（山东专用）2020届高考化学一轮复习专题八晶体结构与性质课件.pptx

专题八 晶体结构与性质,高考化学 (山东专用),五年高考,A组 山东省卷、课标卷题组,考点一 晶体常识,1.(2019课标,35,15分)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种称为拉维斯相的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)。 (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:,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)。,答案 (1)A (2)sp3 sp3 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。分子间力(分子量)P4O 6SO2 (4) a a,解析 本题涉及电离能大小比较、原子轨道杂化方式、配合物稳定性判断、晶体熔点高低 比较、晶胞的有关计算,考查学生运用化学用语及文字、图表、模型、图形分析和解决化学 问题的能力,借助离子、分子晶体模型解释化学现象,揭示现象本质和规律,体现证据推理与模 型认知、宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 (1)A表示基态镁原子的第二电离能,B表示基态镁原子的第一电离能,则电离能:AB;C表示激 发态镁原子的第一电离能,则电离能:ABC;D表示激发态镁原子的第二电离能,则电离能: AD。 (2)乙二胺分子中,氮原子核外孤电子对数为1,键数目为3,则杂化轨道数目为4,故氮原子采取 sp3杂化;碳原子核外孤电子对数为0,键数目为4,则杂化轨道数目为4,故碳原子采取sp3杂化。 乙二胺的两个N提供孤对电子给Mg2+、Cu2+等金属离子,以配位键结合成稳定环状离子。 (3)一般来说,晶体熔点:原子晶体离子晶体分子晶体。Li2O、MgO均为离子晶体,晶格能: Li2OLi2O;P4O6、SO2均为分子晶体,相对分子质量:P4O6SO2,则分子间作用 力:P4O6SO2,故熔点:P4O6SO2。 (4)由图(b)可知,x等于立方体面对角线长度的 ,即4x= a,则x= a;据图(a)、(b)分析可知,y,等于立方体体对角线长度的 ,即4y= a,则y= a;据图(a)可知,该晶胞占用Cu原子数目为4 4=16,据MgCu2可知,Mg原子数目为8,一个晶胞的体积为(a10-10)3 cm3,质量为 g,则 MgCu2的密度为 gcm-3。,方法技巧 一个MgCu2晶胞中含有4个以四面体方式排列的Cu,则每个晶胞中含有44=16个 Cu原子,再据化学式MgCu2可快速判断晶胞中含有的Mg原子数。,2.(2017课标,35,15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.404.4 B.553.5 C.589.2 D.670.8 E.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 离子。 离子的几何构型为 ,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)0.315 12 (5)体心 棱心,解析 (1)紫色对应的辐射波长是可见光中最短的,A项正确。 (2)K位于第4周期A族,电子占据的最高能层为N层,最外层只有一个电子,位于s能级,电子云 轮廓图形状为球形。金属的熔、沸点与金属键强弱有关,金属键的强弱又与金属原子的半径 以及价电子数有关,原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱,熔、沸点越低。 (3)中心原子I的价层电子对数为2+ (7-2-1)=4,中心原子杂化类型为sp3杂化,成键电子对数为 2,孤电子对数为 2,故空间构型为V形。 (4)根据晶胞结构可知K与O间的最短距离是面对角线的一半,即 0.446 nm,根据晶胞结构 可知与K紧邻的O的个数为12。 (5)根据已知的晶胞可知,当I原子处于各顶角位置时,晶胞可以由八个已知晶胞堆积在一起组 合而成,其中I原子处于八个晶胞的体心构成的八个顶角上,则K原子处于新晶胞的体心,O原子 处于新晶胞的棱心。,考点二 晶体结构与性质,3.(2016课标,37,15分)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。回答下 列问题: (1)基态Ge原子的核外电子排布式为Ar ,有 个未成对电子。 (2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、叁键,但Ge原子之间难以形成双键或叁键。 从原子结构角度分析,原因是 。 (3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因 。,(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电 负性由大至小的顺序是 。 (5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为 ,微粒之间存在的作用力 是 。 (6)晶胞有两个基本要素: 原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数 A为(0,0,0);B为( ,0, );C为( , ,0)。