新教材2024版高中化学第三章晶体结构与性质章末共享专题学生用书新人教版选择性必修2

第三章章末共享专题微专题一常见晶体中的化学键与性质比较推断晶体中存在的作用力类型(1)分子晶体分子间(2)共价晶体极性键(3)金属晶体—金属键—阳离子和自由电子之间(4)离子晶体离子间特殊提示①稀有气体中不存在化学键。②石墨为混合晶体，存在非极性键(层内)、金属键、范德华力(层间)。③化学反应中，同时发生化学键的断裂和形成。[微训练一]1．“类推”是常用的学习方法，但有时会产生错误结论。下列类推的结论正确的是()A．第ⅣA族元素氢化物沸点依次是GeH4>SiH4>CH4，则第ⅤA族元素氢化物沸点依次也是AsH3>PH3>NH3B．常见的氢化物是分子晶体，则全部氢化物都是分子晶体C．晶体中有阴离子，必有阳离子；则晶体中有阳离子，也必有阴离子D．其次周期元素氢化物稳定性依次是HF>H2O>NH3，则第三周期元素氢化物稳定性依次也是HCl>H2S>PH32．下列各组物质的熔点均与所含化学键的键能有关的是()A．CaO与CO2 B．NaCl与HClC．SiC与SiO2 D．Cl2与I23．共价键、离子键和范德华力是粒子之间的三种作用力。下列晶体①Na2O2②SiO2③石墨④金刚石⑤NaCl⑥白磷，中含有以上其中两种作用力的是()A．①②③ B．①③⑥C．②④⑥ D．①②③⑥4．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是()A．金属键是金属离子与“电子气”之间的猛烈作用，金属键无方向性和饱和性B．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大D．氢键不是化学键而是一种较弱的作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间5．(1)单质铜和镍是________键形成的晶体。(2)NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应干脆得到：4NH3＋3F2eq\o(=,\s\up7(Cu))NF3＋3NH4F，则上述化学方程式中的前4种物质所属的晶体类型有________(填序号)。a．混合晶体 b．分子晶体c．共价晶体 d．金属晶体(3)Si、Mg、Cl2晶体的熔点由高到低的依次是________。(4)石墨晶体的结构如下图所示。①石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式为________，石墨属于________晶体。②石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。其缘由是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。(5)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其缘由是__________________________________________________________________________________________。(6)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，缘由是____________________________________________________________________________________________________________________________________。微专题二常见的晶胞模型及晶体计算1．常见的晶体结构模型晶体晶体结构示意图晶体中微粒分布详解氯化钠晶体①Na＋和Cl－交替占据立方体的顶点而向空间延长；②在每个Na＋四周最近的等距离的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－四周最近的等距离的Na＋亦有6个，这6个离子构成1个正八面体；③在每个Na＋四周最近的等距离的Na＋有12个(同层4个、上层4个、下层4个)，在每个Cl－四周最近的等距离的Cl－亦有12个氯化铯晶体①每8个Cs＋、8个Cl－各自构成立方体，在每个立方体的中心有1个异种离子(Cs＋或Cl－)；②在每个Cs＋(Cl－)四周最近的等距离的Cl－(Cs＋)有8个；③在每个Cs＋四周最近的等距离的Cs＋有6个(上、下、左、右、前、后)，在每个Cl－四周最近的等距离的Cl－亦有6个二氧化碳晶体①每8个CO2构成立方体且在6个面的中心又各占据1个CO2；②在每个CO2四周最近的等距离(为22a，a为立方体棱长)的CO2金刚石晶体①每个C与另4个C以共价键结合，前者位于正四面体中心，后四者位于正四面体顶点；②晶体中全部C—C键键长相等、键角相等(均为109°28′)；③晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；④晶体中每个C参加了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子数与C—C键数之比为1∶2石墨晶体①层内存在共价键、金属键，层间以范德华力结合，兼具有共价晶体、金属晶体、分子晶体的特征；②在层内，每个C与3个C形成C—C键，构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；③在晶体中，每个C参加了3条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，每个正六边形平均只占6×132.晶胞结构的相关计算晶胞结构的分析与计算一般涉及晶体的化学式、晶胞中所包含的原子或离子的数目、晶胞的边长、两个粒子之间的距离、晶胞的体积、晶体的密度、阿伏加德罗常数、配位数等量之间的计算。晶胞结构的分析与计算类题目的解题思路一般如下：(1)截取一个晶胞或晶胞中的一部分(如NaCl晶胞中的一个小立方体)。(2)用均摊法确定晶胞(或截取的部分)中所含的原子或离子数目(设为N)，进而可确定晶体的化学式。(3)计算晶胞中所含微粒或微粒组合(如CaF2)的物质的量：n＝NN(4)计算晶胞的质量：m＝nM＝NNA(5)计算晶胞的体积：对于立方体晶胞，若晶胞边长为acm，则V(晶胞)＝a3cm3[对于长方体，若底面边长分别为acm、bcm，高为ccm，则V(晶胞)＝abccm3]。