山东版高考化学 专题八 晶体结构与性质.docx

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山东版高考化学专题八晶体结构与性质

专题八　晶体结构与性质

挖命题

【考情探究】

考点

内容解读

5年考情

预测热度

考题示例

难度

关联考点

晶胞

1.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算

2.了解金属晶体常见的堆积方式

2014山东理综,33,12分

难

杂化类型

共价键

★★★

晶体结构与性质

1.了解晶体的类型,了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别

2.了解晶格能的概念,了解晶格能对离子晶体性质的影响

3.了解分子晶体结构与性质的关系

4.了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系

2016课标Ⅲ,37,15分

难

核外电子排布

元素周期律

★★★

分析解读　　本专题作为高考命题区分度的重要题型,其命题是在综合题中,由前面定性考查,转向定量计算,反映考生理解能力和计算能力的重要依据。

试题难度大,为高考必考点。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　晶胞

1.（2018山东菏泽一模,35）砷（As）可作为半导体材料锗（Ge）和硅的掺杂元素,这些材料广泛应用于发光二极管、红外线发射器等。

回答下列问题:

（1）天然的SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类,结晶形SiO2能自发地呈现规则多面体外形的性质被称为晶体的　　　　性,区分这两种形态的SiO2最可靠的方法是对固体进行　　　　　　实验。

（2）基态砷原子的价电子排布图为　　　　　　　,最高能层符号为　　　　,Ge、As、Se的第一电离能从大到小的顺序为　　　　　　　　　　　　。

（3）锗元素与碳元素类似,可形成锗烷（GenH2n+2）,但至今没有发现n大于5的锗烷,根据下表提供的数据分析其中的原因:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

化学键

C—C

C—H

Ge—Ge

Ge—H

键能（kJ·mol-1）

346

411

188

288

（4）GeCl4分子中的键角为　　　　　,GeH4分子中Ge的　　　　轨道和H的　　　　轨道重叠形成σ键。

（5）立方砷化镓的晶胞如下图所示,已知晶胞边长为565pm,则Ga—As键的键长为　　　　pm（只列出算式即可）,Ga—As键中共用电子对偏向　　　　（填“Ga”或“As”）。

答案　

（1）自范　X-射线衍射

（2）

　N　As>Se>Ge

（3）锗烷中Ge—Ge键和Ge—H键键能较小,易断裂,导致长链锗烷难以形成

（4）109°28'　sp3杂化　1s　（5）

×565　As

2.（2018山东天成第二次大联考,18）C、O、Si、S、Fe是重要的化学元素,在中学化学中对它们的单质和化合物的研究颇多。

（1）C、O、Si三种元素第一电离能由大到小的顺序是　　　　　　　　　。

（2）CS2是重要的溶剂,CS2中C原子的杂化方式为　　　　,其空间构型为　　　　。

（3）基态Fe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　　　　。

（4）晶胞推导有助于我们理解晶体结构。

①将NaCl晶胞（如下图）中的所有Cl-去掉,并将Na+全部换成Si原子,再在间隔的“小立方体”中心处各放置一个Si原子便构成了晶体Si的一个晶胞,若再在每两个距离最近的Si原子中心连线的中点处增添一个O原子,便构成了SiO2晶胞。

由此可推算SiO2晶胞中有　　　　个Si原子,　　　　个O原子。

②简述利用NaCl晶胞推导出CsCl晶胞的方法:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

答案　

（1）O>C>Si　

（2）sp　直线形　（3）N　球形

（4）①8　16　②将NaCl晶胞中面心上的Na+和棱上的Cl-全部去掉,将顶角上的Na+替换为Cs+（或其他合理答案）

考点二　晶体结构与性质

1.（2018山东七校联合体二模,35）C60具有完美的球形结构。

之后Si60、N60球形分子被不断制备出来。

回答下列问题:

（1）Si的核外电子排布式为　　　　　　　　,C和N元素中第一电离能较大的是　　　　。

（2）富勒烯衍生物具有良好的光电性能,富勒烯（C60）的结构如上图所示,C60属于　　　　晶体。

（3）N60的晶体中存在的作用力有　　　　（填字母标号）。

A.共价键　　B.离子键　　C.氢键

D.范德华力　E.配位键　　F.金属键

（4）氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成:

已知其阴离子构型为平面正三角形,则其阳离子的构型为　　　　形,阳离子中氮的杂化方式为　　　　。

（5）金属M（相对原子质量为m）与N60形成的化合物晶体结构如下图所示（其中白球代表N60,黑球代表金属M）,若其晶胞边长为kpm,NA代表阿伏加德罗常数的值,则其密度为　　　　　　　　　g·cm-3,该化合物中N60的配位数为　　　　。

答案　

（1）1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2　N　

（2）分子　（3）AD　（4）直线　sp

（5）

或

　4

2.（2018山东聊城三模,35）铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。

回答下列问题:

（1）铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是　　　　。

（2）酞菁钴分子的结构简式如图所示,中心离子为钴离子,酞菁钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是　　　　（填“1”“2”“3”或“4”）,三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为　　　　（用相应的元素符号表示）;氮原子的杂化轨道类型为　　　　。

（3）Fe（CO）x常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe（CO）x晶体属于　　　　（填晶体类型）,若配合物Fe（CO）x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18,则x=　　　　。

（4）NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点:

NiO　　　　FeO（填“>”“<”或“=”）,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）NiAs的晶胞结构如图所示:

①镍离子的配位数为　　　　。

②若阿伏加德罗常数的值为NA,晶体密度为ρg·cm-3,则该晶胞中最近的Ni2+之间的距离为　　　　cm。

（写出计算表达式） 

答案　

（1）铁　

（2）2、4　N>C>H　sp2、sp3　（3）分子晶体　5　（4）>　具有相同电荷数的离子半径越小,晶格能越大　（5）①4　②

×

炼技法

【方法集训】

方法　有关晶胞的计算

1.（2017山东潍坊二模,35）C、O、N、Cl是重要的非金属元素,它们的单质和化合物有重要的应用。

回答下列问题:

（1）C、O、N、Cl四种元素中基态原子未成对电子数最多的是　　　　,C、O、Cl原子得到电子时放出热量,而N原子得到电子却吸收热量的原因是　 　。

（2）N

的空间构型为　　　　;H2O分子中H—O键间的键角小于NH3分子中N—H键间的键角的原因

是　 　。

（3）CO可形成多种配位化合物,CO的结构式为　　　　,与CO互为等电子体且带1个单位负电荷的阴离子化学式为　　　　　。

（4）C元素的单质石墨烯的结构可以看作是单层的石墨,其中碳原子的杂化方式为　　　　;C60的晶体结构类似于干冰,则每个C60晶胞的质量为　　　　g（用含NA的式子表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。

（5）NaCl晶体的结构如下图所示。

已知:

NaCl晶体的密度为ag·cm-3,则NaCl晶体中最近两个Na+的距离

为　　　　　　　　　cm（用含a、NA的式子表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。

答案　

（1）N　N的核外电子排布为1s22s22p3,2p轨道半充满,比较稳定;如果得到电子,破坏稳定状态,需要吸收能量

（2）平面三角形　H2O中O原子有两对孤对电子,NH3中N原子只有一对孤对电子,H2O中孤对电子对成键电子的排斥力更大,因而键角变得更小　（3）

　CN-　（4）sp2　

（5）

×

2.（2018山东聊城一模,35）金属钛（22Ti）、铁（26Fe）及其相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。

回答下列问题:

（1）基态Ti原子中,最高能层电子的电子云轮廓形状为　　　　　　,与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中,最外层电子数与钛不同的元素有　　　　种。

（2）琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是　　　　　　　　　　　　　　。

（3）SCN-可用于Fe3+的检验,其对应的酸有两种,分别为硫氰酸（H—S—

）和异硫氰酸（H—N

C

S）。

①写出与SCN-互为等电子体的一种微粒:

　　　　　　（分子或离子）; 

②硫氰酸分子中π键和σ键的个数之比为　　　　　; 