则D原子的坐标参数为 。,晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为 gcm-3(列出计算式即可)。,答案 (1)3d104s24p2 2 (2)Ge原子半径大,原子间形成的单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难 以形成键 (3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,分子量依次增大,分子间 相互作用力逐渐增强 (4)OGeZn (5)sp3 共价键 (6)( , , ) 107,解析 (2)单键中含有1个键,双键中含有1个键和1个键,叁键中含有1个键和2个键。键 的成键方式是“头碰头”,键的成键方式是“肩并肩”,原子间形成的键键长越长,越不利于 两原子间形成键。(3)对于结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、 沸点越高。(4)元素的非金属性越强,原子吸引电子能力越强,元素的电负性越大。(5)金刚石 中C原子的杂化方式为sp3杂化,微粒间作用力为共价键,运用类推法不难得出结论。(6)晶胞 参数a即为晶胞边长,= = gcm-3= 107 gcm-3。,4.(2014山东理综,33,12分)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石 墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(图乙)。 (1)图甲中,1号C与相邻C形成键的个数为 。 (2)图乙中,1号C的杂化方式是 ,该C与相邻C形成的键角 (填“”“”或 “=”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有 (填元素符号)。,(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原 子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为 ,该材料的化学式为 。,答案 (1)3 (2)sp3 (3)O、H (4)12 M3C60,解析 (1)由题图甲中1号C原子采取sp2杂化,形成平面正六边形结构可知,1号C与相邻C形成3 个键。 (2)题图乙中1号C原子除结合原来的三个C原子外,还与一个O形成共价键,故以sp3方式杂化,其 键角小于sp2杂化时的120。 (3)氧化石墨烯中的H、O原子可分别与H2O形成氢键。 (4)根据“均摊法”计算。晶胞中M的个数:12 +9=12;C60的个数:8 +6 =4,所以其化学式 可表示为M3C60。,B组 课标卷、其他自主命题省(区、市)卷题组,考点一 晶体常识,1.(2016课标,37,15分)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能 电池的材料等。回答下列问题: (1)写出基态As原子的核外电子排布式 。 (2)根据元素周期律,原子半径Ga As,第一电离能Ga As。(填“大于”或 “小于”) (3)AsCl3分子的立体构型为 ,其中As的杂化轨道类型为 。 (4)GaF3的熔点高于1 000 ,GaCl3的熔点为77.9 ,其原因是 。 (5)GaAs的熔点为1 238 ,密度为 gcm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 ,Ga与As以 键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa gmol-1和MAs gmol-1,原子半径分别 为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。,答案 (1)Ar3d104s24p3(1分) (2)大于(2分) 小于(2分) (3)三角锥形(1分) sp3(1分) (4)GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体(2分) (5)原子晶体(2分) 共价(2分) 100%(2分),解析 (1)As为33号元素,位于元素周期表第四周期第A族,故其基态原子的核外电子排布式 为Ar3d104s24p3。 (2)Ga和As同属第四周期元素,且Ga原子序数小于As,则原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小 于As。 (3)AsCl3中As原子价层电子对数为4,As的杂化方式为sp3杂化,AsCl3分子的立体构型为三角锥 形。 (5)GaAs为原子晶体,Ga和As之间以共价键键合。该晶胞中原子个数:Ga为4个,As为8 +6 =4个,晶胞中原子所占体积为 ( + )4 pm3;则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分 率为 100%= 100%。,2.(2017江苏单科,21A,12分)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某 FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。 (1)Fe3+基态核外电子排布式为 。 (2)丙酮( )分子中碳原子轨道的杂化类型是 ,1 mol丙酮分子中含 有键的数目为 。 (3)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为 。 (4)乙醇的沸点高于丙酮,这是因为 。 (5)某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产 物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型 产物的化学式为 。,图1 FexNy晶胞结构示意图 图2 转化过程的能量变化,答案 (1)Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5 (2)sp2和sp3 9 mol (3)HCO (4)乙醇分子间存在氢 键 (5)Fe3CuN,解析 (1)Fe3+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。 (2)丙酮分子中有两种碳原子,其中CH3中碳原子为sp3杂化, 中碳原子为sp2杂化;单键 均是键,一个双键中有一个键和一个键,故1 mol丙酮分子中含有9 mol 键。 (3)依据同周期元素电负性变化规律可知,电负性:CO;再结合元素非金属性强弱关系可知,电 负性:HC。 (4)乙醇分子间存在氢键,使得乙醇沸点较高。 (5)由图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型,利用“均摊法”可得晶胞中各原子 个数Cu:8 =1,Fe:6 =3,N:1,故化学式为Fe3CuN。,考点二 晶体结构与性质,3.(2019课标,35,15分)近年来我国科学家发现了一系列意义重大的铁系超导材料,其中一类 为Fe-Sm-As-F-O组成的化合物。回答下列问题: (1)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的立体结构为 ,其沸点比NH3的 (填“高”或“低”),其判断理由是 。 (2)Fe成为阳离子时首先失去 轨道电子,Sm的价层电子排布式为4f66s2,Sm2+价层电子 排布式为 。 (3)比较离子半径:F- O2-(填“大于”“等于”或“小于”)。 (4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。,图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置,若两者的比例依次用x和1-x代表,则该化合物的化 学式表示为 ;通过测定密度和晶胞参数,可以计算该物质的x值,完成它们关 系表达式:= gcm-3。 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,称作原子分数坐标,例如 图1中原子1的坐标为( , , ),则原子2和3的坐标分别为 、 。,答案 (1)三角锥形 低 NH3分子间存在氢键 (2)4s 4f6 (3)小于 (4)SmFeAsO1-xFx ( , ,0) (0,0, ),解析 本题涉及的知识点有分子结构与性质、核外电子失去顺序、离子半径比较、晶胞结 构与计算等,考查分析和解决化学问题的能力。以超导材料研究为载体,体现科学态度与社会 责任的学科核心素养,以及厚植爱国主义情怀的价值观念。 (1)AsH3中As原子价层电子对数为4,其中有一对孤对电子,故AsH3立体结构为三角锥形。NH3 分子间可以形成氢键,导致NH3沸点高于AsH3。 (2)金属原子变为阳离子,首先失去最外层电子。 (3)F-与O2-具有相同电子层结构,F原子序数较大,离子半径较小。 (4)根据原子在长方体晶胞中位置可知,晶胞中As、Fe、Sm各有两个原子,F和O的原子数之和 为2,则该化合物的化学式为SmFeAsO1-xFx。每个晶胞中有“两个分子”,每个晶胞质量为 g;该晶胞为长方体,其体积为a2c10-30 cm3,则= gcm-3。 根据坐标系和原子1的坐标可知,底面左后方的O或F原子为坐标系原点,其坐标是(0,0,0),则 原子2的坐标为( , ,0),原子3的坐标为(0,0, )。,4.(2015课标,37,15分)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题: (1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用 形象化描 述。在基态14C原子中,核外存在 对自旋相反的电子。 (2)碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是 。 (3)CS2分子中,共价键的类型有 、C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与 CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 。 (4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。 (5)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示:,在石墨烯晶体中,每个C原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C原子。 在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接 个六元环,六 元环中最多有 个C原子在同一平面。