(6)计算晶胞的密度：ρ＝mV晶胞＝NMN(7)依据晶胞中微粒的空间位置关系、微粒的半径以及晶胞的边长，利用几何学问则可计算两个微粒之间的距离。(8)依据晶胞中所含有的原子的总体积和晶胞的体积计算晶胞中原子的空间利用率(一般用于金属晶体)，原子的总体积V(原子)＝N×43πr3(其中[微训练二]1．[2024·全国甲卷](1)2008年北京奥运会的“水立方”，在2024年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其漂亮的透光气囊材料由乙烯(CH2=CH2)与四氟乙烯(CF2=CF2)的共聚物(ETFE)制成。回答下列问题：(1)基态F原子的价电子排布图(轨道表示式)为________。(2)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能Ⅰ变更趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变更图是________(填标号)，推断的依据是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；第三电离能的变更图是________(填标号)。(3)固态氟化氢中存在(HF)n形式，画出(HF)3的链状结构________。(4)CF2=CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度说明缘由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是________；若该立方晶胞参数为apm，正负离子的核间距最小为________pm。2．[2024·全国乙卷]卤素单质及其化合物在科研和工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)氟原子激发态的电子排布式有________，其中能量较高的是________。(填标号)a．1s22s22p43s1 b．1s22s22p43d2c．1s22s12p5 d．1s22s22p33p2(2)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个______杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl________键，并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键(∏_②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C—Cl键长的依次是__________________________，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C—Cl键越强；(ⅱ)___________________________________________________________________。(3)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为________。说明X的熔点比Y高的缘由___________________________________________________________________________________________________________________。(4)α-AgI晶体中I－离子作体心立方积累(如图所示)，Ag＋主要分布在由I－构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag＋不须要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α-AgI晶体在电池中可作为________。已知阿伏加德罗常数为NA，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm＝________m3·mol－1(列出算式)。3．[2024·湖南卷]铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素，且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题：(1)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药，其结构式如下：①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar]________；②该新药分子中有________种不同化学环境的C原子；③比较键角大小：气态SeO3分子________SeO3________________________________________________________________________。(2)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示：①富马酸分子中σ键与π键的数目比为________；②富马酸亚铁中各元素的电负性由大到小的依次为________。(3)科学家近期合成了一种固氮酶模型协作物，该物质可以在和顺条件下干脆活化H2，将N3－转化NH2①产物中N原子的杂化轨道类型为________；②与NH2(4)钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：①该超导材料的最简化学式为________________；②Fe原子的配位数为________；③该晶胞参数a＝b＝0.4nm、c＝1.4nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为______________g·cm－3(列出计算式)。第三章章末共享专题微训练一1．解析：NH3分子间存在氢键，使其沸点反常的高，A错误；某些金属元素的氢化物是离子晶体，如氢化钠，B错误；金属晶体中有金属阳离子，但没有阴离子，C错误；元素的非金属性越强，其简洁氢化物的稳定性越强，同周期元素从左到右，元素的非金属性渐渐增加，则对应的简洁氢化物的稳定性渐渐增加，D正确。