高中化学选择性必修2第3章　第3节

第三章第三节A组·基础达标1．下图是金属晶体的电子气理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是()A．金属能导电是因为含有金属阳离子B．金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动C．金属能导电是因为含有的电子作无规则运动D．金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用【答案】B【解析】电子气理论可以很好地解释金属的一些现象，如金属的导电、导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子，在外加电场的作用下，自由电子定向移动形成电流。2．下列关于过渡晶体的说法正确的是()A．石墨属于过渡晶体B．SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理C．绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体D．Na2O晶体中离子键的百分数为100%【答案】B【解析】石墨属于混合型晶体，A错误；SiO2属于过渡晶体，但一般按共价晶体来处理，B正确；大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体，而是过渡晶体，C错误；Na2O晶体中离子键的百分数为62%，D错误。3．下列关于金属晶体的叙述正确的是()A．温度越高，金属的导电性越强B．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在C．金属晶体中金属原子紧密堆积，能充分利用空间的原因是金属键没有饱和性和方向性D．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在外力作用下会发生断裂，故金属无延展性【答案】C【解析】温度升高，金属离子的热运动加快，对自由电子的移动造成阻碍，导电性减弱，A错误；常温下，Hg为液态，不属于晶体形态，B错误；金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用，即金属具有延展性，D错误；正是因为金属键无方向性和饱和性，所以金属晶体中的金属原子一般采用最密堆积，尽量充分利用空间，C正确。4．下列有关晶体性质的叙述，可能为金属晶体性质的是()A．由分子间作用力结合而成，熔点低B．固体或熔融后易导电，熔点在1000℃左右C．由共价键结合成网状结构，熔点高D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电【答案】B【解析】由分子间作用力结合而成，熔点低是分子晶体的性质，A错误；固体或熔融后能导电是金属晶体的特性，B正确、D错误；由共价键结合成网状结构，熔点高为共价晶体的性质，C错误。5．CaO晶胞如下图所示，其中与Ca2＋最近的O2－数为()A．4 B．6C．8 D．12【答案】B【解析】根据CaO晶胞图示，可知与Ca2＋邻近的O2－为6个，分别位于Ca2＋的前、后、左、右、上、下方位。6．如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为()A．MgB B．MgB2C．Mg2B D．Mg3B2【答案】B【解析】正六棱柱晶胞的顶点原子有eq\f(1,6)属于该晶胞，故晶胞中Mg原子个数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3,6个B原子在晶胞内部，故该化合物化学式可表示为MgB2。7．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示)，但CaC2晶体中由于哑铃形Ceq\o\al(2－,2)的存在，使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是()A．CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大B．与Ca2＋距离相同且最近的Ceq\o\al(2－,2)构成的多面体是正六面体C．与Ca2＋距离相同且最近的Ceq\o\al(2－,2)有4个D．CaC2晶胞中共含有4个Ca2＋和4个Ceq\o\al(2－,2)【答案】B【解析】CaC2晶体属于离子晶体，故有较高的熔点和较大的硬度，A正确；因为晶胞沿一个方向拉长，故和Ca2＋距离相同且最近的Ceq\o\al(2－,2)只有4个(与拉长方向垂直的同一面上)，4个Ceq\o\al(2－,2)构成的是正方形，B错误；以Ca2＋为中心，与之等距离且最近的是同一平面上的4个Ceq\o\al(2－,2)，C正确；该晶胞中含有Ca2＋的个数＝12×eq\f(1,4)＋1＝4，含有Ceq\o\al(2－,2)的个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，D正确。8．金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。(1)金晶体的每个晶胞中含有______个金原子。(2)欲计算一个金晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定__________。(3)一个晶胞的体积是____________。(4)金晶体的密度是____________。【答案】(1)4(2)每个面心的原子和四个顶点的原子相互接触(3)2eq\r(2)d3(4)eq\f(\r(2)M,NAd3)【解析】(1)由题中对金晶体晶胞的叙述，可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数，即8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)金原子的排列是紧密堆积形式，每个面心的原子和四个顶点的原子要相互接触。(3)下图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图，AC为金原子直径的2倍，AB为立方体的边长，由图可得，立方体的边长为eq\r(2)d，所以一个晶胞的体积为(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3。(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量，所以ρ＝eq\f(4M,NA·2\r(2)d3)＝eq\f(\r(2)M,NAd3)。B组·能力提升9．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图甲、乙、丙分别代表这三种堆积方式的结构，其晶胞内金属原子个数比为()A．1∶2∶1 B．3∶2∶1C．9∶8∶4 D．21∶14∶9【答案】B【解析】由均摊思想可知，甲晶胞内金属原子的个数为3＋2×eq\f(1,2)＋12×eq\f(1,6)＝6，乙晶胞内金属原子的个数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4，丙晶胞内金属原子的个数为1＋8×eq\f(1,8)＝2，则甲、乙、丙三种堆积方式的晶胞内金属原子个数比为3∶2∶1。10．由原子序数为1～20的元素组成的离子化合物中，一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20，下列说法正确的是()A．晶体中阳离子和阴离子个数一定相等B．晶体中一定只有离子键而没有共价键C．所含元素可能在同一主族也可能在第一周期D．晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径【答案】C【解析】原子序数为1～20的元素形成的离子化合物，一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20，如NaOH、NH4F、Na2O、KH等，这些离子化合物中，阴、阳离子个数不一定相等，A错误。OH－、NHeq\o\al(＋,4)中有共价键，B错误。从以上分析可知，元素可以在第一周期，如H元素在第一周期；所含元素可能在同一主族，如KH中两种元素均在第ⅠA族，C正确。晶体中阳离子半径不一定大于阴离子半径，如Na＋半径比O2－半径小，D错误。11．石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是()A．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键B．石墨中的碳原子采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含eq\f(1,3)s轨道的成分与eq\f(2,3)p轨道的成分C．石墨属于混合晶体，层与层之间存在范德华力和氢键；层内碳原子间存在共价键；石墨能导电，有类似金属晶体的性质D．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子【答案】B【解析】石墨晶体中，层与层之间的作用力为范德华力，层内存在共价键，每个C原子形成3个σ键，且每个C原子为3个环共有。石墨晶体中，层与层之间的作用力为范德华力，从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含eq\f(1,3)s轨道的成分与eq\f(2,3)p轨道的成分，B正确。石墨属于混合晶体，层内碳原子间存在共价键；石墨能导电，具有类似金属晶体的性质；层与层之间存在范德华力但不存在氢键，C错误。每个C原子为3个环共有，则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数为6×eq\f(1,3)＝2，D错误。12．食盐晶体是由钠离子(图中的“”)和氯离子(图中的“”)组成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2g·cm－3，阿伏加德罗常数是6.02×1023mol－1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于()A．3.0×10－8cm B．3.5×10－8cmC．4.0×10－8cm D．5.0×10－8cm【答案】C【解析】根据晶胞结构图可知，每个晶胞中有钠离子8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，氯离子1＋12×eq\f(1,4)＝4个，根据V＝eq\f(m,ρ)可计算出晶胞的体积为eq\f(\f(4×58.5,6.02×1023),2.2)cm3＝1.77×10－22cm3。所以晶胞的边长为5.61×10－8cm，则晶胞的面对角线长为eq\r(2)×5.61×10－8cm＝8.0×10－8cm。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为晶胞面对角线的一半，所以两个距离最近的钠离子中心间的距离为4.0×10－8cm。13．如图为一些晶体中的部分结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。(1)代表金刚石的是________(填字母，下同)，其中每个碳原子与________个碳原子最近且距离相等，金刚石属于________晶体。(2)代表石墨的是________，其中每个正六边形平均占有的碳原子数为________。(3)代表NaCl的是________，每个Na＋与________个Na＋紧邻。(4)代表CsCl的是________，它属于________晶体，每个Cs＋与________个Cl－紧邻。(5)代表干冰的是______，它属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。【答案】(1)D4共价(2)E2(3)A12(4)C离子8(5)B分子12【解析】根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元，每个Na＋与6个Cl－紧邻，每个Cl－又与6个Na＋紧邻，但观察Na＋与最近且等距离的Na＋数时要抛开Cl－，从空间结构上看是12个Na＋，即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。CsCl晶体是由Cs＋、Cl－构成的体心立方结构。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面心都有1个CO2分子，称为“面心立方”，所以每个CO2分子在三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个CO2分子，共12个CO2分子。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻3个碳原子，即每个正六边形占有的碳原子数是6×eq\f(1,3)＝2。14．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。如图Ⅰ、图Ⅱ是一些晶体材料的结构示意图。图Ⅰ图Ⅱ请回答下列问题：(1)写出基态镍原子的核外电子排布式：______________________。(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图Ⅰ所示，该合金的化学式为____________，1mol镧形成的该合金能储存________mol氢气。(3)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示，该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为acm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。①该晶体中的O元素与H元素形成的化合物的中心原子的杂化类型为________，其分子的空间结构为________。②写出该晶体的化学式：________。③若该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a＝________cm。【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)(2)LaNi53(3)①sp3杂化V形②BaTiO3③eq\r(3,\f(233,ρNA))【解析】(1)Ni是28号元素，其基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知，每个晶胞中含有的原子数目为La：8×eq\f(1,8)＝1、Ni：8×eq\f(1,2)＋1＝5，所以化学式是LaNi5；1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×eq\f(1,4)＋2mol×eq\f(1,2)＝3mol。(3)①该晶体中的O元素与H元素形成的化合物是H2O，中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化，其分子空间结构为V形；②根据晶胞结构示意图可知，每个晶胞中含有的原子数为Ba：1、Ti：8×eq\f(1,8)＝1、O：12×eq\f(1,4)＝3，所以该晶体的化学式是BaTiO3；③由于晶胞为立方体，边长为acm,1mol晶胞中含有1molBaTiO3，若该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则根据晶体的密度ρ＝eq\f(\f(233g·mol－1,NAmol－1),acm3)＝eq\f(233,a3NA)g·cm－3，可得a＝eq\r(3,\f(233,ρNA))cm。