2020届高考化学一轮复习苏教版晶体结构与性质作业

2020届高考化学一轮复习苏教版晶体结构与性质作业

课时规范练33　晶体结构与性质 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ 非选择题(共5小题,共100分)‎ ‎1.(20分)钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:‎ ‎(1)元素K的焰色反应呈紫红色,其中紫色对应的辐射波长为　　　nm(填标号)。 ‎ A.404.4　B.553.5　C.589.2　D.670.8　E.766.5‎ ‎(2)基态K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　　　　　　。K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是　 　。 ‎ ‎(3)X射线衍射测定等发现,I3AsF6中存在I‎3‎‎+‎离子。I‎3‎‎+‎离子的几何构型为　　　　　,中心原子的杂化形式为　　　　。 ‎ ‎(4)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K与O间的最短距离为　　　　　nm,与K紧邻的O个数为　　　　。 ‎ ‎(5)在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,则K处于　　　　位置,O处于　　　　位置。 ‎ ‎2.(20分)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2CH3OH+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=0.420 nm,则r(O2-)为　　　　nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　　 nm。 ‎ ‎3.(2018全国Ⅰ,节选)(20分)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。回答下列问题:‎ ‎(1)Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是　　　　　　　、中心原子的杂化形式为　　　　　　。LiAlH4中,存在　　　　(填标号)。 ‎ A.离子键 B.σ键 C.π键 D.氢键 ‎(3)Li2O是离子晶体,其晶格能可通过图(a)的Born-Haber循环计算得到。‎ 图(a)‎ 图(b)‎ 可知,Li原子的第一电离能为　　　　kJ·mol-1,OO键键能为　　　　　kJ·mol-1,Li2O晶格能为　　　　　kJ·mol-1。 ‎ ‎(4)Li2O具有反萤石结构,晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为　　　　　　 g·cm-3(列出计算式)。 ‎ ‎4.(2019广西三市高三联考)(20分)A、B、C、D是原子序数依次递增的前四周期元素,A元素的正化合价与负化合价的代数和为零;B元素原子的价电子结构为nsnnpn;C元素基态原子s能级的电子总数比p能级的电子总数多1;D元素原子的M能层全满,最外层只有一个电子。请回答:‎ ‎(1)A元素的单质为A2,不能形成A3或A4,这体现了共价键的　　　　性;B元素单质的一种空间网状结构的晶体熔点>3 550 ℃,该单质的晶体类型属于　　　　　　　　;基态D原子共有　　　　种不同运动状态的电子。 ‎ ‎(2)A与C形成的最简单分子的中心原子杂化方式是　　　　,该分子与D2+、H2O以2∶1∶2的配比结合形成的配离子是　　　　　　　　　　(填化学式),此配离子中的两种配体的不同之处为　　　　　(填标号)。 ‎ ‎①中心原子的价层电子对数　②中心原子的孤电子对的对数　③中心原子的化学键类型　④VSEPR模型 ‎(3)1 mol BC-中含有的π键数目为　　　　;写出与BC-互为等电子体的分子和离子各一种　　　　　、　　　　　。 ‎ ‎(4)D2+的硫酸盐晶体的熔点比D2+的硝酸盐晶体的熔点高,其原因是　 。 ‎ ‎(5)D3C具有良好的电学和光学性能,其晶体的晶胞结构如图所示,D+和C3-半径分别为a pm、b pm,D+和C3-都是紧密接触的刚性小球,则C3-的配位数为　　　,晶体的密度为　　　　　　　　 g·cm-3。 ‎ ‎5.(20分)碳是地球上组成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp杂化轨道成共价键,具有很强的结合能力,与其他元素结合成不计其数的无机物和有机化合物,构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:‎ ‎(1)基态碳原子核外有　　　　　　种空间运动状态的电子,其外围电子轨道表示式为　　　　　　。‎ ‎(2)光气的分子式为COCl2,又称碳酰氯,是一种重要的含碳化合物,判断其分子立体构型为　　　　　,其碳原子杂化轨道类型为　　　　　　杂化。 ‎ ‎(3)碳酸盐在一定温度下会发生分解,实验证明碳酸盐的阳离子不同、分解温度不同,如表所示:‎ 碳酸盐 MgCO3‎ CaCO3‎ BaCO3‎ SrCO3‎ 热分解温度/℃‎ ‎402‎ ‎900‎ ‎1 172‎ ‎1 360‎ 阳离子半径/pm ‎66‎ ‎99‎ ‎112‎ ‎135‎ 试解释为什么随着阳离子半径的增大,碳酸盐的分解温度逐步升高?  　 。 ‎ ‎(4)碳的一种同素异形体——C60(结构如图甲),又名足球烯,是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式为C8H8,结构是立方体,结构简式为)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子,而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体,该晶体的晶胞结构如图乙所示,立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)碳的另一种同素异形体——石墨,其晶体结构如图丙所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为　　　　　个。已知石墨的密度为ρ g·cm-3,C—C键键长为r cm,阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为　　　　　 cm。 ‎ ‎(6)碳的第三种同素异形体——金刚石,其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图　　　　　　(从A~D图中选填)。 ‎ 课时规范练33　晶体结构与性质 ‎1.答案 (1)A　(2)N　球形　K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱 ‎(3)V形　sp3‎ ‎(4)0.315　12‎ ‎(5)体心　棱心 解析 (1)紫色光波长范围是400~430 nm,故选A。‎ ‎(2)K原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s1,故核外电子占据的最高能层是第4层,符号是N,占据该能层电子的能级为4s,电子云轮廓图为球形。K的价层电子排布为4s1,Cr的价层电子排布为3d54s1,K的价层电子数较少;K的原子半径较Cr的大,故K的金属键较Cr的弱,熔、沸点较Cr的低。‎ ‎(3)I‎3‎‎+‎的价层电子对数为4,孤电子对数为2,故中心原子为sp3杂化,I‎3‎‎+‎的几何构型为V形。‎ ‎(4)K与O间的最短距离为‎2‎‎2‎a nm=‎2‎‎×0.446 nm‎2‎=0.315 nm。与K紧邻的O在以K为顶点的正方形的面心,一个晶胞中距离顶点K最近的有3个O,顶点处的K被8个晶胞共有,面心O被2个晶胞共有,所以与K紧邻的O个数为3×8×‎1‎‎2‎=12。‎ ‎(5)若I处于各顶角位置,则晶胞结构图为,故K在体心,O在棱心。‎ ‎2.答案 (1)1s22s22p63s23p63d74s2或[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相对分子质量较大,范德华力较大 ‎(4)离子键和π键(Π‎4‎‎6‎键)‎ ‎(5)0.148　0.076‎ 解析 (1)Co是27号元素,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。一般元素的非金属性越强,第一电离能越大,金属性越强,第一电离能越小,故第一电离能O>Mn。氧原子价电子排布式为2s22p4,其核外未成对电子数是2,锰原子价电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,故基态原子核外未成对电子数较多的是Mn。‎ ‎(2)CO2和CH3OH中的中心原子碳原子的价层电子对数分别是2和4,故碳原子的杂化方式分别为sp和sp3。‎ ‎(3)四种物质固态时均为分子晶体,H2O、CH3OH都可以形成分子间氢键,一个水分子中两个H都可以参与形成氢键,而一个甲醇分子中只有羟基上的H可用于形成氢键,所以水的沸点高于甲醇。CO2‎ 的相对分子质量大于H2的,所以CO2分子间范德华力大于H2分子间的,则沸点CO2高于H2,故沸点H2O>CH3OH>CO2>H2。‎ ‎(4)硝酸锰是离子化合物,一定存在离子键。NO‎3‎‎-‎中氮原子与3个氧原子形成3个σ键,氮原子剩余的2个价电子、3个氧原子各自的1个价电子及得到的1个电子形成4原子6电子的大π键。‎ ‎(5)O2-是面心立方堆积方式,面对角线长度是O2-半径的4倍,即4r(O2-)=‎2‎a,解得r(O2-)=‎2‎‎4‎×0.420 nm ≈0.148 nm。MnO也属于NaCl型结构,根据NaCl晶胞的结构,可知2r(O2-)+2r(Mn2+)=a'=0.448 nm,则r(Mn2+)=a'-2r(O‎2-‎)‎‎2‎‎=‎‎0.448-2×0.148‎‎2‎ nm=0.076 nm。