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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用教学演示课件ppt
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用教学演示课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了确定分子式，官能团，碳骨架上的位置，课前自主学习，质量分数，相对分子质量，质谱仪，nC+1-，原子核，射频辐射等内容，欢迎下载使用。
学习任务一 有机化合物分子式、结构式的确定任务驱动: 当人们从自然界里得到某一新化合物并将其提纯之后,测定其结构就是最重要的工作了,只有确定了这种化合物分子的结构,才能进一步了解和应用这种化合物,那么,怎样对有机化合物的结构进行测定呢?一、有机化合物分子式的确定1.测定有机化合物结构的流程(1)核心步骤:测定有机化合物结构的核心步骤是___________,检测分子中所含的_______及其在_______________。
(2)流程示意图 2.有机化合物分子式的确定(1)要确定有机化合物的分子式,首先要知道该物质由哪些_____组成,各元素的_________,必要时还要测量其_____________。
(2)元素组成的测定方法①碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法 ②氧元素质量分数的计算
(3)有机化合物相对分子质量的测定用_______测定有机物的相对分子质量。
二、有机物结构式的确定1.确定有机物结构式的流程 2.有机化合物分子不饱和度的计算(1)计算公式分子的不饱和度=____________。
(2)常见官能团的不饱和度3.确定有机化合物的官能团的物理方法(1)质谱法:用电场和磁场将运动的离子(带_____的原子、分子或分子碎片,有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子-分子相互作用产生的离子)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。可以进行相对分子质量测定、化学式的确定及结构鉴定等。
(2)红外光谱法:将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图,利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团,对分子进行结构分析。(3)核磁共振谱法:NMR是研究_______对_________的吸收,它是对各种有机和_______的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时亦可进行定量分析。(4)X射线衍射法:使用X射线探测某些分子或晶体结构的科研方法。
学习任务二 晶胞参数和原子分数坐标任务驱动: 不论是常规的化学实验方法还是质谱、红外光谱等仪器测定的手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构,但如何对所含原子较多的分子的空间结构做精准判断呢?
1.(1)晶胞参数:_____的形状和大小可以用6个参数来表示,此即_____特征参数,简称晶胞参数。(2)晶胞参数是决定晶胞形状、大小的一组参数。包括晶胞的3组_____(即晶体的轴长)a0、b0、c0和3组棱相互间的_____(即晶体的轴角)α、β、γ。晶胞形状、大小与空间格子中的单位与平行六面体相对应。
2.原子分数坐标晶胞中任一个原子的中心位置均可用称之为原子分数坐标的三个分别小于1的数xj,yj,zj来予以规定。如CsCl立方晶胞中,处于原点和体心位置的Cl-和Cs+离子的分数坐标相应表示为Cs(0,0,0), Cl(1/2,1/2,1/2)。
3.晶体的X射线衍射(1)原理:将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上相位得到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象,这种方法可以测定分子的结构。(2)应用:利用数学和物理知识对衍射所得图像进行复杂处理,可以测定晶体的晶胞参数,推算得到晶胞中所有原子的坐标,从而计算出原子间的距离,判断哪些原子间存在化学键以及化学键的类型,确定分子的空间结构。
项目活动1 了解利用晶体测定分子结构的意义 疟疾是危害人类最大的疾病之一,人类对付疟疾的最有力的药物均源于两种植物提取物,一是法国科学家19世纪初从植物金鸡纳树皮上提取出的奎宁,二是我国科学家20世纪70年代从青蒿中提取的青蒿素。 1969年1月,屠呦呦以中医研究院科研组长的身份,参加了“五二三项目”。1973年初开始测定青蒿素的组成与结构。
【问题探究】1.在探究青蒿素分子组成和结构的过程中,科研人员使用了哪些测定方法?通过这些测定方法分别可以得到哪些关于分子组成和结构的信息?
2.测定青蒿素分子结构时,科研人员遇到了什么困难?提示:不论是常规的实验方法还是质谱、红外光谱等仪器的测定手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等的结构特点。3.为什么用一般的测定方法无法准确的测定青蒿素分子的空间结构?提示:因为一般方法只能测定简单分子的官能团以及分子结构,但是对于青蒿素这种复杂的分子的结构,一般方法难以进行精准判断。4.如何测定青蒿素分子的空间结构?提示:晶体的X射线衍射法。
【探究总结】1.青蒿素的组成与结构:(1)分子式:C15H22O5(2)相对分子质量:282.33(3)结构:甲基、过氧基团、带有酯基的六元环
2.晶体X射线衍射法测定分子结构的程序
【迁移应用】1.某气态有机物X含C、H、O三种元素,已知下列条件,现欲确定X的分子式,所需的最少条件是( )①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的体积 ④质谱法确定X的相对分子质量 ⑤X的质量A.①② B.①②④ C.①②⑤ D.③④⑤【解析】选B。由C、H质量分数可推出O的质量分数,由各元素的质量分数可确定X的实验式,由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。
2.现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是( )A.光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素B.质谱分析:利用质荷比来测定分子立体结构C.红外光谱分析:利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型D.X衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构
【解析】选A。光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,选项A正确;质谱分析:利用质荷比来测定有机物相对分子质量,选项B错误;红外光谱分析:利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团,选项C错误;X衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构,选项D错误。
