高二化学晶胞的相关计算专项训练单元提优专项训练试题.docx
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高二化学晶胞的相关计算专项训练单元提优专项训练试题
高二化学晶胞的相关计算专项训练单元提优专项训练试题
一、晶胞的相关计算
1.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)。
2.有A、B、C、D、E、F六种元素,A是周期表中原子半径最小的元素,B是电负性最大的元素,C的2p轨道中有三个未成对的单电子,F原子核外电子数是B与C核外电子数之和,D是主族元素且与E同周期,E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物,D与B可形成离子化合物,其晶胞结构如图所示.请回答下列问题.
(1)E元素原子基态时的电子排布式为_________.
(2)A2F分子中F原子的杂化类型是_________
(3)CA3极易溶于水,其原因主要是_________,
(4)富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能,在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途.富勒烯(C60)的结构如图,分子中碳原子轨道的杂化类型为_________;1molC60分子中σ键的数目为_________.
(5)多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐,其主要包括砷化镓、硫化镉、硫化锌及铜铟硒薄膜电池等.
①第一电离能:
As_________Se(填“>”“<”或“=”).
②硫化锌的晶胞中(结构如图所示),硫离子的配位数是_________与S距离最近且等距离的S之间的距离为_________(密度为ρg/cm3)
③二氧化硒分子的空间构型为_________.
3.我国科学家合成铬的化合物通过烷基铝和[ph3C]+[B(C6F5)4]-活化后,对乙烯聚合表现出较好的催化活性。
合成铬的化合物过程中的一步反应为:
回答下列问题:
(1)Cr3+具有较强的稳定性,Cr3+核外电子排布式为___;已知没有未成对d电子的过渡金属离子的水合离子是无色的,Ti4+、V3+、Ni2+、Cu+四种离子的水合离子为无色的是___(填离子符号)。
(2)化合物丙中1、2、3、4处的化学键是配位键的是___处,聚乙烯链中碳原子采取的杂化方式为___。
(3)无水CrCl3与NH3作用可形成化学式为CrCl3·5NH3的配位化合物。
向该配位化合物的水溶液中加入AgNO3溶液,CrCl3·5NH3中的氯元素仅有
沉淀为AgC1;向另一份该配位化合物的水溶液中加入足量NaOH浓溶液,加热并用湿润红色石蕊试纸检验时,试纸未变色。
该配位化合物的结构简式为___。
(4)水在合成铬的化合物的过程中作溶剂。
研究表明水能凝结成13种类型的结晶体。
重冰(密度比水大)属于立方晶系,其立方晶胞沿x、y或z轴的投影图如图所示,晶体中H2O的配位数为__,晶胞边长为333.7pm,则重冰的密度为__g·cm-3(写出数学表达式,NA为阿伏加德罗常数)。
4.在新型冠状病毒疫情中常用84消毒液进行消毒,有效成分为NaClO溶液,其主要是基于次氯酸(HClO)的氧化性。
氯所在的卤族元素在生产生活中有广泛应用,回答以下问题:
(1)基态氯原子的核外价电子排布式为__________,HClO分子中中心原子的杂化轨道类型为__________。
(2)生产农药的原料PSCl3中,P、S、Cl的电负性由大到小的顺序为_________。
(3)①与Cl相邻的元案S、F,其化化物SF6被广泛用作高压电气设备的绝缘介质。
SF6是一种共价化合物,可通过类似于Born-Haber循环能量构建能量图(a)计算相关键能,则S-F键的键能为__________。
②硫和氧形成的链状化合物结构如图(C),其化学式为__________。
(4)CuCl的熔点为426℃,熔化时几乎不导电;CuF的熔点为908℃。
①CuF的熔点比CuCl的高,原因是_________。
②工业上将CuCl溶入KCN溶液中配制成镀铜液,镀铜液中配合物化学式为__________,写出一种与配体互为等电子体的阳离子的电子式__________。
③CuF晶胞如图(b),晶胞边长为anm。
则Cu+与F-最近的距离为________。
用Mg·mol-1表示CuF的摩尔质量,NA表示阿伏加德罗常数的值,则CuF晶体的密度为______g·cm-3。
④以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标,例如图(b)中离子1的坐标为(
,
,0),则离子3的坐标为__________。
5.Fe、Cu、Cr都是第四周期过渡元素,回答下列问题。
(1)FeCl3是一种常用的净水剂,氯元素的原子核外有____种不同运动状态的电子;有___种不同能级的电子,基态Fe3+的电子排布式为___。
