2020高考化学一轮复习第十二章物质结构与性质（选修）课时作业34晶体结构与性质（含解析） 练习

课时作业34　晶体结构与性质

时间：45分钟

1．(2019·石家庄模拟)物质的结构决定性质，性质反映其结构特点。

(1)金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质，下列叙述中正确的有________。

a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化

b．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C＜石墨中C—C

c．晶体的熔点：金刚石<石墨

d．晶体中共价键的键角：金刚石>石墨

(2)铜及其合金是人类最早使用的金属材料。

①NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3＋3F2NF3＋3NH4F

上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有________(填序号)。

a．离子晶体　b．分子晶体　c．原子晶体　d．金属晶体

②NF3与NH3均为三角锥形，但前者键角小于后者，原因是

__________________________________________________。

③元素周期表中铜的相邻元素的晶体结构如图甲，则其一个晶胞中含有________个该元素原子，金属铜采取如图乙所示堆积方式，可称为________堆积。

解析：(1)金刚石中的碳原子与周围4个碳原子形成共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，碳原子为sp3杂化，石墨中每个碳原子与三个碳原子形成σ键，形成平面正六边形结构，键角为120°，碳原子为sp2杂化，a正确，d错误。石墨中的碳碳键键长小于金刚石中的碳碳键，破坏石墨中的共价键消耗的能量比破坏金刚石中共价键消耗能量多，因此熔点：石墨>金刚石，b错误，c正确。

(2)①NF3、NH3和F2属于分子晶体，Cu属于金属晶体，NH4F属于离子晶体。

②由于电负性：氟>氮>氢，NF3中共用电子对更偏向氟，排斥力小于NH3，因此前者键角小于后者。

③根据甲晶胞的结构图，利用均摊法可知晶胞所含原子数为×8＋1＝2；根据金属铜晶胞的结构图可知，铜原子分布在晶胞立方体的顶点和面心上，所以堆积方式为面心立方最密堆积。

答案：(1)a、c

(2)①a、b、d　②电负性：氟>氮>氢，NF3中共用电子对更偏向氟，排斥力小于NH3　③2　面心立方最密

2．(2019·郑州预测)金属互化物属于合金的一种，大多数以金属键结合，如Cu9Al4、Cu5Zn8等，它们的合成对超导材料、贮氢合金的研究有着重要的意义。

(1)某金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，该金属互化物属于________(填“晶体”或“非晶体”)。

(2)基态铜原子核外有________种运动状态的电子，基态铝原子有________个未成对电子。

(3)锌能与类卤素(CN)2反应生成Zn(CN)2。写出(CN)2的电子式________________，1 mol(CN)2分子中含有π键的数目为

__________________。

(4)配合物[Cu(En)2]SO4的名称是硫酸二乙二胺合铜(Ⅱ)，是铜的一种重要化合物。其中En是乙二胺

(H2N—CH2—CH2—NH2)的简写。

①该配合物中含有的化学键有________________(填字母编号)。

A．离子键　B．极性共价键　C．非极性共价键

D．配位键　E．金属键

②配体乙二胺分子中氮原子、碳原子轨道的杂化类型分别为________、________。

③乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺，且相对分子质量相近，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是____________________。

(5)铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图所示，其化学式为__________________，每个金原子周围与之最近且等距的金原子有________个，它们构成的空间结构为________。其晶胞边长为a nm，该金属互化物的密度为______________g·cm－3(用含a，NA的代数式表示)。

解析：(1)晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)呈空间有规则周期性排列的固体；某金属互化物具有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，所以该金属互化物属于晶体；(2)铜原子核外有29个电子，所以有29种运动状态；基态铝原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p1，只有3p轨道上有1个未成对电子；(3)(CN)2中C、N之间是叁键，所以(CN)2的电子式是；单键是σ键，叁键中有1个σ键和2个π键，1 mol(CN)2分子中含有4 mol π键，π键数目为4NA；(4)①[Cu(En)2]2＋、SO42－之间是离子键；Cu2＋与H2N—CH2—CH2—NH2通过配位键结合；