项目活动2 借助原子位置确定分子空间结构 X射线晶体学是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。准确地说,利用晶体对X射线的衍射效应,研究晶体的内部结构,最终确定出不同的或相同的原子在晶胞内的位置 。 根据科学家测定青蒿素分子结构所进行的主要工作的材料,探究借助X射线衍射测定分子结构的基本思路。
【活动探究】1.活动用品泡沫板、泡沫球、细竹签、毛衣针、直尺等。2.活动方案:
【探究总结】1.青蒿素的结构和模型
2.认识物质结构的研究目标和实验技术手段的关联,用晶体X射线技术测定物质结构的基本思路:
【迁移应用】1.南京理工大学团队成功合成了能在室温稳定存在的五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,经X射线衍射测得晶体结构,其局部结构如图所示(其中 的立体结构是平面五元环)。下列说法正确的是( )A.所有N 原子的价电子层均有孤电子对B.氮氮键的键能: >H2N—NH2C.两种阳离子是等电子体D.阴阳离子之间只存在离子键
【解析】选B。 中N原子形成4个σ键,没有孤电子对,故A错误; 中氮氮原子间除形成σ键外,还形成一个大π键,氮氮键的键能: >H2N—NH2,故B正确;H3O+、 原子数不同,不是等电子体,故C错误;由图可知,除阴、阳离子间形成离子键外,氯离子与铵根离子中H原子、H3O+中H原子与 中N原子、 中H原子与 中N原子形成氢键,故D错误。
2.晶体是具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质,是物质存在的一种基本形式。下列相关叙述正确的是( ) A.晶体中只要有阳离子就一定有阴离子B.区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验C.分子晶体中共价键键能越大熔点和沸点越高D.金属晶体发生形变时,内部金属离子与“自由电子”的相互作用消失
【解析】选B。金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,所以晶体中有阳离子不一定存在阴离子,故A错误; 构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来。因此,区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验,故B正确; 分子晶体熔点和沸点与分子间作用力有关,与共价键键能无关,故C错误; 金属晶体发生形变时其内部金属离子与“自由电子”发生滑动,但金属离子和“自由电子”之间的相互作用仍然存在,故D错误。
3.(2020·烟台高二检测) X、Y、Z、W、Q五种前四周期元素,原子序数依次增大。已知X、Y、Z、W均为非金属元素,XW2分子与 为等电子体,元素W的原子序数等于元素Z的原子序数加8,Q的最外层电子数为2,次外层电子数等于Y和W2-最外层电子数之和,根据以上信息回答下列问题:(1)上述五种元素中电负性最大的是________(填元素符号,下同),Y的第一电离能大于Z的第一电离能原因_____。(2)XW2的电子式为________。 的分子构型为________。 (3)Q的价电子排布式为________。
(4)下列关于WZ2结构的说法正确的是__________。 a.WZ2是直线形非极性分子b.WZ2是直线形极性分子c.WZ2中W为sp3杂化d.WZ2中W为sp2杂化(5)d-QW的晶胞是立方体,用X射线衍射法测得该晶体晶胞棱长a=520.0 pm,26 ℃测得该晶体的密度为4.1 g·cm-3,请列式计算一个晶胞中含有的Q、W离子数。(5.23=140.6)
(6)d-QW的晶胞的一个侧面的投影图如图所示,与Q离子距离最近且距离相等的W离子构成的几何图形是_________
【解析】结合元素周期表先确定五种元素为X为C,Y为N,Z为O,W为S,Q为Mn。(1)电负性是得电子能力,故电负性最大的为O,N原子基态原子电子排布式为1s22s22p3,O原子基态原子电子排布式为1s22s22p4,其中N原子的2p轨道上电子为半充满结构相对稳定,故N原子的第一电离能比O大。(2)书写CS2的电子式要注意C与S之间形成二个电子对,另外S原子还有2对电子未参加成键不能忘记写。 与CS2为等电子体,故 为直线形。(3)Q的价电子排布式为3d54s2。
(4)SO2为角形极性分子,是平面结构,故S为sp2杂化,则d选项正确。(5)根据棱长求出晶胞的体积,再结合密度求出一个晶胞的质量,从而推出NA个晶胞的质量除以MnS的摩尔质量87 g·ml-1即可得到Mn2+、S2-的数目各为4个。(6)与Q离子距离相等且最近的共有6个S2-,形成的几何图形为正八面体。
答案:(1)O N原子2p轨道半充满,相对稳定(2) 直线形(3)3d54s2(4)d(5)Z=4.1×6.02×1023×(520×10-10)3/87=4 即晶胞中含有4个Mn2+和4个S2-。(6)正八面体
1.(双选)对下列有关化学问题的认识中,无科学性错误的是( )A.晶体X射线衍射实验可用于测定分子的空间结构,也是区别晶体与非晶体的最科学的方法B.金属键也有方向性,金属晶体中原子均按一定次序排列在一起C.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp2杂化轨道成键D.乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键来解释
【解析】选A、D。A项,区别晶体与非晶体最科学的方法是X射线衍射实验,正确;B项,金属键无方向性,金属原子总是尽可能多吸引其他原子,金属晶体中原子尽可能采取紧密堆积,从而使空间被充分利用,错误;C项,AB3型共价化合物中,若A上没有孤电子对则A采用sp2杂化轨道成键如BF3等,若A上有1对孤电子对则A采用sp3杂化轨道成键如NH3等,错误;D项,乙醇与水互溶的原因是:(1)乙醇和水都是极性分子,(2)乙醇和水分子中都含O—H键,乙醇和水分子间形成氢键,乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键解释,正确。
2.(2020·青岛高二检测)氨和三氟化硼可以形成配位化合物NH3·BF3,下列说法正确的是( )A.NH3与BF3都是极性分子B.NH3与BF3都是平面三角形结构C.可以通过晶体X射线衍射等技术测定BF3的结构D.NH3·BF3中,NH3提供空轨道,BF3提供孤电子对【解析】选C。BF3分子为非极性分子,故A错误;B.BF3分子构型为平面三角形,但NH3为三角锥形,故B错误;可以通过晶体X射线衍射等技术测定BF3的结构,故C正确;NH3·BF3中B原子有空轨道,N原子有孤电子对,所以NH3提供孤电子对,BF3提供空轨道,形成配位键,故D错误。
3.(2020·苏州高二检测)铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝,广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题:(1)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果:晶胞为面心立方密堆积,棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm-3,阿伏加德罗常数为________(列式计算,已知Ar(Cu)=63.6); (2)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物,这两种化合物都可用于催化乙炔聚合,其阴离子均为无限长链结构(如图),a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3,另一种的化学式为____;
