由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
温馨提示:
此套题为Word版,请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴,调节合适的观看比例,答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。
课时提升作业 四十三
晶体结构与性质
(45分钟 100分)
1.(12分)(2017·东莞模拟)1967年舒尔滋提出金属互化物的概念,其定义为固相金属间化合物拥有两种或两种以上的金属元素,如Cu9Al4、Cu5Zn8等。回答下列问题:
世纪金榜导学号30682451
(1)某种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,二价铜离子的电子排布式为__________________,在CuSO4溶液中滴入过量氨水,形成配合物的颜色为________。
(3)铜能与类卤素(SCN)2反应生成Cu(SCN)2,1mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为_________________________________________________________________;
类卤素(SCN)2对应的酸有两种,理论上硫氰酸(H—S—C≡N)的沸点低于异硫氰酸
(H—NCS)的沸点,其原因是
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
________________________________________。
(4)ZnS的晶胞结构如图1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结构如图2,其晶胞边长为anm,该金属互化物的密度为__________(用含“a、NA”的代数式表示)g·cm-3。
【解析】(1)晶体中粒子在三维空间里呈周期性有序排列,有自范性;而非晶体中原子排列相对无序,无自范性。
(2)Cu为29号元素,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1,可以看出只有4s轨道上的电子未成对,二价铜离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9,在CuSO4溶液中滴入过量氨水,形成配合物为[Cu(NH3)4]2+,为深蓝色。
(3)(SCN)2分子结构式为N≡C—S—S—C≡N,1个N≡C键中有1个σ键,其余两个为π键,1mol(SCN)2分子中含有σ键的数目为5NA,异硫氰酸(H—NCS)分子中氮原子上连接有氢原子,分子间能形成氢键,故沸点高。
(4)根据图1,距离S2-最近的锌离子有4个,即S2-的配位数为4。
(5)铜原子位于晶胞面心,数目为6×=3,金原子为晶胞顶点,数目为8×=1,晶胞体积V=(a×10-7)3,密度ρ===
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
g·cm-3。
答案:(1)晶体
(2)1 1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) 深蓝色
(3)5NA 异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸不能
(4)4 (5)
【加固训练】
(1)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。单位质量的A和B单质燃烧时均放出大量热,可用作燃料。已知A和B为短周期元素,其原子的第一至第四电离能如下表所示:
电离能(kJ/mol)
I1
I2
I3
I4
A
932
1821
15399
21771
B
738
1451
7733
10540
①根据上述信息可确定A为________元素,B的基态电子排布图为____________。
②ACln分子中A的杂化类型为__________________________________________,
ACln的立体构型为____________。
(2)铁原子或离子外围有较多能量相近的空轨道能与一些分子或离子形成配合物。
①以体心立方堆积形成的金属铁中,其原子的配位数为____________。
②写出一种与CN-互为等电子体的单质的电子式:______。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
③六氰合亚铁离子[Fe(CN)6]4-中不存在________。
A.共价键 B.非极性键 C.配位键
D.σ键 E.π键
(3)一种Al-Fe合金的立体晶胞如图所示。请据此回答下列问题:
①确定该合金的化学式:___________________________________________。
②若晶体的密度=ρg·cm-3,则此合金中最近的两个铁原子之间的距离(用含ρ的代数式表示,不必化简)为________________cm。
【解析】(1)①A和B的I3≫I2,说明最外层都只有2个电子数,位于第ⅡA族,A、B均为短周期元素,则只能为Be、Mg两种元素。由于第一电离能A>B,因此A为Be,B为Mg,Mg的基态电子排布图为。
②Be最外层2个电子,ACl2应为BeCl2,分子中含有2个σ键,无孤电子对,因此价层电子对数为2,杂化类型为sp,立体构型为直线形。
(2)①Fe的晶胞是体心立方堆积,配位数为8。
②与CN-互为等电子体的单质为N2,其电子式为。
③[Fe(CN)6]4-中含有配位键、共价键、σ键,C和N之间共用三键,含有π键,故选项B正确。
(3)①Fe的个数:8×+1+6×+12×
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
=8,Al个数为4,因此化学式为Fe2Al。
②设两个最近的Fe的距离为acm,晶胞的体积为(2acm)3,晶胞的质量为g,根据密度的定义,因此a= cm。
答案:(1)①Be
②sp杂化 直线形
(2)①8 ③B
(3)①Fe2Al ②