H2N—CH2—CH2—NH2中存在极性共价键和非极性共价键、SO中存在极性共价键和配位键，所以[Cu(En)2]SO4含有离子键、极性共价键、非极性共价键、配位键，选ABCD；②配体乙二胺分子中氮原子形成3个σ键，价电子对数是＝4，氮原子轨道的杂化类型为sp3；碳原子形成4个σ键，价电子对数是＝4，碳原子轨道的杂化类型为sp3；③乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键，所以乙二胺比三甲胺的沸点高得多；(5)根据均摊原则，晶胞含有铜原子数是6×＝3，金原子数是8×＝1，所以化学式是Cu3Au或AuCu3；根据晶胞图，每个金原子周围与之最近且等距的金原子有6个，它们构成的空间结构为正八面体；晶胞的摩尔质量是389 g/mol，晶胞的体积是a3×10－21 cm3，所以密度是。

答案：(1)晶体　(2)29　1

(3) 　2.408×1024(或4NA)

(4)①ABCD　②sp3　sp3　③乙二胺分子之间可以形成氢键，三甲胺分子之间不能形成氢键

(5)Cu3Au(或AuCu3)　6　正八面体　

3．(2019·开封模拟)(1)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点

FeO________NiO(填“<”或“>”)。

(2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中铜原子处于面心，金原子处于顶点位置，则该合金中铜原子与金原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的强相互作用是________。

(3)某钙钛型复合氧化物如图1所示，以A原子为晶胞的顶点，A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb，当B位是V、Cr、Mn、Fe等时，这种化合物具有CMR效应。

　　　　　    图1　　　　　　　　　图2

①用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式：______________。

②已知La为＋3价，当被钙等二价元素A替代时，可形成复合钙钛矿化合物La1－xAxMnO3(x＜0.1)，此时一部分锰转变为＋4价。导致材料在某一温度附近有反铁磁铁磁、铁磁顺磁及金属半导体的转变，则La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为________。

③下列有关说法正确的是________。

A．镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区

B．氧的第一电离能比氮的第一电离能大

C．锰的电负性为1.59，Cr的电负性为1.66，说明锰的金属性比铬强

D．铬的堆积方式与钾相同，则其堆积方式如图2所示

解析：(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。由于Ni2＋的半径小于Fe2＋的半径，则熔点：NiO>FeO。(2)金(Au)元素处于元素周期表中的第6周期，与铜同族，则最外层电子数为1，则价电子排布式为5d106s1，在晶胞中铜原子处于面心，N(Cu)＝6×＝3，金原子处于顶点位置，N(Au)＝8×＝1，则该合金中铜原子与金原子数量之比为3∶1，为金属晶体，原子间的作用力为金属键。(3)①由图1可知，晶胞中A位于顶点，晶胞中含有A为8×＝1个，B位于晶胞的体心，含有1个，O位于面心，晶胞中含有O的个数为6×＝3，则化学式为ABO3。②设La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量分别为m和n，则有3(1－x)＋2x＋3m＋4n＝6、m＋n＝1，解之得m＝1－x，n＝x，则La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为(1－x)∶x。③由金属在元素周期表中的位置可知镧、锰、氧分别位于元素周期表f、d、p区，故A正确；氮元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，因此氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能，故B错误；元素的电负性越强，金属性越弱，故C正确；图中堆积方式为镁型，故D错误。

答案：(1)＜　(2)3∶1　金属键

(3)①ABO3　②(1－x)∶x　③A、C

4．(2019·山东济宁一模)由P、S、Cl、Ni等元素组成的新型材料有着广泛的用途，回答下列问题。

(1)基态Cl原子核外电子排布式为____________，P、S、Cl的第一电离能由大到小顺序为________。

(2)SCl2分子中的中心原子杂化轨道类型是________，该分子构型为________。

(3)Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，该分子中σ键与π键个数比为________。

(4)已知MgO与NiO的晶体结构(如下图)相同，其中Mg2＋和Ni2＋的离子半径分别为66 pm和69 pm。则熔点：MgO________NiO(填“>”“<”或“＝”)，理由是__________________________。

(5)若NiO晶胞中离子坐标参数A为(0,0,0)，B为(1,1,0)，则C离子坐标参数为________。

(6)一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为O2－作密置单层排列，Ni2＋填充其中(如右图所示)，已知O2－的半径为a m，每平方米面积上分散的该晶体的质量为________g。(用a、NA表示)

