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人教B版高中化学选择性必修2第3章晶体结构与性质测评含答案
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这是一份人教B版高中化学选择性必修2第3章晶体结构与性质测评含答案，共14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(每小题只有一个选项符合题意。1~10题每题2分,11~15题每题4分,共40分)
1.[2023吉林吉化一中高二期末]关于晶体,下列有关叙述不正确的是( )
A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70
B.晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列,使晶体具有各向异性
C.可通过X射线衍射实验区分晶体和准晶体
D.“硅?炭黑晶体管”为一种新型材料,硅、炭黑均属于晶体
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.下列说法中正确的是( )
A.在晶体中有阳离子不一定有阴离子
B.硫单质熔点高于白磷的原因是S—S键能大于P—P键能
C.离子晶体中可能存在共价键,而分子晶体中肯定存在共价键
D.对于组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点一定越高
5.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
C.杯酚与C60形成氢键
D.C60与金刚石晶体类型不同
6.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
7.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
8.[2023江苏清源高中高二期末]下列说法正确的是( )
A.熔点:金刚石>晶体硅>碳化硅
B.熔点:邻羟基苯甲醛>对羟基苯甲醛
C.电负性:Na
物质
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点℃
190
-60
2 300
3 550
1 410
沸点℃
183
57
2 550
4 827
2 355
A.SiCl4是分子晶体
B.晶体硼是共价晶体
C.AlCl3是分子晶体,加热能升华
D.金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱
10.硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是( )
A.含1 mol H3BO3的晶体中有6 mol氢键
B.分子中硼原子、氧原子最外层均为8个电子的稳定结构
C.硼酸晶体属于共价晶体
D.H3BO3分子的稳定性与氢键无关
11.Fe3+的配位化合物较稳定且应用广泛。Fe3+可与H2O、SCN-、F-等配体形成溶液呈浅紫色的[Fe(H2O)6]3+、红色的[Fe(SCN)6]3-、无色的[FeF6]3-配离子。某同学按如下步骤完成实验:
已知:向Co2+的溶液中加入KSCN溶液生成蓝色的[Co(SCN)4]2-的配离子;Co2+不能与F-形成配离子。下列说法正确的是( )
A.Fe的第四电离能(I4)小于第三电离能(I3)
B.向溶液Ⅰ中滴加少量NaOH溶液,溶液逐渐变为浅紫色
C.配离子[Fe(H2O)6]3+中H—O—H的键角与H2O分子中H—O—H的键角相等
D.可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+
12.下列说法不正确的是( )
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,故足球烯为分子晶体
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.钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的,最初单指钛酸钙这种矿物[如图(a)],此后,把结构与之类似的晶体(化学式形式与钛酸钙相同)统称为钙钛矿物质。某钙钛矿型太阳能光伏电池的有机半导材料的结构如图(b)所示,其中A为CH3NH3+,另两种离子为I-和Pb2+。
下列说法错误的是( )
A.钛酸钙的化学式为CaTiO3
B.图(b)中,X为I-
C.CH3NH3+中含有配位键
D.晶胞中与每个Ca2+紧邻的O2-有6个
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。下列说法不正确的是( )
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]3d6
15.铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶角和面心的位置,镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法不正确的是( )
A.Fe原子的配位数为8
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%
二、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:2 852
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)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。
18.(13分)如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。
请回答下列问题:
(1)金刚石属于 晶体,其中每个碳原子与 个碳原子距离最近且相等;干冰属于 晶体,MgO属于 晶体。
(2)这些晶体中,微粒之间以共价键结合而形成的是 。
(3)冰、金刚石、MgO、干冰四种晶体的熔点由高到低的顺序为 。
(4)每个铜晶胞中实际占有 个铜原子。
19.(12分)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(晶胞顶角为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.(13分)[2023河北秦皇岛市一中高二期末]按要求回答下列问题:
(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第二电离能I2(Zn) (填“>”或“<”)I2(Cu)。
(2)氯化铬酰(CrO2Cl2)的熔点为-96.5 ℃,沸点为117 ℃,固态氯化铬酰属于 晶体。制备CrO2Cl2的同时生成光气(COCl2),COCl2中所有原子都达到了8电子稳定结构,COCl2分子中σ键和π键的个数比为 ,空间结构为 。
