2020届高考化学一轮复习晶体结构与性质作业(4)
核心素养提升练 三十七
晶体结构与性质
(25分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每题5分,共20分)
1.下列分子晶体中,关于熔、沸点高低的叙述中,正确的是 ( )
A.Cl2>I2
B.SiCl4
PH3
D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
【解析】选C。A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况,相对分子质量大的熔、沸点高;C项属于分子结构相似的情况,但存在氢键的熔、沸点高;D项属于相对分子质量相同,但分子结构不同的情况,支链少的熔、沸点高。
2.下列有关说法不正确的是 ( )
A.水合铜离子的模型如图甲所示,1个水合铜离子中有4个配位键
B.CaF2晶体的晶胞如图乙所示,每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2+
C.氢原子的电子云如图丙所示,氢原子核外大多数电子在原子核附近运动
D.金属Cu中铜原子堆积模型如图丁所示,为面心立方最密堆积,每个铜原子的配位数均为12
【解析】选C。电子云是用来表示电子出现的概率,但不代表有一个电子在那里,C项错误。
3.高温下,超氧化钾晶体呈立方体结构,晶体中氧的化合价部分为0价,部分为-2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞,则下列说法正确的是 ( )
A.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有4个K+和4个
B.晶体中每个K+周围有8个,每个周围有8个K+
C.晶体中与每个K+距离最近的K+有8个
D.晶体中与每个K+距离最近的K+有6个
【解析】选A。由题中的晶胞结构知:有8个K+位于顶点,6个K+位于面心,则晶胞中含有的K+数为(8×)+(6×)=4(个);有12个位于棱上,1个处于体心,则晶胞中含有数为12×+1=4(个),所以超氧化钾的化学式为KO2;每个K+周围有6个,每个周围有6个K+,与每个K+距离最近的K+有12个。
【加固训练】
测知氯化钠晶体中相邻的Na+与Cl-的距离为a cm,该晶体密度为d g·cm-3,则阿
伏加德罗常数可表示为 ( )
A. B.
C. D.
【解析】选C。一个NaCl的晶胞中所包含的Na+与Cl-数目并不是1个而是4个,即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na+和4个Cl-共同所占的体积。由NaCl
晶胞示意图可知,1个Na+与1个Cl-共同占有的体积为V=×(2a cm)3=2a3 cm3,由等式NA·d·V=58.5,可得NA=。
4.如图,铁有δ、γ、α三种同素异形体,三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是 ( )
A.γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
B.α-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个
C.将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同
D.三种同素异形体的性质相同
【解析】选B。A项,γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子为12个;C项,从相同温度急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型不同;D项,同素异形体的性质不同。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
5.(15分)(1)晶体硼有多种变体,但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如图),每个顶点为一个硼原子,每个三角形均为等边三角形。若此结构单元为1个分子,则其分子式为________。
(2)冰晶石(Na3AlF6)由两种微粒构成,冰晶石的晶胞结构如图甲所示,位于大立方体的顶点和面心,位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心,那么大立方体的体心处所代表的微粒是________ (填微粒符号)。
(3)Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示,其晶胞特征如图丙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示:
若已知Al的原子半径为d nm,NA代表阿伏加德罗常数,Al的相对原子质量为M,则一个晶胞中铝原子的数目为________个;Al晶体的密度为________g·cm-3(用字母表示)。
【解析】(1) 根据晶胞的结构图可知,每个硼原子被5个正三角形共用,每个正三角形上有三个硼原子,所以这个基本结构单元含有硼原子的个数为=12;若此结构单元为1个分子,则其分子式为B12。
(2)该晶胞中的个数=8×+6×=4,的个数=12×+8=11,根据化学式知,冰晶石中阳离子和阴离子个数之比为3∶1,要使阳离子、阴离子个数之比为3∶1,则大立方体的体心处▽所代表的微粒是Na+。
(3)该晶胞中铝原子个数=8×+6×=4,该晶胞棱长:4d×=2d,所以晶胞体积=(2d)3×10-21 cm3,ρ===(g·cm-3)。
答案:(1)B12 (2)Na+ (3)4
