1、考点规范练37晶体结构与性质非选择题1.(2021青海西宁高三二模)磷及其化合物在工农业生产中都有重要作用。请回答下列问题:(1)基态磷原子核外电子排布式为。(2)羟基磷灰石Ca5(PO4)3OH是牙齿中的重要矿物质,其中羟基(OH)中氧原子的杂化方式为,PO43-的空间构型为,该化合物中所含元素电负性最大的是。(3)磷化硼为立方晶系晶体,该晶胞中各原子的原子坐标参数为:B:(0,0,0);(12,12,0);(12,0,12);(0,12,12)P:(14,14,14);(14,34;34);(34,14,34);(34,34,14)请在图中画出磷化硼晶胞的俯视图。与每个磷原子紧邻的硼原子有
2、个,与每个硼原子紧邻的硼原子有个。(4)从磷钇矿中可提取稀土元素钇(Y),某磷钇矿的结构如图所示。该磷钇矿的化学式为,与PO43-互为等电子体的阴离子有(写出一种离子符号)。已知晶胞参数a=0.69 nm,c=0.60 nm,用NA表示阿伏加德罗常数的值,则该磷钇矿的密度为 gcm-3(列出计算式)。2.B、N、Co均为新型材料的重要组成元素。请回答下列问题。(1)基态氮原子的价电子排布图为。(2)Co能形成Co(CNO)63-。1 mol该离子中含有mol键。与CNO-互为等电子体的分子为。(任写一种,填化学式)(3)向CuSO4溶液中加入过量氨水,可生成Cu(NH3)42+配离子,已知NF
3、3和NH3的立体构型都是三角锥形,但NF3不易与Cu2+形成配合离子,其原因是。(4)分子中的大键可用符号nm表示,其中m表示形成大键的原子数,n表示参与形成大键的电子数(如苯分子中的大键可表示为66)。则NO3-中的大键应表示为。(5)多硼酸根的结构之一为链状(如图),其化学式为。(6)氮化硼晶体有多种结构,其中立方氮化硼具有金刚石的结构(如图)。若晶胞边长为a nm,晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心,则BN的键长为nm,这种氮化硼晶体的密度为 gcm-3。(设NA表示阿伏加德罗常数的值,用含有a和NA的代数式表示)3.(2021广东广州高三月考)FeSe、MgB2等超导材料具有
4、广阔的应用前景。请回答下列问题:(1)基态Fe2+与Fe3+中未成对的电子数之比为。(2)向FeSe中嵌入吡啶()能得到具有优异性能的超导材料。吡啶中氮原子的杂化类型为;该分子内存在(填字母)。A.键B.键C.配位键D.氢键(3)将金属锂直接溶于液氨,得到具有很高反应活性的金属电子溶液,再通过系列反应可制得FeSe基超导材料Li0.6(NH2)0.2(NH3)0.8 Fe2Se2。NH2-的空间构型为。液氨是氨气液化的产物,氨气易液化的原因是。金属锂溶于液氨时发生反应:Li+(m+n)NH3X+e-(NH3)n。X的化学式为。4.(2020山东卷改编)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料
5、,回答下列问题:(1)Sn为A族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4立体构型为,其固体的晶体类型为。(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为(填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为,键角由大到小的顺序为。(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如下图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有mol,该螯合物中N的杂化方式有种。(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,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如
6、下图所示,晶胞棱边夹角均为90,晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。原子坐标xyzCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有个Sn,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有个。5.碳是地球上组成生命的最基本元素之一,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,其价层电子排布图为。(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种
7、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/40290011721360阳离子半径/pm6699112135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石墨,其晶体结构如图甲所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为。已知石墨的密度为 gcm-3,CC 键键长为r cm,设阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为 cm。考点规范练37晶体结构与性质1.答案(1)1s22
8、s22p63s23p3(2)sp3正四面体形O(3)412(4)YPO4SO42-或ClO4-、BrO4-、IO4-、SiO44-等4(89+31+164)0.690.690.6010-21NA解析(1)磷的原子序数是15,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3。(2)羟基(OH)中氧原子的价层电子对数是4,根据价层电子对互斥理论判断O原子的杂化方式为sp3;PO43-中P原子价层电子对数=4+5+3-422=4且不含孤电子对,根据价层电子对判断该微粒空间构型为正四面体形;元素的非金属性越强,其电负性越大,非金属性最强的是O元素,则电负性最大的是O元素。(3)由原子坐标参数可知,晶
