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人教版高中化学选择性必修2物质结构与性质第三章晶体结构与性质测评含答案
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这是一份人教版高中化学选择性必修2物质结构与性质第三章晶体结构与性质测评含答案，共15页。
第三章测评
可能用到的相对原子质量:H 1 O 16 F 19 Cl 35.5 Co 59 Zn 65 Ag 108
一、选择题(本题包括10个小题,每小题只有一个选项符合题意。每小题2分,共20分)
1.下列叙述中正确的是( )
A.具有规则几何外形的固体一定是晶体
B.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.粉末状的固体一定不是晶体
2.下列关于晶体的说法中正确的是( )
A.晶体中只要有阳离子,就一定有阴离子
B.晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子
C.有金属光泽的晶体,一定是金属晶体
D.根据晶体能否导电,可以判断晶体是否属于金属晶体
3.下列说法不正确的是( )
A.纯碱和烧碱熔化时克服的化学键类型相同
B.加热蒸发氯化钾水溶液的过程中有分子间作用力的破坏
C.干冰升华和CO2溶于水都只有分子间作用力改变
D.溴和汞的汽化所需克服的作用力类型不同
4.石英玻璃是常见的非晶体,在生产、生活中有着广泛的用途,右图是石英玻璃的结构示意图,有关石英玻璃的下列说法错误的是( )
石英玻璃的结构模型
A.石英玻璃内部微粒排列是无序的
B.石英玻璃熔化时吸热,温度不断上升
C.光纤和石英玻璃的主要成分都可看成是SiO2,二者都是非晶体
D.利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶
5.下列判断正确的是( )
A.因为共价键有饱和性和方向性,所以共价晶体不遵循“紧密堆积”原理
B.稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱,根本原因是分子间作用力逐渐减小
C.晶体中一定存在化学键,金属晶体熔点一定很高
D.固体SiO2一定是晶体
6.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是( )
杯酚
A.第一电离能:C
7.下面的排序不正确的是( )
A.晶体熔点由低到高:CF4Mg>Al
C.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅 D.离子键由强到弱:MgO>CaO>NaF>NaCl
8.下列关于物质聚集状态和晶体的叙述错误的是( )
A.超分子这种分子聚集体,有的是有限的,有的是无限伸展的
B.非晶体基本构成微粒的排列相对无序
C.液晶内部分子的长轴取向一致,使液晶具有各向异性
D.纳米材料具有不同于大块晶体的特性,主要原因是纳米材料不再是晶体
9.已知晶格能的大小可以反映离子晶体中离子键的强弱,晶格能越大,离子键越强。下表是几种物质的晶格能数据:
物质
NaF
MgF2
AlF3
MgO
CaO
SrO
BaO
晶格能(kJ·mol-1)
923
2 957
5 492
3 791
3 401
E
1 918
由此表中数据不能得出的结论是( )
A.同一周期的金属元素与某一种非金属元素形成的化合物,从左到右晶格能增大
B.E的数值介于3 401 kJ·mol-1与1 918 kJ·mol-1之间
C.晶格能的大小与成键离子核间距的大小、离子所带电荷的多少有关
D.当MgO、CaO能电离成金属离子与O2-时,MgO所需要的温度低于CaO
10.(2021·浙江衢州高二检测)胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,其结构示意图如图。下列说法正确的是( )
A.在如图所示结构示意图中,所有氧原子都采用sp2杂化
B.在如图所示结构示意图中,存在配位键、共价键,不存在离子键
C.胆矾是分子晶体,分子间存在氢键
D.胆矾中的两种结晶水在不同的温度下会分步失去
二、选择题(本题包括5个小题,每小题有1~2个选项符合题意。每小题4分,共20分)
11.(2021·宁夏银川高二检测)通常情况下,氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示。下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是( )
A.同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B.氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构,它们具有相似的物理性质
C.二氧化碳晶体是分子晶体,其中不仅存在分子间作用力,而且也存在共价键
D.在二氧化硅晶体中,每个Si原子形成4个Si—O共价单键
12.下列说法正确的是( )
A.NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性
B.足球烯(C60)的沸点可达500 ℃左右,故足球烯为共价晶体
C.干冰和NaCl晶体转变为液态时,所克服的作用力相同
D.NH3的熔、沸点较PH3高,主要是因为氨分子间可以形成氢键
13.下列关于晶体的叙述正确的是( )
A.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.石墨为混合型晶体,层内碳原子以共价键相连,熔点高
C.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体
14.已知:二茂铁[Fe(C5H5)2]熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,不溶于水,易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法正确的是( )
