2024人教版高中化学选择性必修2同步练习题--第三章 晶体结构与性质拔高练（含解析）
文档属性
| 名称 | 2024人教版高中化学选择性必修2同步练习题--第三章 晶体结构与性质拔高练（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-20 09:04:07 | ||
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文档简介
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2024人教版高中化学选择性必修2同步
综合拔高练
五年高考练
考点1 晶胞中粒子数目的计算
1.(高考组合)按要求填空:
(1)(2023北京,15节选)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。
晶胞中的[Mg(H2O)6]2+个数为 。
(2)(2023全国乙,35节选)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于六方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如图所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 ,B-B最近距离为 。
2.(2022山东,16节选)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义,化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞,晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。回答下列问题:
晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ;x∶y∶z= ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
3.(高考组合)(1)(2021湖南,18节选)如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示 原子(填元素符号),该化合物的化学式为 。
(2)(2021天津,13节选)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
(3)(2021山东,16节选)XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为(,,)。已知Xe—F键长为r pm,则B点原子的分数坐标为 。
考点2 金属晶体的结构
4.(2021湖北,10)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )
图a
图b
A.该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
B.K和Sb原子数之比为3∶1
C.与Sb最邻近的K原子数为4
D.K和Sb之间的最短距离为a pm
5.(2022湖南,18节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为 ;
②Fe原子的配位数为 ;
③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
6.(高考组合)(1)(2021全国乙,35节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为 %(列出计算表达式)。
(2)(2021广东,20节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是 。
②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb= 。
③设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为 g/cm3(列出算式)。
考点3 离子晶体的结构与性质
7.(2023湖南,11)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 ( )
A.晶体最简化学式为KCaB6C6
B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D.晶体的密度为 g·cm-3
考点4 晶体的相关计算
8.(2023辽宁,14)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是( )
A.图1晶体密度为72.5/(NA×a3×10-30) g·cm-3
B.图1中O原子的配位数为6
C.图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1-x
D.Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导
9.(高考组合)按要求填空:
(1)(2023全国甲,35节选)AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(2)(2023山东,16节选)一定条件下,CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
(3)(2023新课标,29节选)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
考点5 配位键
10.(高考组合)(1)(2021全国乙,35节选)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。
(2)(2021湖南,18节选)SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:
N-甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 ,1个M2+中含有 个σ键。
11.(2020山东,17节选)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如下图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 mol,该螯合物中N的杂化方式有 种。
三年模拟练
应用实践
1.(2023天津静海一中月考)配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验,设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是( )
