2024高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质第三讲晶体结构与性质规范演练含解析新人教版

PAGE11-第三讲晶体结构与性质1．C、Ti的单质及其化合物在现代社会有广泛用途。(1)基态钛原子的电子排布式为__________________________。(2)CS2分子中含有σ键和π键之比为____________；NOeq\o\al(＋,2)与CO2是等电子体，NOeq\o\al(＋,2)的电子式为__________，键角为________。(3)CH3CHO沸点低于CH3CH2OH的缘由是______________；CH3CHO分子中碳原子杂化类型为________。(4)钛酸钡(BaTiO3)晶体的某种晶胞如图所示。NA为阿伏加德罗常数值，Ba2＋、O2－、Ti4＋的半径分别为apm、bpm、cpm。①与钡离子等距离且最近的氧离子有________个；②假设晶体中的Ti4＋、Ba2＋分别与O2－相互接触，则该晶体的密度表达式为________________g·cm－3。解析：(1)Ti为第22号元素，核外电子排布为[Ar]3d24s2。(2)CS2和CO2是等电子体，所以结构相同，结构式为S=C=S，双键应当是1个σ键和1个π键，所以σ键和π键都是2个，比例为1∶1。NOeq\o\al(＋,2)与CO2是等电子体，所以结构相像，因为二氧化碳的电子式为，所以NOeq\o\al(＋,2)的电子式为。(3)CH3CHO沸点低于CH3CH2OH的缘由是乙醇有羟基，可以形成分子间氢键，从而提高物质的沸点。乙醛分子中，甲基碳形成4个单键，所以是sp3杂化，醛基碳形成了1个碳氧双键，所以是sp2杂化。(4)①将晶胞的结构进行代换，以Ba2＋为体心，以Ti4＋为顶点得到新的晶胞，此时O2－在12条棱的中心，所以与钡离子等距离且最近的氧离子有12个。②由图示可得：晶胞中有1个BaTiO3，所以晶胞的质量为eq\f(233,NA)g；钡离子与氧离子之间的距离为立方体晶胞的面对角线的－10cm。或者得到钛离子与阳离子之间的距离为晶胞边长的一半，得到晶胞边长为2(b＋c)×10－10cm。晶体的密度等于晶胞质量除以晶胞体积，晶胞体积等于晶胞边长的立方，所以由上述数据得到晶体的密度为eq\f(233,[2（b＋c）×10－10]3NA)或eq\f(233,[\r(2)（a＋b）×10－10]3NA)。答案：(1)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)(2)1∶1180°(3)CH3CH2OH分之间存在氢键sp2、sp3(4)①12②eq\f(233,[2（b＋c）×10－10]3NA)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或\f(233,[\r(2)（a＋b）×10－10]3NA)))2．锰及其化合物用途特别广泛。回答下列问题：(1)Al70Pd21Mn9是一种准晶体(介于晶体和非晶体之间的固体)，能精确证明其不是晶体的方法是________________________。(2)基态Mn原子的价电子排布式为________，未成对电子数为________个。(3)MnS熔点(1610℃)比MnO熔点(1650℃)低，其缘由是____________________________________________________________________________________________________________。(4)锰的一种协作物的化学式为[Mn(CO)5(CH3CN)]Br。①协作物中锰元素的价态为________。②配体CH3CN与中心原子形成配位键时，供应孤对电子的原子是____________，该分子中碳原子的杂化方式为____________杂化；C、H、N的电负性从大到小的依次为__________。(5)锰的含氧酸有HMnO4(高锰酸)、H2MnO3(亚锰酸)，高锰酸的酸性比亚锰酸强，理由是______________________________________________________________________________________。(6)某种含锰特别材料的晶胞结构如下图所示：若晶胞参数为anm，用NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的密度为__________________________________(列出代数式即可)。解析：(1)晶体具有微观点阵结构，能发生X射线衍射现象，故能精确证明Al70Pd21Mn9不是晶体的方法是X射线衍射试验，若不产生X射线衍射现象，则不是晶体。(2)Mn是25号元素价电子排布式为3d54s2，5个3d电子分别位于5个不同的轨道上，有5个未成对电子。(3)MnS和MnO晶体类型相同，由于S2－的半径比O2－的大，则MnS的晶格能比MnO小，MnS熔点比MnO熔点低。