物质的聚集状态与物质的性质 经典习题

物质的聚集状态与物质的性质经典习题

1．尿素是含氮量极高的氮肥，在适当条件下NH3与CO2作用可转化为尿素：2NH3＋CO2―→CO(NH2)2＋H2O。

(1)写出基态氮原子的价电子轨道表示式______________，上述元素中，电负性最大的是________，C、N、O属于同一周期，其中________两种元素第一电离能之差最大。

(2)上述反应中，碳原子的杂化轨道类型变化为________________，NH3、CO2、H2O三种分子中共价键的键角由大到小的顺序为________________，CO2分子中存在极性键但它是非极性分子的原因是________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)已知尿素的熔点为132.7 ℃，则其晶体类型为________，研究表明，尿素晶体存在分子间氢键，请表示出尿素晶体中的两类氢键________________________。

(4)碳元素能形成多种同素异形体，其中金刚石的晶胞结构如图所示。则一个晶胞的质量是________，该晶胞的空间利用率为________(用含π的式子表示)。

答案(1)氧(或O)氮与碳(或N与C)(2)由sp1杂化转化为sp2杂化CO2>NH3>H2O

CO2分子是直线形分子，其正负电荷中心重合(或偶极矩为0或化学键极性的向量和为0)(3)分子晶体

N—H…N、N—H…O(4)96

N A g

3 16π

解析(1)非金属性越强，电负性越大，故电负性最大的元素是氧元素，C、N、O三种元素的第一电离能大小顺序为N>O>C，故氮、碳元素的第一电离能之差最大。(2)CO2中碳原子为sp1杂化，尿素中碳为sp2杂化。NH3、CO2、H2O三种分子中，CO2属于直线形分子，键角为180°，另外两种分子的中心原子均为sp3杂化，但水分子中有2个孤电子对，故键角小于NH3中的键角。CO2分子是直线形分子，其正负电荷中心重合，故为非极性分子。(3)由尿素的熔点知其是分子晶体。尿素分子中的两个氮原子、一个氧原子上均有孤电子对且尿素分子中有4个氢原子，所以氢键类型为N—H…N、N—H…O。(4)每个晶胞中，8个顶点、6个

面上各有一个原子，晶胞内有4个原子，故一个金刚石晶胞中共有8个原子，物质的量为

8 N A

mol，质量为96

N A g。设晶胞参数为a，则晶胞面对角线长为2a，又设碳原子半径为r，则晶

胞体对角线长度为8r，a2＋(2a)2＝(8r)2，r＝

3

8a,8个碳原子的总体积为8×

4

3

πr3，晶胞的体

积为a3，由此求出空间利用率为

3

16

π。

2．(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________。SiC晶体和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________。

(2)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为________(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________(填“＜”“＝”或“＞”)SiO2。

(4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、MgO、CO2、Mg六种晶体的构成微粒分别是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

熔化时克服的微粒间的作用力分别是_______________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案(1)sp3共价键SiC＞Si

(2)Mg Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大

(3)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键原子

分子＜

(4)原子、原子、原子、阴阳离子、分子、金属阳离子与自由电子共价键、共价键、共价键、离子键、分子间作用力、金属键

解析(1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以C原子杂化方式是sp3。因为Si—C 的键长小于Si—Si，所以熔、沸点碳化硅＞晶体硅。

(2)SiC电子总数是20个，则该氧化物为MgO；晶格能与所构成离子所带电荷成正比，与离