解析：(1)基态Cl原子的电子排布式是1s22s22p63s23p5，同周期元素第一电离能从左到右呈增大的趋势，第一电离能排序时，P元素电子排布有半充满结构，第一电离能较高，高于S元素而低于Cl元素，所以第一电离能：Cl>P>S。

(2)SCl2中S原子价层电子对数＝2＋(6－1×2)＝4，采取sp3杂化方式，含两对孤对电子，所以该分子构型为V形。

(3)Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4，CO中含有1个σ键，2个π键，配位键也属于共价键，也为σ键，该分子中σ键个数为1×4＋4＝8，π键个数为2×4＝8，故σ键与π键个数比为1∶1。

(4)晶体结构相同时，离子半径越小离子键强度越大，Mg2＋半径比Ni2＋小，MgO的晶格能比NiO大，熔点：MgO＞NiO。

(5)题中已经给出了坐标系的三个方向示意图，晶胞是边长为1的正方体，C离子坐标是(1，，)。

(6)图中的单分子层可以画出如图一维重复单元：

重复单元呈平行四边形，是相邻四个O原子中心的连线，每个重复单元包含1个O原子和1个Ni原子，NiO相对分子质量为75。重复单元所占的平行四边形面积：S＝2a m× a m＝2 a2 m2，则1平方米上该晶体质量为××75 g。

答案：(1)1s22s22p63s23p5　Cl＞P＞S

(2)sp3　V形　(3)1∶1

(4)＞　Mg2＋半径比Ni2＋小，MgO的晶格能比NiO大

(5)(1，，)　(6)或

5．(2019·广东韶关二模)硼和氮的单质及一些化合物在工农业生产等领域有重要应用。回答下列问题：

(1)N原子核外有________种不同运动状态的电子。基态N原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为________。

(2)经测定发现，N2O5固体由NO和NO两种离子组成，该固体中N原子杂化类型为________；与NO互为等电子体的微粒有________(写出一种)。

(3)大多数铵盐不稳定。NH4F、NH4I中较易分解的是________，原因是__________________________________________________。

(4)第二周期中，第一电离能介于B元素和N元素之间的元素为________(填元素符号)。

(5)晶体硼有多种变体，但其基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体(如图甲)，每个顶点为一个硼原子，每个三角形均为等边三角形。则每一个此基本结构单元由________个硼原子构成；若该结构单元中有2个原子为10B(其余为11B)，那么该结构单元有________种不同类型。

　　　　甲　　　　　　 　 　乙　　　　　　　丙

(6)硼和氮构成的一种氮化硼晶体结构与石墨晶体结构相类似，B、N原子相互交替排列(如图乙)，其晶胞结构如图丙所示。设层内B—N核间距为a pm，面间距为b pm，则该氮化硼晶体的密度为________ g·cm－3(用含a、b、NA的代数式表示)。

解析：(1)原子核外没有两个运动状态完全相同的电子，有几个电子就有几种运动状态，N原子核外有7个电子，所以有7种不同运动状态的电子；基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，则能量最高的电子所占据的原子轨道为2p轨道，呈哑铃形。(2)NO中N原子的价层电子对数为2＋×(5－1－2×2)＝2，其杂化轨道类型为sp；NO中N原子的价层电子对数为3＋×(5＋1－3×2)＝3，其杂化类型为sp2；含有相同原子数和相同价电子数的微粒互为等电子体，与NO互为等电子体的微粒有SCN－、CO2、CS2、N等。(3)F原子半径比I原子小，H→F键比H→I键强(H→F更易形成)，F－更易夺取NH中的H＋。(4)同周期元素中，元素的第一电离能从左向右呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素原子最外层电子处于全充满、半充满的稳定状态，所以第一电离能大于其同周期相邻元素，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O。(5)由基本结构单元可知，B原子位于顶点处，共20个面，每个面均为正三角形，有3个顶点，而每个顶点都同时属于5个面，所以有＝12个B原子；该结构单元有3种不同类型。(6)根据图丙可知1个晶胞中含有N原子数为4×＋2×＝2，B原子数为8×＋1＝2，晶胞底面积与B、N原子构成的正六边形的面积相等，为6××a pm× pm＝ pm2＝×10－20 cm2，晶胞的体积为×10－20 cm2×b×10－10 cm×2＝3a2b×10－30 cm3，故密度ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3。