答案：D2．解析：CaO为离子晶体，熔化断裂离子键，而CO2在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故A错误；NaCl为离子晶体，熔化断裂离子键，而HCl在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故B错误；SiC与SiO2都是共价晶体，熔化断裂的是共价键，与化学键有关，故C正确；Cl2与I2在固体时是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，与化学键无关，故D错误。答案：C3．解析：①Na2O2含有共价键、离子键；②SiO2含有共价键；③石墨含有共价键和范德华力；④金刚石含有共价键；⑤NaCl含有离子键；⑥白磷中含有共价键和范德华力；含有以上其中两种作用力的是①③⑥，故选B。答案：B4．解析：金属键是化学键的一种，主要在金属中存在，由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成，由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，故A正确；共价键是原子之间猛烈的相互作用，共价键有方向性和饱和性，故B正确；范德华力是分子间作用力，相对分子质量越大，分子间作用力越大，极性越大，分子间作用力越强，故C正确；氢键是一种分子间作用力，比范德华力强，但是比化学键要弱，氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇、液氨等)，又可以存在于分子内(如)，故D错误。答案：D5．解析：(1)金属晶体中只有金属键。(2)NH3、F2、NF3所属的晶体均为分子晶体，Cu单质属于金属晶体。(3)Si为共价晶体，Mg为金属晶体，Cl2为分子晶体。(4)①石墨烯为单层石墨，每个碳原子形成3个六元环，均为sp2杂化。②石墨层内的碳碳间存在σ共价键，还存在p-pπ键。(5)由于二者均为盐，所以可能为离子晶体或者分子晶体，依据二者熔点可知GaF3熔点很高，应当为离子晶体；而GaCl3的熔点很低，为分子晶体。(6)K的原子半径比Cr的原子半径大，K、Cr原子的价层电子排布式分别为4s1、3d54s1，K的价电子数比Cr的价电子数少，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，熔、沸点越低。答案：(1)金属(2)b、d(3)Si、Mg、Cl2(4)①sp2混合②σσπ(或p-pπ)(5)GaF3为离子晶体而GaCl3为分子晶体(6)K的原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱微训练二1．解析：(1)基态F原子的价电子排布式为2s22p5，故其价电子排布图(轨道表示式)为(2)C、N、O、F均位于其次周期，原子半径渐渐减小，原子核对最外层电子的吸引实力增加，第一电离能渐渐增大，但N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充溢稳定结构，第一电离能比O原子大，故选a；C原子失去2个电子后达到2s2全满稳定结构，再失去1个电子较难，故第三电离能比N原子大，故选b。(3)固态氟化氢分子间存在氢键，故(HF)3的链状结构为H—F…H—F…H—F。(4)CF2=CF2分子中C原子形成碳碳双键，故C原子为sp2杂化；ETFE是乙烯与四氟乙烯的共聚物，可表示为，故在ETFE分子中碳原子为sp3杂化；由于F的电负性比H大，C—F键的键能比C—H键的大，故聚四氟乙烯比聚乙烯稳定。(5)X离子位于顶点和面心，依据均摊法知，X离子数目为8×18＋6×12＝4，Y离子位于体内，故Y离子数目为8，结合CaF2的化学式知，X代表的离子是Ca2＋；依据晶胞结构图知，Ca2＋与F－的最小核间距为正方体体对角线长度的14，即正负离子的核间距最小为34答案：(1)(2)a同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，N原子的价电子排布式为2s22p3，2p轨道是半充溢稳定结构，第一电离能比O原子大b(3)H—F…H—F…H—F(4)sp2sp3F的电负性比H大，C—F键的键能比C—H键的大(5)Ca2＋342．解析：(1)基态氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，有9个电子，解除b、c项；a项，相当于F原子的一个电子从2p能级跃迁到3s能级，属于激发态氟原子，正确；d项，相当于F原子的两个电子从2p能级跃迁到3p能级，属于激发态氟原子，正确；在两个激发态氟原子中，由于3p能级的能量高于3s能级，且d中发生跃迁的电子数目多于a，故d的能量较高。(2)①C2H3Cl分子中存在碳碳双键，C原子为sp2杂化，杂化轨道只能形成σ键，故在C2H3Cl分子中，C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Clσ键。②C2H5Cl分子中只存在σ键，C原子为sp3杂化；C2H3Cl分子中存在一个43的大π键，C原子为sp2杂化；C2HCl分子中存在两个43的大π键[1个是Cl(3pz)－C(2pz)，1个是Cl(3py)－C(2py)]，C原子为sp杂化。杂化轨道中s成分越多(sp3、sp2、sp杂化轨道中s成分依次增多)，形成的C—Cl键越强；Cl参加形成的大π键越多，形成的C—Cl键越短，故C—Cl键长依次为C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl。(3)由CsICl2受热发生非氧化还原反应知，CsICl2受热分解生成CsCl和ICl，故无色晶体X为CsCl，红棕色液体Y为ICl；由于CsCl是离子晶体，熔化时须要克服Cs＋和Cl－之间的离子键，而ICl是分子晶体，熔化时只须要克服范德华力，离子键比范德华力强得多，故CsCl的熔点高于ICl。(4)在α-AgI晶体中，Ag＋可以发生迁移，故α-AgI晶体在电池中可以作为固体离子导体。由于α-AgI晶体中I－作体心立方积累，由“均摊法”知，1个晶胞中含有I－数目为