【解析】(1)设面心立方晶胞的棱长为a,则晶胞的体积为a3,每个晶胞中有四个原子,则这四个原子的质量为4M/NA(M为该原子的相对原子质量),所以晶体密度为ρ=4M/a3NA。将ρ=9.00 g·cm-3,a=361 pm,M=63.6,带入上式可以计算NA=6.01×1023 ml-1。(2)a位置上Cl原子成2个单键,含有2对孤电子对,杂化轨道数为4,杂化轨道类型为sp3。一种化合物的化学式为KCuCl3,其中铜元素为+2价,故另一种化合物中铜为+1价,阴离子构成与[CuCl3]-一样,但因为Cu为+1价,所以应该为[CuCl3]2-,其化学式为K2CuCl3。答案:(1)NA=6.01×1023 ml-1 (2)sp3 K2CuCl3
4.(2020·枣庄高二检测)下面是一些晶体的结构示意图。 (1)某同学关于晶体作出的下列判断正确的是________。 A.晶体的形成与晶体的自范性有关B.可以用X射线衍射仪区分二氧化硅晶体和无定型二氧化硅C.石蜡是非晶体,但有固定的熔点D.晶胞就是晶体
(2)图甲表示的是晶体的二维平面示意图,a、b中可表示化学式为AX3的化合物的是____________。 (3)图乙表示的是金属铜的晶胞,请完成以下各题:①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_______,铜原子的配位数为________。②该晶胞称为________(填序号)。 A.六方晶胞B.体心立方晶胞C.面心立方晶胞
(4)图丙为钛酸钡晶体的晶胞结构,该晶体经X射线分析得出,重复单位为立方体,顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,棱心位置被O2-所占据。①写出该晶体的化学式:________。 ②若将Ti4+置于晶胞的体心,Ba2+置于晶胞顶点,则O2-处于立方体的____位置。③在该物质的晶体中,每个Ti4+周围与它距离最近且相等的Ti4+有____________个,它们所形成的立方体为________。 ④Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数分别为____________。
【解析】(1)选项A,在一定条件下,物质能形成具有几何形状的晶体,这个形成过程与晶体的自范性有关。选项B,同一条件下,当单一波长的X射线通过晶体和非晶体时,摄取的图谱是不同的,非晶体图谱中看不到分立的斑点或明锐的谱线。选项C,非晶体没有固定的组成,也没有固定的熔点。选项D,晶体是由数量巨大的晶胞“无隙并置”而成的。(2)由图甲可知,a、b中两类原子的个数之比分别为1∶2和1∶3,所表示的化合物的化学式可分别表示为AX2、AX3。
(3)①利用“均摊法”可求得该铜晶胞中拥有的铜原子数=8×1/8+6×1/2=4。在铜晶胞中,与每个Cu原子距离最近且相等的铜原子有12个,因此铜原子的配位数为12。②由图可知,铜晶胞为面心立方晶胞。(4)①在该晶胞中三种元素所形成的离子的个数比为Ba2+∶Ti4+∶O2-=1∶(8× )∶(12× )=1∶1∶3。②将共用一个Ti4+的8个晶胞的体心Ba2+连接起来构成新的立方体晶胞,则O2-正好处在面心位置。
③晶胞顶点位置上的Ti4+与其前、后、左、右、上、下的6个Ti4+距离最近且相等,若将它们连接起来,则形成正八面体。④Ti4+周围与其距离最近且相等的O2-有6个,立方晶胞12条棱上的12个O2-与体心位置上的Ba2+距离最近且相等。答案: (1)AB (2)b (3)①4 12 ②C(4)①BaTiO3 ②面心 ③6 正八面体 ④6、12
5.(2020·南京高一检测)某钙钛型复合氧化物(如图),以A原子为晶胞的顶点,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,当B位是V、Cr、Mn、Fe时,这种化合物的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化(巨磁电阻效应)。 (1)用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式________________。在图中,与A原子配位的氧原子数目为________________。
(2)基态Cr原子的核外电子排布式为________________,其中电子的运动状态有________种。 (3)某些钙钛型复合氧化物能够催化NO直接分解为N2和O2,N和O的基态原子中,未成对的电子数目比为________。 (4)下表是几种碳酸盐的热分解温度和阳离子半径:
请解释碳酸钙热分解温度最低的原因:____________。 (5)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属钙的测定得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,棱长为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,金属钙的密度为__________ g·cm-3(用含a和NA的式子表示)。
【解析】(1)A位于顶点,B位于体心,O位于面心,则晶胞中A的个数为8×1/8=1,B的个数为1,O的个数为6×1/2=3,所以化学式为ABO3。晶胞中与A最近的氧原子位于同一平面内的面心和定点,每个晶胞中有3/2个氧与A距离最近,而A为8个晶胞共有,则与A原子配位的氧原子数目为8×3/2=12。(2)铬元素为24号,原子核外有24个电子,所以核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1;每个电子的运动状态都不同,所以有24种不同的电子。(3)氮原子和氧原子的价电子排布分别为2s22p3,2s22p4,则未成对的电子数目为3∶2。
(4)从表格中得出,这些物质的阴离子是相同的,均为碳酸根,阳离子的半径越大,分解温度越高,碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根中的氧离子,使碳酸根分解为二氧化碳分子的结果。钙离子由于半径小和氧离子结合更为容易,氧化钙晶格能大,所以碳酸钙分解温度低。(5)晶胞中含有钙的数目为4,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,则1 cm3钙晶体中含有的晶胞数目为1/(a×10-10)3,则密度=[40×4/NA]/[ 1/(a×10-10)3]=1.6×1032/(NA·a3)。
答案:(1)ABO3 12(2)1s22s22p63s23p63d54s1 24 (3)3∶2 (4)碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根中的氧离子,使碳酸根分解为二氧化碳分子的结果。钙离子由于半径小和氧离子结合更为容易,氧化钙晶格能大,所以碳酸钙分解温度低。(5)1.6×1032/(NA·a3)
6.(2020·聊城高一检测)在气体分析中,常用CuCl的盐酸溶液吸收并定量测定CO的含量,其化学反应如下:2CuCl+2CO+2H2O ==== Cu2Cl2·2CO·2H2O。回答下列问题:(1)Cu在元素周期表中属于________(选填“s”“p”“d”或“ds”)区元素。研究人员发现在高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,基态Cu3+的电子排布式为________________。
