赢在微点高考复习顶层设计化学一轮配餐作业39 晶体结构与性质.docx

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赢在微点高考复习顶层设计化学一轮配餐作业39晶体结构与性质

配餐作业（三十九）　晶体结构与性质

1．下图为几种晶体或晶胞的示意图：

请回答下列问题：

（1）上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________。

（2）冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为_________________________________________。

（3）NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________（填“大于”或“小于”）MgO晶体，原因是________________________

__________________________________________________。

（4）每个Cu晶胞中实际占有________个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。

（5）冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是__________________。

解析　

（2）离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则离子晶体熔点越高。

金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。

（4）铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析，8×

＋6×

＝4，氯化钙类似氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－配位数为4。

答案　

（1）金刚石晶体

（2）金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰

（3）小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r（Mg2＋）

（4）4　8

（5）水分子之间形成氢键

2．（2018·东莞质检）卤族元素的单质和化合物在生产生活中有重要的用途。

（1）基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]__________。

（2）在一定浓度的HF溶液中，氟化氢是以缔合形式（HF）2存在的。

使氟化氢分子缔合的作用力是________________。

（3）HIO3的酸性________（填“强于”或“弱于”）HIO4，原因是____________________________________________________________________________________________________。

（4）ClO

中心氯原子的杂化类型为________，ClO

的空间构型为__________。

（5）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数：

表示晶胞内部各微粒的相对位置。

下图是CaF2的晶胞，其中原子坐标参数A处为（0,0,0）；B处为

；C处为（1,1,1）。

则D处微粒的坐标参数为________。

②晶胞参数：

描述晶胞的大小和形状。

已知CaF2晶体的密度为cg·cm－3，则晶胞中Ca2＋与离它最近的F－之间的距离为________nm（设NA为阿伏加德罗常数的值，用含c、NA的式子表示；相对原子质量：

Ca—40　F—19）。

解析　

（1）基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p5。

（2）氟原子的半径小，电负性大，易与氢形成氢键。

（3）同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，I的正电性高，导致I—O—H中O的电子向I偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强；所以HIO3的酸性弱于HIO4。

（4）ClO

为角形，中心氯原子周围有四对价层电子，ClO

中心氯原子的杂化轨道类型为sp3；根据价层电子对互斥理论，ClO

中心原子价电子对数为4，采取sp3杂化，轨道呈四面体构型，但由于它配位原子数为3，所以有一个杂化轨道被一个孤电子对占据，所以分子构型为三角锥形。

（5）氟化钙晶胞中，阳离子Ca2＋呈立方密堆积，阴离子F－填充在四面体空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处；根据晶胞中D点的位置看出，D点的位置均为晶胞中3/4处；已知一个氟化钙晶胞中有4个氟化钙；设晶胞中棱长为Lcm；氟化钙的式量为78；根据密度计算公式：

ρ＝m/V＝4×78/NA×L3＝c，所以L＝

；由晶胞中结构看出，与Ca2＋最近的F－距离为

L，即

×

cm＝

×

×107nm。

答案　

（1）3d104s24p5　

（2）氢键　（3）弱于　同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，Ⅰ的正电性高，导致I—O—H中O的电子向Ⅰ偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强　（4）sp3　三角锥形　（5）

×　

×107或

×　

×107

3．（2018·广东五校诊断）磷是生物体中不可缺少的元素之一，它能形成多种化合物。

（1）基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为________；该能层能量最高的电子云在空间有________个伸展方向，原子轨道呈____________形。

（2）磷元素与同周期相邻两元素相比，第一电离能由大到小的顺序为__________________。

（3）单质磷与Cl2反应，可以生成PCl3和PCl5，其中各原子均满足8电子稳定结构的化合物中，P原子的杂化轨道类型为__________________，其分子的空间构型为__________________。

（4）磷化硼（BP）是一种超硬耐磨涂层材料，图甲为其晶胞，硼原子与磷原子最近的距离为acm。

用Mg·mol－1表示磷化硼的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，则磷化硼晶体的密度为__________。

甲　　　　　　　　　　乙

（5）H3PO4为三元中强酸，与Fe3＋形成H3[Fe（PO4）2]，此性质常用于掩蔽溶液中的Fe3＋。

基态Fe3＋的核外电子排布式为____________；PO

作为_____________为Fe提供_______________。

（6）磷酸盐分为直链多磷酸盐、支链状超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐三类。

某直链多磷酸钠的阴离子呈图乙所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶角氧原子相连。

则该多磷酸钠的化学式为__________。

解析　（3）PCl3中各原子均满足8电子稳定结构，PCl5中P原子为10电子结构，PCl3中P原子采取sp3杂化，其分子的空间构型为三角锥形。

（4）设该晶胞的边长为xcm，硼原子与磷原子最近的距离为晶胞体对角线的

，则

x＝a，x＝

a。

该晶胞中含有的B原子数为4，P原子数为8×

＋6×

＝4，即含有4个BP，故磷化硼晶体的密度为

g÷

3＝

g·cm－3。

（6）由图乙可知，每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为＋5，则该多磷酸钠的化学式为NaPO3或（NaPO3）n。

