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    课时跟踪检测(五十七) 晶体结构与性质(基础课)

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    这是一份课时跟踪检测(五十七) 晶体结构与性质(基础课),共8页。试卷主要包含了现有几组物质的熔点数据,下面是一些晶体的结构示意图等内容,欢迎下载使用。

    1.(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方,则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1,则Cs+位于该晶胞的________,而Cl-位于该晶胞的________,Cs+的配位数是________。
    (2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示,写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式:________________________________________________________________________。
    (3)图3为F-与Mg2+、K+形成的某种离子晶体的晶胞,其中“○”表示的离子是________(填离子符号)。
    (4)实验证明:KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示),已知3种离子晶体的晶格能数据如下表:
    则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________________________。其中MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有________个。
    解析:(1)体心立方晶胞中,1个原子位于体心,8个原子位于立方体的顶点,故1个晶胞中金属原子数为8×eq \f(1,8)+1=2;氯化铯晶胞中,Cs+位于体心,Cl-位于顶点,Cs+的配位数为8。(2)由晶胞可知,微粒个数比为1∶1,化学式为CuH,CuH与Cl2反应,产物为CuCl2和HCl,化学方程式为2CuH+3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CuCl2+2HCl。(3)由晶胞结构可知,黑球有1个,灰球有1个,白球有3个,由电荷守恒可知n(Mg2+)∶n(K+)∶n(F-)=1∶1∶3,故白球为F-。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道,离子所带电荷越多、离子半径越小,离子晶体的晶格能越大,离子所带电荷数:Ti3+>Mg2+,离子半径:Mg2+<Ca2+,所以熔点:TiN>MgO>CaO>KCl;MgO晶体中一个Mg2+周围和它最邻近且等距离的Mg2+有12个。
    答案:(1)2 体心 顶点 8
    (2)2CuH+3Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CuCl2+2HCl
    (3)F- (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
    2.现有几组物质的熔点(℃)数据:
    据此回答下列问题:
    (1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
    (2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
    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组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
    ①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
    (5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因为_____________
    ________________________________________________________________________
    ________________________________________________________________________。
    解析:(1)A组熔点很高,为原子晶体,是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体,具有①②③④四条共同的物理性质。(3)HF中含有分子间氢键,故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体,具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体,其熔点与晶格能有关。
    答案:(1)原子 共价键 (2)①②③④
    (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)②④ (5)D组晶体都为离子晶体,r(Na+)3.铬的同位素有eq \\al(50,24)Cr、eq \\al(52,24)Cr、eq \\al(53,24)Cr、eq \\al(54,24)Cr。铬及其化合物在生活、生产中有广泛应用。回答下列问题:
    (1)基态eq \\al(53,24)Cr的价层电子排布图为_______________________________________________
    _________________________________________________。
    (2)交警用“酒精仪”查酒驾,其化学反应原理为2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO4―→3CH3COOH+2Cr2(SO4)3+2K2SO4+11H2O。
    ①CH3CH2OH、CH3COOH的沸点高于对应的CH3OCH3(二甲醚)、HCOOCH3(甲酸甲酯),主要原因是_______________________________________________________________。
    ②CH3COOH分子中碳原子的杂化类型是__________;CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为________。
    ③K2SO4晶体中阴离子的立体构型是________________________________________。
    该反应中,只含极性键的极性分子有________________________(填分子式)。
    (3)CrF3晶体、CrBr3晶体的熔点分别为1 100 ℃以上、79 ℃,其可能的原因是________________________________________________________________________。
    (4)晶体铬的晶胞结构如图所示,其堆积模型为____________;铬原子的配位数为____________。
    解析:(1)基态铬原子的价层电子排布图为(2)①乙醇、乙酸分子间存在氢键,氢键比范德华力强,所以,乙醇的沸点高于二甲醚,乙酸的沸点高于甲酸甲酯。②CH3COOH分子中—CH3中碳原子采用sp3杂化,—COOH中碳原子采用sp2杂化。单键都是σ键,1个碳氧双键含1个σ键和1个π键,故CH3COOH分子中σ键和π键的数目之比为7∶1。③K2SO4的阴离子是SOeq \\al(2-,4),SOeq \\al(2-,4)的立体构型是正四面体形,乙醇、乙酸分子中存在碳碳非极性键,H2O、H2SO4分子中只含极性键。(3)三氟化铬、三溴化铬的晶体类型不同,故熔点相差较大。(4)图中为体心立方堆积,铬原子的配位数为8。
    答案:(1) (2)①CH3CH2OH、CH3COOH分子间存在氢键
    ②sp2、sp3 7∶1 ③正四面体形 H2O、H2SO4
    (3)CrF3是离子晶体,CrBr3是分子晶体,离子键比分子间作用力强 (4)体心立方堆积 8
    4.下面是一些晶体的结构示意图。
    (1)下列关于晶体的说法正确的是________(填字母)。
    A.晶体的形成与晶体的自范性有关
    B.可以用X­射线衍射仪区分晶体和非晶体
    C.石蜡是非晶体,但有固定的熔点
    D.晶胞就是晶体
    (2)图甲表示的是晶体的二维平面示意图,a、b中可表示化学式为AX3的化合物的是________(填“a”或“b”)。
    (3)图乙表示的是金属铜的晶胞。
    ①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________,铜原子的配位数为________。
    ②该晶胞称为________(填字母)。
    A.六方晶胞 B.体心立方晶胞 C.面心立方晶胞
    (4)NiO、FeO的晶体结构相同,且r(Fe2+)>r(Ni2+),NiO的熔点为1 960 ℃,则FeO的熔点________(填“>”或“<”)1 960 ℃,判断的依据是__________________________________
    ________________________________________________________________________。
    解析:(1)在一定条件下,物质能形成具有几何形状的晶体,这个过程与晶体的自范性有关,A项正确;区别晶体与非晶体最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验,B项正确;非晶体没有固定的组成,没有固定的熔点,C项错误;晶体是由数量庞大的晶胞无隙并置而成的,D项错误。(2)a中每个黑球周围有6个白球,而每个白球周围有3个黑球,故黑球与白球数目之比为1∶2,b中每个黑球周围有6个白球,而每个白球周围有2个黑球,故黑球与白球数目之比为1∶3,a所示物质的化学式为AX2、b所示物质的化学式为AX3。(3)①根据晶胞结构和均摊法知,该晶胞中Cu原子个数=8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4;在铜的晶胞中,顶点上的铜原子被8个晶胞共有,每个晶胞中与1个顶点上铜原子距离最近的铜原子数是3,每个面上的铜原子被2个晶胞共有,所以铜原子的配位数是3×8×eq \f(1,2)=12。②晶胞中铜原子位于顶点和面心,即该晶胞称为面心立方晶胞,C项正确。(4)NiO和FeO均为离子晶体,且晶体中阴、阳离子所带电荷数均相同,由于半径:Fe2+>Ni2+,则晶格能:FeOFeO。
    答案:(1)AB (2)b (3)①4 12 ②C (4)< 两者均为离子晶体,且阴、阳离子电荷数均为2,但Fe2+的离子半径较大,FeO的晶格能小,因此FeO的熔点较低