A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键
B.配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为Fe3+,配位数为6
C.1 mol该配合物中σ键数目为12NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子的数目共4NA
2.(2023河北石家庄十七中月考)某种新型导电材料将锂原子嵌入石墨层间,晶胞结构如图。下列有关说法正确的是( )
A.石墨层间作用力较弱,故硬度和熔点都较低
B.这种新型材料有望应用于水性锂离子电池中
C.晶体的化学式为LiC6
D.距离Li原子最近的Li原子有6个
3.(2022江苏盐城阜宁中学检测)下列有关说法正确的是( )
A.Ti属于元素周期表中的ds区元素
B.硒、硅分别与氢元素形成的简单氢化物的分子的空间结构均为正四面体形
C.在NaCl晶体(晶胞如图1)中,与Na+最接近且距离相等的Cl-形成正四面体
D.某水合金属离子的模型如图2所示,则1个该水合金属离子中含有4个配位键
4.(2023湖南常德一模)作为储氢材料的镧镍合金被广泛应用于电动车辆,某种镧镍合金储氢后所得晶体的化学式为LaNi5H6,晶胞结构如图,晶胞参数为a,下列有关表述不正确的是( )
A.Z表示的微粒为H2
B.每个X原子周围最近且等距离的X原子有6个
C.若A的原子分数坐标为(0,0.5,0.5),B的原子分数坐标为(0.75,0.25,0),则C的原子分数坐标为(1,0.5,1)
D.若四条竖直棱的棱心位置均插入Z,则晶体的化学式为LaNi5H7
5.(2023湖南岳阳二模)某水性钠离子电池电极材料由Na+、Fe2+、Fe3+、CN-组成,其立方晶胞嵌入和嵌出Na+过程中,Fe2+与Fe3+含量发生变化,物质颜色依次为格林绿、普鲁士蓝、普鲁士白,其过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.普鲁士蓝中Fe2+与Fe3+个数比为1∶2
B.格林绿晶体中Fe3+周围等距且最近的Fe3+数为6
C.基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,失去4s电子转化为Fe2+
D.若普鲁士白的晶胞棱长为a pm,则其晶体的密度为×1030 g·cm-3
6.单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是( )
A.S位于元素周期表p区
B.该物质的化学式为H3S
C.S位于H构成的八面体空隙中
D.该晶体属于分子晶体
7.(2022河北唐山期末)磷至少有10种同素异形体,其中主要是白磷、红磷和黑磷三种。回答下列问题:
(1)基态磷原子最外层单电子数与成对电子数之比为 。
(2)白磷晶体是由P4分子()组成的分子晶体,P4分子中键角为 。
(3)白磷隔绝空气加热到533 K转化为红磷,它是一种暗红色粉末。红磷的结构为,磷原子的杂化方式为 , (填“难”或“易”)溶于水。
(4)黑磷是磷的一种同素异形体,其具有类似于石墨的层状结构(如图),层状结构间通过 相结合。
(5)磷有多种含氧酸,磷酸是其中一种,磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:
++
若4个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则该多磷酸的分子式可写成 。
(6)磷的卤化物有PX3和PX5两种类型,其中PCl5是白色固体,在气态和液态时PCl5以分子形态存在,固态时PCl5不再保持该结构,而形成离子晶体。晶胞中含有正四面体形的[PCl4]+和正八面体形的 ,其晶胞结构最合理的是 (填字母)。
8.ZnGeP2和KTiOPO4都是非线性光学晶体材料,在激光技术方面有广泛用途。以Zn为顶点的ZnGeP2晶胞结构如图所示。
(1)距离Zn原子最近且距离相等的P原子有
个。
(2)以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于 。
9.贵金属磷化物Rh2P(摩尔质量为237 g·mol-1)可用作电解水的高效催化剂,其立方晶胞如图所示:
已知晶胞参数为a nm,晶体中与P距离最近的Rh的数目为 ,晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
10.(2023山东学情联考)硼、镓及其化合物在科研和工业中有广泛的应用。回答下列问题:
(1)六方氮化硼别称白石墨,是优良的绝缘体,平行层形成的网状结构如图所示,层内硼原子的杂化方式为 ,形成π键的电子由 (填“硼”或“氮”)原子提供。
(2)一种含镓的药物合成方法如图所示:
1 mol化合物Ⅰ中含有的σ键的物质的量为 mol,x= 。
(3)Ga、Li和O三种原子形成的一种晶体基片在二极管中有重要用途。其四方晶胞结构如图所示:
其化学式为 ,上述晶胞沿着x轴的投影图为 (填字母)。
A B C
迁移创新
11.氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键,储氢材料是当今研究的重点课题之一,金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料。
(1)Ni原子的核外电子排布式为 。
(2)NiO、FeO、MgO的晶体结构类型均与氯化钠相似,Ni2+和Fe2+的半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:NiO (填“<”或“>”)FeO;某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请指出图中的错误: 。
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 、 。
(4)金属镍与镧(La)形成的晶体的晶胞结构示意图如图所示(部分原子间连线未画出)。该合金的化学式为 。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.答案 (1)4 (2)1 MgB2 a
解析 (1)\[Mg(H2O)6\]2+在晶胞的8个顶点、4个棱心、2个面心和体心,则1个晶胞中\[Mg(H2O)6\]2+的个数为8×+4×+2×+1=4。
(2)根据均摊法,结合晶胞沿c轴的投影可知,1个晶胞中,Mg原子数为4×+4×=1;B原子数为2,则化学式为MgB2;B-B最近距离为两个正三角形中心的距离,
在投影图中作辅助线,如图所示,d=×=a,B-B最近距离为a。
2.答案 2∶3 2∶1∶1 Zn2+、Ni2+