6.(15分)(1)金刚石的晶胞结构如图1所示,已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同,若图中a为Zn2+,则S2-处于ZnS晶胞中的位置为________。
(2)石墨烯中部分碳原子被氧化后,转化为氧化石墨烯(如图2所示)。
①石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C与相邻碳原子间键能的变化是________(填“变大”“变小”或“不变”)。
②石墨烯具有很大的比表面积,可用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为a m,12 g单层石墨烯的单面理论面积约为________m2(列出计算式即可)。
【解析】(1)已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同,若图中a为Zn2+,这说明锌全部位于晶胞中,共计是4个,根据化学式ZnS可知,S2-处于ZnS晶胞中的位置为顶点、面心。
(2)①石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C 连接的氧原子吸引电子能力较强,导致与1号碳原子相邻碳原子对电子的吸引力减小,所以1号C 与相邻碳原子间键能的变化是变小;
②单层石墨烯中含有碳原子个数=6×=2,每个六边形面积=6×(×a×a×
m2)=a2 m2。12 g单层石墨烯中原子个数为NA,因此12 g单层石墨烯的单面理论面积为×a2 m2=a2NAm2。
答案:(1)顶点、面心 (2)①变小 ②a2NA
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括1小题,共6分)
1.根据表中给出的几种物质的熔、沸点数据,判断下列有关说法中错误的是
( )
晶体
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
单质B
熔点/℃
810
710
190
-68
2 300
沸点/℃
1 465
1 418
182.7
57
2 500
(注:AlCl3的熔点在2.02×105Pa条件下测定)
A.SiCl4和AlCl3都是分子晶体
B.单质B可能是原子晶体
C.NaCl和MgCl2在熔融状态和溶于水时均能导电
D.NaCl的键的强度比MgCl2的小
【解析】选D。由表中所给熔、沸点数据可知,SiCl4和AlCl3都为分子晶体,A项正确;单质B的熔、沸点很高,可能为原子晶体,B项正确;NaCl和MgCl2都是离子晶体,在熔融状态和溶于水时均能导电,C项正确;NaCl的熔、沸点高于MgCl2,表明Na+与Cl-的键断裂比Mg2+与Cl-的键断裂难,即NaCl的键的强度大于MgCl2,D项错误。
二、非选择题(本题包括5小题,共44分)
2.(8分)(1)氮元素可与其他元素形成正离子,比如N2O5结构中存在N的结构,其空间构型为________,氮原子的杂化形式为________。
(2)如图为一种N和Li形成的二元化合物的晶体结构,试在图中画出其晶胞,并写出该化合物的化学式________。
【解析】(1)N中心原子为N,含有2个σ键,孤电子对数为=0,价层电子对数为2,空间构型为直线形;价层电子对数等于杂化轨道数,即N中N的杂化类型为sp。
(2)根据晶胞的定义,Li和N形成的晶胞是;根据晶胞结构,位于晶胞的顶点,个数为8×=1,Li+位于面上、内部,个数为4×+1=3,即化学式为Li3N。
答案:(1)直线形 sp
(2) Li3N
3.(9分)(1)储氢材料氢化镁的晶胞结构如图所示,已知该晶体的密度为
ρ g·cm-3,则该晶体的化学式为________,晶胞的体积为________cm3(用ρ、NA表示,其中NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(2)实验证明:KCl、MgO、CaO三种晶体的结构与NaCl晶体的结构相似,已知NaCl、KCl、CaO晶体的晶格能数据如下表:
晶体
NaCl
KCl
CaO
晶格能/(kJ·mol-1)
786
715
3 401
则KCl、MgO、CaO三种晶体的熔点从高到低的顺序是________________。其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最近且等距离的Mg2+有________个。
(3)Si、C和O的成键情况如下:
化学键
C—O
CO
Si—O
SiO
键能/(kJ·mol-1)
360
803
464
640
C和O之间易形成含有双键的CO2分子晶体,而Si和O之间则易形成含有单键的SiO2原子晶体,请结合数据分析其原因: ______________________________。
【解析】(1)该晶体的晶胞中含有2个“MgH2”,则晶胞的体积为÷ρ =(cm3)。(2)晶格能越大,离子晶体的熔点越高,而晶格能与离子的电荷和半径有关,可以判断晶格能:MgO>CaO>KCl,则熔点:MgO>CaO>KCl。(3)碳与氧之间形成含有双键的分子放出的能量(803 kJ·mol-1×2=1 606 kJ·mol-1)
大于形成含单键的原子晶体放出的能量(360 kJ·mol-1×4=1 440 kJ·mol-1),故碳与氧之间易形成含双键的CO2分子晶体;硅与氧之间形成含有双键的分子放出的能量
(640 kJ·mol-1×2=1 280 kJ·mol-1)小于形成含单键的原子晶体放出的能量
(464 kJ·mol-1×4=1 856 kJ·mol-1),故硅与氧之间易形成含单键的SiO2原子晶体。
答案:(1)MgH2 (2)MgO>CaO>KCl 12
(3)碳与氧之间形成含有双键的分子放出的能量(803 kJ·mol-1×2=1 606 kJ·mol-1)大于形成含单键的原子晶体放出的能量(360 kJ·mol-1×4=1 440 kJ·mol-1),故碳与氧之间易形成含双键的CO2分子晶体;硅与氧之间形成含有双键的分子放出的能量(640 kJ·mol-1×2=1 280 kJ·mol-1)小于形成含单键的原子晶体放出的能量(464 kJ·mol-1×4=1 856 kJ·mol-1),故硅与氧之间易形成含单键的SiO2原子晶体
