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晶体结构与性质 突破训练（五）‎ ‎1.如图为二维平面晶体示意图,对a、b晶体示意图所表示的化学式说法正确的是 (　　)‎ A.a为A2X3,b为AX3 B.a为AX3,b为AX2‎ C.a为AX2,b为AX3 D.a为AX3,b为A2X3‎ ‎[解析] a图中每个灰色球周围有6个白色球,而每个白色球为3个灰色球共有,故灰色球与白色球数目之比=1∶=1∶2,a的化学式为AX2; b图中每个灰色球周围有6个白色球,而每个白色球为2个灰色球共有,故灰色球与白色球数目之比=1∶=1∶3,b的化学式为AX3。‎ ‎2..下列数据是对应物质的熔点(℃)‎ Na2O NaCl AlF3‎ AlCl3‎ ‎920‎ ‎801‎ ‎1291‎ ‎190‎ BCl3‎ Al2O3‎ CO2‎ SiO2‎ ‎-107‎ ‎2073‎ ‎-57‎ ‎1723‎ 据此作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和干冰是分子晶体 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 ‎[解析] 由表中数据可知,Al2O3为离子晶体,故A正确;表中AlCl3、BCl3和干冰是分子晶体,熔点都较低,故B错误;C和Si同主族,但氧化物的晶体类型不同,分别属于分子晶体和原子晶体,故C正确;Na和Al不同主族,但对应的氧化物都为离子晶体,说明不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体,故D正确。‎ 13‎ ‎3.如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于CsCl晶体结构的图像是 (　　)‎ A.图 (1)和图(3) B.图(2)和图(3)‎ C.只有图(1) D.图(1)和图(4)‎ ‎[解析] 由于在CsCl晶体中,每个Cs+周围同时吸引着最近且等距离的8个Cl-,同样每个Cl-周围同时吸引着最近且等距离的8个Cs+,图(2)和图(3)都符合条件,B项正确。‎ ‎4.自然界的CaF2又称萤石,是一种难溶于水的固体,属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是 (　　)‎ A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱 B.CaF2的熔、沸点较高,硬度较大 C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电 D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小 ‎[解析] 离子晶体是由离子构成的,熔化时克服的是离子键,产生自由移动的离子,能导电,而分子晶体、原子晶体熔化时,不能产生自由移动的离子,不导电,所以CaF2固体不导电,但在熔融状态下可导电一定能说明CaF2是离子晶体,C正确。‎ ‎5. 最近科学家们发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如图K42-4所示。顶点和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,则它的化学式是 (　　)‎ A.TiC B.Ti6C7 C.Ti14C13 D.Ti13C14‎ ‎[解析]‎ 13‎ ‎ 根据题意知,图给结构就是其分子结构,分子中含有的原子数就是其化学式中含有的原子数,直接数出其中的Ti原子和C原子个数即可,其分子式为Ti14C13。‎ ‎6.有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是 (　　)‎ ‎ ‎ A.在NaCl晶体(图甲)中,距Na+最近的Cl-形成正八面体 B.该气态团簇分子(图乙)的分子式为EF或FE C.在CO2晶体(图丙)中,一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻 D.在碘晶体(图丁)中,存在非极性共价键和范德华力 ‎[解析] 在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-有6个,这6个离子构成一个正八面体,A正确; 气态团簇分子不同于晶胞,气态团簇分子中含有4个E原子,4个F原子,则分子式为E4F4或F4E4,B错误;在CO2晶体(图丙)中,一个CO2分子周围等距离且最近的CO2个数=3×8÷2=12,C正确; 碘为分子晶体,分子内存在非极性共价键,分子间存在范德华力,D正确。‎ ‎7．原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第一至第四周期。自然界中存在多种A的化合物，B 原子核外电子有6 种不同的运动状态，B与C可形成正四面体形分子。D的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题：‎ ‎(1)这四种元素中电负性最大的元素，其基态原子的价电子排布图为__________，第一电离能最小的元素是________(填元素符号)。