2019高三化學(xué)一輪課時(shí)規(guī)范練33晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

課時(shí)規(guī)范練33晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)非選擇題(共5小題,共100分)1.(2017全國(guó)Ⅰ)(20分)鉀和碘的相關(guān)化合物在化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)元素K的焰色反應(yīng)呈紫紅色,其中紫色對(duì)應(yīng)的輻射波長(zhǎng)為nm(填標(biāo)號(hào))。

A.404.4B.553.5C.589.2D.670.8E.766.5(2)基態(tài)K原子中,核外電子占據(jù)最高能層的符號(hào)是,占據(jù)該能層電子的電子云輪廓圖形狀為。K和Cr屬于同一周期,且核外最外層電子構(gòu)型相同,但金屬K的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等都比金屬Cr低,原因是

。

(3)X射線衍射測(cè)定等發(fā)現(xiàn),I3AsF6中存在I3+離子。I3+離子的幾何構(gòu)型為(4)KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料,具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu),邊長(zhǎng)為a=0.446nm,晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置,如圖所示。K與O間的最短距離為nm,與K緊鄰的O個(gè)數(shù)為。

(5)在KIO3晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中,I處于各頂角位置,則K處于位置,O處于位置。?導(dǎo)學(xué)號(hào)47950232?

2.(2017全國(guó)Ⅲ)(20分)研究發(fā)現(xiàn),在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2+3H2CH3OH+H2O)中,Co氧化物負(fù)載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性,顯示出良好的應(yīng)用前景?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)Co基態(tài)原子核外電子排布式為。元素Mn與O中,第一電離能較大的是,基態(tài)原子核外未成對(duì)電子數(shù)較多的是。

(2)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為和。

(3)在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?原因是

。

(4)硝酸錳是制備上述反應(yīng)催化劑的原料,Mn(NO3)2中的化學(xué)鍵除了σ鍵外,還存在。

(5)MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖),其中陰離子采用面心立方最密堆積方式,X射線衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得MgO的晶胞參數(shù)為a=0.420nm,則r(O2)為nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu),晶胞參數(shù)為a'=0.448nm,則r(Mn2+)為nm。?導(dǎo)學(xué)號(hào)47950233?

3.(20分)氮化硼(BN)是一種重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂(主要成分Na2B4O7)為起始物,經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)可以得到BN和火箭高能燃料及有機(jī)合成催化劑BF3的過(guò)程如下:(1)BF3中B原子的雜化軌道類型為雜化,BF3分子空間構(gòu)型為。

(2)在硼、氧、氟、氮中第一電離能由大到小的順序是(用元素符號(hào)表示)。

(3)已知:硼酸的電離方程式為H3BO3+H2O[B(OH)4]+H+,試依據(jù)上述反應(yīng)寫出[Al(OH)4]的結(jié)構(gòu)式:,并推測(cè)1molNH4BF4(氟硼酸銨)中含有個(gè)配位鍵。

圖1(4)由12個(gè)硼原子構(gòu)成如圖1所示的結(jié)構(gòu)單元,硼晶體的熔點(diǎn)為1873℃,則硼晶體的1個(gè)結(jié)構(gòu)單元中含有個(gè)B—B鍵。

(5)氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼(晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示)是通常存在的穩(wěn)定相,可作高溫潤(rùn)滑劑。立方相氮化硼(晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示)是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。圖2圖3①關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法,不正確的是(填字母)。

A.兩種晶體均為分子晶體B.兩種晶體中的B—N鍵均為共價(jià)鍵C.六方相氮化硼層間作用力小,所以質(zhì)地軟D.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵,所以硬度大②六方相氮化硼晶體內(nèi)B—N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為,其結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電,原因是。

③立方相氮化硼晶體中,每個(gè)硼原子連接個(gè)六元環(huán)。該晶體的天然礦物在青藏高原地下約300km的古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實(shí),推斷實(shí)驗(yàn)室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的條件應(yīng)是。

4.(20分)太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其材料有單晶硅,還有銅、鍺、鎵、硒等化合物。(1)亞銅離子(Cu+)基態(tài)時(shí)核外電子排布式為;其電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目為個(gè)。

