2022年高考化学复习《晶体相关计算》

2022年高考化学复习《晶体相关计算》 年份2020201920182017题号全国Ⅰ35(5);全国Ⅱ35(5)全国Ⅰ35(5);全国Ⅱ35(5)全国Ⅰ35(5);全国Ⅱ35(5)全国Ⅰ35(4)(5);全国Ⅱ35(4)素养剖析能结合杂化轨道理论,价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构。能运用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论等,通过计算,判断微粒的空间结构。 【解题策略】(1)中心原子孤电子对数的计算其中:a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x是与中心原子结合的原子数。增分点一由中心原子孤电子对数计算为突破点的推断 (2)分子或离子的空间结构的推测中心原子有无孤电子对中心原子结合的原子数分子或离子的空间结构名称无孤电子对2直线形3平面三角形4正四面体形有孤电子对2Ⅴ形3三角锥形 突破口其他信息解读SOCl2分子的中心原子为S,O原子最外层电子数为,每个O原子与S原子可以形成条共价键,Cl原子最外层电子数为,2个Cl原子与S原子可以形成条共价键,故S原子形成共价键条数为。S原子最外层电子数为,根据中心原子S孤电子对数=×(a-xb)=可知孤电子对,且中心原子结合的原子数为,则SOCl2分子的空间结构为例1SOCl2分子的空间结构为。【信息解读】2三角锥形67有264×(6-4)=13三角锥形 变式题CaCO3中阴离子的空间结构为。平面三角形[解析]CaCO3中阴离子为C,中心碳原子形成1个碳氧双键和2个碳氧单键,阴离子的空间结构为平面三角形。 【解题策略】“均摊法”原理:晶胞中任意位置上的一个原子如果被n个晶胞所共有,则每个晶胞对这个原子分得的份额就是。①立方体晶胞增分点二晶胞中微粒个数、共价键数目的计算及化学式的确定 ②非平行六面体形晶胞非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用“均摊法”,其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为,那么一个六边形实际有6×=2个碳原子。又如,在MgB2晶胞(见图)中,顶点上的原子为6个晶胞共有,面上的原子为2个晶胞共有,因此镁原子个数为12×+2×=3,硼原子个数为6。 ③计算原子晶体中共价键的数目计算原子晶体中共价键的数目同样可用“均摊法”。如:在金刚石晶体(见图)中,每个C参与了4个C—C键的形成,而在每条键中的贡献只有一半。因此,平均每一个碳原子形成共价键的数目为4×=2。则1mol金刚石中碳碳键的数目为2NA。 例2有下列离子晶体空间结构示意图(为阳离子,为阴离子)。以M代表阳离子、N代表阴离子,化学式为MN2的晶体结构为()ABCD三N、O、ClSiB 【信息解读】代表阳离子M,顶点上个离子分别为个晶胞共有,面上个离子分别为个晶胞共有,因此M的个数为。○代表阴离子N,内部有个离子,N的个数为。故化学式为代表阳离子M,顶点上个离子分别为个晶胞共有,因此M的个数为。○代表阴离子N,内部有个离子,N的个数为。故化学式为88628×+6×=411M4N844×=11MN2 【信息解读】代表阳离子M,顶点上个离子分别为个晶胞共有,因此M的个数为。○代表阴离子N,内部有个离子,N的个数为。故化学式为代表阳离子M,顶点上个离子分别为个晶胞共有,因此M的个数为。○代表阴离子N,内部有个离子,N的个数为。故化学式为383×=11M3N8888×=111MN 变式题Co、Mn、Al形成的合金薄膜的晶胞如图所示,该合金薄膜的化学式为。Co2MnAl[解析]根据均摊法计算晶胞中实际含有的原子个数,Co原子的个数为8,Mn原子的个数为8×+6×=4,Al原子的个数为12×+1=4,该合金薄膜的化学式为Co2MnAl。 【解题策略】(1)常见晶胞及晶体结构①分子晶体增分点三晶体密度、晶体中微粒间距离的计算 ②原子晶体金刚石晶体二氧化硅晶体金刚石、二氧化硅晶胞结构相似,将上述晶胞切割分成8个小立方体,晶胞内部的4个原子位于其中4个小立方体的体心位置。 ③离子晶体将CaF2晶胞切割分成8个小立方体,晶胞内部的8个原子分别位于8个小立方体的体心位置。 ④混合型晶体——石墨 (2)计算晶体密度的方法ρ=(M为微粒的相对“分子”质量)(1m=10dm=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm) (3)计算晶体中微粒间距离的方法晶胞的体积=(M为微粒的相对“分子”质量) 如:①晶胞的边长为acm,求NaCl晶体的密度②若NaCl晶体的密度为ρg·cm-3,则NaCl晶体中Na+与Na+间的最短距离是多少?ρ==g·cm-3。边长a=cm,则:Na+与Na+之间最短距离为×cm。acm 例3立方氮化硼硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于金刚石,其晶胞结构如图所示。已知:立方氮化硼密度为dg·cm-3,B原子半径为xpm,N原子半径为ypm,阿伏伽德罗常数的值为NA,则该晶胞中原子的空间利用率为(列出化简后的计算式)。×100% 晶胞图形分析确定化学式晶胞的质量立方氮化硼晶胞与.晶胞结构相似,将上述晶胞切割分成8个小立方体,晶胞内部的4个原子位于其中个小立方体的位置立方氮化硼晶胞中N原子数为,B原子数=,氮化硼化学式为BN的相对分子质量为,即M=。