2019年高考化学一轮复习（人教版）练案38晶体结构与性质

练案[38]选修3物质结构与性质第38讲晶体结构与性质A组基础必做题1．(2018·江苏泰州校级期中)根据下列结构示意图，判断下列说法中正确的是eq\x(导学号50813439)(D)A．在CsCl晶体中，距Cs＋最近的Cl－有6个B．在CaF2晶体中，Ca2＋周围距离最近的F－有4个C．在SiO2晶体中，每个晶胞中含有4个Si原子和8个O原子D．在SiO2晶体中，最小环上有12个原子2．(2018·试题调研)现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是eq\x(导学号50813440)(C)3．(2018·经典习题选萃)下表给出几种氯化物的熔点和沸点：NaClMgCl2AlCl3SiCl4熔点/℃801714190－70沸点/℃1413141218057.57有关表中所列四种氯化物的性质，以下叙述正确的是eq\x(导学号50813441)(C)①氯化铝在加热时能升华②四氯化硅在晶态时属于分子晶体③氯化钠晶体中粒子之间以范德华力结合④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响A．仅② B．仅③④C．仅①②④ D．①②③④[解析]①AlCl3的熔沸点较低，则AlCl3属于分子晶体，沸点低于熔点，加热时能升华，①正确；②SiCl4的熔沸点较低，是分子晶体，②正确；③NaCl的沸点为1413℃，属于离子晶体，粒子之间以离子键结合，③错误；④氯化镁的熔沸点比氯化钠低，并且都属于离子晶体，所以主要是受堆积方式、键的极性、晶格能等影响，4．(2018·重庆校级期中)如图是蓝色晶体MxFey(CN)6中阴离子的最小结构单元(图中是该晶体晶胞的八分之一)。下列说法正确的是eq\x(导学号50813442)(D)A．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价B．该晶体属于分子晶体，化学式为MFe2(CN)6C．该晶体中与每个Fe3＋距离相等且最近的CN－为12个D．该晶体的一个晶胞中含有的M＋的个数为4个[解析]根据均摊法，含Fe2＋个数为4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，同样可推出含Fe3＋个数也为eq\f(1,2)，CN－为12×eq\f(1,4)＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，根据化合价代数和为零可知，M的化合价为＋1价，故A错误；由A的分析可知，晶体的化学式为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，故B错误；由图可看出与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为6个(同层4个，上、下层各1个)，故C错误；图中是该晶体晶胞的八分之一，所以一个晶胞中的CN－有3个×8＝24个，根据晶体的化学式MFe2(CN)6可知：M＋与CN－的个数比为1∶6，所以M＋有4个，故D正确。5．(2018·江苏江阴期中)石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是eq\x(导学号50813443)(D)A．10个 B．18个C．24个 D．14个[解析]根据图片知，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法知，7个六元环含有碳原子个数为eq\f(1,3)×6×7＝14。6．(2018·吉林延边校级期中)20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子(如图)。下列说法错误的是eq\x(导学号50813444)(B)A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体D．C60的熔点低于C90[解析]金刚石属于原子晶体，石墨属于混合晶体，C60、C70等属于分子晶体，因此金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高，故A正确；金刚石属于原子晶体，石墨属于混合晶体，C60、C70等属于分子晶体，因此C60熔点比金刚石和石墨要低，故B错误；球碳分子、管状碳分子、洋葱状碳分子，都是碳元素形成的不同单质，所以均为碳的同素异形体，故C正确；C60、C90均属于分子晶体，C90相对分子质量大，分子间作用力强，熔点较高，故D正确。7．(2018·经典习题选萃)下图为几种晶体或晶胞的示意图：eq\x(导学号50813445)请回答下列问题：(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是__金刚石晶体__。(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为__金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰__。(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能__小于__(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是__MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，且r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)__。(4)每个Cu晶胞中实际占有__4__个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为__8__。(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是__H2O分子之间能形成氢键__。[解析](1)原子晶体中原子间以共价键结合，则粒子之间以共价键结合形成的晶体是金刚石晶体。(2)熔点的一般规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体，冰和干冰属于分子晶体，熔点：冰>干冰，MgO和CaCl2属于离子晶体，熔点：MgO>CaCl2，则熔点由高到低的顺序为金刚石、MgO、CaCl2、冰、干冰。(3)因为MgO中离子带两个电荷，NaCl中离子带一个电荷，氧离子半径小于氯离子，根据离子半径越小，离子带电荷越多，晶格能越大，可得MgO晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能。