高中化学晶胞的相关计算专项训练知识归纳总结含答案.docx
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高中化学晶胞的相关计算专项训练知识归纳总结含答案
高中化学晶胞的相关计算专项训练知识归纳总结含答案
一、晶胞的相关计算
1.
具有反萤石结构,晶胞结构如图所示,其晶胞参数为0.635nm。
下列叙述错误的是()
A.
的配位数为8
B.紧邻的两个
原子的距离为
nm
C.紧邻的两个
原子间的距离为
nm
D.
的密度计算式为
2.2020年,自修复材料、自适应材料、新型传感材料等智能材料技术将大量涌现,为生物医疗、国防军事以及航空航天等领域发展提供支撑。
(1)我国科研工作者基于丁二酮肟氨酯基团的多重反应性,研制了一种强韧、自愈的超级防护材料,
其中的分子机制如图所示。
Cu在元素周期表中位于_____区,M层中核外电子能量最高的电子云在空间有_____个伸展方向。
C、N、O第一电离能由大到小的顺序为_____________
(2)氧化石墨烯基水凝胶是一类新型复合材料,对氧化石墨烯进行还原可得到还原氧化石墨烯,二者的结构如图所示:
还原石墨烯中碳原子的杂化形式是______,上图中氧化石墨烯转化为还原石墨烯时,1号C与其相邻C原子间键能的变化是_____________(填“变大”、“变小”或“不变”),二者当中在水溶液中溶解度更大的是____________(填物质名称),原因为__________________
(3)砷化硼是近期受到广泛关注一种III—V半导体材料。
砷化硼为立方晶系晶体,该晶胞中原子的分数坐标为:
B:
(0,0,0);(
,
,0);(
,0,
);(0,
,
);……
As:
(
,
,
);(
,
,
);(
,
,
);(
,
,
)
请在图中画出砷化硼晶胞的俯视图___________,已知晶体密度为dg/cm3,As半径为apm,假设As、B原子相切,则B原子的半径为_________pm(写计算表达式)。
3.补铁剂常用于防治缺铁性贫血,其有效成分般为硫酸亚铁、琥珀酸亚铁、富马酸亚铁和乳酸亚铁等。
回答下列问题:
(1)能表示能量最低的亚铁离子的电子排布式是__(填标号)。
a.[Ar]3d54s2b.[Ar]3d54s1c.[Ar]3d64s2d.[Ar]3d6
(2)琥珀酸即丁二酸(HOOCCH2CH2COOH),在琥珀酸分子中电负性最大的原子是__,碳原子的杂化方式是__;琥珀酸亚铁中存在配位键,在该配位键中配位原子是__,中心原子是__。
(3)富马酸和马来酸互为顺反异构体,其电离常数如下表:
物质名称
Ka1
Ka2
富马酸(
)
7.94×10-4
2.51×10-5
马来酸(
)
1.23×10-2
4.68×10-7
请从氢键的角度解释富马酸两级电离常数差别较小,而马来酸两级电离常数差别较大的原因:
__。
(4)β-硫酸亚铁的晶胞结构如图所示,其晶胞参数为a=870pm、b=680pm、c=479pm,α=β=γ=90°,Fe2+占据晶胞顶点、棱心、面心和体心。
在该晶胞中,硫酸根离子在空间上有__种空间取向,晶胞体内硫酸根离子的个数是__,铁原子周围最近的氧原子的个数为__;设阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度是__g·cm-3(列出计算表达式)。
4.氟代硼酸钾(KBe2BO3F2)是激光器的核心材料,我国化学家在此领域的研究走在了世界的最前列。
回答下列问题:
(1)氟代硼酸钾中非金属元素原子的电负性大小顺序是__。
基态K+的电子排布式为__。
(2)NaBH4是有机合成中常用的还原剂,其中的阴离子空间构型是__,中心原子的杂化方式为__。
NaBH4中存在__(填标号)。
a.离子键b.氢键c.σ键d.π键
(3)BeCl2中的化学键具有明显的共价性,蒸汽状态下以双聚分子存在的BeCl2的结构式为__,其中Be的配位数为__。