2.(15分)铁触媒是重要的催化剂,CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性:Fe+5COFe(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: 世纪金榜导学号30682452
(1)C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为__________,基态铁原子的价电子排布式为___________________________________________________________。
(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__________,Fe(CO)5在空气中燃烧后剩余固体呈红棕色,其化学方程式为___
__________________________________________________________________。
(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是____________,配体中提供孤电子对的原子是__________。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中,肯定有______________形成。
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密度之比为______________(写出已化简的比例式即可)。
【解析】(1)同周期由左向右元素的第一电离能呈递增趋势,但是第ⅡA和第ⅤA族元素略大,因此C、N、O的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C。铁为26号元素,根据构造原理确定,基态铁原子的价电子排布式为3d64s2。
(2)根据题意知Fe(CO)5又名羰基铁,常温下为黄色油状液体,熔点较低,则Fe(CO)5的晶体类型是分子晶体,Fe(CO)5在空气中燃烧生成氧化铁和二氧化碳,化学方程式为
4Fe(CO)5+13O22Fe2O3+20CO2。
(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中,羧基中碳原子的杂化类型是sp2
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
,甲基中碳原子的杂化类型是sp3,配体中提供孤电子对的原子是氮原子。
(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中,肯定有配位键、σ键形成,选b、d。
(5)根据晶胞结构利用均摊法分析,面心立方晶胞中含有的铁原子个数为8×+6×=4,体心立方晶胞中含有的铁原子数目为8×+1=2,实际含有的铁原子个数之比为2∶1。设铁原子半径为r,面心立方堆积晶胞的棱长为a1,则a1=4r,体心立方堆积晶胞的棱长为a2,则a2=4r,设铁原子质量为m(Fe),则两种铁晶体的密度之比为=4∶3。
答案:(1)N>O>C 3d64s2 (2)分子晶体
4Fe(CO)5+13O22Fe2O3+20CO2
(3)sp2、sp3 N (4)b、d
(5)2∶1 4∶3
3.(16分)磁性材料氮化铁镍合金可用Fe(NO3)3、Ni(NO3)2、丁二酮肟、氨气、氮气、氢氧化钠、盐酸等物质在一定条件下反应制得。
(1)Fe3+的电子排布式是________________。
(2)N和NH3中氮原子的杂化方式为________________________________。
(3)NH3的沸点高于PH3,其主要原因是_______________________________。
(4)与N3-具有相同电子数的三原子分子的立体构型是________。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
(5)向Ni(NO3)2溶液中滴加氨水,刚开始时生成绿色Ni(OH)2沉淀,当氨水过量时,沉淀会溶解,生成[Ni(NH3)6]2+蓝色溶液,则1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ键为________mol。
(6)图1是丁二酮肟与镍形成的配合物,则分子内含有的作用力有________(填序号)。
A.氢键 B.离子键 C.共价键
D.金属键 E.配位键
组成该配合物分子且同属第2周期元素的电负性由大到小的顺序是______________。
(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图2所示的堆积方式。则这种堆积模型的配位数为________,如果Fe的原子半径为acm,阿伏加德罗常数的值为NA,则计算此单质的密度表达式为________g·cm-3(不必化简)。
【解析】(1)Fe为26号元素,则Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5。
(2)N为平面三角形,氮原子为sp2杂化;NH3为三角锥形的分子,氮原子为sp3杂化。
(4)N3-电子数为10,与N3-具有相同电子数的三原子分子为H2O,分子的立体构型为V形。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
(5)在[Ni(NH3)6]2+中,每个氮原子与3个氢原子形成σ键,同时还与镍原子形成配位键,也是σ键,因此1mol[Ni(NH3)6]2+含有的σ键为4mol×6=24mol。
(6)根据图可知碳碳间、碳氮间为共价键,氮镍间为配位键,氧氢间为氢键;同一周期中,电负性随着原子序数的增大而增大,该物质中含有的第2周期非金属元素有O、N、C,其电负性强弱顺序为O>N>C。
(7)铁元素对应的单质在形成晶体时,采用如图2所示的堆积方式,则这种堆积模型为体心立方堆积,即在立方体的中心有一个铁原子,与这个铁原子距离最近的原子位于立方体的8个顶点,所以铁的配位数为8,每个立方体中含有的铁原子数为8×+1=2,如果Fe的原子半径为acm,则立方体的边长为cm,对应的体积为(cm)3,阿伏加德罗常数的值为NA,所以铁单质的密度表达式为g·cm-3