(2)圖甲表示碳、硅和磷元素的四級(jí)電離能變化趨勢(shì),其中表示磷的曲線是(填標(biāo)號(hào))。

碳、硅和磷元素的四級(jí)電離能變化趨勢(shì)甲二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)乙丙(3)單晶硅可由二氧化硅制得,二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)如圖乙所示,在二氧化硅晶體中,Si、O原子所連接的最小環(huán)為十二元環(huán),則每個(gè)硅原子連接個(gè)十二元環(huán)。

(4)氮化鎵(GaN)的晶體結(jié)構(gòu)如圖丙所示,常壓下,該晶體熔點(diǎn)為1700℃,故其晶體類型為;判斷該晶體結(jié)構(gòu)中存在配位鍵的依據(jù)是

。

(5)與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性,因而硼酸(H3BO3)在水溶液中能與水反應(yīng)生成[B(OH)4]。[B(OH)4]中硼原子的雜化軌道類型為;不考慮空間構(gòu)型,[B(OH)4]中原子的成鍵方式用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示為。

(6)某光電材料由鍺的氧化物與銅的氧化物按一定比例熔合而成,其中鍺的氧化物晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,該物質(zhì)的化學(xué)式為。已知該晶體密度為7.4g·cm3,晶胞邊長(zhǎng)為4.3×1010m,則鍺的相對(duì)原子質(zhì)量為(保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。

5.(20分)碳是地球上組成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp雜化軌道成共價(jià)鍵,具有很強(qiáng)的結(jié)合能力,與其他元素結(jié)合成不計(jì)其數(shù)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)化合物,構(gòu)成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)基態(tài)碳原子核外有種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,其外圍電子軌道表示式為。

(2)光氣的分子式為COCl2,又稱碳酰氯,是一種重要的含碳化合物,判斷其分子立體構(gòu)型為,其碳原子雜化軌道類型為雜化。

(3)碳酸鹽在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解,實(shí)驗(yàn)證明碳酸鹽的陽(yáng)離子不同、分解溫度不同,如表所示:碳酸鹽MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3熱分解溫度/℃40290011721360陽(yáng)離子半徑/pm6699112135試解釋為什么隨著陽(yáng)離子半徑的增大,碳酸鹽的分解溫度逐步升高?

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(4)碳的一種同素異形體——C60(結(jié)構(gòu)如圖甲),又名足球烯,是一種高度對(duì)稱的球碳分子。立方烷(分子式為C8H8,結(jié)構(gòu)是立方體,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為)是比C60約早20年合成出的一種對(duì)稱型烴類分子,而現(xiàn)如今已合成出一種立方烷與C60的復(fù)合型分子晶體,該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中。則該復(fù)合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為。

(5)碳的另一種同素異形體——石墨,其晶體結(jié)構(gòu)如圖丙所示,虛線勾勒出的是其晶胞。則石墨晶胞含碳原子個(gè)數(shù)為個(gè)。已知石墨的密度為ρg·cm3,C—C鍵鍵長(zhǎng)為rcm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,計(jì)算石墨晶體的層間距為cm。

(6)碳的第三種同素異形體——金剛石,其晶胞如圖丁所示。已知金屬鈉的晶胞(體心立方堆積)沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖如圖A所示,則金剛石晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖應(yīng)該是圖(從A~D圖中選填)。