9、胞中B原子处于晶胞的顶点、面心位置,而P原子处于晶胞内部,处于B原子形成的正四面体体心位置,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,P原子投影处于正方形内部且处于正方形对角线上,故磷化硼晶胞的俯视图为;P原子周围连接4个B原子,与每个磷原子紧邻的硼原子有4个;以顶点B原子研究,与之紧邻的硼原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个面心为2个晶胞共用,与每个硼原子紧邻的硼原子有382=12个。(4)晶胞中含Y的个数是818+412+1=4,含磷酸根的个数是612+414=4,则该磷钇矿的化学式为YPO4;与P
10、O43-互为等电子体的阴离子有SO42-或ClO4-、BrO4-、IO4-、SiO44-等。已知晶胞参数a=0.69nm,c=0.60nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则该磷钇矿的密度为=mV=4(89+31+164)0.690.690.6010-21NAgcm-3。2.答案(1)(2)18CO2或N2O(3)电负性FNH,NH3中氮元素显-3价,而在NF3中氮元素显+3价,高度缺电子,不易提供孤电子对给Cu2+的空轨道形成配位键(4)46(5)BO2-(6)34a11023a3NA解析(1)N是7号元素,根据原子构造原理可知N核外电子排布式是1s22s22p3,价电子排布式是2s22p3,所以
11、基态氮原子的价电子排布图为。(2)1个Co3+与6个CNO-形成6个配位键,属于键,1个CNO-含有2个键,故1个Co(CNO)63-含有18个键,所以1mol该离子中含有18mol键。与CNO-互为等电子体的分子为CO2或N2O。(3)向CuSO4溶液中加入过量氨水,可生成Cu(NH3)42+配离子,是由于中心离子Cu2+有空轨道,NH3分子中N原子有孤电子对,与H原子相比,N原子吸引电子能力强,N原子周围相对来说电子多,而NF3和NH3的立体构型尽管都是三角锥形,但电负性FNH,在NH3中氮元素显-3价,而在NF3中氮元素显+3价,高度缺电子,不易提供孤电子对给Cu2+的空轨道形成配位键,
12、所以NF3不易与Cu2+形成配合离子。(4)NO3-中的大键是每个O原子提供1个电子,每个N原子提供2个电子,还有1个外来电子,所以成键原子数是4,成键电子数是6,故NO3-中的大键表示为46。(5)由均摊法,可知每个B原子独自占有2个O原子,B元素化合价为+3,O元素化合价为-2,多硼酸根的化合价代数和为3n+2n(-2)=-n,故多硼酸根组成可表示为(BO2)nn-,也可写为BO2-。(6)晶胞边长为anm,由立方氮化硼的结构可知晶胞中N原子位于B原子所形成的正四面体的体心,可看作是将晶胞均分为8个小立方体,BN的键长为晶胞体对角线的14,由于晶胞边长为anm,则体对角线为3a,所以BN的
13、键长为34anm;一个晶胞中含有B原子数目为4;含有N原子数目为188+126=4,即一个晶胞中含有4个BN,所以晶胞的密度为=mV=4(11+14)NAg(a10-7cm)3=11023a3NAgcm-3。3.答案(1)45(2) sp2杂化AB(3)V形氨分子间存在氢键,分子间作用力较强,容易液化Li(NH3)m+解析(1)基态Fe2+的外围电子排布式为3d6,含有4个未成对电子,基态Fe3+的外围电子排布式为3d5,含有5个未成对电子,两者之比为45。(2)中N、C之间形成双键,故氮原子的杂化类型为sp2杂化,该分子内存在键和键。(3)NH2-的中心原子的价电子对数为2+5+1-122=
14、4,含有两个孤电子对,故其空间构型为V形;由于氨气分子间存在氢键,分子间作用力较强,因此氨气容易液化;Li+(m+n)NH3X+e-(NH3)n,根据原子守恒和电荷守恒可确定X的化学式为Li(NH3)m+。4.答案(1)正四面体形分子晶体(2)NH3、AsH3、PH3AsH3、PH3、NH3NH3、PH3、AsH3(3)61(4)4(0.5,0,0.25),(0.5,0.5,0)4解析本题以高迁移率的新型热电材料为素材,考查晶体结构、分子结构,具有一定的挑战性。(1)Sn为第A族元素,SnCl4的结构式为,立体构型应为正四面体形。常温常压下为液体,熔点较低,属于分子晶体。(2)NH3分子间存在
15、氢键,相对分子质量AsH3PH3,故沸点:NH3AsH3PH3。N、P、As同主族,从上到下,原子半径依次增大,非金属性依次减弱,则NH3、PH3、AsH3的还原性依次增强,键角依次减小。(3)根据配位键形成的条件:一方提供空轨道(图中Cd2+),一方提供孤电子对。由题图可知,1mol该配合物中通过螯合作用形成6mol配位键。分子中氮原子均采取sp2杂化。(4)根据表中坐标Cd(0,0,0),又因为四方晶系的化学式为CdSnAs2,故Cd与Sn原子个数之比为11,一个晶胞中Cd原子的个数为188+124+1=4,一个晶胞中Sn原子也是4个,Sn应为晶胞中的小白球。距离Cd(0,0,0)最近的S
16、n为底面和侧面的Sn,其坐标分别为(0.5,0.5,0),(0.5,0,0.25)。5.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)41633NAr2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,碳原子价层电子排布图为。(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)石墨的晶胞结构如图,设晶胞的底边长为acm,高为hcm,层间距为dcm,则h=2d,从图中可以看出石墨晶胞含有4个碳原子,则:a2=rsin60a=3rgcm-3=4NAmol-1M(C)(acm)2sin60hcm=4NAmol-112gmol-1(3r)2322dcm3d=1633NAr2cm。