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高中人教版 (2019)第三章 晶体结构与性质本章综合与测试课时作业
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这是一份高中人教版 (2019)第三章 晶体结构与性质本章综合与测试课时作业，共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下表中是几种物质的熔点:
据此做出的下列判断中错误的是( )
A.铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B.表中只有BCl3、CO2是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
2.(2019四川乐山高二上第二次月考)下列说法正确的是 ( )
A.晶体在受热熔化或升华过程中一定存在化学键的断裂
B.共价晶体的原子间只存在共价键,而分子晶体内只存在范德华力
C.区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验
D.非金属元素的原子间只形成共价键,金属元素的原子与非金属元素的原子间只形成离子键
3.下列说法正确的是( )
A.SiH4的沸点高于CH4,可推测PH3的沸点高于NH3
B.液晶、等离子体都是物质的聚集体
C.CO2晶体是分子晶体,可推测SiO2晶体也是分子晶体
D.C2H6是碳链为直线形的非极性分子,可推测C3H8也是碳链为直线形的非极性分子
4.关于晶体的下列说法正确的是( )
①在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子,只要有阳离子就一定有阴离子
②分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
③晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
④离子晶体中,一定存在离子键
⑤分子晶体中,一定存在共价键
⑥共价晶体中,一定存在共价键
⑦熔化时化学键没有被破坏的晶体一定是分子晶体
A.②④⑥B.④⑤⑦
C.④⑥⑦D.③④⑦
5.泽维尔研究发现,当用激光脉冲照射NaI使Na+和I-的核间距为1.0~1.5 nm时,呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B.离子晶体可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键,又有共价键
D.共价键和离子键没有绝对的界限
6.(2020山东等级考模拟)利用反应CCl4+4Na C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列说法错误的是( )
A.C(金刚石)属于共价晶体
B.该反应利用了Na的强还原性
C.CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式相同
D.NaCl晶体中每个Cl-周围有8个Na+
7.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是( )
A.配位体是Cl-和H2O,配位数是8
B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+
C.内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2
D.在1 ml该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到3 ml AgCl沉淀
8.组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间有规则地排列,形成具有一定几何形状的空间格子,称为晶格;晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单元称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为( )
A.2∶1B.3∶2C.5∶2D.5∶1
9.据某科学杂志报道,国外有一研究发现了一种新的球形分子,它的分子式为C60Si60,其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”,经测定其中包含C60,也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A.该物质有很高的熔点、很大的硬度
B.该物质属于分子晶体
C.该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D.该物质的相对分子质量为1 200
10.二茂铁[(C5H5)2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件,它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁的熔点是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.二茂铁属于分子晶体
B.在二茂铁结构中,C5H5-与Fe2+之间形成的化学键是离子键
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.C5H5-中一定含π键
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.我国用BeO、KBF4等原料制备KBe2BO3F2晶体,在世界上首次实现在177.3 nm深紫外激光倍频输出,其晶胞如图所示。下列说法错误的是( )
A.构成晶体的非金属元素的电负性由大到小的顺序为F>O>B
B.KBF4中的阴离子的中心原子杂化方式为sp2
C.根据元素周期表中元素所处的位置可推测BeO与Al2O3性质相似
D.1 ml该晶胞含3 ml KBe2BO3F2
12.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层,它与N3-形成的晶体晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.X元素的原子序数是19
B.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶2
C.Xn+中n=1
D.晶体中每个Xn+周围有2个等距离且最近的N3-
13.下列有关说法不正确的是( )
A.水合铜离子的模型如图1所示,1个水合铜离子中有4个配位键
B.CaF2晶体的晶胞如图2所示,每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2+