解析 结合晶胞图可知,1个晶胞中Ni2+的数目为2×=1,Zn2+的数目为8×=1,CN-的数目为8×=4,NH3的数目为8×=2,C6H6的数目为4×=2,则该晶胞的化学式为Ni(CN)4·Zn(NH3)2·2C6H6,x∶y∶z=2∶1∶1;晶胞中N原子均参与形成配位键,故Ni2+与Zn2+的配位数之比为2∶3;晶胞中Ni2+的配位数为4,则Ni2+采取dsp2杂化,Zn2+的配位数为6,Zn2+采取sp3d2杂化,两者的d轨道均参与杂化。
3.答案 (1)O Mg2GeO4 (2)8 4 (3)2 (0,0,)
解析 (1)由题图可知,一个晶胞中X原子数目为8×+3=8,Y原子数目为4,Z原子数目为16,Ge和O的原子个数比为1∶4,则Z表示O原子,Y表示Ge原子,X表示Mg原子,该化合物的化学式为Mg2GeO4。(2)由题图可知,晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为8。根据均摊法,每个晶胞B中含Fe原子数为8×=4。(3)图中大球的个数为8×+1=2,小球的个数为8×+2=4,根据XeF2的原子个数比知大球是Xe原子,小球是F原子,该晶胞中有2个XeF2分子;由A点坐标知该原子位于晶胞的体心,B点在棱的处,其原子坐标为(0,0,)。
4.B 1 pm=10-10 cm,故该晶胞的体积为a3×10-30 cm3,A项错误;根据图b利用均摊法可知该结构中含有K原子数目为1+4×,含有Sb原子数目为4×,故K和Sb原子数之比为3∶1,B项正确;由图b可知立方体体心K原子与Sb原子紧邻,每个顶点的Sb原子被8个立方体共用,故与Sb原子紧邻的K原子数为8,C项错误;K和Sb之间的最短距离为晶胞体对角线长度的,即a pm,D项错误。
5.答案 ①KFe2Se2 ②4 ③
解析 ①由题图可知,K在晶胞的顶点和体心,1个晶胞中含1+8×=2个K,Se在侧棱上和内部,1个晶胞中含2+8×=4个Se,Fe在晶胞的侧面上,1个晶胞中含8×=4个Fe,所以化学式为KFe2Se2。②由题图可知与Fe等距的Se有4个,故Fe的配位数为4。③ρ=g·cm-3,注意1 nm=10-7 cm。
6.答案 (1)Al ×100
(2)①不能无隙并置成晶体,不是最小重复单元
②4 1∶1∶2 ③
解析 (1)根据均摊法,该晶胞中黑球的个数为8×+1=2,灰球的个数为8×+2=4,个数之比为1∶2,根据化学式AlCr2可知,黑球代表Al,灰球代表Cr,故处于顶角位置的为Al原子。晶胞的体积为a2×c,晶胞所含原子的体积为),则金属原子的空间占有率为×100%。
(2)①组成晶体的最小重复单元称为晶胞,整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的,而图b不符合此条件,故不是晶胞。②图c晶胞中底面面心的原子是Hg原子,与其距离最近的Sb有两个,其下方的晶胞中还有两个距离最近的Sb,故X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4;每个晶胞中Hg原子数目为4×=4,Ge原子数目为8×+1=4,Sb原子数目为8,故该晶胞中粒子个数比为Hg∶Ge∶Sb=1∶1∶2。③每个晶胞含有的“HgGeSb2”数目为4,则1 mol“HgGeSb2”的体积为×NA,1 mol“HgGeSb2”的质量为Mr g,故X晶体的密度为 g/cm3。
7.C 1个晶胞中的K原子数为8×=1,Ca原子数为1,B原子数为12×=6,C原子数为12×=6,故晶体最简化学式为KCaB6C6,A项正确;K+位于顶点,Ca2+位于体心,与K+最近且距离相等的Ca2+位于共用1个顶点的8个立方晶胞的体心,B项正确;晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面,6个位于晶胞的面上,8个位于晶胞内部,垂直于体对角线,C项错误;由A项分析可知1个晶胞中有1个“KCaB6C6”,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,质量为(×1)g,晶体密度为 g·cm-3,即 g·cm-3,D项正确。
8.C A项,根据均摊法计算,图1晶胞中含有1个Cl,1个O,3个Li,密度ρ= g·cm-3= g·cm-3,正确;B项,图1中与氧原子距离最近(a/2 pm)的Li有6个,则O原子的配位数为6,正确;C项,根据均摊法计算,图2晶胞中含有1个Li,Mg或空位共2个,1个O,Cl或Br共1个,根据化合物中各元素正负化合价代数和为0,得Mg有1个,所以化学式为LiMgOClxBr1-x,错误;D项,Mg2+取代Li+后,产生的空位可供Li+移动传导电荷,增强导电性,正确。
9.答案 (1)2 (或×1030)
(2)CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4
(3)
解析 (1)由题图可知,1个该晶胞中顶点处粒子的数目为8×=1,棱心处粒子的数目为12×=3,故顶点处粒子为Al3+,棱心处粒子为F-,F-最邻近的Al3+的数目为2,故F-的配位数为2。晶胞质量m= g,晶胞体积V=(a×10-10)3 cm3,晶体密度ρ= g·cm-3=×1030 g·cm-3。
(2)CuCl2+K+F2 KCl+X,由原子守恒可知化合物X中一定含有Cu和F,根据晶胞结构,利用均摊法可知,1个晶胞中白球(A)的个数为16×+2=8,灰球(B)的个数为8×+1=2,黑球(C)的个数为8×+2=4,其最简式为C2BA4,又因为Cu为+2价,K为+1价,F为-1价,故X为K2CuF4,则反应的化学方程式为CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4。1个晶胞中含有4个K、2个Cu和8个F,则晶胞质量m= g= g,晶胞体积V=(a×10-10 cm)2×c×10-10 cm=a2c×10-30 cm3,故化合物X的密度ρ= g·cm-3。
(3)设晶胞中含Fe原子数为N,则晶胞密度ρ=g·cm-3=7.8 g·cm-3,得出N=。
10.答案 (1)N、O、Cl 6 (2)sp3、sp2 54
解析 (1)H2O中的氧原子、NH3中的氮原子和Cl-中都有孤电子对,可作配位原子,故配位原子为O、N、Cl,中心离子的配位数为3+2+1=6。
(2)由结构可知,N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳双键,则该分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3;1个N-甲基咪唑分子中含有6个C—H键、4个C—N键、1个碳碳双键和1个碳氮双键,单键、配位键属于σ键,1个双键中有1个σ键和1个π键,所以1个M2+中含有12×4+6=54个σ键。
11.答案 6 1
解析 由题意可知,只有成环的配位键才能起到螯合作用,再结合题给结构可知N中的2个O原子和C、N杂环上的4个N原子通过螯合作用与Cd2+形成配位键,故1 mol该配合物中通过螯合作用形成6 mol配位键;N中N原子价层电子对数为3+0=3,N中N原子价层电子对数为2+1=3,C、N杂环上的4个N原子价层电子对数为3,故该配合物中N原子均采取sp2杂化。
