Question

【化学——选修3：物质结构与性质】

储氢合金是利用金属或合金与氢形成氢化物而把氢储存起来。MgH₂，LaNi₅，MmNiMn（Mm代表混合稀土）等是几类常见的储氢材料。近期，中国科大的最新研究发现，在镍的表面覆盖石墨烯（如图所示），可以大大增加储氢材料释放氢气的速率。已知：石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面结构，具有良好的导电、导热性。回答下列问题：

（1）Mn的价电子排布式为_______________，据此可判断Mn元素在元素周期表中处于_________区。

（2）①石墨烯中碳原子的杂化方式为_______________，据此说明石墨烯具有良好导电性的原因是_____________________。

②Si是与C相邻的同主族元素，据原子结构分析并预测，Si能否形成类似石墨烯的稳定结构？

________________________。

（3）碳与氢能形成乙烷、乙烯、乙炔等多种有机物。巳知，在相同条件下，乙烯，乙炔易与氢气加成， 最终生成乙烷。

①乙烷的二溴代物中____________（填“有”或“无”）手性分子。

②从共价键的形成过程说明乙烯比乙烷活泼的原因：____________________。

③C—C,CC，CC的键能之比最有可能为___________（填序号）。

A．1.00∶2.17：4.90

B．1.00∶1.77∶2.34

C．1.00：2.00∶3.00

（4）Ni晶体中微粒之间的作用力为________。Ni的晶胞棋型与铜、银、金相同，用Ni的微粒半径（r_Ni）列出Ni晶体的空间占有率的表达式：__________________。

Answer

（1）3d54s2；d

（2）①sp2杂化；每个碳原子有一个未参与杂化的p轨道垂直于碳原子平面，所有p轨道相互平行重叠，使p轨道中的电子可以在整个平面内运动②不能；Si的原子半径比C大，形成的σ键较长，p—p轨道重叠较小，不能形成稳定的键

（3）①无②乙烯中形成的π键不如σ键牢固，容易断裂；③B

（4）金属键；

【解析】

试题分析：（1）Mn元素的原子序数为25，Mn的价电子排布式为3d54s2，据此可判断Mn元素在元素周期表中处于d区。

（2）①石墨烯中同层碳原子构成平面结构，所以C的杂化方式为sp2杂化；每个碳原子有一个未参与杂化的p轨道垂直于碳原子平面，所有p轨道相互平行重叠，使p轨道中的电子可以在整个平面内运动，所以石墨烯具有良好导电性。

②Si是与C相邻的同主族元素，但是由于Si的原子半径比C大，形成的σ键较长，p—p轨道重叠较小，不能形成稳定的键，所以Si不能形成类似石墨烯的稳定结构。

（3）碳与氢能形成乙烷、乙烯、乙炔等多种有机物。巳知，在相同条件下，乙烯，乙炔易与氢气加成， 最终生成乙烷。

① 手性碳原子是指同时与4个不同的原子或原子团相连的碳原子，所以乙烷的二溴代物中无手性分子。故答案为：无；

② 由于乙烯中的碳碳双键，其中一条键是π键，不如σ键牢固，容易断裂，所以乙烯比乙烷活泼。故答案为：乙烯中形成的π键不如σ键牢固，容易断裂；

③ 依据②的分析可知，C=C的键能小于C-C的二倍，所以C-C、C=C、C≡C的键能之比最有可能为B。故答案为：B；

（4）Ni为金属晶体，晶体中微粒之间的作用力为金属键。Ni的晶胞棋型与铜、银、金相同，为面心立方最密堆积，即金属原子在三维空间里以密置层采取ABCABC…堆积，空间利用率为可表示为。

考点：考查晶胞的计算；物质的结构与性质的关系；电子排布式

【名师点睛】本题考查了位置、结构与性质关系的综合应用，题目难度中等，涉及核外电子排布、杂化方式、晶体类型与性质、晶胞计算等知识，以及C-C、C=C、C≡C稳定性的判断。明确原子结构与元素周期律、元素周期表的关系为解答关键，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力。有关晶胞的计算是晶体结构与性质考查的重要知识点，也是历次高考的重点内容之一。晶胞是描述晶体结构的基本单元，数量巨大的晶胞“无缝隙并置”构成晶体。晶胞中微粒数目的计算方法通常采用“均摊发”，“均摊法”的原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么每个晶胞对这个原子分得的份额就是；（1）利用“均摊法”计算长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的微粒数：①微粒位于顶角同为8个晶胞所共有，微粒属于该晶胞；②微粒位于棱上同为4个晶胞所共有，微粒属于该晶胞；③微粒位于面上同为2个晶胞所共有，微粒属于该晶胞；④微粒位于晶胞内部，整个微粒属于该晶胞。（2）计算非长方体晶胞中微粒视具体情况而定：①如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角（1个C原子）被3个六边形共有，每个C原子有属于某个六边形；②如金刚石晶胞为正四面体结构，其顶角（1个C原子）被12个六边形共有，每个C原子有属于某个六边形。（3）团簇分子中含有的原子个数即是该分子独有的，注意不能用均摊法计算。