晶体结构与性质 专题训练及答案

1、晶体结构与性质 专题训练及答案非选择题(本题包括 7 小题,共 100 分)1.(16 分)(2018·内江模拟)铁氰化钾,化学式为 K3Fe(CN)6,主要应用于制药、电镀、造纸、钢铁生产等工业。其煅烧分解生成 KCN、FeC2、N2、(CN)2 等物质。(1)基态钾原子核外电子排布式简写为_。K3Fe(CN)6中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是_,各元素的第一电离能由大到小的顺序为_。(2)(CN)2 分子中存在碳碳键,则分子中  键与 

2、 键数目之比为_。KCN 与盐酸作用可生成 HCN,HCN 的中心原子的杂化轨道类型为_。(3)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO)5,该化合物熔点为 253K,沸点为为 376K,其固体属于_晶体。(4)如图是金属单质常见的两种堆积方式的晶胞模型。铁采纳的是 a 堆积方式,铁原子的配位数为_,该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为_(用含  的最简代数式表示)。常见的金属铝采纳的是 b 堆积方式,铝原子的半径为 r

3、0;pm,则其晶体密度为_g·cm-3(用含有 r、N A 的最简代数式表示)。【解析】(1)钾(K)为 19 号元素,原子核外共有 19 个电子,由于 3d 和 4s 轨道能级交错,第 19 个电子填入 4s 轨道而不填入 3d 轨道,基态钾原子核外电子排布式为 1s22s22p63s23p64s1 简写为Ar4s1;铁原子的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,碳原子的基

4、态电子排布式为 1s22s22p2,氮原子的基态电子排布式为 1s22s22p3,则 K、Fe、C、N 基态原子核外未成对电子数依次为 1、4、2、3,所以 K3Fe(CN)6中所涉及的元素的基态原子核外未成对电子数最多的是Fe(铁)。第一电离能是原子失去最外层的一个电子所需能量,第一电离能主要体现的是元素失电子的能力,C、N 为非金属元素都较难失电子,C、N 同周期,氮原子序数大于 C,且 N 最外层 2p 能级容纳 3 的电子,为半满稳定状态

5、,能量较低,第一电离能也高于同周期相邻元素;K、Fe 是金属元素都较易失电子,且 K 比 Fe 活泼,故 K 的第一电离能小于 Fe 的第一电离能,综上分析,各元素的第一电离能由大到小的顺序为 N>C>Fe>K。(2)(CN)2 分子中存在碳碳键,结构式为键与键数目之比为 34。HCN 的结构式为,共价单键是键,共价三键中含有 2 个键 1 个键,则分子中,所以碳为中心原子,形成 4 个共

6、价键,没有孤电子对,碳的价层电子对为 2,sp 杂化。(3)Fe(CO)5 的熔点为 253K,沸点为 376K,熔沸点比较低,属于分子晶体。- 1 -(4)铁的 a 堆积方式为体心立方堆积,与一个铁原子最近的铁原子距离为立方体边长的错误！未找到引用源。,这样的原子有八个,所以铁的配位数为 8;如图所示:,晶胞中铁原子数为 8×错误！未找到引用源。+1×1=2,体心立方晶胞中 r=错误！未找到引用源。a,所以铁原子总体积=2×错误！未找到引用源。

7、r3=2×错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。a3,晶胞体积=a3,则该晶体中原子总体积占晶体体积的比值为错误！未找到引用源。铝的 b 堆积方式为面心立方堆积,晶胞中含有铝原子数为 8×错误！未找到引用源。+6×错误！未找到引用源。=4,则晶胞质量为错误！未找到引用源。g;该晶胞结构侧面可用如图表示:,铝原子半径 r pm=r×10-10cm,r设晶胞边长为 a cm,晶胞边长 a 与铝原子的半径为 r 的关系为

8、0;2a2=(4r×10-10)2,解得 a=2 错误！未找到引用源。 ×10-10,所以晶胞体积为(2 错误！未找到引用源。r×10-10)3cm3,根据密度=错误！未找到引用源。,则晶体密度为错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。g·cm-3。答案:(1)Ar4s1Fe(铁) N>C>Fe>K (2)34 sp (3)分子(4)8错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。2.(15 分)(2017·全国卷)钾和碘的相关化合物在化工、