A.二茂铁属于离子晶体
B.在二茂铁结构中,C5H5-与Fe2+之间形成的化学键类型是配位键
C.已知环戊二烯的结构式为,则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化
D.二价铁离子的基态电子排布式为[Ar]3d44s2
15.(2022·山东威海高二期末)铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶点和面心的位置,镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法正确的是( )
A.Fe原子的配位数为6
B.a位置原子的分数坐标为(0.25,0.75,0.75)
C.Fe原子与镁原子间最短距离为34b nm
D.晶体储氢时,H2在晶胞的体心和棱的中心位置。若储氢后化学式为FeMg2H,则储氢率为100%
三、非选择题(本题包括5个小题,共60分)
16.(10分)现有几组物质的熔点(℃)数据:
组别
A组
B组
C组
D组
金刚石:3 550
Li:181
HF:-83
NaCl
硅晶体:1 410
Na:98
HCl:-115
KCl
硼晶体:2 300
K:64
HBr:-89
RbCl
二氧化硅:1 732
Rb:39
HI:-51
MgO:2 800
据此回答下列问题:
(1)由表格可知,A组熔点普遍偏高,据此回答:
A组属于 晶体,硅的熔点低于二氧化硅,是由于 。
(2)B组晶体共同的物理性质是 (填序号),可以用“ 理论”解释。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于 。
(4)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为 ,MgO晶体的熔点高于三者,其原因解释为 。
17.(12分)(1)已知NH3分子可与Cu2+形成配合物离子[Cu(NH3)4]2+,则除去硫酸铜溶液中少量硫酸可选用的试剂是 (填序号)。
①NaOH ②NH3 ③CuO ④BaCl2 ⑤Cu(OH)2 ⑥CuCO3
(2)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2+的中心离子是 ,配体是 ,配位数为 ,其含有的微粒间的作用力类型有 。
(3)无水CoCl2为深蓝色,吸水后变为粉红色的水合物,水合物受热后又变成无水CoCl2,故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂。
CoCl2深蓝色+xH2OCoCl2·xH2O粉红色
现有65 g无水CoCl2,吸水后变成119 g CoCl2·xH2O。
①水合物中x= 。
②若该化合物中Co2+的配位数为6,而且经定量测定得知内界和外界占有Cl-的个数比为1∶1,则其化学式可表示为 。
18.(12分)(2021·福建福州高二检测)元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为 。
(2)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。
(3)石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的 (填“σ”或“π”,下同)键,而石墨层内的C—C间不仅存在 键,还有 键。
(4)金刚石晶胞含有 个碳原子。
19.(12分)(2021·江苏南通高二检测)元素周期表中第四周期的某些过渡元素(如V、Zn、Co等)在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
①基态钒原子的价层电子排布式为 。
②V2O5的结构式如图所示,则V2O5分子中σ键和π键数目之比为 。
(2)Co(NH3)5Cl3是钴的一种配合物,中心离子的配位数为6,向100 mL 0.2 mol·L-1该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液,生成5.74 g白色沉淀。
①NO3-的空间结构为 。
②则该配合物中配离子的离子符号为 。
(3)ZnF2是生成良好的光学基质材料KZnF3的原料,ZnF2、KZnF3两种晶体的晶胞结构分别如图所示:
①已知:ZnF2的熔点为872 ℃,ZnCl2的熔点为275 ℃,ZnBr2的熔点为394 ℃,ZnBr2的熔点高于ZnCl2的原因为 。
②KZnF3晶体(晶胞顶点为K+)中,与Zn2+最近且等距离的F-数为 。
③若NA表示阿伏加德罗常数的值,则ZnF2晶体的密度为 g·cm-3(用含a、c、NA的代数式表示)。
20.(14分)钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”,制备金属钛的一种流程如下:
回答下列问题:
(1)基态铁原子的价电子轨道表示式为 ,其原子核外共有 种运动状态不相同的电子。
(2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体,熔点为-37 ℃,沸点为136 ℃,可知TiCl4形成的晶体为 晶体。
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,用其催化的一个反应实例如下所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是 。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图1所示。该阳离子中Ti与O的原子数之比为 ,其离子符号为 。
(5)钙钛矿晶胞的结构如图2所示。钙原子位于立方晶胞的体心,被 个氧原子包围。钙钛矿晶体的化学式为 。
参考答案
第三章测评
