考點(diǎn)規(guī)范練37晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)非選擇題(共5小題,共100分)1.(20分)磁性材料氮化鐵鎳合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨氣、氮?dú)?、氫氧化鈉、鹽酸等物質(zhì)在一定條件下反應(yīng)制得。(1)Fe3+的電子排布式是。(2)NO3-和NH3中氮原子的雜化方式為。(3)NH3的沸點(diǎn)高于PH3,其主要原因是。(4)與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子的立體構(gòu)型是。(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,剛開始時(shí)生成綠色Ni(OH)2沉淀,當(dāng)氨水過量時(shí),沉淀會(huì)溶解,生成Ni(NH3)62+藍(lán)色溶液,則1 mol Ni(NH3)62+含有的鍵為 mol。圖1圖2(6)圖1是丁二酮肟與鎳形成的配合物,則分子內(nèi)含有的作用力有(填序號(hào))。A.氫鍵B.離子鍵C.共價(jià)鍵D.金屬鍵E.配位鍵組成該配合物分子且同屬第二周期元素的電負(fù)性由大到小的順序是。(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數(shù)為,如果Fe的原子半徑為a cm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則計(jì)算此單質(zhì)的密度表達(dá)式為 gcm-3(不必化簡(jiǎn))。2.(20分)氮及其化合物與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切?；卮鹣铝袉栴}:(1)基態(tài)15N中有個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不相同的電子,砷元素在元素周期表中位于第四周期且和氮元素同主族,基態(tài)砷原子的電子排布式為。(2)元素C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)?用元素符號(hào)表示),NF3分子的空間構(gòu)型為。(3)氨基乙酸(H2NCH2COOH)分子中,碳原子的雜化軌道類型有;1 mol H2NCH2COOH中含有鍵的數(shù)目為,二氧化碳為氨基乙酸分解的產(chǎn)物之一,寫出二氧化碳的一種等電子體(填化學(xué)式)。(4)三氟化硼與氨氣相遇,立即生成白色固體,寫出該白色固體的結(jié)構(gòu)式:(標(biāo)注出其中的配位鍵);利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,圖1為該晶體的晶胞結(jié)構(gòu),該功能陶瓷晶體的化學(xué)式為。(5)鐵與氨氣在640 時(shí)可發(fā)生置換反應(yīng),其中一種產(chǎn)物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。已知該晶胞的邊長(zhǎng)為a nm,則該晶體的密度為gcm-3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值)。3.(2018湖北六校聯(lián)合體聯(lián)考)(20分)由P、S、Cl、Ni等元素組成的新型材料有著廣泛的用途?；卮鹣铝袉栴}:(1)基態(tài)氯原子核外電子占有的原子軌道數(shù)目為,P、S、Cl的第一電離能由大到小的排列順序?yàn)椤?2)PCl3分子中的中心原子雜化軌道類型是,該分子的空間構(gòu)型為。(3)PH4Cl的電子式為,Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中鍵與鍵個(gè)數(shù)比為。(4)已知MgO與NiO的晶體結(jié)構(gòu)(如圖甲)相同,其中Mg2+和Ni2+的離子半徑分別為66 pm和69 pm,則熔點(diǎn):MgO(填“>”“<”或“=”)NiO,理由是。甲乙(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),則C的坐標(biāo)參數(shù)為。(6)一定溫度下,NiO晶體可以自發(fā)地分散并形成“單分子層”,可以認(rèn)為O2-做密置單層排列,Ni2+填充其中(如圖乙),已知O2-的半徑為a m,每平方米面積上分散的該晶體的質(zhì)量為g(用a、NA表示)。4.(20分)太陽(yáng)能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其材料有單晶硅,還有銅、鍺、鎵、硒等化合物。(1)亞銅離子(Cu+)基態(tài)時(shí)核外電子排布式為;其電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目為個(gè)。(2)圖甲表示碳、硅和磷元素的四級(jí)電離能變化趨勢(shì),其中表示磷的曲線是(填標(biāo)號(hào))。碳、硅和磷元素的四級(jí)電離能變化趨勢(shì)甲二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)乙丙(3)單晶硅可由二氧化硅制得,二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)如圖乙所示,在二氧化硅晶體中,Si、O原子所連接的最小環(huán)為十二元環(huán),則每個(gè)硅原子連接個(gè)十二元環(huán)。