C.H原子的电子云图如图3所示,H原子核外的大多数电子在原子核附近运动
D.金属Cu原子堆积模型如图4所示,该金属晶体为最密堆积,每个Cu原子的配位数均为12
14.下表是A、B、C、D、E、F六种短周期元素的常见化合价、电负性和原子半径数据。下列说法正确的是( )
A.F的单质、FA晶体中均含有金属阳离子,都属于离子晶体
B.A2D2是共价化合物,F2D2是离子化合物
C.氧化物对应水化物的酸性:BD.简单阴离子的还原性:E-15.(2019四川雅安中学高二上第一次月考)下列关于晶体的说法正确的组合是( )
①分子晶体中都存在共价键;
②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子;
③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低;
④离子晶体中只有离子键没有共价键,分子晶体中肯定没有离子键;
⑤CaTiO3晶体的晶胞结构如图所示,则每个Ti4+和12个O2-紧邻;
⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合;
⑦H2O比H2S分子更稳定,是因为H2O分子间存在氢键;
⑧钠熔化时金属键被破坏,氯化钠熔化时离子键被破坏。
A.①②③⑥ B.①②④
C.③⑤⑦ D.③⑤⑧
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)Al和Si在元素周期表金属和非金属分界线附近,其单质和化合物在建筑业、电子工业和石油化工等方面应用广泛。请回答下列问题:
(1)AlCl3是化工生产中的常用催化剂,熔点为192.6 ℃,熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在,其中铝原子与氯原子形成的化学键类型是 。
(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,每个Al原子与 个N原子相连,与同一个Al原子相连的N原子构成的空间构型为 。AlN属于 晶体。
(3)Si和C同主族,Si、C和O成键情况如下:
C和O之间可以通过双键形成CO2分子,而Si和O则不能像碳那样形成稳定分子的原因是 。
17.(12分)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛用于新型材料的制备。
(1)基态硼原子的价电子排布图是 。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的 。
(3)B的简单氢化物BH3不能稳定存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。
①B2H6分子结构如图,则B原子的杂化方式为 。
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
(4)以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂。BH4-的键角是 ,空间结构为 。
(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如图所示。磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是 ;已知晶胞棱长为458 pm,则磷化硼晶体的密度是 (列式并计算,结果保留两位有效数字,已知4.583≈96.07)。
18.(12分)超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等领域。由M将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。
(1)M处于元素周期表第五周期第ⅥB族,核外电子排布与Cr相似,它的基态原子价电子排布式是 ;核外未成对电子数是 。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 。
A.σ键 B.π键
C.离子键D.氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号),p-甲酸丁酯吡啶中C原子的杂化方式有 。
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因: 。
(5)C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是 。
19.(16分)(2020湖北四地七校高三联考)党的十八大以来,我国在科技创新和重大工程建设方面取得了丰硕成果,在新时代更需要新科技。2018年3月5日,《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者均为中国科大2010级少年班的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲),石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(如图乙)。
(1)图乙中1号C与相邻C有无形成π键? (填“有”或“无”)。
(2)图甲中1号C的杂化方式为 。该C与相邻C形成的键之间的夹角 (填“>”“<”或“=”)120°。
(3)我国制墨工艺将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水,在相同条件下所得到的分散系后者沸点更高,其原因是 。
(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为 ,该材料的化学式为 。
(5)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是 ;
②有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,结合表中内容从物质结构及性质的角度分析,该设想能否实现? (填“能”或“否”)。可燃冰与二氧化碳置换的水合物的熔点较高的是 。
20.(12分)(2019河北衡水中学高三统考)材料是人类文明进步的阶梯,第ⅢA、ⅣA、ⅤA族元素是组成特殊材料的重要元素。请回答下列问题:
(1)基态Ge原子的价层电子排布图为 ;基态As原子核外电子占据的能量最高的能级的电子云形状为 。
(2)Si、P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)M与Ga位于同周期,M3+的一种配合物组成为[M(NH3)5(H2O)]Cl3。
①下列有关NH3、H2O的说法正确的是 (填字母)。
a.分子空间结构相同
b.中心原子杂化轨道类型相同
c.键角大小相同
②1 ml [M(NH3)5(H2O)]3+含 ml σ键。
③配合物T与[M(NH3)5(H2O)]Cl3组成元素相同,中心离子的配位数相同。1 ml T溶于水,加入足量AgNO3溶液可生成2 ml AgCl。则T的化学式为 。