(4)Cu原子占据面心和顶点，则每个Cu晶胞中实际占有的原子数为eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4；根据氯化钙的晶胞图可知，每个Ca2＋周围有8个Cl－，而每个Cl－周围有4个Ca2＋，所以CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为8。(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，水分子间含有氢键，氢键的作用力大于范德华力，所以其熔沸点较高。B组能力提升题8．(2017·湖北六校联合体联考)由P、S、Cl、Ni等元素组成的新型材料有着广泛的用途。eq\x(导学号50813446)回答下列问题：(1)基态Cl原子核外电子占有的原子轨道数目为__9__，P、S、Cl的第一电离能由大到小的排列顺序为__Cl>P>S__。(2)PCl3分子中的中心原子杂化轨道类型是__sp3__，该分子的空间构型为__三角锥形__。(3)PH4Cl的电子式为____，Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，该分子中π键与σ键个数比为__1∶1__。(4)已知MgO与NiO的晶体结构(如图甲)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66pm和69pm，则熔点：MgO__>__NiO(填“>”“<”或“＝”)，理由是__Mg2＋半径比Ni2＋小，MgO的晶格能比NiO大__。(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,0)，则C的坐标参数为__(1，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))__。(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－做密置单层排列，Ni2＋填充其中(如图乙)，已知O2－的半径为am，每平方米面积上分散的该晶体的质量为__eq\f(25\r(3),2a2NA)或eq\f(75,2\r(3)a2NA)__g(用a、NA表示)。[解析](1)基态Cl原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，其核外电子占有的原子轨道数为9，同周期元素随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，由于P元素原子的3p能级为半充满的稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：Cl>P>S。(2)PCl3中P原子杂化轨道数为eq\f(1,2)×(5＋3)＝4，采取sp3杂化方式，有1对孤电子对，所以该分子构型为三角锥形。(3)PH4Cl的电子式为；Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，该分子中Ni与C形成配位键(即σ键)，CO中含有1个σ键和2个π键，则σ键个数为1×4＋4＝8，π键个数为2×4＝8，所以个数之比为1∶1。(4)Mg2＋的半径比Ni2＋小，所带电荷数相同，所以氧化镁的晶格能大于氧化镍，则熔点：MgO>NiO。(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,0)，因C的x轴坐标与B的x轴坐标相同，y、z轴坐标都在棱的中点上，所以C的坐标参数为(1，eq\f(1,2)，eq\f(1,2))。(6)根据图乙知，每个氧化镍所占的面积为(2×am)×(2×am×sin60°)＝2eq\r(3)a2m2，则每平方米面积上含有的氧化镍个数为eq\f(1,2\r(3)a2)，每个氧化镍的质量为eq\f(75,NA)g，所以每平方米面积上含有的氧化镍的质量为eq\f(75,NA)g×eq\f(1,2\r(3)a2)＝eq\f(25\r(3),2a3NA)。9．(2015·新课标全国Ⅰ理综)碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：eq\x(导学号50813447)(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__电子云__形象化描述。在基态14C原子中，核外存在__2__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__C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构__。(3)CS2分子中，共价键的类型有__σ键和π键__、C原子的杂化轨道类型是__sp__，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__CO2、SCN－(或COS等)__。(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于__分子__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：石墨烯晶体金刚石晶体①在石墨烯晶体中，每个C原子连接__3__个六元环，每个六元环占有__2__个C原子。②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__12__个六元环，六元环中最多有__4__个C原子在同一平面。[解析](1)电子云是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的形象化的描述；C原子的核外有6个电子，电子排布为1s22s22p2，其中1s、2s上的2对电子的自旋方向相反，而2p轨道的两个电子占据不同的轨道，自旋方向相同；(2)在原子结构中，最外层电子小于4个的原子易失去电子，而C原子的最外层是4个电子，且C原子的半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构，所以通过共用电子对的方式即形成共价键来达到稳定结构；(3)CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个σ键和1个π键，分子空间构型为直线形，则含有的共价键类型为σ键和π键；C原子的最外层形成2个σ键，无孤对电子，所以为sp杂化；O与S同主族，所以与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子为CO2；与二氧化碳互为等电子体的离子有SCN－，所以SCN－的空间构型与键合方式与CS2相同；(4)该化合物熔点为253K，沸点为376K，说明熔沸点较低，所以为分子晶体；(5)根据均摊法来计算。