Question

水是地球表面上普遍存在的化合物，我们可以用我们学习的物质结构与性质的有关知识去认识它。
（1）水的组成元素为氢和氧。氧的基态原子的价电子排布图为______________，氧的第一电离能在同周期元素中由大到小排第______位。
（2）根据杂化轨道理论，水分子中的氧原子采取的杂化形式是_______；根据价层电子对互斥理论，水分子的VSEPR模型名称为______________；根据等电子体原理，写出水合氢离子的一个等电子体(写结构式)_____________。
（3）水分子可以形成许多水合物。
①水分子可以作配体和铜离子形成水合铜离子[Cu(H2O)4]2+，1mol水合铜离子中含有σ键数目为_________。
②图1是水合盐酸晶体H5O2+·Cl-中H5O2+离子的结构。
                               

在该离子中，存在的作用力有______________。
a．配位键   b．极性键   c．非极性键   d．离子键  
e．金属键   f．氢键   g．范德华力  h．π键   i．σ键
（4）韩国首尔大学科学家将水置于一个足够强的电场中，在20℃时，水分子瞬间凝固形成了“暖冰”。请从结构上解释生成暖冰的原因_________________________________。
（5）最新研究发现，水能凝结成13种类型的结晶体，除普通冰以外其余各自的冰都有自己奇特的性质：有在-30℃才凝固的超低温冰，它的坚硬程度可和钢相媲美，能抵挡炮弹轰击；有在180℃高温下依然不变的热冰；还有的冰密度比水大，号称重冰。图2为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸。
                            

①该冰中的每个水分子有_________个氢键；
②冰融化后，在液态水中，水分子之间仍保留有大量氢键将水分子联系在一起，分子间除了无规则的分布及冰结构碎片以外，一般认为还会有大量呈动态平衡的、不完整的多面体的连接方式。右图的五角十二面体是冰熔化形成的理想多面体结构。假设图3中的冰熔化后的液态水全部形成右图的五角十二面体，且该多面体之间无氢键，则该冰熔化过程中氢键被破坏的百分比为________。

③如果不考虑晶体和键的类型，哪一物质的空间连接方式与这种冰连接类似?____________；

④已知O－H…O距离为295pm，列式计算此种冰晶体的密度                g/cm3。(已知2952=8.70×104，2953=2.57×107，=1.41，=1.73)

Answer 1

【知识点】核外电子排布、杂化理论、化学键、晶胞计算

【答案解析】

（1） （1分）        4（1分）

（2）sp3（1分）    四面体形（1分）      等（1分）

（3） ①12NA（1分）         ②a b f i（2分）

（4）水分子是极性分子，在电场作用下定向有规则的排列，分子间通过氢键结合而成固体（1分）

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

 解析：（1）氧是第8号元素，其基态原子的价电子排布图为：；同周期元素，核电荷数增大，第一电离能增大。但是能量相同的原子轨道在全满、半满、全空时体系能量最低，原子较稳定，因此价电子排布处于半满的轨道的元素，其第一电离能比临近原子的第一电离能大，应该是：Ne＞F＞N＞O，故氧的第一电离能在同周期元素中由大到小排第4位；

（2）根据杂化轨道理论，O的轨道排布式是1s2 2s2 2p4，主量子数为2的轨道上共有6个电子，两个氢与两个单电子成对后（共计8电子），还有两对电子要占有两个轨道。一共要有4个轨道，即Sp3杂化；根据价层电子对互斥理论，VSEPR模型是将共用电子对与孤对电子的概念，与原子轨道的概念相结合，且电子斥力达到最小，计算方法：m+n规则：m为中心原子周围B原子个数；n=（中心原子价电子数－直接相连原子数×该原子达稳定结构所需电子数）÷2；H2O： m+n=2+（6－2×1）÷2=2+2=4；模型名称为四面体型；根据等电子体原理，水合氢离子的电子数是10，一个等电子体有：等；

（3）①1mol水合铜离子中有8mol氢氧键和4mol的配位键，都是σ键，答案为12NA。

②根据图1 H5O2+离子的结构知：a．氢离子含有空轨道，氧原子含有孤电子对，所以能形成配位键；b．O-H形成极性键；c．无非极性键；d．无阴离子，所以不存在离子键；e．因无金属所以不存在金属键；f．氢键存在于不直接相连的H与电负性较大的O原子间； g．因无分子，所以不存在范德华力；h．因无双键或三键，所以不存在π键；i．O-H形成σ键。   选a b f i。

（4）足够强的电场中：水分子是极性分子，在电场作用下定向有规则的排列，分子间通过氢键结合而成固体。

（5）①该冰中的每个水分子与其他水分子形成4个氢键，则属于每个水分子有2个氢键。②图3中每个水分子与其他水分子形成3个氢键，且多面体之间无氢键，所以破坏率为25%

③二氧化硅是原子晶体，Si-O通过共价键形成四面体结构，四面体之间通过共价键形成空间网状结构，以立方体中的水分子为研究对象，每个水分子形成4条氢键，SiO2空间连接方式与这种冰连接类似，故答案为：SiO2

④体心立方晶胞中水分子个数=2；设体心立方中晶胞的棱长为X，O-H…O距离为A，则3A2=（2X）2，体心立方的密度ρ=2m /（NAX3）==1.51

【思路点拨】本题考查较为综合，涉及分子的立体构型、晶胞的计算，氢键、分子结构与杂化理论，题目难度中等，注意晶体类型的有关计算，需要全面掌握基础知识，并能运用分析解决问题。