(3)直链的多磷酸盐是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠(Na4P2O7)、三磷酸钠(Na5P3O10)等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图1所示,则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)。
图1
(4)某四方晶系的晶胞如图2所示,晶胞参数a=b=x pm、c=2x pm,晶胞棱边夹角均为90°。
图2
①以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。如该晶胞中2号Cu原子(0,12,14),3号In原子(0,12,34),4号Se原子(14,34,18)。则1号Se原子的坐标为 。
②2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为 pm(用x表示)。
答案：
1.D 2.B 3.C 4.A 5.C 6.D
7.A 解析 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错误。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错误。自然界中存在的无定形SiO2不是晶体,D错误。
8.C 解析 A.三者都为共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔点越高,因此熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅;B.由于对羟基苯甲醛含有分子间氢键,邻羟基苯甲醛含有分子内氢键,分子间氢键使得熔点升高,因此熔点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛;C.同周期元素从左到右电负性逐渐增大,因此电负性:Na
10.D 解析 A项,含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键;B项,硼原子的最外层不是8个电子的稳定结构;C项,硼酸晶体属于分子晶体。
11.D 解析 Fe的原子序数为26,核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失去3个电子后形成三价铁离子,核外电子排布式为[Ar]3d5,d轨道处于半满结构,能量低、稳定,失去电子难,所以Fe的第四电离能(I4)远大于第三电离能(I3),故A错误;向溶液Ⅰ中滴加少量NaOH溶液,会生成氢氧化铁沉淀,溶液黄色变浅,故B错误;配离子[Fe(H2O)6]3+中氧原子的成键电子对数为3,孤电子对数为1,H2O中氧原子的成键电子对数为2,孤电子对数为2,则二者的键角不相等,故C错误;可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+,具体操作为向溶液中加入NaF使铁离子转化为无色的[FeF6]3-配离子,再加入KSCN溶液,若含有Co2+,则生成蓝色的[Co(SCN)4]2-配离子,故D正确。
12.C 解析 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项正确;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.D 解析 由图(a)可知,钛酸钙的晶胞中Ca2+位于8个顶角、O2-位于6个面心、Ti4+位于体心,根据均摊法可以确定Ca2+、O2-、Ti4+的数目分别为1、3、1,因此其化学式为CaTiO3,A项正确;由图(b)可知,A、B、X分别位于晶胞的顶角、体心、面心,根据均摊法可以确定其中有1个A、1个B和3个X,根据晶体呈电中性可以确定,CH3NH3+和Pb2+均为1个,有3个I-,故X为I-,B项正确;类比NH4+的成键情况可知,CH3NH3+中含有H+与—NH2形成的配位键,C项正确;图(a)的晶胞中,Ca2+位于顶角,其与邻近的3个面的面心上的O2-紧邻,每个顶角参与形成8个晶胞,每个面参与形成2个晶胞,因此,与每个Ca2+紧邻的O2-有3×82=12个,D项错误。
14.A 解析 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项正确。
15.D 解析 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正确;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)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)晶胞中顶角碳原子数为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。
18.答案 (1)共价 4 分子 离子
(2)金刚石晶体
(3)金刚石>MgO>冰>干冰
(4)4
解析 (1)金刚石晶体中,每个碳原子与相邻的4个碳原子结合形成正四面体。
(2)只有共价晶体的微粒之间才是以共价键结合的。
(3)在题给晶体中,金刚石是共价晶体,熔点最高;MgO为离子晶体,离子晶体的熔点一般低于共价晶体的熔点,高于分子晶体的熔点;冰、干冰均为分子晶体,但冰中水分子之间存在氢键,故冰的熔点高于干冰的熔点。
(4)可用“均摊法”分析,1个铜晶胞中实际占有的铜原子数为8×18+6×12=4。
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+位于顶角,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个位于顶角、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)<
(2)分子 3∶1 平面三角形
(3)(PnO3n+1)(n+2)-
(4)①(34,14,58) ②34x
解析 (1)锌的价层电子排布式是3d104s2,铜的价层电子排布式是3d104s1,在失去一个电子后,铜失去的第二个电子在3d的全充满轨道上,锌的第二个电子在4s半充满轨道上,而3d全充满轨道比4s半充满轨道能量低,结构也更稳定,所以需要更多能量I2(Zn)
(3)根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式:PO43-、P2O74-、P3O105-磷原子的变化规律为1、2、3、n,氧原子的变化规律为4、7、10、3n+1,酸根所带电荷的变化规律为3、4、5、n+2,因此这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n+1)(n+2)-。
(4)①2号Cu原子(0,12,14),3号In原子(0,12,34),4号Se原子(14,34,18)。则1号Se原子的坐标为(34,14,58);
