高三化学通用版一轮复习强化训练晶体结构与性质

复习：晶体结构与性质1.Cu2O广泛应用于太阳能电池领域。以CuSO4、NaOH和抗坏血酸为原料,可制备Cu2O。(1)Cu2+基态核外电子排布式为。

(2)SO42-的空间构型为(用文字描述);Cu2+与OH反应能生成[Cu(OH)4]2,[Cu(OH)4]2(3)抗坏血酸的分子结构如图1所示,分子中碳原子的轨道杂化类型为;推测抗坏血酸在水中的溶解性:(填“难溶于水”或“易溶于水”)。

(4)一个Cu2O晶胞(如图2)中,Cu原子的数目为。

1.答案(1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9(2)正四面体O(3)sp3、sp2易溶于水(4)4解析(1)铜为29号元素,Cu2+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。(2)SO42-的中心原子为S,σ键数为4,孤电子对数=12(6+22×4)=0,价层电子对数为4+0=4,依据VSEPR理论知,SO42(3)观察抗坏血酸分子结构简式知,抗坏血酸分子中碳原子的杂化类型为sp3和sp2杂化;1个抗坏血酸分子中含有多个羟基,羟基是亲水基团,故抗坏血酸易溶于水。(4)观察Cu2O晶胞结构图,依据均摊法知,1个晶胞中“”的数目为8×18+1=2,“”的数目为4,结合Cu2O的化学式知,“”为Cu原子,则1个Cu2O晶胞中,Cu原子数目为4。2.研究发现,铝元素能损害人的脑细胞。适当地补充碘元素可预防甲状腺肿大,但摄入过多也会导致甲状腺肿大,因此补充人体所需的元素时也要适可而止。试回答下列问题:(1)Fe也是人体需要补充的元素之一,试写出基态Fe2+的核外电子排布式:。

(2)与Al同一周期的Na、Mg元素也是人体所需元素,Na、Mg、Al基态原子第一电离能的大小关系是。

(3)氯化铝的熔点是194℃,氧化铝的熔点是2054℃,但是工业上不能用电解熔融氯化铝的方法获取铝单质,这是因为。

(4)F与I是同一主族的元素,BeF2与H2O都是由三个原子构成的共价化合物分子,二者分子中的中心原子Be和O的杂化方式分别为、,BeF2分子的立体构型是,H2O分子的立体构型是。

(5)I2晶体的晶胞结构如图所示,该晶胞中含有个I2分子,设该晶胞的晶胞参数为acm,则I2的密度是g·cm3。

2.答案(1)1s22s22p63s23p63d6(2)Na<Al<Mg(3)氯化铝是分子晶体,熔融状态下不存在离子,不能导电(4)spsp3直线形V形(5)41解析(1)Fe为26号元素,基态Fe2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6。(2)同周期主族元素从左到右,基态原子第一电离能有逐渐增大的趋势,根据洪特规则可知第ⅡA、ⅤA族元素原子的第一电离能大于同周期相邻元素原子的第一电离能,故第一电离能:Na<Al<Mg。(3)氯化铝为分子晶体,熔融状态下不导电,故用电解熔融氧化铝的方法制备金属铝。(4)杂化轨道数=孤电子对数+成键电子对数(σ键数)。当杂化轨道数为2时,为sp杂化;当杂化轨道数为3时,为sp2杂化;当杂化轨道数为4时,为sp3杂化。再根据价层电子对互斥理论分析分子的空间构型。(5)根据均摊法计算晶胞的质量为(4×254)NAg,根据晶胞参数可知一个晶胞体积为a3cm3,则晶体密度ρ=mV=3.研究含碳化合物的结构与性质,对生产、科研等具有重要意义。(1)冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚,其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用,并且随着环的大小不同而与不同碱金属离子作用。①Li+与X的空腔大小相近,恰好能进入到X的环内,且Li+与氧原子的一对孤对电子作用形成稳定结构W(如图)。a.基态锂离子核外能量最高的电子所处能层符号为;

b.W中Li+与氧原子的孤对电子之间的作用属于(选填字母标号)。

A.离子键B.共价键C.配位键D.氢键E.以上都不是②冠醚Y能与K+形成稳定结构,但不能与Li+形成稳定结构。理由是。

③烯烃难溶于水,被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶入冠醚Z,氧化效果明显提升。ⅰ.水分子中氧原子的杂化轨道的空间构型是,