(2)C、N、O三种原子中的第一电离能最大的是________。 离子的空间构型是________。 (3)CO与N2互称等电子体。①它们的分子中都存在三个共价键,其中包含_______个σ键,______个π键。②下表为CO和N2的有关信息。
根据表中数据,说明CO比N2活泼的原因是_____________。 (4)Cu2Cl2·2CO·2H2O是一种配合物,其结构如图所示: ①该配合物中氯原子的杂化方式为____________。 ②该配合物中,CO作配体时配位原子是C而不是O的原因是___________。
(5)阿伏加德罗常数的测定有多种方法,X射线衍射法就是其中的一种,通过对CuCl晶体的X射线衍射图像分析,可以得出CuCl的晶胞如图所示,则距离每个Cu+最近的Cl-的个数为________。若晶体中Cl-呈面心立方密堆积方式排列,Cl-的半径为a pm,晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数NA=_____________(列计算式表达)。
【解析】(1)Cu位于周期表中第4周期第ⅠB族,为ds区元素;Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,变成Cu3+需失去3个电子,从最外层开始失去,所以Cu3+的核外电子排布为[Ar]3d8;(2)同周期主族元素,随着原子序数增大,第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族和第ⅤA族元素反常,则C、N、O三种原子中的第一电离能最大的是N;对于 ,根据价电子对互斥理论价电子对数=3+ ,则其空间构型为平面三角形;
(3)①据N2分子的结构N≡N可知,分子中包含1个σ键、2个π键;②CO中C≡O C==O,放出:1 071 kJ·ml-1-803 kJ·ml-1=268 kJ·ml-1,N2中N≡N N==N,放出:946 kJ·ml-1-418 kJ·ml-1=528 kJ·ml-1,由此可知反应中,CO中第一个π键的键能比N2的小很多,CO的第一个键容易断;(4)①根据图中,氯原子杂化轨道数为4,杂化类型为sp3;②C的电负性小于O,对孤电子对吸引能力弱,给出电子对更容易,所以CO作配体时,配位原子是C而不是O;
(5)图示晶胞中不能观察到完整的Cu+的成键,但根据Cl原子的成键情况可判断Cu+的情况,图中观察到每个Cl原子周围有4个Cu+距离最近,因CuCl中离子个数比为1∶1,故距离每个Cu+最近的Cl-的个数是4个;若晶体中Cl-呈面心立方密堆积方式排列,Cl-的半径为a pm,则晶胞棱长为4a× ×10-10 cm,故晶胞体积为(4a× ×10-10 cm)3,晶胞中Cl原子数目为4,CuCl中离子个数比为1∶1,故Cu原子数目为4,则(4a× ×10-10 cm)3×ρ g·cm-3= g·ml-1,整理得:NA= ml-1
答案:(1)ds [Ar]3d8 (2)N 平面三角形 (3)①1 2 ②CO中断裂第一个π键的键能比N2断裂第一个π键的键能小很多,CO的第一个π键容易断 (4)①sp3 ②电负性:C
(2)如图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物的沸点,其中表示ⅦA族元素氢化物沸点的曲线是____________;表示ⅣA族元素氢化物沸点的曲线是________;同一族中第3、4、5周期元素的氢化物沸点依次升高,其原因是____________;A、B、C曲线中第二周期元素的氢化物的沸点显著高于第三周期元素的氢化物的沸点,其原因是__________________。
【解析】(1)Ti3+的配位数为6,往待测溶液中滴入AgNO3溶液均产生白色沉淀,则有氯离子在配合物的外界,两份沉淀经洗涤干燥后称量,发现原绿色晶体的水溶液与AgNO3溶液反应得到的白色沉淀质量为紫色晶体的水溶液反应得到沉淀质量的 ,可以知道紫色晶体中含3个氯离子,绿色晶体中含2个氯离子,即绿色晶体的化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,氯原子形成的化学键有离子键、配位键;
(2)第二周期中元素形成的氢化物中,水为液态,其他为气体,故水的沸点最高,且相对分子质量越大,沸点越高,故B曲线为ⅦA族元素氢化物沸点;HF分子之间、氨气分子之间均存在氢键,沸点高于同主族相邻元素氢化物,甲烷分子之间不能形成氢键,同主族形成的氢化物中沸点最低,故D曲线表示ⅣA族元素氢化物沸点;同一族中第3、4、5周期元素的氢化物结构与组成相似,分子之间不能形成氢键,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高;水分子之间、氨气分子之间、HF分子之间均形成氢键,沸点较高。
学习任务一 有机化合物分子式、结构式的确定任务驱动: 当人们从自然界里得到某一新化合物并将其提纯之后,测定其结构就是最重要的工作了,只有确定了这种化合物分子的结构,才能进一步了解和应用这种化合物,那么,怎样对有机化合物的结构进行测定呢?一、有机化合物分子式的确定1.测定有机化合物结构的流程(1)核心步骤:测定有机化合物结构的核心步骤是___________,检测分子中所含的_______及其在_______________。
(2)流程示意图 2.有机化合物分子式的确定(1)要确定有机化合物的分子式,首先要知道该物质由哪些_____组成,各元素的_________,必要时还要测量其_____________。
(2)元素组成的测定方法①碳、氢元素质量分数的测定——燃烧分析法 ②氧元素质量分数的计算
(3)有机化合物相对分子质量的测定用_______测定有机物的相对分子质量。
二、有机物结构式的确定1.确定有机物结构式的流程 2.有机化合物分子不饱和度的计算(1)计算公式分子的不饱和度=____________。
(2)常见官能团的不饱和度3.确定有机化合物的官能团的物理方法(1)质谱法:用电场和磁场将运动的离子(带_____的原子、分子或分子碎片,有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子-分子相互作用产生的离子)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。可以进行相对分子质量测定、化学式的确定及结构鉴定等。
(2)红外光谱法:将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图,利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团,对分子进行结构分析。(3)核磁共振谱法:NMR是研究_______对_________的吸收,它是对各种有机和_______的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时亦可进行定量分析。(4)X射线衍射法:使用X射线探测某些分子或晶体结构的科研方法。
学习任务二 晶胞参数和原子分数坐标任务驱动: 不论是常规的化学实验方法还是质谱、红外光谱等仪器测定的手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等结构特点并借此推测分子的结构,但如何对所含原子较多的分子的空间结构做精准判断呢?