,答案 (15分)(1)电子云 2(每空1分,共2分) (2)C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构(2分) (3)键和键 sp CO2、SCN-(或COS等)(2分,1分,2分,共5分) (4)分子(2分) (5)3 2(每空1分,共2分) 12 4(每空1分,共2分),解析 (1)电子在原子核外出现的概率密度分布通常用电子云来形象化描述 的电子排布图 为 ,所以其基态原子中核外存在2对自旋相反的电子。 (2)碳的原子结构示意图为 ,有4个价电子,难以通过得或失电子达到稳定结构,所以其 键型以共价键为主。 (3)CS2分子的结构式为S C S,其共价键的类型有键和键,C原子的杂化轨道类型为sp;CS2 分子为三原子分子,最外层电子总数为16,与其具有相同空间构型和键合形式的分子有CO2、 COS,离子有SCN-等。 (4)Fe(CO)5的熔点为253 K,较低,沸点也不高,所以其固体属于分子晶体。 (5)由题中石墨烯和金刚石的晶体结构图示可得,在石墨烯晶体中,每个C原子连接3个六元 环,每个六元环由6个C原子构成,每个六元环所占有的C原子数为6 =2;在金刚石晶体中,每 个C原子与其他4个C原子相连,每个C原子连接的六元环个数应为12个,而每一个碳原子与其 他4个C原子形成的4个共价键的键角均为10928,形成正四面体,由此可得在金刚石晶体的六 元环中最多有4个C原子共面。,思路分析 S原子的最外层电子数与O原子的最外层电子数相同,所以可以以CO2分子为模型 对CS2分子进行分析。,疑难突破 仔细观察金刚石的结构可以发现,每个碳原子与其他4个碳原子相连,其中与任意1 个碳原子相连最终都能形成两个六元环,所以每个碳原子连接六元环的个数是12个。,5.(2017课标,35,15分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)中,Co 氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问 题: (1)Co基态原子核外电子排布式为 。元素Mn与O中,第一电离能较大的是 ,基态原子核外未成对电子数较多的是 。 (2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为 和 。 (3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。 (4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了键外,还存在 。 (5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得 MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为 nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a =0.448 nm,则r(Mn2+)为 nm。,答案 (1)Ar3d74s2 O Mn (2)sp sp3 (3)H2OCH3OHCO2H2 H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非 极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大 (4)离子键和键( 键) (5)0.148 0.076,解析 (1)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第族,其基态原子核外电子排布式为1s22s2 2p63s23p63d74s2或Ar3d74s2。根据元素第一电离能的变化规律可知,元素Mn与O中,第一电离能 较大的是O。O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,核外未成对电子数是2,而Mn元素的基 态原子价电子排布式为3d54s2,核外未成对电子数是5,因此基态原子核外未成对电子数较多的 是Mn。 (2)CO2和CH3OH的中心原子的价层电子对数分别为2和4,所以CO2和CH3OH分子中C原子的杂 化形式分别为sp和sp3。 (3)常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体,液体的沸点高于气体;H2O与CH3OH均为 极性分子,H2O中氢键比甲醇多,所以水的沸点高于甲醇;CO2与H2均为非极性分子,CO2的相对 分子质量较大、范德华力较大,所以CO2的沸点比H2高。 (4)硝酸锰是离子化合物,硝酸根离子和锰离子之间形成离子键,硝酸根中N原子与3个氧原子 形成3个键,一个硝酸根离子中有一个氮氧双键,所以还存在键。 (5)O2-采用面心立方最密堆积方式,则面对角线是O2-半径的4倍,即4r(O2-)= a,解得r(O2-)= 0.420 nm0.148 nm;MnO也属于NaCl型结构,根据晶胞的结构可知,晶胞参数为2r(O2-)+,2r(Mn2+),则r(Mn2+)=(0.448 nm-20.148 nm)/2=0.076 nm。,知识拓展 中心原子杂化形式的判断方法 先计算中心原子的价层电子对数,价层电子对数n= (中心原子的价电子数+配位原子的成键 电子数电荷数)。注意:上述公式中正电荷取“-”,负电荷取“+”;当配位原子为氧原子 或硫原子时,成键电子数为零。再根据n值判断杂化类型,一般有如下规律:n=2,sp杂化;n=3,sp2 杂化;n=4,sp3杂化。