‎ ‎(2)C所在主族的前四种元素分别与A形成的化合物，沸点由高到低的顺序是_________(填化学式)，呈现如此递变规律的原因是___________________________。‎ ‎(3)B元素可形成多种单质，一种晶体结构如图1所示，其原子的杂化类型为__________，另一种的晶胞如图2所示，若此晶胞中的棱长为356.6 pm，则此晶胞的密度为_________g·cm－3(保留两位有效数字)。‎ 13‎ ‎(4)D元素形成的单质，其晶体的堆积模型为___________，D的醋酸盐晶体局部结构如图3，该晶体中含有的化学键是_________(填序号)。‎ ‎①极性键　　②非极性键　　 ③配位键　　 ④金属键 解析：原子序数依次增大的四种元素A、B、C、D分别处于第一至第四周期，自然界中存在多种A的化合物，则A为H元素；B原子核外电子有6种不同的运动状态，即核外有6个电子，则B为C元素；D的基态原子的最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，D原子外围电子排布为3d104s1，则D为Cu元素；结合原子序数可知，C只能处于第三周期，B与C可形成正四面体形分子，则B为Cl元素。‎ ‎(1)四种元素中电负性最大的是Cl，其基态原子的价电子排布图为四种元素中只有Cu为金属，其他为非金属，Cu的第一电离能最小。(2)HF分子之间形成氢键，使其熔沸点较高，HI、HBr、HCl分子之间只有范德华力，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高，即沸点由高到低的顺序是HF>HI>HBr>HCl。(3)图1为平面结构，在其层状结构中碳碳键键角为120°，每个碳原子都结合着3个碳原子，碳原子采取sp2杂化；图2一个晶胞中含碳原子数为8×＋6×＋4＝8，晶胞质量为 g，所以晶胞密度＝[(8×12)÷(6.02×1023)g]÷(356.6×10－10cm)3≈3.5 g·cm－3。(4)晶体Cu为面心立方最密堆积，结合图3醋酸铜晶体的局部结构可确定其晶体中含有极性键、非极性键和配位键，故是①②③。‎ 答案：(1)　 Cu ‎(2)HF＞HI＞HBr＞HCl　HF分子之间形成氢键使其熔沸点较高，HI、HBr、HCl分子之间只有范德华力，相对分子质量越大，范德华力越大 ‎(3)sp2　3.5　(4)面心立方最密堆积　①②③‎ ‎8‎ 13‎ ‎．钒和镍及其化合物是重要的合金材料和催化剂，其储氢合金可作为一种新型锌离子电池的负极材料，该电池以Zn(CF3SO3)2为电解质，以有缺陷的阳离子型ZnMn2O4为电极，成功获得了稳定的大功率电流。‎ ‎(1)基态钒原子的价电子排布式为________，其排布时能量最高的电子所占据能级的原子轨道有________个伸展方向。‎ ‎(2)VO2＋与可形成配合物。中三种非金属元素的电负性由大到小的顺序为____________ (用元素符号表示)。‎ ‎(3)镍形成的配离子[Ni(NH3)6]2＋、[Ni(CN)4]2－中，NH3分子的空间构型为____________。与CN－互为等电子体的一种分子的化学式为____________。‎ ‎(4)三氟甲磺酸(CF3SO3H)是一种有机强酸，结构式如图1所示，通常以CS2、IF5、H2O2等为主要原料来制取。‎ ‎①H2O2分子中O原子的杂化方式为________。‎ ‎②三氟甲磺酸能与碘苯反应生成三氟甲磺酸苯酯和碘化氢。1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键的数目为________。‎ ‎(5)硫化锌晶体的构型有多种，其中一种硫化锌的晶胞如图2所示，该晶胞中S2－的配位数为________。‎ ‎(6)镧镍合金是重要的储氢材料，其储氢后的晶胞如图3所示。‎ ‎①储氢前该镧镍合金的化学式为________。‎ ‎②该镧镍合金储氢后氢的密度为________________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)g·cm－3。‎ 解析：(1)钒为23号元素，基态钒原子的价电子排布式为3d34s2，其排布时能量最高的电子所占据能级为3d,3d原子轨道有5个伸展方向。(2)C、H、O三种元素的电负性大小顺序是O>C>H。(3)NH3分子中N原子的价层电子对数目＝3＋×(5－1×3)＝4，采用sp3杂化，空间构型为三角锥形；与CN－互为等电子体的分子为N2(或CO)。(4)①H2O2分子中O原子与2个原子相连，含有2个孤电子对，价层电子对数目＝2＋2＝4，采用sp3杂化；②‎ 13‎ 根据三氟甲磺酸的结构，三氟甲磺酸苯酯的结构为，1个三氟甲磺酸苯酯分子中含有σ键有3个C—F键、1个C—S键、2个S===O键、1个S—O键、1个C—O键，苯环上含有5个C—H和6个C—C键，σ键数目为19个。(5)在硫化锌的晶胞中S2－和Zn2＋配位数相等，晶体中与Zn2＋距离最近且相等的S2－有4个，配位数为4。(6)①储氢前，晶胞中含有镧原子数＝8×＝1，含镍原子数＝8×＋1＝5，合金的化学式为LaNi5。