答案:(1)1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
(2)sp2、sp3
(3)NH3分子间存在氢键 (4)V形 (5)24
(6)A、C、E O>N>C (7)8
4.(13分)(2017·汕头模拟)氮的化合物在无机化工领域有着重要的地位。请回答下列问题:
(1)基态氮原子的价电子排布图为___________________________________。
(2)氮的最高价氧化物为无色晶体,它由两种离子构成:
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
已知其阴离子构型为平面正三角形,则其阳离子的构型为________形,阳离子中氮的杂化方式为________。
(3)某氮铝化合物X具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,广泛用于陶瓷工业等领域。工业上用氮气、氧化铝和碳在一定条件下反应生成CO和X(X的晶体结构如图所示),工业制备X的化学方程式为__________________________。
(4)X晶体中包含的化学键类型为________(填字母标号)。
A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.金属键
(5)已知氮化硼与X晶体类型相同,且氮化硼的熔点比X高,其原因是_______。
(6)若X的密度为ρg·cm-3,则晶体中最近的两个铝原子的距离为________cm(阿伏加德罗常数用NA表示,不必化简)。
【解析】(1)氮是第7号元素,价电子数是5,价电子排布图为。
(2)氮的最高价氧化物为N2O5,由两种离子构成,其中阴离子构型为平面正三角形,化学式应为N,则其阳离子的化学式为N,其中心原子价电子对数为=2,所以其中的氮原子按sp方式杂化,阳离子的构型为直线形。
(3)根据X的晶体结构图可知,晶胞中含有氮原子为4,含有铝原子:
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
×8+×6=4,所以X的化学式为AlN,根据元素守恒可以写出化学方程式为Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO。
(4)根据X的结构可知,每个铝和氮周围都有四个共价键,都达8电子稳定结构,而铝原子最外层原来只有3个电子,氮原子最外层有5个电子,所以在AlN中有配位键,根据AlN的性质可知它为原子晶体,所以晶体中含有共价键,所以B、C正确。
(5)氮化硼与AlN相比,硼原子半径比铝原子半径小,所以键能就大,它们都是原子晶体,所以氮化硼的熔点比AlN高。
(6)Al位于晶胞顶点和面心,所以晶体中最近的两个Al的距离为底面对角线的,根据晶胞的密度ρ=,可以求得晶胞边长为cm,进而求得底面对角线的长度为×cm,所以晶体中最近的两个Al的距离为·cm。
答案:(1) (2)直线 sp
(3)Al2O3+N2+3C2AlN+3CO (4)B、C
(5)氮化硼与氮化铝均为原子晶体,且硼原子半径小于铝原子半径,B—N键键能大于Al—N键键能 (6)·
【加固训练】
(2017·鹤壁模拟)砷化镓为第三代半导体材料,晶胞结构如图所示:
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
(1)砷化镓可由
(CH3)3Ga和AsH3在700℃下反应制得,反应的化学方程式为_______________。
(2)AsH3立体构型为________________。已知(CH3)3Ga为非极性分子,则其中镓原子的杂化方式是____________________。
(3)砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为acm,砷化镓的摩尔质量为bg·mol-1,阿伏加德罗常数值为NA,则砷化镓晶体密度表达式是__________g·cm-3。
【解析】(1)该反应为(CH3)3Ga和AsH3生成GaAs,根据质量守恒可知还有CH4生成,所以反应的化学方程式为
(CH3)3Ga+AsH33CH4+GaAs。
(2)AsH3中含有3个σ键和1个孤电子对,立体构型为三角锥形,(CH3)3Ga中Ga形成3个σ键,没有孤电子对,为sp2杂化。
(3)砷和镓原子核间距为acm,则晶胞的棱长为a,一个晶胞中含有4个GaAs,所以密度表达式为ρ==g·cm-3=g·cm-3。
答案:(1)(CH3)3Ga+AsH33CH4+GaAs
(2)三角锥形 sp2 (3)
5.(14分)有A、B、C、D四种元素,
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
A元素基态的最外层有三个未成对电子,次外层有2个电子;B元素的正二价离子的3d层为全充满;C有三种常见的同位素C1、C2、C3,其中在自然界中C1的含量最高,且C3原子的质量数是C1的3倍,C2原子的质量数是C1的2倍;D为短周期元素,其最外层电子数比次外层电子数少2。
世纪金榜导学号30682453
(1)A元素原子的价层电子的电子排布图为________,该元素的名称是________。
(2)B元素原子基态时的电子排布式为________,该元素的符号是________。
(3)C2粒子的符号为________,A与C可形成化合物AC3,该化合物的立体构型为________。
(4)B单质与一定浓度的A最高价氧化物对应水化物溶液反应生成B2+、A和水,该反应的离子方程式是______________________________。
(5)比较A的氢化物与同族第3、第4周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由:______________________________________________________。
(6)B与D形成化合物晶体的晶胞如图所示。已知该晶体的密度为ag·cm-3,则该晶胞的体积为________cm3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
【解析】根据题意容易推断出A、B、C、D四种元素分别为N、Zn、H、S。NH3可形成分子间氢键,沸点比同主族的氢化物PH3、AsH3高。
