物质结构化学简答题

    利用物质结构相关理论解释问题：

（1）原子结构和元素性质：原子结构：核电荷数、电子层数、最外层电子数、微粒半径、化合价等；

（2）化学键和分子构型：注意看清楚重键总键能或键能变化值；分子构型注意中心原子的价层电子对

（3）晶体理论：注意是物理变化还是化学变化：物理变化只涉及部分或全部断键，化学变化还有成键

题组：

1.试从分子的立体结构和原子的电负性，中心原子上的孤电子对等角度解释为什么与水分子结构十分相似的OF₂分子的极性很小？

答1.  两者都为V型分子，中心原子都是氧原子，都有两对孤电子对，但从电负性上看，氧与氢的电负性差大于氧与氟的电负性差； F-O键中共用电子对偏向F，氧原子上两对孤电子对电子云密度减小，使得分子极性降低；而H₂O分子H-O键中共用电子对偏向O，氧原子上两对孤电子对电子云密度增大，使得分子极性增强。

 

2.怎样理解水的密度在4摄氏度时最大？水的这一特殊性对生命的存在有什么重要意义？

答2.  冰晶体中存在氢键，氢键有方向性与饱和性，使得晶体中水分子形成非密堆积，空间利用率不高，有相当大的空隙。当冰刚融化为水，冰的结构部分解体，氢键数目减少，分子间空隙减小，密度增大;当超过4摄氏度，热运动加剧，分子间距加大，密度又渐渐减小。因此，水的密度在4摄氏度时最大。 若冰的密度比液态水的密度大，地球上所有水都会在冬天结冰，会把所有水生生物冻死。

 

3.为什么碳酸钙分解温度(900摄氏度)远低于碳酸钡分解温度 (1360摄氏度) ？

答3.  碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳分子的结果。钙离子和氧离子之间离子键强于钡离子和氧离子之间的离子键，产物中氧化钙晶格能大于氧化钡的格能，氧化钙相对更稳定，所以碳酸钙更易分解，分解温度更低。

 

4. ₃₁Ga的第一电离能明显低于₃₀Zn的原因？

答4.  Zn的4s能级为全充满结构，4p能级为全空结构，较稳定。稳定结构的原子，第一电离能大。       ₃₁Ga易失去一个电子，能形成Zn相对稳定结构，故第一电离能小。

回答方法：不稳定变稳定是容易的--------第一电离能小，

稳定变不稳定是困难的—----第一电离能大

 

5.解释NH₃易溶于水的原因？

答5.  ①NH₃和H₂O之间存在氢键   

②NH₃和H₂O均是极性分子，符合相似相溶原理

③NH₃和H₂O之间发生反应

 

6.向盛有硫酸铜水溶液的试管中加氨水，首先形成蓝色沉淀，继续加入氨水沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液，向该溶液中加乙醇，析出深蓝色晶体。蓝色沉淀先溶解，后析出的原因是？(用相关的离子方程式和简单的文字说明加以解释)。

答6.  蓝色沉淀与氨水发生如下反应:Cu(OH)₂＋4NH₃·H₂O==[Cu(NH₃)₄]^2＋＋4H₂O＋2OH_－，生成的[Cu(NH₃)₄]SO₄在极性较小的乙醇中溶解度较小而析出

 

7.从结构的角度解释无机含氧酸的酸性 HClO＜HClO₂＜HClO₃＜HClO₄？

答7.  无机含氧酸可写成(HO)_mRO_n，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子对向R偏移，因而在水分子的作用下，越易电离出H^＋，酸性越强

 

8.碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是什么？                                                                

②SiH₄的稳定性小于CH₄，更易生成氧化物，原因是                                   

答8.   ①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。

②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。

 

9. H₂SeO₃的K₁和K₂分别为2.7×10^－3和2.5×10^－8，H₂SeO₄第一步几乎完全电离，K₂为1.2×10^－2，

请根据结构与性质的关系解释：

①                 H₂SeO₃和H₂SeO₄溶液中第一步电离程度均大于第二步电离的原因：

② H₂SeO₄比H₂SeO₃酸性强的原因：

答9  ①第一步电离生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子，且第一步电离出的H⁺对第

二步电离有抑制作用

②H₂SeO₃和H₂SeO₄可表示为(HO)₂SeO和(HO)₂SeO₂。H₂SeO₃中的Se为＋4价，而H₂SeO₄中的Se为＋6价，正电性更高，导致Se—O—H中O的电子更向Se偏移，更易电离出H^＋

 

10. NaF和NaCl属于同一主族的钠盐，但NaF的莫氏硬度比NaCl大，原因是什么？

答10相同类型的离子晶体，晶格能与离子半径成反比，离子晶体的晶格能越大，其莫氏硬度越大，氟离子半径小于氯离子半径，所以氟化钠晶格能大于氯化钠，则NaF的莫氏硬度比NaCl大

 

11.举例说明元素周期表的对角线规则并用这些元素的电负性解释对角线规则。

答11. 锂和镁在过量的氧气中燃烧，不形成过氧化物，只生成正常氧化物；铍和铝的氢氧化物都是两性氢氧化物；硼和硅的含氧酸酸性的强度很接近，都是弱酸。教科书上几对处于对角的元素在性质上相似，可以粗略认为它们的电负性相近的缘故。