②储氢后的晶胞中H2数目为8×＋2×＝3，储氢后的化学式为LaNi5H6，储氢后1 mol晶胞的体积为(a×10－10 cm)3×NA＝a3×10－30×NA cm3，1 mol晶胞中含有的氢气质量为6 g，则该镧镍合金储氢后氢的密度为＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)3d34s2　5　(2)O>C>H ‎(3)三角锥形　N2(或CO)　(4)①sp3　②19‎ ‎(5)4　(6)①LaNi5　② ‎9．X、Y、Z、W、R、M六种元素，位于元素周期表的前四周期，它们的核电荷数依次增大，相关信息如下：‎ 元素 相关信息 X 其单质为固体，常作电极材料 Y 原子核外有6种不同运动状态的电子 Z 非金属元素，基态原子的s轨道的电子总数与p轨道的电子总数相同 W 主族元素，与Z原子的价电子数相同 R 价层电子排布为3d64s2‎ M ⅠB族，其单质常用作导线 请回答下列问题(答题时，X、Y、Z、W、R、M用所对应的元素符号表示)：‎ ‎(1)X的单质与Z的单质反应的产物为______(填化学式)。‎ 13‎ ‎(2)Z、W相比，第一电离能较大的是________，M2＋的核外电子排布式为________。‎ ‎(3)M2Z的熔点比M2W的________(填“高”或“低”)，请解释原因________________________________________________________________________。‎ ‎(4)Y和Z形成的化合物YZ2的VSEPR模型为________，其中Y原子的杂化轨道类型为______；‎ N和YZ2互为等电子体，则N的结构式为______。‎ ‎(5)MRW2的晶胞如图所示，晶胞参数a＝0.524 nm，c＝1.032 nm；MRW2的晶胞中每个M原子与________个W原子相连，晶体密度ρ＝________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，NA＝6.02×1023 mol－1)。‎ 解析：根据题意推出X、Y、Z、W、R、M六种元素依次为：Li、C、O、S、Fe、Cu。(1)Li与O2反应只能生成Li2O。(2)同主族元素，第一电离能自上而下逐渐减小，所以第一电离能较大的是O。Cu的核外电子排布式为[Ar]3d104s1，Cu2＋的核外电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。(3)Cu2O与Cu2S都为离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，对应的熔点越高，因O2－半径比S2－半径小，Cu2O比Cu2S的晶格能大，所以Cu2O的熔点高。(4)O和C形成的化合物CO2中，C原子价层电子对数为2，不含孤电子对，故VSEPR模型为直线形，其中C原子的杂化轨道类型为sp杂化；N和CO2互为等电子体，则N的结构与CO2相似，则结构式为[N===N===N]－。(5)由面心上1个Cu与2个S相连，晶胞内每个Cu原子与4个S相连；8个S均在体内，由该晶体的化学式为CuFeS2，则晶胞质量为 g，晶胞参数a＝0.524 nm，c＝1.032 nm，体积为(0.524×10－7 cm)2×1.032×10－7 cm，ρ＝＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)Li2O ‎(2)O　[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9‎ ‎(3)高　O2－半径比S2－半径小，Cu2O比Cu2S的晶格能大，所以Cu2O的熔点高 13‎ ‎(4)直线形　sp杂化　[N===N===N]－‎ ‎(5)4　 ‎10.硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：‎ H2S S8‎ FeS2‎ SO2‎ SO3‎ H2SO4‎ 熔点/℃‎ ‎－85.5‎ ‎115.2‎ ‎＞600‎ ‎(分解)‎ ‎－75.5‎ ‎16.8‎ ‎10.3‎ 沸点/℃‎ ‎－60.3‎ ‎444.6‎ ‎－10.0‎ ‎45.0‎ ‎337.0‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)基态Fe原子价层电子的电子排布图(轨道表达式)为________，基态S原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。‎ ‎(2)根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。‎ ‎(3)图(a)为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。‎ ‎(5)FeS2晶体的晶胞如图(c)所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M、阿伏加德罗常数的值为NA，其晶体密度的计算表达式为________________g·cm－3‎ 13‎ ‎；晶胞中Fe2＋位于S所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为________nm。