9、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 中存在错误！未找到引用源。离

10、子。错误！未找到引用源。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。【解析】(1)紫色光波

11、长范围大约在 380 nm 到 440 nm 之间,故选 A。- 2 -(2)基态 K 原子中,最外层电子排布为 4s1,核外电子占据的最高能层为第四层,符号是 N,占据该能层电子的电子云轮廓图形状为球形。K 和 Cr 都属于金属晶体,Cr 的价电子数多,半径小,金属键强,所以 K 的熔点、沸点等都比金属 Cr 低。(3)根据计算公式,错误！未找到引用源。的价层电子对数=(7+2

12、5;1-1)/2=4,结构如下:,中心碘原子形成了两个键,有两对孤电子对,因此杂化方式为 sp3,构型为 V 形。(4)根据晶胞结构,位于顶角的 K 和位于相邻面心的 O 之间的距离最短,且刚好等于晶胞面对角线长度的一半,因此最短距离=错误！未找到引用源。a/21.414×0.446/20.315(nm)。求与 K 紧邻的 O 个数,即求顶角周围面心的个数,其实也就是面心立方密堆积的配位数为 12。(5)若将体心的位置设定为顶角,原本顶角的位置变成了体心,面心的位置

13、变成了棱心。因此 K 位于体心位置,O 位于棱心位置。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3.(12 分)(2018·抚顺模拟)地球表面十公里厚的地层中,含钛元素达千分之六,比铜多 61 倍,金属钛(Ti)被誉为 21 世纪金属,其单质和化合物具有广泛的应用价值。氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金的代替品。以 TiCl4 为原料,经过一系

14、列反应可以制得 Ti3N4 和纳米 TiO2(如图)。图中的 M 是短周期金属元素,M 的部分电离能如下表:I1I2I3I4I5电离能/7381 4517 73310 54013 630(kJ·mol-1)请回答下列问题:(1)TiO2 为离子晶体,已知晶体中阳离子的配位数为 6,阴离子的配位数为 3,则阳离子的电子排布式为_。(2)金属 Ti 与金属 M 的晶体原子堆积模型相同,其堆积模型为_(填写堆积模型名称),

15、晶体中原子在二维平面里的配位数为_。(3)室温下 TiCl4 为无色液体,沸点为 136.4 ,由此可知其晶体类型为_,构成该晶体的粒子的空间构型为_。- 3 -(4)有一种氮化钛晶体的晶胞与 NaCl 晶胞相似,如图所示,已知该氮化钛的密度为  g·cm-3,则该晶胞中 N、Ti 之间的最近距离为_pm(N A 为阿伏加德常数的数值,只列算式)。该晶体中与钛原子距离相等且最近的钛原子有_个。(5)科学家通过 X 射线探明&#

16、160;KCl、MgO、CaO、TiN 的晶体与 NaCl 的晶体结构相似。且知三种离子晶体的晶格能数据如下:离子晶体晶格能NaCl            KClCaO7867153 401/(kJ·mol-1)KCl、CaO、TiN 三种离子晶体硬度由低到高的顺序为_。【解析】(1)Ti 是阳离子,Ti 是 22 号元素,因此 Ti4+的电子排布式为 1s

17、22s22p63s23p6。(2)根据金属 M 的电离能,在第二电离能到第三电离能发生突变,说明最外层有 2 个电子,M 是短周期金属元素,根据部分电离能,推出是 Mg,金属 Ti 与 Mg的晶体原子堆积模型相同,因此堆积模型为六方最密堆积,二维平面里的配位数为 6。(3)TiCl4 为无色液体,且沸点较低,符合分子晶体的特点,因此 TiCl4 属于分子晶体,空间构型为正四面体。(4)根据晶胞的结构,最近 N 和 Ti 的位置

18、是棱长的一半,设棱长为 a pm,晶胞中 Ti 位于棱上和体心,个数为 12×错误！未找到引用源。+1=4,N 位于面心和顶点,个数为8×错误！未找到引用源。+6×错误！未找到引用源。=4,化学式为 TiN,晶胞的质量为错误！未找到引用源。 g,根据密度的定义求 Ti 和 N 的最近距离是错误！未找到引用源。×1010,根据晶胞的结构,距离 Ti 最近的 Ti 上面有四个,同一平面的有 