1.(1)晶胞参数:_____的形状和大小可以用6个参数来表示,此即_____特征参数,简称晶胞参数。(2)晶胞参数是决定晶胞形状、大小的一组参数。包括晶胞的3组_____(即晶体的轴长)a0、b0、c0和3组棱相互间的_____(即晶体的轴角)α、β、γ。晶胞形状、大小与空间格子中的单位与平行六面体相对应。
2.原子分数坐标晶胞中任一个原子的中心位置均可用称之为原子分数坐标的三个分别小于1的数xj,yj,zj来予以规定。如CsCl立方晶胞中,处于原点和体心位置的Cl-和Cs+离子的分数坐标相应表示为Cs(0,0,0), Cl(1/2,1/2,1/2)。
3.晶体的X射线衍射(1)原理:将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时,X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,散射的X射线在某些方向上相位得到加强,从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象,这种方法可以测定分子的结构。(2)应用:利用数学和物理知识对衍射所得图像进行复杂处理,可以测定晶体的晶胞参数,推算得到晶胞中所有原子的坐标,从而计算出原子间的距离,判断哪些原子间存在化学键以及化学键的类型,确定分子的空间结构。
项目活动1 了解利用晶体测定分子结构的意义 疟疾是危害人类最大的疾病之一,人类对付疟疾的最有力的药物均源于两种植物提取物,一是法国科学家19世纪初从植物金鸡纳树皮上提取出的奎宁,二是我国科学家20世纪70年代从青蒿中提取的青蒿素。 1969年1月,屠呦呦以中医研究院科研组长的身份,参加了“五二三项目”。1973年初开始测定青蒿素的组成与结构。
【问题探究】1.在探究青蒿素分子组成和结构的过程中,科研人员使用了哪些测定方法?通过这些测定方法分别可以得到哪些关于分子组成和结构的信息?
2.测定青蒿素分子结构时,科研人员遇到了什么困难?提示:不论是常规的实验方法还是质谱、红外光谱等仪器的测定手段,都只能帮助我们认识分子的官能团等的结构特点。3.为什么用一般的测定方法无法准确的测定青蒿素分子的空间结构?提示:因为一般方法只能测定简单分子的官能团以及分子结构,但是对于青蒿素这种复杂的分子的结构,一般方法难以进行精准判断。4.如何测定青蒿素分子的空间结构?提示:晶体的X射线衍射法。
【探究总结】1.青蒿素的组成与结构:(1)分子式:C15H22O5(2)相对分子质量:282.33(3)结构:甲基、过氧基团、带有酯基的六元环
2.晶体X射线衍射法测定分子结构的程序
【迁移应用】1.某气态有机物X含C、H、O三种元素,已知下列条件,现欲确定X的分子式,所需的最少条件是( )①X中含碳质量分数 ②X中含氢质量分数 ③X在标准状况下的体积 ④质谱法确定X的相对分子质量 ⑤X的质量A.①② B.①②④ C.①②⑤ D.③④⑤【解析】选B。由C、H质量分数可推出O的质量分数,由各元素的质量分数可确定X的实验式,由相对分子质量和实验式即可确定X的分子式。
2.现代化学中仪器分析是研究物质结构的基本方法和实验手段。下列仪器分析手段的运用科学可行的是( )A.光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素B.质谱分析:利用质荷比来测定分子立体结构C.红外光谱分析:利用分子吸收与化学键振动频率相同的红外线来测定晶体晶型D.X衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定分子结构
【解析】选A。光谱分析:利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素,选项A正确;质谱分析:利用质荷比来测定有机物相对分子质量,选项B错误;红外光谱分析:利用有机化合物分子中不同基团的特征吸收频率不同来初步判断有机化合物中具有哪些基团,选项C错误;X衍射图谱分析:利用X射线透过物质时记录的分立斑点或谱线来测定晶体结构,选项D错误。
项目活动2 借助原子位置确定分子空间结构 X射线晶体学是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。准确地说,利用晶体对X射线的衍射效应,研究晶体的内部结构,最终确定出不同的或相同的原子在晶胞内的位置 。 根据科学家测定青蒿素分子结构所进行的主要工作的材料,探究借助X射线衍射测定分子结构的基本思路。
【活动探究】1.活动用品泡沫板、泡沫球、细竹签、毛衣针、直尺等。2.活动方案:
【探究总结】1.青蒿素的结构和模型
2.认识物质结构的研究目标和实验技术手段的关联,用晶体X射线技术测定物质结构的基本思路:
【迁移应用】1.南京理工大学团队成功合成了能在室温稳定存在的五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,经X射线衍射测得晶体结构,其局部结构如图所示(其中 的立体结构是平面五元环)。下列说法正确的是( )A.所有N 原子的价电子层均有孤电子对B.氮氮键的键能: >H2N—NH2C.两种阳离子是等电子体D.阴阳离子之间只存在离子键
【解析】选B。 中N原子形成4个σ键,没有孤电子对,故A错误; 中氮氮原子间除形成σ键外,还形成一个大π键,氮氮键的键能: >H2N—NH2,故B正确;H3O+、 原子数不同,不是等电子体,故C错误;由图可知,除阴、阳离子间形成离子键外,氯离子与铵根离子中H原子、H3O+中H原子与 中N原子、 中H原子与 中N原子形成氢键,故D错误。
2.晶体是具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质,是物质存在的一种基本形式。下列相关叙述正确的是( ) A.晶体中只要有阳离子就一定有阴离子B.区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验C.分子晶体中共价键键能越大熔点和沸点越高D.金属晶体发生形变时,内部金属离子与“自由电子”的相互作用消失
