高中化学分子晶体与原子晶体.docx

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高中化学分子晶体与原子晶体

高中化学分子晶体与原子晶体2019年4月4日

（考试总分：

140分考试时长：

120分钟）

一、填空题（本题共计10小题，共计40分）

1、（4分）金属钛（Ti）被誉为21世纪金属，具有良好的生物相容性，它兼具铁的高强度和铝的低密度。

其单质和化合物具有广泛的应用价值。

氮化钛（Ti3N4）为金黄色晶体，由于具有令人满意的仿金效果，越来越多地成为黄金的代替品。

以TiCl4为原料，经过一系列反应可以制得Ti3N4和纳米TiO2（如图1）。

图中的M是短周期金属元素，M的部分电离能如下表：

I1

I2

I3

I4

I5

电离能/kJ·mol－1

738

1451

7733

10540

13630

请回答下列问题：

（1）Ti的基态原子外围电子排布式为_______________。

（2）M是_______（填元素符号），该金属晶体的堆积模型为六方最密堆积，配位数为_______。

（3）纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO2催化的一个实例如图2所示。

化合物甲的分子中一个苯环的σ键有____个，化合物乙中碳，氧，氮三个原子对应的第一电离能由大到小的顺序为____________。

（4）有一种氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似，如图3所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a×10-10cm，则该氮化钛的密度为______g·cm－3（NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式）。

（5）图3中Ti3+可形成配位数为6的空间构型，问它构成的立体构型为______面体。

2、（4分）我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（用R代表）。

回答下列问题：

（1）氮原子价层电子对的轨道表达式（电子排布图）为_____________。

（2）元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称作第一电子亲和能（E1）。

第二周期部分元素的E1变化趋势如图（a）所示，其中除氮元素外，其他元素的E1自左而右依次增大的原因是___________；氮元素的E1呈现异常的原因是__________。

（3）经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图（b）所示。

①从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_________，不同之处为__________。

（填标号）

A．中心原子的杂化轨道类型B．中心原子的价层电子对数

C．立体结构D．共价键类型

②R中阴离子N5-中的σ键总数为________个。

分子中的大π键可用符号

表示，其中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成的大π键电子数（如苯分子中的大π键可表示为

），则N5-中的大π键应表示为____________。

③图（b）中虚线代表氢键，其表示式为（NH4+）N-H┄Cl、____________、____________。

（4）R的晶体密度为dg·cm-3，其立方晶胞参数为anm，晶胞中含有y个[（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl]单元，该单元的相对质量为M，则y的计算表达式为______________。

3、（4分）选择下列物质填空（填写序号）：

①金刚石②干冰③氩晶体④白磷⑤CaBr2⑥NaH⑦K3C60⑧石墨⑨氯化铵⑩铜晶体

（1）固态时能导电的有________________。

（2）熔化时不破坏化学键的有________________。

（3）含有配位键的有________________。

（4）含有非极性共价键的有________________。

4、（4分）硼和氮元素在化学中有很重要的地位，回答下列问题：

（1）基态硼原子核外电子有________种不同的运动状态，基态氮原子的价层电子排布图为_________。

预计于2017年发射的“嫦娥五号”探测器采用的长征5号运载火箭燃料为偏二甲肼[（CH3）2NNH2]。

（CH3）2NNH2中N原子的杂化方式为_________。

（2）化合物H3BNH3是一种潜在的储氢材料，可利用化合物B3N3H6通过如下反应制得：

3CH4+2B3N3H6+6H2O=3CO2+6H3BNH3

①H3BNH3分子中是否存在配位键_______________（填“是”或“否”），B、C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为___________________。

②与B3N3H6互为等电子体的分子是_____________（填一个即可），B3N3H6为非极性分子，根据等电子原理写出B3N3H6的结构式____________________________。

