1、课时规范练37晶体结构与性质课时规范练第74页基础巩固1.(2020河南周口月考)太阳能电池板材料除单晶硅外,还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学元素。(1)基态钙原子的电子排布式为,金属钴的堆积方式与镁相似,都属于六方堆积,其配位数是。(2)六方相氮化硼的结构与石墨相似,B的杂化方式是,其不导电的原因是。(3)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似,如图所示。该晶体中与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有个,与Ti原子距离最近且相等的N原子有个,这几个N原子形成的空间形状是。该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点,其原因是。(4)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图所示),若该晶胞的边长为a nm
2、,密度为 gcm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则钴的相对原子质量可表示为。答案(1)1s22s22p63s23p64s2或Ar4s212(2)sp2杂化层状结构中没有自由移动的电子(3)126正八面体氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数,氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能(4)5a3NA10-22解析(1)基态钙原子核外有20个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或Ar4s2。镁、钴晶体的堆积方式都属于六方堆积,其配位数为12。(2)六方相氮化硼中1个硼与3个氮原子结合,硼原子的杂化类型为sp2杂化;六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中
3、没有自由移动的电子。(3)与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个,与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个(在Ti原子的上、下、左、右、前、后)。氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数,氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能,因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。(4)该晶胞中Co原子的个数为818+1=2,则该晶胞的质量为2MrNA g= gcm-3(a10-7 cm)3,Mr=5a3NA10-22。2.(2020四川广安调研)现有A、X、Y、Z、W五种元素,它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期序数相同;X基态原子的L层中有3个未成对
4、电子;Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋方向与2p轨道上其他电子的自旋方向相反;Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子;W基态原子的最外层电子数为1,其余各电子层均充满电子。请回答下列问题:(1)这五种元素中,电负性最大的元素基态原子的电子排布式是,W位于元素周期表的(填“s”“p”“d”或“ds”)区。(2)已知X2Y分子中Y原子只与一个X原子相连,请根据等电子原理写出X2Y的电子式:,其中心原子的杂化轨道类型是,1 mol X2Y含有的键数目为。图1(3)W可以形成配合物。A、X、Y、Z、W五种元素形成的一种11型离子化合物中,阴离子呈正四面体结构,该阴离子的化学式为;
5、其阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图1所示),该阳离子的化学式为;该化合物加热时首先失去的成分是,判断理由是。图2(4)W、X形成的某种化合物的晶胞结构为如图2所示的立方晶胞(其中X显-3价),则其化学式为。设阿伏加德罗常数的值为NA,距离最近的两个W的核间距为a cm,则该晶体的密度为 gcm-3。(用含有a和NA的代数式表示)答案(1)1s22s22p4ds(2)NNOsp2NA(3)SO42-Cu(NH3)4(H2O)22+H2OH2O与Cu2+形成的配位键比NH3与Cu2+形成的配位键弱(4)Cu3N206NA(2a)3解析A、X、Y、Z、W五种元素的原子序数依次增大。A元素原子的核外
6、电子总数与其周期序数相同,故A为H;X基态原子的L层中有3个未成对电子,故X为N;Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋状态与2p轨道上其他电子的自旋状态相反,故Y为O;Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子,故Z为S;W基态原子的最外层电子数为1,其余各电子层均充满电子,故W为Cu。(1)电负性最大的元素为O,其基态原子的电子排布式为1s22s22p4。Cu为29号元素,在元素周期表中位于ds区。(2)N2O分子中O原子只与一个N原子相连,N2O与CO2互为等电子体,故N2O的电子式为NNO,中心原子N的杂化类型为sp,1分子N2O中的键数目为2,故1 mol N2O中含有的
7、键数目为2NA。(3)五种元素形成的11型离子化合物中,阴离子呈正四面体结构,则阴离子为SO42-,结合题图可知该阳离子结构中含有1个Cu2+、4个NH3及2个H2O,故阳离子的化学式为Cu(NH3)4(H2O)22+。加热化合物时根据配位键强弱来确定首先失去的成分。(4)由题图的晶胞结构可知N原子的数目为818=1,Cu原子的数目为1214=3,所以其化学式为Cu3N。设晶胞边长为b cm,则2(b2)2=a2,b=2a,故该晶体的密度=206NA(2a)3 gcm-3。3.锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:(1)Zn2+核外价电子排布式为。(2)ZnF2具有较高的