(4)①协作物[Mn(CO)5(CH3CN)]Br的配体有CO、CH3CN分子和Br－，依据化合价代数和为零，协作物中锰元素的价态为＋1；②配体CH3CN与中心原子形成配位键时，碳原子价电子都用于形成共用电子对，氮原子5个价电子有3个形成共用电子对，还有1对孤对电子，所以供应孤电子对的原子是氮原子，该分子中2个碳原子其中CH3—上碳原子的杂化方式为sp3，—CN上的碳原子杂化方式为sp；元素的非金属性越强，吸引电子实力越强，则电负性越大，所以C、H、N的电负性从大到小的依次为N>C>H。(5)HMnO4和H2MnO3都是含氧酸，高锰酸是一元酸，含有3个非羟基氧，亚锰酸为二元酸，含有1个非羟基氧，含羟基氧越多酸性越强，所以高锰酸的酸性比亚锰酸强。(6)依据晶胞结构计算含有的原子数，含有Zn原子数：8×eq\f(1,8)＝1，含Mn原子数6×eq\f(1,2)＝3，含有N原子数：1个，故晶胞中Zn、Mn、N原子个数比为1∶3∶1，ZnMn3N的摩尔质量是244g·mol－1，据m＝ρV得：ρ·(a×10－7)3cm3×NA·mol－1＝244g·mol－1，ρ＝eq\f(244,NA·（a×10－7）3)g·cm－3。答案：(1)X射线衍射试验(2)3d54s2(3)5S2－的半径比O2－的大，MnS的晶格能小(4)①＋1②N(氮)②sp和sp3N>C>H(5)高锰酸分子(HOMnO3)中含有3个非羟基氧原子，亚锰酸[(HO)2MnO]中只有1个非羟基氧原子(6)eq\f(244,NA·（a×10－7）3)g·cm－33．黄铜矿(主要成分是CuFeS2)是一种重要的化工原料，通过化学工艺可获得二(氨基丙酸)合铜[Cu(NH2CH2CH2COO)2]等产品。(1)Cu2＋基态核外电子排布式为_______________________。(2)[Cu(NH2CH2CH2COO)2]的结构简式如图1所示。1mol[Cu(NH2CH2CH2COO)2]中含有σ键数目为______。(3)黄铜矿在空气中灼烧得到废气和固体混合物。废气中SO2经催化氧化生成SO3，SO2分子中S原子轨道的杂化类型为________。SO3分子的空间构型为________；固体混合物中含有一种化合物X，其晶胞如图2所示，化合物X的化学式为________。解析：(1)Cu是29号元素，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，转化为Cu2＋的时候应当失去最外层的两个电子，所以是1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。(2)依据图1的结构图，每1个单键都是σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一共有26个σ键，即1mol[Cu(NH2CH2CH2COO)2]中含有σ键数目为26NA。(3)依据价层电子对互斥理论，SO2的中心原子S的价电子对为eq\f(2＋（6－2×2）,2)＝3，所以S是sp2杂化。依据价层电子对互斥理论，SO3的中心原子S的价电子对为eq\f(3＋（6－3×2）,2)＝3，所以SO3的空＝2(个)，Cu都在晶胞内部，所以Cu有4个，所以化学式为Cu2S。答案：(1)[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9(2)26NA(3)sp2杂化平面三角形Cu2S4．新型钙钛矿太阳能电池是近几年来的探讨热点，具备更加清洁、便于应用、制造成本低和效率高等显著优点，其中一种钙钛矿太阳能电池材料的晶胞如图1。回答下列问题：图1(1)铅或铅盐的焰色反应为绿色，下列有关原理分析的叙述正确的是________(填字母)。a．电子从基态跃迁到较高的激发态b．电子从较高的激发态跃迁到基态c．焰色反应的光谱属于汲取光谱d．焰色反应的光谱属于放射光谱(2)碳原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为___________。基态Pb原子核外电子排布，最终占据能级的电子云轮廓图形态为____________________。(3)CH3NHeq\o\al(＋,3)中含有化学键的类型有________(填字母)，N原子的杂化形式为______杂化，与CH3NHeq\o\al(＋,3)互为等电子体的分子为_______。a．极性键b．非极性键c．配位键d．离子键e．σ键f．π键(4)NHeq\o\al(＋,4)中H—N—H的键角比NH3中H—N—H的键角大的缘由是______________________________________________________________________________________________________________；NH3和水分子与铜离子形成的化合物中阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2)，该化合物加热时首先失去水，请从原子结构角度加以分析：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。图2(5)与I－紧邻的I－个数为________。