(新課改省份專用)2022年高考化學一輪復習 跟蹤檢測(十七)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(含解析)
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1、(新課改省份專用)2022年高考化學一輪復習 跟蹤檢測(十七)晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(含解析) 1.(1)氯酸鉀熔化,粒子間克服了__________的作用力;二氧化硅熔化,粒子間克服了__________的作用力;碘的升華,粒子間克服了__________的作用力。三種晶體的熔點由高到低的順序是______________________。 (2)下列六種晶體:①CO2,②NaCl,③Na,④Si,⑤CS2,⑥金剛石,它們的熔點從低到高的順序為__________________(填序號)。 (3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中,由極性鍵形成的非極性分子有_________
2、___,由非極性鍵形成的非極性分子有____________,能形成分子晶體的物質(zhì)是__________,含有氫鍵的晶體的化學式是____________,屬于離子晶體的是____________,屬于共價晶體的是____________,五種物質(zhì)的熔點由高到低的順序是____________________________。 (4)A、B、C、D為四種晶體,性質(zhì)如下: a.固態(tài)時能導電,能溶于鹽酸 b.能溶于CS2,不溶于水 c.固態(tài)時不導電,液態(tài)時能導電,可溶于水 d.固態(tài)、液態(tài)時均不導電,熔點為3 500 ℃ 試推斷它們的晶體類型:A.____________;B._____
3、_____;C.____________;D.____________。 (5)圖中A~D是中學化學教科書上常見的幾種晶體結(jié)構(gòu)模型,請?zhí)顚懴鄳?yīng)物質(zhì)的名稱: A.______________;B.______________;C._____________;D.______________。 解析:(1)氯酸鉀是離子晶體,熔化時破壞離子鍵;二氧化硅是共價晶體,熔化時破壞共價鍵;碘是分子晶體,升華時粒子間克服分子間作用力;熔點:原子晶體>離子晶體>分子晶體,所以熔點大小順序為SiO2>KClO3>I2。(2)根據(jù)晶體類型分析,熔點:原子晶體>離子晶體>分子晶體,Si和金剛石都是原子晶體,
4、原子半徑越小,共價鍵越強,熔點越高,CO2和CS2都是分子晶體,相對分子質(zhì)量越大熔點越高,所以熔點從低到高的順序為①⑤③②④⑥。 答案:(1)離子鍵 共價鍵 分子間 SiO2>KClO3>I2 (2)①⑤③②④⑥ (3)CO2 H2 H2、CO2、HF HF (NH4)2SO4 SiC SiC>(NH4)2SO4>HF>CO2>H2 (4)金屬晶體 分子晶體 離子晶體 共價晶體 (5)氯化銫 氯化鈉 二氧化硅 金剛石 2.O2、O3、N2、N4是氧和氮元素的幾種單質(zhì)?;卮鹣铝袉栴}: (1)O原子中價電子占據(jù)的軌道數(shù)目為______________________________。
5、 (2)第一電離能I1:N__________O(填“>”或“<”),第二電離能I2:O大于N的原因是________________________________________________________________________。 (3)O3的空間構(gòu)型為________________;是____________(填“極性”或“非極性”)分子;分子中存在的大π鍵,可用符號Π表示,其中m表示形成的大π鍵的原子數(shù),n表示形成的大π鍵的電子數(shù),則O3中大π鍵應(yīng)表示為________________________________。 (4)N元素的簡單氣態(tài)氫化物NH3在H2O中溶
6、解度很大,其原因之一是NH3和H2O可以形成分子間氫鍵,則在氨水中氫鍵可以表示為H3N…H—N、__________________(任寫兩種即可)。 (5)已知:表格中鍵能和鍵長數(shù)目。 化學鍵 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) N—N 145 193 N==N 125 418 NN 110 946 N2和N4都是N元素的單質(zhì),其中N4是正四面體構(gòu)型,N原子占據(jù)四面體的四個頂點,從鍵參數(shù)角度分析N4分子穩(wěn)定性遠小于N2原因是____________________________。 (6)Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,X表示O2-,Y表示Na+,則O2-的配