三年模拟练
1.A 2.C 3.D 4.D 5.A 6.D
1.A Na+与[Fe(CN)6]3-之间存在离子键,CN-与Fe3+之间存在配位键,CN-中碳原子与氮原子之间存在极性键,不存在非极性键,A项错误;配合物Na3[Fe(CN)6]中,配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为Fe3+,配位数为6,B项正确;CN-中碳原子与氮原子之间存在1个σ键,CN-与Fe3+之间的配位键属于σ键,则1 mol Na3[Fe(CN)6]中σ键数目为(6+6)×NA=12NA,C项正确;该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子的数目共4NA,D项正确。
2.C 石墨层内碳原子间由共价键连接,故熔点较高,A项错误;锂原子嵌入石墨烯层间,无法阻止水分子进入直接与Li反应,B项错误;Li位于顶点,晶胞中含有Li原子数为8×=1,碳原子环中有8个碳原子位于面上,有2个位于晶胞体内,晶胞中碳原子数为2+8×=6,晶体的化学式为LiC6,C项正确;距离Li原子最近的Li原子有4个,D项错误。
3.D Ti是22号元素,价层电子排布式为3d24s2,属于元素周期表中的d区元素,A错误;硒、硅分别与氢元素形成的简单氢化物为H2Se、SiH4,空间结构分别为V形和正四面体形,B错误;在NaCl晶体中,与Na+最接近且距离相等的Cl-形成正八面体,C错误;由图2可知,1个该水合金属离子中含有4个配位键,D正确。
4.D 由晶胞结构可知,含X的个数为8×=1,含Y的个数为8×+1=5,含Z的个数为8×=3,对照晶胞的化学式LaNi5H6,可得出Z表示的微粒为H2,A正确;每个X原子周围最近且等距离的X原子数目为6,B正确;若A的原子分数坐标为(0,0.5,0.5),B的原子分数坐标为(0.75,0.25,0),则坐标原点为底面左后角的X原子,所以C的原子分数坐标为(1,0.5,1),C正确;若四条竖直棱的棱心位置均插入Z,则与原晶胞比,增加Z的个数为4×=1,而Z为H2,所以晶体的化学式为LaNi5H8,D不正确。
5.A 根据均摊法,普鲁士蓝晶胞中含Fe:8×+1=8、CN-数为24×+6=24、Na+数为4,根据化合物中各元素化合价代数和等于0,可知Fe2+与Fe3+个数比为1∶1,故A错误;根据晶胞图,格林绿晶体中Fe3+周围等距且最近的Fe3+个数为6,故B正确;Fe是26号元素,基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,失去4s电子转化为Fe2+,故C正确;根据均摊法,普鲁士白晶胞中含Fe的数目为8×+1=8,含CN-的个数为24×+6=24,含Na+的个数为8,若普鲁士白的晶胞棱长为a pm,则其晶体的密度为 g·cm-3=×1030 g·cm-3,故D正确。
6.D A项,S的价层电子排布式为3s23p4,位于元素周期表p区,正确;B项,由题图可知,该晶胞中S原子数目为8×+1=2,H原子数目为12×=6,S、H原子数目比为1∶3,该物质的化学式为H3S,正确;C项,S原子位于H原子构成的八面体空隙中,如图所示:,正确;D项,该晶体是一种新型超导材料,而分子晶体通常不导电,故该晶体不属于分子晶体,错误。
7.答案 (1)3∶2 (2)60° (3)sp3 难 (4)范德华力 (5)H4P4O12 (6)[PCl6]- B
解析 (1)基态磷原子最外层电子排布式为3s23p3,3s能级的2个电子已成对,3p能级的3个电子分占3个不同的p轨道,故单电子数与成对电子数之比为3∶2。(2)P4分子的空间结构是正四面体形,每个面都是正三角形,键角为60°。(3)从红磷的结构可知,每个P原子形成3个σ键,每个P原子有1个孤电子对,故磷原子的价层电子对数是4,其杂化方式为sp3;红磷具有高聚合结构,有较高的稳定性,难溶于水。(4)黑磷是磷的一种同素异形体,其具有类似于石墨的层状结构,层状结构间通过范德华力相结合。(5)依据题意,磷酸分子可通过脱水缩合形成多磷酸,若4个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则脱去4个水分子,根据原子守恒,则该多磷酸的分子式可写成H4P4O12。(6)根据题意,固态时PCl5形成离子晶体,且晶胞中含有正四面体形的[PCl4]+,则阴离子是正八面体形的[PCl6]-;A晶胞中,带不同电荷的离子的数目之比为1∶2;B晶胞中,阴、阳离子数之比为1∶1;C晶胞中,带不同电荷的离子的数目之比为1∶2。
8.答案 (1)4 (2)面心、棱心
解析 (1)以体心的Zn为例,距离其最近且距离相等的P原子有4个。(2)结合晶胞结构示意图可知,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于棱心、面心。
9.答案 8
解析 以顶面面心的P为例,该晶胞中有4个Rh距离P最近,该晶胞上方晶胞中还有4个,所以与P距离最近的Rh有8个;1个晶胞中含有4个P原子和8个Rh原子,则一个晶胞的质量为 g,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,则晶体的密度为 g·cm-3。
10.答案 (1)sp2 氮
(2)17 1
(3)GaLiO2 C
解析 (1)由题图可知1个B原子与三个N原子形成σ键,无孤电子对,则其采用sp2杂化,B最外层3个电子均形成σ键,每个N原子与周围3个B原子形成σ键,还有一个孤电子对,因此形成π键的电子由N原子提供。
(2)单键为σ键,1个双键中含1个σ键和1个π键,则由化合物Ⅰ的结构可知1 mol该物质中含17 mol σ键;Ga3+带3个正电荷,—COO-带一个负电荷,则Ⅱ所带负电荷数为1。
(3)由晶胞结构可知,O位于顶点和体心,个数为8×+1=2,Li位于面心,个数为2×=1,Ga位于棱心,个数为4×=1,则Ga、Li、O的个数比为1∶1∶2,化学式为GaLiO2;晶胞沿着x轴的投影:O原子投影为正方形顶点和面心,Ga原子投影为左右两个棱的中点,Li原子投影为上下棱的中点,则C符合。
11.答案 (1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
(2)> 8处应为灰色球(或8处应为Mg2+)
(3)6 6
(4)LaNi5
解析 (1)Ni是28号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)其他因素相同时,离子半径越大,离子晶体熔点越低。(3)由信息可知NiO与氯化钠的晶胞结构相似,所以Ni和O的配位数均为6。(4)La原子在8个顶点上,所以晶胞占有的La原子数为8×=1;Ni原子有4个位于前、后、左、右四个面的面心,有1个位于体心,有4个在上、下两个面上,所以晶胞占有的Ni原子数为(4+4)×+1=5,La与Ni的原子数之比为1∶5,则化学式为LaNi5。
