《备考指南化学》课件-第10章第3节

第十章第三节[A组·基础练习]1．下表所列有关晶体的说法中，有错误的是()选项ABCD晶体名称碘化钾干冰石墨碘组成晶体微粒名称阴、阳离子分子原子分子晶体内存在的作用力离子键范德华力共价键范德华力【答案】C2．冠醚能与阳离子，尤其是与碱金属离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12－冠－4与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用；18－冠－6与钾离子作用(如图)，还可与重氮盐作用，但不与锂离子或钠离子作用。下列说法错误的是()A．18－冠－6中C和O的杂化轨道类型相同B．18－冠－6与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，这反映了超分子的“分子识别”的特征C．18－冠－6与钾离子作用反映了超分子的自组装的特征D．冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关【答案】C【解析】18－冠－6中C和O都是sp3杂化，A正确；与钾离子作用，不与锂离子或钠离子作用，反映了超分子的“分子识别”的特征并没有反映其自组装特征，B正确，C错误；由于冠醚是皇冠状分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子，把无机物带入有机物中，它可以作为相转移催化剂也是基于这个原理，D正确。3．据报道，带结晶水的晶体在5K下呈现超导性，该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构。下列用粗线画出的CoO2层状结构晶胞示意图(小球表示Co原子、大球表示O原子)不正确的是(),A),B),C),D)【答案】D【解析】在此平面结构中，截取的每一个小正方形的顶点上的原子都被四个小正方形共用，在边上的原子都为两个小正方形共用。A中n(Co)∶n(O)＝1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2，B中n(Co)∶n(O)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋4×\f(1,4)))∶4＝1∶2，C中n(Co)∶n(O)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,4)))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2，D中n(Co)∶n(O)＝1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,4)))＝1∶1。4．锰单质及其化合物应用十分广泛。回答下列问题：(1)Mn位于元素周期表中第四周期________族，基态Mn原子核外未成对电子有________个。(2)MnCl2可与NH3反应生成[Mn(NH3)6]Cl2，新生成的化学键为______键。NH3分子的空间构型为____________，其中N原子的杂化轨道类型为___________________________。(3)金属锰有多种晶型，其中δ－Mn的结构为体心立方堆积，晶胞参数为apm。δ－Mn中锰的原子半径为____________pm。已知阿伏加德罗常数的值为NA，δ－Mn的理论密度ρ＝__________________g·cm－3。(列出计算式)(4)已知锰的某种氧化物的晶胞如下图所示，其中锰离子的化合价为________，其配位数为________。【答案】(1)ⅦB5(2)配位三角锥形sp3杂化(3)eq\f(\r(3),4)aeq\f(2×55,NA×a×10－103)(4)＋265．碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：(1)基态碳原子核外电子有________种空间运动状态，其价电子轨道表示式为__________________________________________。(2)光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子空间构型为________________________________，其碳原子杂化轨道类型为________杂化。(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如下表所示：碳酸盐MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3热分解温度/℃40290011721360阳离子半径/pm6699112135试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)碳的一种同素异形体——C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8，结构是立方体：)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如下图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中。则该复合型分子晶体的组合用二者的分子式可表示为________________。(5)碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如上图所示，则石墨晶胞含碳原子个数为________个。已知石墨的密度为ρg·cm－3，C—C键键长为rcm，阿伏加德罗常数的值为NA，则石墨晶体的层间距为________cm(用含ρ、NA、r的式子表示)。(6)金刚石和石墨的物理性质差异很大，其中熔点较高的是________，试从结构分析：_____________________________________________________________________________；硬度大的是________，试从结构分析：____________________________。【答案】(1)6(2)平面三角形sp2(3)碳酸盐分解过程实际是晶体中阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解(4)C8H8·C60(5)4eq\f(16\r(3),3ρNAr2)(6)石墨石墨为混合型晶体，金刚石为共价晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高金刚石石墨硬度取决于分子间作用力，而金刚石硬度取决于碳碳共价键【解析】(1)碳原子核外有6个电子，因此有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，价电子轨道表示式为。(2)光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化。(4)晶胞中C60数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则该复合型分子晶体的组成可表示为C8H8·C60。