(4)氮化鎵(GaN)的晶體結(jié)構(gòu)如圖丙所示,常壓下,該晶體熔點(diǎn)為1 700 ,故其晶體類型為;判斷該晶體結(jié)構(gòu)中存在配位鍵的依據(jù)是。(5)與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性,因而硼酸(H3BO3)在水溶液中能與水反應(yīng)生成B(OH)4-。B(OH)4-中硼原子的雜化軌道類型為;不考慮空間構(gòu)型,B(OH)4-中原子的成鍵方式用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示為。(6)某光電材料由鍺的氧化物與銅的氧化物按一定比例熔合而成,其中鍺的氧化物晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,該物質(zhì)的化學(xué)式為。已知該晶體密度為7.4 gcm-3,晶胞邊長(zhǎng)為4.310-10 m,則鍺的相對(duì)原子質(zhì)量為(保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。5.(20分)碳是地球上組成生命的最基本元素之一,可以sp3、sp2和sp雜化軌道成共價(jià)鍵,具有很強(qiáng)的結(jié)合能力,與其他元素結(jié)合成不計(jì)其數(shù)的無(wú)機(jī)物和有機(jī)化合物,構(gòu)成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請(qǐng)回答下列問題:(1)基態(tài)碳原子核外有種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,其價(jià)電子排布圖為。(2)光氣的分子式為COCl2,又稱碳酰氯,是一種重要的含碳化合物,判斷其分子立體構(gòu)型為,其碳原子雜化軌道類型為雜化。(3)碳酸鹽在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解,實(shí)驗(yàn)證明碳酸鹽的陽(yáng)離子不同、分解溫度不同,如表所示:碳酸鹽MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3熱分解溫度/40290011721360陽(yáng)離子半徑/pm6699112135試解釋為什么隨著陽(yáng)離子半徑的增大,碳酸鹽的分解溫度逐步升高?。(4)碳的一種同素異形體C60(結(jié)構(gòu)如圖甲),又名足球烯,是一種高度對(duì)稱的球碳分子。立方烷(分子式為C8H8,結(jié)構(gòu)是立方體,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為)是比C60約早20年合成出的一種對(duì)稱型烴類分子,而現(xiàn)如今已合成出一種立方烷與C60的復(fù)合型分子晶體,該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖乙所示,立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中。則該復(fù)合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為。(5)碳的另一種同素異形體石墨,其晶體結(jié)構(gòu)如圖丙所示,虛線勾勒出的是其晶胞。則石墨晶胞含碳原子個(gè)數(shù)為個(gè)。已知石墨的密度為 gcm-3,CC 鍵鍵長(zhǎng)為r cm,設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,計(jì)算石墨晶體的層間距為 cm。(6)碳的第三種同素異形體金剛石,其晶胞如圖丁所示。已知金屬鈉的晶胞(體心立方堆積)沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖如圖A所示,則金剛石晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙平面上的投影圖應(yīng)該是圖(從AD圖中選填)?？键c(diǎn)規(guī)范練37晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.答案(1)1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5(2)sp2、sp3(3)NH3分子間可以形成氫鍵(4)V形(5)24(6)ACEO>N>C(7)8562NA4a33解析(1)Fe為26號(hào)元素,則Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或Ar3d5。(2)NO3-為平面三角形,氮原子為sp2雜化;NH3為三角錐形,氮原子為sp3雜化。(4)N3-電子數(shù)為10,與N3-具有相同電子數(shù)的三原子分子為H2O,分子的立體構(gòu)型為V形。(5)在Ni(NH3)62+中,每個(gè)氮原子與3個(gè)氫原子形成鍵,同時(shí)還與鎳原子形成配位鍵,也是鍵,因此1molNi(NH3)62+含有的鍵為4mol6=24mol。(6)根據(jù)題圖可知碳碳間、碳氮間為共價(jià)鍵,氮鎳間為配位鍵,氧氫間為氫鍵;同一周期中,電負(fù)性隨著原子序數(shù)的增大而增大,該物質(zhì)中含有的第二周期元素有O、N、C,其電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺>N>C。