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2024人教版高中化学选择性必修2同步
综合拔高练
五年高考练
考点1 晶胞中粒子数目的计算
1.(高考组合)按要求填空:
(1)(2023北京,15节选)MgS2O3·6H2O的晶胞形状为长方体,边长分别为a nm、b nm、c nm,结构如图所示。
晶胞中的[Mg(H2O)6]2+个数为 。
(2)(2023全国乙,35节选)一种硼镁化合物具有超导性能,晶体结构属于六方晶系,其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如图所示,晶胞中含有 个Mg。该物质化学式为 ,B-B最近距离为 。
2.(2022山东,16节选)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义,化学式为Ni(CN)x·Zn(NH3)y·zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出),每个苯环只有一半属于该晶胞,晶胞参数为a=b≠c,α=β=γ=90°。回答下列问题:
晶胞中N原子均参与形成配位键,Ni2+与Zn2+的配位数之比为 ;x∶y∶z= ;晶胞中有d轨道参与杂化的金属离子是 。
3.(高考组合)(1)(2021湖南,18节选)如图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4,图中Z表示 原子(填元素符号),该化合物的化学式为 。
(2)(2021天津,13节选)用X射线衍射测定,得到Fe的两种晶胞A、B,其结构如图所示。晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为 。每个晶胞B中含Fe原子数为 。
(3)(2021山东,16节选)XeF2晶体属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为(,,)。已知Xe—F键长为r pm,则B点原子的分数坐标为 。
考点2 金属晶体的结构
4.(2021湖北,10)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是( )
图a
图b
A.该晶胞的体积为a3×10-36 cm3
B.K和Sb原子数之比为3∶1
C.与Sb最邻近的K原子数为4
D.K和Sb之间的最短距离为a pm
5.(2022湖南,18节选)钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
①该超导材料的最简化学式为 ;
②Fe原子的配位数为 ;
③该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
6.(高考组合)(1)(2021全国乙,35节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是 原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为 %(列出计算表达式)。
(2)(2021广东,20节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。
①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是 。
②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为 ;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb= 。
③设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为 g/cm3(列出算式)。
考点3 离子晶体的结构与性质
7.(2023湖南,11)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 ( )
A.晶体最简化学式为KCaB6C6
B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个
C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D.晶体的密度为 g·cm-3
考点4 晶体的相关计算
8.(2023辽宁,14)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1),进行镁离子取代及卤素共掺杂后,可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是( )
A.图1晶体密度为72.5/(NA×a3×10-30) g·cm-3
B.图1中O原子的配位数为6
C.图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1-x
D.Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导
9.(高考组合)按要求填空:
(1)(2023全国甲,35节选)AlF3结构属立方晶系,晶胞如图所示,F-的配位数为 。若晶胞参数为a pm,晶体密度ρ= g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(2)(2023山东,16节选)一定条件下,CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系,晶胞结构如图所示(晶胞参数a=b≠c,α=β=γ=90°),其中Cu化合价为+2。上述反应的化学方程式为 。若阿伏加德罗常数的值为NA,化合物X的密度ρ= g·cm-3(用含NA的代数式表示)。
(3)(2023新课标,29节选)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
考点5 配位键
10.(高考组合)(1)(2021全国乙,35节选)三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ,中心离子的配位数为 。
(2)(2021湖南,18节选)SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:
N-甲基咪唑分子中碳原子的杂化轨道类型为 ,1个M2+中含有 个σ键。
11.(2020山东,17节选)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2+配合物的结构如下图所示,1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有 mol,该螯合物中N的杂化方式有 种。
三年模拟练
应用实践
