（全国通用版）2019版高考化学一轮复习 第十二章 物质结构与性质 课时梯级作业四十三 12.3 晶体结构与性质.doc

课时梯级作业 四十三晶体结构与性质(45分钟100分)非选择题(本题包括7小题,共100分)1.(16分)(2018信阳模拟)金属钛(22ti)号称航空材料。回答下列问题:(1)钛元素基态原子未成对电子数为_个,能量最高的电子占据的能级符号为_,该能级所在能层具有的原子轨道数为_。(2)ti(oh)2(h2o)42+中的化学键有_。a.键b.键c.离子键d.配位键(3)纳米tio2是一种应用广泛的催化剂,纳米tio2催化的一个实例如图所示。化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为_,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为_。(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将tio2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至1 0001 100 k,进行氯化处理,生成ticl4。写出生成ticl4的化学反应方程式:_。(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为_,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为_。已知晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数为na,则晶胞边长为_cm(用含、na的式子表示)。【解析】(1)钛元素价电子排布式为3d24s2,基态原子价电子排布图为,可见钛元素基态原子未成对电子数为2个,能量最高的电子占据的能级符号为3d,该能级所在能层为m能层,有3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为1、3、5,具有的原子轨道数为9。(2)oh-和h2o中h和o都是以键结合在一起,ti4+提供空轨道,h2o和oh-提供孤电子对,形成配位键,即ti(oh)2(h2o)42+中的化学键只有键和配位键。(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第a族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是con。(4)tio2和足量炭粉混合加热至1 0001 100 k,生成ticl4的化学反应方程式为tio2+2c+2cl2ticl4+2co;(5)观察晶胞n位于立方体的顶点和面心位置,n数=8+6=4;ti位于晶胞内,有4个,化学式可写为tin;由晶胞图可知与ti相连的n有四个,组成正四面体;晶胞质量为4g,晶体的密度为 gcm-3,则晶胞边长为=cm。答案:(1)23d9(2)ad(3)7con(4)tio2+2c+2cl2ticl4+2co(5) tin42.(15分)(2017全国卷)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)元素k的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为_nm(填标号)。a.404.4b. 553.5c.589.2d.670.8 e.766.5(2)基态k原子中,核外电子占据最高能层的符号是_,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为_。k和cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属k的熔点、沸点等都比金属cr低,原因是_。(3)x射线衍射测定等发现,i3asf6中存在离子。离子的几何构型为_,中心原子的杂化形式为_。(4)kio3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中k、i、o分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。k与o间的最短距离为_nm,与k紧邻的o个数为_。(5)在kio3晶胞结构的另一种表示中,i处于各顶角位置,则k处于_位置,o处于_位置。【解析】(1)紫色光波长范围大约在380 nm到440 nm之间,故选a。(2)基态k原子中,最外层电子排布为4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是n,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。k和cr都属于金属晶体,cr的价电子数多,半径小,金属键强,所以k的熔点、沸点等都比金属cr低。(3)根据计算公式,的价层电子对数=(7+21-1)/2=4,结构如下:ii+,中心碘原子形成了两个键,有两对孤电子对,因此杂化方式为sp3,构型为v形。(4)根据晶胞结构,位于顶角的k和位于相邻面心的o之间的距离最短,且刚好等于晶胞面对角线长度的一半,因此最短距离=a/21.4140.446/20.315(nm)。求与k紧邻的o个数,即求顶角周围面心的个数,其实也就是面心立方密堆积的配位数为12。(5)若将体心的位置设定为顶角,原本顶角的位置变成了体心,面心的位置变成了棱心。