高中一轮复习化学跟踪检测（四十四）物质的聚集状态与物质性质

跟踪检测（四十四）晶体结构与性质1．下列关于晶体的结构和性质的叙述正确的是()A．分子晶体中一定含有共价键B．原子晶体中共价键越强，熔点越高C．离子晶体中含有离子键，不含有共价键D．金属阳离子只能存在于离子晶体中解析：选B稀有气体晶体为分子晶体，不含共价键，A项错误；原子晶体中共价键越强，熔点越高，B项正确；离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，C项错误；金属阳离子也可以存在于金属晶体中，D项错误。2．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()①SiO2和SO3②晶体硼和HCl③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和碘A．①②③ B．④⑤⑥C．③④⑥ D．①③⑤解析：选C属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘，属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石，但晶体氖是由稀有气体分子构成的，分子间不存在化学键。3．(2018·仙桃模拟)下面有关晶体的叙述中，错误的是()A．白磷晶体中，分子之间通过共价键结合B．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子C．在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或Na＋)D．离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，化学键不被破坏解析：选AA项，白磷晶体为分子晶体，分子之间通过范德华力结合，错误；B项，金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，正确；C项，在NaCl晶体中每个Na＋(或Cl－)周围都紧邻6个Cl－(或Na＋)，正确；D项，离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，分子间作用力被破坏，化学键不被破坏，正确。4．(2018·西安模拟)有下列离子晶体空间结构示意图：为阳离子，为阴离子。以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为()解析：选BA项，阳离子数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，阴离子数目为1，阳离子和阴离子的比为4∶1，化学式为M4N，错误；B项，阳离子数目为4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，阴离子数目为1，阳离子和阴离子的比为eq\f(1,2)∶1＝1∶2，化学式为MN2，正确；C项，阳离子数目为3×eq\f(1,8)＝eq\f(3,8)，阴离子数目为1，阳离子和阴离子的比为eq\f(3,8)∶1＝3∶8，化学式为M3N8，错误；D项，阳离子数目为8×eq\f(1,8)＝1，阴离子数目为1，阳离子和阴离子的比为1∶1，化学式为MN，错误。5．(2018·邢台模拟)某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()A．3∶9∶4 B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶4解析：选BA粒子数为6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)，B粒子数为6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2，C粒子数为1，A、B、C粒子数之比为eq\f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2。6．(2018·太原模拟)硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图是该化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为()A．MgB B．Mg3B2C．MgB2 D．Mg2B3解析：选B根据晶体结构单元可知，在六棱柱顶点上的镁原子被6个六棱柱共用，在上下底面上的镁原子被两个六棱柱共用，晶胞中Mg原子的个数为2×eq\f(1,2)＋2×6×eq\f(1,6)＝3，B原子的个数为6×eq\f(1,3)＝2，N(Mg)∶N(B)＝3∶2，化学式为Mg3B2。7．(2018·信阳模拟)已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为()A．NA·a3·ρ B.eq\f(NA·a3·ρ,6)C.eq\f(NA·a3·ρ,4) D.eq\f(NA·a3·ρ,8)解析：选A该立方体中含1个Cl－，Cs＋个数＝8×eq\f(1,8)＝1，根据ρV＝eq\f(M,NA)知，M＝ρVNA＝ρa3NA，摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是ρa3NA。8．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法正确的是()A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个Oeq\o\al(－,2)B．晶体中每个K＋周围有8个Oeq\o\al(－,2)，每个Oeq\o\al(－,2)周围有8个K＋C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个D．晶体中与每个Oeq\o\al(－,2)距离最近的Oeq\o\al(－,2)有6个解析：选A由晶胞的结构知，有8个K＋位于顶点，6个K＋位于面心，则晶胞中含有的K＋数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；有12个Oeq\o\al(－,2)位于棱上，1个Oeq\o\al(－,2)处于中心，则晶胞中含有Oeq\o\al(－,2)数为12×eq\f(1,4)＋1＝4，所以超氧化钾的化学式为KO2；晶体中每个K＋周围有6个Oeq\o\al(－,2)，每个Oeq\o\al(－,2)周围有6个K＋，晶体中与每个K＋(或Oeq\o\al(－,2))距离最近的K＋(或Oeq\o\al(－,2))有12个。9．某离子晶体晶胞的结构如图所示。X(●)位于立方体顶点，Y(○)位于立方体中心。试分析：(1)晶体的化学式为________。(2)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是________。