（3）“嫦娥五号”探测器采用太阳能电池板提供能量，在太阳能电池板材料中除单晶硅外，还有铜，铟，镓，硒等化学物质，回答下列问题：

①SeO3分子的立体构型为_____________。

②金属铜投入氨水或H2O2溶液中均无明显现象，但投入氨水与H2O2的混合溶液中，则铜片溶解，溶液呈深蓝色，写出该反应的离子反应方程式为。

③某种铜合金的晶胞结构如图所示，该晶胞中距离最近的铜原子和氮原子间的距离为

pm，则该晶体的密度为_________________（用含a的代数式表示，设NA为阿伏伽德罗常数的值）。

5、（4分）

（1）已知在常温常压下：

①2CH3OH（l）＋3O2（g）=2CO2（g）＋4H2O（l）ΔH1＝-1452.8kJ·mol-

②2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g）ΔH2＝-566.0kJ·mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

____________________。

（2）下图1是采用NaBH4（B元素的化合价为＋3价）和H2O2作原料的燃料电池。

电池工作过程中负极反应式为__________________________。

（3）一种含锰磁性材料的单晶胞结构为立方晶胞，如图2所示。

A、B位置的Sn原子坐标如图所示，则该晶胞中碳原子的原子坐标为___________。

6、（4分）过渡金属元素氧化物的应用研究是目前科学研究的前沿之一，试回答下列问题：

（1）二氧化钛作光催化剂能将居室污染物甲醛、苯等有害气体转化为二氧化碳和水，达到无害化．有关甲醛、苯、二氧化碳及水说法正确的是_____。

①苯与B3N3H6的总电子数相等；

②甲醛、苯分子中碳原子均采用sp3杂化；

③苯、二氧化碳、水和甲醛都是非极性分子；

④水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能存在氢键，甲醛分子间不存在氢键。

（2）2007年诺贝尔物理学奖为法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔共同获得，以表彰他们在巨磁电阻效应（CMR效应）研究方面的成就．某钙钛型复合氧化物（如图1），以A原子为晶胞的顶点，A位可以是Ca，Sr、Ba或Pb，当B位是V、Cr、Mn、Fe时，这种化合物具有CMR效应。

①用A，B，O表示这类特殊晶体的化学式：

_______　。

②Cr、Mn的核外特征电子排布式分别为：

Cr：

[Ar]3d54s1、Mn：

[Ar]3d54s2，则它们第一电离能由小到大的排列顺序是：

_______用“＜”排列）。

（3）CO2的空间构型为______；固体CO2与SiO2熔沸点差异很大的原因是________

（4）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如图2）类似，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内）类似．每个冰晶胞平均占有__个水分子；冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同的原因是_______　。

7、（4分）已知A、B、C、D、E都属于元素周期表中前20号元素，原子序数依次增大。

元素周期表中A的电负性最大，B是同周期元素中第一电离能最小的元素，A、D同主族，B、C、D同周期，E是人体的必需元素，缺乏时易引起佝偻病，B、C、D的最高价氧化物对应的水化物两两混合均能发生反应生成盐和水。

根据以上信息，回答下列问题：

（1）A、D分别可形成简单气态氢化物，其中沸点较低的是____（填化学式），原因是_____。

（2）C元素原子的价电子排布图为____。

（3）B能与氧气反应生成过氧化物，写出与O22-互为等电子体的一个分子和一个离子的化学式_____、________。

（4）CO能与B和Mn形成B[Mn（CO）5]，配体是____。

（5）D和铯与不同价态的铜生成两种化合物，其阴离子均为无限长链结构如图所示，a位置上的D原子的杂化轨道类型为_________。

已知其中一种化合物的化学式为CsCuD3，则另一种的化学式为_________（用元素符号表示）。

（6）EA2的晶胞如图所示，若晶胞边长为xpm，则晶胞密度为____g/cm3（用NA和x表示）。

8、（4分）已知A、B、C、D、E都是元素周期表中前36号的元素，它们的原子序数依次增大。

A原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍，B原子基态时s电子数与P电子数相等，C在元素周期表的各元素中电负性最大，D的基态原子核外有6个能级且全部充满电子，E原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的。

（1）基态E原子的价电子排布式为________________________；

（2）AB32-的立体构型是____________，其中A原子的杂化轨道类型是___________________________。

（3）A22-与B22+互为等电子体，B22+的电子式可表示为________________，1molB22+中含有的π键数目为________________________。

（4）用氢键表示式写出C的氢化物水溶液中存在的所有氢键___________________。

（5）化合物DC2的晶胞结构如图所示，该离子化合协晶体的密度为ag/cm3，则晶胞的体积是_________________（只要求列算式，阿伏加德罗常数的值为NA）