‎ ‎3.答案 (1)Li+核电荷数较大 ‎(2)正四面体形　sp3　AB ‎(3)520　498　2 908‎ ‎(4)‎‎8×7+4×16‎NA‎×(0.466 5×1‎‎0‎‎-7‎‎)‎‎3‎ 解析 (1)Li+核电荷数较大,对核外电子的吸引力大,导致其半径小于H- 。‎ ‎(2)根据价电子对互斥理论,LiAlH4中阴离子的空间构型是正四面体形,中心原子采用sp3杂化,LiAlH4中存在离子键和σ键。‎ ‎(3)根据循环图中数据可知,Li原子的第一电离能是520 kJ·mol-1,OO键的键能是249×2 kJ·mol-1=498 kJ·mol-1,Li2O的晶格能是2 908 kJ·mol-1。‎ ‎(4)根据分割法,一个晶胞中含有Li:8个,含有O:8×‎1‎‎8‎+6×‎1‎‎2‎=4个,1 mol晶胞中含有4 mol Li2O,则Li2O的密度为(a为晶胞参数):‎4MNA‎×‎a‎3‎‎=‎‎8×7+4×16‎NA‎×(0.466 5×1‎‎0‎‎-7‎‎)‎‎3‎ g·cm-3。‎ ‎4.答案 (1)饱和　原子晶体或共价晶体　29‎ ‎(2)sp3　[Cu(H2O)2(NH3)2]2+　②‎ ‎(3)2NA　CO或N2　‎C‎2‎‎2-‎ ‎(4)硫酸铜的晶格能比硝酸铜的晶格能大 ‎(5)6　‎‎103×1‎‎0‎‎30‎‎4NA(a+b‎)‎‎3‎或‎206×1‎‎0‎‎30‎‎8NA(a+b‎)‎‎3‎ 解析 (1)H元素的单质为H2,不能形成H3或H4,这体现了共价键的饱和性;原子晶体熔点高,C元素单质的一种空间网状结构的晶体熔点>3 550 ℃,该单质的晶体类型属于原子晶体;原子核外有几个电子就有几种运动状态,基态铜原子核外有29个电子,所以有29种不同运动状态的电子。(2)H与N形成的最简单分子是NH3,N原子的价电子对数是‎5+3‎‎2‎=4,所以N原子杂化方式是sp3,NH3与Cu2+、H2O以2∶1∶2的配比结合形成的配离子是[Cu(H2O)2(NH3)2]2+,[Cu(H2O)2(NH3)2]2+中NH3分子、H2O分子中心原子的价层电子对数都是4,故①相同;NH3分子中心原子的孤电子对的对数是1,H2O分子中心原子的孤电子对的对数是2,故②不同;NH3分子、H2O分子的中心原子的化学键都是共价键,故③相同;④VSEPR模型都有4个电子对,故④相同。(3)CN-中含有碳氮叁键,1 mol BC-中含有的π 键数目为2NA;等电子体是原子数、价电子数相同的分子或离子,与CN-互为等电子体的分子和离子有CO、C‎2‎‎2-‎等。(4)离子晶体的熔点与晶格能有关,晶格能越大熔点越高,硫酸铜的晶格能比硝酸铜的晶格能大,硫酸铜晶体的熔点比硝酸铜晶体的熔点高。(5)根据晶胞图,离N3-最近的Cu+有6个,所以N3-的配位数为6;根据均摊原则,每个晶胞含有Cu+数12×‎1‎‎4‎=3,每个晶胞含有N3-数8×‎1‎‎8‎=1,所以晶胞的摩尔质量是206 g·mol-1,晶胞的体积是(2a+2b)3×10-30 cm3,则晶体的密度为‎206×1‎‎0‎‎30‎‎8NA(a+b‎)‎‎3‎ g·cm-3。‎ ‎5.答案 (1)6　‎ ‎(2)平面三角形　sp2‎ ‎(3)因为碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合CO‎3‎‎2-‎中的氧离子、使CO‎3‎‎2-‎分解为CO2的过程,所以当阳离子所带电荷相同时,阳离子半径越小,其结合氧离子能力就越强,对应的碳酸盐就越容易分解 ‎(4)C8H8·C60(或C60·C8H8)‎ ‎(5)4　‎‎16‎‎3‎‎3ρNAr‎2‎ ‎(6)D 解析 (1)原子核外的电子运动状态各不相同,有几个电子就有几种运动状态,故基态碳原子核外有6种空间运动状态的电子,碳原子外围电子轨道表示式为。‎ ‎(2)光气COCl2的中心碳原子的价层电子对数为3,分别与两个Cl和一个O形成三个σ键,没有孤电子对,则其分子立体构型为平面三角形,碳原子为sp2杂化。‎ ‎(4)根据复合型分子晶体的晶胞结构可知,一个晶胞中含有C60的分子个数为8×‎1‎‎8‎+6×‎1‎‎2‎=4,含有C8H8的分子个数为4,则该复合型分子晶体的组成可以表示为C8H8·C60或C60·C8H8。‎ ‎(5)石墨的晶胞结构如图,设晶胞的底边长为a cm,高为h cm,层间距为d cm,则h=2d,从图中可以看出石墨晶胞含有4个碳原子,则:‎ a‎2‎‎=r×sin 60°⇒a=‎3‎r ρ g·cm-3=‎4‎NAmol‎-1‎‎×M(C)‎‎(acm‎)‎‎2‎×sin 60°×hcm=‎4‎NAmol‎-1‎‎×12 g·mol‎-1‎‎(‎3‎r‎)‎‎2‎×‎3‎‎2‎×2dcm‎3‎⇒d=‎16‎‎3‎‎3ρNAr‎2‎ cm。‎ ‎(6)由金刚石的晶胞结构可知金刚石的晶胞相当于一个大的体心立方堆积中套一个小的体心立方堆积,故根据金属钠的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图,可知金刚石的晶胞沿其体对角线垂直在纸面上的投影图为D图示。‎