(4)碳和钨组成一种晶体,其熔点为2 870 ℃,硬度接近金刚石,其晶胞结构如图甲所示,则其化学式为 。
(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,其晶胞结构如图乙所示,该晶胞中B原子所处空间类型为 (填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)。
已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,NA是阿伏加德罗常数的值。BP晶胞中面心上6个P原子相连构成正八面体,该正八面体的边长为 pm(列式即可)。
答案全解全析
1.B AlCl3、BCl3、CO2均为分子晶体,B错误。
2.C 分子晶体升华时一般破坏分子间作用力,而不破坏化学键,如碘单质升华,A错误;共价晶体的原子间只存在共价键,分子晶体内可能存在范德华力、氢键和共价键,如水、氨气等,B错误;构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来,因此,区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验,C正确;氯化铝是由金属原子与非金属原子组成的共价化合物,D错误。
3.B 氨气分子之间存在氢键,沸点高于PH3;SiO2晶体不是分子晶体;C3H8的碳链不是直线形的,碳链呈锯齿形且C3H8为极性分子,故A、C、D项错误。
4.C ①晶体中有阳离子不一定有阴离子,如金属晶体中只含有阳离子和自由电子,故①错误;②Hg为金属,但常温下为液体,熔点较低,有些分子晶体比Hg的熔点高,故②错误;③分子的稳定性与共价键有关,与分子间作用力无关,故③错误;④离子晶体由阴、阳离子构成,离子之间的作用力为离子键,则离子晶体中一定存在离子键,故④正确;⑤稀有气体属于分子晶体,其中不含化学键,只存在分子间作用力,故⑤错误;⑥共价晶体中非金属元素原子之间的作用力为共价键,故⑥正确;⑦分子晶体熔化时,只破坏分子间作用力,化学键没有被破坏,故⑦正确;C正确。
5.D 由题中信息可知,当核间距改变时,键的性质会发生改变,这说明离子键和共价键没有绝对的界限。
6.D 金刚石为共价晶体,故A正确;该反应中Na由0价→+1价,作还原剂,将CCl4还原,故B正确;CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式都是sp3杂化,故C正确;NaCl晶体中每个Na+同时吸引6个距离最近且相等的Cl-,每个Cl-同时吸引6个距离最近且相等的Na+,配位数为6,故D错误。
7.C 由配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O可知,中心离子是Ti3+,配位体是Cl-和H2O,配位数是6,外界中的Cl-数目为2,且只有外界中的Cl-与AgNO3溶液反应生成白色沉淀,据此解答。配位体是Cl-和H2O,配位数是1+5=6,故A错误;中心离子是Ti3+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+,故B错误;外界中的Cl-数目为2,内界中的Cl-数目为1,内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2,故C正确;外界中的Cl-与AgNO3溶液反应,则1 ml该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到2 ml AgCl沉淀,故D错误。
8.D 根据已知条件,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则在冰晶石晶胞中,AlF63-的个数为8×18+6×12=4,由冰晶石的化学式可知Na+的个数为AlF63-的3倍,即12,所以冰晶石晶胞中钠原子12个、铝原子4个、氟原子24个,共40个;NaCl晶胞中含有的钠原子为4个,氯原子为4个,共8个,它们的原子个数比为40∶8=5∶1。
9.B 由分子式及信息可知该物质为分子晶体,A错误,B正确;Si的原子半径大于C,所以Si60的体积大于C60的体积,C错误;该物质相对分子质量为(12+28)×60=2 400,D错误。
10.B 由题给信息知二茂铁熔点低,易升华,易溶于有机溶剂,说明二茂铁为分子晶体,故A项正确;C5H5-与Fe2+之间形成的不是离子键,故B项错误;1号碳原子含有4个σ键,无孤电子对,杂化方式为sp3,2、3、4、5号碳原子形成3个σ键,无孤电子对,杂化方式为sp2,因此仅有1个碳原子采取sp3杂化,故C项正确;C5H5-中碳原子没有达到饱和,存在碳碳双键,则C5H5-中含有π键,D项正确。
11.B 元素的非金属性越强,电负性越大,则电负性由大到小的顺序为F>O>B,故A正确; KBF4中的阴离子为BF4-,中心原子为B,根据价层电子对互斥理论,中心原子价层电子对数=4+12(3+1-4×1)=4,杂化方式为sp3,故B错误;根据对角线规则,处于元素周期表中对角线位置的某些主族元素,性质具有相似性,故C正确;该晶胞中实际拥有的K数目=8×18+2=3,因此1 ml该晶胞中KBe2BO3F2的物质的量为3 ml,故D正确。
12.AB 从“元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层”可知,Xn+共有28个电子,A项错误;图中Xn+位于每条棱的中点,一个晶胞拥有的Xn+个数为12×14=3,N3-位于顶点,一个晶胞拥有N3-的个数为8×18=1,阳离子与阴离子个数比为3∶1,B项错误;该物质的化学式为X3N,故X显+1价,C项正确;Xn+的配位数为2,D项正确。
13.C 水合铜离子中铜离子的配位数为4,配体是水,水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键,A正确;根据均摊法可知,在CaF2晶体的晶胞中,每个CaF2晶胞平均占有Ca2+个数为8×18+6×12=4,B正确;电子云图表示电子在某一区域出现的概率的大小,H原子核外只有一个电子,所以不存在大多数电子一说,只能说H原子的一个电子在原子核附近出现的概率较大,C错误;在金属晶体的最密堆积中,对于每个原子来说,在其周围的原子有与之同一层上的六个原子和上一层的三个原子及下一层的三个原子,故每个原子周围都有12个原子,对于铜原子也是如此,D正确。