1.(2023天津静海一中月考)配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验,设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是( )
A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键
B.配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为Fe3+,配位数为6
C.1 mol该配合物中σ键数目为12NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子的数目共4NA
2.(2023河北石家庄十七中月考)某种新型导电材料将锂原子嵌入石墨层间,晶胞结构如图。下列有关说法正确的是( )
A.石墨层间作用力较弱,故硬度和熔点都较低
B.这种新型材料有望应用于水性锂离子电池中
C.晶体的化学式为LiC6
D.距离Li原子最近的Li原子有6个
3.(2022江苏盐城阜宁中学检测)下列有关说法正确的是( )
A.Ti属于元素周期表中的ds区元素
B.硒、硅分别与氢元素形成的简单氢化物的分子的空间结构均为正四面体形
C.在NaCl晶体(晶胞如图1)中,与Na+最接近且距离相等的Cl-形成正四面体
D.某水合金属离子的模型如图2所示,则1个该水合金属离子中含有4个配位键
4.(2023湖南常德一模)作为储氢材料的镧镍合金被广泛应用于电动车辆,某种镧镍合金储氢后所得晶体的化学式为LaNi5H6,晶胞结构如图,晶胞参数为a,下列有关表述不正确的是( )
A.Z表示的微粒为H2
B.每个X原子周围最近且等距离的X原子有6个
C.若A的原子分数坐标为(0,0.5,0.5),B的原子分数坐标为(0.75,0.25,0),则C的原子分数坐标为(1,0.5,1)
D.若四条竖直棱的棱心位置均插入Z,则晶体的化学式为LaNi5H7
5.(2023湖南岳阳二模)某水性钠离子电池电极材料由Na+、Fe2+、Fe3+、CN-组成,其立方晶胞嵌入和嵌出Na+过程中,Fe2+与Fe3+含量发生变化,物质颜色依次为格林绿、普鲁士蓝、普鲁士白,其过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.普鲁士蓝中Fe2+与Fe3+个数比为1∶2
B.格林绿晶体中Fe3+周围等距且最近的Fe3+数为6
C.基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,失去4s电子转化为Fe2+
D.若普鲁士白的晶胞棱长为a pm,则其晶体的密度为×1030 g·cm-3
6.单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料,其晶胞如图。下列说法错误的是( )
A.S位于元素周期表p区
B.该物质的化学式为H3S
C.S位于H构成的八面体空隙中
D.该晶体属于分子晶体
7.(2022河北唐山期末)磷至少有10种同素异形体,其中主要是白磷、红磷和黑磷三种。回答下列问题:
(1)基态磷原子最外层单电子数与成对电子数之比为 。
(2)白磷晶体是由P4分子()组成的分子晶体,P4分子中键角为 。
(3)白磷隔绝空气加热到533 K转化为红磷,它是一种暗红色粉末。红磷的结构为,磷原子的杂化方式为 , (填“难”或“易”)溶于水。
(4)黑磷是磷的一种同素异形体,其具有类似于石墨的层状结构(如图),层状结构间通过 相结合。
(5)磷有多种含氧酸,磷酸是其中一种,磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如:
++
若4个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则该多磷酸的分子式可写成 。
(6)磷的卤化物有PX3和PX5两种类型,其中PCl5是白色固体,在气态和液态时PCl5以分子形态存在,固态时PCl5不再保持该结构,而形成离子晶体。晶胞中含有正四面体形的[PCl4]+和正八面体形的 ,其晶胞结构最合理的是 (填字母)。
8.ZnGeP2和KTiOPO4都是非线性光学晶体材料,在激光技术方面有广泛用途。以Zn为顶点的ZnGeP2晶胞结构如图所示。
(1)距离Zn原子最近且距离相等的P原子有
个。
(2)以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于 。
9.贵金属磷化物Rh2P(摩尔质量为237 g·mol-1)可用作电解水的高效催化剂,其立方晶胞如图所示:
已知晶胞参数为a nm,晶体中与P距离最近的Rh的数目为 ,晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式,设NA为阿伏加德罗常数的值)。
10.(2023山东学情联考)硼、镓及其化合物在科研和工业中有广泛的应用。回答下列问题:
(1)六方氮化硼别称白石墨,是优良的绝缘体,平行层形成的网状结构如图所示,层内硼原子的杂化方式为 ,形成π键的电子由 (填“硼”或“氮”)原子提供。
(2)一种含镓的药物合成方法如图所示:
1 mol化合物Ⅰ中含有的σ键的物质的量为 mol,x= 。
(3)Ga、Li和O三种原子形成的一种晶体基片在二极管中有重要用途。其四方晶胞结构如图所示:
其化学式为 ,上述晶胞沿着x轴的投影图为 (填字母)。
A B C
迁移创新
11.氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键,储氢材料是当今研究的重点课题之一,金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料。
(1)Ni原子的核外电子排布式为 。
(2)NiO、FeO、MgO的晶体结构类型均与氯化钠相似,Ni2+和Fe2+的半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:NiO (填“<”或“>”)FeO;某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请指出图中的错误: 。
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 、 。
(4)金属镍与镧(La)形成的晶体的晶胞结构示意图如图所示(部分原子间连线未画出)。该合金的化学式为 。
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
五年高考练
1.答案 (1)4 (2)1 MgB2 a
解析 (1)\[Mg(H2O)6\]2+在晶胞的8个顶点、4个棱心、2个面心和体心,则1个晶胞中\[Mg(H2O)6\]2+的个数为8×+4×+2×+1=4。
(2)根据均摊法,结合晶胞沿c轴的投影可知,1个晶胞中,Mg原子数为4×+4×=1;B原子数为2,则化学式为MgB2;B-B最近距离为两个正三角形中心的距离,
