2019届高考化学一轮复习顶层设计配餐作业：39 《晶体结构与性质》 含解析 练习

配餐作业(三十九)　晶体结构与性质

►►见学生用书P433

1．下图为几种晶体或晶胞的示意图：

请回答下列问题：

(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________。

(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为_________________________________________。

(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，原因是________________________

__________________________________________________。

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

(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是__________________。

解析　(2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则离子晶体熔点越高。金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。

(4)铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析，8×＋6×＝4，氯化钙类似氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－配位数为4。

答案　(1)金刚石晶体

(2)金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰

(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r(Mg2＋)<r(Na＋)、r(O2－)<r(Cl－)

(4)4　8

(5)水分子之间形成氢键

2．(2018·东莞质检)卤族元素的单质和化合物在生产生活中有重要的用途。

(1)基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]__________。

(2)在一定浓度的HF溶液中，氟化氢是以缔合形式(HF)2存在的。使氟化氢分子缔合的作用力是________________。

(3)HIO3的酸性________(填“强于”或“弱于”)HIO4，原因是____________________________________________________________________________________________________。

(4)ClO中心氯原子的杂化类型为________，ClO的空间构型为__________。

(5)晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数：表示晶胞内部各微粒的相对位置。下图是CaF2的晶胞，其中原子坐标参数A处为(0,0,0)；B处为；C处为(1,1,1)。则D处微粒的坐标参数为________。

②晶胞参数：描述晶胞的大小和形状。已知CaF2晶体的密度为c g·cm－3，则晶胞中Ca2＋与离它最近的F－之间的距离为________ nm(设NA为阿伏加德罗常数的值，用含c、NA的式子表示；相对原子质量：Ca—40　F—19)。

解析　(1)基态溴原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p5。(2)氟原子的半径小，电负性大，易与氢形成氢键。(3)同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，I的正电性高，导致I—O—H中O的电子向I偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强；所以HIO3的酸性弱于HIO4。(4)ClO为角形，中心氯原子周围有四对价层电子，ClO中心氯原子的杂化轨道类型为sp3；根据价层电子对互斥理论，ClO中心原子价电子对数为4，采取sp3杂化，轨道呈四面体构型，但由于它配位原子数为3，所以有一个杂化轨道被一个孤电子对占据，所以分子构型为三角锥形。(5)氟化钙晶胞中，阳离子Ca2＋呈立方密堆积，阴离子F－填充在四面体空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处；根据晶胞中D点的位置看出，D点的位置均为晶胞中3/4处；已知一个氟化钙晶胞中有4个氟化钙；设晶胞中棱长为L cm；氟化钙的式量为78；根据密度计算公式：ρ＝m/V＝4×78/NA×L3＝c，所以L＝；由晶胞中结构看出，与Ca2＋最近的F－距离为L，即× cm＝××107 nm。

答案　(1)3d104s24p5　(2)氢键　(3)弱于　同HIO3相比较，HIO4分子中非羟基氧原子数多，Ⅰ的正电性高，导致I—O—H中O的电子向Ⅰ偏移，因而在水分子的作用下，越容易电离出H＋，即酸性越强　(4)sp3　三角锥形　(5)　×　×107或×　×107

3．(2018·广东五校诊断)磷是生物体中不可缺少的元素之一，它能形成多种化合物。

(1)基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为________；该能层能量最高的电子云在空间有________个伸展方向，原子轨道呈____________形。

(2)磷元素与同周期相邻两元素相比，第一电离能由大到小的顺序为__________________。

(3)单质磷与Cl2反应，可以生成PCl3和PCl5，其中各原子均满足8电子稳定结构的化合物中，P原子的杂化轨道类型为__________________，其分子的空间构型为__________________。

(4)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，图甲为其晶胞，硼原子与磷原子最近的距离为a cm。用M g·mol－1表示磷化硼的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，则磷化硼晶体的密度为__________。

甲　　　　 　　　　　　乙

(5)H3PO4为三元中强酸，与Fe3＋形成H3[Fe(PO4)2]，此性质常用于掩蔽溶液中的Fe3＋。基态Fe3＋的核外电子排布式为____________；PO作为_____________为Fe提供_______________。

(6)磷酸盐分为直链多磷酸盐、支链状超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐三类。某直链多磷酸钠的阴离子呈图乙所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶角氧原子相连。则该多磷酸钠的化学式为__________。

解析　(3)PCl3中各原子均满足8电子稳定结构，PCl5中P原子为10电子结构，PCl3中P原子采取sp3杂化，其分子的空间构型为三角锥形。(4)设该晶胞的边长为x cm，硼原子与磷原子最近的距离为晶胞体对角线的，则x＝a，x＝a。该晶胞中含有的B原子数为4，P原子数为8×＋6×＝4，即含有4个BP，故磷化硼晶体的密度为 g÷3＝ g·cm－3。(6)由图乙可知，每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为＋5，则该多磷酸钠的化学式为NaPO3或(NaPO3)n。

答案　(1)M　3　哑铃

(2)P>S>Si

(3)sp3　三角锥形

(4) g·cm－3(其他合理答案均可)