7、位數(shù)為______________,該晶胞的原子空間利用率為__________________;[已知該晶胞的棱長為a pm,r(Na+)=x pm,r(O2-)=y(tǒng) pm]。 解析:(1)O原子的價電子排布式為2s22p4,其價電子占據(jù)4個原子軌道。(2)同周期從左到右第一電離能呈增大趨勢,但N的2p能級處于半充滿狀態(tài),比較穩(wěn)定,所以第一電離能I1:N>O;O失去一個電子后O+的2p處于半充滿狀態(tài),更加穩(wěn)定,再失去一個電子消耗能量更高,所以第二電離能I2:O>N。(3)O3看成一個O原子是中心原子,其他兩個O原子為配原子的三原子分子,價電子對數(shù)=2+×(6-2×2)=3,有一個孤電子
8、對,屬于sp2雜化,空間構(gòu)型為V形;因為V形空間構(gòu)型正負電荷重心不重合,所以是極性分子;O原子的軌道表示式為,O3中心氧原子采取sp2雜化,其中兩個單電子軌道與另外兩個原子形成兩個σ鍵,第三個軌道有一對孤電子對,與另兩個氧原子的各1個電子形成三中心四電子大π鍵,可用符號Π表示。(4)因為O、N原子有比較強的吸電子能力,所以NH3和H2O既會吸引同種分子的H,又會吸引對方分子的H,從而形成氫鍵,所以在氨水中存在4種分子間氫鍵,可以表示為H3N…H—N、H3N…H—O、H2O…H—N、H2O…H—O。(5)因為N4是正面體構(gòu)型,N原子占據(jù)四面體的四個頂點,所以N4中只存在N—N,而N2中只存在,由
9、表中數(shù)據(jù)可知,N—N鍵長大于鍵長,N—N鍵能小于鍵能,且二者鍵能差距較大,所以N4分子穩(wěn)定性遠小于N2。(6)分析Na2O的晶胞結(jié)構(gòu)圖可得,處于面心上的O2-被2個晶胞共用,以圖中上面的面心O2-為例,在其上方還有一個同樣的晶胞與其緊鄰,所以每個O2-周圍有8個Na+與之距離最近,則O2-的配位數(shù)為8;Na2O晶胞中Na+數(shù)為8,O2-數(shù)為8×+6×=4,根據(jù)r(Na+)=x pm、r(O2-)=y(tǒng) pm及球體的體積公式可得這12個原子總體積V1=8××πx3+4××πy3,根據(jù)該晶胞的棱長為a pm,則晶胞體積V2=a3,所以該晶胞的原子空間利用率為×100%=×100%=×100%。 答
10、案:(1)4 (2)> 失去一個電子后O+的2p處于半充滿狀態(tài),更加穩(wěn)定,再失去一個電子消耗能量更高 (3)V形 極性 Π (4)H3N…H—O、H2O…H—N、H2O…H—O(任寫兩種) (5)N4中N—N鍵鍵能小于N2中的NN鍵鍵能,鍵長大于NN鍵鍵長 (6)8 ×100% 3.(2019·武漢模擬)砷(As)是第ⅤA族元素,砷及其化合物被應(yīng)用于農(nóng)藥和合金中。回答下列問題: (1)基態(tài)砷原子的電子排布式為______________________,第四周期元素中,第一電離能低于砷原子的p區(qū)元素有___________(填元素符號)。 (2)氮原子間能形成氮氮三鍵,而砷原子間
11、不易形成三鍵的原因是__________________。 (3)AsH3分子為三角錐形,鍵角為91.80°,小于氨分子鍵角107°,AsH3分子鍵角較小的原因是__________________________________________________________。 (4)亞砷酸(H3AsO3)分子中,中心原子砷的VSEPR模型是________________,砷原子雜化方式為________________。 (5)砷化鎳的晶胞如圖所示。晶胞參數(shù)a=360.2 pm, c=500.9 pm, γ=120°。 該晶體密度的計算式為__________________
12、________________g·cm-3。 解析:(1)砷原子核電荷數(shù)為33,基態(tài)原子的電子排布式為[Ar]3d104s24p3;同一周期,從左到右,第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢,第ⅤA族元素p為半充滿狀態(tài),第一電離能大于鄰近元素的第一電離能;因此第四周期元素中,第一電離能低于砷原子的p區(qū)元素有Ga、Ge、Se。(2)由于砷原子半徑較大,原子間形成的σ鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊程度較小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵,所以氮原子間能形成氮氮三鍵,而砷原子間不易形成三鍵。(3)AsH3分子鍵角較小的原因是砷原子電負性小于氮原子,其共用電子對離砷核距離較遠,斥力較小,鍵角較小。(4)亞砷酸(H3A
13、sO3)分子結(jié)構(gòu)式為,砷原子的價層電子對數(shù)為4,屬于sp3雜化,中心原子砷的VSEPR模型是四面體形。(5)根據(jù)砷化鎳的晶胞可知:含有的鎳原子個數(shù)為8×+4×=2,含有砷原子個數(shù)為2,所以該晶胞中含有2個砷化鎳,該晶胞的質(zhì)量為2× g,根據(jù)晶胞的俯視圖可以求出x=a pm=×360.2×10-10 cm;該晶胞的體積為×360.2×10-10×360.2×10-10×500.9×10-10 cm3;ρ== g·cm-3。 答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3(或[Ar]3d104s24p3) Ga、Ge、Se (2)砷原子半徑較大,原子間形成的σ鍵較長,p-p
