【題庫】清北學(xué)堂2011暑期試題及答案 09《結(jié)構(gòu)化學(xué)》（李宗和教授）

清北學(xué)堂2011暑期試題 09《結(jié)構(gòu)化學(xué)》 （李宗和教授） (一) A,B,C,D為第四周期的四種元素，原子序數(shù)依次增大， 價(jià)電子數(shù)依次為1，2，2，7，A和B次外層電子數(shù)均為8，C和D次外層電子數(shù)均為18。 1．請指出四種元素的名稱，符號(hào)，原子序數(shù)。 2．根據(jù)原子結(jié)構(gòu)判斷， 哪些是金屬元素? 3．D 與A的簡單離子是什么？ 4．那一元素的氫氧化物堿性最強(qiáng)？ 5． B與D兩原子間形成何種化合物？寫出化學(xué)式。 （二）氫，氮，氧是日常生活中三中重要元素，了解它和它的一些化合物是有益的，請回答下列一些簡單問題。 　　?。ǎ保懗鰵涞跞氐脑胤?hào)，并指出其原子結(jié)構(gòu)。 　（２）氫氮氧在常溫下以氣體形式存在，請寫出他們的分子式，并指明原子間的化學(xué)鍵。 ?。ǎ常錃馀c氧氣反應(yīng)生成水，請畫出水分子的結(jié)構(gòu)示意圖。 ?。?）氫分子與氮分子在７７３Ｋ，３０ＭＰａ和鐵催化劑下反應(yīng)生成氨，請畫出氨分子的結(jié)構(gòu)示意圖。 (5) 氨易溶于水，呈堿性，隨溫度升高溶解度降低。請用結(jié)構(gòu)圖表示出一些物質(zhì)的氮?dú)溲蹰g鍵的變化?！　　? (6)氨在用氣燃燒可能生成HNO中間體。請指出氫氮氧在HNO分子中的化合價(jià)及氧化值。 (三) 有MnS,FeS,CdI2三種晶體,請回答下列問題。 （1）各屬什么類型晶體 (2) 金屬離子的配位數(shù) （3）金屬原子價(jià)電子 (4) 各晶體自旋平行(未配對)電子數(shù)Ns 未配對電子數(shù)(Ns) =2價(jià)軌道數(shù)（O）-價(jià)電子數(shù)(i)-成鍵獲得電子數(shù)(V) 即： Nx=2O-i-V (5) 根據(jù)下式計(jì)算各晶體的磁矩，并與實(shí)驗(yàn)值比較（MnS,FeS,CdI2的磁矩分別為5.61B,5.24B,0）,說明為什麼？ =[Ns(Ns+2)]1/2B (B,玻爾磁子) (四)　NiO晶體為NaCL型結(jié)構(gòu)，將它在氧氣中加熱，部分Ni將氧化為Ni3+,成為NixO(x<1)。今有一批NixO,測得密度（D）為6.47g.cm-3,用波長=154pm的x射線測得立方晶胞衍射指標(biāo)為111的衍射角=18.710。（Ni的原子量為58.70） (a) 計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)a (b) 計(jì)算x值，并標(biāo)明Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式 (c) Ni晶體中，O2-的堆積方式怎樣？Ni在堆積中占據(jù)那種空隙？占有率多少？ (d) NixO晶體中Ni—Ni最短距離。 (e) 計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)a (f) 計(jì)算x值，并標(biāo)明Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式 (g) Ni晶體中，O2-的堆積方式怎樣？Ni在堆積中占據(jù)那種空隙？占有率多少？ (h) NixO晶體中Ni—Ni最短距離。 （五）Ｂ５Ｈ９＋Ｆｅ（ＣＯ）５?。拢矗龋福疲澹ǎ茫希? （1） 請畫出Ｂ４Ｈ８Ｆｅ（ＣＯ）３的結(jié)構(gòu)圖. (2) 請指出Ｂ４Ｈ８Ｆｅ（ＣＯ）３的價(jià)電子數(shù)（Ｎ） （3）Ｂ４Ｈ８Ｆｅ（ＣＯ）３鍵的類型，各有幾個(gè)？ 　　 （4）請舉出一個(gè)與Ｂ４Ｈ８Ｆｅ（ＣＯ）３有相同結(jié)構(gòu)可能的分子 （六）1985年Kroto和Smaller領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)了以C60為代表的碳的另一個(gè)家族，極大地豐富了碳化學(xué)。