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol－1，晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。解析：(1)采用均摊法，X的个数＝4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，Y在体内，个数是1个，则X与Y的个数比是1∶2，晶体化学式为XY2或Y2X。(2)若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知∠XYX＝109°28′。(3)由题意知，该晶胞中含有eq\f(1,2)个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝eq\f(1,2)M，a＝eq\r(3,\f(M,2ρNA))，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))cm。答案：(1)XY2或Y2X(2)109°28′(3)eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))10．(2016·海南高考)M是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：(1)单质M的晶体类型为________，晶体中原子间通过________作用形成面心立方密堆积，其中M原子的配位数为________。(2)元素Y基态原子的核外电子排布式为________，其同周期元素中，第一电离能最大的是________(写元素符号)。元素Y的含氧酸中，酸性最强的是________(写化学式)，该酸根离子的立体构型为________。(3)M与Y形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。①该化合物的化学式为________，已知晶胞参数a＝0.542nm，此晶体的密度为__________g·cm－3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为NA)②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是__________________。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为________。解析：(1)根据题给信息推断M为铜元素，Y为氯元素。单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方密堆积，铜原子的配位数为12。(2)氯元素为17号元素，位于第三周期，根据构造原理知其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，同周期元素由左向右元素原子的第一电离能逐渐增大，故其同周期元素中，第一电离能最大的是Ar。氯元素的含氧酸中，酸性最强的是HClO4，该酸根离子中氯原子为sp3杂化，没有孤对电子，立体构型为正四面体形。(3)①每个晶胞中含有铜原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl，则1mol晶胞中含有4molCuCl,1mol晶胞的质量为4×99.5g，又晶胞参数a＝0.542nm，此晶体的密度为eq\f(4×99.5,NA×0.5423×10－21)或eq\f(4×MCuCl,NA×a3×10－21)g·cm－3。②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu＋被氧化为Cu2＋，故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH3)4]2＋。答案：(1)金属晶体金属键12(2)1s22s22p63s23p5ArHClO4正四面体(3)①CuCleq\f(4×99.5,NA×0.5423×10－21)或eq\f(4×MCuCl,NA×a3×10－21)②Cu＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子)[Cu(NH3)4]2＋11．(2018·福州质检)锌是人体必需的微量元素，明朝《天工开物》中有世界上最早的关于炼锌技术的记载。回答下列问题：(1)基态Zn原子的价电子排布式为____________，在周期表中位置为________________。(2)硫酸锌溶于氨水形成[Zn(NH3)4]SO4溶液。①组成[Zn(NH3)4]SO4的元素中，除H外其余元素的第一电离能由大到小排序为________________________________________________________________________。②在[Zn(NH3)4]SO4溶液中滴加NaOH溶液，未出现浑浊，其原因是________________________________________________________________________。③已知[Zn(NH3)4]2＋的空间构型与SOeq\o\al(2－,4)相同，则在[Zn(NH3)4]2＋中Zn2＋的杂化类型为________。④以下作用力在[Zn(NH3)4]SO4晶体中存在的有________。A．离子键B．极性共价键C．非极性共价键D．配位键E．范德华力F．金属键(3)ZnS晶胞结构如图(已知a为硫离子，b为锌离子)所示，ZnS晶体的熔点约为1700℃。①已知晶体密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数的值。则1个ZnS晶胞的体积为________cm3。②ZnO与ZnS结构相似，熔点为1975℃，其熔点较高的原因是________________________________________________________________________。解析：(2)①N的2p轨道半充满，处于较稳定状态，故N、O、S、Zn的第一电离能由大到小的顺序为N>O>S>Zn。②[Zn(NH3)4]2＋难电离，溶液中Zn2＋浓度很小，无法产生沉淀。③[Zn(NH3)4]2＋的空间构型为正四面体，Zn2＋的杂化类型为sp3杂化。④[Zn(NH3)4]SO4中含有离子键、极性共价键、配位键。(3)①由题图知，一个ZnS晶胞中含有4个Zn2＋，含S2－的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4,1个ZnS晶胞的质量为eq\f(4×65＋4×32,NA)g，故1个ZnS晶胞的体积为eq\f(388,ρNA)cm3。②O2－的半径比S2－的小，故ZnO晶体的晶格能较大，熔点较高。答案：(1)3d104s2第4周期ⅡB族(2)①N>O>S>Zn②[Zn(NH3)4]2＋难电离，溶液中Zn2＋浓度很小，无法产生沉淀③sp3④ABD(3)①eq\f(388,ρNA)②O2－的半径比S2－的小，ZnO晶体的晶格能较大12．