X射线衍射试验测得晶胞参数：密度为ag·cm－3，则晶胞的边长;为________________pm(该物质的相对原子质量为M，NA表示阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)铅或铅盐的焰色反应为绿色，是因为金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子汲取了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，但处于能量较高的轨道上的电子是不稳定的，很快跃迁回能量较低的轨道，这时就将多余的能量以光的形式释放出来，呈现特别的颜色，其光谱属于放射光谱，故选bd。(2)依据核外电子排布规律可知碳原子价层电子的轨道表达式(电子排布图)为。基态Pb原子核外电子排布，最终占据能级的电子为6p能级，因此电子云轮廓图形态为哑铃形。(3)同种非金属元素之间存在非极性键，不同非金属元素之间存在极性键，含有孤电子对和含有空轨道的原子之间存在配位键，共价单键为σ键，共价双键含有1个σ键和1个π键，所以CH3NHeq\o\al(＋,3)中碳氮原子之间，碳氢原子之间及氮氢原子之间存在极性键和σ键，氮氢之间含有配位键，故选ace，N连接4个单键，杂化形式为sp3，CH3NHeq\o\al(＋,3)为18电子微粒，与CH3NHeq\o\al(＋,3)互为等电子体的分子为C2H6或BH3NH3。(4)NHeq\o\al(＋,4)中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氨原子上有1对孤对电子，孤电子对与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NHeq\o\al(＋,4)中H—N—H的键角比NH3中大。由于O原子半径小，电负性大，供应孤电子对实力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子。(5)由晶胞结构可知，I－位于晶胞的面心，由于8个晶胞共用1个顶点，所以与I－紧邻的I－个数为8；设晶胞的边长为xpm，则晶胞的体积为x3×10－30cm－3，晶胞中含有1个CH3NHeq\o\al(＋,3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)＝1))、1个Pb2＋(体心)、3个I－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,2)＝3))所以有ag·cm－3·x3×10－30cm3NA＝M，解得x＝eq\r(3,\f(M,a·NA))×10－10。答案：(1)bd(2)哑铃形(3)acesp3C2H6(或BH3NH3)(4)NHeq\o\al(＋,4)中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氨原子上有1对孤电子对，孤电子对与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NHeq\o\al(＋,4)中H—N—H的键角比NH3中大由于O原子半径小，电负性大，供应孤电子对实力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子(5)8eq\r(3,\f(M,a·NA))×10－105．钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用，请回答下列问题：(1)写出砷(As)的基态原子的电子排布式__________________。(2)N、P、As为同一主族元素，其电负性从大到小的依次为________，它们的简洁氢化物沸点最高的是________，将NaNO2和Na2O在肯定的条件下反应得到一种白色晶体，已知其中的阴离子与SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体，则该阴离子的化学式为________。(3)[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为__________，其配离子中含有的化学健类型为________(填“离子键”“共价键”“配位键”)。(4)砷化镓晶胞结构如图。晶胞中Ga与四周等距且最近的砷形成的空间构型为________，已知砷化镓晶胞边长为apm，其密度为ρg·cm－3，则阿伏加德罗常数的数值为____________(列出计算式即可)。解析：(1)As的原子序数为33，由构造原理可知基态原子的电子排布式[Ar]3d104s24p3。(2)N、P、As为同一主族元素，其原子序数渐渐增大，则其电负性渐渐减小，即N>P>As，它们的氢化物中NH3中存在氢键，沸点最高；原子个数相等价电子数相等的微粒属于等电子体，且等电子体结构相像，阴离子与SOeq\o\al(2－,4)互为等电子体，则该阴离子的化学式为NOeq\o\al(3－,4)。(3)[Co(N3)(NH3)5]SO4中Neq\o\al(－,3)、NH3都是单齿配体，相加得配位数为6；其配离子中含有的化学键类型为共价键、配位键。(4)晶胞中Ga原子处于晶体的顶点和面心，面心到顶点和到相邻面心的距离最小且相等，Ga原子与四周等距且最近的砷形成的空间构型为Ga在中心，As在四个顶点形成的正四面体结构；GaAs为1∶1型结构，一个晶胞含有4个Ga原子和4个As原子，若晶胞边长为apm，则其体积为(a×10－10)3cm3，晶胞密度为ρg·cm－3，则晶胞质量为(a×10－10)3cm3×ρg·cm－3＝ρa3×10－30g，ρa3×10－30g×NA＝4×145g·mol－1，则NA为eq\f(4×145,ρa3×10－30)。