14、軌道肩并肩重疊程度較小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵 (3)砷原子電負性小于氮原子,其共用電子對離砷核距離較遠,斥力較小,鍵角較小 (4)四面體形 sp3 (5) 4.(2019·岳陽模擬)碳和硅是自然界中大量存在的元素,硅及其化合物是工業(yè)上最重要的材料。粗硅的制備有二種方法: 方法一:SiO2+2CSi+2CO↑; 方法二:SiO2+2MgSi+2MgO。 (1)基態(tài)硅原子中存在________對自旋相反的電子,基態(tài)Mg的最外層電子所占據(jù)的能級的電子云輪廓圖是_____________________________。 (2)上述反應(yīng)中所有元素第一電離能最小的元素是______
15、_(填元素符號)。 (3)試比較C(金剛石)、晶體Si、CO 三種物質(zhì)的熔沸點從高到低的順序__________________,試解釋原因:_______________________________________________。 (4)CO在配合物中可作為配體,在Cr(CO)6配合物中配位原子是____________(填元素符號),1 mol該配合物中含有π鍵的數(shù)目是____________。 (5)SiO2晶胞(如圖1)可理解成將金剛石晶胞(如圖2)中的C原子置換成Si原子,然后在Si—Si之間插入O原子而形成。 ①推測SiO2晶胞中Si采用________雜化,O—
16、Si—O的鍵角為________________。 ②SiO2晶胞中,含有Si原子_______個和O原子_______個。 ③假設(shè)金剛石晶胞的邊長為a pm,試計算該晶胞的密度________g·cm-3(寫出表達式即可)。 解析:(1)基態(tài)硅原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p2,每一個s能級有1個軌道,s軌道全滿,有3對自旋相反的電子,2p能級有3個軌道,全充滿電子,2p軌道有3對自旋相反的電子,所以基態(tài)硅原子中存在6對自旋相反的電子;Mg的基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s2,3s軌道是最外層,s能級的電子云圖是球形的,所以基態(tài)Mg的最外層電子所占據(jù)的能級的電
17、子云輪廓圖是球形。(2)第一電離能是原子失去最外層的一個電子所需能量,第一電離能數(shù)值越小,原子越容易失去一個電子,上述反應(yīng)中涉及的元素有C、O、Mg、Si,其中C、O、Si是非金屬元素,較難失去電子,Mg元素的金屬性最強,最易失去電子,所有元素第一電離能最小的是Mg。(3)C(金剛石)、晶體Si都是原子晶體,熔點高,它們結(jié)構(gòu)相似,但碳原子的半徑比硅原子半徑小,共價鍵的鍵能大,所以C(金剛石)的熔點比晶體Si高,而CO是分子晶體,熔沸點低,所以三種物質(zhì)的熔沸點從高到低的順序:C>Si>CO。(4)配體中給出孤對電子與中心離子直接形成配位鍵的原子叫配位原子;CO在Cr(CO)6中可作為配體,配位原
18、子是C,CO與N2是等電子體,其結(jié)構(gòu)式是,1 mol CO中含π鍵的數(shù)目是2NA,所以1 mol該配合物中含有π鍵的數(shù)目是12NA。(5)①在SiO2晶體中每個硅原子與周圍的4個氧原子的成鍵情況與金剛石晶體中的碳原子與周圍4個碳原子連接的情況是相同的。所以SiO2晶胞中Si采用sp3雜化,金剛石是正四面體結(jié)構(gòu)單元,其鍵角是109°28′,所以SiO2晶胞中O—Si—O的鍵角也是109°28′。②SiO2晶體為面心立體結(jié)構(gòu),每個SiO2晶胞含有Si原子的個數(shù)為8×+6×+4=8,按Si、O原子個數(shù)比,O原子數(shù)是16。③一個金剛石晶胞含有8個C原子結(jié)構(gòu),所以一個晶胞的質(zhì)量為 g= g,晶胞邊長為a
19、 pm,所以SiO2晶體的密度:ρ== g·cm-3。 答案:(1)6 球形 (2)Mg (3)C>Si>CO 金剛石和晶體硅都是共價晶體且晶體結(jié)構(gòu)相似,C的原子半徑小于硅的原子半徑,所以金剛石中C—C鍵鍵長短,鍵能大,所以金剛石的熔沸點比晶體硅大,CO是分子晶體,熔沸點最小 (4)C 12NA (5)①sp3 109°28′?、? 16?、? 5.(2019·重慶診斷)C、N、O、Si、P、Ge、As及其化合物在科研和生產(chǎn)中有許多重要用途。請回答下列問題: (1)基態(tài)氮原子核外電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目為________。 (2)圖1表示碳、硅和磷三種元素的四級電離能變化趨勢,其中表