【解析】选B。金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,所以晶体中有阳离子不一定存在阴离子,故A错误; 构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来。因此,区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验,故B正确; 分子晶体熔点和沸点与分子间作用力有关,与共价键键能无关,故C错误; 金属晶体发生形变时其内部金属离子与“自由电子”发生滑动,但金属离子和“自由电子”之间的相互作用仍然存在,故D错误。
3.(2020·烟台高二检测) X、Y、Z、W、Q五种前四周期元素,原子序数依次增大。已知X、Y、Z、W均为非金属元素,XW2分子与 为等电子体,元素W的原子序数等于元素Z的原子序数加8,Q的最外层电子数为2,次外层电子数等于Y和W2-最外层电子数之和,根据以上信息回答下列问题:(1)上述五种元素中电负性最大的是________(填元素符号,下同),Y的第一电离能大于Z的第一电离能原因_____。(2)XW2的电子式为________。 的分子构型为________。 (3)Q的价电子排布式为________。
(4)下列关于WZ2结构的说法正确的是__________。 a.WZ2是直线形非极性分子b.WZ2是直线形极性分子c.WZ2中W为sp3杂化d.WZ2中W为sp2杂化(5)d-QW的晶胞是立方体,用X射线衍射法测得该晶体晶胞棱长a=520.0 pm,26 ℃测得该晶体的密度为4.1 g·cm-3,请列式计算一个晶胞中含有的Q、W离子数。(5.23=140.6)
(6)d-QW的晶胞的一个侧面的投影图如图所示,与Q离子距离最近且距离相等的W离子构成的几何图形是_________
【解析】结合元素周期表先确定五种元素为X为C,Y为N,Z为O,W为S,Q为Mn。(1)电负性是得电子能力,故电负性最大的为O,N原子基态原子电子排布式为1s22s22p3,O原子基态原子电子排布式为1s22s22p4,其中N原子的2p轨道上电子为半充满结构相对稳定,故N原子的第一电离能比O大。(2)书写CS2的电子式要注意C与S之间形成二个电子对,另外S原子还有2对电子未参加成键不能忘记写。 与CS2为等电子体,故 为直线形。(3)Q的价电子排布式为3d54s2。
(4)SO2为角形极性分子,是平面结构,故S为sp2杂化,则d选项正确。(5)根据棱长求出晶胞的体积,再结合密度求出一个晶胞的质量,从而推出NA个晶胞的质量除以MnS的摩尔质量87 g·ml-1即可得到Mn2+、S2-的数目各为4个。(6)与Q离子距离相等且最近的共有6个S2-,形成的几何图形为正八面体。
答案:(1)O N原子2p轨道半充满,相对稳定(2) 直线形(3)3d54s2(4)d(5)Z=4.1×6.02×1023×(520×10-10)3/87=4 即晶胞中含有4个Mn2+和4个S2-。(6)正八面体
1.(双选)对下列有关化学问题的认识中,无科学性错误的是( )A.晶体X射线衍射实验可用于测定分子的空间结构,也是区别晶体与非晶体的最科学的方法B.金属键也有方向性,金属晶体中原子均按一定次序排列在一起C.凡AB3型的共价化合物,其中心原子A均采用sp2杂化轨道成键D.乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键来解释
【解析】选A、D。A项,区别晶体与非晶体最科学的方法是X射线衍射实验,正确;B项,金属键无方向性,金属原子总是尽可能多吸引其他原子,金属晶体中原子尽可能采取紧密堆积,从而使空间被充分利用,错误;C项,AB3型共价化合物中,若A上没有孤电子对则A采用sp2杂化轨道成键如BF3等,若A上有1对孤电子对则A采用sp3杂化轨道成键如NH3等,错误;D项,乙醇与水互溶的原因是:(1)乙醇和水都是极性分子,(2)乙醇和水分子中都含O—H键,乙醇和水分子间形成氢键,乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键解释,正确。
2.(2020·青岛高二检测)氨和三氟化硼可以形成配位化合物NH3·BF3,下列说法正确的是( )A.NH3与BF3都是极性分子B.NH3与BF3都是平面三角形结构C.可以通过晶体X射线衍射等技术测定BF3的结构D.NH3·BF3中,NH3提供空轨道,BF3提供孤电子对【解析】选C。BF3分子为非极性分子,故A错误;B.BF3分子构型为平面三角形,但NH3为三角锥形,故B错误;可以通过晶体X射线衍射等技术测定BF3的结构,故C正确;NH3·BF3中B原子有空轨道,N原子有孤电子对,所以NH3提供孤电子对,BF3提供空轨道,形成配位键,故D错误。
3.(2020·苏州高二检测)铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝,广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题:(1)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果:晶胞为面心立方密堆积,棱长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm-3,阿伏加德罗常数为________(列式计算,已知Ar(Cu)=63.6); (2)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物,这两种化合物都可用于催化乙炔聚合,其阴离子均为无限长链结构(如图),a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3,另一种的化学式为____;
