2021届高考化学一轮复习晶体结构与性质作业

2021届高考化学一轮复习晶体结构与性质作业

考点规范练37　晶体结构与性质 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ ‎　考点规范练第74页　 ‎ 非选择题(共5小题,共100分)‎ ‎1.(2019广西桂林、贺州、崇左高三联合调研)(20分)CaF2、CaC2都是工业生产的重要物质。回答下列问题:‎ ‎(1)基态钙原子的电子排布式为　　　　　　　　　　,钙原子核外有　　　　种能量状态的电子。 ‎ ‎(2)CaC2与水反应生成乙炔(C2H2),乙炔中碳原子的杂化类型为　　　　,乙炔中的σ键与π键数之比为　　　　。 ‎ ‎(3)CaF2与浓硫酸反应生成HF,HF的沸点高于C2H2的沸点,原因是　　　　　　　　　　;HF能与BF3化合得到HBF4,从化学键形成的角度分析HF与BF3能化合的原因:　 。 ‎ ‎(4)NO2F分子与BF3互为等电子体,则NO2F分子的立体构型为　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)CaF2的晶胞为立方晶胞,结构如下图所示:‎ ‎①CaF2晶胞中,Ca2+的配位数为　　　　个。 ‎ ‎②原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置,已知A、B两点的原子坐标参数如图所示,则C点的原子坐标参数为(　　　　,　　　　,‎1‎‎4‎)。 ‎ ‎③晶胞中两个F-的最近距离为273.1 pm,用NA表示阿伏加德罗常数,则晶胞的密度为　　　　　　　　　　 g·cm-3(列出计算式即可)。 ‎ 答案:(1)1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2　6‎ ‎(2)sp　3∶2‎ ‎(3)HF分子之间存在氢键　BF3中硼原子有空轨道,HF中氟原子有孤电子对,两者之间可形成配位键 ‎(4)平面三角形 ‎(5)①8　②‎3‎‎4‎‎　‎‎3‎‎4‎　③‎‎4×78‎NA‎×(546.2×1‎‎0‎‎-10‎‎)‎‎3‎ 解析:(1)Ca是20号元素,根据构造原理可知,基态钙原子的电子排布式是1s22s22p63s33p64s2,可简写为[Ar]4s2,根据核外电子排布式可知,Ca原子核外有6种不同能量的电子。‎ ‎(2)乙炔中碳原子间形成碳碳三键,碳原子的杂化类型为sp杂化;根据共价单键是σ键,共价三键中有1个σ键、2个π键,乙炔的结构式是H—C≡C—H可知,在乙炔分子中含有3个σ键、2个π键,所以σ键与π键数之比为3∶2。‎ ‎(3)HF、C2H2都是由分子构成的分子晶体,分子晶体的熔点、沸点受分子之间作用力的影响,由于在HF分子之间除了存在范德华力外,还存在氢键,增加了分子之间的吸引力,使物质汽化需要消耗的能量比一般的普通分子消耗的能量高,故HF的沸点比乙炔的高;在BF3分子中的B原子上有空轨道,而HF分子中的F原子上有孤电子对,当BF3与HF反应时,HF分子中F原子的孤电子对填充在BF3分子中B原子的空轨道中,两者形成配位键,从而结合形成HBF4。‎ ‎(4)BF3分子中B原子的价层电子对数为3+‎3-3×1‎‎2‎=3,没有孤电子对,所以分子的立体构型是平面三角形,而NO2F与BF3是等电子体,两者结构相似,所以NO2F分子的立体构型也是平面三角形。‎ ‎(5)①以面心Ca2+为研究对象,与该Ca2+距离相等且最近的F-共有8个,因此Ca2+的配位数是8。‎ ‎②晶胞内部的8个F-形成小立方体结构,该小立方体的棱长等于晶胞棱长的‎1‎‎2‎,故可知C点的x轴坐标参数是‎3‎‎4‎,y轴坐标参数是‎3‎‎4‎,z轴坐标参数是‎1‎‎4‎。‎ ‎③根据晶胞结构可知,在一个晶胞中含有Ca2+的个数为‎1‎‎8‎×8+‎1‎‎2‎×6=4,含有F-的个数为1×8=8,根据C点的坐标可知,晶胞中F-之间的距离为晶胞边长的一半,所以晶胞参数L=2×273.1 pm=546.2 pm,则该晶胞的密度为ρ=mV‎=‎4×78 gNA‎×(546.2×1‎0‎‎-10‎cm‎)‎‎3‎=‎‎4×78‎NA‎×(546.2×1‎‎0‎‎-10‎‎)‎‎3‎ g·cm-3。‎ ‎2.(2019吉林省实验中学高三月考)(20分)A、B、C、D、E、F为前四周期元素且原子序数依次增大,其中基态A原子的电子分布在3个能级,且每个能级所含的电子数相同;C的原子核外最外层有6个运动状态不同的电子;D是短周期元素中电负性最小的元素;E的最高价氧化物的水化物酸性最强;基态F原子核外最外层只有一个电子,其余能层均充满电子。G元素与D元素同主族,且相差3个周期。‎ ‎(1)元素A、B、C的第一电离能由小到大的顺序是　　　　　　　　　(用元素符号表示)。 ‎ ‎(2)E的最高价含氧酸中E原子的杂化方式为　　　　。基态E原子中,核外电子占据最高能级的电子云轮廓形状为　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)F原子的价层电子排布式为　　　　　　　　,F单质晶体中原子的堆积方式是下图中的　　　　(填“甲”“乙”或“丙”),该晶体的空间利用率为　　　　(保留两位有效数字)。 ‎ ‎(4)已知元素A、B形成的(AB)2分子中所有原子都满足8电子稳定结构,则其分子中σ键与π键数目之比为　　　　。 ‎ ‎(5)通常情况下,D单质的熔点、沸点比G单质的高,原因是 　 。 ‎ ‎(6)已知DE晶体的晶胞如下图所示:‎ 若将DE晶胞中的所有E离子去掉,并将D离子全部换为A原子,再在其中的4个“小立方体”中心各放置一个A原子,且这4个“小立方体”不相邻。位于“小立方体”中的A原子与最近的4个A原子以单键相连,由此表示A的一种晶体的晶胞(已知A—A键的键长为a cm,NA表示阿伏加德罗常数),则该晶胞中含有　　　　个A原子,该晶体的密度是　　　　 g·cm-3(列式表示)。 ‎ 答案:(1)C”“<”或“=”)NiO,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。 ‎ 甲 乙 ‎(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,0),则C的坐标参数为　　　　　。 ‎ ‎(6)一定温度下,NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”,可以认为O2-做密置单层排列,Ni2+填充其中(如图乙),已知O2-的半径为a m,每平方米面积上分散的该晶体的质量为　　 　　　　g(用a、NA表示)。 ‎ 答案:(1)9　Cl>P>S　(2)sp3　三角锥形 ‎(3)[H‎·‎‎·‎H]+‎[‎‎·‎‎·‎Cl‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎]-　1∶1‎ ‎(4)>　Mg2+半径比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大 ‎(5)‎‎1,‎1‎‎2‎,‎‎1‎‎2‎ ‎(6)‎‎25‎‎3‎‎2‎a‎2‎NA或‎75‎‎2‎‎3‎a‎2‎NA 解析:(1)基态氯原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,其核外电子占有的原子轨道数为9。同周期元素随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,由于P元素原子的3p能级为半充满的稳定状态,能量较低,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:Cl>P>S。‎ ‎(2)PCl3中P原子杂化轨道数为‎1‎‎2‎×(5+3)=4,采取sp3杂化方式,有1对孤电子对,所以该分子立体构型为三角锥形。‎ ‎(3)PH4Cl的电子式为[H‎·‎‎·‎H]+‎[‎‎·‎‎·‎Cl‎··‎‎··‎‎·‎‎·‎]-;Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4,该分子中Ni与C形成配位键(即σ键),CO中含有1个σ键和2个π键,则σ键个数为1×4+4=8,π键个数为2×4=8,所以个数之比为1∶1。‎ ‎(4)Mg2+的半径比Ni2+小,所带电荷数相同,所以氧化镁的晶格能大于氧化镍,则熔点:MgO>NiO。‎ ‎(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,0),因C的x轴坐标与B的x轴坐标相同,y、z轴坐标都在棱的中点上,所以C的坐标参数为‎1,‎1‎‎2‎,‎‎1‎‎2‎。‎ ‎(6)根据题图可知,每个氧化镍“分子”所占的面积为(2×a m)×(2×a m×sin 60°)=2‎3‎a2 m2,则每平方米面积上含有的氧化镍“分子”个数为‎1‎‎2‎‎3‎a‎2‎,每个氧化镍“分子”的质量为‎75‎NA g,所以每平方米面积上含有的氧化镍的质量为‎75‎NA g×‎1‎‎2‎‎3‎a‎2‎‎=‎‎25‎‎3‎‎2‎a‎2‎NA g。‎ ‎4.(2019全国Ⅰ)(20分)在普通铝中加入少量Cu和Mg后,形成一种被称为拉维斯相的MgCu2微小晶粒,其分散在Al中可使得铝材的硬度增加、延展性减小,形成所谓“坚铝”,是制造飞机的主要材料。