②由晶胞结构可知,Se原子与Cu原子相切,晶胞参数a=b=x pm、c=2x pm,晶胞棱边夹角均为90°,故2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为34x pm。
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(每小题只有一个选项符合题意。1~10题每题2分,11~15题每题4分,共40分)
1.[2023吉林吉化一中高二期末]关于晶体,下列有关叙述不正确的是( )
A.利用超分子的分子识别特征,可以分离C60和C70
B.晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列,使晶体具有各向异性
C.可通过X射线衍射实验区分晶体和准晶体
D.“硅?炭黑晶体管”为一种新型材料,硅、炭黑均属于晶体
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.下列说法中正确的是( )
A.在晶体中有阳离子不一定有阴离子
B.硫单质熔点高于白磷的原因是S—S键能大于P—P键能
C.离子晶体中可能存在共价键,而分子晶体中肯定存在共价键
D.对于组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点一定越高
5.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
C.杯酚与C60形成氢键
D.C60与金刚石晶体类型不同
6.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
7.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
8.[2023江苏清源高中高二期末]下列说法正确的是( )
A.熔点:金刚石>晶体硅>碳化硅
B.熔点:邻羟基苯甲醛>对羟基苯甲醛
C.电负性:Na
物质
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点℃
190
-60
2 300
3 550
1 410
沸点℃
183
57
2 550
4 827
2 355
A.SiCl4是分子晶体
B.晶体硼是共价晶体
C.AlCl3是分子晶体,加热能升华
D.金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱
10.硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是( )
A.含1 mol H3BO3的晶体中有6 mol氢键
B.分子中硼原子、氧原子最外层均为8个电子的稳定结构
C.硼酸晶体属于共价晶体
D.H3BO3分子的稳定性与氢键无关
11.Fe3+的配位化合物较稳定且应用广泛。Fe3+可与H2O、SCN-、F-等配体形成溶液呈浅紫色的[Fe(H2O)6]3+、红色的[Fe(SCN)6]3-、无色的[FeF6]3-配离子。某同学按如下步骤完成实验:
已知:向Co2+的溶液中加入KSCN溶液生成蓝色的[Co(SCN)4]2-的配离子;Co2+不能与F-形成配离子。下列说法正确的是( )
A.Fe的第四电离能(I4)小于第三电离能(I3)
B.向溶液Ⅰ中滴加少量NaOH溶液,溶液逐渐变为浅紫色
C.配离子[Fe(H2O)6]3+中H—O—H的键角与H2O分子中H—O—H的键角相等
D.可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+
12.下列说法不正确的是( )
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,故足球烯为分子晶体
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.钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的,最初单指钛酸钙这种矿物[如图(a)],此后,把结构与之类似的晶体(化学式形式与钛酸钙相同)统称为钙钛矿物质。某钙钛矿型太阳能光伏电池的有机半导材料的结构如图(b)所示,其中A为CH3NH3+,另两种离子为I-和Pb2+。
下列说法错误的是( )
A.钛酸钙的化学式为CaTiO3
B.图(b)中,X为I-
C.CH3NH3+中含有配位键
D.晶胞中与每个Ca2+紧邻的O2-有6个
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。下列说法不正确的是( )
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]3d6
15.铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶角和面心的位置,镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法不正确的是( )
A.Fe原子的配位数为8
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%
二、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:2 852
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)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。
18.(13分)如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。
请回答下列问题:
(1)金刚石属于 晶体,其中每个碳原子与 个碳原子距离最近且相等;干冰属于 晶体,MgO属于 晶体。
(2)这些晶体中,微粒之间以共价键结合而形成的是 。
(3)冰、金刚石、MgO、干冰四种晶体的熔点由高到低的顺序为 。
(4)每个铜晶胞中实际占有 个铜原子。
19.(12分)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(晶胞顶角为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.(13分)[2023河北秦皇岛市一中高二期末]按要求回答下列问题:
(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第二电离能I2(Zn) (填“>”或“<”)I2(Cu)。
(2)氯化铬酰(CrO2Cl2)的熔点为-96.5 ℃,沸点为117 ℃,固态氯化铬酰属于 晶体。制备CrO2Cl2的同时生成光气(COCl2),COCl2中所有原子都达到了8电子稳定结构,COCl2分子中σ键和π键的个数比为 ,空间结构为 。