(7)鐵元素對(duì)應(yīng)的單質(zhì)在形成晶體時(shí),采用如圖2所示的堆積方式,則這種堆積模型為體心立方堆積,即在立方體的中心有一個(gè)鐵原子,與這個(gè)鐵原子距離最近的原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn),所以鐵的配位數(shù)為8,每個(gè)立方體中含有的鐵原子數(shù)為818+1=2,如果Fe的原子半徑為acm,則立方體的邊長(zhǎng)為4a3cm,對(duì)應(yīng)的體積為4a3cm3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,所以鐵單質(zhì)的密度表達(dá)式為562NA4a33gcm-3。2.答案(1)71s22s22p63s23p63d104s24p3(2)N>O>C三角錐形(3)sp3、sp29NAN2O或N3-等(4)BN(5)8Fe+2NH32Fe4N+3H22.381023a3NA解析(1)基態(tài)15N的核外有7個(gè)電子,所以有7個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子,砷元素位于第四周期且和氮元素同主族,為33號(hào)元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3。(2)同周期元素從左向右,第一電離能呈增大趨勢(shì),但第A族和第A族元素由于存在全滿或半滿狀態(tài),是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),第一電離能高于同周期相鄰元素,所以C、N、O的第一電離能由大到小排列的順序?yàn)镹>O>C,NF3分子中氮原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+5-32=4,有1對(duì)孤電子對(duì),所以分子的空間構(gòu)型為三角錐形。(3)氨基乙酸(H2NCH2COOH)中,CH2中的碳原子周圍有四個(gè)鍵,雜化類型為sp3雜化,羧基中的碳原子周圍有三個(gè)鍵,沒有孤電子對(duì),雜化類型為sp2雜化,1molH2NCH2COOH中含有9mol鍵,所以鍵的數(shù)目9NA,一個(gè)二氧化碳分子中有三個(gè)原子,價(jià)電子數(shù)為16,與之互為等電子體的為N2O、N3-等。(4)三氯化硼和三氟化硼常溫下都是氣體,所以它們固態(tài)時(shí)的晶體類型為分子晶體,硼元素具有缺電子性,其化合物可與具有孤電子對(duì)的分子或離子形成配合物,BF3能與NH3反應(yīng)生成BF3NH3,B與N之間形成配位鍵,氮原子含有孤電子對(duì),所以氮原子提供孤電子對(duì),BF3NH3結(jié)構(gòu)式為。根據(jù)圖1,利用均攤法可知,晶胞中含有硼原子數(shù)為4,晶胞中含有氮原子數(shù)為818+612=4,所以化學(xué)式為BN。(5)該晶胞中鐵原子個(gè)數(shù)=818+612=4,氮原子個(gè)數(shù)是1,所以氮化鐵的化學(xué)式是Fe4N,鐵與氨氣在640可發(fā)生置換反應(yīng)生成氫氣和氮化鐵,所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Fe+2NH32Fe4N+3H2,該晶胞的邊長(zhǎng)為anm,則晶胞的體積為(a10-7)3cm3,所以密度為238NA(a10-7)3gcm-3=2.381023a3NAgcm-3。3.答案(1)9Cl>P>S(2)sp3三角錐形(3)HH+Cl-11(4)>Mg2+半徑比Ni2+小,MgO的晶格能比NiO大(5)1,12,12(6)2532a2NA或7523a2NA解析(1)基態(tài)氯原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,其核外電子占有的原子軌道數(shù)為9。同周期元素隨原子序數(shù)增大,元素第一電離能呈增大趨勢(shì),由于P元素原子的3p能級(jí)為半充滿的穩(wěn)定狀態(tài),能量較低,第一電離能高于同周期相鄰元素,故第一電離能:Cl>P>S。(2)PCl3中P原子雜化軌道數(shù)為12(5+3)=4,采取sp3雜化方式,有1對(duì)孤電子對(duì),所以該分子構(gòu)型為三角錐形。(3)PH4Cl的電子式為HH+Cl-;Ni與CO能形成配合物Ni(CO)4,該分子中Ni與C形成配位鍵(即鍵),CO中含有1個(gè)鍵和2個(gè)鍵,則鍵個(gè)數(shù)為14+4=8,鍵個(gè)數(shù)為24=8,所以個(gè)數(shù)之比為11。(4)Mg2+的半徑比Ni2+小,所帶電荷數(shù)相同,所以氧化鎂的晶格能大于氧化鎳,則熔點(diǎn):MgO>NiO。(5)若NiO晶胞中離子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0),B為(1,1,0),因C的x軸坐標(biāo)與B的x軸坐標(biāo)相同,y、z軸坐標(biāo)都在棱的中點(diǎn)上,所以C的坐標(biāo)參數(shù)為1,12,12。(6)根據(jù)題圖可知,每個(gè)氧化鎳“分子”所占的面積為(2a m)(2a msin 60)=23a2 m2,則每平方米面積上含有的氧化鎳“分子”個(gè)數(shù)為123a2,每個(gè)氧化鎳“分子”的質(zhì)量為75NA g,所以每平方米面積上含有的氧化鎳的質(zhì)量為75NA g123a2=2532a2NA g。4.答案(1)1s22s22p63s23p63d1014(2)b(3)12(4)原子晶體GaN晶體中,每1個(gè)鎵原子與4個(gè)氮原子結(jié)合,而鎵原子只有3個(gè)價(jià)電子,故需提供1個(gè)空軌道形成配位鍵(5)sp3或(6)GeO72.5解析(1)基態(tài)銅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,失去4s軌道上的1個(gè)電子變成基態(tài)Cu+,則基態(tài)Cu+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或Ar3d10,電子占據(jù)1個(gè)1s軌道、1個(gè)2s軌道、3個(gè)2p軌道、1個(gè)3s軌道、3個(gè)3p軌道和5個(gè)3d軌道,故電子占據(jù)軌道數(shù)目為1+1+3+1+3+5=14。