14.BD B、D的常见化合价都是-2价,应该位于第ⅥA族,B的原子半径大于D,则B为S元素、D为O元素;A、F的常见化合价都是+1价,应该位于第ⅠA族,A的原子半径小于O,则A为H元素,F的原子半径大于S,则F为Na元素;C、E的常见化合价都是-1价,应该位于第ⅦA族,C的原子半径大于E,则C为Cl元素、E为F元素。Na为金属晶体,NaH为离子晶体,晶体类型不同,A错误;H2O2为共价化合物,Na2O2为离子化合物,B正确;S的氧化物的水化物H2SO3为弱酸,H2SO4为强酸,而Cl的氧化物的水化物中HClO为弱酸,HClO4为强酸,氟无正价,无法比较氧化物对应水化物的酸性强弱,C错误;元素的非金属性F>Cl>S,氧化性F2>Cl2>S,所以简单阴离子的还原性:F-15.D 稀有气体是单原子分子,不存在共价键,故①错误。金属晶体由金属阳离子和自由电子组成,无阴离子,故②错误。晶体中熔点高低一般顺序是共价晶体>离子晶体>分子晶体;在共价晶体中,原子半径越大熔点越低;在离子晶体中,离子半径越大,熔点越低,电荷越多,熔点越高;在分子晶体中,相对分子质量越大,熔点越高(含有氢键的物质除外),所以这几种物质的熔点由高到低顺序是金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S,故③正确。离子晶体中可能有共价键,如氯化铵中氮氢键属于共价键,分子晶体中肯定没有离子键,故④错误。由晶胞结构可知CaTiO3晶体中Ti4+的配位数为12,所以每个Ti4+和12个O2-紧邻,故⑤正确。SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合,故⑥错误。分子稳定性与分子内共价键的强弱有关,与分子间作用力无关,故⑦错误。离子晶体熔化时离子键被破坏,氯化钠是离子晶体,钠属于金属晶体,熔化时金属键被破坏,故⑧正确。故正确的是③⑤⑧。
16.答案 (1)共价键(或σ键)
(2)4 正四面体 共价
(3)键的键能大于2倍的C—O键的键能,键的键能小于2倍的键的键能,所以Si和O成单键,而C和O以双键形成稳定分子
解析 (1)AlCl3是化工生产中常用的催化剂,熔点为192.6 ℃,熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在,可以推出其分子为共价化合物,因此原子间形成的化学键为共价键。(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,可以知道AlN为共价晶体,因此每个Al原子周围有4个N原子,且与同1个Al原子相连的4个N原子构成正四面体结构。
17.答案 (1) C>Be>B
(2)自范性
(3)① sp3杂化 ②N
(4)109°28' 正四面体形
(5)正方形 4×(11+31) g·ml-1(458×10-10cm)3×6.02×1023ml-1≈2.9 g·cm-3
解析 (1)硼为5号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p1,价电子排布图为 ;与硼处于同周期且相邻的两种元素为Be和C,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但Be的2s轨道处于全充满状态,比较稳定,所以第一电离能大小顺序为B18.答案 (1)4d55s1 6
(2)AB
(3)C sp2和sp3
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此CF3COOH酸性强于CH3COOH
(5)C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
解析 (1)Cr的基态原子价电子排布式为3d54s1,而M与Cr同族,但在Cr的下一周期,因而基态原子价电子排布式为4d55s1,轨道表示式为 ,因而核外未成对电子数为6。
(2)观察题图可知,该超分子中含有双键,说明有σ键和π键,分子中不存在离子键,根据题给信息知M形成配位键,因而答案为AB。
(3)CO作配体时C作配位原子;p-甲酸丁酯吡啶中碳原子与氧原子有形成双键,说明其杂化方式为sp2,在丁基中C原子形成四个单键,为sp3杂化。
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。
(5)根据不同晶体类型的晶体性质不同来解释:C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量。
19.答案 (1)无
(2)sp2 =
(3)氧化石墨烯可与水形成分子间氢键
(4)12 M3C60
(5)①氢键、范德华力 ②能 二氧化碳置换的水合物
解析 (1)图乙中,1号碳原子形成4个共价单键,所以其价层电子对数是4,与相邻C没有形成π键。
(2)石墨烯中每个C原子形成3个共价单键,共价单键为σ键;图甲中1号C的杂化方式为sp2。该C与相邻C形成的键之间的夹角为120°。
(3)氧化石墨烯可与水分子形成氢键,而石墨烯不能。
(4)题图M原子位于晶胞的棱心与内部,其个数为12×14+9=12,C60分子位于顶点和面心,C60分子的个数为8×18+6×12=4,M原子和C60分子的个数比为3∶1,则该材料的化学式为M3C60。
(5)①CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”,该分子晶体中分子间存在范德华力和氢键。
②由表格数据可知:二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径,能顺利进入笼状空腔内,且二氧化碳分子与水分子的结合能力强于甲烷分子,二氧化碳置换的水合物的相对分子质量大,熔点较高。
20.答案 (1) 哑铃形(或纺锤形)
(2)Cl>P>S>Si
(3)①b ②23 ③[M(NH3)5Cl]Cl2·H2O
(4)WC
(5)正四面体 22×3168ρNA×1010
解析 (1)锗是32号元素,价层电子排布式为4s24p2,有2个未成对电子,价层电子排布图为 。砷原子价层电子排布式为4s24p3,电子占据的能级中,4p能级能量最高,电子云形状为哑铃形或纺锤形。(2)磷原子3p能级为半充满状态,故磷的第一电离能大于元素硫、但小于元素氯,故Si、P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si。(3)①NH3和H2O的键角、空间结构不同,中心原子的杂化轨道类型相同,为sp3;②NH3、H2O中的共价键都是σ键,每个分子形成一个配位键,配位键也是σ键,所以1 ml [M(NH3)5(H2O)]3+含23 ml σ键;③该配合物中M3+的配位数为6,依题意,1 ml T中有2 ml Cl-在外界,能电离出2 ml Cl-,只有1 ml Cl-形成配离子,故T的化学式为[M(NH3)5Cl]Cl2·H2O。(4)图甲为六棱柱形,12个W位于顶点,2个W位于面心、6个W位于棱心、1个W位于体内。顶点贡献率为16,面心贡献率为12,棱心贡献率为13,所以1个晶胞中含W原子的个数为12×16+2×12+6×13+1=6;晶胞体内有6个C,所以其化学式为WC。(5)由图乙知,P原子将晶胞围成8个正四面体,而B原子位于体对角线的14处,4个B原子填充了4个正四面体。面心上六个P原子构成正八面体,该正八面体的边长等于面对角线长的一半,设BP晶胞棱长为a cm,1个晶胞含4个BP,所以ρ=4×42a3NA,a=3168ρNA,故正八面体的边长为22×3168ρNA×1010pm。
物质
