高三一轮化学总复习-第3节 晶体结构与性质 讲练【系列四】

2017年高考“最后三十天”专题透析2017年高考“最后三十天”专题透析好教育云平台——教育因你我而变好教育云平台——教育因你我而变晶体结构与性质(45分钟100分)非选择题(本题包括7小题,共100分)1.(16分)金属钛(22Ti)号称航空材料。回答下列问题: (1)钛元素基态原子未成对电子数为__________个,能量最高的电子占据的能级符号为______________,

该能级所在能层具有的原子轨道数为____________。

(2)[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键有_______________________。

a.σ键 b.π键c.离子键 d.配位键(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如图所示。化合物甲的分子中采取sp2杂化方式的碳原子个数为__________,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由小到大的顺序为__________。

(4)工业上制金属钛采用金属还原四氯化钛。先将TiO2(或天然的金红石)和足量炭粉混合加热至1000～1100K,进行氯化处理,生成TiCl4。写出生成TiCl4的化学反应方程式:________________________________。

(5)有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示,该晶体的化学式为__________,该晶体中与钛原子距离最近且相等的氮原子的个数为__________。已知晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶胞边长为__________cm(用含ρ、NA的式子表示)。

【解析】(1)钛元素价电子排布式为3d24s2,基态原子价电子排布图为,可见钛元素基态原子未成对电子数为2个,能量最高的电子占据的能级符号为3d,该能级所在能层为M能层,有3s、3p、3d,分别含有原子轨道数目为1、3、5,具有的原子轨道数为9。(2)OH-和H2O中H和O都是以σ键结合在一起,Ti4+提供空轨道,H2O和OH-提供孤电子对,形成配位键,即[Ti(OH)2(H2O)4]2+中的化学键只有σ键和配位键。(3)采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第ⅤA族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从小到大顺序是C<O<N。(4)TiO2和足量炭粉混合加热至1000～1100K,生成TiCl4的化学反应方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO;(5)观察晶胞N位于立方体的顶点和面心位置,N数=8×18+6×12=4;Ti位于晶胞内,有4个,化学式可写为TiN;由晶胞图可知与Ti相连的N有四个,组成正四面体;晶胞质量为4×48+14NAg,晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞边长为答案:(1)23d9(2)ad(3)7C<O<N(4)TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO(5)TiN432.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.404.4B.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I3+离子。I3+离子的几何构型为________(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=0.446nm,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)紫色光波长范围大约在380nm到440nm之间,故选A。(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,I3[I—QUOTEI····—I]+,中心碘原子形成了两个σ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=2a/2≈1.414×0.446/2≈0.315(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)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,经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2(如下图)。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/(kJ·mol-1)738145177331054013630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),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__________。

(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ρg·cm-3,则该晶胞中N、Ti之间的最近距离为__________pm(NA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NaClKClCaO晶格能/(kJ·mol-1)7867153401KCl、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1s22s22p63s23p6。(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的位置是棱长的一半,设棱长为apm,晶胞中Ti位于棱上和体心,个数为12×14+1=4,N位于面心和顶点,个数为8×18+6×12=4,化学式为TiN,晶胞的质量为4×62NAg,根据密度的定义求Ti和N的最近距离是1234×62ρNA×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4个,下面有答案:(1)1s22s22p63s23p6(2)六方最密堆积6(3)分子晶体正四面体(4)1234(5)KCl<CaO<TiN4.(10分)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。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、1817、2745、11575;C与F能形成原子数目比为1∶3、熔点为190℃的化合物Q。(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ag·cm-3,其晶胞的边长为__________cm。

(4)在1.01×105Pa、t1℃时,气体摩尔体积为53.4L·mol-1,实验测得Q的气态密度为5.00g·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ⅠA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ⅢA族元素,C是铝。C与F能形成原子数目比为1∶3、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)4]2+。(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SiCl4。(3)根据晶胞的结构可知,氮原子在顶点,含有的个数=8×18=1。铜在棱边,含有的个数=12×14=3,即化学式为Cu3N。设边长为xcm,则x3·ρM×N(4)根据M=ρ×Vm=5.00g·L-1×53.4L·mol-1=267,是AlCl3相对分子质量的267÷133.5=2倍,所以其化学式为Al2Cl6。答案:(1)8平面三角形1s22s22p63s23p5[Cu(NH3)4]2+(2)NaCl的熔点高于SiCl4,因为NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体(3)3206aNA5.(14分)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+的电子排布式是________________。

(2)NO3-和NH3中氮原子的杂化方式为(3)NH3的沸点高于PH3,其主要原因是

____________。

(4)与N3-具有相同电子数的三原子分子的立体构型是________。

(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[Ni(NH3)6]2+蓝色溶液,则1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ键为________mol。

(6)图1是丁二酮肟与镍形成的配合物,则分子内含有的作用力有________(填序号)。

A.氢键B.离子键C.共价键D.金属键E.配位键组成该配合物分子且同属第2周期元素的电负性由大到小的顺序是______________。

(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图2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acm,阿伏加德罗常数的值为NA,则计算此单质的密度表达式为________g·cm-3(不必化简)。