因此k位于体心位置,o位于棱心位置。答案:(1)a(2)n球形k原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱(3)v形sp3(4)0.31512(5)体心棱心3.(12分)(2018抚顺模拟)地球表面十公里厚的地层中,含钛元素达千分之六,比铜多61倍,金属钛(ti)被誉为21世纪金属,其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(ti3n4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以ticl4为原料,经过一系列反应可以制得ti3n4和纳米tio2(如下图)。图中的m是短周期金属元素,m的部分电离能如下表:i1i2i3i4i5电离能/(kjmol-1)7381 4517 73310 54013 630请回答下列问题:(1)tio2为离子晶体,已知晶体中阳离子的配位数为6,阴离子的配位数为3,则阳离子的电子排布式为_。(2)金属ti与金属m的晶体原子堆积模型相同,其堆积模型为_(填写堆积模型名称),晶体中原子在二维平面里的配位数为_。(3)室温下ticl4为无色液体,沸点为136.4 ,由此可知其晶体类型为_,构成该晶体的粒子的空间构型为_。(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与nacl晶胞相似,如图所示,已知该氮化钛的密度为 gcm-3,则该晶胞中n、ti之间的最近距离为_pm(na为阿伏加德常数的数值,只列算式)。该晶体中与钛原子距离相等且最近的钛原子有_个。 (5)科学家通过x射线探明kcl、mgo、cao、tin的晶体与nacl的晶体结构相似。且知三种离子晶体的晶格能数据如下:离子晶体naclkclcao晶格能/(kjmol-1)7867153 401kcl、cao、tin三种离子晶体硬度由低到高的顺序为_。【解析】(1)ti是阳离子,ti是22号元素,因此ti4+的电子排布式为1s22s22p63s23p6。(2)根据金属m的电离能,在第二电离能到第三电离能发生突变,说明最外层有2个电子,m是短周期金属元素,根据部分电离能,推出是mg,金属ti与mg的晶体原子堆积模型相同,因此堆积模型为六方最密堆积,二维平面里的配位数为6。(3)ticl4为无色液体,且沸点较低,符合分子晶体的特点,因此ticl4属于分子晶体,空间构型为正四面体。(4)根据晶胞的结构,最近n和ti的位置是棱长的一半,设棱长为a pm,晶胞中ti位于棱上和体心,个数为12+1=4,n位于面心和顶点,个数为8+6=4,化学式为tin,晶胞的质量为 g,根据密度的定义求ti和n的最近距离是1010,根据晶胞的结构,距离ti最近的ti上面有四个,同一平面的有4个,下面有4个,共有12个。(5)晶格能越大,硬度越大,晶格能与阴阳离子所带电荷数以及阴阳离子的半径有关,所带电荷数越多,半径越小,晶格能越大,硬度越大,即kclcaotin。答案:(1)1s22s22p63s23p6(2)六方最密堆积6(3)分子晶体正四面体 (4)101012(5)kclcaonc。(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图2所示的堆积方式,则这种堆积模型为体心立方堆积,即在立方体的中心有一个铁原子,与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点,所以铁的配位数为8,每个立方体中含有的铁原子数为8+1=2,如果fe的原子半径为a cm,则立方体的边长为 cm,对应的体积为( cm)3,阿伏加德罗常数的值为na,所以铁单质的密度表达式为 gcm-3答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或ar3d5(2)sp2、sp3(3)nh3分子间存在氢键(4)v形(5)24(6)a、c、eonc(7)86.(18分)(2018安庆模拟)有a、b、c、d、e五种原子序数增大的元素,只有一种为金属。a、b、c均为第二周期紧邻元素,其第一电离能顺序为bca;b与d同主族;e为第4周期副族元素,其价层电子为全满。(1)e元素的名称为_,该元素基态原子的价电子排布式为_。(2)b与d分别与氢形成最简单氢化物沸点高低顺序为_(用化学式表示);原因_。(3)a、b、c三种元素分别与氢形成化合物中的mm(m代表a、b、c)单键的键能如下表:氢化物hxaahxhmbbhmhaccha键能(kjmol-1)346247207上述三种氢化物中,a、b、c元素原子的杂化方式有_种;请解释上表中三种氢化物mm单键的键能依次下降的原因_。(4)d与氯形成的化合物dcl5,加压条件下148 液化,发生完全电离得到一种能够导电的熔体,测定dcl键长为198 pm和206 pm两种,该熔体中含有一种正四面体结构的阳离子,请写出该条件下dcl5电离的电离方程式_ _;该熔体中阴离子的空间构型为_。(5)e与c形成的化合物晶体结构有四种,其中一种与金刚石类似,金刚石晶体结构如图所示,该晶体的化学式为_(用元素符号表示);该晶胞的棱长为a pm 则该晶体的密度为_gcm-3。