1.C 有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形,但不是晶体,如玻璃制品,A项错误;晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒是否呈周期性有序排列,晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性都是其内部粒子规律排列的外部反映,B项错误;具有各向异性的固体一定是晶体,非晶体不具有各向异性,C项正确;不管固体的颗粒大小如何,只要其组成粒子在三维空间里呈现周期性的有序排列就属于晶体,D项错误。
2.B 金属晶体中,有金属阳离子而没有阴离子;根据电荷守恒,晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子;有金属光泽的晶体不一定是金属晶体,如晶体碘、晶体硅;能导电的晶体不一定是金属晶体,如石墨。
3.C 纯碱和烧碱熔化时均只克服离子键的作用,故克服的化学键类型相同,A正确;加热蒸发氯化钾水溶液的过程中,水由液态变为水蒸气,故水分子的分子间作用力被破坏,B正确;干冰升华只克服分子间作用力,但CO2溶于水却发生化学反应H2O+CO2H2CO3,故有化学键的断裂和形成,不仅仅是分子间作用力改变,C错误;溴汽化时需克服分子间作用力,而汞汽化时需克服金属键,故克服的作用力类型不同,D正确。
4.C 根据石英玻璃的结构示意图可知,构成石英玻璃的粒子的排列是无序的,所以石英玻璃是非晶体,没有固定的熔点,A、B两项说法正确;区分晶体与非晶体的最科学的方法是进行X射线衍射实验,D项说法正确。
5.A 稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱是因为共价键的键能逐渐减小,B错。晶体中可能不含有化学键,如稀有气体形成的晶体;金属晶体的熔点不一定很高,金属晶体的熔点有的很高,如钨,有的很低,如常温下呈液态的汞,C错。自然界中存在的无定形SiO2不是晶体,D错。
6.C
7.B A项中的四种物质都形成分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,正确;B项中三种物质形成金属晶体,金属键由强到弱的顺序为Al>Mg>Na,熔点由高到低应为Al>Mg>Na,错误;C项中的三种物质形成共价晶体,共价键的键能C—C>C—Si>Si—Si,正确;D项中四种物质形成离子晶体,离子所带电荷数Ca2+=Mg2+>Na+,O2->F-=Cl-,离子半径Ca2+>Na+>Mg2+,Cl->O2->F-,D正确。
8.D 纳米材料具有不同于大块晶体的特性,主要原因是晶体的表面积增大。
9.D Na、Mg、Al属于同一周期,与氟形成的化合物晶格能数据依次增大,A项正确;Mg、Ca、Sr、Ba属于同一主族,由题表中数据可知,从MgO到BaO晶格能减小,B项正确;三种氟化物中,从钠到铝,相应离子半径是减小的,成键离子核间距也是减小的,但阳离子所带电荷依次增多,从题表中后四种氧化物晶格能大小变化看,核间距越小,晶格能越大,因此晶格能的差异是由离子所带电荷数不同和离子核间距大小不同造成的,C项正确;由电离生成的离子有O2-可知,它们的电离是在熔化状态下进行的,MgO的晶格能大,熔点应比CaO的高,D项错误。
10.D H2O中O原子形成2个σ键,有2个孤电子对,为sp3杂化,硫酸根离子中氧原子不是中心原子,不参与杂化,故A错误;在题述结构示意图中,存在O—Cu配位键,H—O、S—O共价键和配离子与硫酸根离子之间的离子键,故B错误;胆矾是五水硫酸铜,胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的,属于离子晶体,故C错误;由于胆矾晶体中有两种水分子,一类是形成配体的水分子,一类是形成氢键的水分子,结合方式不同,因此受热时也会因温度不同而得到不同的产物,故D正确。
11.B SiO2和CO2的化学式相似,但其晶体结构不同,A项正确;二氧化碳为分子晶体,氯化钠和氯化铯为离子晶体,所以物理性质不同,B项错误;二氧化碳为分子晶体,分子间存在分子间作用力,而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键,C项正确;在二氧化硅晶体中,每个Si原子形成4个Si—O共价单键,D项正确。
12.AD NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性,A项正确;足球烯为分子晶体,B项错误;干冰为固态二氧化碳,转化为液态时需要克服范德华力,而NaCl晶体变为液态,需要克服离子键,C项错误;NH3和PH3均为分子晶体,NH3的熔、沸点较PH3高的原因是NH3分子间可以形成氢键,D项正确。
13.BC 分子晶体中,共价键的键能越大,该物质的稳定性越强,而分子间的作用力越大,熔、沸点越高,所以不能根据键能的大小判断分子晶体的熔、沸点高低,A项错误;石墨层内碳原子通过共价键连接,熔化时需破坏共价键,导致熔点高,B项正确;共价晶体中,共价键的键能越大,晶体熔、沸点越高,C项正确;某些共价化合物溶于水也可电离出自由移动的离子,D项错误。
14.BC 根据题给信息知,二茂铁易升华,易溶于有机溶剂,可以推断它应为分子晶体,则C5H5-与Fe2+之间为配位键,A项错误、B项正确;由环戊二烯的结构式知,仅1号碳原子形成四个单键,为sp3杂化,其余四个碳原子均为sp2杂化,C项正确;铁原子失去4s轨道上的2个电子即为Fe2+的基态,电子排布式为[Ar]3d6,D项错误。
15.BC 根据晶胞结构示意图可知,距离铁原子最近且相等的镁原子有8个,因此铁原子的配位数为8,A错误;a位置的原子坐标参数为(0.25,0.75,0.75),B正确;由晶胞图可知,铁原子与镁原子之间的最近距离为体对角线的14,面对角线距离为b2+b2 nm=2b nm,体对角线距离为2b2+b2 nm=3b nm,则铁原子与镁原子之间的最近距离为34b nm,C正确;晶胞中铁原子数目为18×8+12×6=4,镁原子数目为8,而H2在晶胞的体心和棱的中心位置,所以当储氢后化学式为FeMg2H2,则储氢率为100%,D错误。
16.答案 (1)共价 Si—Si键能小于Si—O键能