 

12. 已知N—N、N≡N、N≡N键能之比为1.00:2.17:4.90，而C—C、C=C、C≡C键能之比为1.00:1.77:2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？

答12. 键能数据表明，N≡N键能大于N—N键能的三倍，N=N键能大于N—N键能的两倍；而C≡C键能却小于C—C键能的三倍，C=C键能小于C—C键能的两倍。说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，容易被试剂进攻，故易发生加成反应；而氮分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。

 http://s13/mw690/001onuhagy70LC7OPgg9c&690

    16.什么是电子气理论？它怎样定性地解释金属晶体的延展性、导电性和导热性？

答16. 电子气理论认为金属键是金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起形成了金属键。金属晶体里的自由电子在外加电场作用下作定向移动，形成电流，因此金属具有导电性；当金属某部分受热时，该区域的电子运动加剧，通过碰撞，电子将能量传递给金属原子或离子，这样能量从温度高的区域传递到温度低的区域，因此金属具有导热性；当金属受到外力时，晶体中的原子层就会发生相对滑动，并不会改变原来的排列方式，金属键并没有被破坏，所以虽然发生了外形变化，但不会断裂，具有延展性。

 

17.结合事实判断CO和N₂相对更活泼的是______________，试用下表中的键能数据解释其相对

更活泼的原因：___________________________________________________________________。

 

答17.  CO ；断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJ·mol^－1)比断开N₂分子的第一个化学键所需要的能量(523.3 kJ·mol^－1)小

 

18. 请从电负性和价层电子对互斥理论等说明为什么NF₃的键角(102度)比NH₃键角(107.3度)小。

答18. 中心原子都是N原子、且都为sp³杂化，均为AB₃型分子，结构相似，但因为F原子的电负性大于H原子，使成键电子离N原子更远，两个N-F键间的斥力减小、可以靠的更近，故键角更小

 

19. 键长短的共价键其键能一定大吗？

答19. 不一定。一般情况下键长短的键能大，但F₂分子中， F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F₂的稳定性差，很容易与其他物质反应。

 

20. 已知H₂O、NH₃、CH₄三种分子中，键角由大到小的顺序是CH₄>NH₃>H₂O，请分析可能的原因是                                                                                 

                     

答20.  CH₄分子中的C原子没有孤电子对，NH₃分子中N原子上有1对孤电子对，H₂O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小

 

21. H₂S的键角大于H₂Se的原因可能为                 。

答21.  由于S的电负性强于Se，形成的共用电子对斥力大，键角大。

 

22. 在测定H原子与F原子形成的化合物的相对分子质量时，实验测得的值一般高于理论值的主要原因是______________________________________________________________________。

答22.  氟化氢气体中存在因氢键而相互缔合形成的缔合分子 (HF)_n

23. 某些不同族元素的性质也有一定的相似性，如表中元素Al与元素Be，原因是_____________。

答23.  Be与Al在元素周期表中位于对角线的位置

 

24. 由碳原子跟硅原子以1∶1相互交替结合而形成的晶体，其晶型与金刚石相同。两者相比熔点

更高的是　　　　(填化学式)，试从结构角度加以解释：　                              

答24.  SiC　，因SiC晶体与晶体Si都是原子晶体,由于C的原子半径小,SiC中C—Si键键长比晶体Si中Si—Si键键长短,键能大,因而熔、沸点高

 

25. 已知A、B、C、D、E、F为元素周期表中原子序数依次增大的前20号元素。A与B，C、D

与E分别位于同一周期。A原子L层上有2对成对电子，B、C、D的核外电子排布相同的简

单离子可形成一种C₃DB₆型离子晶体X，CE、FA为电子数相同的离子晶体。

(1)写出A元素的基态原子价电子排布式__________；F离子电子排布式为__________。

(2)写出X的化学式__________________________，化学名称为_________________。

(3)写出X涉及金属冶炼中的一个化学方程式_______________________________。

(4)试解释工业冶炼D不以DE₃而是以D₂A₃为原料的原因：

________________________________________________________________________。

(5)CE、FA的晶格能分别为786 kJ·mol^－1、3 401 kJ·mol^－1，试分析导致两者晶格能差异的主要原因是________________________________________________________________________

(6)F与B可形成离子化合物，其晶胞结构如下左图所示：F与B形成离子化合物的化学式为

________；该离子化合物晶体的密度为a g·cm^－3，则晶胞的体积是________________

(只要求列出算式)。

http://s12/mw690/001onuhagy70LC8ehIv1b&690

26. 氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料。

（1）已知金刚石中C—C键的键长为154.45 pm，C₆₀中C—C键的键长为145 pm和140 pm，有同学据此认为C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由

____________________________                              ______。

（2）科学家把C₆₀和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如上右图所示，该物质在

低温时是一种超导体。该物质中K原子和C₆₀分子的个数比为______________________。

（3）继C₆₀后，科学家又合成Si₆₀、N₆₀，C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是________   __。Si₆₀分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则1个Si₆₀分子中π键的数目为_________；1mol C_60­中σ键数目为            。

答26.（1）不正确，C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键

（2）3∶1　    

（3）N＞C＞Si　 30   90N_A