(2)实验室中可用KSCN或K4[Fe(CN)6]来检验Fe3+。
FeCl3与KSCN溶液混合,可得到配位数为5的配合物的化学式是____;K4[Fe(CN)6]与Fe3+反应可得到一种蓝色沉淀KFe[Fe(CN)6],该物质晶胞的
结构如图所示(K+未画出),则一个晶胞中的K+个数为___。
(3)Cu2+能与乙二胺(H2N-CH2-CH2-NH2)形成配离子。
该配离子中含有的化学键类型有__(填字母)
a.配位键b.极性键c.离子键d.非极性键,
乙二胺中共有____个σ键,C原子的杂化方式为___。
(4)金属铜的晶胞为面心立方最密堆积,边长为361pm。
又知铜的密度为9.0g·cm-3,则铜原子的直径约为____pm。
(5)Cr是周期表中第ⅥB族元素,化合价可以是0~+6的整数价态。
回答下列问题。
某化合物的化学式为Na3CrO8,其阴离子结构可表示为
,则Cr的化合价为____。
CrO42-呈四面体构型,结构为
,Cr2O72-由两个CrO42-四面体组成,这两个CrO42-四面体通过共用一个顶角氧原子彼此连接,结构为
。
则由n(n>1)个CrO42-通过顶角氧原子连续的链式结构的化学式为____。
6.磷存在于人体所有细胞中,是维持骨骼和牙齿的必要物质,几乎参与所有生理上的化学反应。
回答下列问题:
(1)基态P原子的核外电子排布式为____________________,有___________个未成对电子。
(2)磷的一种同素异形体一一白磷(P4)的立体构型为_______________,其键角为___________,推测其在CS2中的溶解度___________(填“大于”或“小于”)在水中的溶解度。
(3)两种三角锥形气态氢化物膦(PH3)和氨(NH3)的键角分别为93.6°和107°,试分析PH3的键角小于NH3的原因_________________________________。
(4)常温下PCl5是一种白色晶体,其立方晶系晶体结构模型如上左图所示,由A、B两种微粒构成。
将其加热至148℃熔化,形成一种能导电的熔体。
已知A、B两种微粒分别与CCl4、SF6互为等电子体,则A为___________,其中心原子杂化轨道类型为___________,B为___________。
(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,上图为其立方晶胞,其中的每个原子均测是8电子稳定结构,试判断其熔点___________(填“高于”或“低于”)金刚石熔点。
已知其B—P键长均为xcm,则其密度为___________g·cm-3(列出计算式即可)。
7.储氢材料是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。
LaNi5合金、NaBH4、H3B-NH3、Mg2NiH4等都是潜在储氢材料。
回答下列问题:
(1)基态Ni原子的核外电子排布式为____,有___________个未成对的电子;
(2)NaBH4中H为-1价,Na、B、H电负性由大到小的顺序是_________。
BH4-离子的立体构型为________,其中B的杂化轨道类型为_____。
(3)B2H6和NH3化合可以生成H3B-NH3,H3B-NH3加热时发生反应:
H3B-NH3=BN+3H2,缓慢释放出H2。
BN有类似于石墨的结构,B2H6、NH3和BN的沸点由高到低的顺序为_________,原因是___。
(4)X-射线衍射分析表明,Mg2NiH4的立方晶胞的面心和顶点均被Ni原子占据,所有Mg原子的Ni配位数都相等。
则Mg原子填入由Ni原子形成的_____空隙中(填“四面体”或“八面体”),其空隙占有百分率为_____。
(5)已知Mg2NiH4晶体的晶胞参数为646.5pm,液氢的密度为0.0708g·cm-3。
若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力,则Mg2NiH4的储氢能力是液氢的___倍(列出计算式即可)。
8.碳族元素的单质和化合物具有非常重要的作用。
请回答下列问题。
(1)碳族元素中最早用于制造半导体器件的是__(填元素名称),其价电子排布式为___。
(2)CH3OH分子中C原子的杂化方式为__,SCN-的空间构型为___。
(3)①烷烃(CnH2n+2)随n的增大其熔沸点升高,原因是__。
②硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都很少,原因是__。
(4)如图是SiO2晶胞,构成二氧化硅晶体结构的最小环是由__个原子构成。
已知晶胞参数为apm,则其晶胞密度为__g·cm-3。
9.金属钼(Mo)常用于工业、军事等领域,已被多个国家列为战略金属,我国的钼储量居世界第二。
回答下列问题
(1)Mo与Cr是同族元素,并且位于相邻周期,写出基态Mo原子的价电子的轨道表达式为_____________。
(2)辉钼(MoS2)在纳米电子设备制造领域比硅或富勒烯(如C60)更有优势,可用H2S硫化(NH4)2MoO4溶液生产辉钼。