19、4 个,下面有 4 个,共有 12 个。(5)晶格能越大,硬度越大,晶格能与阴阳离子所带电荷数以及阴阳离子的半径有关,所带电荷数越多,半径越小,晶格能越大,硬度越大,即 KCl<CaO<TiN。答案:(1)1s22s22p63s23p6(2)六方最密堆积6(3)分子晶体正四面体(4)错误！未找到引用源。×101012(5)KCl<CaO<TiN4.(10 分)(2018·吉林模拟)已知:A、B、C、D、E、F、G 七种元素的核电荷数依次增大,属于元素周期表中前四周期的元素

20、。其中 A 原子在基态时 p 轨道半充满且电负性是同族元素中最大的;D、E 原子核外的 M 层中均有两个未成对电子;G原子核外最外层电子数与 B 相同,其余各层均充满。B、E 两元素组成化合物 B2E 的晶体为离子晶体。C、F 的原子均有三个能层,C 原子的第一至第四电离能(kJ·mol-1)分别为 578、1 817、2 745、11 575;C 与 F 能形成原子数目比为&

21、#160;13、熔点为 190 的化合物 Q。- 4 -(1)B 的单质晶体为体心立方堆积模型,其配位数为_;E 元素的最高价氧化物分子的立体构型是_。F 元素原子的核外电子排布式是_,G 的高价离子与 A 的简单氢化物形成的配离子的化学式为_。(2)试比较 B、D 分别与 F 形成的化合物的熔点高低并说明理由_。(3)A、G 形成某种化合物的晶胞结构如图所示。若阿伏加德罗常数为 NA,该化合物晶体的密度为 a

22、60;g·cm-3,其晶胞的边长为_cm。(4)在 1.01×105 Pa、t1 时,气体摩尔体积为 53.4 L·mol-1,实验测得 Q 的气态密度为 5.00 g·L-1,则此时 Q 的组成为(写化学式)_。【解析】A、B、C、D、E、F、G 七种元素的核电荷数依次增大,属于元素周期表中前四周期的元素。其中 A 原子在基态时 p 轨道半充满且电负性是同族元素中最大的,因此 A

23、60;是 N。D、E 原子核外的 M 层中均有两个未成对电子,则 D 的 M 层为 3s23p2,是 Si。E 的 M 层为 3s23p4,是 S。B、E 两元素组成化合物 B2E 的晶体为离子晶体,所以 B 为A 族的金属,B 应该是钠元素。G 原子核外最外层电子数与 B 相同,其余各层均充满,且 G 的原子序数最大,因此&#

24、160;G 是铜。C、F 的原子均有三个能层,因此 C、F 在第 3 周期。C 的逐级电离能前三个数据接近,第四电离能突变,所以易失去三个电子,为第A 族元素,C 是铝。C 与 F 能形成原子数目比为 13、熔点为 190 的化合物 Q ,说明 F 为-1 价,即 F 为氯元素。(1)金属钠的单质晶体为体心立方堆积模型,其配位数为 8;E 元素的最高价氧化物

25、分子是三氧化硫,其中心原子硫原子含有的孤电子对数=(6-3×2)÷2=0,所以三氧化硫分子的立体构型是平面三角形。根据构造原理可知,氯元素原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s23p5;G 的高价离子 Cu2+与 A 的简单氢化物 NH3 形成的配离子的化学式为Cu(NH3)42+。(2)B、D 与 F 形成的化合物分别是氯化钠和四氯化硅。因为 NaCl 是离子晶体,SiCl4 是分子晶体,所以 NaCl 的熔点高于S

26、iCl4。(3)根据晶胞的结构可知,氮原子在顶点,含有的个数=8×错误！未找到引用源。=1。铜在棱边,含有的个数=12×错误！未找到引用源。=3,即化学式为 Cu3N。设边长为 x cm,则错误！未找到引用源。×NA=1,解得 x=错误！未找到引用源。(4)根据 M=×Vm=5.00 g·L-1×53.4 L·mol-1=267,是 AlCl3 相对分子质量的 267÷133.5=2 倍,所以其化学式为&#

27、160;Al2Cl6。答案:(1)8平面三角形1s22s22p63s23p5Cu(NH3)42+(2)NaCl 的熔点高于 SiCl4,因为 NaCl 是离子晶体,SiCl4 是分子晶体(3)错误！未找到引用源。(4)Al2Cl65.(14 分)(2018·天水模拟)镍及其化合物在工业生产和科研领域有重要的用途。请回答下列问题:(1)基态镍原子中,电子填充的能量最高的能级符号为_,价层电子的电子排布图为_。- 5 -(2)Ni 的两种配合物结构如图所示:A 的熔、沸点高于 B