20、示磷的曲線是_________(填標號)。 (3)NH3的沸點比PH3高,原因是_____________________________________________。 (4)Na3AsO4中AsO的空間構(gòu)型為______________,As4O6的分子結(jié)構(gòu)如圖2所示,則在該化合物中As的雜化方式是__________。 (5)鍺的某種氧化物晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示,該物質(zhì)的化學式為__________。已知該晶體密度為7.4 g·cm-3,晶胞邊長為4.31×10-10 m。則鍺的相對原子質(zhì)量為____________(保留小數(shù)點后一位)。(已知:O的相對原子質(zhì)量為16,4.313
21、=80,NA=6.02×1023mol-1) 解析:(1)N的原子序數(shù)為7,基態(tài)氮原子核外電子排布式為1s22s22p3,占據(jù)5個原子軌道。(2)同主族自上而下第一電離能減小,P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài),第一電離能高于同周期相鄰元素,故Si的第一電離能最小,由圖中第一電離能可知,c為Si,P原子第四電離能為失去4s2能級中1個電子,為全滿穩(wěn)定狀態(tài),與第三電離能相差較大,可知b為P、a為C。(3)NH3分子間存在較強的氫鍵作用,而PH3分子間僅有較弱的范德華力,因此NH3的沸點比PH3高。(4)AsO中As與周圍4個O原子相連,采用sp3雜化,空間構(gòu)型為正四面體,根據(jù)As4O6的分子結(jié)構(gòu)圖,
22、As與周圍3個O原子相連,含有1個孤電子對,采用sp3雜化。(5)晶胞中Ge原子數(shù)目為4,O原子數(shù)目為8×+6×=4,則化學式為GeO,設(shè)鍺的相對原子質(zhì)量為M,則晶胞質(zhì)量為g=7.4 g·cm-3×(4.31×10-8 cm)3,解得M≈73.1。 答案:(1)5 (2)b (3)NH3分子間存在較強的氫鍵作用,而PH3分子間僅有較弱的范德華力 (4)正四面體 sp3 (5)GeO 73.1 6.硒化鋅是一種半導體材料,回答下列問題。 (1)鋅在周期表中的位置_________________;Se基態(tài)原子價電子排布圖為____________________。元素鋅、硫和硒第一電離能
23、較大的是________(填元素符號)。 (2)Na2SeO3分子中Se原子的雜化類型為__________;H2SeO4的酸性比H2SeO3強,原因是________________________________________________________________________。 (3)氣態(tài)SeO3分子的立體構(gòu)型為__________。 (4)硒化鋅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,圖中X和Y點所堆積的原子均為________(填元素符號);該晶胞中硒原子所處空隙類型為__________(填“立方體”“正四面體”或正八面體”);若該晶胞密度為ρ g·cm-3,硒化鋅的摩爾質(zhì)量為M
24、g·mol-1。用NA代表阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值,則晶胞參數(shù)a為______________nm。 解析:(1)Zn的原子序數(shù)是30,其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s2,在周期表中的位置是第四周期第ⅡB族;Se的原子序數(shù)是34,原子核外有34個電子,最外層電子排布式為4s24p6,基態(tài)原子價電子排布圖為。元素鋅金屬性較強,第一電離能較小,硫和硒為同主族元素,同主族元素由上到下非金屬性逐漸減弱,所以硫的非金屬性強于Se,所以第一電離最大的是S。(2)Na2SeO3分子中Se原子的價電子對數(shù)為=4,所以Se原子的雜化類型為sp3;H2SeO4的非羥基氧比H2SeO3多(
25、或H2SeO4中Se的化合價更高),所以H2SeO4酸性比H2SeO3強。(3)氣態(tài)SeO3分子的價層電子對數(shù)為3,Se沒有孤電子對,故分子的立體構(gòu)型為平面三角形。(4)硒化鋅的晶胞結(jié)構(gòu)中原子個數(shù)比為1∶1,其中Se原子4個,若X和Y點所堆積的原子均為鋅原子,則8×+6×=4,符合;則圖中X和Y點所堆積的原子均為Zn原子,根據(jù)圖中原子的位置可知,該晶胞中硒原子所處空隙類型為正四面體;若該晶胞密度為ρ g·cm-3,硒化鋅的摩爾質(zhì)量為M g·mol-1。用NA代表阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值,根據(jù)ρ==,則V=,則晶胞的邊長為a為 ×107 nm。 答案:(1)第四周期第ⅡB族 S (2)sp3 H2SeO4的非羥基氧比H2SeO3多(或H2SeO4中Se的化合價更高) (3)平面三角形 (4)Zn 正四面體 ×107
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