H2S分子VSEPR模型为____________,(NH4)2MoO4中所有元素的第一电离能由大到小的顺序为________________;MoS2纳米粒子具有类似于石墨的层状结构,具有优异的润滑性能,其原因是___________________________。
(3)碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2+4H2+2Na2CO3
Mo+2CO+4H2O+2Na2S,分子或离子中的大π键可用符号
表示,其中m代表参与形成的大π键原子数,n代表参与形成的大π键电子数(如苯分子中的大π键可表示为
),则碳酸钠中CO32-离子中的大π键应表示为________。
(4)钼的一种配合物化学式为:
Na3[Mo(CN)8]•8H2O,其中除共价键、配位键以外还存在的作用力有_____________,其中配体离子中σ键与π键数目之比为_________。
(5)金属钼晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式为_________堆积。
若晶体钼的密度为ρg·cm-3,钼原子半径为rpm,NA表示阿伏加德罗常数的值,M表示钼的相对原子质量,则钼晶胞中原子的空间利用率为__________________(用含有ρ、r、NA、M的代数式表示)。
10.Ⅰ.羟基磷酸钙[Ca10(PO4)6(OH)2]具有优良的生物相容性和生物活性,它在口腔保健中具有重要作用,可以防止龋齿等,回答下列问题。
(1)Ca10(PO4)6(OH)2中,元素的电负性按由大到小的顺序依次是___。
(2)上述元素都能形成氢化物,其中PH3与同主族元素N形成的氢化物的键角关系是PH3___NH3(填“>”或“<”),PO43-离子空间构型是___。
(3)现已合成含钙的全氮阴离子盐,其中阴离子N5-为平面正五边形结构,N原子的杂化类型是___。
(4)碳酸钙的分解温度远高于碳酸镁,其原因是___。
(5)黑磷是磷的一种同素异形体,与石墨烯类似,其晶体结构片段如图1所示:
其中最小的环为6元环,每个环平均含有___个P原子。
Ⅱ.钴是人体不可或缺的微量元素之一。
Co、Al、O形成的一种化合物钴蓝晶体结构如图2所示。
(6)基态Co原子的价电子排布式为___。
该立方晶胞由4个I型和4个Ⅱ型小立方体构成,其化学式为___,NA为阿伏加德罗常数的值,钴蓝晶体的密度为___g·cm-3(列计算式)。
11.碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物,而且还能形成多种无机化合物,同时自身可以形成多种单质,碳及其化合物的用途广泛。
(1)
分子的晶体中,在晶胞的顶点和面心均含有一个
分子,则一个
晶胞的质量为_______。
(2)干冰和冰是两种常见的分子晶体,下列关于两种晶体的比较中正确的是_____(填字母)。
a.晶体的熔点:
干冰>冰
b.晶体中的空间利用率:
干冰>冰
c.晶体中分子间相互作用力类型相同
(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质,下列关于这两种单质的叙述中正确的是______(填字母)。
a.金刚石中碳原子的杂化类型为
杂化,石墨中碳原子的杂化类型为
杂化
b.晶体中共价键的键长:
金刚石中
<石墨中
C.晶体的熔点:
金刚石>石墨
d.晶体中共价键的键角:
金刚石>石墨
e.金刚石晶体中只存在共价键,石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力
f.金刚石和石墨的熔点都很高,所以金刚石和石墨都是原子晶体
(4)金刚石晶胞结构如下图,立方
结构与金刚石相似,在
晶体中,
原子周围最近的
原子所构成的立体图形为_______,
原子与
原子之间共价键与配位键的数目比为_______,一个晶胞中
原子数目为___________。
(5)已知
单质的晶体密度为
,
的相对原子质量为
,阿伏加德罗常数为
,则
的原子半径为_________。
12.氮化铝(AlN)陶瓷是一种新型无机非金属材料,最高可稳定到2473K,导热性好、热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。
制取原理为:
Al2O3+3C+N2
2A1N+3CO,回答下列问题:
(1)氮化铝的晶体类型为________。
在上述化学方程式中第二周期元素的第一电离能由小到大的顺序是______。
(2)基态氧原子电子占据最高能级的原子轨道的形状是________,未成对电子数为________。
(3)等电子体具有相似的结构。
CO与N2互为等电子体,CO分子中σ键与π键数目之比为_______。
(4)Cu2+处于:
[Cu(NH3)4]2+的中心,若将配离子[Cu(NH3)4]2+中的2个NH3换为CN-,则有2种结构,则Cu2+是否为sp3杂化________(填“是”或“否”)理由为_________。