阶段重点突破练一、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。1．下列说法中，正确的是()A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定答案B解析A项，冰为分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，错误；B项，共价晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，正确；分子晶体熔、沸点高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，C、D项错误。2．氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()A．AlON和石英的化学键类型相同B．AlON和石英晶体类型相同C．AlON和Al2O3的化学键类型不同D．AlON和Al2O3晶体类型相同答案D解析AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键，A、B项正确；Al2O3不是共价晶体，晶体中含离子键，不含共价键，C项正确、D项错误。3．干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是()A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量B．C—O的键能比Si—O的键能小C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体D．干冰易升华，二氧化硅不能答案C解析干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏共价键，所以SiO2的熔点较高。4．下图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是()A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是共价晶体D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力答案A解析在立方体的顶面上，有5个I2，4个方向相同，A项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B项错误；碘晶体是分子晶体，C项错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D项错误。5．最近科学家成功的制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为一种三维骨架的无限伸展结构，下列对该晶体的叙述错误的是()A．该物质的化学式为CO2B．晶体的熔、沸点高，硬度大C．晶体中碳原子数与C—O化学键数之比为1∶2D．该物质的性质与二氧化碳相似答案CD解析晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数之比为1∶2，化学式为CO2，A正确；该化合物晶体属于共价晶体，熔、沸点高，硬度大，B正确；该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，C原子与C—O化学键数目之比为1∶4，C错误；该化合物晶体属于共价晶体，二氧化碳为分子晶体，性质与二氧化碳不相似，D错误。6．黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。白磷、红磷都是分子晶体，黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是()A．黑磷晶体中磷原子的杂化方式为sp2杂化B．黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力C．黑磷晶体的每一层中磷原子都在同一平面上D．P元素三种常见的单质中，黑磷的熔、沸点最高答案BD解析由结构可知黑磷晶体中磷原子的杂化方式为sp3杂化，故A错误；黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，故B正确；石墨中碳原子为sp2杂化，每层原子均在同一平面内，但磷原子的杂化方式为sp3杂化，每一层的各原子不可能在同一平面内，故C错误；黑磷为共价晶体，而其他两种单质为分子晶体，则黑磷的熔、沸点最高，故D正确。二、非选择题7．锗、砷、硒、溴的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)；其中锗的化合物四氯化锗可用作光导纤维掺杂剂，其熔点为－49.5℃，沸点为83.1℃，则其晶体类型为________，中心原子的杂化类型为________。答案Br>As>Se>Ge分子晶体sp38．(1)某短周期元素组成的分子的球棍模型如图所示。已知分子中所有原子的最外层均达到8电子稳定结构，原子间以单键相连。下列有关说法中错误的是________(填字母)。A．X原子可能为ⅤA族元素B．Y原子一定为ⅠA族元素C．该分子中，既含极性键，又含非极性键D．从圆球的大小分析，该分子可能为N2F4(2)若上述模型中Y原子最外层达到2电子稳定结构且其相对分子质量与O2相同，则该物质的分子式为______，它与P2H4常温下均为气体，但比P2H4易液化，常用作火箭燃料，其主要原因是______________________________________________________________________。答案(1)B(2)N2H4N2H4分子之间形成氢键，致使N2H4沸点升高，易液化9．在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，晶体结构如图所示。晶体中每个氮原子与另外三个氮原子结合形成三维骨架结构。氮原子的杂化轨道类型为________。这种高聚氮N—N的键能为160kJ·mol－1，而N2的键能为942kJ·mol－1，其可能潜在的应用是________________________________________________________________________。答案sp3制炸药(或高能燃料)10．白磷(P4)的晶体属于分子晶体，其晶胞结构如图(小圆圈表示白磷分子)。已知晶胞的边长为acm，阿伏加德罗常数为NAmol－1，则该晶胞中含有的P原子的个数为________，该晶体的密度为________g·cm－3(用含NA、a的式子表示)。答案16eq\f(496,a3NA)解析根据均摊法，P原子的个数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)＋6×\f(1,2)))×4＝16；晶胞的摩尔质量是16×31g·mol－1＝496g·mol－1，1个晶胞的体积是a3cm3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(496,a3NA)g·cm－3。11．金刚石的晶胞如图，若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子，便得到晶体硅；若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶体(金刚砂)。(1)金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是________________(用化学式表示)。(2)金刚石的晶胞参数为apm(1pm＝