答案：(1)7　哑铃形

(2)sp、sp2　SCN－、CO2、CS2、N等中的任一种

(3)NH4F　F原子半径比I原子小，H→F键比H→I键强(H→F更易形成)，F－更易夺取NH中的H＋

(4)Be、C、O　(5)12　3　(6)

6．(2019·河南名校联盟联考)砷主要以硫化物矿的形式(如雄黄、雌黄等)存在于自然界。砷及其化合物主要用于合金冶炼、农药医药、颜料等工业。请根据有关砷及其化合物的转化关系和晶体结构图，回答下列问题：

 (1)量子力学把电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道，电子除空间运动状态外，还有一种运动状态叫作________。

(2)基态砷原子的核外电子排布式为________，与砷同周期的p区元素中第一电离能大于砷的元素有________(填元素符号)。

(3)雄黄分子中，As原子的杂化方式为______________。

(4)雄黄可经过如下三步反应生成雌黄：

①反应Ⅲ的化学方程式为______________________。

②SO2的VSEPR模型为_______________________________。

③亚砷酸属于三元弱酸，酸性：H3AsO3________HNO2(填“>”或“<”)，请根据物质结构的知识解释原因：________________。

(5)①图丙是由Li、Fe和As三种元素组成的超导体化合物的晶体结构(该晶胞是立方晶胞，Li在晶胞内部)，该晶体的化学式为____________________________________________________。

　　　　　　　　　　　丙

②若1号原子的坐标为(0,0,0)，2号原子的坐标为，则3号原子的坐标为________。

③已知该晶胞参数a＝0.53 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________ g·cm－3(列出计算式即可)。

解析：(1)量子力学把电子在原子核外的一种空间运动状态称为一个原子轨道，电子除空间运动状态外，还有一种运动状态称为自旋。(2)As位于第四周期第ⅤA族，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3；同周期元素从左向右第一电离能呈增大趋势，结合As原子最外层3p能级为半充满的稳定状态，其第一电离能大于Se，因此第一电离能大于As元素的是Br和Kr。(3)根据雄黄的晶体结构图，As原子形成3个σ键，有1对孤对电子，因此As的杂化轨道类型为sp3。(4)①根据雌黄的结构，可推出雌黄的分子式为As2S3，则反应Ⅲ的化学方程式为2H3AsO3＋3H2S===As2S3＋6H2O；②SO2中心原子S形成2个σ键，孤对电子数为＝1，价层电子对数为3，因此VSEPR模型为平面三角形；③H3AsO3为三元弱酸，不含有非羟基氧，HNO2中含有1个非羟基氧，非羟基氧越多，中心原子的正电性越高，导致羟基中氧的电子向中心原子偏移，越容易电离出氢离子，故HNO2的酸性强于H3AsO3。(5)①根据晶胞的结构，Li位于晶胞内部，有4个，Fe位于顶点、棱心、面心，个数为8×＋8×＋2×＝4，As位于晶胞内部，有4个，因此晶体的化学式为LiFeAs；②根据1号和2号原子的坐标，推出3号原子坐标为；③晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(0.53×10－7)3cm3，根据密度的定义，得出晶胞的密度为 g·cm－3。

答案：(1)自旋

(2)1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3　Br、Kr　(3)sp3

(4)①2H3AsO3＋3H2SAs2S3＋6H2O　②平面三角形

③＜　H3AsO3可表示为(HO)3As，非羟基氧的个数为0，HNO2可表示为(HO)NO，非羟基氧的个数为1，非羟基氧的个数越多，中心原子的正电性越高，导致羟基氧中氧的电子向中心原子偏移，越容易电离出氢离子，故HNO2的酸性强于H3AsO3

(5)①LiFeAs　②　③

7．(2019·厦门质检)钛(22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。宝鸡因钛产业发达被称为中国钛谷，其钛产品产量占全国80%以上，占世界产量的20%以上。请回答下列问题：