28、 的原因为_。A 晶体含有化学键的类型为_(填选项字母)。A. 键B. 键C.配位键D.金属键A 晶体中氮原子的杂化形式是_。(3)人工合成的砷化镍常存在各种缺陷,某缺陷砷化镍的组成为 Ni1.2As,其中镍元素只有+2 和+3 两种价态,两种价态的镍离子数目之比为_。(4)NiAs 的晶胞结构如图所示:镍离子的配位数为_。若阿伏加德罗常数的值为 N A,晶体密度为  g·cm-3,则该晶胞中最近的砷离子之间的距离为_pm。【解析】(1)镍的原子序数为&#

29、160;28,其电子排布式为 1s22s22p63s23p63d84s2,其价电子的电子排布图为,所以基态镍原子核外电子填充的能量最高的能级符号为 3d;(2)A 中有 OH 键,而 B 中没有,而有 OH 键的物质可在分子间形成氢键,使物质的熔沸点升高;在 A 的分子结构中有双键,其中有键和键,有箭头所示的配位键,故选 ABC,其中的氮原子以 sp2 方式杂化;(3)某缺陷砷化镍的组成为 Ni1.2As,其中氮元素只有+2 和+3&#

30、160;两种价态,设+2 价的 Ni 为 x 个,+3 价的 Ni 为 y 个,则由原子守恒得 x+y=1.2,由化合价原则得 2x+3y=3,求出 x=y=0.6,所以两种价态的镍离子数目之比为 11;(4)由 NiAs 的晶胞结构分析可知,与一个 Ni3+距离最近的等径 As3-为 2×2=4 个,所以镍离子的配位数为 4;该晶胞中含有的 Ni3+为错误！未找到引

31、用源。×8+错误！未找到引用源。×6=4,含有的 As3-为 4,即含有 4 个 NiAs 微粒,设其棱长为 acm,其质量为错误！未找到引用源。 g,所以 a=错误！未找到引用源。cm,而 As3-位于其错误！未找到引用源。晶胞的体心,两个 As3-间的距离相当于面对角线的一半,即错误！未找到引用源。a=错误！未找到引用源。×1010 pm。- 6 -答案:(1)3d(2)A 中含氢键ABCsp2(3)11(4)4

32、错误！未找到引用源。×1010 或错误！未找到引用源。×10106.(18 分)(2018·成都模拟)我国具有悠久的历史,在西汉就有湿法炼铜(Fe+CuSO4Cu+FeSO4),试回答下列问题。(1)Cu2+的未成对电子数有_个,H、O、N 电负性由大到小的顺序为_。(2)在硫酸铜溶液中滴加过量氨水可形成Cu(NH3)4SO4 蓝色溶液。Cu(NH3)4SO4 中化学键类型有_,Cu(NH3)42+的结构简式为_,阴离子中心原子杂化类型为_。氨的沸点远高于膦(PH3),原因是_。(3)铁铜合金晶体类型为_;铁的第三

33、(I3)和第四(I4)电离能分别为2 957 kJ·mol-1、5 290 kJ·mol-1,比较数据并分析原因_。(4)金铜合金的一种晶体结构为立方晶型,如图所示。该合金的化学式为_;已知该合金的密度为 d g·cm-3,阿伏加德罗常数值为 N A,两个金原子间最小间隙为 a pm(1 pm=10-10cm)。则铜原子的半径为cm(写出计算表达式)。【解析】(1)铜原子的核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s1,故

34、0;Cu2+的外围电子排布式为 3d9,所以有 1 个未成对电子;同周期从左到右,电负性增大,电负性 O>N,氢元素与氧、氮元素化合时,氢元素表现正化合价,所以氢元素的电负性比氧、氮元素小,故电负性 O>N>H。(2)S 错误！未找到引用源。、NH3 中是以共价键结合形成的,错误！未找到引用源。和 S 错误！未找到引用源。之间结合的是离子键,配合物中 Cu2+和(NH3)4(4 个氨分子)以配位键结合,故Cu(NH3)4SO4 中化学键类型有共价键、离子键、