9、（4分）钛镍形状记忆合金（TiNi）被广泛用于人造卫星和宇宙飞船的天线，在临床医疗领域内也具有广泛的应用。

回答下列问题：

（1）写出基态Ti原子的电子排布式:

_________，Ni在元素周期表中的位置是_________。

（2）钛镍合金能溶于热的硫酸生成Ti（SO4）2、NiSO4，二者阴离子的立体构型为______，中心原子的轨道杂化类型是_______。

（3）与钛同周期的另一种元素钴（Co）可形成分子式均为Co（NH3）5BrSO4的两种配合物，其中一种化学式为[Co（NH3）5Br]SO4，往其溶液中加BaCl2溶液时，现象是____________；往另一种配合物的溶液中加入BaCl2溶液时，无明显现象，若加入AgNO3溶液时，产生淡黄色沉淀，则第二种配合物的化学式为_______________。

（4）一种钛镍合金的立方晶胞结构如图所示:

①该合金中Ti的配位数为________。

②若合金的密度为dg/cm3，晶胞边长a=________pm。

（用含d的计算式表示）

10、（4分）A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2-和B+具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。

回答下列问题：

（1）四种元素中电负性最大的是___（填元素符号），其中C原子的核外电子排布布式为___。

（2）单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是______（填分子式），原因是________；A和B的氢化物所属的晶体类型分别为_______和_______。

（3）C和D反应可生成组成比为1：

3的化合物E，E的立体构型为_______，中心原子的杂化轨道类型为____________。

（4）化合物D2A的立体构型为__________，中心原子的价层电子对数为_______，单质D与湿润的Na2CO3反应可制备D2A，其化学方程式为_________________________。

（5）A和B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数，a=0.566nm，F的化学式为___：

