广东省2021版高考化学一轮复习课时规范练37晶体结构与性质含解析 人教版

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课时规范练37　晶体结构与性质 基础巩固 ‎1.(2020河南周口月考)太阳能电池板材料除单晶硅外,还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学元素。‎ ‎(1)基态钙原子的电子排布式为　　　　　,金属钴的堆积方式与镁相似,都属于六方最密堆积,其配位数是　　　　　。 ‎ ‎(2)晶体硼的结构单元是正二十面体,每个单元中有12个硼原子,其中有两个原子为10B,其余为11B,则该结构单元有　　　　　种不同的结构类型,该结构单元含有　　　　　个B—B键。 ‎ ‎(3)六方相氮化硼的结构与石墨相似,B的杂化方式是　　　　　,其不导电的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)人工氮化钛晶体的晶胞与NaCl晶胞相似,如图所示。‎ ‎①该晶体中与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有　　　　　个,与Ti原子距离最近且相等的N原子有　　　　　个,这几个N原子形成的空间形状是　　　　　。 ‎ ‎②该晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积(如图所示),若该晶胞的边长为a nm,密度为ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则钴的相对原子质量可表示为　　　　　。 ‎ 10‎ ‎2.(2020四川广安调研)现有A、X、Y、Z、W五种元素,它们的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期序数相同;X基态原子的L层中有3个未成对电子;Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋方向与2p轨道上其他电子的自旋方向相反;Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子;W基态原子的最外层电子数为1,其余各电子层均充满电子。请回答下列问题:‎ ‎(1)这五种元素中,电负性最大的元素基态原子的电子排布式是　　　　　,W位于元素周期表的　　　　　(填“s”“p”“d”或“ds”)区。 ‎ ‎(2)已知X2Y分子中Y原子只与一个X原子相连,请根据等电子原理写出X2Y的电子式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,其中心原子的杂化轨道类型是　　　　　,1 mol X2Y含有的π键数目为　　　　　。 ‎ 图1‎ ‎(3)W可以形成配合物。A、X、Y、Z、W五种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈正四面体结构,该阴离子的化学式为　　　　　;其阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图1所示),该阳离子的化学式为　　　　　;该化合物加热时首先失去的成分是　　　　　,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 图2‎ 10‎ ‎(4)W、X形成的某种化合物的晶胞结构为如图2所示的立方晶胞(其中X显-3价),则其化学式为　　　　　　。设阿伏加德罗常数的值为NA,距离最近的两个W的核间距为a cm,则该晶体的密度为　　　　　 g·cm-3。(用含有a和NA的代数式表示) ‎ ‎3.锌在工业中有重要作用,也是人体必需的微量元素。回答下列问题:‎ ‎(1)Zn原子核外价电子排布式为　　　　　　　。 ‎ ‎(2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn)　　　　I1(Cu)(填“大于”或“小于”),原因是　。 ‎ ‎(3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是　　　　　;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子空间构型为　　　　　,C原子的杂化形式为　　　　　　　。 ‎ ‎(5)金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示,这种堆积方式称为　　　　　。