1个晶胞含氮化硼粒子数为个,故1个BN晶胞的质量m=4【信息解读】金刚石体心8×+6×=42525g·mol-1BN44g 晶胞的体积V晶胞B、N原子总体积V空间利用率的计算V==球的体积V球=,将B原子体积与N原子体积相加,再乘以粒子数,得到晶胞中原子总体积。B、N原子总体积V=4×[+]cm3=空间利用率=×100%=πr3cm3=cm34×(x3+y3)×10-30cm3×100% 变式题(1)Cu与F形成的化合物的晶胞结构如图所示,若晶体密度为ag·cm-3,则Cu与F最近距离为pm(设NA表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu,为F)。×1010[解析]设晶胞的棱长为xcm,在晶胞中,Cu原子个数为8×+6×=4;F原子个数为4,其化学式为CuF。a·x3·NA=4M(CuF),x=。最短距离为立方体体对角线的,立方体的体对角线为xcm,所以最短距离为xcm=×1010pm。 变式题(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.545nm,设阿伏伽德罗常数的值为NA,则萤石的密度为g·cm-3(列出计算式)。[解析]萤石的化学式为CaF2,即晶胞中钙离子与氟离子个数比为1∶2,从晶胞示意图看,每个晶胞中实际占有黑球的个数=8×+6×=4,晶胞中实际占有白球的个数为8,据此可知黑球代表Ca2+,白球代表F-。萤石的一个晶胞中实际占有4个Ca2+和8个F-。1个Ca2+的质量==g,1个F-的质量==g,则萤石的密度ρ===g·cm-3。 1.(1)磷酸根离子的空间结构为。(2)COCl2的空间结构为。(3)N和P都有+5价,PCl5能形成离子晶体,晶格中含有[PCl4]+和[PCl6]-,则[PCl4]+的空间结构为。正四面体[解析](1)经过计算,P中不含孤电子对,成键电子对数目为4,价层电子对数为4,因此其空间结构为正四面体形。(2)COCl2分子中中心原子C的杂化轨道类型为sp2,故其空间结构为平面三角形。(3)[PCl4]+中P原子含有的孤电子对数==0,即不存在孤电子对,由于磷原子的价层电子对数是4,所以空间结构是正四面体形。平面三角形正四面体 (4)Se的空间结构为。(5)[B(OH)4]-的空间结构为。正四面体[解析](4)Se中硒原子的价层电子对数为4,其中孤电子对数为1、成键电子对数为3,故它的空间结构为三角锥形。(5)[B(OH)4]-中B原子与每个氧原子之间均形成一个σ键(其中一个为配位键),价层电子对数为4,且不含孤电子对,所以空间结构为正四面体。三角锥形 2.[2020·广东高三其他]β-MnSe的晶胞结构如图所示。(1)β-MnSe中Mn的配位数为。(2)若该晶体的晶胞参数为apm,阿伏伽德罗常数的值为NA。则距离最近的两个锰原子之间的距离为pm,β-MnSe的密度ρ=(列出表达式)g·cm-3。4000[解析](1)根据晶胞结构分析,Mn位于四面体中心,周围有4个Se,则Mn的配位数为4;(2)1个晶胞中含有Mn的数目为4,含有Se的数目为8×+6×=4,根据晶胞结构可知两个Mn原子的最近距离为面对角线的一半,距离为apm;一个晶胞体积为V=(a×10-10)3cm3,所以密度为ρ=g·cm-3。a 3.[2020·高三月考]Fe3O4晶体中,O2-的重复排列方式如图所示,该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙和由3、6、7、8、9、12的O2-围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中,另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中,则Fe3O4晶体中,正四面体空隙数与O2-数之比为。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元,晶体密度为5.18g·cm-3,则该晶胞参数a=cm(写出计算表达式即可)。2∶1 [解析]由题图可知由1、3、6、7的O2-围成的正四面体空隙共有8个,O2-位于顶点和面心,O2-个数为×8+×6=4,晶体中正四面体空隙数与O2-数之比为8∶4=2∶1;Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元,晶胞质量为m==g,晶体密度为5.18g·cm-3,则晶胞体积为V==cm3,所以晶胞边长a=cm=cm。 4.[2020·石嘴山第三中高三三模]某种磁性氮化铁的结构如图所示,N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。其中铁原子周围最近的铁原子个数为;六棱柱底边长为acm,高为ccm,阿伏伽德罗常数的值为NA,则该磁性氮化铁的晶体密度为g·cm-3(列出计算式)。12 000[解析]氮化铁晶胞中,据题图观察可知,面心铁原子与结构单元中6个顶点Fe原子相邻,已知N原子随机排在Fe原子构成的四面体空隙中,故底面面心Fe原子与六棱柱内部的3个Fe原子之间的距离相等,且等于底面面心Fe原子到顶点Fe原子之间的距离,所以铁原子周围最近的铁原子的个数为12;六棱柱底边长为acm,高为ccm,阿伏伽德罗常数的值为NA,则该磁性氮化铁的晶体密度为ρ==g·cm-3=g·cm-3。