(2)碳、硅和磷三種元素中,硅元素的第一電離能最小,則曲線c代表硅;碳、磷原子的價(jià)電子排布式分別為2s22p2、3s23p3,顯然碳原子失去2p軌道的2個(gè)電子較易,失去2s軌道的2個(gè)電子較難,故碳元素的第一、二級(jí)電離能明顯小于第三、四級(jí)電離能;磷原子失去3p軌道的3個(gè)電子相對(duì)較易,失去3s軌道的2個(gè)電子較難,故磷元素的第四級(jí)電離能明顯大于第一、二、三級(jí)電離能,圖中曲線a代表碳,曲線b代表磷。(3)二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似,硅原子周圍有4個(gè)共價(jià)鍵與其相連,其中任意兩個(gè)共價(jià)鍵向外都可以連有2個(gè)最小的環(huán),故每個(gè)硅原子連接的十二元環(huán)的數(shù)目為3212=12個(gè)。(4)氮化鎵(GaN)的熔點(diǎn)為1700,晶體結(jié)構(gòu)與金剛石類似,故氮化鎵屬于原子晶體。由氮化鎵晶體結(jié)構(gòu)可知,每個(gè)鎵原子與4個(gè)氮原子相結(jié)合,而鎵原子最外層有3個(gè)價(jià)電子,故需要提供1個(gè)空軌道形成配位鍵。(5)B(OH)4-離子中硼原子形成4個(gè)BO鍵且不含未成鍵的孤電子對(duì),則硼原子采取sp3雜化。硼原子最外層有3個(gè)電子,可與3個(gè)氧原子形成BO鍵,另外1個(gè)BO鍵為配位鍵,其中硼原子提供空軌道,氧原子提供成鍵電子對(duì),故B(OH)4-的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為(或)。(6)由鍺的氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知,氧原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心,4個(gè)鍺原子位于晶胞內(nèi)部,則每個(gè)晶胞中含有4個(gè)鍺原子,含有氧原子數(shù)目為188+126=4個(gè),Ge和O原子個(gè)數(shù)之比為44=11,故該鍺的氧化物的化學(xué)式為GeO。晶胞的邊長(zhǎng)為4.310-10m=4.310-8cm,則晶胞的體積為V=(4.310-8cm)37.9510-23cm3,晶體的密度為=7.4gcm-3,設(shè)Ge的摩爾質(zhì)量為M,則有=4(M+16gmol-1)NAV,M=VNA4-16gmol-1=7.4gcm-37.9510-23cm36.021023mol-14-16gmol-172.5gmol-1,故其相對(duì)原子質(zhì)量為72.5。5.答案(1)6(2)平面三角形sp2(3)因?yàn)樘妓猁}的分解過程實(shí)際上是晶體中陽(yáng)離子結(jié)合CO32-中的氧離子、使CO32-分解為CO2的過程,所以當(dāng)陽(yáng)離子所帶電荷相同時(shí),陽(yáng)離子半徑越小,其結(jié)合氧離子能力就越強(qiáng),對(duì)應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解(4)C8H8C60(或C60C8H8)(5)41633NAr2(6)D解析(1)原子核外的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)各不相同,有幾個(gè)電子就有幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài),故基態(tài)碳原子核外有6種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子,碳原子價(jià)電子排布圖為。(2)光氣COCl2的中心碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3,分別與兩個(gè)Cl和一個(gè)O形成三個(gè)鍵,沒有孤電子對(duì),則其分子立體構(gòu)型為平面三角形,碳原子為sp2雜化。(4)根據(jù)復(fù)合型分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知,一個(gè)晶胞中含有C60的分子個(gè)數(shù)為818+612=4,含有C8H8的分子個(gè)數(shù)為4,則該復(fù)合型分子晶體的組成可以表示為C8H8C60或C60C8H8。(5)石墨的晶胞結(jié)構(gòu)如圖,設(shè)晶胞的底邊長(zhǎng)為acm,高為hcm,層間距為dcm,則h=2d,從圖中可以看出石墨晶胞含有4個(gè)碳原子,則:a2=rsin60a=3rgcm-3=4NAmol-1M(C)(acm)2sin60hcm=4NAmol-112gmol-1(3r)2322dcm3d=1633NAr2cm。(6)由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知金剛石的晶胞相當(dāng)于一個(gè)大的體心立方堆積中套一個(gè)小的體心立方堆積,故根據(jù)金屬鈉的晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙面上的投影圖,可知金剛石的晶胞沿其體對(duì)角線垂直在紙面上的投影圖為D圖示。