,C组 教师专用题组,考点一 晶体常识,1.(2014课标,37,15分)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素 组成。回答下列问题: (1)准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过 方法区分晶 体、准晶体和非晶体。 (2)基态Fe原子有 个未成对电子,Fe3+的电子排布式为 。可用 硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为 。 (3)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。乙醛中碳原子的杂 化轨道类型为 ,1 mol乙醛分子中含有的键的数目为 。乙酸的沸点明显高 于乙醛,其主要原因是 。Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部 有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。 (4)Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405 nm,晶胞中铝原子的配位数为 。列式 表示Al单质的密度 gcm-3(不必计算出结果)。,答案 (1)X-射线衍射 (2)4 1s22s22p63s23p63d5 血红色 (3)sp3、sp2 6NA CH3COOH存在分子间氢键 16 (4)12,解析 (1)用一定波长的X-射线照射到晶体上,根据记录仪上有无分离的斑点或明锐的谱线,可 以鉴别晶体、准晶体和非晶体。(2)基态Fe原子的电子排布式为Ar3d64s2,价电子的轨道表达 式为 ,故基态Fe原子的未成对电子数为4;Fe3+的电子排布式为 Ar3d5或1s22s22p63s23p63d5;Fe3+与SCN-形成的配合物呈血红色。(3)CH3CHO分子中CH3中碳原子 为sp3杂化,CHO中碳原子为sp2杂化。因乙酸分子间能形成氢键,故乙酸的沸点明显比乙醛 高。Cu2O晶胞中氧原子数为4+6 +8 =8,故铜原子数为28=16。(4)面心立方晶胞中,铝原 子的配位数为12;晶胞中Al原子数为8 +6 =4,故铝单质的密度= = = gcm-3。,2.(2013课标,37,15分)硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。回答下列问题: (1)基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为 ,该能层具有的原子轨道数为 , 电子数为 。 (2)硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。 (3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以 相结合,其晶胞中共 有8个原子,其中在面心位置贡献 个原子。 (4)单质硅可通过甲硅烷(SiH4)分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应 制得SiH4,该反应的化学方程式为 。 (5)碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:,硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是 。 SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是 。 (6)在硅酸盐中,Si 四面体如图(a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网 状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为 ,Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。,答案 (1)M 9 4 (2)二氧化硅 (3)共价键 3 (4)Mg2Si+4NH4Cl SiH4+4NH3+2MgCl2 (5)CC键和CH键较强,所形成的烷烃稳定。而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低,易 断裂,导致长链硅烷难以生成 CH键的键能大于CO键,CH键比CO键稳定。而SiH键的键能却远小于SiO键, 所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键 (6)sp3 13 SiO3 (或Si ),解析 (1)基态Si原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2,电子占据的最高能层为第三层,符号为M, 该能层原子轨道总数=1(3s轨道)+3(3p轨道)+5(3d轨道)=9。(3)6个面心位置贡献的Si原子数=6 =3。(4)由题给信息可写出制备SiH4的化学方程式为Mg2Si+4NH4Cl 2MgCl2+4NH3+SiH4。 (5)可根据相关键能的数据解释相关的两个事实,详见答案。(6)在Si 四面体结构中,处于 四面体中心的硅原子的杂化方式为sp3;单链结构的多硅酸根中,重复出现的最小结构单元为 ,其中Si原子数目为2,1、4号氧原子为两个单元所共有,2、3、5、6、7号氧原子 完全属于该单元,故每个最小单元的氧原子数目为5+2 =6,Si与O原子数之比为26=13, 故单链结构的多硅酸根的化学式为SiO3 。