【解析】(1)设面心立方晶胞的棱长为a,则晶胞的体积为a3,每个晶胞中有四个原子,则这四个原子的质量为4M/NA(M为该原子的相对原子质量),所以晶体密度为ρ=4M/a3NA。将ρ=9.00 g·cm-3,a=361 pm,M=63.6,带入上式可以计算NA=6.01×1023 ml-1。(2)a位置上Cl原子成2个单键,含有2对孤电子对,杂化轨道数为4,杂化轨道类型为sp3。一种化合物的化学式为KCuCl3,其中铜元素为+2价,故另一种化合物中铜为+1价,阴离子构成与[CuCl3]-一样,但因为Cu为+1价,所以应该为[CuCl3]2-,其化学式为K2CuCl3。答案:(1)NA=6.01×1023 ml-1 (2)sp3 K2CuCl3
4.(2020·枣庄高二检测)下面是一些晶体的结构示意图。 (1)某同学关于晶体作出的下列判断正确的是________。 A.晶体的形成与晶体的自范性有关B.可以用X射线衍射仪区分二氧化硅晶体和无定型二氧化硅C.石蜡是非晶体,但有固定的熔点D.晶胞就是晶体
(2)图甲表示的是晶体的二维平面示意图,a、b中可表示化学式为AX3的化合物的是____________。 (3)图乙表示的是金属铜的晶胞,请完成以下各题:①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_______,铜原子的配位数为________。②该晶胞称为________(填序号)。 A.六方晶胞B.体心立方晶胞C.面心立方晶胞
(4)图丙为钛酸钡晶体的晶胞结构,该晶体经X射线分析得出,重复单位为立方体,顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,棱心位置被O2-所占据。①写出该晶体的化学式:________。 ②若将Ti4+置于晶胞的体心,Ba2+置于晶胞顶点,则O2-处于立方体的____位置。③在该物质的晶体中,每个Ti4+周围与它距离最近且相等的Ti4+有____________个,它们所形成的立方体为________。 ④Ti4+的氧配位数和Ba2+的氧配位数分别为____________。
【解析】(1)选项A,在一定条件下,物质能形成具有几何形状的晶体,这个形成过程与晶体的自范性有关。选项B,同一条件下,当单一波长的X射线通过晶体和非晶体时,摄取的图谱是不同的,非晶体图谱中看不到分立的斑点或明锐的谱线。选项C,非晶体没有固定的组成,也没有固定的熔点。选项D,晶体是由数量巨大的晶胞“无隙并置”而成的。(2)由图甲可知,a、b中两类原子的个数之比分别为1∶2和1∶3,所表示的化合物的化学式可分别表示为AX2、AX3。
(3)①利用“均摊法”可求得该铜晶胞中拥有的铜原子数=8×1/8+6×1/2=4。在铜晶胞中,与每个Cu原子距离最近且相等的铜原子有12个,因此铜原子的配位数为12。②由图可知,铜晶胞为面心立方晶胞。(4)①在该晶胞中三种元素所形成的离子的个数比为Ba2+∶Ti4+∶O2-=1∶(8× )∶(12× )=1∶1∶3。②将共用一个Ti4+的8个晶胞的体心Ba2+连接起来构成新的立方体晶胞,则O2-正好处在面心位置。
③晶胞顶点位置上的Ti4+与其前、后、左、右、上、下的6个Ti4+距离最近且相等,若将它们连接起来,则形成正八面体。④Ti4+周围与其距离最近且相等的O2-有6个,立方晶胞12条棱上的12个O2-与体心位置上的Ba2+距离最近且相等。答案: (1)AB (2)b (3)①4 12 ②C(4)①BaTiO3 ②面心 ③6 正八面体 ④6、12
5.(2020·南京高一检测)某钙钛型复合氧化物(如图),以A原子为晶胞的顶点,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,当B位是V、Cr、Mn、Fe时,这种化合物的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化(巨磁电阻效应)。 (1)用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式________________。在图中,与A原子配位的氧原子数目为________________。
(2)基态Cr原子的核外电子排布式为________________,其中电子的运动状态有________种。 (3)某些钙钛型复合氧化物能够催化NO直接分解为N2和O2,N和O的基态原子中,未成对的电子数目比为________。 (4)下表是几种碳酸盐的热分解温度和阳离子半径:
请解释碳酸钙热分解温度最低的原因:____________。 (5)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属钙的测定得到以下结果:晶胞为面心立方最密堆积,棱长为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,金属钙的密度为__________ g·cm-3(用含a和NA的式子表示)。
【解析】(1)A位于顶点,B位于体心,O位于面心,则晶胞中A的个数为8×1/8=1,B的个数为1,O的个数为6×1/2=3,所以化学式为ABO3。晶胞中与A最近的氧原子位于同一平面内的面心和定点,每个晶胞中有3/2个氧与A距离最近,而A为8个晶胞共有,则与A原子配位的氧原子数目为8×3/2=12。(2)铬元素为24号,原子核外有24个电子,所以核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1;每个电子的运动状态都不同,所以有24种不同的电子。(3)氮原子和氧原子的价电子排布分别为2s22p3,2s22p4,则未成对的电子数目为3∶2。
(4)从表格中得出,这些物质的阴离子是相同的,均为碳酸根,阳离子的半径越大,分解温度越高,碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根中的氧离子,使碳酸根分解为二氧化碳分子的结果。钙离子由于半径小和氧离子结合更为容易,氧化钙晶格能大,所以碳酸钙分解温度低。(5)晶胞中含有钙的数目为4,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,则1 cm3钙晶体中含有的晶胞数目为1/(a×10-10)3,则密度=[40×4/NA]/[ 1/(a×10-10)3]=1.6×1032/(NA·a3)。