    5.(1)Al2O3、SiC、Si、金刚石中属于原子(共价)晶体的有________________________,其熔点由高到低的顺序为____________,理由是________________________。
    (2)干冰、冰二者的熔点较高的是________,其理由是________________________。
    (3)CS2熔、沸点高于CO2的理由是________________________________________
    ________________________________________________________________________。
    (4)BN、MgBr2、SiCl4的熔点由高到低的顺序为________________________。
    (5)NaF的熔点________(填“>”“=”或“<”)BFeq \\al(-,4)的熔点,其原因是____________________________________。
    解析:(1)SiC、Si、金刚石为原子晶体,原子晶体中共价键键长越短,键能越大,熔、沸点越高。(2)冰晶体中含有氢键,熔点比干冰高。(3)CS2、CO2均为分子晶体,组成、结构相似,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高。(4)BN为原子晶体,MgBr2为离子晶体,SiCl4为分子晶体,故熔点:BN>MgBr2>SiCl4。
    答案:(1)SiC、Si、金刚石 金刚石>SiC>Si C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大,键能依次减小,熔点依次降低
    (2)冰 冰晶体中分子间存在氢键
    (3)CS2和CO2均为分子晶体,CS2的相对分子质量大,分子间作用力大,因此CS2熔、沸点高于CO2
    (4)BN>MgBr2>SiCl4
    (5)> 两者均为离子化合物,且离子所带电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低
    6.N、Ga元素因其在生产、生活和科研领域的重要作用而备受关注。
    请回答下列问题:
    (1)基态Ga原子中含有________种能量不同的电子,其中能量最高的电子的电子云轮廓图的形状为____________________。
    (2)Ga单质有晶体和玻璃体两种形态,区别二者最可靠的科学方法为_________
    _____________________________________________________。
    (3)Ga分别与N、P、As形成化合物的晶体结构与金刚石相似,其熔点如下表所示:
    ①从结构的角度分析,三种晶体熔点不同的原因为_____________________________
    ________________________________________________________________________。
    ②GaN晶体中含有的化学键类型为________(填字母)。
    A.离子键 B.配位键
    C.σ键 D.π键
    E.氢键
    (4)一种铜的溴化物晶胞结构如图所示,若将图中的Cu去掉,再把所有的Br换成Cu,得到晶体铜的晶胞结构,则晶体铜的堆积方式为________,某同学将基态铜原子的价电子错误地写为3d94s2,违背了核外电子排布规律中的________。
    (5)下列关于上述铜的溴化物晶胞结构说法正确的是________(填字母)。
    A.该化合物的化学式为CuBr2
    B.铜的配位数为8
    C.与Br紧邻的Br有12个
    D.由图中P点和Q点的原子坐标参数,确定R点的原子坐标参数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(1,4),\f(1,4)))
    解析:(1)基态Ga原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,同能级电子的能量相同,故有8种能量不同的电子,其中能量最高的电子在4p能级,其电子云轮廓图的形状为哑铃形。(2)区分晶体和非晶体最科学的方法为X­射线衍射实验。(3)①三种晶体均为原子晶体,原子晶体的熔点高低受键能影响,随着N、P、As原子半径增大,键长增长, 键能减小,对应物质的熔点降低;②原子晶体中不含离子键,该晶体中,原子和原子之间靠单键相连,故不含π键,氢键不属于化学键,GaN晶胞结构与金刚石相似,内部的碳原子被N原子代替,顶点和面心的碳原子被Ga原子代替,说明一个N原子形成了4个σ键,其中存在1个配位键,B、C正确。(4)晶胞中铜原子位于面心、顶点上,属于面心立方最密堆积;根据洪特规则,对于同一电子亚层,当电子排布为全充满、半充满或全空时是比较稳定的结构,基态铜原子价电子应为3d104s1,若写为3d94s2,则违背了核外电子排布规律中的洪特规则(特例)。(5)根据均摊法,晶胞中含有的铜原子数目为4个,含有的溴原子数是8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4,所以晶胞的化学式是CuBr,A错误;Cu原子与4个Br原子成键,Cu原子的配位数为4,B错误;根据晶胞图可知,与每个Br紧邻的Br有12个,C正确;图中P点原子坐标参数为(0,0,0),Q点原子坐标参数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(1,2),0)),晶胞边长设为1,P与R间的距离为晶胞对角线长的eq \f(1,4),则R点的原子坐标参数为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,4),\f(1,4),\f(1,4))),D正确。
