2019高三化学一轮课时规范练33晶体结构与性质

课时规范练33晶体结构与性质(时间:45分钟满分:100分)非选择题(共5小题,共100分)1.(2017全国Ⅰ)(20分)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。〚导学号47950232〛

2.(2017全国Ⅲ)(20分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:(1)Co基态原子核外电子排布式为。元素Mn与O中,第一电离能较大的是,基态原子核外未成对电子数较多的是。

(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为和。

(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为,原因是

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(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在。

(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420nm,则r(O2)为nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448nm,则r(Mn2+)为nm。〚导学号47950233〛

3.(20分)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂(主要成分Na2B4O7)为起始物,经过一系列反应可以得到BN和火箭高能燃料及有机合成催化剂BF3的过程如下:(1)BF3中B原子的杂化轨道类型为杂化,BF3分子空间构型为。

(2)在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示)。

(3)已知:硼酸的电离方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]+H+,试依据上述反应写出[Al(OH)4]的结构式:,并推测1molNH4BF4(氟硼酸铵)中含有个配位键。

图1(4)由12个硼原子构成如图1所示的结构单元,硼晶体的熔点为1873℃,则硼晶体的1个结构单元中含有个B—B键。

(5)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼(晶体结构如图2所示)是通常存在的稳定相,可作高温润滑剂。立方相氮化硼(晶体结构如图3所示)是超硬材料,有优异的耐磨性。图2图3①关于这两种晶体的说法,不正确的是(填字母)。

A.两种晶体均为分子晶体B.两种晶体中的B—N键均为共价键C.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软D.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大②六方相氮化硼晶体内B—N键数与硼原子数之比为,其结构与石墨相似却不导电,原因是。

③立方相氮化硼晶体中,每个硼原子连接个六元环。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实,推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是。

4.(20分)太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其材料有单晶硅,还有铜、锗、镓、硒等化合物。(1)亚铜离子(Cu+)基态时核外电子排布式为;其电子占据的原子轨道数目为个。

(2)图甲表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势,其中表示磷的曲线是(填标号)。

碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势甲二氧化硅晶体结构氮化镓晶体结构乙丙(3)单晶硅可由二氧化硅制得,二氧化硅晶体结构如图乙所示,在二氧化硅晶体中,Si、O原子所连接的最小环为十二元环,则每个硅原子连接个十二元环。

(4)氮化镓(GaN)的晶体结构如图丙所示,常压下,该晶体熔点为1700℃,故其晶体类型为;判断该晶体结构中存在配位键的依据是

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(5)与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性,因而硼酸(H3BO3)在水溶液中能与水反应生成[B(OH)4]。[B(OH)4]中硼原子的杂化轨道类型为;不考虑空间构型,[B(OH)4]中原子的成键方式用结构简式表示为。

(6)某光电材料由锗的氧化物与铜的氧化物按一定比例熔合而成,其中锗的氧化物晶胞结构如图所示,该物质的化学式为。已知该晶体密度为7.4g·cm3,晶胞边长为4.3×1010m,则锗的相对原子质量为(保留小数点后一位)。

5.(20分)碳是地球上组成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp杂化轨道成共价键,具有很强的结合能力,与其他元素结合成不计其数的无机物和有机化合物,构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:(1)基态碳原子核外有种空间运动状态的电子,其外围电子轨道表示式为。

(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种重要的含碳化合物,判断其分子立体构型为,其碳原子杂化轨道类型为杂化。

(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同、分解温度不同,如表所示:碳酸盐MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3热分解温度/℃40290011721360阳离子半径/pm6699112135试解释为什么随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高?

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(4)碳的一种同素异形体——C60(结构如图甲),又名足球烯,是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8,结构是立方体,结构简式为)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子,而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体,该晶体的晶胞结构如图乙所示,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为。

(5)碳的另一种同素异形体——石墨,其晶体结构如图丙所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为个。已知石墨的密度为ρg·cm3,C—C键键长为rcm,阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为cm。

(6)碳的第三种同素异形体——金刚石,其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图(从A~D图中选填)。