8、熔点(872 ),其化学键类型是;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是。(3)中华本草等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子空间构型为,C原子的杂化形式为。(4)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为 gcm-3(列出计算式)。答案(1)3d10(2)离子键ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小(3)平面三角形sp2(4)六方堆积(A3型)6
9、56NA634a2c解析(2)由ZnF2的熔点较高可知ZnF2是离子晶体,化学键类型是离子键;根据相似相溶原理,由ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的溶解性可知,这三种物质为分子晶体,化学键以共价键为主、极性较小。(3)CO32-的价层电子对数为4+22=3,故C原子是sp2杂化,CO32-空间构型是平面三角形。(4)由题图可知,堆积方式为六方堆积(A3型);晶胞中Zn原子个数为1216+212+3=6,根据=mV,可得Zn的密度为656NA634a2c gcm-3。4.钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产、生活中有重要的应用。回答下列问题:(1)写出As的基态原子的电子排布式。(2)N、P、A
10、s为同一主族元素,其电负性由大到小的顺序为,它们的氢化物沸点最高的是。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体,已知其中阴离子与SO42-互为等电子体,则该阴离子的化学式是。(3)Fe3+、Co3+与N3-、CN-等可形成络合离子。K3Fe(CN)6可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为。Co(N3)(NH3)5SO4中Co的配位数为,其配离子中含有的化学键类型为(填“离子键”“共价键”或“配位键”),C、N、O的第一电离能最大的为,其原因是。(4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为。已知砷化镓晶胞边长为a pm,其密度为 gcm
11、-3,则阿伏加德罗常数的数值为(列出计算式即可)。答案(1)Ar3d104s24p3(2)NPAsNH3NO43-(3)sp6共价键、配位键N氮原子2p能级中的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子(4)正四面体4145a310-30解析(1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布式为Ar3d104s24p3。(2)As、P、N元素属于同一主族元素,其原子序数逐渐减小,则其电负性逐渐增大,即NPAs;它们的氢化物中,NH3分子间可形成氢键,沸点最高;原子个数相等、价电子数相等的微粒属于等电子体,且等电子体结构相似,与SO42-互为等电子体的该阴离子是NO43-。(3)CN-中C原子价层电
12、子对个数=1+12(4+1-13)=2,所以采取sp杂化;C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大,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趋势,但氮原子2p能级上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是NOC。(4)Ga与周围等距离且最近的As形成空间构型为Ga在中心As在四个顶点的正四面体结构;由题图可知一个晶胞占有4个Ga原子和4个As原子,若晶胞的边长为a pm,则晶胞体积为(a10-10)3 cm3,晶体的密度为 gcm-3,则晶胞质量为(a10-10)3 cm3 gcm-3=a310-30 g,则a310-30 gNA mol-1=4145
13、 gmol-1,则NA=4145a310-30。5.(2019安徽合肥高三调研)磷化铟和砷化铟纳米晶具备独特的光学和电学特性,广泛应用于生物医学、通信、太阳能电池等领域。回答下列问题:(1)基态磷原子电子排布式为;基态As原子中未成对电子数为。(2)PH3分子空间构型为;AsO33-中As原子的杂化方式为。(3)AsH3与NH3在水中溶解度较大的是,其原因是。(4)酞菁铟是有机分子酞菁与金属铟形成的复杂分子,结构简式如图所示,该分子中存在的化学键为(填选项字母)。a.键b.键c.离子键d.配位键(5)砷化铟的晶胞结构如图所示,砷化铟晶体的化学式为;该晶胞的棱长为a cm,则砷化铟晶体的密度为(
14、用含a、NA的代数式表示)。答案(1)1s22s22p63s23p33(2)三角锥形sp3(3)NH3NH3与水分子之间易形成氢键(4)abd(5)InAs760a3NA gcm-3解析(1)P的原子序数为15,原子核外有15个电子,P的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3;As元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,未成对电子数为3。(2)中心原子磷原子形成了3个键,另外还有1对未成键孤电子对,其价层电子对的总数是4,需要形成4个杂化轨道,故采用sp3杂化,分子的空间构型为三角锥形;AsO43-中心原子的价层电子对数为5+32=4,所以As原