在投影图中作辅助线,如图所示,d=×=a,B-B最近距离为a。
2.答案 2∶3 2∶1∶1 Zn2+、Ni2+
解析 结合晶胞图可知,1个晶胞中Ni2+的数目为2×=1,Zn2+的数目为8×=1,CN-的数目为8×=4,NH3的数目为8×=2,C6H6的数目为4×=2,则该晶胞的化学式为Ni(CN)4·Zn(NH3)2·2C6H6,x∶y∶z=2∶1∶1;晶胞中N原子均参与形成配位键,故Ni2+与Zn2+的配位数之比为2∶3;晶胞中Ni2+的配位数为4,则Ni2+采取dsp2杂化,Zn2+的配位数为6,Zn2+采取sp3d2杂化,两者的d轨道均参与杂化。
3.答案 (1)O Mg2GeO4 (2)8 4 (3)2 (0,0,)
解析 (1)由题图可知,一个晶胞中X原子数目为8×+3=8,Y原子数目为4,Z原子数目为16,Ge和O的原子个数比为1∶4,则Z表示O原子,Y表示Ge原子,X表示Mg原子,该化合物的化学式为Mg2GeO4。(2)由题图可知,晶胞A中每个Fe原子紧邻的原子数为8。根据均摊法,每个晶胞B中含Fe原子数为8×=4。(3)图中大球的个数为8×+1=2,小球的个数为8×+2=4,根据XeF2的原子个数比知大球是Xe原子,小球是F原子,该晶胞中有2个XeF2分子;由A点坐标知该原子位于晶胞的体心,B点在棱的处,其原子坐标为(0,0,)。
4.B 1 pm=10-10 cm,故该晶胞的体积为a3×10-30 cm3,A项错误;根据图b利用均摊法可知该结构中含有K原子数目为1+4×,含有Sb原子数目为4×,故K和Sb原子数之比为3∶1,B项正确;由图b可知立方体体心K原子与Sb原子紧邻,每个顶点的Sb原子被8个立方体共用,故与Sb原子紧邻的K原子数为8,C项错误;K和Sb之间的最短距离为晶胞体对角线长度的,即a pm,D项错误。
5.答案 ①KFe2Se2 ②4 ③
解析 ①由题图可知,K在晶胞的顶点和体心,1个晶胞中含1+8×=2个K,Se在侧棱上和内部,1个晶胞中含2+8×=4个Se,Fe在晶胞的侧面上,1个晶胞中含8×=4个Fe,所以化学式为KFe2Se2。②由题图可知与Fe等距的Se有4个,故Fe的配位数为4。③ρ=g·cm-3,注意1 nm=10-7 cm。
6.答案 (1)Al ×100
(2)①不能无隙并置成晶体,不是最小重复单元
②4 1∶1∶2 ③
解析 (1)根据均摊法,该晶胞中黑球的个数为8×+1=2,灰球的个数为8×+2=4,个数之比为1∶2,根据化学式AlCr2可知,黑球代表Al,灰球代表Cr,故处于顶角位置的为Al原子。晶胞的体积为a2×c,晶胞所含原子的体积为),则金属原子的空间占有率为×100%。
(2)①组成晶体的最小重复单元称为晶胞,整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的,而图b不符合此条件,故不是晶胞。②图c晶胞中底面面心的原子是Hg原子,与其距离最近的Sb有两个,其下方的晶胞中还有两个距离最近的Sb,故X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4;每个晶胞中Hg原子数目为4×=4,Ge原子数目为8×+1=4,Sb原子数目为8,故该晶胞中粒子个数比为Hg∶Ge∶Sb=1∶1∶2。③每个晶胞含有的“HgGeSb2”数目为4,则1 mol“HgGeSb2”的体积为×NA,1 mol“HgGeSb2”的质量为Mr g,故X晶体的密度为 g/cm3。
7.C 1个晶胞中的K原子数为8×=1,Ca原子数为1,B原子数为12×=6,C原子数为12×=6,故晶体最简化学式为KCaB6C6,A项正确;K+位于顶点,Ca2+位于体心,与K+最近且距离相等的Ca2+位于共用1个顶点的8个立方晶胞的体心,B项正确;晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面,6个位于晶胞的面上,8个位于晶胞内部,垂直于体对角线,C项错误;由A项分析可知1个晶胞中有1个“KCaB6C6”,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3,质量为(×1)g,晶体密度为 g·cm-3,即 g·cm-3,D项正确。
8.C A项,根据均摊法计算,图1晶胞中含有1个Cl,1个O,3个Li,密度ρ= g·cm-3= g·cm-3,正确;B项,图1中与氧原子距离最近(a/2 pm)的Li有6个,则O原子的配位数为6,正确;C项,根据均摊法计算,图2晶胞中含有1个Li,Mg或空位共2个,1个O,Cl或Br共1个,根据化合物中各元素正负化合价代数和为0,得Mg有1个,所以化学式为LiMgOClxBr1-x,错误;D项,Mg2+取代Li+后,产生的空位可供Li+移动传导电荷,增强导电性,正确。
9.答案 (1)2 (或×1030)
(2)CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4
(3)
解析 (1)由题图可知,1个该晶胞中顶点处粒子的数目为8×=1,棱心处粒子的数目为12×=3,故顶点处粒子为Al3+,棱心处粒子为F-,F-最邻近的Al3+的数目为2,故F-的配位数为2。晶胞质量m= g,晶胞体积V=(a×10-10)3 cm3,晶体密度ρ= g·cm-3=×1030 g·cm-3。
(2)CuCl2+K+F2 KCl+X,由原子守恒可知化合物X中一定含有Cu和F,根据晶胞结构,利用均摊法可知,1个晶胞中白球(A)的个数为16×+2=8,灰球(B)的个数为8×+1=2,黑球(C)的个数为8×+2=4,其最简式为C2BA4,又因为Cu为+2价,K为+1价,F为-1价,故X为K2CuF4,则反应的化学方程式为CuCl2+4K+2F2 2KCl+K2CuF4。1个晶胞中含有4个K、2个Cu和8个F,则晶胞质量m= g= g,晶胞体积V=(a×10-10 cm)2×c×10-10 cm=a2c×10-30 cm3,故化合物X的密度ρ= g·cm-3。
(3)设晶胞中含Fe原子数为N,则晶胞密度ρ=g·cm-3=7.8 g·cm-3,得出N=。
10.答案 (1)N、O、Cl 6 (2)sp3、sp2 54
解析 (1)H2O中的氧原子、NH3中的氮原子和Cl-中都有孤电子对,可作配位原子,故配位原子为O、N、Cl,中心离子的配位数为3+2+1=6。
(2)由结构可知,N-甲基咪唑分子中含有甲基和碳碳双键,则该分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3;1个N-甲基咪唑分子中含有6个C—H键、4个C—N键、1个碳碳双键和1个碳氮双键,单键、配位键属于σ键,1个双键中有1个σ键和1个π键,所以1个M2+中含有12×4+6=54个σ键。
11.答案 6 1
解析 由题意可知,只有成环的配位键才能起到螯合作用,再结合题给结构可知N中的2个O原子和C、N杂环上的4个N原子通过螯合作用与Cd2+形成配位键,故1 mol该配合物中通过螯合作用形成6 mol配位键;N中N原子价层电子对数为3+0=3,N中N原子价层电子对数为2+1=3,C、N杂环上的4个N原子价层电子对数为3,故该配合物中N原子均采取sp2杂化。
