高中化学选择性必修二（人教A版）第三章 晶体结构与性质 章末检测

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章末复习课
考点一　晶体类型的判断
例1　(1)[2021全国甲卷]单晶硅的晶体类型为　　　　。 (2)Sn为第ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间结构为　　　　　,其固体的晶体类型为　　　　。(3)GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为　　　　,Ga与As以　　　　键结合。 (4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于　　　　晶体。 
答案 (1)共价晶体(2)正四面体形　分子晶体(3)共价晶体　共价(4)分子
解析 (1)单晶硅是硅原子间以共价键相互结合形成的具有共价键三维骨架结构的共价晶体。(2)Sn为第ⅣA族元素,最外层有4个电子,SnCl4的中心原子Sn的价层电子对数为4+ =4,其中成键电子对数为4,无孤电子对,故SnCl4的空间结构为正四面体形。由常温常压下SnCl4为液体可知SnCl4符合分子晶体的特点,故其固体为分子晶体。(3)由GaAs的熔点知,As原子与Ga原子以共价键结合,形成了具有共价键三维骨架结构的共价晶体。(4)Fe(CO)5的熔、沸点较低,符合分子晶体的特点,故其固体为分子晶体。
归纳总结　“三看”——确定晶体类型(1)看构成微粒或作用力类型四类晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下:
(2)看物质类别①单质类:a.金属单质和合金属于金属晶体;b.大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)属于分子晶体。②化合物类:a.离子化合物一定为离子晶体;b.共价化合物绝大多数为分子晶体,但SiO2、SiC等为共价晶体。
(3)看物理性质四类晶体的物理性质对比如下:
[对点训练1]下列关于晶体的说法中错误的是(　　)A.固态不导电而熔融状态导电的晶体一定是离子晶体B.具有正四面体结构的晶体,可能是共价晶体或分子晶体,其键角都是109°28'C.熔点是10.31 ℃,液态不导电,水溶液能导电的晶体一定是分子晶体D.金属晶体中一定含有金属键,金属键没有方向性和饱和性
B
解析 固态不导电,熔融时能导电的晶体,其构成微粒为离子,则一定为离子晶体,故A正确;有中心原子的正四面体结构分子中,键角为109°28',如甲烷,无中心原子的正四面体结构分子中,键角为60°,如白磷,故B错误;熔点10.31 ℃,熔点低,符合分子晶体的熔点特点,液态不导电,只存在分子,水溶液能导电,溶于水后,可能与水反应产生能够自由移动的离子,故C正确;金属晶体中的“自由电子”与金属阳离子之间形成的一种强烈的相互作用是金属键,金属键没有方向性和饱和性,故D正确。
考点二　晶体的性质比较
例2　(1)[2022浙江6月选考]金属氢化物是应用广泛的还原剂。KH的还原性比NaH的强,原因是  　。 (2)[2022浙江1月选考]四种晶体的熔点数据如下表:
CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是  　。(3)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃),其化学键类型是　　　　;ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是　 　 。 
答案 (1)Na+半径小于K+,Na+与H-的离子键作用强,H-更难失电子,还原性更弱(2)CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量多得多,所以熔点相差较大(3)离子键　ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小
归纳总结　比较不同晶体熔、沸点的基本思路(1)看物质的状态,一般情况下是固体>液体>气体。(2)看物质所属类型,一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意:不是绝对的,如氧化铝的熔点大于晶体硅),结构类型相同时再根据相应规律进行判断。(3)同类晶体熔、沸点比较思路:共价晶体→共价键键能→键长→原子半径;分子晶体→分子间作用力→相对分子质量;离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径;金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。
[对点训练2](1)[2021浙江1月选考]金属镓(Ga)位于元素周期表中第四周期第ⅢA族,其卤化物的熔点如下表:
GaF3熔点比GaCl3熔点高很多的原因是　 。 (2)Fe、Co、Ni三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为　　　　　　　　。 (3)[2021山东卷]OF2的熔、沸点　　　　(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案 (1)GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,离子键强于分子间作用力(2)NiO>CoO>FeO(3)低于　OF2和Cl2O都是分子晶体,结构相似,Cl2O的相对分子质量大,Cl2O的熔、沸点高解析 (1)F元素的非金属性比Cl元素的强,比较题表中GaF3和GaCl3的熔点可知,GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,GaF3的熔点是由较强的离子键决定的,GaCl3的熔点是由较弱的分子间作用力决定的,故GaF3的熔点比GaCl3的熔点高很多。(2)Fe、Co、Ni的二价氧化物是离子化合物,Fe2+、Co2+、Ni2+的半径依次减小,离子键依次增强,熔点依次升高,故熔点由高到低的顺序是NiO>CoO>FeO。
考点三　晶体结构的分析与有关计算
例3　(1)[2022广东卷]我国科学家发展了一种理论计算方法,可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能,该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一,其晶胞结构如图甲,沿x、y、z轴方向的投影均为图乙。
图甲
图乙
①X的化学式为　　　　　　　　　。 ②设X的最简式的式量为Mr,晶体密度为ρ g·cm-3,则X中相邻K之间的最短距离为　　　　　　　　　 nm(列出计算式,NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2)[2022湖南卷]钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:①该超导材料的最简化学式为　　　　　　　　　; ②Fe原子的配位数为　　　　　　　; ③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为　 g·cm-3(列出计算式)。 