(5)根据石墨的晶胞结构，设晶胞的底面边长为acm，晶胞的高为hcm，层间距为dcm，则h＝2d，底面图为，则eq\f(a,2)＝r×sin60°，可得a＝eq\r(3)r，则底面面积为(eq\r(3)r)2×sin60°cm2，晶胞中C原子数目为1＋2×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,4)＝4，晶胞质量为eq\f(4×12,NA)g，则ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×\f(12,NA),\r(3)r2×sin60°×2d)，整理可得d＝eq\f(16\r(3),3ρNAr2)cm。[B组·提高练习]6．(1)砷化镓也是半导体材料，其结构与硫化锌类似，其晶胞结构如下图所示。①原子坐标参数是晶胞的基本要素之一，表示晶胞内部各原子的相对位置。图中A(0,0,0)、Beq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，0))、Ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1，\f(1,2)，\f(1,2)))，则此晶胞中，距A最远的黑球的坐标参数为______________。②若砷和镓的原子半径分别为acm和bcm，砷化镓的摩尔质量为Mg/mol，密度是ρg·cm－3(列出计算表达式)，晶胞中原子体积占空间体积百分率(即原子体积的空间占有率)为w，则阿伏加德罗常数的值为____________mol－1。(2)Zn与S形成某种化合物的晶胞如下图所示。①Zn2＋填入S2－组成的________空隙中。②由①能否判断S2－、Zn2＋相切？________(填“能”或“否”)；已知晶体密度为dg·cm－3，S2－半径为apm，若要使S2－、Zn2＋相切，则Zn2＋半径为________________pm(写计算表达式)。(3)PCl5是一种白色晶体，熔融时形成一种能导电的液体，测得其中含有一种正四面体形阳离子和一种正八面体形阴离子；熔体中P—Cl的键长只有198pm和206pm两种，试用电离方程式解释PCl5熔体能导电的原因________________________，正四面体形阳离子中键角大于PCl3的键角原因为_______________________________________。(4)NiO晶体结构中阴、阳离子的配位数均为6，则晶胞的俯视图可能是__________(填字母)。若晶胞参数为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度是________g·cm－3。ABCD【答案】(1)①eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))②eq\f(wM,ρ×\f(4,3)πa3＋b3)(2)①正四面体②否eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),4)×\r(3,\f(4×97,dNA))×1010－a))(3)2PCl5eq\o(=,\s\up7(熔融))PCleq\o\al(＋,4)＋PCleq\o\al(－,6)PCl3分子中P原子有一对孤电子对，PCleq\o\al(＋,4)中P没有孤电子对，孤电子对对成键电子的排斥力大于成键电子对间的排斥力(4)CDeq\f(3×1032,a3NA)【解析】(1)①设距离A球最远的黑球为D点，D与A的连线位置在晶胞体对角线上，过面心B及上底面面心且平行于侧面的平面将晶胞2等分，同理，过D点且平行于侧面的平面将半个晶胞2等分，可知D点的坐标参数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(3,4)，\f(3,4)))。②根据均摊法计算，晶胞中原子所占的体积V1＝4eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4πa3,3)＋\f(4πb3,3)))cm3，晶胞的体积V2＝eq\f(4M,ρ·NA)cm3，GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率w＝eq\f(V1,V2)，代入即可求出阿伏加德罗常数NA＝eq\f(wM,ρ×\f(4,3)πa3＋b3)(2)①Zn2＋填入S2－组成的正四面体空隙中。②由①不能判断S2－、Zn2＋相切，因为二者离子半径大小未知；该晶胞中S2－个数为4、Zn2＋个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则S2－、Zn2＋个数之比为4∶4＝1∶1，该晶胞棱长＝eq\r(3,\f(\f(M,NA)×4,d))＝eq\r(3,\f(4M,dNA))，若要使S2－、Zn2＋相切，则其体对角线长度为2个锌离子直径与2个硫离子直径之和，其体对角线长度＝eq\r(3)×eq\r(3,\f(4M,dNA))，S2－半径为apm，Zn2＋半径＝eq\f(\r(3)×\r(3,\f(4M,dNA))×1010－4a,4)pm＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),4)×\r(3,\f(4×97,dNA))×1010－a))pm。(3)由已知得阳离子、阴离子分别为PCleq\o\al(＋,4)、PCleq\o\al(－,6)，其电离方程式为2PCl5eq\o(=,\s\up7(熔融))PCleq\o\al(＋,4)＋PCleq\o\al(－,6)；PCl3分子中P原子有一对孤电子对，PCleq\o\al(＋,4)中P没有孤电子对，孤电子对对成键电子的排斥力大于成键电子对间的排斥力，所以正四面体形阳离子中的键角大于PCl3的键角。(4)NiO晶体结构中阴、阳离子的配位数均为6，可判断Ni2＋和O2－占据晶胞的顶点、面心、体心和棱上，所以俯视图中C和D符合。取1mol晶胞，则有NA个晶胞，质量为m＝4×(59＋16)g＝300g，则密度为ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(300g,NA×a×10－103cm3)＝eq\f(3×1032,a3NA)g·cm－3。7．(1)若NiO晶胞中(图1)离子坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,0)，则C离子坐标参数为______________。一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(图2)，已知O2－的半径为am，每平方米面积上分散的该晶体的质量为__________g。(用a、NA表示)图1图2(2)(2021·山东卷，节选)①OF2的熔、沸点________(填“高于”或“低于”)Cl2O，原因是____________________________________________。②XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图3所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有______个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))。已知Xe—F键长为rpm，则B点原子的分数坐标为__________________；晶胞中A、B间距离d＝____________________pm。图3【答案】(1)(1，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))eq\