答案：(1)[Ar]3d104s24p3(或1s22s22p63s23p63d104s24p3)(2)N>P>AsNH3NOeq\o\al(3－,4)(3)6共价键、配位键(4)正四面体eq\f(4×145,ρa3×10－30)6．英国曼彻斯特高校科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫共同工作多年因“突破性地”用撕裂的方法从石墨中胜利获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法还有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如图1：图1(1)下列有关石墨烯说法正确的是________(填字母)。a．12g石墨烯含σ键数为NAb．石墨烯分子中全部原子可以处于同一平面c．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力d．石墨烯中每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有6个C原子(2)化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或随意组合。①基态铜原子能量最高的电子占据的能级符号是________；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有________。②下列分子属于非极性分子的是________(填字母)。a．甲烷 b．二氯甲烷c．苯 d．乙醇③乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还高的丁烷，请说明缘由____________________________________________________________________________________________________________。④酞菁与酞菁铜染料分子结构如下图2，酞菁分子中碳原子采纳的杂化方式是________杂化。⑤金与铜可形成的金属互化物合金(如图3)，它的化学式可表示为__________________；在Au四周最近并距离相等的Cu有________个，若2个Cu原子核的最小距离为dpm，该晶体的密度可以表示为____________g·cm－3(阿伏加德罗常数用NA表示)。解析：(1)由图示得到，石墨烯中碳原子的杂化类型为sp2，所以每个碳原子应当形成3个σ键，而每形成1个σ键须要2个碳原子，所以C∶σ键＝2∶3，因此12g石墨烯(1molC)中的σ键为1.5mol，选项a错误。石墨烯中全部的碳原子都是sp2杂化，所以全部的碳原子都在同一个平面，选项b正确。石墨晶体中石墨层与层之间存在的是分子间作用力，所以选项c正确。石墨烯中每个C原子连接3个六元环，所以每个C原子在一个六元环中只能分得eq\f(1,3)，所以每个六元环占有6×eq\f(1,3)＝2个C原子，选项d错误。(2)①铜是29号元素，核外电子排布式为[Ar]3d104s1，依据鲍林的近似能级图得到其中能量最高的能级为3d。第四周期，最外层电子数与Cu相同都是1个电子的是K(4s1)和Cr(3d54s1)。②甲烷(正四面体)和苯(正六边形)都是高度对称的分子，所以是非极性分子；而二氯甲烷是变形四面体结构是极性分子，乙醇明显是极性分子。③乙醇沸点高于丁烷的缘由是乙醇有—OH，可以形成分子间氢键，从而提高了沸点。④酞菁分子中碳都形成了双键，或者都是苯环中的碳原子，所以都是sp2杂化。⑤金原子占据晶胞的顶点，所以有8×eq\f(1,8)＝1个；铜原子占据6个面心，所以有6×eq\f(1,2)＝3个，所以化学式为Cu3Au或AuCu3。假如以图3晶胞的体心为顶点，以顶点的金原子为体心，可以得到一个新的晶胞，该新晶胞中金原子在体心，铜原子位于12条棱的中心，所以在Au四周最近并距离相等的Cu有12个。由立体几何学问得到图3中2个Cu原子核的最小距离为晶胞面对角线的一半，所以面对角线的长度为2dpm，所以晶胞边长为eq\f(2d,\r(2))＝eq\r(2)dpm＝eq\r(2)d×10－10cm。晶胞体积为边长的立方为2eq\r(2)d3×10－30cm3，晶胞中含有1个Au和3个Cu，所以晶胞的质量为eq\f(197＋3×64,NA)，质量除以体积得到晶胞密度为eq\f(389×\r(2)×1030,4×NA×d3)g·cm－3。答案：(1)bc(2)①3dK、Cr②ac③乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键④sp2⑤Cu3Au(或AuCu3)12eq\f(389×\r(2)×1030,4×NA×d3)7．