答案　

（1）M　3　哑铃

（2）P>S>Si

（3）sp3　三角锥形

（4）

g·cm－3（其他合理答案均可）

（5）[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5　配体　孤电子对

（6）NaPO3或（NaPO3）n

【拓展延伸】

近几年高考命题的物质载体有：

①碳及其化合物，如金刚石、石墨和足球烯等；②硅及其化合物，如硅酸盐、硅晶体等；③氮、磷、砷及其化合物；④硫及其化合物；⑤氟、氯、溴单质及其化合物。

4．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

回答下列问题：

A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

（1）该化合物的化学式为______；D的配位数为________。

（2）列式计算该晶体的密度为________g·cm－3。

解析　根据分摊法，可以求得化合物的化学式为K2NiF4，晶体的密度可由晶胞的质量除以晶胞的体积求得。

答案　

（1）K2NiF4　6

（2）

＝3.4

5．（2018·安徽高三阶段性测试）铁触媒是重要的催化剂，CO与铁触媒作用导致其失去催化活性：

Fe＋5CO===Fe（CO）5；除去CO的化学反应方程式为

[Cu（NH3）2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu（NH3）3（CO）]OOCCH3。

请回答下列问题：

（1）基态Fe原子的价电子排布图为________________。

（2）Fe（CO）5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe（CO）5的晶体类型是_____，与CO互为等电子体的分子的分子式为________。

（3）配合物[Cu（NH3）2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________，配体中提供孤对电子的原子是________。

（4）用[Cu（NH3）2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定形成的有________（双选；填选项字母）。

a．离子键B．配位键

c．非极性键D．σ键

（5）单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为____________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的晶胞参数分别为apm和bpm，则

＝________。

解析　

（1）基态铁原子核外有26个电子，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其价电子排布图为

（2）Fe（CO）5常温下为液体，说明其熔、沸点较低，则Fe（CO）5为分子晶体。

与CO互为等电子体的分子为N2。

（3）该配合物含有两种类型的碳原子，

中的C原子为sp2杂化，—CH3中的C原子为sp3杂化。

配体为NH3，则提供孤对电子的原子是N。

（4）用[Cu（NH3）2]OOCCH3除去CO的反应中Cu2＋与NH3、CO新生成配位键，Cu2＋与配体中N、C原子之间的配位键也是σ键，故本题选bd。

（5）面心立方晶胞中Fe的个数为8×

＋6×

＝4，体心立方晶胞中Fe的个数为8×

＋1＝2，故铁原子个数比为2∶1。

设铁原子的半径为rpm，根据题图，面心立方晶胞中面对角线为

a＝4r，a＝

r，体心立方晶胞中体对角线为

b＝4r，b＝

r，故

＝

＝

。

答案　

（2）分子晶体　N2

（3）sp2、sp3　N

（4）bd

（5）2∶1　

6．砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。

请回答下列问题：

（1）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________________________________________。

（2）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。

Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析　

（1）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。

（2）GaAs的熔点为1238℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。

分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4（个），Ga和As的原子半径分别为rGapm＝rGa×10－10cm，rAspm＝rAs×10－10cm，则原子的总体积为V原子＝4×

π×[（rGa×1010cm）3＋（rAs×10－10cm）3]＝

×10－30（r

＋r

）cm3。

又知Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，晶胞的密度为ρg·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝4（MGa＋MAs）/ρNAcm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为

×100%＝

×100%＝

×100%。

答案　

（1）GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体

（2）原子晶体　共价　

×100%

7．（2018·河北三市联考）在一定条件下，金属相互化合形成的化合物称为金属互化物，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。

（1）某金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于________（填“晶体”或“非晶体”）。

（2）基态铜原子有________个未成对电子；Cu2＋的电子排布式为__________________；在CuSO4溶液中加入过量氨水，充分反应后加入少量乙醇，析出一种深蓝色晶体，该晶体的化学式为_________，其所含化学键有______________________，乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为________。

（3）铜能与类卤素（SCN）2反应生成Cu（SCN）2,1mol（SCN）2分子中含有σ键的数目为________。

（SCN）2对应的酸有硫氰酸（H—S—C≡N）、异硫氰酸（H—N===C===S）两种。

理论上前者沸点低于后者，其原因是___________________________________。

（4）ZnS的晶胞结构如图甲所示，在ZnS晶胞中，S2－的配位数为________。

（5）铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图乙所示，其晶胞边长为anm，那么该金属互化物的密度为________g·cm－3（用含a、NA的代数式表示）。

解析　

（1）晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性，而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，题述金属互化物属于晶体。

（2）基态铜原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，有1个未成对电子；Cu2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9；得到的深蓝色晶体为Cu（NH3）4SO4，Cu（NH3）4SO4中含有离子键、共价键、配位键。

乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为sp3。

（3）类卤素（SCN）2的结构式为

1mol（SCN）2中含σ键的数目为5NA。

异硫氰酸（H—N===C===S）分子中N原子上连接有H原子，分子间能形成氢键，故沸点高。

（4）根据题中图甲知，距离Zn2＋最近的S2－有4个，即Zn2＋的配位数为4，而ZnS中Zn2＋与S2－个数比为1∶1，故S2－的配位数也为4。

（5）根据均摊法，铜与金形成的金属互化物晶胞中Cu的个数为6×

＝3，Au的个数为8×

＝1，该金属互化物的化学式为Cu3Au，该金属互化物的密度为

g·cm－3＝

g·cm－3。

答案　

（1）晶体

（2）1　1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9　

Cu（NH3）4SO4　共价键、离子键、配位键　sp3

（3）5NA　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能

（4）4

（5）

（或其他合理答案）