开卷速查三十九晶体结构与性质.docx

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开卷速查三十九晶体结构与性质

开卷速查（三十九）　晶体结构与性质

建议用时40分钟

满分100分

1.碳、氮、氧是地球上含量丰富的元素。

（1）C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为________（用元素符号表示）。

（2）前四周期元素中，基态原子未成对电子数与氮相同的元素有________种。

（3）试判断NH3溶于水后，形成NH3·H2O的合理结构________（填字母代号），推理依据是__________________________。

a

b

（4）H2O分子与H＋结合的过程中未发生改变的是________（填序号）。

a．微粒的空间构型

b．氧原子的杂化方式

c．H—O—H的键角

（5）C60晶体（其结构模型如图）中每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有________个。

C60晶体结构模型

（图中○为C60）

解析：

（1）氮原子的2p轨道为半充满状态，电离能较大，故C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N、O、C。

（2）基态氮原子未成对电子数有3个，前四周期与之相同的元素有P、As、V、Co共四种。

（3）由一水合氨电离生成NH

和OH－可推知NH3·H2O的合理结构为b。

（4）H2O分子为“角形”，H3O＋为“三角锥形”，a不符合题意；H2O、H3O＋中氧原子的杂化方式都为sp3杂化，b符合题意；H—O—H的键角变大，c不符合题意。

（5）每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有上、下、前、后、左、右共6个。

答案：

（1）N、O、C　

（2）4

（3）b　一水合氨电离生成NH

和OH－

（4）b　（5）6

2．[2015·淄博模拟]原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的元素之一，Y的基态原子最外层电子数是其内层电子总数的2倍，Z的基态原子2p轨道上有3个未成对电子，W的原子序数为29。

回答下列问题：

（1）上述元素能形成原子晶体单质的是________（填元素符号，下同），能形成金属晶体的是________。

（2）元素Y、Z组成的晶体具有空间网状结构，其化学式为________，其硬度比晶体硅________（填“大”或“小”）。

（3）一种由元素W与Au组成的合金晶体具有立方最密堆积结构。

其晶胞中W原子处于面心，Au原子处于顶点位置，则该合金中W原子与Au原子数目之比为________，W原子的配位数为________；该晶体中，原子之间的作用力是________。

该晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由W原子与Au原子构成的四面体空隙中。

若将W原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似（如图所示），该晶体储氢后的化学式应为________。

解析：

X是形成化合物种类最多的元素之一，则X是碳或氢；由题意知Y是碳，Z是氮，W是铜，则X是氢。

（1）碳元素可形成金刚石，铜元素可形成金属晶体。

（2）根据“晶体具有空间网状结构”及元素组成可知，Y、Z组成的晶体为原子晶体，碳氮键强于硅硅键，故Y、Z组成的晶体硬度比晶体硅大；结合化合价可知，该晶体的化学式为C3N4。

（3）由题意知晶胞中Cu原子的个数为6×

＝3，Au原子的个数为8×

＝1。

结合CaF2的结构可知氢原子在晶胞内有8个，故储氢后的化学式为H8AuCu3。

答案：

（1）C　Cu

（2）C3N4　大

（3）31　4　金属键　H8AuCu3

3．

（1）原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构与性质会产生影响。

试回答：

①BF3分子的立体结构为__________形，NF3分子的立体结构为__________形。

②碳原子有4个价电子，在有机化合物中价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。

在乙烷、乙烯、乙炔分子中，碳原子进行sp3杂化的是（写结构简式）__________，存在一个π键的是（写名称）________。

③H2O、NH3、CH4分子中键角由大到小的顺序为______________，原因是______________。

（2）下图为CaF2、H3BO3（层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合）、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题：

①图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为_________，图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后最紧邻的铜原子数为__________。

②图Ⅱ所示的物质结构中最外层已达8电子结构的原子是__________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为__________。

答案：

（1）①平面三角　三角锥　②CH3CH3　乙烯

③CH4＞NH3＞H2O　NH3分子中有1对孤对电子，H2O分子有2对孤对电子，对成键电子对的排斥作用增大，故键角逐渐减小　

（2）①8　12　②O　1∶6

4．[2015·烟台四校联考]碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。

（1）与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数相等的元素是____________（写出元素符号）。

（2）石墨烯是目前人们制造的新物质，该物质是由单层碳原子六边形平铺而成的，像一张纸一样（如图甲），石墨烯中碳原子的杂化方式为________；常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是_________。

（3）二氧化硅结构跟金刚石结构相似，即二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅与硅的化学键之间插入一个O原子。