課時(shí)規(guī)范練33晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.答案(1)A(2)N球形K原子半徑較大且價(jià)電子數(shù)較少,金屬鍵較弱(3)V形sp3(4)0.31512(5)體心棱心解析(1)紫色光波長(zhǎng)范圍是400~430nm,故選A。(2)K原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s1,故核外電子占據(jù)的最高能層是第4層,符號(hào)是N,占據(jù)該能層電子的能級(jí)為4s,電子云輪廓圖為球形。K的價(jià)層電子排布為4s1,Cr的價(jià)層電子排布為3d54s1,K的價(jià)層電子數(shù)較少;K的原子半徑較Cr的大,故K的金屬鍵較Cr的弱,熔、沸點(diǎn)較Cr的低。(3)I3+的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,孤電子對(duì)數(shù)為2,故中心原子為sp3雜化,I3(4)K與O間的最短距離為22anm=2×0.446nm2=0.315nm。與K緊鄰的O在以K為頂點(diǎn)的正方形的面心,一個(gè)晶胞中距離頂點(diǎn)K最近的有3個(gè)O,頂點(diǎn)處的K被8個(gè)晶胞共有,面心O被2個(gè)晶胞共有,所以與K緊鄰的(5)若I處于各頂角位置,則晶胞結(jié)構(gòu)圖為,故K在體心,O在棱心。2.答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2OMn(2)spsp3(3)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O與CH3OH均為極性分子,H2O中氫鍵比甲醇多;CO2與H2均為非極性分子,CO2相對(duì)分子質(zhì)量較大,范德華力較大(4)離子和π鍵(Π46(5)0.1480.076解析(1)Co是27號(hào)元素,其基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。一般元素的非金屬性越強(qiáng),第一電離能越大,金屬性越強(qiáng),第一電離能越小,故第一電離能O>Mn。氧原子價(jià)電子排布式為2s22p4,其核外未成對(duì)電子數(shù)是2,錳原子價(jià)電子排布式為3d54s2,其核外未成對(duì)電子數(shù)是5,故基態(tài)原子核外未成對(duì)電子數(shù)較多的是Mn。(2)CO2和CH3OH中的中心原子碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是2和4,故碳原子的雜化方式分別為sp和sp3。(3)四種物質(zhì)固態(tài)時(shí)均為分子晶體,H2O、CH3OH都可以形成分子間氫鍵,一個(gè)水分子中兩個(gè)H都可以參與形成氫鍵,而一個(gè)甲醇分子中只有羥基上的H可用于形成氫鍵,所以水的沸點(diǎn)高于甲醇。CO2的相對(duì)分子質(zhì)量大于H2的,所以CO2分子間范德華力大于H2分子間的,則沸點(diǎn)CO2高于H2,故沸點(diǎn)H2O>CH3OH>CO2>H2。(4)硝酸錳是離子化合物,一定存在離子鍵。NO3-中氮原子與3個(gè)氧原子形成3個(gè)σ鍵,氮原子剩余的2個(gè)價(jià)電子、3個(gè)氧原子各自的1個(gè)價(jià)電子及得到的1個(gè)電子形成4原子6電子的大(5)O2是面心立方堆積方式,面對(duì)角線長(zhǎng)度是O2半徑的4倍,即4r(O2)=2a,解得r=24×0.420nm≈0.148nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu),根據(jù)NaCl晶胞的結(jié)構(gòu),可知2r(O2)+2r(Mn2+)=a'=0.448nm,則r(Mn2+)=a'-2r(O3.答案(1)sp2平面正三角形(2)F>N>O>B(3)或2NA或1.204×1024(4)30(5)①AD②3∶1六方相氮化硼晶體內(nèi)無(wú)自由移動(dòng)的電子③12高溫、高壓解析(1)BF3中硼原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,孤電子對(duì)數(shù)為0,故BF3分子的空間構(gòu)型為平面正三角形,硼原子的雜化軌道類型為sp2雜化。(2)硼、氧、氟、氮位于同一周期,從左到右第一電離能總的變化趨勢(shì)逐漸增大,但由于氮原子2p軌道上半滿,能量較低,第一電離能大于氧原子,所以第一電離能由大到小的順序是F>N>O>B。(3)H3BO3的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為,硼酸的電離方程式為H3BO3+H2O[B(OH)4]+H+,在[B(OH)4]中,水電離出的OH提供一對(duì)孤電子對(duì),H3BO3中的硼原子提供空軌道形成了一個(gè)配位鍵,B和Al同主族,所以[Al(OH)4]的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為或;一個(gè)NH4+中含有1個(gè)配位鍵,一個(gè)BF4-中含有1個(gè)配位鍵,所以1molNH4BF4中含有2NA個(gè)配位鍵。