(1)钛元素位于周期表中第4周期________族，基态铁原子的价电子的电子排布式为________。

(2)钛元素在化合物中有＋2、＋3、＋4等多种价态，试分析因显著的“压电效应”面被广泛应用于超声波发生装置中的偏钛酸钡(BaTiO3)中Ti的化合价为________。

(3)TiCl3是一种不稳定的氯化物，主要用作强还原剂、烯烃聚合的催化剂以及偶氮染料分析等。

①溶液中的Ti3＋易被FeCl3氧化，发生反应的离子方程式为__________________；若利用此反应原理，用已知标准浓度FeCl3溶液来滴定某含Ti3＋的溶液时，可选用__________________溶液作指示剂判断滴定的终点。

②化学式为[Ti(H2O)6]Cl3的绿色晶体是TiCl3的六水合物的一种晶型，该晶体中，与Ti3＋形成配位键的原子是________(填元素符号)，该原子的杂化类型为________；该晶体所含元素中，电负性最大的元素是________(写出元素符号)。

③化学式为[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O的绿色晶体是TiCl3的六水合物的另一种晶型，取1 mol绿色晶体溶于水配成500 mL溶液，加入足量AgNO3使C1－完全沉淀，消耗AgNO3的物质的量为________mol。

④写出一种与H2O互为等电子体的阳离子__________(填化学式)。

(4)TiO2的熔点为1 800 ℃，，TiCl4的熔点为－25 ℃，同为Ti的＋4价化合物，熔点相差悬殊的原因是____________。

(5)自然界的钛主要以金红石(主要成分为TiO2)的形式存在。TiO2的晶胞属于四方晶系，其长方体结构如图所示，已知TiO2的摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，根据图中所示数据列出该晶体密度的计算式ρ＝________g·cm3(用NA表示阿伏加德罗常数，用含M、a、b、c的代数式表示)。

解析：(1)钛元素22号，位于周期表中第4周期ⅣB族，铁是26号元素，基态铁原子的价电子的电子排布式为3d64s2。  (2)由化合价代数和为0的规律，偏钛酸钡(BaTiO3)中Ti的化合价为＋4。  (3)①溶液中的Ti3＋易被FeCl3氧化成Ti4＋，发生反应的离子方程式为Fe3＋＋Ti3＋===Fe2＋＋Ti4＋；若利用此反应原理，用已知标准浓度FeCl3溶液来滴定某含Ti3＋的溶液时，多余的Fe3＋遇到KSCN(或硫氰化钾)溶液呈血红色，可选用KSCN(或硫氰化钾)溶液作指示剂判断滴定的终点。②化学式为[Ti(H2O)6]Cl3的绿色晶体是TiCl3的六水合物的一种晶型，该晶体中，与Ti3＋形成配位键的原子是O(填元素符号)，O原子形成2个δ键和2个孤电子对，该原子的杂化类型为sp3；该晶体所含元素中，电负性最大的元素是O。③化学式为[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O的绿色晶体是TiCl3的六水合物的另一种晶型，取1 mol绿色晶体溶于水配成500 mL溶液，溶液中含有2 mol氯离子，加入足量AgNO3使Cl－完全沉淀，消耗AgNO3的物质的量为2 mol。④与H2O互为等电子体的阳离子为H2F＋(填化学式)。(4)TiO2的熔点为1 800 ℃，TiCl4的熔点为－25 ℃，同为Ti的＋4价化合物，熔点相差悬殊的原因是TiO2是原子晶体，原子间以共价键相结合，而TiCl4是分子晶体，分子以范德华力相结合，共价键作用远大于范德华力。  (5)每个晶胞中含有钛原子数为8×＋1＝2，氧原子数为4×＋2＝4，则晶体密度为2×M g·mol－1÷NA mol－1÷(a×b×c) pm3＝ g·cm－3。

答案：(1)ⅣB　3d64s2　(2)＋4

(3)①Fe3＋＋Ti3＋===Fe2＋＋Ti4＋　KSCN(或硫氰化钾)

②O　sp3　O　③2　④H2F＋

(4)TiO2是原子晶体，原子间以共价键相结合，而TiCl4是分子晶体，分子以范德华力相结合，共价键作用远大于范德华力

(5)(或)