高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1章 原子结构与元素性质第1节 原子结构模型优秀课时作业

本章知识体系构建与核心素养提升

1．宏观辨识与微观探析

能从原子、分子、超分子、聚集状态等不同尺度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系；能从构成微粒、微粒间相互作用、微粒的空间排布规律等角度分析不同类型晶体结构的特点、相似性与差异性，能根据微粒间的相互作用预测物质的性质。

2．证据推理与模型认知

能说出科学家认识物质微观结构的基本思路和主要实验手段，及不同实验手段为建立模型所提供的证据；能描述晶体结构的典型模型，说明模型表示的具体含义，并能认识到模型的典型性与真实物质结构的复杂性。

例1　(宏观辨识与微观探析)氯化硼的熔点为10.7 ℃，沸点为12.5 ℃。在氯化硼分子中，Cl—B—Cl键角为120°，它可以水解，水解产物之一是氯化氢。下列对氯化硼的叙述中正确的是(　　)

A．氯化硼是共价晶体

B．熔化时，氯化硼能导电

C．氯化硼分子是一种极性分子

D．水解方程式：BCl3＋3H2OH3BO3＋3HCl

答案　D

解析　首先根据性质推导该晶体是分子晶体还是共价晶体，再根据具体晶体的性质判断选项。因为BCl3的熔、沸点较低，故应为分子晶体，分子晶体熔化时不导电，故A、B错；又因Cl—B—Cl键角为120°，则可确定BCl3为非极性分子，C错。

例2　(宏观辨识与微观探析)元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。

(1)在第3周期中，第一电离能大于Y的元素有________种。

(2)X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。

①在1个晶胞中，X离子的数目为________。

②该化合物的化学式为________。

(3)在Y的氢化物(H2Y)分子中，Y原子轨道的杂化类型是________。H2Y分子的空间结构为________。

(4)Z的氢化物(H2Z)在乙醇中的溶解度大于H2Y，其原因是______________________________

_______________________________________________________________________________。

(5)Y与Z可形成YZ。

①YZ的空间结构为________________(用文字描述)。

②写出一种与YZ互为等电子体的分子的化学式：___________________________________。

(6)X的氯化物与氨水反应可形成配合物[X(NH3)4]Cl2，1 mol该配合物中含有σ键的数目为________________。

答案　(1)3　(2)①4　②ZnS　(3)sp3　V形　(4)水分子与乙醇分子之间形成氢键　(5)①正四面体形　②CCl4(或SiCl4、SiF4等)　(6)16NA

解析　元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，则内层电子数＝2＋8＋18＝28，原子最外层电子数为2，所以该原子有30个电子，为Zn元素；元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子，则Y是S元素；元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍，Z是O元素。

(1)第3周期中比S元素的电离能大的有Ar、Cl、P三种元素。

(2)①该晶胞中X离子数目＝8×＋6×＝4。②该晶胞中Y离子数目＝4，X和Y离子数目之比等于1∶1，所以该化合物的化学式为ZnS。

(3)在H2S中硫原子的价电子对数＝×(6＋2)＝4，所以硫采取sp3杂化，S原子还有2对孤电子对，所以H2S为V形分子。

(4)在乙醇的水溶液中，水分子和乙醇分子之间易形成氢键，氢键的存在导致其溶解度增大。

(5)①SO中S的价电子对数＝×(6＋2)＝4，没有孤电子对，所以SO是正四面体结构。

②等电子体中原子总数相等，且价电子总数相等，所以与SO互为等电子体的分子的化学式为CF4、SiF4、CCl4或SiCl4等。

(6)每摩尔配合物[X(NH3)4]Cl2中，σ键数目＝(3×4＋4)NA＝16NA。

例3　(证据推理与模型认知)下列各图为几种晶体或晶胞的构型示意图。

请回答下列问题：

(1)这些晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________。

(2)MgO晶胞中实际占有Mg2＋________个，每个Cu晶胞中实际占有________个Cu原子。

(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶体的晶格能，原因是______________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

(4)每个CaCl2晶胞中实际占有Ca2＋________个，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。

(5)冰的熔点远高于干冰的重要原因是______________________________________________。

答案　(1)金刚石晶体　(2)4　4　(3)小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，且离子半径r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－)　(4)4　8

(5)H2O分子之间存在氢键

解析　(1)只有共价晶体的微粒间以共价键结合。

(2)MgO晶胞实际占有Mg2＋的个数为8×＋6×＝4，铜晶胞实际占有Cu的个数为8×＋6×＝4。

(3)MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数，且离子半径r(Mg2＋)＜r(Na＋)、r(O2－)＜r(Cl－)，所以晶格能NaCl小于MgO。

(4)氯化钙类似于氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－的配位数为4。

(5)H2O分子之间存在氢键，而CO2分子之间不存在氢键，所以冰比干冰分子间作用力大。

例4　(证据推理与模型认知)已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化(如图)，请回答相关的问题：

　α­Feγ­Feδ­Fe

(1)铁的三种晶体之间的转化属于__________变化(填“物理”或“化学”)，理由：_____________________________________________________________________________。

(2)铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为：___________。

(3)设α­Fe晶胞边长为a cm，δ­Fe晶胞边长为b cm，计算确定：

两种晶体的密度比为：___________(用a、b的代数式表示)。

(4)Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为_____。事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物(即碳原子填入铁晶体中的某些空隙)，根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是：__________(填“α­Fe”“γ­Fe”或“δ­Fe”)。

答案　(1)物理　金属键没有变化(或没有化学键变化或没有新物质生成)

(2)4∶6∶3　(3)2b3∶a3　(4)2　 γ­Fe

解析　(1)铁的三种晶体之间的转化过程中并没有新的物质生成，属于物理变化。

(3)由(2)可知，×NA＝2，×NA＝1，所以两种晶体密度比为2b3∶a3。

(4)每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，构成八面体结构，每个铁原子又为两个八面体共用，即碳原子配位数为6，铁原子配位数为2；由于每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，所以符合该结构的应该是γ­Fe。

例5　(证据推理与模型认知)[2019·全国卷Ⅲ，35(5)]NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为___________________________(用n代表P原子数)。

答案　(PnO3n＋1)(n＋2)－

解析　由三磷酸根离子的结构可知，中间P原子连接的4个O原子中，2个O原子完全属于该P原子，另外2个O原子分别属于2个P原子，故属于该P原子的O原子数为2＋2×＝3，属于左、右两边的2个P原子的O原子数为3×2＋×2＝7，故若这类磷酸根离子中含n个P原子，则O原子个数为3n＋1，又O元素的化合价为－2，P元素的化合价为＋5，故该离子所带电荷为－2×(3n＋1)＋5n＝－n－2，这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n＋1)(n＋2)－。