③异硫氰酸的沸点比硫氰酸沸点高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）TiCl3可用作烯烃定向聚合的催化剂,如:

nCH3CH

CH2

􀰷CH（CH3）—CH2􀰻。

该反应涉及的物质中碳原子的杂化轨道类型有　　　　　　;反应涉及的元素中电负性最大的是　　　　　　　。

（5）Ti的某种氧化物和CaO相互作用所形成的钛酸盐的晶胞结构如图所示（Ti4+位于立方体的顶点,Ca2+处于立方体的中心）。

该晶体中,Ti4+和周围　　　　个O2-紧邻;若该晶胞的密度为dg/cm3,则钛氧键的键长

为　　　　　　cm（用含NA的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数的值）。

答案　

（1）球形　2　

（2）Fe3+的3d轨道半充满更稳定　（3）①N2O、CO2、CS2、OCN-　②2∶3　③异硫氰酸分子间含有氢键　（4）sp2、sp3　Cl　（5）12　

×

过专题

【五年高考】

A组　山东省卷、课标卷题组

考点一　晶胞

1.（2014课标Ⅰ,37,15分）早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。

回答下列问题:

（1）准晶是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过　　　　方法区分晶体、准晶体和非晶体。

（2）基态Fe原子有　　　　个未成对电子,Fe3+的电子排布式为　　　　　　　　　　。

可用硫氰化钾检验Fe3+,形成的配合物的颜色为　　　　。

（3）新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸,而自身还原成Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为　　　　,1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为　　　　。

乙酸的沸点明显高于乙醛,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　。

Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有　　　　个铜原子。

（4）Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405nm,晶胞中铝原子的配位数为　　　　。

列式表示Al单质的密度　　　　　　g·cm-3（不必计算出结果）。

答案　

（1）X-射线衍射

（2）4　1s22s22p63s23p63d5　血红色

（3）sp3、sp2　6NA　CH3COOH存在分子间氢键　16

（4）12　

2.（2014山东理综,33,12分）石墨烯（图甲）是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯（图乙）。

（1）图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为　　　　。

（2）图乙中,1号C的杂化方式是　　　　,该C与相邻C形成的键角　　　　（填“>”“<”或“=”）图甲中1号C与相邻C形成的键角。

（3）若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有　　　　（填元素符号）。

（4）石墨烯可转化为富勒烯（C60）,某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱上与内部。

该晶胞中M原子的个数为　　　　,该材料的化学式为　　　　。

答案　

（1）3　

（2）sp3　<　（3）O、H　（4）12　M3C60

考点二　晶体结构与性质

3.（2016课标Ⅲ,37,15分）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:

（1）写出基态As原子的核外电子排布式　　　　　　　。

（2）根据元素周期律,原子半径Ga　　　　　As,第一电离能Ga　　　　　As。

（填“大于”或“小于”） 

（3）AsCl3分子的立体构型为　　　　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　　。

（4）GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是　。

（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　　　　　,Ga与As以　　　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　　　　　　　　　　　　　　　。

答案　

（1）[Ar]3d104s24p3（1分）

（2）大于（2分）　小于（2分）

（3）三角锥形（1分）　sp3（1分）

（4）GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体（2分）

（5）原子晶体（2分）　共价（2分）　

×100%（2分）

4.（2015课标Ⅰ,37,15分）碳及其化合物广泛存在于自然界中。

回答下列问题:

（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　　　　形象化描述。

在基态14C原子中,核外存在　　　　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　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（3）CS2分子中,共价键的类型有　　　　　　、C原子的杂化轨道类型是　　　　,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　　　　。

（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　　　　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:

①在石墨烯晶体中,每个C原子连接　　　　个六元环,每个六元环占有　　　　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　　　　个六元环,六元环中最多有　　　　个C原子在同一平面。

答案　（15分）

（1）电子云　2（每空1分,共2分）

（2）C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构（2分）

（3）σ键和π键　sp　CO2、SCN-（或COS等）（2分,1分,2分,共5分）

（4）分子（2分）

（5）①3　2（每空1分,共2分）

②12　4（每空1分,共2分）

5.（2017课标Ⅲ,35,15分）研究发现,在CO2低压合成甲醇反应（CO2+3H2

CH3OH+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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（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。