認(rèn)識(shí)C60有利于制備新性質(zhì)的化合物，請問： （1）C60這個(gè)封閉多面體由多少個(gè)五元環(huán)和六圓環(huán)的面組成，共有多少條邊？ （２） C60每一個(gè)碳參加形成2個(gè)六圓環(huán)和一個(gè)五圓環(huán)形成3個(gè)鍵與大的離域型鍵。假定間的夾角為1160，求離域型鍵所含單個(gè)碳的sp的成分及與間的夾角。 （３） 由于生成條件的不同C60可堆積成不同的晶體結(jié)構(gòu)，其中有立方最密堆積。晶胞參數(shù)為a=1420pm, (a) 計(jì)算其晶體密度 (b) 計(jì)算C60球體半徑 （４） k3C60所形成的立方面心晶體具有超導(dǎo)性，問k+占據(jù)什么多面體空隙，占據(jù)空襲的百分?jǐn)?shù)為多少。 （七）絡(luò)合物[Ni(CN)5]3-,對其晶體進(jìn)行磁矩測量，它據(jù)有反 磁性。請問 （1）絡(luò)合物[Ni(CN)5]3-,可能有那幾種對稱構(gòu)型？ (2) 金屬離子 d電子如何分布？ （３） 自旋態(tài)與對稱有無關(guān)系？為什么？ （4）Ni2+與CN—形成何種鍵，并用圖示之。 （八）:水是人們生活中必不可少的物質(zhì)，00C以下結(jié)成冰，并為六方晶體，晶胞參數(shù)a=452pm,c=737pm,晶胞內(nèi)有四個(gè)水，氧原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為：0 0 0；0 0 0.375；2/3 1/3 1/3；2/3 1/3 0.875,請回答下列問題： （1）根據(jù)價(jià)電子對互斥理論推測水的構(gòu)型 （2）用價(jià)鍵理論說明水的成鍵情況 （3）已知水的兩個(gè)O-H鍵的夾角為104.50,請推測O-H鍵與孤對電子及孤對電子間的夾角。 （４） 計(jì)算冰的密度 (5) 計(jì)算氫鍵O-H-O鍵長* 注意：R12=,這里是六方晶系。 (6) 利用以上相關(guān)結(jié)果，請用示意圖畫出冰的簡單結(jié)構(gòu)。 （7）冰的點(diǎn)陣形勢及結(jié)構(gòu)基元。 參考答案 (一) 1 .(鉀，K,19； 鈣，Ca，20；鋅，Zn,30；溴，Br，35 ) 2. (金屬元素：鉀，K,19； 鈣，Ca，20；鋅，Zn,30；) 3. (Br- ；K+) 4. ( K ) 5. ( CaBr2 ) （二）（１）（氫Ｈ１Ｓ１，氮Ｎ１Ｓ２２Ｓ２２Ｐ３，氧１Ｓ２２Ｓ２２Ｐ４） 　（２）（氫氣Ｈ２（）氮?dú)猓危玻ǎ┭鯕猓希玻ǎ? （３）(略) （4） (略) (5) H3N…H—OH H3N—H …OH H3N…H—OH H3N+H2O (6) 原子 H N O 化合價(jià) 1 3 2 氧化值 +1 +1 -2 (三) （1）（ZnS；NiAs；CdI2） (2) （4，6，6） （3）（3d54s2； 3d64s2；4d105s2） (4)（18-7-6=5; 18-8-6=4; 18-12-6=0 ） (5) (計(jì)算值分別為5.92; 計(jì)4.90; 計(jì)0。計(jì)算中未考慮軌道磁矩。) (四)　NiO晶體為NaCL型結(jié)構(gòu)，將它在氧氣中加熱，部分Ni將氧化為Ni3+,成為NixO(x<1)。今有一批NixO,測得密度（D）為6.47g.cm-3,用波長=154pm的x射線測得立方晶胞衍射指標(biāo)為111的衍射角=18.710。