微量元素硼和镁对植物的叶的生长和人体骨骼的健康有着十分重要的作用。(1)写出基态B原子的轨道表达式：______________________________。(2)三价B易形成配离子，如[B(OH)4]－、[BH4]－等。[B(OH)4]－的结构式为____________(标出配位键)，其中心原子的杂化方式为____________，写出[BH4]－的两种等电子体：________________________。(3)图1表示多硼酸根的一种无限长的链式结构，其化学式可表示为____________(以n表示硼原子的个数)。(4)硼酸晶体是片层结构，图2表示的是其中一层的结构。层间存在的作用力有______________________________；硼酸晶体在冷水中溶解度很小，但在热水中较大，原因是________________________________________________________________________。(5)三氯化硼的熔点比氯化镁的熔点低，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)镁属于六方最密堆积(图3)，其晶胞结构如图4所示，若镁原子半径为apm，则镁晶体的密度为________g·cm－3(用含a的代数式表示)。解析：(3)由题图1可知，其重复单元是BOeq\o\al(－,2)，则化学式可表示为(BO2)eq\o\al(n－,n)。(6)题图4中，晶胞的棱长为2apm，晶胞的高为eq\f(4\r(6),3)apm，则晶胞体积为2a×2a×sin60°×eq\f(4\r(6),3)apm3＝8eq\r(2)a3pm3，一个晶胞中含有的镁原子的个数为2，故晶胞的质量为eq\f(2×24,NA)g，镁晶体的密度为eq\f(2×24,NA)g÷(8eq\r(2)a3pm3)＝eq\f(3\r(2),NAa3)g·pm－3＝eq\f(3\r(2),NAa×10－103)g·cm－3。答案：(1)(2)sp3CH4、NHeq\o\al(＋,4)(或其他合理答案)(3)(BO2)eq\o\al(n－,n)(4)氢键、范德华力晶体中硼酸分子以氢键缔合在一起，难以溶解；加热时，晶体中部分氢键被破坏，溶解度增大(5)三氯化硼为分子晶体，而氯化镁为离子晶体，范德华力比离子键弱(6)eq\f(3\r(2),NAa×10－103)13．太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。(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，都属于六方最密堆积，其配位数是________。(2)氮元素的第一电离能在同周期中从大到小排第________位；写出与NOeq\o\al(－,3)互为等电子体的一种非极性分子的化学式________。(3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子(如图)，其中有两个原子为10B，其余为11B，则该结构单元有________种不同的结构类型。已知硼酸(H3BO3)为一元弱酸，解释其原因__________________________________________________________。(4)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__________________________________________________。(5)在浓的TiCl3盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6，组成为TiCl3·6H2O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1∶5，则该配离子的化学式为______________。(6)钴晶体的一种晶胞是体心立方堆积(如图所示)，若该晶胞的边长为anm，密度为ρg·cm－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________。解析：(2)第2周期元素的第一电离能从左到右逐渐增大，但Be由于2s轨道全充满，其第一电离能比B大，N由于2p轨道半充满，其第一电离能比O大，故第2周期元素的第一电离能：Ne>F>N>O>C>Be>B>Li，氮元素的第一电离能在第2周期中排第3位。(3)该结构单元的结构类型取决于两个10B原子的相对位置，两个10B原子有邻、间、对3种位置关系，所以该结构单元共有3种不同的结构类型。(6)由题图知，该晶胞中含有的Co原子的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，则该晶胞的质量为eq\f(2Ar,NA)g＝ρg·cm－3×(a×10－7cm)3，解得Ar＝5a3ρNA×10－22。答案：(1)1s22s22p63s23p64s212(2)3SO3或BF3(或其他合理答案)(3)3H3BO3与一个水分子可形成配位键，产生[B(OH)4]－和一个H＋(4)sp2层状结构中没有自由移动的电子(5)[TiCl(H2O)5]2＋(6)5a3ρNA×10－2214．(2018·石家庄一模)ⅣA族元素形成的单质及化合物对人类的生产和生活具有重要意义。请回答：(1)基态Ge原子价电子的轨道表达式为________；与其同周期且未成对电子数相同的元素还有________种。(2)晶体Ge的密度为ρg·cm－3，其晶胞结构与金刚石相似，若Ge原子半径为rpm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则Ge晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________(列式即可)。(3)GeO2、SiO2均为共价型化合物，熔点分别为1388K、1983K，则GeO2为________(填晶体类型)，SiO2的熔点高于GeO2的原因为________________________________________________________________________。(4)甲硅烷(SiH4)是硅氢化合物中结构最简单、应用最广泛的一种，与甲硅烷互为等电子体的离子为__________(任写一种)。(5)石墨烯是从石墨中剥离出来的由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料。①12g石墨烯中所含σ键的数目为________。②石墨与钾可以形成一种插层化合物。其中钾层平行于石墨层，晶胞如图1所示，其垂直于石墨层方向的投影如图2所示。该插层化合物的化学式为________；若碳碳键的键长为apm，则同层最邻近的两个钾原子之间的距离为________pm。(用含a的代数式表示)解析：(2)由题意知，Ge的晶胞结构如图所示，则该晶胞中含有Ge原子的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8