(4)第三周期元素氟化物的熔点如下表:
化合物
NaF
MgF2
AlF3
SiF4
PF5
SF6
熔点/℃
993
1261
1291
-90
-83
-50.5
解释表中氟化物熔点变化的原因:
___。
(5)CaF2的一种晶胞如图所示。
Ca2+占据F-形成的空隙,若r(F-)=xpm,r(Ca2+)=ypm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则CaF2的密度ρ=__g·cm-3(列出计算表达式)。
5.贝壳、珍珠、方解石等主要成分均含有CaCO3,回答下列问题:
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。
灼烧碳酸钙时的焰色为_______(填标号)。
A黄色B红色C紫色D绿色
(2)CaCO3中三种元素第一电离能由小到大的顺序是__________。
CaCO3中的化学键除了σ键外,还存在_________________。
(3)关于CO2和CO32-的下列说法正确的是__________。
a两种微粒价层电子对数相同b两种微粒的中心原子均无孤电子对
c键角:
CO2>CO32- d两种微粒的中心原子杂化方式相同
(4)难溶碳酸盐易分解,CaCO3、BaCO3热分解温度更高的是_____,原因是______。
(5)方解石的菱面体结构如图1,沿三次轴的俯视图为正六边形。
方解石的六方晶胞结构如图2,晶胞底面为平行四边形,其较小夹角为60°,边长为a nm,晶胞高为cnm。
A点在俯视图中为a,则B点在俯视图中的位置为_________(填字母)。
方解石的六方晶胞中,Ca2+和CO32-个数比为___________;若阿伏加德罗常数为NA,则该方解石的密度为________g/cm3(列出计算式)。
6.碳、磷、硫等元素形成的单质和化合物在生活、生产中有重要的用途。
(1)下列氮原子的电子排布图表示的状态中,能量由低到高的顺序是____(填字母)。
A.
B.
C.
D.
(2)P4S3可用于制造火柴,其分子结构如图所示:
①P4S3分子中硫原子的杂化轨道类型为____。
②每个P4S3分子中含有的孤电子对的数目为____对。
(3)科学家合成了一种阳离子“N5n+”,其结构是对称的,5个N排成“V”形,每个N都达到8电子稳定结构,且含有2个氮氮三键,此后又合成了一种含有“N5n+”的化学式为“N8”的离子晶体(该晶体中每个N原子都达到了8电子稳定结构),N8的电子式为____。
(CN)2中键与键之间的夹角为180°,并有对称性,分子中每个原子的最外层均满足8电子稳定结构,其结构式为____。
(4)直链多磷酸根阴离子是由两个或两个以上磷氧四面体通过共用顶角氧原子连接起来的,其结构如图所示。
则由n个磷氧四面体形成的这类磷酸根离子的通式为____。
(5)碳酸盐中的阳离子不同,热分解温度就不同。
下表为四种碳酸盐的热分解温度和对应金属阳离子的半径。
随着金属阳离子半径的增大,碳酸盐的热分解温度逐渐升高,原因是___。
碳酸盐
MgCO3
CaCO3
SrCO3
BaCO3
热分解温度/℃
402
900
1172
1360
金属阳离子半径/pm
66
99
112
135
(6)石墨的晶胞结构如图所示。
已知石墨的密度为ρg.cm-3,C-C键的键长为rcm,M为阿伏加德罗常数的值,则石墨晶体的层间距d=___cm。
7.铜元素是一种金属化学元素,也是人体所必须的一种微量元素,铜也是人类最早发现的金属,是人类广泛使用的一种金属,属于重金属。
(1)写出基态铜原子的价层电子排布式_________________。
(2)简单金属离子在水溶液中的颜色大多与价层电子中含有的未成对电子数有关,如Fe3+呈黄色,Fe2+呈绿色,Cu2+呈蓝色等。
预测Cu+为_____色,解释原因________________。