35、配位键;Cu(NH3)42+中 Cu2+和(NH3)4(4 个氨分子)以配位键结合,所以结构简式为;中心原子的孤对电子数=错误！未找到引用源。(a-xb),公式中 a 为中心原子的价电子数,对于主族元素即为其中心原子的最外层电子数,x 为与中心原子结合的原子数,b 为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,H 为 1,其余元素为 8-最外层电子- 7 -数,硫酸根离子中,价层电子对数=键个数+错误！未找到引用源。(a-xb)=4+错误！未找到引用源。(6+2-4×2)=4,所

36、以采取 sp3 杂化。氨分子间存在氢键,分子间作用力强,所以氨的沸点高于膦(PH3)。(3)铁和铜属于金属,所以铁铜合金晶体是由金属键形成的晶体,属于金属晶体;因为基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,根据洪特规则,原子轨道处于全充满、半充满或全空时,原子处于较低的能量状态,所以失去 3 个电子后核外电子呈半充满稳定状态,因此 I4 远大于 I3。(4)根据均摊法计算,晶胞中金原子个数为 8×错误！未找到引用源。=1,铜原子的个数为 6×错误！未找到引用源。=3,则金和铜的原子个数比

37、为 13,该合金的化学式为 AuCu3(或 Cu3Au)。合金的密度为 d g·cm-3,晶胞质量为错误！未找到引用源。g=错误！未找到引用源。g,设晶胞边长为 b,则晶胞体积为 b3,根据密度=错误！未找到引用源。,则 b=错误！未找到引用源。cm,该晶胞结构侧面可用如图表示,中间为铜原子,周围是金原子,晶胞边长是错误！未找到引用源。cm,两个金原子间最小间隙为 a pm(1pm=10-10cm),即 a×10-10cm,则金原子半径为错误！未找到引用源。(错误！

38、未找到引用源。-a×10-10)cm,设铜原子半径为r,则在等腰直角三角形中2(错误！未找到引用源。)2=2r+2×错误！未找到引用源。(错误！未找到引用源。-a×10-10)2,所以错误！未找到引用源。×错误！未找到引用源。=2r+(错误！未找到引用源。-a×10-10),解得 r=(错误！未找到引用源。×错误！未找到引用源。+5a×10-11)cm。答案:(1)1O、N、H(2)共价键、配位键、离子键sp3氨分子间存在氢键 (3)金属晶体 基态铁原子的价电子排布式为 3d64s2,

39、失去 3 个电子后核外电子呈半充满稳定状态,因此 I4 远大于 I3(4)AuCu3(或 Cu3Au)错误！未找到引用源。×错误！未找到引用源。+5a×10-117.(15 分)(能力挑战题)我们利用物质的结构与性质对周期表进行研究,有助于我们更好地掌握同类知识。(1)基态砷原子中,价电子占用_个原子轨道;雌黄分子式为 As2S3,分子结构如图,则砷原子的杂化方式为_。(2)N2 与 CO 互为等电子体,则 1 mol CO 

40、分子中含有的  键数目是_个。- 8 -(3)向 CuSO4 溶液中加入少量氨水生成蓝色沉淀,继续加入过量氨水沉淀溶解,得到深蓝色透明溶液,最后向该溶液中加入一定量乙醇,析出Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体;该晶体所含的非金属元素中,N、O、S 第一电离能由大到小的顺序是_(填元素符号),S 错误！未找到引用源。的空间构型为_,晶体中含有的化学键有_。加入乙醇后析出Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体的原因是_。(4)常温下 PCl5 是一种白色晶体,

41、其立方晶系晶体结构模型如左图所示,由 A、B 两种微粒构成。 将其加热至 148 熔化,形成一种能导电的熔体。已知 A 微粒与 CCl4 具有相同的空间构型和相似的化学键特征,则 A 为_, B 为_。(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,右图为其立方晶胞。已知晶体中最近的硼原子和磷原子核间距为 x cm,磷化硼的摩尔质量为 b g·mol-1,阿伏加德罗常数为 NA,则磷化硼晶体密度的表达式为_g&

42、#183;cm-3。(列出计算式即可)【解析】(1)基态砷原子中,价电子排布式为 4s24p3,根据洪特规则,4p 轨道的 3 个电子要分占不同的轨道并且自旋状态相同,所以其价电子共占用 4 个原子轨道;由雌黄分子结构示意图可知,每个砷原子与 3 个硫原子形成 3 个  键,由于其价电子数是 5 个,所以该分子中砷原子有 1 个孤电子对,根据价层电子对互斥理论,中心原子的价电子对数为 4,所以中心原子的杂化方式为 s