（Ni的原子量為58.70） （9分） (a) 計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)a 2d111sin= ;d111=154/2sin18.710=240.025pm (1分) . a=d111(h2+k2+L2)-1/2=415.7pn （1分） (b) 計(jì)算x值，并標(biāo)明Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式 MNixO=DN0V/4=69,995, MNix=MNixO-Mo=53.995, x=MNix/MNi=0.92 （1分） 設(shè)NiO為k,Ni2O3為L,建立方程組有 kMNiO+LMNi2O3=MNixO k+L=0.92 （1分） 求解得：k=0.76, L=0.16 （1分） Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式：Ni2+0.76Ni3+0.16O （1分） (c) Ni晶體中，O2-的堆積方式怎樣？Ni在堆積中占據(jù)那種空隙？占有率多少？ （A1; 八面體空隙; 92/100 ） （2分） (d) NixO晶體中Ni—Ni最短距離。 DNi—Ni={[(1/2-1/2)a]2+[(1/2-0)a]2+[(1/2-0)a]2}1/2 =21/2a/2=293.7pm （1分） (e) 計(jì)算NixO的立方晶胞參數(shù)a 2d111sin= ;d111=154/2sin18.710=240.025pm (1分) . a=d111(h2+k2+L2)-1/2=415.7pn （1分） (f) 計(jì)算x值，并標(biāo)明Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式 MNixO=DN0V/4=69,995, MNix=MNixO-Mo=53.995, x=MNix/MNi=0.92 （1分） 設(shè)NiO為k,Ni2O3為L,建立方程組有 kMNiO+LMNi2O3=MNixO k+L=0.92 （1分） 求解得：k=0.76, L=0.16 （1分） Ni的氧化數(shù)的化學(xué)式：Ni2+0.76Ni3+0.16O （1分） (g) Ni晶體中，O2-的堆積方式怎樣？Ni在堆積中占據(jù)那種空隙？占有率多少？ （A1; 八面體空隙; 92/100 ） （2分） (h) NixO晶體中Ni—Ni最短距離。 DNi—Ni={[(1/2-1/2)a]2+[(1/2-0)a]2+[(1/2-0)a]2}1/2 =21/2a/2=293.7pm （1分） （五）（1） (略) (2) Ｎ＝１6＋８＋4＋６＝３４ (3)　雙電子Ｂ－Ｈ鍵４個(gè)，三中心雙電子Ｂ－Ｈ－Ｂ鍵４個(gè)，３個(gè)ＣＯ與Ｆｅ配位形成配位鍵，Ｂ４Ｈ８中的4個(gè)B用4電子與Ｆｅ形成多中心鍵） （4）Ｂ４Ｈ８Ｏｓ（ＣＯ）３；Ｂ４Ｈ８Ｃｒ（ＣＯ）４?。? Ｂ４Ｈ８Ｍｏ（ＣＯ）４等，只要是滿足分子骨架頂點(diǎn)數(shù)５不變，且價(jià)電子數(shù)不變或相差１０的分子都可以。 （六）（1）(12個(gè)五元環(huán)面，20個(gè)六圓環(huán)面，90條邊）（３分） (2) 設(shè)鍵所含s的成分為 COS1160= - /(1-) =0.305 （1分） 設(shè)鍵所含s的成分為 =1-3= 0.085 　　　　　　?。?分） 含p成分1-=3=0.915 （1分） 設(shè)鍵與鍵的夾角為A COSA=-[/((1-)(1-))]1/2 A=101.170　　　　　　　　　　?。ǎ狈郑? (6)（a）D=nMC60/(N0a3)=1.67gcm-3 (b) r=[a2/4+a2/4]1/2/2=21/2a/4=502pm　　　 （7） (立方面心 球數(shù)：八面體空隙：四面體空隙 1 1 2 k+占滿八面體空隙和四面體空隙球數(shù)：占據(jù)空隙數(shù)為100/100) （七）（1） ( C4v ,D3h) (2) ( C4v: dxy2 dxz2,dyz2,dz22; D3h:dxz2,dyz2,dxy2,dx2-y22) （3） (無關(guān)，CN-強(qiáng)場配體) （4）（反饋鍵） （八）（1）（略） （2）（O的SP雜化軌道與H的1S相結(jié)合生成鍵） （3）（109.10，115.40） （4）（0.917gcm-3） (5) （276.4pm） (6) （略） （7）（hp, 4H2O）