铀是原子反应堆的原料，常见铀的化合物有UF4、UO2、及(NH4)4[UO2(CO3)3]等，回答下列问题：(1)基态氟原子的价电子排布图为__________________；用Mg或Ca还原UF4可得金属铀，其氧化产物MgF2的熔点高于CaF2，缘由是__________________________________________________________________________________________________________；(2)↑①NH4HF2中存在的微粒间的作用力是________(填字母)。A．离子键 B．配位键C．共价键 D．范德华力②该反应中非金属元素的第一电离能由大到小的依次是______________(填元素符号)。(3)＋N2↑＋9H2O↑①分解产物中属于非极性分子的是________(填字母)。A．NH3 B．CO2C．N2 D．H2O②反应物中的COeq\o\al(2－,3)的空间构型为____________。分子中的大П键可用符号Пeq\o\al(n,m)表示，其中m代表参加形成大П键的原子数，n代表参加形成大П键的电子数(如苯分子中的大П键可表示为Пeq\o\al(6,6))，则COeq\o\al(2－,3)中的大П键应表示为______________。③HN3(氢叠氮酸)常用于引爆剂，其分子的结构式可表示为。则左边氮原子和中间氮原子的杂化方式分别为____________杂化、____________杂化。(4)UO2的晶胞结构如图所示：①晶胞中铀原子位于面心和顶点，氧原子填充在铀原子积累形成的空隙中。则氧原子填充在铀原子形成的______________(填“立方体”“四面体”或“八面体”)空隙中。②若两个氧原子间的最短距离为anm，则UO2晶体的密度为________________________g·cm－3(列出计算式即可，设NA表示阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)F原子的价电子为2s22p5，所以其价电子排布图为。MgF2和CaF2都是离子化合物，离子化合物的熔点凹凸取决于晶格能的大小，一般来说离子的半径越小，离子所带的电荷越高，晶格能越大，所以MgF2的熔点高于CaF2的缘由是CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg2＋半径小于Ca2＋半径(离子的电荷都相同)，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高。(2)①NH4HF2是一种铵盐，属于离子化合物，存在离子键；铵根离子内部存在N和H之间的共价键，同时存在1个N→H的配位键。所以答案为ABC。②同周期元素从左向右第一电离能渐渐增大，因为N的p能级是半满的稳定结构，所以其第一电离能高于O，因此第一电离能的依次为F>N>O>H。(3)①氨气分子空间构型是三角锥形，水分子是折线形，两者都是极性分子。二氧化碳分子是直线形分子所以二氧化碳是非极性分子，N2明显是非极性分子，选项BC正确。②依据价层电子对＝3对，所以该离子的空间构型为平面三角形。碳酸根离子一共有4个原子，所以m＝4。中心C原子做sp2杂化，剩余1个价电子；四周的O原子的2p能级上有2个单电子，其中1个单电子用来和中心C原子成σ键，剩余的1个单电子用来形成大П键，所以3个氧原子一共供应3个电子；最终加上2个单位负电荷所对应的电子；所以成大П键的电子一共为6个，即n＝6。所以该大П键的表示为Пeq\o\al(6,4)。③依据图示的结构，第一个氮原子成键(H—N—N)的角度约为120°，所以第一个N的杂化应当是sp2杂化。中间氮原子，因为要和两边氮原子成直线，且要形成双键和三键，所以中间氮原子为sp杂化。(4)①从图中得到氧原子填充在立方体晶胞分割出来的8个小立方体的体心位置，这个晶胞的结构与CaF2类似，所以氧原子填充四面体空隙。②由晶胞图得到，两个氧原子之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶×10－21cm3。该晶胞中含有的U原子为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个；含有的O原子为8个，所以1个晶胞中有4个UO2，其质量为eq\f(4×270,NA)g。所以晶体的密度为eq\f(4×270,NA×8a3×10－21)。答案：(1)CaF2和MgF2均为离子晶体，Mg2＋半径小于Ca2＋半径，MgF2的晶格能大于CaF2，故MgF2熔点比较高(2)①ABC②F>N>O>H(3)①BC②平面三角形Пeq\o\al(6,4)③sp2sp(4)①四面体②eq\f(4×270,NA×8a3×10－21)8．2024年5月海底自然气水合物(俗称“可燃冰”)试采胜利，这是我国能源开发的一次历史性突破。肯定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成如图1所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子或CO2分子；“可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物)，其相关参数见下表。图1分子分子直径/nm分子与H2O的结合能E/(kJ·mol－1)CH40.43616.40CO20.51229.91(1)CH4和CO2所含的三种元素电负性从大到小的依次为_____________；碳原子的最高能级的符号是_______