六棱柱底边边长为a cm,高为c cm,阿伏加德罗常数的值为NA,Zn的密度为　　　　　　　 g·cm-3(列出计算式)。 ‎ ‎4.钴、铁、镓、砷的单质及其化合物在生产、生活中有重要的应用。回答下列问题:‎ ‎(1)写出As的基态原子的电子排布式　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)N、P、As为同一主族元素,其电负性由大到小的顺序为　　　　　　　　,它们的氢化物沸点最高的是　　　　。将NaNO3和Na2O在一定条件下反应得到一种白色晶体,已知其中阴离子与SO‎4‎‎2-‎互为等电子体,则该阴离子的化学式是　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)Fe3+、Co3+与N‎3‎‎-‎、CN-等可形成络合离子。‎ ‎①K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2+,配体CN-中碳原子杂化轨道类型为　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②[Co(N3)(NH3)5]SO4中Co的配位数为　　　　　　　　,其配离子中含有的化学键类型为　　　　(填“离子键”“共价键”或“配位键”),C、N、O的第一电离能最大的为　　　　,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 10‎ ‎(4)砷化镓晶胞结构如下图。晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为　　　　　　　。已知砷化镓晶胞边长为a pm,其密度为ρ g·cm-3,则阿伏加德罗常数的数值为　　　　　　　　　　　　(列出计算式即可)。 ‎ ‎5.(2019安徽合肥高三调研)磷化铟和砷化铟纳米晶具备独特的光学和电学特性,广泛应用于生物医学、通信、太阳能电池等领域。回答下列问题:‎ ‎(1)基态磷原子电子排布式为　　　　　;基态As原子中未成对电子数为　　　　　　　。 ‎ ‎(2)PH3分子空间构型为　　　　;AsO‎3‎‎3-‎中As原子的杂化方式为　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)AsH3与NH3在水中溶解度较大的是　　　　　　,其原因是　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)酞菁铟是有机分子酞菁与金属铟形成的复杂分子,结构简式如图Ⅰ所示,该分子中存在的化学键为　　　　　　(填选项字母)。 ‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　‎ a.σ键 b.π键 c.离子键 d.配位键 ‎(5)砷化铟的晶胞结构如图Ⅱ所示,砷化铟晶体的化学式为　　　　　　;该晶胞的棱长为a cm,则砷化铟晶体的密度为　　　　　　　　　　　(用含a、NA的代数式表示)。 ‎ 能力提升 ‎6.(2020江苏镇江调研)磁性材料氮化铁镍合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨气、氮气、氢氧化钠、盐酸等物质在一定条件下反应制得。‎ ‎(1)Fe3+的电子排布式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 10‎ ‎(2)NO‎3‎‎-‎和NH3中氮原子的杂化方式分别为　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)NH3的沸点高于PH3,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)与N3-具有相同价电子数的三原子分子的空间构型是　　　　　。 ‎ ‎(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,刚开始时生成绿色Ni(OH)2沉淀,当氨水过量时,沉淀会溶解,生成含[Ni(NH3)6]2+的蓝色溶液,则1 mol [Ni(NH3)6]2+中含有的σ键的物质的量为　　　　　 mol。 ‎ ‎(6)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为　　　　　,如果Fe的原子半径为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则计算此单质的密度表达式为　　　　　　　g·cm-3(不必化简)。 ‎ 拓展深化 ‎7.(2020湖北孝感联考)磷及其化合物与人们的健康和生产生活密切相关。请回答下列问题:‎ ‎(1)基态磷原子价电子排布图(轨道表示式)为　　　　　　　　　,其第一电离能比硫的　　　　　　(填“大”或“小”)。 ‎ ‎(2)羟基磷灰石[Ca(PO4)3OH]是牙齿中的重要矿物质,其中羟基(—OH)中氧原子的杂化方式为　　　　　　　　　,PO‎4‎‎3-‎的空间构型为　　　　　　,该化合物中所含元素电负性最大的是　　　　　　。 ‎ ‎(3)P4O6的分子结构中只含有单键,且每个原子的最外层都满足8电子稳定结构,则该分子中含有的共价键数目是　　　　　　。 ‎ ‎(4)磷酸和亚磷酸(H3PO3)是磷元素的两种含氧酸。亚磷酸与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,则H3PO3的结构式为　　　　　　,其为　　　　　　元酸,原因是　　　　　　。 ‎ ‎(5)磷酸分子间脱水可生成多磷酸,其某一钙盐的结构如下图所示:‎ 10‎ 由图推知该多磷酸钙盐的通式为　　　　　　。 ‎ ‎(6)磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,晶胞如下图所示,其密度为ρ g·cm-3,设NA是阿伏加德罗常数的值,则磷原子的配位数为　　　　　　,晶胞参数为　　　　　　 pm。 ‎ 课时规范练37　晶体结构与性质 ‎1.答案:(1)1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2　12　(2)3　30‎ ‎(3)sp2杂化　层状结构中没有自由移动的电子 ‎(4)①12　6　正八面体　②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数,氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能 ‎(5)5a3ρNA×10-22‎ 解析:(1)基态钙原子核外有20个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2。镁、钴晶体是六方最密堆积,其配位数为12。(2)晶体硼的结构类型取决于两个10B原子的相对位置,两个10B可以相邻、相间或相对,所以共有3种结构类型;1个硼原子形成5个B—B键,则1个硼原子占有的B—B键为5×‎1‎‎2‎=2.5,该结构单元含有B—B键的数目为2.5×12=30。(3)六方相氮化硼中1个硼与3个氮原子结合,硼原子的杂化类型为sp2杂化;六方相氮化硼不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子。(4)①与Ti原子距离最近且相等的Ti原子有12个,与Ti原子距离最近且相等的N原子有6个(在Ti原子的上、下、左、右、前、后)。②氮化钛晶体中阴、阳离子的电荷数均高于氯化钠晶体中阴、阳离子的电荷数,氮化钛晶体的晶格能高于氯化钠晶体的晶格能,因此氮化钛晶体的熔点高于NaCl晶体的熔点。(5)该晶胞中Co原子的个数为8×‎1‎‎8‎+1=2,则该晶胞的质量为‎2‎MrNAg=ρg·cm-3×(a×10-7cm)3,Mr=5a3ρNA×10-22。‎ ‎2.答案:(1)1s22s22p4　ds　(2‎)‎‎·‎‎·‎N‎··‎‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎N‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎　sp　2NA 10‎ ‎(3)SO‎4‎‎2-‎　[Cu(NH3)4(H2O)2]2+　H2O H2O与Cu2+形成的配位键比NH3与Cu2+形成的配位键弱 ‎(4)Cu3N　‎‎206‎NA‎×(‎2‎a‎)‎‎3‎ 解析:A、X、Y、Z、W五种元素的原子序数依次增大。A元素原子的核外电子总数与其周期序数相同,故A为H;X基态原子的L层中有3个未成对电子,故X为N;Y基态原子的2p轨道上有一个电子的自旋状态与2p轨道上其他电子的自旋状态相反,故Y为O;Z基态原子的3p轨道上得到两个电子后不能再容纳外来电子,故Z为S;W基态原子的最外层电子数为1,其余各电子层均充满电子,故W为Cu。(1)电负性最大的元素为O,其基态原子的电子排布式为1s22s22p4。Cu为29号元素,在元素周期表中位于ds区。