①石墨烯晶体中，每个C原子被3个六元环共有，每个六元环占有的C原子数是6×eq\f(1,3)＝2；②每个C原子周围形成4个共价键，每2个共价键即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个C原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。10．(2018·试题调研)铜、银、金是生活中常见的金属。eq\x(导学号50813448)(1)在周期表中铜、银、金位于同一副族，它们的基态原子价层电子排布通式可表示为__(n－1)d10ns1__(用n表示能层)，基态原子核外有__1__个未成对电子。(2)铜、银常作有机反应的催化剂。例如，CH3CH2OHeq\o(→,\s\up7(Cu或Ag),\s\do5(△))CH3CHO＋H2O。①乙醇的沸点高于乙醛的，其主要原因是__乙醇分子间存在氢键__；1个乙醛分子中含__6__个σ键。②乙醛分子中碳原子的杂化轨道类型是__sp2、sp3__。(3)工业冶金原理中的重要反应：2Au(CN)eq\o\al(－,2)＋Zn=2Au＋Zn(CN)eq\o\al(2－,4)。①CN－的等电子体分子有：__CO、N2__；金和锌的晶体都是__金属晶体__(填晶体类型)，该晶体中存在的化学键是__金属键__。②已知Cu、Zn的第二电离能分别为1957.9kJ·mol－1、1733.3kJ·mol－1。原因是__Cu失去一个电子后的价层电子排布式为3d10，达到稳定结构；Zn失去第一个电子后的价层电子排布式为3d104s1,4s能级上的一个电子易失去，从而达到稳定结构__。(4)铜的晶胞如图所示。铜银合金是优质的金属材料，其晶胞与铜晶胞类似，银位于顶点，铜位于面心。①该铜银合金的化学式是__AgCu3或Cu3Ag__。②已知：该铜银晶胞参数为acm，晶体密度为ρg·cm－3。则阿伏加德罗常数(NA)为__eq\f(300,a3·ρ)mol－1__。(用代数式表示，后同)③若Cu、Ag原子半径分别为bcm、ccm，则该晶胞中原子空间利用率φ为__eq\f(4π3b3＋c3,3a3)×100%__。(提示：晶胞中原子空间利用率＝eq\f(原子总体积,晶胞体积)×100%)[解析](1)由铜的价层电子排布式类推它们的通式为(n－1)d10ns1，基态原子核外有1个未成对电子。(2)①乙醇分子之间存在氢键，乙醛分子间只存在范德华力，故乙醇的沸点较高。1个乙醛分子中含6个σ键。②CH3CHO分子中碳原子采用两种杂化类型：sp3、sp2。(3)①N2、CO是CN－的等电子体；金和锌都是金属晶体，晶体中存在金属键。②铜原子失去第一个电子后的价层电子排布式为3d10,3d能级达到全充满稳定结构，再失去一个电子需要的能量较多，而锌原子失去第一个电子后的价层电子排布式为3d104s1，失去第二个电子后的价层电子排布式为3d10，Zn失去第二个电子所需能量较少，故锌的第二电离能小于铜的第二电离能。(4)①依题意知，6个铜原子位于立方体面心，8个银原子位于立方体顶点，则该晶胞含3个铜原子、1个银原子，所以，铜银晶胞的化学式为AgCu3或Cu3Ag。②Cu3Ag或AgCu3的摩尔质量为(64×3＋108)g·mol－1＝300g·mol－1。由密度公式知，ρg·cm－3＝eq\f(300g·mol－1,NA·acm3)，NA＝eq\f(300,a3·ρ)mol－1③φ＝eq\f(3×\f(4,3)πb3＋\f(4,3)πc3,a3)×100%＝eq\f(4π3b3＋c3,3a3)×100%。11．(2016·课标Ⅲ)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：eq\x(导学号50813449)(1)写出基态As原子的核外电子排布式__[Ar]3d104s24p3__。(2)根据元素周期律，原子半径Ga__大于__As，第一电离能Ga__小于__As。(填“大于”或“小于”)(3)AsCl3分子的立体构型为__三角锥形__，其中As的杂化轨道类型为__sp3__。(4)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体(5)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为__原子晶体__，Ga与As以__共价__键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol－1和MAsg·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，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__eq\f(4π×10－30NAρr\o\al(3,Ca)＋r\o\al(3,As),3MGa＋MAs)×100%__。[解析](1)根据构造原理可写出基态As原子的核外电子排布式。(2)同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势。Ga的原子半径大于As，Ga的第一电离能小于As。(3)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为(5＋1×3)/2＝4，所以是sp3杂化。AsCl3的立体构型为三角锥形。(4)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。(5)根据晶胞结构示意图可以看出，As原子与Ga原子形成了空间网状结构的晶体，结合GaAs的熔点知GaAs是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ca原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×(eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Aa)＋eq\f(4,3)π×10－30×req\o\al(3,Ga))cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即(eq\f(4MAs,NA)＋eq\f(4MGa,NA))g，所以1个晶胞的体积V2＝eq\f(4,ρNA)＝(MAs＋MGa)cm3。最后由V1/V2即得结果。12．(2018·湖南三湘名校第三次联考)已知A、B、C、D都是周期表中的短周期元素，它们的核电荷数依次增大。A原子、C原子的L能层中都有两个未成对的电子，C、D同主族。E、F都是第四周期元素，E原子核外有4个未成对电子，F原子除最外能层只有1个电子外，其余各能层均为全充满。根据以上信息填空：eq\x(导学号50813603)(1)基态D原子中，电子占据的最高能层符号为__M__，该能层具有的原子轨道数为__9__。(2)E2＋的价层电子排布图是____，F原子的电子排布式是__1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1__。(3)A的最