(2)①②③④ 电子气
(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)NaCl>KCl>RbCl MgO晶体为离子晶体,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高
解析 (1)A组由非金属元素组成,熔点较高,属于共价晶体,熔化时需破坏共价键。由共价键形成的共价晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高,硬度大。(2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用“电子气理论”解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点反常是由于分子之间形成氢键。
17.答案 (1)③⑤⑥
(2)Cu2+ NH3、H2O 4 配位键、(极性)共价键
(3)①6 ②[Co(H2O)5Cl]Cl·H2O
解析 (1)除去硫酸铜溶液中的少量硫酸,可以加入能与硫酸反应且不会引入杂质的物质,则可加入铜的氧化物、氢氧化物以及碳酸铜等,③⑤⑥符合题意。
(2)由书写形式可以看出其中心离子是Cu2+,配体是H2O、NH3两种,配位数为4。[Cu(NH3)2(H2O)2]2+中含有的微粒间作用力有配位键及极性共价键。
(3)①CoCl2+xH2OCoCl2·xH2O
130 18x
65 g (119-65) g
65 g(119-65) g=13018x,解得:x=6。
②化合物CoCl2·6H2O中Co2+的配位数为6,且内界和外界占有Cl-的个数比为1∶1,即各有1个Cl-,则内界中含有1个Cl-和5个H2O,外界有1个Cl-和1个H2O,所以化学式可表示为[Co(H2O)5Cl]Cl·H2O。
18.答案 (1)同素异形体 (2)分子 混合型 (3)σ σ π (4)8
解析 (1)由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体,金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质,属于同素异形体;(2)C60的构成微粒是分子,属于分子晶体;石墨属于混合型晶体;(3)共价单键为σ键,金刚石中碳原子之间只存在σ键,石墨中碳原子之间存在σ键和π键;(4)晶胞中顶点碳原子数为8×18=1,面心碳原子数为6×12=3,体内碳原子数为4,则共含有8个碳原子。
19.答案 (1)①3d34s2 ②3∶2
(2)①平面三角形 ②[Co(NH3)5Cl]2+
(3)①ZnCl2、ZnBr2为分子晶体,组成与结构相似,随着相对分子质量的增大,范德华力增强,熔点升高 ②6 ③2.06×1023a2cNA
解析 (1)①钒的原子序数为23,核外有23个电子,根据电子排布规则,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,基态钒原子的价层电子排布式为3d34s2。
②由V2O5的结构式可知,该结构中共含有4个VO双键,2个V—O单键,1个双键含有1个σ键和1个π键,单键均为σ键,所以V2O5分子中含有6个σ键和4个π键,σ键和π键数目之比为6∶4=3∶2。
(2)①NO3-中N原子的价层电子对数=3+5+1-2×32=3,且不含孤电子对,因此NO3-的空间结构为平面三角形。②n(AgCl)=5.74 g143.5 g·mol-1=0.04 mol,n(配合物)=0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,根据氯原子守恒可知,该配合物外界中含有2个Cl-,内界中含有1个Cl原子,所以配离子为[Co(NH3)5Cl]2+。
(3)①由熔点数据可知,ZnCl2、ZnBr2为分子晶体,且结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高,相对分子质量ZnBr2>ZnCl2,所以ZnBr2熔点高于ZnCl2。
②由KZnF3的晶胞结构可知,K+位于顶点,即K+的个数为8×18=1,Zn2+位于体心,即有1个Zn2+,F-位于面心,即F-的个数为6×12=3,则与Zn2+最近且等距离的F-数为6。
③由ZnF2的晶胞结构可知,Zn2+有8个位于顶点、1个位于体心,Zn2+的个数为8×18+1=2,F-有4个位于面心、2个位于体内,F-的个数为4×12+2=4,即1个晶胞相当于含有2个ZnF2,1个晶胞质量m=(65×2+19×4) g·mol-1NAmol-1=206NA g,晶胞的体积V=(a×10-7 cm×a×10-7 cm×c×10-7 cm)=a2c×10-21 cm3,晶体密度ρ=mV=206NAg(a2c×10-21) cm3=2.06×1023a2cNA g·cm-3。
20.答案 (1) 26
(2)分子
(3)化合物乙分子间能够形成氢键 N>O>C
(4)1∶1 TiO2+(或[TiO]n2n+)
(5)12 CaTiO3
解析 (2)由于TiCl4在通常情况下是无色液体,熔、沸点较低,说明其组成微粒间的作用力很微弱,应是范德华力,故TiCl4固态属于分子晶体。
(3)由于化合物乙中存在—NH2,则化合物乙分子间能形成氢键,故其沸点明显高于化合物甲。化合物乙中的C、N、O三种原子都有4个价层电子对,则都是采取sp3杂化,同周期元素原子的第一电离能从左到右呈增大趋势,但由于N原子的2p能级处于半充满状态,结构稳定,其第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大,故三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
(4)由硫酸氧钛晶体中阳离子的链状聚合结构图,可知该阳离子中Ti与O的原子数之比为1∶1,Ti为+4价,O为-2价,故该离子为TiO2+(或[TiO]n2n+)。