三年模拟练
1.A 2.C 3.D 4.D 5.A 6.D
1.A Na+与[Fe(CN)6]3-之间存在离子键,CN-与Fe3+之间存在配位键,CN-中碳原子与氮原子之间存在极性键,不存在非极性键,A项错误;配合物Na3[Fe(CN)6]中,配离子为[Fe(CN)6]3-,中心离子为Fe3+,配位数为6,B项正确;CN-中碳原子与氮原子之间存在1个σ键,CN-与Fe3+之间的配位键属于σ键,则1 mol Na3[Fe(CN)6]中σ键数目为(6+6)×NA=12NA,C项正确;该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离得到阴、阳离子的数目共4NA,D项正确。
2.C 石墨层内碳原子间由共价键连接,故熔点较高,A项错误;锂原子嵌入石墨烯层间,无法阻止水分子进入直接与Li反应,B项错误;Li位于顶点,晶胞中含有Li原子数为8×=1,碳原子环中有8个碳原子位于面上,有2个位于晶胞体内,晶胞中碳原子数为2+8×=6,晶体的化学式为LiC6,C项正确;距离Li原子最近的Li原子有4个,D项错误。
3.D Ti是22号元素,价层电子排布式为3d24s2,属于元素周期表中的d区元素,A错误;硒、硅分别与氢元素形成的简单氢化物为H2Se、SiH4,空间结构分别为V形和正四面体形,B错误;在NaCl晶体中,与Na+最接近且距离相等的Cl-形成正八面体,C错误;由图2可知,1个该水合金属离子中含有4个配位键,D正确。
4.D 由晶胞结构可知,含X的个数为8×=1,含Y的个数为8×+1=5,含Z的个数为8×=3,对照晶胞的化学式LaNi5H6,可得出Z表示的微粒为H2,A正确;每个X原子周围最近且等距离的X原子数目为6,B正确;若A的原子分数坐标为(0,0.5,0.5),B的原子分数坐标为(0.75,0.25,0),则坐标原点为底面左后角的X原子,所以C的原子分数坐标为(1,0.5,1),C正确;若四条竖直棱的棱心位置均插入Z,则与原晶胞比,增加Z的个数为4×=1,而Z为H2,所以晶体的化学式为LaNi5H8,D不正确。
5.A 根据均摊法,普鲁士蓝晶胞中含Fe:8×+1=8、CN-数为24×+6=24、Na+数为4,根据化合物中各元素化合价代数和等于0,可知Fe2+与Fe3+个数比为1∶1,故A错误;根据晶胞图,格林绿晶体中Fe3+周围等距且最近的Fe3+个数为6,故B正确;Fe是26号元素,基态Fe原子的价电子排布式为3d64s2,失去4s电子转化为Fe2+,故C正确;根据均摊法,普鲁士白晶胞中含Fe的数目为8×+1=8,含CN-的个数为24×+6=24,含Na+的个数为8,若普鲁士白的晶胞棱长为a pm,则其晶体的密度为 g·cm-3=×1030 g·cm-3,故D正确。
6.D A项,S的价层电子排布式为3s23p4,位于元素周期表p区,正确;B项,由题图可知,该晶胞中S原子数目为8×+1=2,H原子数目为12×=6,S、H原子数目比为1∶3,该物质的化学式为H3S,正确;C项,S原子位于H原子构成的八面体空隙中,如图所示:,正确;D项,该晶体是一种新型超导材料,而分子晶体通常不导电,故该晶体不属于分子晶体,错误。
7.答案 (1)3∶2 (2)60° (3)sp3 难 (4)范德华力 (5)H4P4O12 (6)[PCl6]- B
解析 (1)基态磷原子最外层电子排布式为3s23p3,3s能级的2个电子已成对,3p能级的3个电子分占3个不同的p轨道,故单电子数与成对电子数之比为3∶2。(2)P4分子的空间结构是正四面体形,每个面都是正三角形,键角为60°。(3)从红磷的结构可知,每个P原子形成3个σ键,每个P原子有1个孤电子对,故磷原子的价层电子对数是4,其杂化方式为sp3;红磷具有高聚合结构,有较高的稳定性,难溶于水。(4)黑磷是磷的一种同素异形体,其具有类似于石墨的层状结构,层状结构间通过范德华力相结合。(5)依据题意,磷酸分子可通过脱水缩合形成多磷酸,若4个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则脱去4个水分子,根据原子守恒,则该多磷酸的分子式可写成H4P4O12。(6)根据题意,固态时PCl5形成离子晶体,且晶胞中含有正四面体形的[PCl4]+,则阴离子是正八面体形的[PCl6]-;A晶胞中,带不同电荷的离子的数目之比为1∶2;B晶胞中,阴、阳离子数之比为1∶1;C晶胞中,带不同电荷的离子的数目之比为1∶2。
8.答案 (1)4 (2)面心、棱心
解析 (1)以体心的Zn为例,距离其最近且距离相等的P原子有4个。(2)结合晶胞结构示意图可知,以Ge为顶点的晶胞中,Zn原子位于棱心、面心。
9.答案 8
解析 以顶面面心的P为例,该晶胞中有4个Rh距离P最近,该晶胞上方晶胞中还有4个,所以与P距离最近的Rh有8个;1个晶胞中含有4个P原子和8个Rh原子,则一个晶胞的质量为 g,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,则晶体的密度为 g·cm-3。
10.答案 (1)sp2 氮
(2)17 1
(3)GaLiO2 C
解析 (1)由题图可知1个B原子与三个N原子形成σ键,无孤电子对,则其采用sp2杂化,B最外层3个电子均形成σ键,每个N原子与周围3个B原子形成σ键,还有一个孤电子对,因此形成π键的电子由N原子提供。
(2)单键为σ键,1个双键中含1个σ键和1个π键,则由化合物Ⅰ的结构可知1 mol该物质中含17 mol σ键;Ga3+带3个正电荷,—COO-带一个负电荷,则Ⅱ所带负电荷数为1。
(3)由晶胞结构可知,O位于顶点和体心,个数为8×+1=2,Li位于面心,个数为2×=1,Ga位于棱心,个数为4×=1,则Ga、Li、O的个数比为1∶1∶2,化学式为GaLiO2;晶胞沿着x轴的投影:O原子投影为正方形顶点和面心,Ga原子投影为左右两个棱的中点,Li原子投影为上下棱的中点,则C符合。
11.答案 (1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2
(2)> 8处应为灰色球(或8处应为Mg2+)
(3)6 6
(4)LaNi5
解析 (1)Ni是28号元素,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)其他因素相同时,离子半径越大,离子晶体熔点越低。(3)由信息可知NiO与氯化钠的晶胞结构相似,所以Ni和O的配位数均为6。(4)La原子在8个顶点上,所以晶胞占有的La原子数为8×=1;Ni原子有4个位于前、后、左、右四个面的面心,有1个位于体心,有4个在上、下两个面上,所以晶胞占有的Ni原子数为(4+4)×+1=5,La与Ni的原子数之比为1∶5,则化学式为LaNi5。
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