晶胞中A原子的配位数为______；列式计算晶体F的密度____________g.cm-3。

二、单选题（本题共计20小题，共计100分）

11、（5分）下列各原子或离子的电子排布式错误的是（）

A.Na＋：

1s22s22p6B.F：

1s22s22p5

C.Cl－：

1s22s22p63s23p5D.Mn：

1s22s22p63s23p63d54s2

12、（5分）下列物质晶体中存在的作用力不只一种的是（）

A.氦气固体B.石英C.MgCl2D.干冰

13、（5分）氯化铯晶胞（晶体重复的结构单元）如图甲所示，该晶体中Cs＋与Cl－的个数比为1∶1，化学式为CsCl。

若某晶体晶胞结构如图乙所示，其中含有A，B，C三种元素的粒子，则该晶体中的A，B，C的粒子个数比为（）

A.8∶6∶1B.4∶3∶1C.1∶6∶1D.1∶3∶1

14、（5分）观察下列模型并结合有关信息进行判断，下列说法错误的是（）

HCN

S8

SF6

B12结构单元

结构模型示意图

备注

/

易溶于CS2

/

熔点1873K

A.HCN的结构式为H—C≡N，分子中“C≡N”键含有1个σ键和2个π键

B.固态硫S8属于原子晶体，分子中S原子采用sp3杂化

C.SF6是由极性键构成的非极性分子，分子构型为八面体型

D.单质硼属于原子晶体

15、（5分）下列各组元素各项性质比较正确的是

A.金属性由强到弱：

Na>K>Cs

B.最高正价由高到低：

O>N>C

C.晶格能由大到小：

NaF＞NaCl＞NaBr

D.原子半径由大到小：

F＞Cl＞Br

16、（5分）已知C3N4很可能具有比金刚石还大的硬度，且原子间均以单键结合，下列关于C3N4的说法正确的是

A.C3N4晶体是分子晶体

B.C3N4晶体中，C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长要长

C.C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子

D.C3N4晶体中微粒间通过离子键结合

17、（5分）下列对一些实验事实的理论解释正确的是

选项

实验事实

理论解释

A

氮原子的第一电离能大于氧原子

氮原子2p能级半充满

B

CO2为直线形分子

CO2分子中C=O之间的夹角为180°

C

金刚石的熔点低于石墨

金刚石是分子晶体，石墨是原子晶体

D

HF的沸点高于HCl

HF的相对分子质量小于HCl

18、（5分）下列关于乙醛的说法错误的是（）

A.一个乙醛子有6个σ键，1个π键

B.乙醛分子中存在非极性键

C.乙醛在催化剂铜存在下可以氧化生成乙醇

D.乙醛晶体属于分子晶体

19、（5分）下列比较正确的是（）

A.化学键的键能由大到小：

金刚石>碳化硅>硅

B.熔沸点由高到低：

氯化钠>氧化镁>金刚石>二氧化碳

C.硬度由大到小：

C60>碳化硅>铁>氯化钠

D.共价键的极性由强到弱：

H-I>H-Br>H-Cl

20、（5分）在通常条件下，下列各组物质的性质排列正确的是（）

A.熔点：

SiO2>CCl4>S

B.晶格能由大到小：

MgC12>MgO>NaCl

C.沸点：

NaCl>乙酸>硝酸

D.热稳定性：

HF

21、（5分）向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀的是（）

A.[Co（NH3）4Cl2]ClB.[Co（NH3）3Cl3]C.[Co（NH3）6]Cl3D.[Co（NH3）5Cl]Cl2

22、（5分）1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠时释放出的热能为氯化钠的晶格能。

下列热化学方程式中，反应热的绝对值等于氯化钠晶格能的数值的是

A.Na＋（g）＋Cl－（g）=NaCl（s）；ΔH1＝akJ·mol－1

B.Na＋（g）＋1/2Cl2（g）=NaCl（s）；ΔH2＝bkJ·mol－1

C.NaCl（s）=Na（g）＋Cl（g）；ΔH3＝ckJ·mol－1

D.Na（g）＋Cl（g）=NaCl（s）；ΔH4＝dkJ·mol－1

23、（5分）设

表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述错误的是

A.标准状况下，

氯气与足量水反应，转移电子数目为

B.

中含有的质子数为

C.12g金刚石中含有的共价键数为

D.标准状况下，

氟化氢中含有氟原子的数目大于

24、（5分）元素X的＋1价离子X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。

下列说法错误的是

A.X元素的原子序数是19B.X的晶体具有良好的导电性、导热性和延展性

C.X＋离子是图中的黑球D.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1

25、（5分）下面的排序不正确的是（　　）

A．空间利用率：

Cu＞Na＞PoB．熔点由高到低：

金刚石＞NaCl＞K＞CO2

C．硬度由大到小：

SiC＞金刚石D．晶格能由大到小：

NaF＞NaCl＞NaBr

26、（5分）一种由钛（Ti）原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图所示，其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为（）

A.TiCB.

C.

D.

27、（5分）六氟化硫分子为正八面体构型（分子结构如图），难溶于水，在高温下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面具有广泛用途。

下列推测正确的是（）

A.SF6各原子均达8电子稳定结构

B.SF6易燃烧生成SO2

C.SF6分子是含有极性键的非极性分子

D.SF6是原子晶体

28、（5分）高温下，超氧化钾晶体（KO2）呈立方体结构。

如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（晶体中最小的重复单元）。

则下列有关说法正确的是（）

A.KO2中只存在离子键

B.超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个O2－

C.晶体中与每个K＋距离最近的O2－有6个

D.晶体中，所有原子之间都以离子键相结合

29、（5分）下列物质中,属于含有极性共价键的离子晶体的是

A.CsClB.KOHC.H2OD.Na2O2

30、（5分）下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是

①O2、I2、Hg②CO、KCl、SiO2③Na、K、Rb④Na、Mg、Al

A.①③B.①④C.②③D.②④

一、填空题（本题共计10小题，共计40分）

1、（4分）【答案】

3d24s2Mg1212N>O>C

八

【解析】

（1）Ti为22号元素，原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d24s2，其3d、4s能级上的电子为其价电子，这两个能级上分别含有2个电子，则该原子价电子排布式为3d24s2，

因此，本题正确答案是：

3d24s2； 

（2）M是短周期金属元素，M的第三电离能剧增，处于ⅡA族，能与TiCl4反应置换出Ti，则M为Mg；Mg晶体属于六方最密堆积，配位数=3

8

=12； 

因此，本题正确答案是：

Mg；12； 

（3）化合物甲的分子中一个苯环含有7个碳碳键的σ键和5个碳氢单键的σ键，共12个σ键；

同一周期元素，随着核电荷数递增，第一电离能增大，但由于N元素原子轨道的半满的结构的能量比较低，导致第一电离能比相邻元素的大，碳，氧，氮三个原子对应的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C；

