1、课时规范练33晶体结构与性质(时间:45分钟满分:100分)课时规范练第66页非选择题(共5小题,共100分)1.(20分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为nm(填标号)。A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)基态K原子中,核外电子占据最高能层的符号是 ,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是。(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为
2、,中心原子的杂化形式为。(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为nm,与K紧邻的O个数为。(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于位置,O处于位置。答案:(1)A(2)N球形K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)体心棱心解析:(1)紫色光波长范围是400430 nm,故选A。(2)K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故核外电子占据的最高能层是第4层,符号是N,占据
3、该能层电子的能级为4s,电子云轮廓图为球形。K的价层电子排布为4s1,Cr的价层电子排布为3d54s1,K的价层电子数较少;K的原子半径较Cr的大,故K的金属键较Cr的弱,熔、沸点较Cr的低。(3)I3+的价层电子对数为4,孤电子对数为2,故中心原子为sp3杂化,I3+的几何构型为V形。(4)K与O间的最短距离为22a nm=20.446 nm2=0.315 nm。与K紧邻的O在以K为顶点的正方形的面心,一个晶胞中距离顶点K最近的有3个O,顶点处的K被8个晶胞共有,面心O被2个晶胞共有,所以与K紧邻的O个数为3812=12。(5)若I处于各顶角位置,则晶胞结构图为,故K在体心,O在棱心。2.(
4、2019全国)(20分)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种被称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:(1)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是(填标号)。A.B.C.D.(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是、。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是(填“Mg2+”或“Cu2+”)。(3)一些氧化物的熔点如下表所示:氧化物Li2OMgOP4O6SO2熔点/1 57
5、02 80023.8-75.5解释表中氧化物之间熔点差异的原因。(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=pm,Mg原子之间最短距离y=pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是gcm-3(列出计算表达式)。(a)(b)答案:(1)A(2)sp3sp3乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键Cu2+(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgOLi2O。分子间作用力(相对分子质量)P4O6SO2(4)2
6、4a34a824+1664NAa310-30解析:(1)A、B、C、D四个选项分别表示的是基态的Mg+、基态的镁原子、激发态的镁原子和激发态的Mg+,因第二电离能要大于第一电离能,且处于基态的电子比处于激发态的电子稳定,因此电离需要的能量大,即电离最外层一个电子所需能量,最大的是属于基态的Mg+,所以A项正确。(2)N和C的价电子对数均为4,因此N、C的杂化类型均为sp3。乙二胺中氮原子有孤电子对,Mg2+、Cu2+有空轨道,易形成配位键;因此乙二胺能与Mg2+、Cu2+形成稳定环状离子。由于离子半径r(Cu2+)r(Mg2+),且Cu2+含有的空轨道数比Mg2+多,所以Cu2+与乙二胺形成化
7、合物的稳定性高于Mg2+与乙二胺形成化合物的稳定性。(3)离子晶体的熔点通常高于分子晶体的熔点;Li2O和MgO为离子晶体,晶格能MgOLi2O;P4O6、SO2为分子晶体,分子间作用力P4O6SO2,所以熔点由高到低的顺序为MgO、Li2O、P4O6、SO2。(4)由图(b)可知,Cu原子之间的最短距离x为晶胞面对角线的14,面对角线长为2a pm,即x=24a pm;Mg原子之间的最短距离y为晶胞体对角线的14,体对角线长为3a pm,即y=34a pm。由图(a)可知,一个晶胞中Mg原子个数=818+612+4=8,则Cu原子个数为16,因此晶胞的质量=824+1664NA g,晶胞的体
8、积V=a310-30cm3,所以密度=824+1664NAa310-30 gcm-3。3.(2018全国节选)(20分)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:(1)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是。(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是、中心原子的杂化形式为。LiAlH4中,存在(填标号)。A.离子键B.键C.键D.氢键(3)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。图(a)图(b)可知,Li原子的第一电离能为kJm
9、ol-1,OO键键能为kJmol-1,Li2O晶格能为kJmol-1。(4)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为 gcm-3(列出计算式)。答案:(1)Li+核电荷数较大(2)正四面体形sp3AB(3)5204982 908(4)87+416NA(0.466 510-7)3解析:(1)Li+核电荷数较大,对核外电子的吸引力大,导致其半径小于H- 。(2)根据价电子对互斥理论,LiAlH4中阴离子的空间构型是正四面体形,中心原子采用sp3杂化,LiAlH4中存在离子键和键。(3)根据循环图中数据可知,Li原子
10、的第一电离能是520 kJmol-1,OO键的键能是2492 kJmol-1=498 kJmol-1,Li2O的晶格能是2 908 kJmol-1。(4)根据分割法,一个晶胞中含有Li:8个,含有O:818+612=4个,1 mol晶胞中含有4 mol Li2O,则Li2O的密度为(a为晶胞参数):4MNAa3=87+416NA(0.466 510-7)3 gcm-3。4.(2019广西三市高三联考)(20分)A、B、C、D是原子序数依次递增的前四周期元素,A元素的正化合价与负化合价的代数和为零;B元素原子的价电子结构为nsnnpn;C元素基态原子s能级的电子总数比p能级的电子总数多1;D元素