【解析】e为第4周期副族元素,且价层电子为全满,因此推出e为zn,五种元素只有一种元素是金属,e为锌,则a、b、c、d为非金属,b和d属于同主族,则d为第3周期,a、b、c为第2周期,第一电离能规律从左向右呈增大趋势,但a族大于a族,a族大于a族,三种元素的第一电离能顺序是bca,三种元素原子序数增大,因此推出:a为c,b为n,c为o,d为p,(1)根据上述分析,e为锌,锌元素位于副族,锌原子的价电子包括最外层和次外层d能级,即3d104s2;(2)氢化物分别是nh3、ph3,两种氢化物都属于分子晶体,nh3中存在分子间氢键,ph3无分子间氢键,因此沸点:nh3ph3;(3)根据表格可知,氢化物分别是ch3ch3、h2nnh2、hooh,乙烷中c有4个键,无孤电子对,杂化类型为sp3,肼中n有3个键,1个孤电子对,杂化类型为sp3,h2o2中o有2个键,2个孤电子对,杂化类型为sp3,三者只有一种杂化类型,乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小;(4)阳离子的立体构型为正四面体,说明p有4个键,无孤电子对,阳离子为pc,因此pcl5电离方程式为2pcl5pc+pc,pc中p有6个键,孤电子对数为=0,价层电子对数为=6,空间构型为正八面体;(5)锌原子位于顶点和面心,属于晶胞的个数为8+6=4,氧原子位于晶胞内,共有4个,即此化合物为zno,晶胞的质量为 g,晶胞的体积为(a10-10)3 cm3,根据密度的定义,即密度为。答案:(1)锌3d104s2(2)nh3ph3均为分子晶体,nh3分子间存在氢键(3)1乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小(4)2pcl5pc+pc正八面体(5)zno【加固训练】(2018太原模拟)前四周期原子序数依次增大的元素a、b、c、d中,a和b的价电子层中未成对电子均只有1个,并且a-和b+的电子数相差为8;与b位于同一周期的c和d,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。回答下列问题:(1)d2+的价层电子排布图为_。(2)四种元素中第一电离能最小的是_,电负性最大的是_(填元素符号)。(3)a、b和d三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。该化合物的化学式为_;d的配位数为_;列式计算该晶体的密度_gcm-3。(4)a-、b+和c3+三种离子组成的化合物b3ca6,其中化学键的类型有_;该化合物中存在一个复杂离子,该离子的化学式为_,配位体是_。【解析】(1)本题考查电子排布图的书写,a和b的价电子层中未成对电子均只有1个电子,a和b位于第a族,或第a族元素或a族元素,a-和b+的电子数相差为8,推出a为f,b为k,与b位于同一周期的c和d,它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2,则c为fe,d为ni,d2+为ni2+,其价层电子排布图为;(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是k,电负性最大,说明非金属性最强,即f的电负性最强;(3)考查晶胞、配位键等,根据晶胞的结构,f位于棱上、晶胞内部和面上,因此f的个数为16+4+2=8,k位于棱上和内部,个数为8+2=4,ni位于顶点和内部,个数为8+1=2,因此化学式为k2nif4;由图可知ni的配位数为6;晶胞的质量为1(394+592+198)/na g,晶胞的体积为4004001 30810-30 cm3,因此晶胞的密度为=3.4 gcm-3;(4)组成的化学式为k3fef6,此化合物属于配合物,k+和fe之间是离子键,fe和f之间为配位键;该离子是fef63-,配体为f-。答案:(1) (2)kf(3)k2nif46=3.4(4)离子键、配位键fef63-f-7.(15分)(能力挑战题)我们利用物质的结构与性质对周期表进行研究,有助于我们更好地掌握同类知识。(1)基态砷原子中,价电子占用_个原子轨道;雌黄分子式为as2s3,分子结构如图,则砷原子的杂化方式为_。(2)n2与co互为等电子体,则1 mol co分子中含有的键数目是_个。(3)向cuso4溶液中加入少量氨水生成蓝色沉淀,继续加入过量氨水沉淀溶解,得到深蓝色透明溶液,最后向该溶液中加入一定量乙醇,析出cu(nh3)4so4h2o晶体;该晶体所含的非金属元素中,n、o、s第一电离能由大到小的顺序是_(填元素符号),s的空间构型为_,晶体中含有的化学键有_。加入乙醇后析出cu(nh3)4so4h2o晶体的原因是_。(4)常温下pcl5是一种白色晶体,其立方晶系晶体结构模型如下左图所示,由a、b两种微粒构成。 将其加热至148 熔化,形成一种能导电的熔体。已知a微粒与ccl4具有相同的空间构型和相似的化学键特征,则a为_, b为_。(5)磷化硼(bp)是一种超硬耐磨涂层材料,上右图为其立方晶胞。已知晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为x cm,磷化硼的摩尔质量为b gmol-1,阿伏加德罗常数为na,则磷化硼晶体密度的表达式为_gcm-3。(列出计算式即可)【解析】(1)基态砷原子中,价电子排布式为4s24p3,根据洪特规则,4p轨道的3个电子要分占不同的轨道并且自旋状态相同,所以其价电子共占用4个原子轨道;由雌黄分子结构示意图可知,每个砷原子与3个硫原子形成3个键,由于其价电子数是5个,所以该分子中砷原子有1个孤电子对,根据价层电子对互斥理论,中心原子的价电子对数为4,所以中心原子的杂化方式为sp3杂化。(2)n2与co互为等电子体,氮气分子中有三键,三键中有1个键、2个键,等电子体之间