,考点二 晶体结构与性质,3.(2013课标,37,15分)前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中,A和B的价电子层 中未成对电子均只有1个,并且A-和B+的电子数相差为8;与B位于同一周期的C和D,它们价电子 层中的未成对电子数分别为4和2,且原子序数相差为2。 回答下列问题: (1)D2+的价层电子排布图为 。 (2)四种元素中第一电离能最小的是 ,电负性最大的是 。(填元素符号) (3)A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。,该化合物的化学式为 ;D的配位数为 ; 列式计算该晶体的密度 gcm-3。 (4)A-、B+和C3+三种离子组成的化合物B3CA6,其中化学键的类型有 ;该化合物中存 在一个复杂离子,该离子的化学式为 ,配位体是 。,答案 (1) (2分) (2)K F(每空2分,共4分) (3)K2NiF4 6(2分,1分,共3分) =3.4(2分) (4)离子键、配位键 FeF63- F-(2分,1分,1分,共4分),解析 前四周期元素中,C的价电子层中未成对电子数为4,则C为第四周期元素,其价电子排布 图为 ,即该元素为26号元素Fe,进一步推知,D为28号元素Ni,B 为K,A为F。 (1)Ni原子失去最外层的2个电子形成Ni2+,Ni2+的价层电子排布图为 。 (2)四种元素中K最易失去1个电子,其第一电离能最小,F最易获得电子,其电负性最大。 (3)一个晶胞中,有16个F-位于晶胞的棱上,2个F-位于晶胞内部,4个F-位于晶胞的面上,根据均 摊法,该晶胞中真正占有的F-数为:16 +2+4 =8;有8个K+位于晶胞的棱上,2个K+位于晶胞内 部,故该晶胞中真正占有的K+数为:8 + 2 =4;有8个Ni2+位于晶胞的顶点,1个Ni2+位于晶胞内部, 故该晶胞中真正占有的Ni2+数为:8 +1=2。因此,该化合物中K+、Ni2+、F-的数目比为428 =214,则该化合物的化学式为K2NiF4。1个Ni2+周围拥有6个F-,故Ni的配位数为6。 1 mol晶胞中含有2 mol K2NiF4,其质量为2 mol213 gmol-1,1 mol晶胞的体积为6.021023,40021 30810-30 cm3,故该晶体的密度为 =3.4 gcm-3。 (4)K3FeF6中含有离子键和配位键,其中K+与FeF63-之间形成离子键,Fe3+与F-之间形成配位键。 K3FeF6中存在的复杂离子为FeF63-,其中配位体是F-。,4.(2012课标,37,15分)A族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化 态,含A族元素的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)S单质的常见形式为S8,其环状结构如下图所示,S原子采用的轨道杂化方式是 ;,(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要 的最低能量,O、S、Se原子的第一电离能由大到小的顺序为 ; (3)Se原子序数为 ,其核外M层电子的排布式为 ; (4)H2Se的酸性比H2S (填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为 ,S 离子的立体构型为 ; (5)H2SeO3的K1和K2分别为2.710-3和2.510-8,H2SeO4第一步几乎完全电离,K2为1.210-2,请根据 结构与性质的关系解释:,H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因: ;H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因: ; (6)ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示, 其晶胞边长为540.0 pm,密度为 gcm-3(列式并计算),a位置S2-离子与 b位置Zn2+离子之间的距离为 pm(列式表示)。,答案 (1)sp3 (2)OSSe (3)34 3s23p63d10 (4)强 平面三角形 三角锥形 (5)第一步电离后生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子 H2SeO3和H2SeO4可表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2。H2SeO3中的Se为+4价,而H2SeO4中的Se为 +6价,正电性更高,导致SeOH中O的电子更向Se偏移,越易电离出H+ (6) =4.1 或 或135,解析 (1)由S原子最外层电子排布式3s23p4及S8结构示意图不难判断出S8中S原子采用的是sp3 杂化。 (2)根据第一电离能的定义知,同一主族元素,从上到下失电子能力逐渐增强,故O、S、Se原子 的第一电离能由大到小的顺序是OSSe。 (3)根据核外电子排布规律可写出Se的M层电子的排布式为3s23p63d10。 (4)SeO3分子中Se的价层电子对数为 =3,S 中S的价层电子对数为 =4,由价层电子对互 斥理论可判断出SeO3、S 的立体构型分别为平面三角形和三角锥形。 (6)1个ZnS晶胞中N(S2-)=8 +6 =4,N(Zn2+)=4,故 = = =4.1 gcm-3。仔细 观察ZnS的晶胞结构不难发现,Zn2+位于ZnS晶胞中8个小立方体中互不相邻的4个小立方体的 体心,Zn2+与S2-间的距离就是小立方体体对角线的一半,即: =135 pm。,三年模拟,A组 20172019年高考模拟考点基础题组,考点一 晶体常识,1.(2019山东泰安一模,35)铁被誉为“第一金属”,铁及其化合物在生活中有广泛应用。 (1)基态Fe3+的电子排布式为 。 (2)实验室用KSCN溶液、苯酚( )检验Fe3+。N、O、S的第一电离能由大到小的 顺序为 (用元素符号表示),苯酚中碳原子的杂化轨道类型为 。 (3)FeCl3的熔点为306 ,沸点为315 。FeCl3的晶体类型是 。FeSO4常作补铁剂,S 的立体构型是 。 (4)羰基铁Fe(CO)5可用作催化剂、汽油抗爆剂等。1 mol Fe(CO)5分子中含 mol 键, 与CO互为等电子体的离子是 (填化学式,写一种)。 (5)氮化铁晶体的晶体结构示意图如图1所示。该晶体中铁、氮的微粒个数之比为 。,图1 图2 (6)氧化亚铁晶体的晶胞如图2所示。已知:氧化亚铁晶体的密度为 gcm-3,NA代表阿伏加德罗 常数的值。在该晶胞中,与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+数目为 ;Fe2+与O2-的最短核间距为 pm。,答案 (1)Ar3d5 (2)NOS sp2 (3)分子晶体 正四面体形 (4)10 CN-或 (5)31 (6)12 1010,解析 (1)Fe原子核外有26个电子,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe3+的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d5,简化电子排布式为Ar3d5。 (2)同一周期主族元素由左向右,元素原子的第一电离能呈增大趋势,但氮原子2p轨道为半充满 状态,第一电离能比相邻的元素都大;同主族由上到下元素原子的第一电离能逐渐减 小,N、O、S三种元素的第一电离能从大到小的顺序为NOS。苯酚中碳原子的杂化轨道类 型与苯分子中碳原子的杂化轨道类型相同,都为sp2杂化。 (3)FeCl3的熔、沸点均较低,说明FeCl3的晶体类型是分子晶体;S 含有4个键,没有孤电子对, 所以其立体构型是正四面体形。 (4)CO的结构式为 ,1个三键中含1个键和2个键,中心原子Fe与配体CO之间形成配位 键,配位键也是键,1个Fe(CO)5分子中含10个键,1 mol Fe(CO)5分子中含10 mol 键;与CO互为 等电子体的离子为CN-或 。 (5)由晶胞结构可知铁微粒位于顶点和面心上,氮微粒位于体内,用“均摊法”可得晶胞中含Fe 个数为121/6+21/2+3=6个,N原子个数为2个,该晶体中铁、氮的微粒个数之比为62=31。,(6)根据晶胞结构可知,与Fe2+紧邻的等距离的Fe2+有12个;用“均摊法”可得该晶胞中含Fe2+:8 1/8+61/2=4个,含O2-:121/4+1=4个,晶体的化学式为FeO,1 mol FeO的质量为72 g,晶胞的体积 为 cm3,晶胞的边长为 cm,Fe2+与O2-最短核间距为 cm= cm= 1010 pm。,解题关键 用“均摊法”确定晶胞中所含微粒的个数,注意氮化铁的晶胞不是平行六面体,是 六方晶胞,处于顶点的粒子,同时为6个晶胞共有,每个粒子有1/6属于该晶胞;处于面心的粒子, 同时为2个晶胞共有,每个粒子有1/2属于该晶胞;处于体内的粒子,完全属于该晶胞。,2.(2018山东济宁一模,35)由P、S、Cl、Ni等元素组成的新型材料有着广泛的用途,回答下列 问题。 (1)基态Cl原子核外电子排布式为 ,P、S、Cl的第一电离能由大到小顺序 为 。 (2)SCl2分子中的中心原子杂化轨道类型是 ,该分子空间构型为 。 (3)Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4,该分子中键与键个数比为 。 (4)已知MgO与NiO的晶体结构(如下图)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 。,(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,0),则C离子坐标参数为 。 (6)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,Ni 2+填充其中(如下图所示),已知O2-的半径为a m,每平方米面积上分散的该晶体的质量为 g。(用a、NA表示,NA为阿伏加德罗常数的值),答案 (1)1s22s22p63s23p5 ClPS (2)sp3 V形 (3)11 (4) Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大 (5)(1, , ) (6) 或,解析 (1)基态Cl原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p5;同周期元素第一电离能从左到右呈 增大的趋势,第一电离能排序时,P元素的3p轨道为半充满状态,第一电离能高于S元素而低于Cl 元素,所以第一电离能:ClPS。 (2)SCl2中S原子价层电子对数为2+ (6-12)=4,采取sp3杂化,含两对孤电子对,所以该分子空间 构型为V形。 (3)Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4,1个CO中含有1个键、2个键,配位键也属于共价键,为键, 1个该分子中键个数为14+4=8,键个数为24=8,故该分子中键与键个数比为11。 (4)离子晶体中,离子半径越小,离子键强度越大,Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大,熔 点:MgONiO。 (5)题中已经给出了坐标系的三个方向示意图,由此可知C离子的坐标参数是(1, , )。 (6)图中的单分子层可以画出如图所示的一维重复单元:,重复单元呈菱形,是相邻四个O原子中心的连线,每个重复单元包含1个O原子和1个Ni原子, NiO相对分子质量为75。重复单元所占的菱形面积:S=2a m a m=2 a2 m2,则1平方米上该 晶体质量为 75 g。,考点二 晶体结构与性质,3.(2019山东淄博、滨州一模,35)微量元素硼对植物的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的 作用。请回答下列问题: (1)区分晶体硼和无定形硼的科学方法为 。 (2)下列B原子基态的价层电子排布图中正确的是 。 (3)NaBH4是重要的储氢载体,阴离子的立体构型为 。 (4)三硫化四磷分子(结构如下图1所示)是 分子(填“极性”或“非极性”)。,图1 图2 (5)图2表示多硼酸根离子的一种无限长的链式结构,其化学式可表示为 。 (6)硼酸晶体是片层结构,其中一层的结构如图3所示。硼酸在冷水中溶解度很小,但在热水中 较大,原因是 。,图3 (7)立方氮化硼(BN)是新型高强度耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其晶胞结构(如下图)与 金刚石类似。已知该晶体密度为a g/cm3,则晶体中两个N原子间的最小距离为 pm。(用含a的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数),答案 (1)X-射线衍射实验 (2)A (3)正四面体 (4)极性 (5)B 或(BO2 或Bn (6)晶体中硼酸分子间以氢键缔合在一起,难以溶解;加热时,晶体中部分氢键被破坏,硼酸分子 与水分子形成氢键,溶解度增大 (7) 1010,解析 (1)区分晶体硼和无定形硼最可靠的科学方法为进行X-射线衍射实验。 (2)B原子的2s能级上有2个电子,2p能级上有1个电子,其价层电子排布图为 。 (3)NaBH4是一种重要的储氢载体,阴离子的化学式为B ,其结构式为 ,立体 构型为正四面体。 (5)从题图2可看出,每个多硼酸根离子单元中B与O的个数比为1(1+21/2)=12,所以化学式 为B 或(BO2 或Bn 。 (7)一个晶胞中含有B原子数目为8 +6 =4,含N原子数目为4,一个晶胞的质量为 g,根 据= ,V= = cm3,晶胞棱长为 cm= 1010 pm,仔细观察BN的晶胞结构不难发 现,N与N之间的最小距离就是晶胞面对角线的一半,因此晶体中两个最近的N原子间的距离为 1010 pm。,易错警示 分子式与化学式的差异区分不清,容易出错;由分子组成的物质,其分子式即为分子 中所含各元素原子的个数,而晶胞的化学式则为原子个数的最简单比例。,4.(2019山东青岛一模,35)氧、硫形成的化合物种类繁多,日常生活中应用广泛。如硫代硫酸 钠(Na2S2O3)可作为照相业的定影剂,反应的化学方程式如下:AgBr+2Na2S2O3 Na3Ag(S2O3)2+ NaBr。回答下列问题: (1)已知银(Ag)位于元素周期表第五周期,与Cu同族,则基态Ag的价电子排布式为 。 (2)下列关于物质结构与性质的说法,正确的是 。 A.玻尔原子结构模型能够成功地解释各种原子光谱 B.Br、S、O三种元素的电负性:OBrS C.Na的第一电离能小于Mg,但其第二电离能却远大于Mg D.水分子间存在氢键,故H2O的熔、沸点及稳定性均大于H2S (3)依据VSEPR理论推测S2 的空间构型为 ,中心原子S的杂化方式为 。Ag(S2O3)23-中存在的化学键有 (填字母序号)。 A.离子键 B.极性键 C.非极性键 D.金属键 E.配位键 (4)第一电子亲和能(E1)是指元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出 的能量(单位为 kJmol-1),电子亲和能越大,该元素原子越易得电子。已知第三周期部分元素第,一电子亲和能如下表:,表中元素的E1自左而右呈增大趋势,试分析P元素呈现异常的原因 。 (5)某种离子型铁的氧化物晶胞如图所示,它由A、B组成。则该氧化物的化学式为 ; 已知该晶体的晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则密度为 gcm-3(用含a和 NA的代数式表示)。,答案 (1)4d105s1 (2)BC (3)四面体 sp3 BCE (4)P的价电子排布式为3s23p3,3p能级处于半充满状态,相对稳定,不易结合电子 (5)Fe3O4,解析 (1)银位于元素周期表第五周期,与铜同族,价电子排布式为4d105s1。 (2)玻尔原子结构模型能够成功地解释氢原子光谱,A项错误;非金属性越强电负性越大,故电负 性:OBrS,B项正确;镁原子3s轨道为全充满稳定状态,半径也较小,第一电离能高于钠,钠原子 失去1个电子后形成的钠离子是稳定结构,第二电离能远高于镁,C项正确;水分子间存在氢键, 故水的熔、沸点高于硫化氢,稳定性属于化学性质,由共价键决定,D项错误。 (3)S2 中的一个硫原