4.(9分)某种磁性氮化铁的结构如图所示,Fe为________堆积,N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中,空隙的占有率为,则该化合物的化学式为________。 其中铁原子最近的铁原子的个数为________________;氮化铁晶胞底边长为a nm,高为c nm,则这种磁性氮化铁的晶体密度为________g·cm-3(用含a、c和NA的计算式表示)。
【解析】根据晶胞的结构,可知Fe为六方最密堆积;根据均摊法在氮化铁晶胞中,含有氮原子数为2,铁原子数为2×+12×+3=6,所以氮化铁的化学式Fe3N;
其中铁原子最近的铁原子的个数为12;若晶胞底边长为a nm,高为c nm,则晶胞的体积是a2c nm3 ,所以这种磁性氮化铁的晶体密度为 g·cm-3= g·cm-3。
答案:六方最密 Fe3N 12
5.(9分)(1)Fe、Co、Ni 等过渡元素易与CO 形成配合物,化学式遵循18 电子规则: 中心原子的价电子数加上配体提供的电子数之和等于18,如Ni 与CO 形成配合物化学式为Ni (CO)4,则Fe 与CO 形成配合物化学式为________。Ni(CO)4中σ键与π键个数比为________,已知: Ni(CO)4熔点-19.3℃,沸点43℃,则
Ni (CO)4为________晶体。
(2)已知NiO 的晶体结构如图1所示。
①NiO的晶体结构可描述为氧原子位于面心和顶点,氧原子可形成正八面体空隙和正四面体空隙,镍原子填充在氧原子形成的空隙中。则NiO 晶体中镍原子填充在氧原子形成的________空隙中。
②已知MgO与NiO的晶体结构相同,其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点 :MgO________NiO( 填“>”“<”或“=”),理由是__ ________
______________________________________________________________。
③一定温度下,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O2-形成的正三角形空隙中(如图2),已知O2-的半径为a m,每平方米面积上分散的NiO 的质量为________g。(用a、NA表示)
【解析】(1)每个CO分子内含有1个σ键和2个π键,而每个CO分子同时又通过1个σ配位键与镍原子连接,所以σ键和π键之比为1∶1。Ni (CO)4是由配位键形成的化合物,配位键属于共价键的一种,所以该物质是分子晶体。(2)①由图可知,氧原子形成的正四面体空隙中不含镍原子,中间是空的,形成的正八面体空隙中含有一个镍原子,则该晶体中镍原子填充在氧原子形成的正八面体空隙中。②晶体结构相同时,离子半径越小离子键强度越高,Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大,故熔点MgO>NiO。
③图中的单分子层可以如图画出一维重复单元:
重复单元呈平行四边形,是相邻四个氧原子球中心的连线,每个重复单元包含1个氧原子和1个镍原子,NiO相对分子质量为75。重复单元所占的平行四边形面积:S=2a×a=2a2m2,则1平方米上该晶体质量为××75,即(或)。
答案:(1)Fe(CO)5 1︰1 分子
(2)①正八面体 ②> Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大 ③(或)
6.(9分) A、B、C、D是元素周期表中前36号元素,它们的核电荷数依次增大。第2周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级,B原子的最外层p轨道的电子为半充满结构,C是地壳中含量最多的元素。D是第4周期元素,其原子核外最外层电子数与氢原子相同,其余各层电子均充满。请回答下列问题:
(1)A、B、C的第一电离能由小到大的顺序是________(用对应的元素符号表示);基态D原子的电子排布式为________________。
(2)A的最高价氧化物对应的水化物分子中,其中心原子采取________杂化;B的立体构型为________(用文字描述)。
(3)1 mol AB-中含有的π键个数为________。
(4)如图是金属Ca和D所形成的某种合金的晶胞结构示意图,则该合金中Ca和D的原子个数比为________。
(5)镧镍合金与上述合金都具有相同类型的晶胞结构XYn,它们有很强的储氢能力。已知镧镍合金LaNin晶胞体积为9.0×10-23 cm3,储氢后形成LaNinH4.5合金(氢进入晶胞空隙,体积不变),则LaNin中n=________(填数值);氢在合金中的密度为________。
【解析】根据题中已知信息,第2周期元素A原子的核外成对电子数是未成对电子数的2倍且有3个能级可知,A为碳元素。B、C、D元素的判断较容易,B为氮元素,C为氧元素,D为铜元素。晶胞的原子个数计算主要注意D原子个数计算,
在晶胞上、下两个面上共有4个D原子,在前、后、左、右四个面上共有4个D原子,在晶胞的中心还有一个D原子。故Ca与D的个数比为8×∶(4×+4×+1)=1∶5。1 mol晶胞的体积为6.02×1023×9.0×10-23cm3,所以ρ(H2)= =0.083 g·cm-3。
答案:(1)C16.40。
答案:(1)×100% (或34%)
(2)①氢键、范德华力 ②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径,且CO2与水的结合能大于CH4与水的结合能
关闭Word文档返回原板块