(1)A为氮元素,其价层电子的电子排布图为。
(2)B为锌,其原子基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2。
(3)C2粒子为氘原子,符号为H,NH3为三角锥形分子。
(4)Zn与一定浓度的HNO3反应生成Zn2+、N和水,离子反应方程式为4Zn+10H++N4Zn2++N+3H2O。
(6)该晶胞含Zn:8×+6×=4,硫原子个数为4,因此化学式为ZnS,晶胞体积V==cm3。
答案:(1) 氮
(2)1s22s22p63s23p63d104s2 Zn
(3H 三角锥形 (4)4Zn+10H++N4Zn2++N+3H2O
(5)稳定性:NH3>PH3>AsH3;因为键长越短,键能越大,化合物越稳定。沸点:NH3>AsH3>PH3;因为NH3可形成分子间氢键,沸点最高,AsH3相对分子质量比PH3大,分子间作用力大,因而AsH3比PH3沸点高 (6)
6.(15分)(2017·郑州模拟)卤族元素的单质和化合物很多,我们可以利用所学物质结构与性质的相关知识去认识和理解它们。
(1)卤族元素位于元素周期表的________区;溴的价电子排布式为________________。
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
(2)在一定浓度的溶液中,氢氟酸是以二分子缔合(HF)2形式存在的,使氢氟酸分子缔合的作用力是________。
(3)请根据下表提供的第一电离能数据判断,最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是________(写出名称)。
氟
氯
溴
碘
第一电离能
(kJ·mol-1)
1681
1251
1140
1008
(4)已知碘酸(HIO3)和高碘酸(H5IO6)的结构分别如图Ⅰ、Ⅱ所示:
请比较二者酸性强弱:HIO3________H5IO6(填“>”“H5IO6。(5)由于Cl的中心氯原子周围有四对价层电子,其中心氯原子的杂化轨道类型为sp3;根据“增减找邻、同族互换”的原则可确定Cl的等电子体为Cl2O或OF2。(6)在CaF2晶胞中含有Ca2+:8×+6×=4个,含有F-8个,相当于有4个CaF2,则ρ=g·cm-3,化简得M=。
答案:(1)p 4s24p5 (2)氢键 (3)碘 (4)> (5)sp3 Cl2O(答案合理即可) (6)
7.(15分)(2016·乙卷)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题:
(1)基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]________,有________个未成对电子。
(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是________________________。
(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因______________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
-49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________。
(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为______,微粒之间存在的作用力是____________________________________________________。
(6)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,0,),C为(,,0)。则D原子的坐标参数为________。
②晶胞参数描述晶胞的大小和形状,已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为________g·cm-3(列出计算式即可)。
【解析】(1)Ge为32号元素,根据构造原理可推出基态锗原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2,有2个未成对电子。(2)锗原子之间难以形成双键或三键是因为Ge的原子半径大,原子间形成的σ键较长,p轨道之间重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键。(3)锗的卤化物的熔点和沸点大小顺序均为GeCl4Ge>Zn,所以Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是O>Ge>Zn。(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中锗原子的杂化方式为sp3,微粒之间存在的作用力是共价键。(6)①
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费
原子坐标参数是表示晶胞内部各原子的相对位置,根据Ge单晶的晶胞图,分析原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,0,),C为(,,0)可知D原子的坐标参数为(,,)。②Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,晶胞的体积为a3,a需要进行单位换算,晶胞的质量为,晶胞的密度为晶胞质量除以晶胞体积,所以晶胞密度=×107(g·cm-3)。
答案:(1)3d104s24p2 2 (2)锗原子半径大,原子间形成的σ键较长,p轨道之间重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键 (3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次升高,原因是分子结构相似,相对分子质量越大,分子间作用力越强 (4)O>Ge>Zn (5)sp3 共价键
(6)①(,,) ②×107
关闭Word文档返回原板块
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费