观察图乙中金刚石的结构，分析二氧化硅的空间网状结构中，Si、O形成的最小环上O原子数目是________。

（4）图丙是C60的晶胞模型（一个小黑点代表一个C60分子），图中显示出的C60分子数为14个。

实际上一个C60晶胞中含有________个C60分子。

解析：

（1）C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2。

（3）金刚石空间结构中数目最少的环中有6个原子，即六元环，共有6个C—C键，而二氧化硅中的硅原子相当于金刚石中的碳原子，氧原子在硅硅键之间，故二氧化硅中氧原子的数目与金刚石中C—C键的数目相同。

（4）晶胞中微粒个数的计算公式＝体内×1＋面上×1/2＋棱上×1/4＋顶角×1/8。

C60晶胞模型中显示出的14个C60分子，8个在晶胞顶角上，6个在面上，故一个晶胞中含有的C60分子数目为8×1/8＋6×1/2＝4。

答案：

（1）O

（2）sp2　甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力

（3）6　（4）4

5．根据下面三个表格所给相关信息，回答问题：

（1）指出下列物质分子或离子的空间构型：

NH

__________，CS2__________；SO3__________。

（2）氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为______________。

（填选项字母）

A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化

B．NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道

C．NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强

D．氨气分子是极性分子，而甲烷是非极性分子

（3）下列说法正确的是__________。

（填选项字母）

A．原子晶体的熔点一定比离子晶体高

B．BCl3为分子晶体，其空间构型为平面正三角形

C．AlCl3的熔点比Al2O3低，工业上应该用电解AlCl3的方法来制备铝

D．同主族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体，不同主族元素的氧化物可以形成相同类型的晶体

（4）SiO2晶体结构如图所示，则SiO2晶体中Si和Si—O键个数的比例为__________，Si（s）＋O2（g）

SiO2（s），其反应热ΔH＝__________。

答案：

（1）正四面体形　直线形　平面正三角形

（2）C　（3）BD　（4）1∶4　－990kJ/mol

6．[2014·江西盟校二联]纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。

单位质量的A和B单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料。

已知A和B为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能（kJ/mol）

I1

I2

I3

I4

A

932

1821

15390

21771

B

738

1451

7733

10540

（1）某同学根据上述信息，推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了____________。

（2）ACl2分子中A的杂化类型为______________。

（3）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C60可用作储氢材料。

已知金刚石中的C—C的键长为154.45pm，C60中C—C的键长为145～140pm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确________，并阐述理由______________________________________。

（4）科学家把C60和钾掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体。

写出基态钾原子的价电子排布式________，该物质的K原子和C60分子的个数比为________。

（5）继C60后，科学家又合成了Si60、N60，C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是______________，NCl3分子的VSEPR模型为________。

Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si60分子中π键的数目为________。

解析：

本题主要考查原子结构、分子结构、晶体结构的相关知识。

（1）E（3s）

（2）由表格中的电离能数据推出A为Be，B为Mg，BeCl2中心原子的价层电子对数为2，采取sp杂化。

（3）C60与金刚石所属的晶体类型不同，C60是分子晶体，金刚石是原子晶体，决定两者熔点高低的作用力不同。

（4）K原子序数是19，价电子排布式为4s1；从晶胞中可看出C60的个数为8×

＋1＝2，钾原子的个数为12×

＝6，钾原子和C60分子的个数比为3∶1。

（5）C、Si、N在周期表中的大致位置为

，电负性顺序为N>C>Si；NCl3中心原子价层电子对数为4，VSEPR模型为正四面体；Si的价电子数为4，每个硅原子只跟相邻的3个硅原子相连，且最外层满足8电子稳定结构，所以每个Si原子周围只有1个π键，且2个Si原子共用1个π键，所以Si60分子中π键的数目为（60×1）×

＝30。

答案：

（1）能量最低原理

（2）sp杂化

（3）否　C60为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，无需破坏共价键

（4）4s1　3∶1

（5）N>C>Si　正四面体　30

7．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：

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。

解析：

根据分摊法，可以求得化合物的化学式为K2NiF4，晶体的密度可由晶胞的质量除以晶胞的体积求得。

答案：

①K2NiF4　6

　②

＝3.4

8．[2014·课标全国卷Ⅰ]早期发现的一种天然二十四面准晶颗粒由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）。

解析：

（1）区分晶体、准晶体和非晶体可运用X射线衍射的方法。

（2）基态铁原子的3d能级上有4个未成对电子，Fe3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，Fe（SCN）3呈血红色。

（3）由乙醛的结构式（

）知，—CH3、—CHO上的碳原子分别为sp3、sp2杂化。

由于1个乙醛分子中含有4个C—H键、1个C—C键、1个C===O键，共有6个σ键，故1mol乙醛分子中含有6NA个σ键。

乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。

根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子为4＋6×

＋8×

＝8（个），再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。

（4）面心立方晶胞中粒子的配位数是12。

一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×

＋6×

＝4（个），一个晶胞的质量为

×27g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1nm＝10－7cm。

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