(5)由钙钛矿晶胞的结构可知,钙原子位于立方晶胞的体心,被12个氧原子包围,晶胞的12个边长上各有1个氧原子,根据均摊法可知,1个晶胞中有1个钙原子、1个钛原子(8×18=1)和3个氧原子(12×14=3),故该钙钛矿晶体的化学式为CaTiO3。
第三章测评
可能用到的相对原子质量:H 1 O 16 F 19 Cl 35.5 Co 59 Zn 65 Ag 108
一、选择题(本题包括10个小题,每小题只有一个选项符合题意。每小题2分,共20分)
1.下列叙述中正确的是( )
A.具有规则几何外形的固体一定是晶体
B.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.粉末状的固体一定不是晶体
2.下列关于晶体的说法中正确的是( )
A.晶体中只要有阳离子,就一定有阴离子
B.晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子
C.有金属光泽的晶体,一定是金属晶体
D.根据晶体能否导电,可以判断晶体是否属于金属晶体
3.下列说法不正确的是( )
A.纯碱和烧碱熔化时克服的化学键类型相同
B.加热蒸发氯化钾水溶液的过程中有分子间作用力的破坏
C.干冰升华和CO2溶于水都只有分子间作用力改变
D.溴和汞的汽化所需克服的作用力类型不同
4.石英玻璃是常见的非晶体,在生产、生活中有着广泛的用途,右图是石英玻璃的结构示意图,有关石英玻璃的下列说法错误的是( )
石英玻璃的结构模型
A.石英玻璃内部微粒排列是无序的
B.石英玻璃熔化时吸热,温度不断上升
C.光纤和石英玻璃的主要成分都可看成是SiO2,二者都是非晶体
D.利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶
5.下列判断正确的是( )
A.因为共价键有饱和性和方向性,所以共价晶体不遵循“紧密堆积”原理
B.稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱,根本原因是分子间作用力逐渐减小
C.晶体中一定存在化学键,金属晶体熔点一定很高
D.固体SiO2一定是晶体
6.利用超分子可分离C60和C70。将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法错误的是( )
杯酚
A.第一电离能:C
7.下面的排序不正确的是( )
A.晶体熔点由低到高:CF4
C.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅 D.离子键由强到弱:MgO>CaO>NaF>NaCl
8.下列关于物质聚集状态和晶体的叙述错误的是( )
A.超分子这种分子聚集体,有的是有限的,有的是无限伸展的
B.非晶体基本构成微粒的排列相对无序
C.液晶内部分子的长轴取向一致,使液晶具有各向异性
D.纳米材料具有不同于大块晶体的特性,主要原因是纳米材料不再是晶体
9.已知晶格能的大小可以反映离子晶体中离子键的强弱,晶格能越大,离子键越强。下表是几种物质的晶格能数据:
物质
NaF
MgF2
AlF3
MgO
CaO
SrO
BaO
晶格能(kJ·mol-1)
923
2 957
5 492
3 791
3 401
E
1 918
由此表中数据不能得出的结论是( )
A.同一周期的金属元素与某一种非金属元素形成的化合物,从左到右晶格能增大
B.E的数值介于3 401 kJ·mol-1与1 918 kJ·mol-1之间
C.晶格能的大小与成键离子核间距的大小、离子所带电荷的多少有关
D.当MgO、CaO能电离成金属离子与O2-时,MgO所需要的温度低于CaO
10.(2021·浙江衢州高二检测)胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,其结构示意图如图。下列说法正确的是( )
A.在如图所示结构示意图中,所有氧原子都采用sp2杂化
B.在如图所示结构示意图中,存在配位键、共价键,不存在离子键
C.胆矾是分子晶体,分子间存在氢键
D.胆矾中的两种结晶水在不同的温度下会分步失去
二、选择题(本题包括5个小题,每小题有1~2个选项符合题意。每小题4分,共20分)
11.(2021·宁夏银川高二检测)通常情况下,氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示。下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是( )
A.同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构
B.氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构,它们具有相似的物理性质
C.二氧化碳晶体是分子晶体,其中不仅存在分子间作用力,而且也存在共价键
D.在二氧化硅晶体中,每个Si原子形成4个Si—O共价单键
12.下列说法正确的是( )
A.NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性
B.足球烯(C60)的沸点可达500 ℃左右,故足球烯为共价晶体
C.干冰和NaCl晶体转变为液态时,所克服的作用力相同
D.NH3的熔、沸点较PH3高,主要是因为氨分子间可以形成氢键
13.下列关于晶体的叙述正确的是( )
A.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.石墨为混合型晶体,层内碳原子以共价键相连,熔点高
C.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体
14.已知:二茂铁[Fe(C5H5)2]熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,不溶于水,易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法正确的是( )
A.二茂铁属于离子晶体
B.在二茂铁结构中,C5H5-与Fe2+之间形成的化学键类型是配位键