课时规范练33晶体结构与性质1.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)体心棱心解析(1)紫色光波长范围是400~430nm,故选A。(2)K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故核外电子占据的最高能层是第4层,符号是N,占据该能层电子的能级为4s,电子云轮廓图为球形。K的价层电子排布为4s1,Cr的价层电子排布为3d54s1,K的价层电子数较少;K的原子半径较Cr的大,故K的金属键较Cr的弱,熔、沸点较Cr的低。(3)I3+的价层电子对数为4,孤电子对数为2,故中心原子为sp3杂化,I3(4)K与O间的最短距离为22anm=2×0.446nm2=0.315nm。与K紧邻的O在以K为顶点的正方形的面心,一个晶胞中距离顶点K最近的有3个O,顶点处的K被8个晶胞共有,面心O被2个晶胞共有,所以与K紧邻的(5)若I处于各顶角位置,则晶胞结构图为,故K在体心,O在棱心。2.答案(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2OMn(2)spsp3(3)H2O>CH3OH>CO2>H2H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力较大(4)离子和π键(Π46(5)0.1480.076解析(1)Co是27号元素,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。一般元素的非金属性越强,第一电离能越大,金属性越强,第一电离能越小,故第一电离能O>Mn。氧原子价电子排布式为2s22p4,其核外未成对电子数是2,锰原子价电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,故基态原子核外未成对电子数较多的是Mn。(2)CO2和CH3OH中的中心原子碳原子的价层电子对数分别是2和4,故碳原子的杂化方式分别为sp和sp3。(3)四种物质固态时均为分子晶体,H2O、CH3OH都可以形成分子间氢键,一个水分子中两个H都可以参与形成氢键,而一个甲醇分子中只有羟基上的H可用于形成氢键,所以水的沸点高于甲醇。CO2的相对分子质量大于H2的,所以CO2分子间范德华力大于H2分子间的,则沸点CO2高于H2,故沸点H2O>CH3OH>CO2>H2。(4)硝酸锰是离子化合物,一定存在离子键。NO3-中氮原子与3个氧原子形成3个σ键,氮原子剩余的2个价电子、3个氧原子各自的1个价电子及得到的1个电子形成4原子6电子的大(5)O2是面心立方堆积方式,面对角线长度是O2半径的4倍,即4r(O2)=2a,解得r=24×0.420nm≈0.148nm。MnO也属于NaCl型结构,根据NaCl晶胞的结构,可知2r(O2)+2r(Mn2+)=a'=0.448nm,则r(Mn2+)=a'-2r(O3.答案(1)sp2平面正三角形(2)F>N>O>B(3)或2NA或1.204×1024(4)30(5)①AD②3∶1六方相氮化硼晶体内无自由移动的电子③12高温、高压解析(1)BF3中硼原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,故BF3分子的空间构型为平面正三角形,硼原子的杂化轨道类型为sp2杂化。(2)硼、氧、氟、氮位于同一周期,从左到右第一电离能总的变化趋势逐渐增大,但由于氮原子2p轨道上半满,能量较低,第一电离能大于氧原子,所以第一电离能由大到小的顺序是F>N>O>B。(3)H3BO3的结构简式为,硼酸的电离方程式为H3BO3+H2O[B(OH)4]+H+,在[B(OH)4]中,水电离出的OH提供一对孤电子对,H3BO3中的硼原子提供空轨道形成了一个配位键,B和Al同主族,所以[Al(OH)4]的结构简式为或;一个NH4+中含有1个配位键,一个BF4-中含有1个配位键,所以1molNH4BF4中含有2NA个配位键。(4)晶体硼的结构单元中有12个硼原子,每个硼原子形成5个B—B键,每个B—B键为2个硼原子所共用,故1个结构单元中B—B键的个数是12×5(5)①六方相氮化硼结构和石墨相似,属于混合型晶体,每层内B与N以共价键结合,每层间为范德华力,层间作用力小,立方相氮化硼结构和金刚石相似,属于原子晶体,B和N之间以共价键结合且都是单键,因此只存在σ键,不存在π键,故A、D不正确。②取六方相氮化硼结构中的一个六元环,该环上有6个B—N键,每个B—N键均为两个六元环所共用,所以1个六元环中实际有B—N键个数为6÷2=3,一个六元环上有3个硼原子,每个硼原子为3个六元环所共用,所以一个六元环中实际有硼原子3÷3=1(个),因此六方相氮化硼晶体内B—N键数与硼原子数之比为3∶1。六方相氮化硼结构虽与石墨相似,但晶体内无自由移动的电子,故不导电。③由于立方相氮化硼结构与金刚石类似,因此每个硼原子连接12个六元环。4.答案(1)1s22s22p63s23p63d1014(2)b(3)12(4)原子晶体GaN晶体中,每1个镓原子与4个氮原子结合,而镓原子只有3个价电子,故需提供1个空轨道形成配位键(5)sp3或(6)GeO72.5解析(1)基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,失去4s轨道上的1个电子变成基态Cu+,则基态Cu+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10,电子占据1个1s轨道、1个2s轨道、3个2p轨道、1个3s轨道、3个3p轨道和5个3d轨道,故电子占据轨道数目为1+1+3+1+3+5=14。(2)碳、硅和磷三种元素中,硅元素的第一电离能最小,则曲线c代表硅;碳、磷原子的价电子排布式分别为2s22p2、3s23p3,显然碳原子失去2p轨道的2个电子较易,失去2s轨道的2个电子较难,故碳元素的第一、二级电离能明显小于第三、四级电离能;磷原子失去3p轨道的3个电子相对较易,失去3s轨道的2个电子较难,故磷元素的第四级电离能明显大于第一、二、三级电离能,图中曲线a代表碳,曲线b代表磷。(3)二氧化硅晶体的结构与金刚石相似,硅原子周围有4个共价键与其相连,其中任意两个共价键向外都可以连有2个最小的环,故每个硅原子连接的十二元环的数目为3×2×1×2=12个。(4)氮化镓(GaN)的熔点为1700℃,晶体结构与金刚石类似,故氮化镓属于原子晶体。由氮化镓晶体结构可知,每个镓原子与4个氮原子相结合,而镓原子最外层有3个价电子,故需要提供1个空轨道形成配位键。(5)[B(OH)4]离子中硼原子形成4个B—O键且不含未成键的孤电子对,则硼原子采取sp3杂化。硼原子最外层有3个电子,可与3个氧原子形成B—O键,另外1个B—O键为配位键,其中硼原子提供空轨道,氧原子提供成键电子对,故[B(OH)4]的结构简式为(或)。(6)由锗的氧化物晶胞结构可知,氧原子位于晶胞的8个顶点和6个面心,4个锗原子位于晶胞内部,则每个晶胞中含有4个锗原子,含有氧原子数目为18×8+12×6=4个,Ge和O原子个数之比为4∶4=1∶1,故该锗的氧化物的化学式为GeO。晶胞的边长为4.3×1010m=4.