(5)AlN晶体结构如图所示,1个Al原子周围距离最近的Al原子数为______个;若晶胞结构的高为anm,底边长为bnm,NA表示阿伏伽德罗常数的值,则其密度为_______g.cm-3(列出计算式)。
【参考答案】***试卷处理标记,请不要删除
一、晶胞的相关计算
1.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;实际空间构型要去掉孤电子对,略去孤电子对就是该分子的空间构型。
2.A
解析:
[Ar]3d104s1sp3与水分子间形成氢键sp290NA>4
V形
【解析】
【分析】
有A、B、C、D、E、F六种元素,A是周期表中原子半径最小的元素,则A为H元素;B是电负性最大的元素,则B为F元素;C的2p轨道中有三个未成对的单电子,则C原子核外电子排布为1s22s22p3,则C为N元素;F原子核外电子数是B与C核外电子数之和,则F原子核外电子数为9+7=16,则F为S元素;E能形成红色(或砖红色)的E2O和黑色的EO两种氧化物,则E为Cu元素;D与B可形成离子化合物,根据晶胞结构可知,晶胞中F原子数目为8,D原子数目为
,故化学式为DF2,D为+2价,D是主族元素且与E同周期,处于第四周期,则D为Ca元素,据此解答。
判断碳原子的杂化类型可根据其成键情况来判断,碳原子若成四个单键,其杂化类型必为sp3,若成一个双键,两个单键,其杂化类型必为sp2,若成一个单键,一个三键,其杂化类型必为sp.在每个C60分子中,由于碳原子都采取sp2杂化,故参与形成σ键的电子只有3个,所以形成σ键的电子共有60×3=180个,而每个σ键需要2个电子,所以σ键的数目为90个,故1molC60中σ键的数目为90NA;①同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势,但注意第VA族元素大于相邻元素的第一电离能;
②与硫离子最近的锌离子的数目为硫离子的配位数,根据均摊法计算晶胞中Zn、S原子数目,用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量,再结合m=ρV计算与S距离最近且等距离的S之间的距离;
③计算Se原子价层电子对、孤电子对,确定其空间构型;
【详解】
(1)E为Cu元素,原子核外电子数为29,基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,故答案为:
[Ar]3d104s1;
(2)H2S分子中S原子的价层电子对数=
,S原子采取sp3杂化,故答案为:
sp3;
(3)NH3极易溶于水,其原因主要是NH3与水分子间形成氢键,由于一水合氨电离产生铵根离子和氢氧根,故NH3•H2O中N原子与水中的H原子之间存在氢键,应为b结构,故答案为:
与水分子间形成氢键;
(4)每个碳原子形成3个σ键个数且不含孤电子对,所以采用sp2杂化,每个碳原子含有的σ键个数为32,所以1molC60分子中σ键的数目=
=90NA,故答案为:
sp2;90NA;
(5)①As和Se属于同一周期,且As属于第VA族,Se属于第VIA族,As原子4p能级容纳3个电子,为半满稳定状态,能量较低,第一电离能高于Se,故答案为:
>;
②根据图片知,每个S离子连接4个Zn离子,所其配位数是4;晶胞中Zn原子数为4,S原子数为
,晶胞质量
,则
,与S距离最近且等距离的S之间的距离为
,故答案为:
4;
;
③二氧化硒分子中Se原子孤电子对数
,价层电子对=2+1=3,所以其空间结构为V形,故答案为:
V形。
3.C
解析:
1s22s22p63s23p63d3Ti4+、Cu+2sp3[Cr(NH3)5C1]Cl28
×1030
【解析】
【分析】
【详解】
(1)Cr原子核外电子数为24,核外电子排布为1s22s22p63s23p63d54s1,原子失去4s能级1个电子、3d能级2个电子形成Cr3+,Cr3+电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d3;
Ti4+的核外电子排布为1s22s22p63s23p6,无未成对电子,其水溶液为无色;
V3+的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d2,3d轨道有两个未成对电子,其水溶液有颜色;
Ni2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d8,3d轨道有2个未成对电子,其水溶液有颜色;
Cu+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10,无未成对电子,其水溶液为无色;
综上所述水合离子为无色的是Ti4+、Cu+;
(2)O可以形成两个共价键,Cl可以形成1个共价键,N可以形成3个共价键,丙中N原子形成4条化学键,则其中一条为配位
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- 化学 晶胞 相关 计算 专项 训练 单元 试题