C.已知环戊二烯的结构式为,则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化
D.二价铁离子的基态电子排布式为[Ar]3d44s2
15.(2022·山东威海高二期末)铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶点和面心的位置,镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法正确的是( )
A.Fe原子的配位数为6
B.a位置原子的分数坐标为(0.25,0.75,0.75)
C.Fe原子与镁原子间最短距离为34b nm
D.晶体储氢时,H2在晶胞的体心和棱的中心位置。若储氢后化学式为FeMg2H,则储氢率为100%
三、非选择题(本题包括5个小题,共60分)
16.(10分)现有几组物质的熔点(℃)数据:
组别
A组
B组
C组
D组
金刚石:3 550
Li:181
HF:-83
NaCl
硅晶体:1 410
Na:98
HCl:-115
KCl
硼晶体:2 300
K:64
HBr:-89
RbCl
二氧化硅:1 732
Rb:39
HI:-51
MgO:2 800
据此回答下列问题:
(1)由表格可知,A组熔点普遍偏高,据此回答:
A组属于 晶体,硅的熔点低于二氧化硅,是由于 。
(2)B组晶体共同的物理性质是 (填序号),可以用“ 理论”解释。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于 。
(4)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为 ,MgO晶体的熔点高于三者,其原因解释为 。
17.(12分)(1)已知NH3分子可与Cu2+形成配合物离子[Cu(NH3)4]2+,则除去硫酸铜溶液中少量硫酸可选用的试剂是 (填序号)。
①NaOH ②NH3 ③CuO ④BaCl2 ⑤Cu(OH)2 ⑥CuCO3
(2)配离子[Cu(NH3)2(H2O)2]2+的中心离子是 ,配体是 ,配位数为 ,其含有的微粒间的作用力类型有 。
(3)无水CoCl2为深蓝色,吸水后变为粉红色的水合物,水合物受热后又变成无水CoCl2,故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂。
CoCl2深蓝色+xH2OCoCl2·xH2O粉红色
现有65 g无水CoCl2,吸水后变成119 g CoCl2·xH2O。
①水合物中x= 。
②若该化合物中Co2+的配位数为6,而且经定量测定得知内界和外界占有Cl-的个数比为1∶1,则其化学式可表示为 。
18.(12分)(2021·福建福州高二检测)元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为 。
(2)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。
(3)石墨晶体中,层内C—C的键长为142 pm,而金刚石中C—C的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的 (填“σ”或“π”,下同)键,而石墨层内的C—C间不仅存在 键,还有 键。
(4)金刚石晶胞含有 个碳原子。
19.(12分)(2021·江苏南通高二检测)元素周期表中第四周期的某些过渡元素(如V、Zn、Co等)在生产、生活中有着广泛的应用。
(1)钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
①基态钒原子的价层电子排布式为 。
②V2O5的结构式如图所示,则V2O5分子中σ键和π键数目之比为 。
(2)Co(NH3)5Cl3是钴的一种配合物,中心离子的配位数为6,向100 mL 0.2 mol·L-1该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液,生成5.74 g白色沉淀。
①NO3-的空间结构为 。
②则该配合物中配离子的离子符号为 。
(3)ZnF2是生成良好的光学基质材料KZnF3的原料,ZnF2、KZnF3两种晶体的晶胞结构分别如图所示:
①已知:ZnF2的熔点为872 ℃,ZnCl2的熔点为275 ℃,ZnBr2的熔点为394 ℃,ZnBr2的熔点高于ZnCl2的原因为 。
②KZnF3晶体(晶胞顶点为K+)中,与Zn2+最近且等距离的F-数为 。
③若NA表示阿伏加德罗常数的值,则ZnF2晶体的密度为 g·cm-3(用含a、c、NA的代数式表示)。
20.(14分)钛被称为继铁、铝之后的“第三金属”,制备金属钛的一种流程如下:
回答下列问题:
(1)基态铁原子的价电子轨道表示式为 ,其原子核外共有 种运动状态不相同的电子。
(2)已知TiCl4在通常情况下是无色液体,熔点为-37 ℃,沸点为136 ℃,可知TiCl4形成的晶体为 晶体。
(3)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,用其催化的一个反应实例如下所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲,主要原因是 。化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
(4)硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图1所示。该阳离子中Ti与O的原子数之比为 ,其离子符号为 。
(5)钙钛矿晶胞的结构如图2所示。钙原子位于立方晶胞的体心,被 个氧原子包围。钙钛矿晶体的化学式为 。
参考答案
第三章测评