【解析】(1)Fe为26号元素,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。(2)NO3-为平面三角形,氮原子为sp2杂化;NH3为三角锥形,氮原子为sp(4)N3-电子数为10,与N3-具有相同电子数的三原子分子为H2O,分子的立体构型为V形。(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每个氮原子与3个氢原子形成σ键,同时还与镍原子形成配位键,也是σ键,因此1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ键为4mol×6=24mol。(6)根据图可知碳碳间、碳氮间为共价键,氮镍间为配位键,氧氢间为氢键;同一周期中,电负性随着原子序数的增大而增大,该物质中含有的第2周期非金属元素有O、N、C,其电负性强弱顺序为O>N>C。(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图2所示的堆积方式,则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8×18+1=2,如果Fe的原子半径为acm,则立方体的边长为4a3cm,对应的体积为(4a3cm)3,阿伏加德罗常数的值为N答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子间存在氢键(4)V形(5)24(6)A、C、EO>N>C(7)8566.(18分)有A、B、C、D、E五种原子序数增大的元素,只有一种为金属。A、B、C均为第二周期紧邻元素,其第一电离能顺序为B>C>A;B与D同主族;E为第4周期副族元素,其价层电子为全满。(1)E元素的名称为________________,该元素基态原子的价电子排布式为__________。

(2)B与D分别与氢形成最简单氢化物沸点高低顺序为__________(用化学式表示);原因__________________。

(3)A、B、C三种元素分别与氢形成化合物中的M—M(M代表A、B、C)单键的键能如下表:氢化物HxA—AHxHmB—BHmHaC—CHa键能(kJ·mol-1)346247207上述三种氢化物中,A、B、C元素原子的杂化方式有______种;请解释上表中三种氢化物M—M单键的键能依次下降的原因________。

(4)D与氯形成的化合物DCl5,加压条件下148℃液化,发生完全电离得到一种能够导电的熔体,测定D—Cl键长为198pm和206pm两种,该熔体中含有一种正四面体结构的阳离子,请写出该条件下DCl5电离的电离方程式____________________________;该熔体中阴离子的空间构型为__________。

(5)E与C形成的化合物晶体结构有四种,其中一种与金刚石类似,金刚石晶体结构如图所示,该晶体的化学式为__________(用元素符号表示);该晶胞的棱长为apm则该晶体的密度为__________g·cm-3。

【解析】E为第4周期副族元素,且价层电子为全满,因此推出E为Zn,五种元素只有一种元素是金属,E为锌,则A、B、C、D为非金属,B和D属于同主族,则D为第3周期,A、B、C为第2周期,第一电离能规律从左向右呈增大趋势,但ⅡA族大于ⅢA族,ⅤA族大于ⅥA族,三种元素的第一电离能顺序是B>C>A,三种元素原子序数增大,因此推出:A为C,B为N,C为O,D为P,(1)根据上述分析,E为锌,锌元素位于副族,锌原子的价电子包括最外层和次外层d能级,即3d104s2;(2)氢化物分别是NH3、PH3,两种氢化物都属于分子晶体,NH3中存在分子间氢键,PH3无分子间氢键,因此沸点:NH3>PH3;(3)根据表格可知,氢化物分别是CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH,乙烷中C有4个σ键,无孤电子对,杂化类型为sp3,肼中N有3个σ键,1个孤电子对,杂化类型为sp3,H2O2中O有2个σ键,2个孤电子对,杂化类型为sp3,三者只有一种杂化类型,乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小;(4)阳离子的立体构型为正四面体,说明P有4个σ键,无孤电子对,阳离子为PCl4+,因此PCl5电离方程式为2PCl5PCl4++PCl6-,PCl6-中P有6个σ键,孤电子对数为(5+1-6)2=0,价层电子对数为5+6×1+12=6,空间构型为正八面体;(5)锌原子位于顶点和面心,属于晶胞的个数为8×18+6×12=4,氧原子位于晶胞内,共有4个,即此化合物为ZnO,晶胞的质量为4×答案:(1)锌3d104s2(2)NH3>PH3均为分子晶体,NH3分子间存在氢键(3)1乙烷中的碳原子没有孤电子对,肼中的氮原子有1对孤电子对,过氧化氢中的氧原子有两对孤电子对,孤电子对数越多斥力越大,形成的化学键越不稳定,键能越小(4)2PCl5PCl6-+PC1(5)ZnO324【加固训练】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。①该化合物的化学式为____________;D的配位数为____________;

②列式计算该晶体的密度________g·cm-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________。

【解析】(1)本题考查电子排布图的书写,A和B的价电子层中未成对电子均只有1个电子,A和B位于第ⅠA族,或第ⅢA族元素或ⅦA族元素,A-和B+的电子数相差为8,推出A为F,B为K,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,则C为Fe,D为Ni,D2+为Ni2+,其价层电子排布图为;(2)第一电离能越小,说明越容易失去电子,即金属性强,第一电离能最小的是K,电负性最大,说明非金属性最强,即F的电负性最强;(3)考查晶胞、配位键等,①根据晶胞的结构,F位于棱上、晶胞内部和面上,因此F的个数为16×14+4×12+2=8,K位于棱上和内部,个数为8×14+2=4,Ni位于顶点和内部,个数为8×18+1=2,因此化学式为K2②晶胞的质量为1×(39×4+59×2+19×8)/NAg,晶胞的体积为400×400×1308×10-30cm3,因此晶胞的密度为39×4+59×2+19×86.02×1023×4002答案:(1)(2)KF(3)①K2NiF46②39×(4)离子键、配位键[FeF6]3-F-7.(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1molCO分子中含有的π键数目是__________个。

(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)4]SO4·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),SO42-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)4]SO4·H2O晶体的原因是

__________________。

(4)常温下PCl5是一种白色晶体,其立方晶系晶体结构模型如下左图所示,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,上右图为其立方晶胞。已知晶体中最近的硼