(3)直链的多磷酸盐是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠(Na4P2O7)、三磷酸钠(Na5P3O10)等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图1所示,则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)。
图1
(4)某四方晶系的晶胞如图2所示,晶胞参数a=b=x pm、c=2x pm,晶胞棱边夹角均为90°。
图2
①以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。如该晶胞中2号Cu原子(0,12,14),3号In原子(0,12,34),4号Se原子(14,34,18)。则1号Se原子的坐标为 。
②2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为 pm(用x表示)。
答案：
1.D 2.B 3.C 4.A 5.C 6.D
7.A 解析 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错误。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错误。自然界中存在的无定形SiO2不是晶体,D错误。
8.C 解析 A.三者都为共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔点越高,因此熔点:金刚石>碳化硅>晶体硅;B.由于对羟基苯甲醛含有分子间氢键,邻羟基苯甲醛含有分子内氢键,分子间氢键使得熔点升高,因此熔点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛;C.同周期元素从左到右电负性逐渐增大,因此电负性:Na
10.D 解析 A项,含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键;B项,硼原子的最外层不是8个电子的稳定结构;C项,硼酸晶体属于分子晶体。
11.D 解析 Fe的原子序数为26,核外电子排布式为[Ar]3d64s2,失去3个电子后形成三价铁离子,核外电子排布式为[Ar]3d5,d轨道处于半满结构,能量低、稳定,失去电子难,所以Fe的第四电离能(I4)远大于第三电离能(I3),故A错误;向溶液Ⅰ中滴加少量NaOH溶液,会生成氢氧化铁沉淀,溶液黄色变浅,故B错误;配离子[Fe(H2O)6]3+中氧原子的成键电子对数为3,孤电子对数为1,H2O中氧原子的成键电子对数为2,孤电子对数为2,则二者的键角不相等,故C错误;可用NaF和KSCN溶液检验FeCl3溶液中是否含有Co2+,具体操作为向溶液中加入NaF使铁离子转化为无色的[FeF6]3-配离子,再加入KSCN溶液,若含有Co2+,则生成蓝色的[Co(SCN)4]2-配离子,故D正确。
12.C 解析 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项正确;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.D 解析 由图(a)可知,钛酸钙的晶胞中Ca2+位于8个顶角、O2-位于6个面心、Ti4+位于体心,根据均摊法可以确定Ca2+、O2-、Ti4+的数目分别为1、3、1,因此其化学式为CaTiO3,A项正确;由图(b)可知,A、B、X分别位于晶胞的顶角、体心、面心,根据均摊法可以确定其中有1个A、1个B和3个X,根据晶体呈电中性可以确定,CH3NH3+和Pb2+均为1个,有3个I-,故X为I-,B项正确;类比NH4+的成键情况可知,CH3NH3+中含有H+与—NH2形成的配位键,C项正确;图(a)的晶胞中,Ca2+位于顶角,其与邻近的3个面的面心上的O2-紧邻,每个顶角参与形成8个晶胞,每个面参与形成2个晶胞,因此,与每个Ca2+紧邻的O2-有3×82=12个,D项错误。
14.A 解析 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项正确。
15.D 解析 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正确;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)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)晶胞中顶角碳原子数为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。
18.答案 (1)共价 4 分子 离子
(2)金刚石晶体
(3)金刚石>MgO>冰>干冰
(4)4
解析 (1)金刚石晶体中,每个碳原子与相邻的4个碳原子结合形成正四面体。
(2)只有共价晶体的微粒之间才是以共价键结合的。
(3)在题给晶体中,金刚石是共价晶体,熔点最高;MgO为离子晶体,离子晶体的熔点一般低于共价晶体的熔点,高于分子晶体的熔点;冰、干冰均为分子晶体,但冰中水分子之间存在氢键,故冰的熔点高于干冰的熔点。
(4)可用“均摊法”分析,1个铜晶胞中实际占有的铜原子数为8×18+6×12=4。
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+位于顶角,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个位于顶角、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)<
(2)分子 3∶1 平面三角形
(3)(PnO3n+1)(n+2)-
(4)①(34,14,58) ②34x
解析 (1)锌的价层电子排布式是3d104s2,铜的价层电子排布式是3d104s1,在失去一个电子后,铜失去的第二个电子在3d的全充满轨道上,锌的第二个电子在4s半充满轨道上,而3d全充满轨道比4s半充满轨道能量低,结构也更稳定,所以需要更多能量I2(Zn)
(3)根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式:PO43-、P2O74-、P3O105-磷原子的变化规律为1、2、3、n,氧原子的变化规律为4、7、10、3n+1,酸根所带电荷的变化规律为3、4、5、n+2,因此这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(PnO3n+1)(n+2)-。
(4)①2号Cu原子(0,12,14),3号In原子(0,12,34),4号Se原子(14,34,18)。则1号Se原子的坐标为(34,14,58);
②由晶胞结构可知,Se原子与Cu原子相切,晶胞参数a=b=x pm、c=2x pm,晶胞棱边夹角均为90°,故2号Cu原子与4号Se原子之间的距离为34x pm。
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