(3)X射线研究证明,CuCl2的结构为链状,如图所示,它含有的化学键类型为_________,在它的水溶液中加入过量氨水,得到[Cu(NH3)4]Cl2溶液,[Cu(NH3)4]Cl2中H-N-H的夹角_________(填“大于”、“等于”或“小于”)NH3分子中的H-N-H的夹角,原因是___________。
(4)某种铜的氯化物晶体结构如图:
此晶体中铜原子的配位数是__________,若氯原子位于铜形成的四面体的体心,且铜原子与铜原子、铜原子与氯原子都是采取最密堆积方式,则氯原子与铜原子半径之比为__________________。
8.a、b、c、d、e、f为元素周期表前四周期元素,且原子序数依次增大。
a原子核内无中子;在考古行业中,元素b的一种核素常用来鉴定一些文物的年代;d原子核外电子有8种不同的运动状态;e为第四周期元素,其基态原子的价电子排布式中成对电子的电子对数与单电子数相等,且每个原子轨道中都有电子;f元素的基态原子最外能层只有1个电子,且其他能层均已充满电子。
回答下列问题:
(1)六种元素中电负性最大的是__(填元素符号),其中e原子的价电子排布式为__。
(2)b有多种同素异形体,其中硬度最大的是___(填名称);写出一种属于分子晶体的b的同素异形体的化学式__。
(3)a、c形成的简单分子的化学式为___,分子中c原子的杂化类型为__,分子立体构型为___。
(4)六种元素中其中有两种元素形成的化合物___(填化学式)与c的单质互为等电子体。
(5)元素d与f形成的一种化合物的晶胞结构如图所示,其中黑球在两个白球连线的中点。
该化合物的化学式为__;若相邻d原子和f原子间的距离为acm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为__g·cm-3(用含a、NA的式子表示)。
9.石墨、石墨烯及金刚石是碳的同素异形体。
(1)以Ni—Cr—Fe为催化剂,一定条件下可将石墨转化为金刚石。
基态Fe原子未成对电子数为________。
设石墨晶体中碳碳键的键长为am,金刚石晶体中碳碳键的键长为bm,则a________(填“>”“<”或“=”)b,原因是_______。
(2)比较表中碳卤化物的熔点,分析其熔点变化的原因是_________。
CCl4
CBr4(α型)
CI4
熔点/℃
-22.92
48.4
168(分解)
(3)金刚石的晶胞如图1所示。
已知ZnS晶胞与金刚石晶胞排列方式相同,若图1中a与ZnS晶胞中Zn2+位置相同,则S2-在ZnS晶胞中的位置为________。
(4)石墨烯中部分碳原子被氧化后,转化为氧化石墨烯。
①在图3所示的氧化石墨烯中,采取sp3杂化形式的原子有________(填元素符号)。
②石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C与相邻C原子间键能的变化是________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(5)石墨烯具有很大的比表面积,有望用于制超级电容器。
若石墨烯中碳碳键的键长为am,12g单层石墨烯单面的理论面积约为________m2(列出计算式即可)。
10.锂离子电池是现代高性能电池的代表,高性能的电极材料与物质结构密切相关。
(l)LiFePO4因具有良好的结构稳定性而成为新一代正极材料,这与PO43-的结构密切相关,PO43-的立体构型为____。
P、O、S的电负性从大到小的顺序为______________
(2)通常在电极材料表面进行“碳”包覆处理以增强其导电性。
抗坏血酸
常被用作碳包覆的碳源,其易溶于水的原因是___,抗坏血酸中碳原子的杂化方式为___,1mol抗坏血酸中手性碳原子的数目为______
(3)Li+过度脱出易导致锂电池结构坍塌产生O2而爆炸,实验证实O2因具有单电子而成为顺磁性分子,下列结构式(黑点代表电子)中最有可能代表O2分子结构的是____(填标号)。
A.
B.
C.
D.