(2)N2O分子中O原子只与一个N原子相连,N2O与CO2互为等电子体,故N2O的电子式为‎ ‎‎·‎‎·‎N‎··‎‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎N‎·‎‎·‎‎·‎‎·‎O‎··‎‎·‎‎·‎,中心原子N的杂化类型为sp,1分子N2O中的π键数目为2,故1molN2O中含有的π键数目为2NA。(3)五种元素形成的1∶1型离子化合物中,阴离子呈正四面体结构,则阴离子为SO‎4‎‎2-‎,结合题图可知该阳离子结构中含有1个Cu2+、4个NH3及2个H2O,故阳离子的化学式为[Cu(NH3)4(H2O)2]2+。加热化合物时根据配位键强弱来确定首先失去的成分。(4)由题图的晶胞结构可知N原子的数目为8×‎1‎‎8‎=1,Cu原子的数目为12×‎1‎‎4‎=3,所以其化学式为Cu3N。设晶胞边长为bcm,则2×(b‎2‎)2=a2,b=‎2‎a,故该晶体的密度ρ=‎206‎NA‎×(‎2‎a‎)‎‎3‎g·cm-3。‎ ‎3.答案:3d104s2　(2)大于　Zn的3d能级与4s能级为全满稳定结构,较难失电子 ‎(3)离子键　ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小 ‎(4)平面三角形　sp2‎ ‎(5)六方最密堆积(A3型)　‎‎65×6‎NA‎×6×‎3‎‎4‎×a‎2‎c 解析:(3)由ZnF2的熔点较高可知ZnF2是离子晶体,化学键类型是离子键;根据相似相溶原理,由ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的溶解性可知,这三种物质为分子晶体,化学键以共价键为主、极性较小。‎ ‎(4)CO‎3‎‎2-‎的价层电子对数为‎4+2‎‎2‎=3,故C原子是sp2杂化,CO‎3‎‎2-‎空间构型是平面三角形。‎ 10‎ ‎(5)由题图可知,堆积方式为六方最密堆积(A3型);晶胞中Zn原子个数为12×‎1‎‎6‎+2×‎1‎‎2‎+3=6,根据ρ=mV,可得Zn的密度为‎65×6‎NA‎×6×‎3‎‎4‎×a‎2‎cg·cm-3。‎ ‎4.答案:(1)[Ar]3d104s24p3　(2)N>P>As　NH3　NO‎4‎‎3-‎ ‎(3)①sp　②6　共价键、配位键　N　氮原子2p能级中的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子 ‎(4)正四面体　‎‎4×145‎ρa‎3‎×1‎‎0‎‎-30‎ 解析:(1)As的原子序数为33,由构造原理可知电子排布式为[Ar]3d104s24p3。(2)As、P、N元素属于同一主族元素,其原子序数逐渐减小,则其电负性逐渐增大,即N>P>As;它们的氢化物中,NH3分子间可形成氢键,沸点最高;原子个数相等、价电子数相等的微粒属于等电子体,且等电子体结构相似,与SO‎4‎‎2-‎互为等电子体的该阴离子是NO‎4‎‎3-‎。(3)①CN-中C原子价层电子对个数=1+‎1‎‎2‎×(4+1-1×3)=2,所以采取sp杂化;②C、N、O属于同一周期元素且原子序数依次增大,同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但氮原子2p能级上的电子为半充满,相对稳定,更不易失去电子,所以其第一电离能大小顺序是N>O>C。(4)Ga与周围等距离且最近的As形成空间构型为Ga在中心As在四个顶点的正四面体结构;由题图可知一个晶胞占有4个Ga原子和4个As原子,若晶胞的边长为apm,则晶胞体积为(a×10-10)3cm3,晶体的密度为ρg·cm-3,则晶胞质量为(a×10-10)3cm3×ρg·cm-3=ρa3×10-30g,则ρa3×10-30g×NAmol-1=4×145g·mol-1,则NA=‎4×145‎ρa‎3‎×1‎‎0‎‎-30‎。‎ ‎5.答案:(1)1s22s22p63s23p3　3　(2)三角锥形　sp3‎ ‎(3)NH3　NH3与水分子之间易形成氢键 ‎(4)abd　(5)InAs　‎760‎a‎3‎NA g·cm-3‎ 解析:(1)P的原子序数为15,原子核外有15个电子,P的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3;As元素基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3,未成对电子数为3。(2)中心原子磷原子形成了3个σ键,另外还有1对未成键孤电子对,其价层电子对的总数是4,需要形成4个杂化轨道,故采用sp3杂化,分子的空间构型为三角锥形;AsO‎4‎‎3-‎中心原子的价层电子对数为‎5+3‎‎2‎ 10‎ ‎=4,所以As原子的杂化方式为sp3杂化。