答案:(1)ABO3 12(2)1s22s22p63s23p63d54s1 24 (3)3∶2 (4)碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根中的氧离子,使碳酸根分解为二氧化碳分子的结果。钙离子由于半径小和氧离子结合更为容易,氧化钙晶格能大,所以碳酸钙分解温度低。(5)1.6×1032/(NA·a3)
6.(2020·聊城高一检测)在气体分析中,常用CuCl的盐酸溶液吸收并定量测定CO的含量,其化学反应如下:2CuCl+2CO+2H2O ==== Cu2Cl2·2CO·2H2O。回答下列问题:(1)Cu在元素周期表中属于________(选填“s”“p”“d”或“ds”)区元素。研究人员发现在高温超导材料镧钡铜氧化物中含有Cu3+,基态Cu3+的电子排布式为________________。
(2)C、N、O三种原子中的第一电离能最大的是________。 离子的空间构型是________。 (3)CO与N2互称等电子体。①它们的分子中都存在三个共价键,其中包含_______个σ键,______个π键。②下表为CO和N2的有关信息。
根据表中数据,说明CO比N2活泼的原因是_____________。 (4)Cu2Cl2·2CO·2H2O是一种配合物,其结构如图所示: ①该配合物中氯原子的杂化方式为____________。 ②该配合物中,CO作配体时配位原子是C而不是O的原因是___________。
(5)阿伏加德罗常数的测定有多种方法,X射线衍射法就是其中的一种,通过对CuCl晶体的X射线衍射图像分析,可以得出CuCl的晶胞如图所示,则距离每个Cu+最近的Cl-的个数为________。若晶体中Cl-呈面心立方密堆积方式排列,Cl-的半径为a pm,晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数NA=_____________(列计算式表达)。
【解析】(1)Cu位于周期表中第4周期第ⅠB族,为ds区元素;Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,变成Cu3+需失去3个电子,从最外层开始失去,所以Cu3+的核外电子排布为[Ar]3d8;(2)同周期主族元素,随着原子序数增大,第一电离能呈增大的趋势,但第ⅡA族和第ⅤA族元素反常,则C、N、O三种原子中的第一电离能最大的是N;对于 ,根据价电子对互斥理论价电子对数=3+ ,则其空间构型为平面三角形;
(3)①据N2分子的结构N≡N可知,分子中包含1个σ键、2个π键;②CO中C≡O C==O,放出:1 071 kJ·ml-1-803 kJ·ml-1=268 kJ·ml-1,N2中N≡N N==N,放出:946 kJ·ml-1-418 kJ·ml-1=528 kJ·ml-1,由此可知反应中,CO中第一个π键的键能比N2的小很多,CO的第一个键容易断;(4)①根据图中,氯原子杂化轨道数为4,杂化类型为sp3;②C的电负性小于O,对孤电子对吸引能力弱,给出电子对更容易,所以CO作配体时,配位原子是C而不是O;
(5)图示晶胞中不能观察到完整的Cu+的成键,但根据Cl原子的成键情况可判断Cu+的情况,图中观察到每个Cl原子周围有4个Cu+距离最近,因CuCl中离子个数比为1∶1,故距离每个Cu+最近的Cl-的个数是4个;若晶体中Cl-呈面心立方密堆积方式排列,Cl-的半径为a pm,则晶胞棱长为4a× ×10-10 cm,故晶胞体积为(4a× ×10-10 cm)3,晶胞中Cl原子数目为4,CuCl中离子个数比为1∶1,故Cu原子数目为4,则(4a× ×10-10 cm)3×ρ g·cm-3= g·ml-1,整理得:NA= ml-1
答案:(1)ds [Ar]3d8 (2)N 平面三角形 (3)①1 2 ②CO中断裂第一个π键的键能比N2断裂第一个π键的键能小很多,CO的第一个π键容易断 (4)①sp3 ②电负性:C
(2)如图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的氢化物的沸点,其中表示ⅦA族元素氢化物沸点的曲线是____________;表示ⅣA族元素氢化物沸点的曲线是________;同一族中第3、4、5周期元素的氢化物沸点依次升高,其原因是____________;A、B、C曲线中第二周期元素的氢化物的沸点显著高于第三周期元素的氢化物的沸点,其原因是__________________。
【解析】(1)Ti3+的配位数为6,往待测溶液中滴入AgNO3溶液均产生白色沉淀,则有氯离子在配合物的外界,两份沉淀经洗涤干燥后称量,发现原绿色晶体的水溶液与AgNO3溶液反应得到的白色沉淀质量为紫色晶体的水溶液反应得到沉淀质量的 ,可以知道紫色晶体中含3个氯离子,绿色晶体中含2个氯离子,即绿色晶体的化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O,氯原子形成的化学键有离子键、配位键;
(2)第二周期中元素形成的氢化物中,水为液态,其他为气体,故水的沸点最高,且相对分子质量越大,沸点越高,故B曲线为ⅦA族元素氢化物沸点;HF分子之间、氨气分子之间均存在氢键,沸点高于同主族相邻元素氢化物,甲烷分子之间不能形成氢键,同主族形成的氢化物中沸点最低,故D曲线表示ⅣA族元素氢化物沸点;同一族中第3、4、5周期元素的氢化物结构与组成相似,分子之间不能形成氢键,相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高;水分子之间、氨气分子之间、HF分子之间均形成氢键,沸点较高。
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