‎ 解析：(1)基态Fe原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，因此其价层电子的电子排布图为 ；基态S原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，最高能级为3p，其电子云轮廓图为哑铃(纺锤)形。‎ ‎(2)根据价层电子对互斥理论可知，H2S、SO2、SO3三种分子中S原子的价层电子对数分别为4、3、3，因此H2S中S原子价层电子对数不同于其他两种分子。‎ ‎(3)S8和SO2均为分子晶体，S8的相对分子质量大于SO2，因此S8的分子间作用力大，熔沸点比SO2的高。‎ ‎(4)SO3的中心原子为S，中心原子的孤电子对数＝(6－2×3)/2＝0，中心原子结合3个氧原子，结合每个O原子有且只能有一个σ键，所以S形成3个σ键，S的价层电子对数为0＋3＝3，S为sp2杂化，根据sp2杂化轨道构型可知，SO3为平面形分子，符合形成大π键条件，可形成4中心6电子大π键，因此有两种共价键类型。如题图(b)所示的三聚分子中每个S原子与4个O原子结合，形成正四面体结构，S原子的杂化轨道类型为sp3。‎ ‎(5)分析晶胞结构可知，Fe2＋位于棱边和体心，S位于顶点和面心，因此每个晶胞中含有的Fe2＋个数＝12×＋1＝4，每个晶胞中含有的S个数＝6×＋8×＝4，即每个晶胞中含有4个FeS2。一个晶胞的质量＝ g，晶胞的体积＝(a×10－7)3 cm3，该晶体密度＝ g·cm－3＝×1021 g·cm－3。正八面体的边长即为两个面心点的距离，因此正八面体的边长为a nm。‎ 答案：(1) 　哑铃(纺锤)‎ ‎(2)H2S　(3)S8相对分子质量大，分子间范德华力强 ‎(4)平面三角　2　sp3　(5)×1021　a ‎11‎ 13‎ ‎．自然界中存在大量金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。‎ ‎(1)请写出Fe的基态原子核外电子排布式________________________________________________________________________。‎ ‎(2)金属A的原子只有3个电子层，其第一至第四电离能如下：‎ I1‎ I2‎ I3‎ I4‎ 电离能/(kJ·mol－1)‎ ‎932‎ ‎1 821‎ ‎15 390‎ ‎21 771‎ 则A原子的价电子排布式为________。‎ ‎(3)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是(Ac—代表CH3COO—)：[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]Ac[醋酸羰基三氨合铜(Ⅰ)]。‎ ‎①C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为____________。‎ ‎②配合物[Cu(NH3)3CO]Ac中心原子的配位数为________。‎ ‎③在一定条件下NH3与CO2能合成尿素[CO(NH2)2]，尿素中C原子和N原子轨道的杂化类型分别为__________、________；1 mol尿素分子中，σ键的数目为________NA。‎ ‎(4)NaCl和MgO都属于离子晶体，NaCl的熔点为801.3 ℃，MgO的熔点高达2 800 ℃。造成两种晶体熔点差距的主要原因是_________________________________________。‎ ‎(5)(NH4)2SO4、NH4NO3等颗粒物及扬尘等易引起雾霾。其中NH的空间构型是_____，与NO互为等电子体的分子是________(填化学式)。‎ ‎(6)铜的化合物种类很多，如图是氯化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为a cm，则氯化亚铜密度的计算式为ρ＝________ g·cm－3。(用NA表示阿伏加德罗常数的值)‎ 解析：(2)观察金属A的第一至第四电离能知其在失去第3个电子时需要的能量非常大，所以此元素很容易失去最外层2个电子，且A有3个电子层，所以A是Mg，Mg的价电子排布式为3s2。(3)②配合物[Cu(NH3)3‎ 13‎ CO]Ac的中心原子Cu原子附近有3个NH3和1个CO，所以其配位数为4。③尿素[CO(NH2)2]的结构式为，尿素中C原子和N原子轨道的杂化类型分别为sp2杂化、sp3杂化；1 mol尿素分子中σ键的数目为7NA。(6)根据CuCl晶胞结构可知，一个晶胞中含有Cu＋的数目为8×＋6×＝4，含Cl－的数目为4，所以一个晶胞中含有4个CuCl，则ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。‎ 答案：(1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2　(2)3s2　(3)①C