因此，本题正确答案是：

12；N>O>C；

（4）根据均摊法，可以知道该晶胞中N原子个数为：

6

+8

=4，该晶胞中Ti原子个数为：

1+12

=4，所以晶胞的质量m=4

g，而晶胞的体积V=（2a

10-10）3cm3，所以晶体的密度

=

=4

g

 （2a

10-10）3cm3=

g·cm－3，

因此，本题正确答案是：

；

（5）由图3可知，Ti3+可形成配位数为6的空间构型，6个N3-构成的立体构型为八面体，

因此，本题正确答案是：

八。

2、（4分）【答案】

同周期随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大N的2p能级处于半充满状态，相对稳定，不易结合一个电子ABDC5

（H3O+）O—H…N（NH4+）N—H…N

【解析】

（1）N原子位于第二周期第VA族，价电子是最外层电子，即电子排布图是

；

（2）根据图（a），同周期随着核电荷数依次增大，原子半径逐渐变小，故结合一个电子释放出的能量依次增大；氮元素的2p能级达到半满状态，原子相对稳定，不易失去电子；

（3）①根据图（b），阳离子是NH4＋和H3O＋，NH4＋中性原子N含有4个σ键，孤电子对数为（5-1-4×1）/2=0，价层电子对数为4，杂化类型为sp3，H3O＋中心原子是O，含有3个σ键，孤电子对数为（6-1-3）/2=1，空间构型为正四面体形，价层电子对数为4，杂化类型为sp3，空间构型为三角锥形，因此相同之处为ABD，不同之处为C；②根据图（b）N5-中σ键总数为5个；根据信息，N5-的大Π键应是表示为：

；③根据图（b）还有的氢键是：

（H3O+）O—H…N（NH4+）N—H…N；

（4）根据密度的定义有，d=

g/cm3，解得y=

。

3、（4分）【答案】

⑧⑩②③④（分子晶体）⑨①④⑦⑧

【解析】

（1）含自由电子和自由离子可导电，固体能够导电的有金属单质或石墨，只有⑧⑩符合，故答案为：

⑧⑩；

（2）熔化时不破坏化学键，应为分子构成的晶体，只有②③④符合，故答案为：

②③④；

（3）有空轨道的原子和提供孤对电子的原子可形成配位键，只有⑨符合，铵根离子中存在配位键，故答案为：

⑨；

（4）同种非金属元素之间形成非极性共价键，则只有①④⑦⑧符合，其中⑦中阴离子C603-中含有非极性共价键，故答案为：

①④⑦⑧。

4、（4分）【答案】

（1）5

sp3

（2）①是，B

（3）①平面三角形（或平面正三角形）Cu+H2O2+4NH3∙H2O=[Cu（NH3）4]2++2OH‾+4H2O（或Cu+H2O2+4NH3=[Cu（NH3）4]2++2OH‾）（1分，2分）②

g/cm3（2分）

【解析】

（1）硼为5号元素，氮原子的价层电子数5，所以基态硼原子核外电子有5种不同的运动状态，基态氮原子的价层电子排布图为

，（CH3）2NNH2中N原子的价层电子对数为

×（5+3）=4，所以N的杂化方式为sp3杂化，故答案为：

5；

；sp3；

（2）①B的最外层电子数为3，能形成的3个共价键，化合物A（H3BNH3）中B与H形成3个共价键，B原子的空轨道与N原子的孤对电子形成配位键；同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，这几种元素都是第二周期元素，B、C、N、O的族序数分别是：

第IIIA族、第IVA族、第VA族、第VIA族，所以它们的第一电离能大小顺序是N＞O＞C＞B，故答案为：

是；N＞O＞C＞B；

②原子数相同，电子总数相同的分子，互称为等电子体，与（HB=NH）3互为等电子体的分子为C6H6，B3N3H6的结构式与苯相似，其结构式为

，故答案为：

C6H6；

；

（3）①气态SeO3分子中中心原子的价层电子对数为

×（6+0）=3，无孤电子对，所以分子构