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
熔点/℃
920
801
1 291
190
物质
BCl3
Al2O3
SiO2
CO2
熔点/℃
-107
2 073
1 723
-57
A
B
C
D
E
F
化合价
+1
-2
-1
-2
-1
+1
电负性
2.1
2.5
3.0
3.5
4.0
0.9
原子半径/nm
0.037
0.102
0.099
0.073
0.071
0.154
C—O
CO
Si—O
键能/kJ·ml-1
360
803
464
640
参数
分子
分子直径/nm
分子与H2O的结合
能E/kJ· ml-1
CH4
0.436
16.40
CO2
0.512
29.91
1.B
2.C
3.B
4.C
5.D
6.D
7.C
8.D
9.B
10.B
11.B
12.AB
13.C
14.BD
15.D
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下表中是几种物质的熔点:
据此做出的下列判断中错误的是( )
A.铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B.表中只有BCl3、CO2是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
2.(2019四川乐山高二上第二次月考)下列说法正确的是 ( )
A.晶体在受热熔化或升华过程中一定存在化学键的断裂
B.共价晶体的原子间只存在共价键,而分子晶体内只存在范德华力
C.区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验
D.非金属元素的原子间只形成共价键,金属元素的原子与非金属元素的原子间只形成离子键
3.下列说法正确的是( )
A.SiH4的沸点高于CH4,可推测PH3的沸点高于NH3
B.液晶、等离子体都是物质的聚集体
C.CO2晶体是分子晶体,可推测SiO2晶体也是分子晶体
D.C2H6是碳链为直线形的非极性分子,可推测C3H8也是碳链为直线形的非极性分子
4.关于晶体的下列说法正确的是( )
①在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子,只要有阳离子就一定有阴离子
②分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
③晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
④离子晶体中,一定存在离子键
⑤分子晶体中,一定存在共价键
⑥共价晶体中,一定存在共价键
⑦熔化时化学键没有被破坏的晶体一定是分子晶体
A.②④⑥B.④⑤⑦
C.④⑥⑦D.③④⑦
5.泽维尔研究发现,当用激光脉冲照射NaI使Na+和I-的核间距为1.0~1.5 nm时,呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B.离子晶体可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键,又有共价键
D.共价键和离子键没有绝对的界限
6.(2020山东等级考模拟)利用反应CCl4+4Na C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列说法错误的是( )
A.C(金刚石)属于共价晶体
B.该反应利用了Na的强还原性
C.CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式相同
D.NaCl晶体中每个Cl-周围有8个Na+
7.关于化学式为[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O的配合物的下列说法中正确的是( )
A.配位体是Cl-和H2O,配位数是8
B.中心离子是Ti4+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+
C.内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2
D.在1 ml该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到3 ml AgCl沉淀
8.组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间有规则地排列,形成具有一定几何形状的空间格子,称为晶格;晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单元称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为( )
A.2∶1B.3∶2C.5∶2D.5∶1
9.据某科学杂志报道,国外有一研究发现了一种新的球形分子,它的分子式为C60Si60,其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”,经测定其中包含C60,也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A.该物质有很高的熔点、很大的硬度
B.该物质属于分子晶体
C.该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D.该物质的相对分子质量为1 200
10.二茂铁[(C5H5)2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件,它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁的熔点是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.二茂铁属于分子晶体
B.在二茂铁结构中,C5H5-与Fe2+之间形成的化学键是离子键
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.C5H5-中一定含π键
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.我国用BeO、KBF4等原料制备KBe2BO3F2晶体,在世界上首次实现在177.3 nm深紫外激光倍频输出,其晶胞如图所示。下列说法错误的是( )
A.构成晶体的非金属元素的电负性由大到小的顺序为F>O>B
B.KBF4中的阴离子的中心原子杂化方式为sp2
C.根据元素周期表中元素所处的位置可推测BeO与Al2O3性质相似
D.1 ml该晶胞含3 ml KBe2BO3F2
12.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层,它与N3-形成的晶体晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.X元素的原子序数是19