(2)①根据平面投影图可知,该晶胞中K、Fe、Se的原子个数为2、4、4,其最简化学式为KFe2Se2。②Fe原子的配位原子Se位于棱上和体内,故配位数是4。③KFe2Se2的相对分子质量为309;1 mol该晶胞中含2 mol KFe2Se2;晶胞体积是0.4×0.4×1.4×10-21 cm3。
归纳总结　晶胞计算的原理与步骤(1)首先确定晶胞的组成利用均摊法计算一个晶胞所含微粒的数目。(2)计算晶体的密度或体积①关系式ρ= (V表示晶胞体积,ρ表示晶体的密度,NA表示阿伏加德罗常数,N表示一个晶胞实际含有的微粒数,M表示微粒的摩尔质量)。
②计算模式晶体的密度
③晶胞空间利用率(占有率)的计算表达式
[对点训练3-1](1)[2021广东卷]理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的。图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为　　　　;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=　　　　　　　　。 
(2)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶角、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有　　　个。 电池充电时,LiFePO4脱出部分Li+,形成Li1-xFePO4,结构示意图如(b)所示,则x=　　　　 　　,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=　　　　　　。 
答案 (1)4　1∶1∶2
解析 (1)以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为例,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,其右侧晶胞中也有2个Sb原子与Hg原子距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4;该晶胞中Sb原子均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8,Ge原子位于晶胞顶角、面心、体
(2)由题给信息知,图(a)LiFePO4的晶胞中,含有4个由O构成的正八面体(Fe存在于内部)和4个由O构成的正四面体(P存在于内部)。再由电池充电时,到图(c)全部变为FePO4,对比图(a)和(c)的差异可知,(a)图所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即为Li+,其位于晶胞的8个顶角,4个侧面面心以及上、下底面各自的相对的两条棱心处,经计算一个晶胞中Li+的个数为 ;结合图(a)分别含有4个正八面体和4个正四面体,即一个晶胞中含有4个Fe和4个P,所以每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个。对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知,Li1-xFePO4相比于LiFePO4缺失一个面心的Li+以及一个棱心的Li+;结合前面的分析可知,LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16,那么Li1-xFePO4晶胞的化学式为Li3.25Fe4P4O16,所以有1-x=
[对点训练3-2]
①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为　　　　　　　　　　　 g·cm-3(写出表达式)。 
②晶胞在x轴方向的投影图为　　　　　　(填标号)。 
B
考点四　配合物理论
例4　回答下列问题:(1)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供孤电子对形成配体的是　 ,中心离子的配位数为　 。 (2)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有　　　　 mol,该螯合物中N的杂化方式有　　　　种。 
(3)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,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+”)。(4)Cu2+与OH-反应能生成[Cu(OH)4]2-,[Cu(OH)4]2-中的配位原子为　　　　　　　　(填元素符号)。 
答案 (1)NH3、H2O、Cl-　6　(2)6　1　(3)乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键　Cu2+(4)O　
解析 (1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中,Cr3+是中心离子,NH3、H2O、Cl-提供孤电子对与Cr3+形成配位键,中心离子的配位数为3+2+1=6。(2)根据题意“含有多个配位原子的配体与同一中心离子或原子通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物”,故该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6 mol;该螯合物中N原子的杂化方式都是sp2杂化,故该物质中N的杂化方式有1种。(3)乙二胺中两个N原子提供孤电子对与镁离子或铜离子形成稳定的配位键,故能形成稳定环状离子。由于铜离子半径大于镁离子,且Cu2+含有的空轨道数多于Mg2+,所以Cu2+与乙二胺形成的化合物较稳定。(4)该配离子中Cu2+提供空轨道,O提供孤电子对,故配位原子为O。
归纳总结　配合物的组成(1)配合物中必含有中心离子(原子)和一定数目的配位体。中心离子(原子)一般是金属离子(或原子),特别是过渡金属元素的离子(或原子)。(2)配位体是含有孤电子对的分子或离子,当配位体与中心离子(原子)形成配离子或配合物时,配位体提供孤电子对与有空轨道的中心离子(原子)形成配位键。(3)配位原子主要是元素周期表中第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素的原子。
[对点训练4][高考组合](1)[Fe(H2O)6]2+与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2+中,NO以N原子与Fe2+形成配位键。请在[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图(如图所示)的相应位置补填缺少的配体。(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为　　　,提供孤电子对的成键原子是　　　　。(3)[Zn(CN)4]2-中Zn2+与CN-的C原子形成配位键。不考虑空间结构,[Zn(CN)4]2-的结构可用示意图表示为　 。 
[Fe(NO)(H2O)5]2+结构示意图
解析 (1)注意[Fe(NO)(H2O)5]2+中N原子与Fe2+形成配位键即可。(2)[Ni(NH3)6]2+为配离子,Ni2+与NH3之间形成的是配位键。配体NH3中提供孤电子对的为N。(3)[Zn(CN)4]2-中,Zn2+提供空轨道,CN-中的C原子提供孤电子对,形成配位键,据此可写出该结构。
本 课 结 束