Question

水是地球表面上普遍存在的化合物，我們可以用我們學(xué)習(xí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的有關(guān)知識去認(rèn)識它。
（1）水的組成元素為氫和氧。氧的基態(tài)原子的價電子排布圖為______________，氧的第一電離能在同周期元素中由大到小排第______位。
（2）根據(jù)雜化軌道理論，水分子中的氧原子采取的雜化形式是_______；根據(jù)價層電子對互斥理論，水分子的VSEPR模型名稱為______________；根據(jù)等電子體原理，寫出水合氫離子的一個等電子體(寫結(jié)構(gòu)式)_____________。
（3）水分子可以形成許多水合物。
①水分子可以作配體和銅離子形成水合銅離子[Cu(H2O)4]2+，1mol水合銅離子中含有σ鍵數(shù)目為_________。
②圖1是水合鹽酸晶體H5O2+·Cl-中H5O2+離子的結(jié)構(gòu)。
                               

在該離子中，存在的作用力有______________。
a．配位鍵   b．極性鍵   c．非極性鍵   d．離子鍵  
e．金屬鍵   f．氫鍵   g．范德華力  h．π鍵   i．σ鍵
（4）韓國首爾大學(xué)科學(xué)家將水置于一個足夠強的電場中，在20℃時，水分子瞬間凝固形成了“暖冰”。請從結(jié)構(gòu)上解釋生成暖冰的原因_________________________________。
（5）最新研究發(fā)現(xiàn)，水能凝結(jié)成13種類型的結(jié)晶體，除普通冰以外其余各自的冰都有自己奇特的性質(zhì)：有在-30℃才凝固的超低溫冰，它的堅硬程度可和鋼相媲美，能抵擋炮彈轟擊；有在180℃高溫下依然不變的熱冰；還有的冰密度比水大，號稱重冰。圖2為冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延伸。
                            

①該冰中的每個水分子有_________個氫鍵；
②冰融化后，在液態(tài)水中，水分子之間仍保留有大量氫鍵將水分子聯(lián)系在一起，分子間除了無規(guī)則的分布及冰結(jié)構(gòu)碎片以外，一般認(rèn)為還會有大量呈動態(tài)平衡的、不完整的多面體的連接方式。右圖的五角十二面體是冰熔化形成的理想多面體結(jié)構(gòu)。假設(shè)圖3中的冰熔化后的液態(tài)水全部形成右圖的五角十二面體，且該多面體之間無氫鍵，則該冰熔化過程中氫鍵被破壞的百分比為________。

③如果不考慮晶體和鍵的類型，哪一物質(zhì)的空間連接方式與這種冰連接類似?____________；

④已知O－H…O距離為295pm，列式計算此種冰晶體的密度                g/cm3。(已知2952=8.70×104，2953=2.57×107，=1.41，=1.73)

Answer 1

【知識點】核外電子排布、雜化理論、化學(xué)鍵、晶胞計算

【答案解析】

（1） （1分）        4（1分）

（2）sp3（1分）    四面體形（1分）      等（1分）

（3） ①12NA（1分）         ②a b f i（2分）

（4）水分子是極性分子，在電場作用下定向有規(guī)則的排列，分子間通過氫鍵結(jié)合而成固體（1分）

（5）①2（1分） ②25%（2分）③SiO2（1分）  ④=1.51    （列式1分，結(jié)果1分）

 解析：（1）氧是第8號元素，其基態(tài)原子的價電子排布圖為：；同周期元素，核電荷數(shù)增大，第一電離能增大。但是能量相同的原子軌道在全滿、半滿、全空時體系能量最低，原子較穩(wěn)定，因此價電子排布處于半滿的軌道的元素，其第一電離能比臨近原子的第一電離能大，應(yīng)該是：Ne＞F＞N＞O，故氧的第一電離能在同周期元素中由大到小排第4位；

（2）根據(jù)雜化軌道理論，O的軌道排布式是1s2 2s2 2p4，主量子數(shù)為2的軌道上共有6個電子，兩個氫與兩個單電子成對后（共計8電子），還有兩對電子要占有兩個軌道。一共要有4個軌道，即Sp3雜化；根據(jù)價層電子對互斥理論，VSEPR模型是將共用電子對與孤對電子的概念，與原子軌道的概念相結(jié)合，且電子斥力達(dá)到最小，計算方法：m+n規(guī)則：m為中心原子周圍B原子個數(shù)；n=（中心原子價電子數(shù)－直接相連原子數(shù)×該原子達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需電子數(shù)）÷2；H2O： m+n=2+（6－2×1）÷2=2+2=4；模型名稱為四面體型；根據(jù)等電子體原理，水合氫離子的電子數(shù)是10，一個等電子體有：等；

（3）①1mol水合銅離子中有8mol氫氧鍵和4mol的配位鍵，都是σ鍵，答案為12NA。

②根據(jù)圖1 H5O2+離子的結(jié)構(gòu)知：a．氫離子含有空軌道，氧原子含有孤電子對，所以能形成配位鍵；b．O-H形成極性鍵；c．無非極性鍵；d．無陰離子，所以不存在離子鍵；e．因無金屬所以不存在金屬鍵；f．氫鍵存在于不直接相連的H與電負(fù)性較大的O原子間； g．因無分子，所以不存在范德華力；h．因無雙鍵或三鍵，所以不存在π鍵；i．O-H形成σ鍵。   選a b f i。

（4）足夠強的電場中：水分子是極性分子，在電場作用下定向有規(guī)則的排列，分子間通過氫鍵結(jié)合而成固體。

（5）①該冰中的每個水分子與其他水分子形成4個氫鍵，則屬于每個水分子有2個氫鍵。②圖3中每個水分子與其他水分子形成3個氫鍵，且多面體之間無氫鍵，所以破壞率為25%

③二氧化硅是原子晶體，Si-O通過共價鍵形成四面體結(jié)構(gòu)，四面體之間通過共價鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以立方體中的水分子為研究對象，每個水分子形成4條氫鍵，SiO2空間連接方式與這種冰連接類似，故答案為：SiO2

④體心立方晶胞中水分子個數(shù)=2；設(shè)體心立方中晶胞的棱長為X，O-H…O距離為A，則3A2=（2X）2，體心立方的密度ρ=2m /（NAX3）==1.51

【思路點撥】本題考查較為綜合，涉及分子的立體構(gòu)型、晶胞的計算，氫鍵、分子結(jié)構(gòu)與雜化理論，題目難度中等，注意晶體類型的有關(guān)計算，需要全面掌握基礎(chǔ)知識，并能運用分析解決問題。