B.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶2
C.Xn+中n=1
D.晶体中每个Xn+周围有2个等距离且最近的N3-
13.下列有关说法不正确的是( )
A.水合铜离子的模型如图1所示,1个水合铜离子中有4个配位键
B.CaF2晶体的晶胞如图2所示,每个CaF2晶胞平均占有4个Ca2+
C.H原子的电子云图如图3所示,H原子核外的大多数电子在原子核附近运动
D.金属Cu原子堆积模型如图4所示,该金属晶体为最密堆积,每个Cu原子的配位数均为12
14.下表是A、B、C、D、E、F六种短周期元素的常见化合价、电负性和原子半径数据。下列说法正确的是( )
A.F的单质、FA晶体中均含有金属阳离子,都属于离子晶体
B.A2D2是共价化合物,F2D2是离子化合物
C.氧化物对应水化物的酸性:B
①分子晶体中都存在共价键;
②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子;
③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低;
④离子晶体中只有离子键没有共价键,分子晶体中肯定没有离子键;
⑤CaTiO3晶体的晶胞结构如图所示,则每个Ti4+和12个O2-紧邻;
⑥SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相结合;
⑦H2O比H2S分子更稳定,是因为H2O分子间存在氢键;
⑧钠熔化时金属键被破坏,氯化钠熔化时离子键被破坏。
A.①②③⑥ B.①②④
C.③⑤⑦ D.③⑤⑧
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(8分)Al和Si在元素周期表金属和非金属分界线附近,其单质和化合物在建筑业、电子工业和石油化工等方面应用广泛。请回答下列问题:
(1)AlCl3是化工生产中的常用催化剂,熔点为192.6 ℃,熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在,其中铝原子与氯原子形成的化学键类型是 。
(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,每个Al原子与 个N原子相连,与同一个Al原子相连的N原子构成的空间构型为 。AlN属于 晶体。
(3)Si和C同主族,Si、C和O成键情况如下:
C和O之间可以通过双键形成CO2分子,而Si和O则不能像碳那样形成稳定分子的原因是 。
17.(12分)微量元素硼对植物生长及人体健康有着十分重要的作用,也广泛用于新型材料的制备。
(1)基态硼原子的价电子排布图是 。与硼处于同周期且相邻的两种元素和硼的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)晶体硼单质的基本结构单元为正二十面体,其能自发地呈现多面体外形,这种性质称为晶体的 。
(3)B的简单氢化物BH3不能稳定存在,常倾向于形成较稳定的B2H6或与其他分子结合。
①B2H6分子结构如图,则B原子的杂化方式为 。
②氨硼烷(NH3BH3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,提供孤电子对的成键原子是 。
(4)以硼酸(H3BO3)为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂。BH4-的键角是 ,空间结构为 。
(5)磷化硼(BP)是受高度关注的耐磨材料,可作为金属表面的保护层,其结构与金刚石类似,晶胞结构如图所示。磷化硼晶胞沿z轴在平面的投影图中,B原子构成的几何形状是 ;已知晶胞棱长为458 pm,则磷化硼晶体的密度是 (列式并计算,结果保留两位有效数字,已知4.583≈96.07)。
18.(12分)超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等领域。由M将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。
(1)M处于元素周期表第五周期第ⅥB族,核外电子排布与Cr相似,它的基态原子价电子排布式是 ;核外未成对电子数是 。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 。
A.σ键 B.π键
C.离子键D.氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号),p-甲酸丁酯吡啶中C原子的杂化方式有 。
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因: 。
(5)C60与金刚石互为同素异形体,从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是 。
19.(16分)(2020湖北四地七校高三联考)党的十八大以来,我国在科技创新和重大工程建设方面取得了丰硕成果,在新时代更需要新科技。2018年3月5日,《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者均为中国科大2010级少年班的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲),石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(如图乙)。
(1)图乙中1号C与相邻C有无形成π键? (填“有”或“无”)。
(2)图甲中1号C的杂化方式为 。该C与相邻C形成的键之间的夹角 (填“>”“<”或“=”)120°。
(3)我国制墨工艺将50 nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水,在相同条件下所得到的分散系后者沸点更高,其原因是 。
(4)石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图丙所示,M原子位于晶胞的棱心与内部。该晶胞中M原子的个数为 ,该材料的化学式为 。
(5)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是 ;
②有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm,结合表中内容从物质结构及性质的角度分析,该设想能否实现? (填“能”或“否”)。可燃冰与二氧化碳置换的水合物的熔点较高的是 。
20.(12分)(2019河北衡水中学高三统考)材料是人类文明进步的阶梯,第ⅢA、ⅣA、ⅤA族元素是组成特殊材料的重要元素。请回答下列问题:
(1)基态Ge原子的价层电子排布图为 ;基态As原子核外电子占据的能量最高的能级的电子云形状为 。
(2)Si、P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为 。