(4)目前最常用的电极材料有锂钴复合氧化物和石墨。
①锂钴复合氧化物中Li、Co、O分别形成了六边层状结构(图a),按照Li-O-Co-O-Li–O-Co-O-Li--顺序排列,则该化合物的化学式为____,Co3+的价层电子排布式为_____。
②石墨晶胞(图b)层间距为dpm,C—C键长为apm,石墨晶体的密度为pg/cm3,列式表示阿伏加德罗常数为____mol-l。
11.氧元素为地壳中含量最高的元素,可形成多种重要的单质和化合物。
(1)氧元素位于元素周期表中_____区;第二周期元素中,第一电离能比氧大的有_____种。
(2)O3可用于消毒。
O3的中心原子的杂化形式为_____;其分子的VSEPR模型为_____,与其互为等电子体的离子为_____(写出一种即可)。
(3)含氧有机物中,氧原子的成键方式不同会导致有机物性质不同。
解释C2H5OH的沸点高于CH3OCH3的原因为_____。
(4)氧元素可与Fe形成低价态氧化物FeO。
FeO立方晶胞结构如图所示,则Fe2+的配位数为_____;与O2-紧邻的所有Fe2+构成的几何构型为_____。
12.2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。
TiS2、LiCoO2和LiMnO2等都是他们研究锂离子电池的载体。
回答下列问题:
(1)基态Co原子价层电子排布式为_______________________________。
(2)已知第三电离能数据:
I3(Mn)=3246kJ·mol-1,I3(Fe)=2957kJ·mol-1。
锰的第三电离能大于铁的第三电离能,其主要原因是_______________________________。
(3)据报道,在MnO2的催化下,甲醛可被氧化成CO2,在处理含HCHO的废水或空气方面有广泛应用。
HCHO中键角_________CO2中键角(填“大于”“小于”或“等于")。
(4)Co3+、Co2+能与NH3、H2O、SCN-等配体组成配合物。
①1mol[Co(NH3)6]3+含______molσ键。
②配位原子提供孤电子对与电负性有关,电负性越大,对孤电子对吸引力越大。
SCN-的结构式为[S=C=N]-,SCN-与金属离子形成的配离子中配位原子是______(填元素符号)。
③配离子在水中颜色与分裂能有关,某些水合离子的分裂能如表所示:
由此推知,a______b(填“>”“<”或“="),主要原因是_______________________。
(5)工业上,采用电解熔融氯化锂制备锂,钠还原TiCl4(g)制备钛。
已知:
LiCl、TiCl4的熔点分别为605°C、-24°C,它们的熔点相差很大,其主要原因是_______________。
(6)钛的化合物有2种不同结构的晶体,其晶胞如图所示。
二氧化钛晶胞(如图1)中钛原子配位数为__________。
氮化钛的晶胞如图2所示,图3是氮化钛的晶胞截面图。
已知:
NA是阿伏加德常数的值,氮化钛晶体密度为dg·cm-3。
氮化钛晶胞中N原子半径为__________pm
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一、晶胞的相关计算
1.D
解析:
D
【解析】
【分析】
大球表示镁原子,小球表示硅原子,该晶胞中含大球表示的原子数为8,小球表示的原子数为:
。
【详解】
A.一个硅原子周围距离最近且相等的镁原子有8个,硅原子的配位数为8,故A正确;
B.紧邻的两个镁原子的距离是晶胞参数的一半,该距离为
nm,故B正确;
C.紧邻的两个硅原子间的距离是面对角线的一半,该距离为
nm,故C正确;
D.该晶胞含有4mol
,总质量为:
,该晶体的密度为
,故D错误;
答案选D。
2.C
解析:
ds5N>O>Csp3和sp2变大氧化石墨烯氧化石墨烯中含有的羟基和羧基更多,与水分子间形成的氢键更多,溶解度更大
【解析】
【分析】
(3)由各原子坐标,可知晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置,而As原子处于晶胞内部,处于B原子形成的正四面体体心位置,晶胞三维结构如图所示:
,据此进行解答。
【详解】
(1)Cu原子核外有29个电子,基态Cu原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s1,Cu在元素周期表中位于ds区,M层中核外电子能量最高的电子云为3d能级电子云,在空间有5个伸展方向;C、O、N元素都是第二周期非金属元素,同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势,但N元素原子2p能级是半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能N>O>C;
(2)根据还原石墨烯的结构可知该物质中碳原子有形成碳碳双键的不饱和碳原子还有只形成单键的饱和碳原子,所以碳原子的杂化方式为sp3和sp2;氧化石墨烯中1号C 连接的O原子吸引电子能力较强,导致与1号C原子相邻C原子对电子的吸引力减小,所以氧化石墨烯转化为还原石墨烯时,1号C与其相邻C原子间键能变大;氧化石墨烯中含有的羟基和羧基更多,与水分子间形成的氢键更多,所以氧化石墨烯溶解度更大;
(3)由各原子坐标,可知晶胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置,而As原子处于晶胞内部,处于B原子形成的正四面体体心位置,晶胞三维结构如图所示:
(注:
小球大小不代表原子半径大小),投影时顶点原子形成正方形的顶点,左、右侧面及前、后面的面心原子投影处于正方形棱心,而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心,As原子投影处于原子处于正方形内部且处于正方形对角线上(As原子投影、上下底面面心B原子投影将对角线4等分),故砷化硼晶胞的俯视图为:
;根据晶胞三维结构示意图可知,位于体对角线上的原子相切,即As原子和B原子的半径之和的四倍即体对角线的长度;根据均摊法,一个晶胞中As原子个数为4,B原子个数为
,所以晶胞的质量为
,晶胞密度为dg/cm3,则晶胞的体积为
,则晶胞的边长为
,则晶胞的体积对角线的长度为
,所以B原子的半径为(
)pm。
【点睛】
第3题为难点,需要学生有一定的空间想象能力,对数学的立体几何要有一定了解,要能够根据平面图和坐标能够准确画出该晶胞的三维晶胞结构,再进行解答。
3.A
解析:
d氧原子sp2、sp3氧原子铁原子马来酸中存在分子内氢键,提高了羧基的离子性,有利于酸性电离,因此马来酸电离主要以第一步电离为主226
【解析】
【分析】
【详解】
(1)基态铁原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失去2个电子后变为亚铁离子,基态亚铁离子核外电子排布式为[Ar]3d6,因此能表示能量最低的亚铁离子的电子排布式是d;
(2)H、C、O中H元素电负性最小,C、O为同周期元素,原子序数越大,电负性越大,因此电负性最大的是O;C原子连接4个原子形成共价键时,C原子采用sp3杂化,C原子连接3个原子形成共价键时,C原子采用sp2杂化,因此丁二酸中碳原子的杂化方式为sp2、sp3;丁二酸中只有氧原子上有孤电子对,亚铁离子中存在空轨道,因此琥珀酸亚铁的配位键中配位原子为氧原子,中心原子为铁原子;
(3)马来酸中存在分子内氢键,提高了羧基的离子性,有利于酸性电离,因此一级电离较为容易,而剩余部分因为形成了分子内氢键而很稳定,相对难以电离,因此马来酸电离主要以第一步电离为主;
(4)该晶胞中,硫酸根离子在空间上的取向有:
,一共2种;β-硫酸亚铁的化学式为FeSO4,晶胞中含有亚铁离子数目为
,则晶胞中所含硫酸根离子数目为4,从晶胞示意图中可以发现有6个硫酸根离子,其中有4个位于面上,故晶胞体内有2个硫酸根离子;以体心的亚铁离子为研究对象,每个硫酸根中均有一个氧原子离铁原子最近,亚铁离子周围最近的氧原子的个数为6;该晶体的密度
。
【点睛】
对于晶体的密度计算方法为:
先计算一个晶胞的质量,然后根据晶胞参数计算晶胞的体积,然后利用密度公式计算晶胞密度,其主要易错点在于单位的换算以及晶胞内相关原子个数的计算。
4.F
解析:
F>O>B1s22s22p63s23p6或[Ar]正四面体sp3ac
3前三种为离子晶体,晶格能依次增大,后三种为分子晶体,分子间力依次增大
【解析】
【分析】
(1)氟代硼酸钾中非金属元素有F、O、B,元素的非金属性越强,电负性越大;基态K+核外电子总数为18;
(2)BH4-的中心原子B原子孤电子对数=
=0,价层电子对数=0+4=0,微粒空间构型与VSEPR模型相同;Na+与BH4-之间形成离子键,B原子有3个价电子,H有空轨道,而BH4-中形成4个B-H键,故BH4-中含有1个配位键、3个σ键;
(3)双聚分子为Be2Cl4,Be原子价电子数为2,形成2个Be-Cl键,Be原子有空轨道、Cl原子有孤电子对,每个BeCl2分子中的1个Cl原子另外分子中Be原子之间形成1个配位键;
(4)氟化物的熔点与晶体类型,离子晶体的熔点较高,分子晶体的熔点较低;离子半径越小、电荷越大,晶格能越大,离子晶体的熔沸点越高。
而相对分子质量越大,分子间作用力越强,分子晶体的熔沸点越高;
(5)晶胞中白色球数目为4、黑色球数目为1+8×
+6×
+12×
=8,结合化学式可知,白色球代表Ca2+、黑色球代表F-,Ca2+占据F-形成的立方体的体心,晶胞中F-形成8个小立方体,只有4个Ca2+占据;处于晶胞中F-形成的小立方体体心的Ca2+与小立方体顶点F-紧密相邻,若r(F-)=xpm,r(Ca2+)=ypm,则小立方体棱长=
pm,故晶胞棱长=
pm,计算晶胞中微粒总质量,即为晶胞质量,晶体密度=晶胞质量÷晶胞体积。
【详解】
(1)氟代硼酸钾中非金属元素有F、O、B,非金属性强弱顺序为F>O>B,电负性大小顺序为F>O>B;基态K+核外电子总数为18,则电子排布式为1s22s22p63s23p6或[Ar];
(2)BH4-的中心原子B原子孤电子对数=
=0,价层电子对数=0+4=0,微粒空间构型与VSEPR模型相同为正四面体形,B原子采取sp3杂化;Na+与BH4-之间形成离子键,B原子有3个价电子,H有空轨道,而BH4-中形成4个B-H键,故BH4-中含有1个配位键、3个σ键,没有氢键与π键,故答案为ac;
(3)双聚分子为Be2Cl4,Be原子价电子数为2,形成2个Be-Cl键,Be原子有空轨道、Cl原子有孤电子对,每个BeCl2分子中的1个Cl原子另外分子中Be原子之间形成1个配位键,BeCl2的结构式为
,其中Be的配位数为3;
(4)NaF、MgF2和AlF3为离子晶体,晶格能依次增大,熔点依次升高,而SiF4、PF5和SF6为分子晶体,分子间力依次增大,熔点依次增大;
(5)晶胞中白色球数目为4、黑色球数目为1+8×
+6×
+12×
=8,结合化学式可知,白色球代表Ca2+、黑色球代表F-,Ca2+占据F-形成的立方体的体心,晶胞中F-形成8个小立方体,只有4个Ca2+占据,可知Ca2+占据F-形成的空隙占有率为50%;处于晶胞中F-形成的小立方体体心的Ca2+与小立方体顶点F-紧密相邻,若r(F-)=xpm,r(Ca2+)=ypm,则小立方体棱长=
pm,故晶胞棱长=
pm,晶胞相当于含有4个“CaF2”,晶胞质量=4×
g,晶体密度
g•cm-3。
【点睛】
价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型),根据价电子对互斥理论,价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数.σ键个数=配原子个数,孤电子对个数=
×(a-xb),a指中心原子价电子个数,x指配原子个数,b指配原子形成稳定结构需要的电子个数;分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布,不包括中心原子未成键的孤对电子;实
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- 高中化学 晶胞 相关 计算 专项 训练 知识 归纳 总结 答案