回答下列问题:‎ ‎(1)下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是　　　　　(填标号)。 ‎ A. B.‎ C. D.‎ ‎(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是　　　　、　　　。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是　　　　　(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 ‎ ‎(3)一些氧化物的熔点如下表所示:‎ 氧化物 Li2O MgO P4O6‎ SO2‎ 熔点/℃‎ ‎1 570‎ ‎2 800‎ ‎23.8‎ ‎-75.5‎ 解释表中氧化物之间熔点差异的原因 　 。 ‎ ‎(4)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=　　　　　pm,Mg原子之间最短距离y=　　　　　pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是　　　　　g·cm-3(列出计算表达式)。 ‎ ‎(a)‎ ‎(b)‎ 答案:(1)A ‎(2)sp3　sp3　乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键　Cu2+‎ ‎(3)Li2O、MgO为离子晶体,P4O6、SO2为分子晶体。晶格能MgO>Li2O。分子间作用力(相对分子质量)P4O6>SO2‎ ‎(4)‎2‎‎4‎a　‎3‎‎4‎a　‎‎8×24+16×64‎NAa‎3‎‎×1‎‎0‎‎-30‎ 解析:(1)A、B、C、D四个选项分别表示的是基态的Mg+、基态的镁原子、激发态的镁原子和激发态的Mg+,因第二电离能要大于第一电离能,且处于基态的电子比处于激发态的电子稳定,因此电离需要的能量大,即电离最外层一个电子所需能量,最大的是属于基态的Mg+,所以A项正确。‎ ‎(2)N和C的价层电子对数均为4,因此N、C的杂化类型均为sp3。乙二胺中氮原子有孤电子对,Mg2+、Cu2+有空轨道,易形成配位键;因此乙二胺能与Mg2+、Cu2+形成稳定环状离子。由于离子半径r(Cu2+)>r(Mg2+),且Cu2+含有的空轨道数比Mg2+多,所以Cu2+与乙二胺形成化合物的稳定性高于Mg2+与乙二胺形成化合物的稳定性。‎ ‎(3)离子晶体的熔点通常高于分子晶体的熔点;Li2O和MgO为离子晶体,晶格能MgO>Li2O;P4O6、SO2为分子晶体,分子间作用力P4O6>SO2,所以熔点由高到低的顺序为MgO、Li2O、P4O6、SO2。‎ ‎(4)由图(b)可知,Cu原子之间的最短距离x为晶胞面对角线的‎1‎‎4‎,面对角线长为‎2‎a pm,即x=‎2‎‎4‎a pm;Mg原子之间的最短距离y为晶胞体对角线的‎1‎‎4‎,体对角线长为‎3‎a pm,即y=‎3‎‎4‎a pm。‎ 由图(a)可知,一个晶胞中Mg原子个数=8×‎1‎‎8‎+6×‎1‎‎2‎+4=8,则Cu原子个数为16,因此晶胞的质量=‎8×24+16×64‎NA g,晶胞的体积V=a3×10-30cm3,所以密度ρ=‎8×24+16×64‎NA‎×‎a‎3‎‎×10‎‎-30‎ 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,其价层电子排布图为　　　　　　。 ‎ ‎(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——石墨,其晶体结构如图甲所示,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,设阿伏加德罗常数的值为NA,计算石墨晶体的层间距为　　　 cm。 ‎ ‎(5)碳的另一种同素异形体——金刚石,其晶胞如图乙所示。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)。 ‎ 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)4　‎‎16‎‎3‎‎3ρNAr‎2‎ ‎(5)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,碳原子价层电子排布图为。‎ ‎(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)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。‎ ‎(5)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。‎