(3)M与Ga位于同周期,M3+的一种配合物组成为[M(NH3)5(H2O)]Cl3。
①下列有关NH3、H2O的说法正确的是 (填字母)。
a.分子空间结构相同
b.中心原子杂化轨道类型相同
c.键角大小相同
②1 ml [M(NH3)5(H2O)]3+含 ml σ键。
③配合物T与[M(NH3)5(H2O)]Cl3组成元素相同,中心离子的配位数相同。1 ml T溶于水,加入足量AgNO3溶液可生成2 ml AgCl。则T的化学式为 。
(4)碳和钨组成一种晶体,其熔点为2 870 ℃,硬度接近金刚石,其晶胞结构如图甲所示,则其化学式为 。
(5)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,其晶胞结构如图乙所示,该晶胞中B原子所处空间类型为 (填“立方体”“正四面体”或“正八面体”)。
已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,NA是阿伏加德罗常数的值。BP晶胞中面心上6个P原子相连构成正八面体,该正八面体的边长为 pm(列式即可)。
答案全解全析
1.B AlCl3、BCl3、CO2均为分子晶体,B错误。
2.C 分子晶体升华时一般破坏分子间作用力,而不破坏化学键,如碘单质升华,A错误;共价晶体的原子间只存在共价键,分子晶体内可能存在范德华力、氢键和共价键,如水、氨气等,B错误;构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来,因此,区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验,C正确;氯化铝是由金属原子与非金属原子组成的共价化合物,D错误。
3.B 氨气分子之间存在氢键,沸点高于PH3;SiO2晶体不是分子晶体;C3H8的碳链不是直线形的,碳链呈锯齿形且C3H8为极性分子,故A、C、D项错误。
4.C ①晶体中有阳离子不一定有阴离子,如金属晶体中只含有阳离子和自由电子,故①错误;②Hg为金属,但常温下为液体,熔点较低,有些分子晶体比Hg的熔点高,故②错误;③分子的稳定性与共价键有关,与分子间作用力无关,故③错误;④离子晶体由阴、阳离子构成,离子之间的作用力为离子键,则离子晶体中一定存在离子键,故④正确;⑤稀有气体属于分子晶体,其中不含化学键,只存在分子间作用力,故⑤错误;⑥共价晶体中非金属元素原子之间的作用力为共价键,故⑥正确;⑦分子晶体熔化时,只破坏分子间作用力,化学键没有被破坏,故⑦正确;C正确。
5.D 由题中信息可知,当核间距改变时,键的性质会发生改变,这说明离子键和共价键没有绝对的界限。
6.D 金刚石为共价晶体,故A正确;该反应中Na由0价→+1价,作还原剂,将CCl4还原,故B正确;CCl4和C(金刚石)中的C的杂化方式都是sp3杂化,故C正确;NaCl晶体中每个Na+同时吸引6个距离最近且相等的Cl-,每个Cl-同时吸引6个距离最近且相等的Na+,配位数为6,故D错误。
7.C 由配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O可知,中心离子是Ti3+,配位体是Cl-和H2O,配位数是6,外界中的Cl-数目为2,且只有外界中的Cl-与AgNO3溶液反应生成白色沉淀,据此解答。配位体是Cl-和H2O,配位数是1+5=6,故A错误;中心离子是Ti3+,配离子是[TiCl(H2O)5]2+,故B错误;外界中的Cl-数目为2,内界中的Cl-数目为1,内界和外界中的Cl-的数目比是1∶2,故C正确;外界中的Cl-与AgNO3溶液反应,则1 ml该配合物中加入足量AgNO3溶液,可以得到2 ml AgCl沉淀,故D错误。
8.D 根据已知条件,AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl-占据的位置,则在冰晶石晶胞中,AlF63-的个数为8×18+6×12=4,由冰晶石的化学式可知Na+的个数为AlF63-的3倍,即12,所以冰晶石晶胞中钠原子12个、铝原子4个、氟原子24个,共40个;NaCl晶胞中含有的钠原子为4个,氯原子为4个,共8个,它们的原子个数比为40∶8=5∶1。
9.B 由分子式及信息可知该物质为分子晶体,A错误,B正确;Si的原子半径大于C,所以Si60的体积大于C60的体积,C错误;该物质相对分子质量为(12+28)×60=2 400,D错误。
10.B 由题给信息知二茂铁熔点低,易升华,易溶于有机溶剂,说明二茂铁为分子晶体,故A项正确;C5H5-与Fe2+之间形成的不是离子键,故B项错误;1号碳原子含有4个σ键,无孤电子对,杂化方式为sp3,2、3、4、5号碳原子形成3个σ键,无孤电子对,杂化方式为sp2,因此仅有1个碳原子采取sp3杂化,故C项正确;C5H5-中碳原子没有达到饱和,存在碳碳双键,则C5H5-中含有π键,D项正确。
11.B 元素的非金属性越强,电负性越大,则电负性由大到小的顺序为F>O>B,故A正确; KBF4中的阴离子为BF4-,中心原子为B,根据价层电子对互斥理论,中心原子价层电子对数=4+12(3+1-4×1)=4,杂化方式为sp3,故B错误;根据对角线规则,处于元素周期表中对角线位置的某些主族元素,性质具有相似性,故C正确;该晶胞中实际拥有的K数目=8×18+2=3,因此1 ml该晶胞中KBe2BO3F2的物质的量为3 ml,故D正确。
12.AB 从“元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个能层”可知,Xn+共有28个电子,A项错误;图中Xn+位于每条棱的中点,一个晶胞拥有的Xn+个数为12×14=3,N3-位于顶点,一个晶胞拥有N3-的个数为8×18=1,阳离子与阴离子个数比为3∶1,B项错误;该物质的化学式为X3N,故X显+1价,C项正确;Xn+的配位数为2,D项正确。
13.C 水合铜离子中铜离子的配位数为4,配体是水,水中的氧原子提供孤电子对与铜离子形成配位键,A正确;根据均摊法可知,在CaF2晶体的晶胞中,每个CaF2晶胞平均占有Ca2+个数为8×18+6×12=4,B正确;电子云图表示电子在某一区域出现的概率的大小,H原子核外只有一个电子,所以不存在大多数电子一说,只能说H原子的一个电子在原子核附近出现的概率较大,C错误;在金属晶体的最密堆积中,对于每个原子来说,在其周围的原子有与之同一层上的六个原子和上一层的三个原子及下一层的三个原子,故每个原子周围都有12个原子,对于铜原子也是如此,D正确。
14.BD B、D的常见化合价都是-2价,应该位于第ⅥA族,B的原子半径大于D,则B为S元素、D为O元素;A、F的常见化合价都是+1价,应该位于第ⅠA族,A的原子半径小于O,则A为H元素,F的原子半径大于S,则F为Na元素;C、E的常见化合价都是-1价,应该位于第ⅦA族,C的原子半径大于E,则C为Cl元素、E为F元素。Na为金属晶体,NaH为离子晶体,晶体类型不同,A错误;H2O2为共价化合物,Na2O2为离子化合物,B正确;S的氧化物的水化物H2SO3为弱酸,H2SO4为强酸,而Cl的氧化物的水化物中HClO为弱酸,HClO4为强酸,氟无正价,无法比较氧化物对应水化物的酸性强弱,C错误;元素的非金属性F>Cl>S,氧化性F2>Cl2>S,所以简单阴离子的还原性:F-