(4)晶體硼的結(jié)構(gòu)單元中有12個(gè)硼原子,每個(gè)硼原子形成5個(gè)B—B鍵,每個(gè)B—B鍵為2個(gè)硼原子所共用,故1個(gè)結(jié)構(gòu)單元中B—B鍵的個(gè)數(shù)是12×5(5)①六方相氮化硼結(jié)構(gòu)和石墨相似,屬于混合型晶體,每層內(nèi)B與N以共價(jià)鍵結(jié)合,每層間為范德華力,層間作用力小,立方相氮化硼結(jié)構(gòu)和金剛石相似,屬于原子晶體,B和N之間以共價(jià)鍵結(jié)合且都是單鍵,因此只存在σ鍵,不存在π鍵,故A、D不正確。②取六方相氮化硼結(jié)構(gòu)中的一個(gè)六元環(huán),該環(huán)上有6個(gè)B—N鍵,每個(gè)B—N鍵均為兩個(gè)六元環(huán)所共用,所以1個(gè)六元環(huán)中實(shí)際有B—N鍵個(gè)數(shù)為6÷2=3,一個(gè)六元環(huán)上有3個(gè)硼原子,每個(gè)硼原子為3個(gè)六元環(huán)所共用,所以一個(gè)六元環(huán)中實(shí)際有硼原子3÷3=1(個(gè)),因此六方相氮化硼晶體內(nèi)B—N鍵數(shù)與硼原子數(shù)之比為3∶1。六方相氮化硼結(jié)構(gòu)雖與石墨相似,但晶體內(nèi)無(wú)自由移動(dòng)的電子,故不導(dǎo)電。③由于立方相氮化硼結(jié)構(gòu)與金剛石類似,因此每個(gè)硼原子連接12個(gè)六元環(huán)。4.答案(1)1s22s22p63s23p63d1014(2)b(3)12(4)原子晶體GaN晶體中,每1個(gè)鎵原子與4個(gè)氮原子結(jié)合,而鎵原子只有3個(gè)價(jià)電子,故需提供1個(gè)空軌道形成配位鍵(5)sp3或(6)GeO72.5解析(1)基態(tài)銅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,失去4s軌道上的1個(gè)電子變成基態(tài)Cu+,則基態(tài)Cu+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10,電子占據(jù)1個(gè)1s軌道、1個(gè)2s軌道、3個(gè)2p軌道、1個(gè)3s軌道、3個(gè)3p軌道和5個(gè)3d軌道,故電子占據(jù)軌道數(shù)目為1+1+3+1+3+5=14。(2)碳、硅和磷三種元素中,硅元素的第一電離能最小,則曲線c代表硅;碳、磷原子的價(jià)電子排布式分別為2s22p2、3s23p3,顯然碳原子失去2p軌道的2個(gè)電子較易,失去2s軌道的2個(gè)電子較難,故碳元素的第一、二級(jí)電離能明顯小于第三、四級(jí)電離能;磷原子失去3p軌道的3個(gè)電子相對(duì)較易,失去3s軌道的2個(gè)電子較難,故磷元素的第四級(jí)電離能明顯大于第一、二、三級(jí)電離能,圖中曲線a代表碳,曲線b代表磷。(3)二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似,硅原子周圍有4個(gè)共價(jià)鍵與其相連,其中任意兩個(gè)共價(jià)鍵向外都可以連有2個(gè)最小的環(huán),故每個(gè)硅原子連接的十二元環(huán)的數(shù)目為3×2×1×2=12個(gè)。(4)氮化鎵(GaN)的熔點(diǎn)為1700℃,晶體結(jié)構(gòu)與金剛石類似,故氮化鎵屬于原子晶體。由氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)可知,每個(gè)鎵原子與4個(gè)氮原子相結(jié)合,而鎵原子最外層有3個(gè)價(jià)電子,故需要提供1個(gè)空軌道形成配位鍵。(5)[B(OH)4]離子中硼原子形成4個(gè)B—O鍵且不含未成鍵的孤電子對(duì),則硼原子采取sp3雜化。硼原子最外層有3個(gè)電子,可與3個(gè)氧原子形成B—O鍵,另外1個(gè)B—O鍵為配位鍵,其中硼原子提供空軌道,氧原子提供成鍵電子對(duì),故[B(OH)4]的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為(或)。(6)由鍺的氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知,氧原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心,4個(gè)鍺原子位于晶胞內(nèi)部,則每個(gè)晶胞中含有4個(gè)鍺原子,含有氧原子數(shù)目為18×8+12×6=4個(gè),Ge和O原子個(gè)數(shù)之比為4∶4=1∶1,故該鍺的氧化物的化學(xué)式為GeO。晶胞的邊長(zhǎng)為4.3×1010m=4.