log(I0/I),其中I0和I分别为入射光强度和 透射光强度与该物质的浓度c成

14、正比。这是采 用分光光度法进行定量分析的基础。 在一定的条件下，Fe2+（电子构型3d6）与邻二 氮菲（phen,结构式如后）生成稳定的桔红色 配合物Fe(phen)n2+。实验表明该配合物在 516nm附近产生最大的吸收。固定Fe2+离子浓度 为c0 =810-6molL-1不变而改变配体浓度 c(phen)=kc0，在=516nm的条件下测得的吸光度A随k变化的一组 数据如下表所示 K 0.1 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 A0.005 0.026 0.048 0.096 0.145 0.145 0.1456.0 8.0 10 1000.145 0.145 0.146 0

15、.1475-1 以k为横坐标，以A为纵坐标在所提供 的坐标纸上画出Ak关系曲线，并指出该配 合物中的配体数n是多少？5-2利用c0=810-6 molL-1和k=3的A值，计 算配位平衡常数K稳。 5-3 若已知中心离子的电子自旋配对能 P=30000 cm-1，根据上述提供的信息和实验结 果，可推知中心离子的杂化轨道类型为 _。 5-4 配合物Fe(phen)n2+在一定的条件下可 被氧化成Fe(phen)n3+，颜色由桔红色变为 淡蓝色（因而该化合物可被用作氧化还原指 示剂）。问与Fe2+相比，Fe3+在受到由n个邻 二氮菲所形成的晶体场作用时，其晶体场分 裂能是更大还是更小？请说明理由。第5题（10分）联吡啶（bipy）是一种常用的 配位显色剂，它可以与多种离子作用形成具 有特定