H—O键键角(填“>”“<”或“=”)109°28'。

ⅱ.已知:冠醚Z与KMnO4可以发生下图所示的变化。加入冠醚Z后,烯烃的氧化效果明显提升的原因是。

(2)甲烷是重要的清洁能源,其晶胞结构如图所示,晶胞参数为anm。①常温常压下不存在甲烷晶体。从微粒间相互作用的角度解释,其理由是。

②甲烷分子的配位数为。

③A分子中碳原子的坐标参数为(0,0,0),则B分子中碳原子的坐标参数为。

④甲烷晶体的密度为g·cm3。

3.答案(1)①a.Kb.C②Li+半径比Y的空腔小很多,不易与空腔内氧原子的孤对电子作用形成稳定结构③ⅰ.四面体<ⅱ.冠醚可溶于烯烃,进入冠醚中的钾离子因静电作用将高锰酸根离子带入烯烃中,增大反应物的接触面积,提高氧化效果(2)①甲烷是分子晶体,分子间作用力很小,导致其熔、沸点低于常温②12③(0.5a,0.5a,a)④64×解析(2)④晶胞中甲烷分子个数=8×18+6×12=4,晶胞体积V=(a×107cm)3,ρ=mV=MNA×4V=4×16N4.碳元素是形成单质及其化合物种类最多的元素。回答下列问题:(1)碳能与氢、氮、氧三种元素组成化合物CO(NH2)2,该分子中各元素的电负性由大到小的顺序为,

其中C原子的杂化方式为,该物质易溶于水的主要原因是。

(2)CO是碳元素的常见氧化物,与N2互为等电子体,则CO的结构式为;CO可以和很多过渡金属形成配合物,如Ni(CO)4,写出基态Ni原子的电子排布式:。

(3)碳的某种晶体为层状结构,可与熔融金属钾作用。钾原子填充在各层之间,形成间隙化合物,其常见结构的平面投影如图①所示,则其化学式可表示为。

(4)图②为碳的一种同素异形体C60分子,每个C60分子中含有σ键的数目为。

(5)图③为碳的另一种同素异形体金刚石的晶胞结构示意图,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(12,0,12),C为(12,1(6)立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm。立方氮化硼的密度是g·cm3(列出计算式即可,设阿伏加徳罗常数的值为NA)。

4.答案(1)O>N>C>Hsp2CO(NH2)2分子与水分子之间形成氢键(2)1s22s22p63s23p63d84s2(3)KC8(4)90(5)(14,14,(6)4×25解析(1)同周期主族元素随原子序数递增电负性增大,C、N、O在它们的氢化物中均表现负价,说明它们的电负性均大于氢的电负性,故电负性:O>N>C>H;CO(NH2)2分子中碳原子形成3个σ键,没有孤电子对,杂化轨道数目为3,故C原子采取sp2杂化;CO(NH2)2分子与水分子之间形成氢键,使其易溶于水。(2)CO与N2互为等电子体,二者价键结构相同,则CO的结构式为。Ni是28号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(3)可以取三个钾原子形成的小三角形为计算单位,其完全占有的碳原子数是4,占有的钾原子数为16×3=12,故碳原子数和钾原子数之比是4∶12=8∶1,则其化学式可表示为KC8。(4)每个碳原子形成3个σ键,每个σ键为2个碳原子共有,则平均每个碳原子形成1.5个σ键,则一个C60分子中含有σ键个数为1.5×60=90。(5)D原子与周围4个原子形成正四面体结构,D原子与顶点A原子的连线处于晶胞的体对角线上,过面心B、C及上底面面心原子的平面平行侧面且将晶胞2等分,同理过D原子的且平行侧面的平面将半个晶胞2等分,可知D到各坐标平面的距离均为晶胞棱长的14,故D原子的坐标参数为(14,14,14)。(6)金刚石晶胞中C原子处在立方体的8个顶点,6个面心,体内有4个,一个金刚石晶胞中碳原子数目为4+8×18+6×12=8,立方氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其一个晶胞与一个金刚石晶胞含有相同原子总数,由氮化硼的化学式BN可推知,一个氮化硼晶胞中含有4个B原子和4个N原子,晶胞质量为4×25NAg,晶胞的体积为(361.5×1010)3cm3,故立方氮化硼的密度=4×25NA5.BaTiO3、KH2PO4和NaNO2都属于铁电体,它们具有许多特异的性能,如当它们受压力而形状改变时会产生电流,通电时会改变形状等。(1)基态Ti原子的价电子排布式为,属于区元素。