15、子的杂化方式为sp3杂化。(3)因为NH3与水分子之间易形成氢键,故AsH3与NH3在水中溶解度较大的是NH3。(4)根据酞菁铟的结构简式可知,该分子中存在的化学键为键、键和配位键。(5)由砷化铟的晶胞结构,根据均摊法可得,每个晶胞含有818+612=4个In原子,4个As原子,砷化铟晶体的化学式为InAs;该晶胞的棱长为a cm,则砷化铟晶体的密度为=4190NAa3 gcm-3=760a3NA gcm-3。能力提升6.(2020江苏镇江调研)磁性材料氮化铁镍合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨气、氮气、氢氧化钠、盐酸等物质在一定条件下反应制得。(1)Fe3+的电子排布式
16、是。(2)NO3-和NH3中氮原子的杂化方式分别为。(3)NH3的沸点高于PH3,其主要原因是。(4)与N3-具有相同价电子数的三原子分子的空间构型是。(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,刚开始时生成绿色Ni(OH)2沉淀,当氨水过量时,沉淀会溶解,生成含Ni(NH3)62+的蓝色溶液,则1 mol Ni(NH3)62+中含有的键的物质的量为 mol。(6)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为,如果Fe的原子半径为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则计算此单质的密度表达式为 gcm-3(不必化简)。答案(1)1s22s22p63s23p63d5或
17、Ar3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子间存在氢键(4)V形(5)24(6)8562NA(4a3)3解析(1)Fe为26号元素,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。(2)NO3-为平面三角形,氮原子采取sp2杂化;NH3为三角锥形的分子,氮原子采取sp3杂化。(4)N3-价电子数为10,与N3-具有相同价电子数的三原子分子为H2O,分子的空间构型为V形。(5)在Ni(NH3)62+中,每个氮原子与3个氢原子形成键,同时还与镍原子形成配位键,也属于键,因此1 mol Ni(NH3)62+中含有的键为4 mol6=24 mol。(6)铁元素对应的单质在形
18、成晶体时,采用题图所示的堆积方式,这种堆积模型为体心立方堆积,即在立方体的中心有一个铁原子,与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点,所以铁的配位数为8,每个立方体中含有的铁原子数为818+1=2,如果Fe的原子半径为a cm,则立方体的边长为4a3 cm,则立方体的体积为(4a3 cm)3,阿伏加德罗常数的值为NA,所以铁单质的密度表达式为562NA(4a3)3 gcm-3。拓展深化7.(2020湖北孝感联考)磷及其化合物与人们的健康和生产生活密切相关。请回答下列问题:(1)基态磷原子价电子排布图(轨道表示式)为,其第一电离能比硫的(填“大”或“小”)。(2)羟基磷灰石Ca(PO4)3
19、OH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)P4O6的分子结构中只含有单键,且每个原子的最外层都满足8电子稳定结构,则该分子中含有的共价键数目是。(4)磷酸和亚磷酸(H3PO3)是磷元素的两种含氧酸。亚磷酸与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,则H3PO3的结构式为,其为元酸,原因是。(5)磷酸分子间脱水可生成多磷酸,其某一钙盐的结构如下图所示:由图推知该多磷酸钙盐的通式为。(6)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,晶胞如下图所示,其密度为 gcm-3,设NA是阿伏加德罗常数的值,则磷原子的配位数
20、为,晶胞参数为 pm。答案(1)大(2)sp3正四面体形O(或氧元素)(3)12(4)或二一个H3PO3分子中只有两个羟基,含氧酸羟基上的氢易电离(5)(CaP2O6)n(6)43168NA1010解析(1)P是15号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,其价电子排布式为3s23p3,所以基态磷原子价电子排布图(轨道表示式)为;由于其最外层的3p能级电子处于半充满的稳定状态,所以失去一个电子比元素S的原子难,需要的能量高,故其第一电离能比硫的大。(2)OH中氧原子的价层电子对数为6+22=4,所以氧原子采取sp3方式杂化;PO43-中P原子价层电子对数=4+5+3-242=
21、4,没有孤电子对,故PO43-为正四面体结构;根据元素的非金属性越强,元素的电负性越大,Ca、P、O、H四种元素中O的非金属性最强,O元素的电负性最大。(3)P原子最外层有5个电子,能够与3个O原子形成3个共用电子对,O原子最外层有6个电子,可以与2个P原子形成2个共用电子对,要使分子中每个原子都达到8电子稳定结构,其结构式为,可见分子中含有的共价键为12个。(4)亚磷酸与NaOH溶液发生酸碱中和反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,羟基H原子能电离产生H+,说明H3PO3分子中含有2个OH,它属于二元酸,由于P原子最外层有5个电子,则H3PO3的结构式为或。(5)由图推知该多磷酸钙盐最小的重复单元是CaP2O6,所以该多磷酸钙盐的通式为(CaP2O6)n。(6)根据晶体结构可知每个B原子被四个距离相等且最近的P原子包围,每个P原子被四个距离相等且最近的B原子包围,所以P原子的配位数是4;在一个晶胞中含有的P原子数目为818+612=4,在一个晶胞中含有的B原子数目为41=4,即1个晶胞中含有4个BP,晶胞的质量是m=442 gmol-1NAmol-1=168NA g,由于晶胞密度为 gcm-3,所以晶胞的体积为m=168NAggcm-3=168NA cm3,所以晶胞参数为3168NA cm=3168NA1010 pm。