16.答案 (1)共价键(或σ键)
(2)4 正四面体 共价
(3)键的键能大于2倍的C—O键的键能,键的键能小于2倍的键的键能,所以Si和O成单键,而C和O以双键形成稳定分子
解析 (1)AlCl3是化工生产中常用的催化剂,熔点为192.6 ℃,熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在,可以推出其分子为共价化合物,因此原子间形成的化学键为共价键。(2)纳米氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛,AlN晶体与金刚石类似,可以知道AlN为共价晶体,因此每个Al原子周围有4个N原子,且与同1个Al原子相连的4个N原子构成正四面体结构。
17.答案 (1) C>Be>B
(2)自范性
(3)① sp3杂化 ②N
(4)109°28' 正四面体形
(5)正方形 4×(11+31) g·ml-1(458×10-10cm)3×6.02×1023ml-1≈2.9 g·cm-3
解析 (1)硼为5号元素,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p1,价电子排布图为 ;与硼处于同周期且相邻的两种元素为Be和C,同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但Be的2s轨道处于全充满状态,比较稳定,所以第一电离能大小顺序为B
(2)AB
(3)C sp2和sp3
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此CF3COOH酸性强于CH3COOH
(5)C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
解析 (1)Cr的基态原子价电子排布式为3d54s1,而M与Cr同族,但在Cr的下一周期,因而基态原子价电子排布式为4d55s1,轨道表示式为 ,因而核外未成对电子数为6。
(2)观察题图可知,该超分子中含有双键,说明有σ键和π键,分子中不存在离子键,根据题给信息知M形成配位键,因而答案为AB。
(3)CO作配体时C作配位原子;p-甲酸丁酯吡啶中碳原子与氧原子有形成双键,说明其杂化方式为sp2,在丁基中C原子形成四个单键,为sp3杂化。
(4)F的电负性强于H,对电子的吸引能力强,共用电子对偏向F,使氧氢键较易断裂,因此CF3COOH酸性强于CH3COOH。
(5)根据不同晶体类型的晶体性质不同来解释:C60是分子晶体,金刚石是共价晶体,共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量。
19.答案 (1)无
(2)sp2 =
(3)氧化石墨烯可与水形成分子间氢键
(4)12 M3C60
(5)①氢键、范德华力 ②能 二氧化碳置换的水合物
解析 (1)图乙中,1号碳原子形成4个共价单键,所以其价层电子对数是4,与相邻C没有形成π键。
(2)石墨烯中每个C原子形成3个共价单键,共价单键为σ键;图甲中1号C的杂化方式为sp2。该C与相邻C形成的键之间的夹角为120°。
(3)氧化石墨烯可与水分子形成氢键,而石墨烯不能。
(4)题图M原子位于晶胞的棱心与内部,其个数为12×14+9=12,C60分子位于顶点和面心,C60分子的个数为8×18+6×12=4,M原子和C60分子的个数比为3∶1,则该材料的化学式为M3C60。
(5)①CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”,该分子晶体中分子间存在范德华力和氢键。
②由表格数据可知:二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径,能顺利进入笼状空腔内,且二氧化碳分子与水分子的结合能力强于甲烷分子,二氧化碳置换的水合物的相对分子质量大,熔点较高。
20.答案 (1) 哑铃形(或纺锤形)
(2)Cl>P>S>Si
(3)①b ②23 ③[M(NH3)5Cl]Cl2·H2O
(4)WC
(5)正四面体 22×3168ρNA×1010
解析 (1)锗是32号元素,价层电子排布式为4s24p2,有2个未成对电子,价层电子排布图为 。砷原子价层电子排布式为4s24p3,电子占据的能级中,4p能级能量最高,电子云形状为哑铃形或纺锤形。(2)磷原子3p能级为半充满状态,故磷的第一电离能大于元素硫、但小于元素氯,故Si、P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si。(3)①NH3和H2O的键角、空间结构不同,中心原子的杂化轨道类型相同,为sp3;②NH3、H2O中的共价键都是σ键,每个分子形成一个配位键,配位键也是σ键,所以1 ml [M(NH3)5(H2O)]3+含23 ml σ键;③该配合物中M3+的配位数为6,依题意,1 ml T中有2 ml Cl-在外界,能电离出2 ml Cl-,只有1 ml Cl-形成配离子,故T的化学式为[M(NH3)5Cl]Cl2·H2O。(4)图甲为六棱柱形,12个W位于顶点,2个W位于面心、6个W位于棱心、1个W位于体内。顶点贡献率为16,面心贡献率为12,棱心贡献率为13,所以1个晶胞中含W原子的个数为12×16+2×12+6×13+1=6;晶胞体内有6个C,所以其化学式为WC。(5)由图乙知,P原子将晶胞围成8个正四面体,而B原子位于体对角线的14处,4个B原子填充了4个正四面体。面心上六个P原子构成正八面体,该正八面体的边长等于面对角线长的一半,设BP晶胞棱长为a cm,1个晶胞含4个BP,所以ρ=4×42a3NA,a=3168ρNA,故正八面体的边长为22×3168ρNA×1010pm。
物质
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
熔点/℃
920
801
1 291
190
物质
BCl3
Al2O3
SiO2
CO2
熔点/℃
-107
2 073
1 723
-57
A
B
C
D
E
F
化合价
+1
-2
-1
-2
-1
+1
电负性
2.1
2.5
3.0
3.5
4.0
0.9
原子半径/nm
0.037
0.102
0.099
0.073
0.071
0.154
C—O
CO
Si—O
键能/kJ·ml-1
360
803
464
640
参数
分子
分子直径/nm
分子与H2O的结合
能E/kJ· ml-1
CH4
0.436
16.40
CO2
0.512
29.91
1.B
2.C
3.B
4.C
5.D
6.D
7.C
8.D
9.B
10.B
11.B
12.AB
13.C
14.BD
15.D
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