(2)KH2PO4晶体中存在的作用力有(选填字母)。

A.离子键B.共价键C.氢键(3)NO2-中N原子的杂化类型为,键角120°(填“>”“<”或“=”),其原因是。N、O、Na三种元素的第二电离能(I2)由大到小的顺序为(4)BaTiO3的晶胞结构如下图所示:Ti原子的配位数为,晶体的密度为ρg/cm3,最近的Ba原子和O原子之间的距离为(填计算式)nm。(BaTiO3的摩尔质量为233g/mol,设NA为阿伏加德罗常数的值)

5.答案(1)3d24s2d(2)ABC(3)sp2<N原子上有一对孤对电子,孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力Na、O、N(或Na>O>N)(4)622×3233解析(3)NO2-中N原子上孤电子对数为12×(5+12×2)=1,价层电子对数为1+2=3,则N原子采取sp2杂化;由于孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力,故键角小于120°。N、O、Na失去1个电子后得到对应离子的电子排布式分别为1s22s22p2、1s22s22p3、1s22s22p6,Na+最外层为8电子稳定结构,再失去1个电子很困难,O(4)利用均摊法可计算出晶胞的质量,再根据晶体密度可计算一个晶胞的体积,从而计算出晶胞参数,然后根据晶胞参数可得晶胞面对角线长度,最后根据面对角线长度除以2得到最近的Ba原子和O原子之间的距离。6.决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题:(1)已知元素M是组成物质Ca5(PO4)3F的一种元素。元素M的气态原子逐个失去第1个至第5个电子所需能量(即电离能,用符号I1至I5表示)如下表所示:I1I2I3I4I5电离能/kJ·mol1589.81145.44912.464918153元素M化合态常见化合价是价,其基态原子核外电子排布式为。

(2)Ca5(PO4)3F中非金属元素电负性由大到小的顺序为。

(3)PO43-的中心原子的杂化方式为,该离子的空间构型为,键角为(4)CaF2晶胞结构如图所示,则CaF2晶体中与Ca2+最近且等距离的Ca2+数目为;已知Ca2+和F半径分别为acm、bcm,阿伏加德罗常数的值为NA,M为摩尔质量,则晶体密度为g·cm3(不必化简)。

(5)已知MgO与CaO的晶体结构相似,它们摩氏硬度的大小关系为,原因为。

6.答案(1)+21s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2(2)F>O>P(3)sp3正四面体109°28'SO42-(4)124(5)MgO>CaOMg2+半径比Ca2+的小,晶格能较大解析(1)I1、I2相差不大,而I2、I3相差较多,说明M原子最外层有2个电子。在Ca5(PO4)3F中只有Ca元素原子最外层有2个电子,容易失去最外层的2个电子,常见化合价为+2价;根据原子核外电子排布规律可知,Ca基态原子核外电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2。(2)Ca5(PO4)3F中非金属元素有P、O、F三种,元素的非金属性:F>O>P,元素的非金属性越强,其电负性就越大,所以按电负性由大到小的顺序排列为F>O>P。(3)PO43-的中心原子P的价层电子对数是4,故P原子采取sp3杂化;由于孤电子对数为0,故该离子的空间构型为正四面体,键角为109°28',其等电子体有SO42-、CCl4等。(4)根据CaF2晶胞结构可知,与Ca2+距离最近且等距离的Ca2+有12个,晶胞的体对角线为4(a+b)cm,晶胞的边长为4(a+b)3cm,ρ=mV7.砷化镍可用于制作发光器件、半导体激光器、太阳能电池和高速集成电路。(1)基态Ni原子的价电子排布式为,基态As原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为形。

(2)第一电离能:AsSe(填“>”或“<”),原因是。

(3)As2O3(砒霜)是两性氧化物,As2O3溶于盐酸生成AsCl3,AsCl3用LiAlH4还原生成AsH3。①AlH4-的中心原子的杂化方式为,其空间构型为,写出一种与AlH4②AsH3分子中H—As—H键角109°28'(填“>”“=”或“<”)。AsH3沸点低于NH3,其原因是。

(4)有机砷是治疗昏睡病不可缺少的药物,该有机砷中存在的化学键的种类为(填字母编号)。

a.离子键b.σ键c.π键d.碳碳双键(5)砷化镍激光在医学上用于治疗皮肤及黏膜创面的感染、溃疡等,砷化镍晶胞结构如图所示,该晶胞密度ρ为g·cm3(列式即可,不必化简)。