答案　

（1）[Ar]3d74s2　O　Mn

（2）sp　sp3

（3）H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O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分子量较大、范德华力较大

（4）离子键和π键（

键）

（5）0.148　0.076

B组　其他自主命题省（区、市）卷题组

考点一　晶胞

1.（2017江苏单科,21A,12分）铁氮化合物（FexNy）在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。

某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。

（1）Fe3+基态核外电子排布式为　　　　　　　　　　。

（2）丙酮（

）分子中碳原子轨道的杂化类型是　　　　　,1mol丙酮分子中含有σ键的数目为　　　　　。

（3）C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为　　　　　　　　。

（4）乙醇的沸点高于丙酮,这是因为　　　　　　　　　　　　　　。

（5）某FexNy的晶胞如图1所示,Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe（x-n）CunNy。

FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为　　　　　　。

图1　FexNy晶胞结构示意图

图2　转化过程的能量变化

答案　

（1）[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5　

（2）sp2和sp3　9mol　（3）H

考点二　晶体结构与性质

2.（2016海南单科,19-Ⅱ,14分）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　　　　　　。

答案　

（1）金属晶体　金属键　12

（2）1s22s22p63s23p5　Ar　HClO4　正四面体

（3）①CuCl　

或

②Cu+可与氨形成易溶于水的配位化合物（或配离子）[Cu（NH3）4]2+

3.（2018海南单科,19-Ⅱ,14分）黄铜矿是主要的炼铜原料,CuFeS2是其中铜的主要存在形式。

回答下列问题:

（1）CuFeS2中存在的化学键类型是　　　。

下列基态原子或离子的价层电子排布图正确的是　　　　　（填标号）。

（2）在较低温度下CuFeS2与浓硫酸作用时,有少量臭鸡蛋气味的气体X产生。

①X分子的立体构型是　　　,中心原子杂化类型为　　　　　,属于　　　　（填“非极性”或“极性”）分子。

②X的沸点比水低的主要原因是　　　　　　　　　。

（3）CuFeS2与氧气反应生成SO2,SO2中心原子的价层电子对数为　　　,共价键的类型有　　　　　。

（4）四方晶系CuFeS2晶胞结构如图所示。

①Cu+的配位数为　　,S2-的配位数为　　。

②已知:

a=b=0.524nm,c=1.032nm,NA为阿伏加德罗常数的值,CuFeS2晶体的密度是　　　　　　　　　　　g·cm-3（列出计算式）。

答案　

（1）离子键　CD　

（2）①V形　sp3　极性　②水分子间存在氢键　（3）3　σ键和π键　（4）①4　4　②

C组　教师专用题组

考点一　晶胞

1.（2013课标Ⅰ,37,15分）硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。

回答下列问题:

（1）基态Si原子中,电子占据的最高能层符号为　　　　,该能层具有的原子轨道数为　　　　,电子数为　　　　。

（2）硅主要以硅酸盐、　　　　等化合物的形式存在于地壳中。

（3）单质硅存在与金刚石结构类似的晶体,其中原子与原子之间以　　　　相结合,其晶胞中共有8个原子,其中在面心位置贡献　　　　个原子。

（4）单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。

工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4,该反应的化学方程式为　。

（5）碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:

化学键

C—C

C—H

C—O

Si—Si

Si—H

Si—O

键能/（kJ·mol-1）

356

413

336

226

318

452

①硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

②SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（6）在硅酸盐中,Si

四面体[如图（a）]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。

图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为　　　　,Si与O的原子数之比为　　　　,化学式为　　　　。

答案　

（1）M　9　4　

（2）二氧化硅　（3）共价键　3

（4）Mg2Si+4NH4Cl

SiH4+4NH3+2MgCl2

（5）①C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定。

而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成

②C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定。

而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

（6）sp3　1∶3　[SiO3

（或Si

）

考点二　晶体结构与性质

2.（2013课标Ⅱ,37,15分）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　　　　　。

答案　

（1）

（2分）

（2）K　F（每空2分,共4分）

（3）①K2NiF4　6（2分,1分,共3分）

②

=3.4（2分）

（4）离子键、配位键　[FeF6]3-　F-（2分,1分,1分,共4