(5)[Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5　配体　孤电子对

(6)NaPO3或(NaPO3)n

【拓展延伸】

近几年高考命题的物质载体有：①碳及其化合物，如金刚石、石墨和足球烯等；②硅及其化合物，如硅酸盐、硅晶体等；③氮、磷、砷及其化合物；④硫及其化合物；⑤氟、氯、溴单质及其化合物。

4．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

回答下列问题：

A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。

(1)该化合物的化学式为______；D的配位数为________。

(2)列式计算该晶体的密度为________g·cm－3。

解析　根据分摊法，可以求得化合物的化学式为K2NiF4，晶体的密度可由晶胞的质量除以晶胞的体积求得。

答案　(1)K2NiF4　6

(2)＝3.4

5．(2018·安徽高三阶段性测试)铁触媒是重要的催化剂，CO与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学反应方程式为

[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。

请回答下列问题：

(1)基态Fe原子的价电子排布图为________________。

(2)Fe(CO)5又名羰基铁，常温下为黄色油状液体，则Fe(CO)5的晶体类型是_____，与CO互为等电子体的分子的分子式为________。

(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________，配体中提供孤对电子的原子是________。

(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定形成的有________(双选；填选项字母)。

a．离子键  B．配位键

c．非极性键  D．σ键

(5)单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为____________，面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的晶胞参数分别为a pm和b pm，则＝________。

解析　(1)基态铁原子核外有26个电子，其电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，则其价电子排布图为

(2)Fe(CO)5常温下为液体，说明其熔、沸点较低，则Fe(CO)5为分子晶体。与CO互为等电子体的分子为N2。(3)该配合物含有两种类型的碳原子，中的C原子为sp2杂化，—CH3中的C原子为sp3杂化。配体为NH3，则提供孤对电子的原子是N。

(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中Cu2＋与NH3、CO新生成配位键，Cu2＋与配体中N、C原子之间的配位键也是σ键，故本题选bd。

(5)面心立方晶胞中Fe的个数为8×＋6×＝4，体心立方晶胞中Fe的个数为8×＋1＝2，故铁原子个数比为2∶1。设铁原子的半径为r pm，根据题图，面心立方晶胞中面对角线为a＝4r，a＝r，体心立方晶胞中体对角线为b＝4r，b＝r，故＝＝。

答案　

(2)分子晶体　N2

(3)sp2、sp3　N

(4)bd

(5)2∶1　

6．砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。请回答下列问题：

(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________________________________________。

(2)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________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。

解析　(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，而离子晶体的熔点高于分子晶体。(2)GaAs的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs为原子晶体，Ga与As原子之间以共价键键合。分析GaAs的晶胞结构，4个Ga原子处于晶胞体内，8个As原子处于晶胞的顶点、6个As原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga原子，含有As原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga和As的原子半径分别为rGa pm＝rGa×10－10 cm，rAs pm＝rAs×10－10 cm，则原子的总体积为V原子＝4×π×[(rGa×1010 cm)3＋(rAs×10－10 cm)3]＝×10－30(r＋r) cm3。又知Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞的体积为V晶胞＝4(MGa＋MAs)/ρNA cm3，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%＝×100%。

答案　(1)GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体

(2)原子晶体　共价　×100%

7．(2018·河北三市联考)在一定条件下，金属相互化合形成的化合物称为金属互化物，如Cu9Al4、Cu5Zn8等。

(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)基态铜原子有________个未成对电子；Cu2＋的电子排布式为__________________；在CuSO4溶液中加入过量氨水，充分反应后加入少量乙醇，析出一种深蓝色晶体，该晶体的化学式为_________，其所含化学键有______________________，乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为________。

(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1 mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为________。(SCN)2对应的酸有硫氰酸(H—S—C≡N)、异硫氰酸(H—N===C===S)两种。理论上前者沸点低于后者，其原因是___________________________________。

(4)ZnS的晶胞结构如图甲所示，在ZnS晶胞中，S2－的配位数为________。

(5)铜与金形成的金属互化物的晶胞结构如图乙所示，其晶胞边长为a nm，那么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)晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性，而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，题述金属互化物属于晶体。(2)基态铜原子的电子排布式为[Ar]3d104s1，有1个未成对电子；Cu2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9；得到的深蓝色晶体为Cu(NH3)4SO4，Cu(NH3)4SO4中含有离子键、共价键、配位键。乙醇分子中C原子的杂化轨道类型为sp3。(3)类卤素(SCN)2的结构式为,1 mol(SCN)2中含σ键的数目为5NA。异硫氰酸(H—N===C===S)分子中N原子上连接有H原子，分子间能形成氢键，故沸点高。(4)根据题中图甲知，距离Zn2＋最近的S2－有4个，即Zn2＋的配位数为4，而ZnS中Zn2＋与S2－个数比为1∶1，故S2－的配位数也为4。(5)根据均摊法，铜与金形成的金属互化物晶胞中Cu的个数为6×＝3，Au的个数为8×＝1，该金属互化物的化学式为Cu3Au，该金属互化物的密度为 g·cm－3＝ g·cm－3。

答案　(1)晶体

(2)1　1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9　

Cu(NH3)4SO4　共价键、离子键、配位键　sp3

(3)5NA　异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能

(4)4

(5)(或其他合理答案)