7.答案(1)3d84s2哑铃(纺锤)(2)>As元素原子的4p轨道上的电子呈半满状态,比较稳定(3)①sp3正四面体形SiH4(或CH4等)②<NH3分子间能形成氢键,AsH3分子间只有范德华力(4)abc(5)26832a解析(1)Ni的原子序数为28,基态Ni原子的价电子为3d能级上的8个电子、4s能级上的2个电子,其价电子排布式为3d84s2;基态As原子核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3,该基态原子中占据最高能级的电子为4p电子,其电子云轮廓为哑铃形。(2)As元素原子的4p轨道上的电子呈半满状态,比较稳定。(3)①AlH4-的中心原子Al的价层电子对个数=4+12×(3+14×1)=4,不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论,Al原子的杂化方式为sp3,空间构型为正四面体形,与AlH4-互为等电子体的分子中含有5个原子,价电子数是8,其等电子体有SiH4或CH4等;②AsH3分子中As原子价层电子对个数=3+12×(53×1)=4,含有1个孤电子对,该分子构型为三角锥形,孤电子对与成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,该分子中含有孤电子对,导致其键角减小,小于109°28';分子间能形成氢键的氢化物的熔、沸点较高,NH3分子间能形成氢键,AsH3分子间只有范德华力,所以NH3沸点较高。(4)有机砷共价键中存在σ键,苯环中存在大π键,钠离子和阴离子之间存在离子键,所以含有离子键、σ键、π键,故选abc。(5)该晶胞中Ni原子个数=4×112+4×16+2×13+2×16=2,As原子个数为2,Ni和As原子个数之比为2∶2=1∶1,晶胞体积=(b×1010cm)2×sin60°×a×1010cm=32ab2×108.(1)碳的一种单质C60可以与钾形成低温超导化合物,晶体结构如图所示。K原子位于立方体的棱上和立方体的内部,此化合物的化学式为;其晶胞参数为1.4nm,晶体密度为g·cm3(保留两位有效数字)。

(2)铝单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405nm,晶胞中铝原子的配位数为。列式表示铝单质的密度:g·cm3(不必计算出结果)。

(3)某离子晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点,Y()位于立方体中心。设该晶体的摩尔质量为Mg/mol,晶体的密度为ρg/cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中两个距离最近的X之间的距离为cm。

(4)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:晶胞为面心立方最密堆积,边长为361pm。又知铜的密度为9.00g·cm3,则铜晶胞的体积是cm3,晶胞的质量是g,阿伏加德罗常数为[列式计算,已知Ar(Cu)=63.6]。

(5)B、E两种元素形成的某种化合物的晶胞结构如图(白色球代表B原子)。已知B、E的原子半径分别为apm、bpm。在该晶胞中,B原子的配位数为。该晶胞的空间利用率φ为。

8.答案(1)K3C602.0(2)124×27(3)2×3(4)4.70×10234.23×1022NA=63.6g(5)6π(解析(1)根据晶胞的结构,C60位于顶点和面心,个数为8×18+6×12=4,K位于棱上和内部,个数为12×14+9=12,因此化学式为K3C60,晶胞的质量为4×837NAg,晶胞的体积为(1.4×107)3cm(2)面心立方晶胞中,铝原子的配位数为12;晶胞中Al原子数为8×18+6×12=4,铝单质的密度ρ=mV=4NA(3)由题意知,该晶胞中含有12个XY2或Y2X,设晶胞的边长为acm,则有ρa3NA=12M,a=3M2ρ(5)设晶胞边长为L,L=2(a+b)pm。该晶胞的空间利用率φ=43πa9.下列是几种常见的晶胞结构,填写晶胞中含有的粒子数。A.NaCl(含个Na+,个Cl)

B.干冰(含个CO2)

C.CaF2(含个Ca2+,个F)

D.金刚石(含个C)

E.体心立方(含个原子)

F.面心立方(含个原子)

9.答案A.44B.4C.48D.8E.2F.410.(1)Zn与S形成的化合物晶体的晶胞如图a所示。(a)①在1个晶胞中,Zn2+的数目为。

②该化合物的化学式为。

(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,图b为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为,该功能陶瓷的化学式为。

(b)10.答案(1)①4②ZnS(2)2BN解析(1)由题图可知1个晶胞中含有Zn2+的数目为8×18+6×12=4,S2数目为4,所以化合物中Zn2+与S2数目之比为1∶1,则化学式为ZnS。(2)根据题给晶胞,可以判断大球代表B原子,则晶胞中B原子个数为8×18+1=2,N原子个数为4×11.判断下列物质的晶胞结构,将对应序号