11、原子的M能层全满,最外层只有一个电子。请回答:(1)A元素的单质为A2,不能形成A3或A4,这体现了共价键的性;B元素单质的一种空间网状结构的晶体熔点3 550 ,该单质的晶体类型属于;基态D原子共有种不同运动状态的电子。(2)A与C形成的最简单分子的中心原子杂化方式是,该分子与D2+、H2O以212的配比结合形成的配离子是(填化学式),此配离子中的两种配体的不同之处为(填标号)。中心原子的价层电子对数中心原子的孤电子对的对数中心原子的化学键类型VSEPR模型(3)1 mol BC-中含有的键数目为;写出与BC-互为等电子体的分子和离子各一种、。(4)D2+的硫酸盐晶体的熔点比D2+的硝酸盐晶
12、体的熔点高,其原因是。(5)D3C具有良好的电学和光学性能,其晶体的晶胞结构如图所示,D+和C3-半径分别为a pm、b pm,D+和C3-都是紧密接触的刚性小球,则C3-的配位数为,晶体的密度为 gcm-3。答案:(1)饱和原子晶体或共价晶体29(2)sp3Cu(H2O)2(NH3)22+(3)2NACO或N2C22-(4)硫酸铜的晶格能比硝酸铜的晶格能大(5)610310304NA(a+b)3或20610308NA(a+b)3解析:(1)H元素的单质为H2,不能形成H3或H4,这体现了共价键的饱和性;原子晶体熔点高,C元素单质的一种空间网状结构的晶体熔点3 550 ,该单质的晶体类型属于原
13、子晶体;原子核外有几个电子就有几种运动状态,基态铜原子核外有29个电子,所以有29种不同运动状态的电子。(2)H与N形成的最简单分子是NH3,N原子的价电子对数是5+32=4,所以N原子杂化方式是sp3,NH3与Cu2+、H2O以212的配比结合形成的配离子是Cu(H2O)2(NH3)22+,Cu(H2O)2(NH3)22+中NH3分子、H2O分子中心原子的价层电子对数都是4,故相同;NH3分子中心原子的孤电子对的对数是1,H2O分子中心原子的孤电子对的对数是2,故不同;NH3分子、H2O分子的中心原子的化学键都是共价键,故相同;VSEPR模型都有4个电子对,故相同。(3)CN-中含有碳氮叁键
14、,1 mol BC-中含有的键数目为2NA;等电子体是原子数、价电子数相同的分子或离子,与CN-互为等电子体的分子和离子有CO、C22-等。(4)离子晶体的熔点与晶格能有关,晶格能越大熔点越高,硫酸铜的晶格能比硝酸铜的晶格能大,硫酸铜晶体的熔点比硝酸铜晶体的熔点高。(5)根据晶胞图,离N3-最近的Cu+有6个,所以N3-的配位数为6;根据均摊原则,每个晶胞含有Cu+数1214=3,每个晶胞含有N3-数818=1,所以晶胞的摩尔质量是206 gmol-1,晶胞的体积是(2a+2b)310-30 cm3,则晶体的密度为20610308NA(a+b)3 gcm-3。5.(20分)碳是地球上组成生命的
15、最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp杂化轨道成共价键,具有很强的结合能力,与其他元素结合成不计其数的无机物和有机化合物,构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:(1)基态碳原子核外有种空间运动状态的电子,其外围电子轨道表示式为。(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种重要的含碳化合物,判断其分子立体构型为,其碳原子杂化轨道类型为杂化。(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同、分解温度不同,如表所示:碳酸盐MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3热分解温度/4029001 1721 360阳离子半径/pm66991121
16、35试解释为什么随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高?。(4)碳的一种同素异形体C60(结构如图甲),又名足球烯,是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8,结构是立方体,结构简式为)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子,而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体,该晶体的晶胞结构如图乙所示,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为。(5)碳的另一种同素异形体石墨,其晶体结构如图丙所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为个。已知石墨的密度为 gcm-3,CC键键长为r cm,阿伏加德罗常数的值为N
17、A,计算石墨晶体的层间距为 cm。(6)碳的第三种同素异形体金刚石,其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图(从AD图中选填)。答案:(1)6(2)平面三角形sp2(3)因为碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合CO32-中的氧离子、使CO32-分解为CO2的过程,所以当阳离子所带电荷相同时,阳离子半径越小,其结合氧离子能力就越强,对应的碳酸盐就越容易分解(4)C8H8C60(或C60C8H8)(5)41633NAr2(6)D解析:(1)原子核外的电子运动状态各不相同,有几个电子就有
18、几种运动状态,故基态碳原子核外有6种空间运动状态的电子,碳原子外围电子轨道表示式为。(2)光气COCl2的中心碳原子的价层电子对数为3,分别与两个Cl和一个O形成三个键,没有孤电子对,则其分子立体构型为平面三角形,碳原子为sp2杂化。(4)根据复合型分子晶体的晶胞结构可知,一个晶胞中含有C60的分子个数为818+612=4,含有C8H8的分子个数为4,则该复合型分子晶体的组成可以表示为C8H8C60或C60C8H8。(5)石墨的晶胞结构如图,设晶胞的底边长为a cm,高为h cm,层间距为d cm,则h=2d,从图中可以看出石墨晶胞含有4个碳原子,则:a2=rsin 60a=3r gcm-3=4NAmol-1M(C)(acm)2sin 60hcm=4NAmol-112 gmol-1(3r)2322dcm3d=1633NAr2 cm。(6)由金刚石的晶胞结构可知金刚石的晶胞相当于一个大的体心立方堆积中套一个小的体心立方堆积,故根据金属钠的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图,可知金刚石的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图为D图示。