    答案:(1)8 哑铃形 (2)X­射线衍射实验 (3)①三种晶体均为原子晶体,N、P、As原子半径增大,键长增长,键能减小,熔点降低 ②BC (4)面心立方最密堆积 洪特规则(特例) (5)CD
    7.(1)火箭使用的推进剂燃料由N、H两种元素组成,且原子个数N(N)∶N(H)=1∶2,其水溶液显碱性,则该物质中N原子的杂化方式为____________。
    (2)笑气(N2O)曾被用作麻醉剂,但过度吸食会导致身体机能紊乱。预测N2O的结构式为____________________。
    (3)在电解冶炼铝过程中加入冰晶石(用“A”代替),可起到降低Al2O3熔点的作用。冰晶石的生产原理为2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3===2A+3CO2↑+9H2O。
    ①冰晶石的化学式为____________。
    ②冰晶石由两种微粒构成,冰晶石的晶胞结构如图甲所示,位于大立方体的顶点和面心,位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心,位于大立方体的体心,那么大立方体的体心处所代表的微粒是________(填微粒符号)。
    ③冰晶石溶液中不存在的微粒间作用力有________(填字母)。
    A.离子键 B.共价键
    C.配位键 D.金属键
    E.范德华力 F.氢键
    ④Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示,其晶胞特征如图丙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示。若已知Al的原子半径为d cm,NA代表阿伏加德罗常数的值,Al的相对原子质量为M,则晶胞中Al原子的配位数为________。
    (4)配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,可用于制备纯铁。Fe(CO)5的结构如图戊所示:
    ①Fe(CO)5晶体类型属于________晶体。
    ②关于Fe(CO)5,下列说法正确的是________。
    A.Fe(CO)5是非极性分子,CO是极性分子
    B.Fe(CO)5中Fe原子以sp3杂化方式与CO成键
    C.1 ml Fe(CO)5含有10 ml配位键
    D.反应Fe(CO)5===Fe+5CO↑没有新化学键生成
    解析:(1)火箭燃料为N2H4,其结构可表示为H2N—NH2,其中N有3个σ键电子对和1对孤电子对,故N2H4中N采用sp3杂化。(2)N2O与CO2互为等电子体,CO2的结构式为O===C===O,故N2O的结构式为N===N===O。(3)①根据质量守恒定律分析,冰晶石的化学式为Na3AlF6。②位于大立方体的顶点和面心,属于该晶胞的份额为8×eq \f(1,8)+6×eq \f(1,2)=4,位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心,属于该晶胞的份额为12×eq \f(1,4)+8=11,要使两种离子的个数比为1∶3,则大立方体的体心处为Na+。③冰晶石溶液中存在Na+、AlFeq \\al(3-,6)、水,还有水电离出的OH-和H+,AlFeq \\al(3-,6)中存在共价键和配位键,水分子中存在共价键,水分子间存在范德华力和氢键,所以不存在离子键和金属键。④在晶胞中以面心的铝原子为中心,与其距离最近的等距离的铝原子有12个,即铝的配位数为12。(4)①配合物Fe(CO)5的熔点为-20 ℃,沸点为103 ℃,熔、沸点较低,说明该配合物为分子晶体。②Fe(CO)5为对称结构,分子中正、负电荷中心重合,属于非极性分子,CO为极性分子,A项正确;Fe(CO)5中Fe原子与CO形成配位键,铁原子提供空轨道,B项错误;铁与CO形成5个配位键,CO分子中O提供1对孤电子对与1个碳原子形成1个配位键,所以1 ml Fe(CO)5中含有10 ml配位键,C项正确;反应Fe(CO)5===Fe+5CO↑得到铁单质,形成金属键,D项错误。
    答案:(1)sp3 (2)N===N===O
    (3)①Na3AlF6 ②Na+ ③AD ④12 (4)①分子 ②AC离子晶体
    NaCl
    KCl
    CaO
    晶格能/(kJ·ml-1)
    786
    715
    3 401
    A组
    B组
    C组
    D组
    金刚石:3 550 ℃
    Li:181 ℃
    HF:—83 ℃
    NaCl:801 ℃
    硅晶体:1 410 ℃
    Na:98 ℃
    HCl:—115 ℃
    KCl:776 ℃
    硼晶体:2 300 ℃
    K:64 ℃
    HBr:—89 ℃
    RbCl:718 ℃
    二氧化硅:1 723 ℃
    Rb:39 ℃
    HI:—51 ℃
    CsCl:645 ℃
    物质
    GaN
    GaP
    GaAs
    熔点/℃
    1 700
    1 465
    1 238
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