1.C 有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形,但不是晶体,如玻璃制品,A项错误;晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒是否呈周期性有序排列,晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性都是其内部粒子规律排列的外部反映,B项错误;具有各向异性的固体一定是晶体,非晶体不具有各向异性,C项正确;不管固体的颗粒大小如何,只要其组成粒子在三维空间里呈现周期性的有序排列就属于晶体,D项错误。
2.B 金属晶体中,有金属阳离子而没有阴离子;根据电荷守恒,晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子;有金属光泽的晶体不一定是金属晶体,如晶体碘、晶体硅;能导电的晶体不一定是金属晶体,如石墨。
3.C 纯碱和烧碱熔化时均只克服离子键的作用,故克服的化学键类型相同,A正确;加热蒸发氯化钾水溶液的过程中,水由液态变为水蒸气,故水分子的分子间作用力被破坏,B正确;干冰升华只克服分子间作用力,但CO2溶于水却发生化学反应H2O+CO2H2CO3,故有化学键的断裂和形成,不仅仅是分子间作用力改变,C错误;溴汽化时需克服分子间作用力,而汞汽化时需克服金属键,故克服的作用力类型不同,D正确。
4.C 根据石英玻璃的结构示意图可知,构成石英玻璃的粒子的排列是无序的,所以石英玻璃是非晶体,没有固定的熔点,A、B两项说法正确;区分晶体与非晶体的最科学的方法是进行X射线衍射实验,D项说法正确。
5.A 稳定性按HF、HCl、HBr、HI逐渐减弱是因为共价键的键能逐渐减小,B错。晶体中可能不含有化学键,如稀有气体形成的晶体;金属晶体的熔点不一定很高,金属晶体的熔点有的很高,如钨,有的很低,如常温下呈液态的汞,C错。自然界中存在的无定形SiO2不是晶体,D错。
6.C
7.B A项中的四种物质都形成分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,正确;B项中三种物质形成金属晶体,金属键由强到弱的顺序为Al>Mg>Na,熔点由高到低应为Al>Mg>Na,错误;C项中的三种物质形成共价晶体,共价键的键能C—C>C—Si>Si—Si,正确;D项中四种物质形成离子晶体,离子所带电荷数Ca2+=Mg2+>Na+,O2->F-=Cl-,离子半径Ca2+>Na+>Mg2+,Cl->O2->F-,D正确。
8.D 纳米材料具有不同于大块晶体的特性,主要原因是晶体的表面积增大。
9.D Na、Mg、Al属于同一周期,与氟形成的化合物晶格能数据依次增大,A项正确;Mg、Ca、Sr、Ba属于同一主族,由题表中数据可知,从MgO到BaO晶格能减小,B项正确;三种氟化物中,从钠到铝,相应离子半径是减小的,成键离子核间距也是减小的,但阳离子所带电荷依次增多,从题表中后四种氧化物晶格能大小变化看,核间距越小,晶格能越大,因此晶格能的差异是由离子所带电荷数不同和离子核间距大小不同造成的,C项正确;由电离生成的离子有O2-可知,它们的电离是在熔化状态下进行的,MgO的晶格能大,熔点应比CaO的高,D项错误。
10.D H2O中O原子形成2个σ键,有2个孤电子对,为sp3杂化,硫酸根离子中氧原子不是中心原子,不参与杂化,故A错误;在题述结构示意图中,存在O—Cu配位键,H—O、S—O共价键和配离子与硫酸根离子之间的离子键,故B错误;胆矾是五水硫酸铜,胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的,属于离子晶体,故C错误;由于胆矾晶体中有两种水分子,一类是形成配体的水分子,一类是形成氢键的水分子,结合方式不同,因此受热时也会因温度不同而得到不同的产物,故D正确。
11.B SiO2和CO2的化学式相似,但其晶体结构不同,A项正确;二氧化碳为分子晶体,氯化钠和氯化铯为离子晶体,所以物理性质不同,B项错误;二氧化碳为分子晶体,分子间存在分子间作用力,而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键,C项正确;在二氧化硅晶体中,每个Si原子形成4个Si—O共价单键,D项正确。
12.AD NaOH在熔融状态下离子键被削弱,形成自由移动的离子,具有导电性,A项正确;足球烯为分子晶体,B项错误;干冰为固态二氧化碳,转化为液态时需要克服范德华力,而NaCl晶体变为液态,需要克服离子键,C项错误;NH3和PH3均为分子晶体,NH3的熔、沸点较PH3高的原因是NH3分子间可以形成氢键,D项正确。
13.BC 分子晶体中,共价键的键能越大,该物质的稳定性越强,而分子间的作用力越大,熔、沸点越高,所以不能根据键能的大小判断分子晶体的熔、沸点高低,A项错误;石墨层内碳原子通过共价键连接,熔化时需破坏共价键,导致熔点高,B项正确;共价晶体中,共价键的键能越大,晶体熔、沸点越高,C项正确;某些共价化合物溶于水也可电离出自由移动的离子,D项错误。
14.BC 根据题给信息知,二茂铁易升华,易溶于有机溶剂,可以推断它应为分子晶体,则C5H5-与Fe2+之间为配位键,A项错误、B项正确;由环戊二烯的结构式知,仅1号碳原子形成四个单键,为sp3杂化,其余四个碳原子均为sp2杂化,C项正确;铁原子失去4s轨道上的2个电子即为Fe2+的基态,电子排布式为[Ar]3d6,D项错误。
15.BC 根据晶胞结构示意图可知,距离铁原子最近且相等的镁原子有8个,因此铁原子的配位数为8,A错误;a位置的原子坐标参数为(0.25,0.75,0.75),B正确;由晶胞图可知,铁原子与镁原子之间的最近距离为体对角线的14,面对角线距离为b2+b2 nm=2b nm,体对角线距离为2b2+b2 nm=3b nm,则铁原子与镁原子之间的最近距离为34b nm,C正确;晶胞中铁原子数目为18×8+12×6=4,镁原子数目为8,而H2在晶胞的体心和棱的中心位置,所以当储氢后化学式为FeMg2H2,则储氢率为100%,D错误。
16.答案 (1)共价 Si—Si键能小于Si—O键能
(2)①②③④ 电子气
(3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)NaCl>KCl>RbCl MgO晶体为离子晶体,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高