(3)因为NH3与水分子之间易形成氢键,故AsH3与NH3在水中溶解度较大的是NH3。(4)根据酞菁铟的结构简式可知,该分子中存在的化学键为σ键、π键和配位键。(5)由砷化铟的晶胞结构,根据均摊法可得,每个晶胞含有8×‎1‎‎8‎+6×‎1‎‎2‎=4个In原子,4个As原子,砷化铟晶体的化学式为InAs;该晶胞的棱长为acm,则砷化铟晶体的密度为ρ=‎4×190‎NAa‎3‎g·cm-3=‎760‎a‎3‎NAg·cm-3。‎ ‎6.答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5‎ ‎(2)sp2、sp3　(3)NH3分子间存在氢键　(4)V形 ‎(5)24　(6)8　‎‎56×2‎NA‎(‎‎4a‎3‎‎)‎‎3‎ 解析:(1)Fe为26号元素,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。‎ ‎(2)NO‎3‎‎-‎为平面三角形,氮原子采取sp2杂化;NH3为三角锥形的分子,氮原子采取sp3杂化。‎ ‎(4)N3-价电子数为10,与N3-具有相同价电子数的三原子分子为H2O,分子的空间构型为V形。‎ ‎(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每个氮原子与3个氢原子形成σ键,同时还与镍原子形成配位键,也属于σ键,因此1mol[Ni(NH3)6]2+中含有的σ键为4mol×6=24mol。‎ ‎(6)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用题图所示的堆积方式,这种堆积模型为体心立方堆积,即在立方体的中心有一个铁原子,与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点,所以铁的配位数为8,每个立方体中含有的铁原子数为8×‎1‎‎8‎+1=2,如果Fe的原子半径为acm,则立方体的边长为‎4a‎3‎cm,则立方体的体积为(‎4a‎3‎cm)3,阿伏加德罗常数的值为NA,所以铁单质的密度表达式为‎56×2‎NA‎(‎‎4a‎3‎‎)‎‎3‎g·cm-3。‎ ‎7.答案:(1)　大 ‎(2)sp3　正四面体形　O(或氧元素)　(3)12‎ ‎(4)或　二　一个H3PO3分子中只有两个羟基,含氧酸羟基上的氢易电离 ‎(5)(CaP2O6)n　(6)4　‎3‎‎168‎ρNA×1010‎ 10‎ 解析:(1)P是15号元素,原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p3,其价电子排布式为3s23p3,所以基态磷原子价电子排布图(轨道表示式)为;由于其最外层的3p能级电子处于半充满的稳定状态,所以失去一个电子比元素S的原子难,需要的能量高,故其第一电离能比硫的大。‎ ‎(2)—OH中氧原子的价层电子对数为‎6+2‎‎2‎=4,所以氧原子采取sp3方式杂化;PO‎4‎‎3-‎中P原子价层电子对数=4+‎5+3-2×4‎‎2‎=4,没有孤电子对,故PO‎4‎‎3-‎为正四面体结构;根据元素的非金属性越强,元素的电负性越大,Ca、P、O、H四种元素中O的非金属性最强,O元素的电负性最大。‎ ‎(3)P原子最外层有5个电子,能够与3个O原子形成3个共用电子对,O原子最外层有6个电子,可以与2个P原子形成2个共用电子对,要使分子中每个原子都达到8电子稳定结构,其结构式为,可见分子中含有的共价键为12个。‎ ‎(4)亚磷酸与NaOH溶液发生酸碱中和反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,羟基H原子能电离产生H+,说明H3PO3分子中含有2个—OH,它属于二元酸,由于P原子最外层有5个电子,则H3PO3的结构式为或。‎ ‎(5)由图推知该多磷酸钙盐最小的重复单元是CaP2O6,所以该多磷酸钙盐的通式为(CaP2O6)n。‎ ‎(6)根据晶体结构可知每个B原子被四个距离相等且最近的P原子包围,每个P原子被四个距离相等且最近的B原子包围,所以P原子的配位数是4;在一个晶胞中含有的P原子数目为8×‎1‎‎8‎+6×‎1‎‎2‎=4,在一个晶胞中含有的B原子数目为4×1=4,即1个晶胞中含有4个BP,晶胞的质量是m=‎4×42g·mol‎-1‎NAmol‎-1‎‎=‎‎168‎NAg,由于晶胞密度为ρg·cm-3,所以晶胞的体积为mρ‎=‎168‎NAgρg·cm‎-3‎=‎‎168‎ρNAcm3,所以晶胞参数为‎3‎‎168‎ρNAcm=‎3‎‎168‎ρNA×1010pm。‎ 10‎