解析 (1)A组由非金属元素组成,熔点较高,属于共价晶体,熔化时需破坏共价键。由共价键形成的共价晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高,硬度大。(2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用“电子气理论”解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点反常是由于分子之间形成氢键。
17.答案 (1)③⑤⑥
(2)Cu2+ NH3、H2O 4 配位键、(极性)共价键
(3)①6 ②[Co(H2O)5Cl]Cl·H2O
解析 (1)除去硫酸铜溶液中的少量硫酸,可以加入能与硫酸反应且不会引入杂质的物质,则可加入铜的氧化物、氢氧化物以及碳酸铜等,③⑤⑥符合题意。
(2)由书写形式可以看出其中心离子是Cu2+,配体是H2O、NH3两种,配位数为4。[Cu(NH3)2(H2O)2]2+中含有的微粒间作用力有配位键及极性共价键。
(3)①CoCl2+xH2OCoCl2·xH2O
130 18x
65 g (119-65) g
65 g(119-65) g=13018x,解得:x=6。
②化合物CoCl2·6H2O中Co2+的配位数为6,且内界和外界占有Cl-的个数比为1∶1,即各有1个Cl-,则内界中含有1个Cl-和5个H2O,外界有1个Cl-和1个H2O,所以化学式可表示为[Co(H2O)5Cl]Cl·H2O。
18.答案 (1)同素异形体 (2)分子 混合型 (3)σ σ π (4)8
解析 (1)由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体,金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质,属于同素异形体;(2)C60的构成微粒是分子,属于分子晶体;石墨属于混合型晶体;(3)共价单键为σ键,金刚石中碳原子之间只存在σ键,石墨中碳原子之间存在σ键和π键;(4)晶胞中顶点碳原子数为8×18=1,面心碳原子数为6×12=3,体内碳原子数为4,则共含有8个碳原子。
19.答案 (1)①3d34s2 ②3∶2
(2)①平面三角形 ②[Co(NH3)5Cl]2+
(3)①ZnCl2、ZnBr2为分子晶体,组成与结构相似,随着相对分子质量的增大,范德华力增强,熔点升高 ②6 ③2.06×1023a2cNA
解析 (1)①钒的原子序数为23,核外有23个电子,根据电子排布规则,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2,基态钒原子的价层电子排布式为3d34s2。
②由V2O5的结构式可知,该结构中共含有4个VO双键,2个V—O单键,1个双键含有1个σ键和1个π键,单键均为σ键,所以V2O5分子中含有6个σ键和4个π键,σ键和π键数目之比为6∶4=3∶2。
(2)①NO3-中N原子的价层电子对数=3+5+1-2×32=3,且不含孤电子对,因此NO3-的空间结构为平面三角形。②n(AgCl)=5.74 g143.5 g·mol-1=0.04 mol,n(配合物)=0.2 mol·L-1×0.1 L=0.02 mol,根据氯原子守恒可知,该配合物外界中含有2个Cl-,内界中含有1个Cl原子,所以配离子为[Co(NH3)5Cl]2+。
(3)①由熔点数据可知,ZnCl2、ZnBr2为分子晶体,且结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔点越高,相对分子质量ZnBr2>ZnCl2,所以ZnBr2熔点高于ZnCl2。
②由KZnF3的晶胞结构可知,K+位于顶点,即K+的个数为8×18=1,Zn2+位于体心,即有1个Zn2+,F-位于面心,即F-的个数为6×12=3,则与Zn2+最近且等距离的F-数为6。
③由ZnF2的晶胞结构可知,Zn2+有8个位于顶点、1个位于体心,Zn2+的个数为8×18+1=2,F-有4个位于面心、2个位于体内,F-的个数为4×12+2=4,即1个晶胞相当于含有2个ZnF2,1个晶胞质量m=(65×2+19×4) g·mol-1NAmol-1=206NA g,晶胞的体积V=(a×10-7 cm×a×10-7 cm×c×10-7 cm)=a2c×10-21 cm3,晶体密度ρ=mV=206NAg(a2c×10-21) cm3=2.06×1023a2cNA g·cm-3。
20.答案 (1) 26
(2)分子
(3)化合物乙分子间能够形成氢键 N>O>C
(4)1∶1 TiO2+(或[TiO]n2n+)
(5)12 CaTiO3
解析 (2)由于TiCl4在通常情况下是无色液体,熔、沸点较低,说明其组成微粒间的作用力很微弱,应是范德华力,故TiCl4固态属于分子晶体。
(3)由于化合物乙中存在—NH2,则化合物乙分子间能形成氢键,故其沸点明显高于化合物甲。化合物乙中的C、N、O三种原子都有4个价层电子对,则都是采取sp3杂化,同周期元素原子的第一电离能从左到右呈增大趋势,但由于N原子的2p能级处于半充满状态,结构稳定,其第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大,故三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。
(4)由硫酸氧钛晶体中阳离子的链状聚合结构图,可知该阳离子中Ti与O的原子数之比为1∶1,Ti为+4价,O为-2价,故该离子为TiO2+(或[TiO]n2n+)。
(5)由钙钛矿晶胞的结构可知,钙原子位于立方晶胞的体心,被12个氧原子包围,晶胞的12个边长上各有1个氧原子,根据均摊法可知,1个晶胞中有1个钙原子、1个钛原子(8×18=1)和3个氧原子(12×14=3),故该钙钛矿晶体的化学式为CaTiO3。
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